JP2011060647A

JP2011060647A - Fuel-cell system and stopping method thereof

Info

Publication number: JP2011060647A
Application number: JP2009210417A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kumei; 秀之久米井; Manabu Kato; 加藤　　学
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: JP5476877B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of eliminating degradation in a fuel cell, after stopping power generation. <P>SOLUTION: A fuel-cell system 10 is equipped with a supply-stopping unit 912 for stopping supply of hydrogen to an anode electrode 243 and the supply of air to a cathode electrode 247, when the power generation by the fuel cell 20 is stopped; a voltage-measuring unit 914 for measure a cell voltage, representing the voltage difference between the anode electrode 243 and the cathode electrode 247; and an air inlet portion 916 for introducing air into the anode electrode 243, after stopping the supply of the air and the hydrogen by the supply-stopping unit 912, when the cell voltage measured by the voltage-measuring unit 914 drops below a reference voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素と酸素との電気化学反応による発電を行う燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.

燃料電池の一つとして、プロトン伝導体である電解質膜と、炭素を含む材料で成形されたアノード電極およびカソード電極とを備え、電解質膜をアノード電極とカソード電極との間に挟持して複数の単セルを形成した燃料電池が知られている。このような燃料電池は、水素をアノード電極に、空気をカソード電極に供給することによって、水素と酸素との電気化学反応による発電を行う。燃料電池の発電を停止する際には、水素および空気の供給は停止される。 As one of the fuel cells, an electrolyte membrane that is a proton conductor, and an anode electrode and a cathode electrode formed of a material containing carbon, and a plurality of electrolyte membranes are sandwiched between the anode electrode and the cathode electrode. A fuel cell having a single cell is known. Such a fuel cell generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen by supplying hydrogen to the anode electrode and air to the cathode electrode. When the power generation of the fuel cell is stopped, the supply of hydrogen and air is stopped.

燃料電池の発電を停止した後、種々の要因により、カソード電極に酸素が存在する状況で、水素が残留するアノード電極に酸素が偏在する状態になることが知られている。この状態になると、カソード電極が異常電位となり、カソード電極を構成する炭素が酸化してカソード電極が劣化することにより、燃料電池の発電性能が低下してしまう。 After stopping the power generation of the fuel cell, it is known that due to various factors, oxygen is unevenly distributed in the anode electrode where hydrogen remains in a situation where oxygen exists in the cathode electrode. In this state, the cathode electrode becomes an abnormal potential, carbon constituting the cathode electrode is oxidized, and the cathode electrode is deteriorated, so that the power generation performance of the fuel cell is lowered.

従来、カソード電極の劣化を防止するため、アノード電極への水素供給を停止した後、アノード電極とカソード電極とを負荷を介して電気的に接続した状態で、アノード電極に空気を導入する技術が提案されていた（特許文献１）。これによって、アノード電極に空気を導入する際にカソード電極の電位上昇を抑制できるとされている。 Conventionally, in order to prevent the deterioration of the cathode electrode, after stopping the supply of hydrogen to the anode electrode, there is a technique for introducing air into the anode electrode while the anode electrode and the cathode electrode are electrically connected via a load. It has been proposed (Patent Document 1). Thereby, it is said that the rise in the potential of the cathode electrode can be suppressed when air is introduced into the anode electrode.

特開２００５−１８３１９７号公報JP 2005-183197 A

しかしながら、特許文献１の技術を適用した場合、複数の単セルのうち他の単セルと異なる状態の単セル（例えば、アノード電極に残留する水素が比較的に少ない単セルや、電解質膜が比較的に乾燥している単セル）では、他の単セルに合わせて電流を流すために通常の発電時とは異なる電気化学反応が起こり、炭素の酸化によるアノード電極の劣化や、過剰な乾燥による電解質膜の破損などが発生することにより、燃料電池の発電性能が低下してしまうという問題があった。 However, when the technique of Patent Document 1 is applied, a single cell in a state different from other single cells among a plurality of single cells (for example, a single cell with relatively little hydrogen remaining in the anode electrode or an electrolyte membrane is compared. In the case of a single dry cell), an electrochemical reaction different from that during normal power generation occurs in order to pass an electric current in accordance with other single cells, resulting in deterioration of the anode electrode due to carbon oxidation or excessive drying. When the electrolyte membrane is broken, the power generation performance of the fuel cell is lowered.

本発明は、上記した課題を踏まえ、発電停止後における燃料電池の劣化を抑制することができる技術を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing deterioration of a fuel cell after power generation is stopped.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］適用例１の燃料電池システムは、水素をアノード電極に空気をカソード電極に供給することによって発電する燃料電池を運転する燃料電池システムであって、前記燃料電池による発電を停止する際に、前記アノード電極への水素の供給、および前記カソード電極への空気の供給を停止する供給停止部と、前記アノード電極と前記カソード電極との間の電位差を示すセル電圧を測定する電圧測定部と、前記供給停止部によって水素および空気の供給を停止した後、前記電圧測定部によって測定されるセル電圧が基準電圧よりも低下した場合、前記アノード電極に空気を導入する空気導入部とを備えることを特徴とする。適用例１の燃料電池システムによれば、セル電圧の低下を判断する基準電圧を、カソード電極に残留する酸素が消費された状態を示す電圧に設定することによって、水素が残留するアノード電極への空気の導入が、カソード電極に酸素が存在する状況で行われることを回避することができる。したがって、発電停止後に、カソード電極に酸素が存在する状況で、水素が残留するアノード電極に酸素が偏在する状態になることを防止することができる。その結果、発電停止後における燃料電池の劣化を抑制することができる。 Application Example 1 The fuel cell system of Application Example 1 is a fuel cell system that operates a fuel cell that generates power by supplying hydrogen to the anode electrode and air to the cathode electrode, and stops power generation by the fuel cell. In this case, a supply stop unit for stopping supply of hydrogen to the anode electrode and supply of air to the cathode electrode, and voltage measurement for measuring a cell voltage indicating a potential difference between the anode electrode and the cathode electrode And an air introduction unit that introduces air into the anode electrode when the cell voltage measured by the voltage measurement unit drops below a reference voltage after the supply of hydrogen and air is stopped by the supply stop unit. It is characterized by providing. According to the fuel cell system of Application Example 1, by setting the reference voltage for determining the decrease in the cell voltage to a voltage indicating a state in which oxygen remaining in the cathode electrode is consumed, the reference voltage to the anode electrode in which hydrogen remains is applied. It is possible to avoid the introduction of air in a situation where oxygen is present in the cathode electrode. Therefore, it is possible to prevent oxygen from being unevenly distributed in the anode electrode where hydrogen remains in a situation where oxygen is present in the cathode electrode after power generation is stopped. As a result, deterioration of the fuel cell after power generation is stopped can be suppressed.

［適用例２］適用例１の燃料電池システムは、更に、前記供給停止部によって水素および空気の供給を停止した後、前記空気導入部によって前記アノード電極に空気を導入する前に、前記アノード電極に残留する水素を循環させる停止循環部を備えても良い。適用例２の燃料電池システムによれば、カソード電極に残留する酸素の消費を促進させることができる。したがって、燃料電池の発電を停止するのに要する時間を短縮することができる。 [Application Example 2] In the fuel cell system according to Application Example 1, the supply of hydrogen and air is stopped by the supply stop unit, and then the air is introduced into the anode electrode by the air introduction unit. There may be provided a stop circulation part for circulating the hydrogen remaining in the tank. According to the fuel cell system of Application Example 2, it is possible to promote consumption of oxygen remaining in the cathode electrode. Therefore, the time required to stop the power generation of the fuel cell can be shortened.

［適用例３］適用例１または適用例２の燃料電池システムにおいて、前記基準電圧は、前記アノード電極に残留する水素が前記カソード電極に透過して前記カソード電極に残留する酸素と反応することにより、前記カソード電極に残留する酸素が消費された状態を示す電圧値であっても良い。適用例３の燃料電池システムによれば、カソード電極に残留する酸素が消費された後、カソード電極が異常電位となる前に、アノード電極に空気を導入してアノード電極から水素を排出することができる。 [Application Example 3] In the fuel cell system of Application Example 1 or Application Example 2, the reference voltage is obtained by allowing hydrogen remaining in the anode electrode to pass through the cathode electrode and react with oxygen remaining in the cathode electrode. A voltage value indicating a state in which oxygen remaining in the cathode electrode is consumed may be used. According to the fuel cell system of Application Example 3, after oxygen remaining in the cathode electrode is consumed, before the cathode electrode becomes an abnormal potential, air is introduced into the anode electrode and hydrogen is discharged from the anode electrode. it can.

［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかの燃料電池システムにおいて、前記基準電圧は、０．０５ボルトであっても良い。適用例４の燃料電池システムによれば、カソード電極に残留する酸素が消費された後、カソード電極が異常電位となる前に、アノード電極に空気を導入してアノード電極から水素を排出することができる。 Application Example 4 In the fuel cell system according to Application Example 1 to Application Example 3, the reference voltage may be 0.05 volts. According to the fuel cell system of Application Example 4, after oxygen remaining in the cathode electrode is consumed, before the cathode electrode becomes an abnormal potential, air is introduced into the anode electrode and hydrogen is discharged from the anode electrode. it can.

［適用例５］適用例１ないし請求項４のいずれかの燃料電池システムは、更に、前記カソード電極の温度を示すセル温度を測定する温度測定部を備え、前記空気導入部は、前記供給停止部によって水素および空気の供給を停止した後、前記電圧測定部によって測定されるセル電圧が基準電圧よりも低下した場合、および前記温度測定部によって測定されるセル温度が基準温度よりも低下した場合、の少なくとも一方の場合に、前記アノード電極に空気を導入するとしても良い。適用例５の燃料電池システムによれば、セル電圧の低下を判断する基準電圧を、カソード電極に残留する酸素が消費された状態を示す電圧に設定すると共に、セル温度の低下を判断する基準温度を、カソード電極を構成する炭素の酸化が抑制される温度に設定することによって、セル電圧およびセル温度の少なくとも一方が条件を満たした場合に、カソード電極の劣化を抑制しながらアノード電極への空気の導入を実施することができる。その結果、燃料電池の発電を停止する処理に要する時間を短縮することができる。 Application Example 5 The fuel cell system according to any one of Application Examples 1 to 4 further includes a temperature measurement unit that measures a cell temperature indicating the temperature of the cathode electrode, and the air introduction unit stops the supply. After stopping the supply of hydrogen and air by the unit, when the cell voltage measured by the voltage measuring unit is lower than the reference voltage, and when the cell temperature measured by the temperature measuring unit is lower than the reference temperature In at least one of the cases, air may be introduced into the anode electrode. According to the fuel cell system of Application Example 5, the reference voltage for determining the decrease in the cell voltage is set to a voltage indicating the state in which oxygen remaining in the cathode electrode is consumed, and the reference temperature for determining the decrease in the cell temperature. Is set to a temperature at which the oxidation of carbon constituting the cathode electrode is suppressed, and when at least one of the cell voltage and the cell temperature satisfies the condition, the air to the anode electrode is suppressed while suppressing the deterioration of the cathode electrode. Can be implemented. As a result, the time required for the process of stopping the power generation of the fuel cell can be shortened.

［適用例６］適用例６の燃料電池システムは、水素をアノード電極に空気をカソード電極に供給することによって発電する燃料電池を運転する燃料電池システムであって、前記燃料電池による発電を停止する際に、前記アノード電極への水素の供給、および前記カソード電極への空気の供給を停止する供給停止部と、前記カソード電極の温度を示すセル温度を測定する温度測定部と、前記供給停止部によって水素および空気の供給を停止した後、前記温度測定部によって測定されるセル温度が基準温度よりも低下した場合、前記アノード電極に空気を導入する空気導入部とを備えることを特徴とする。適用例６の燃料電池システムによれば、セル温度の低下を判断する基準温度を、カソード電極を構成する炭素の酸化が抑制される温度に設定することによって、水素が残留するアノード電極への空気の導入に起因するカソード電極の劣化を抑制することができる。その結果、発電停止後における燃料電池の劣化を抑制することができる。 Application Example 6 The fuel cell system of Application Example 6 is a fuel cell system that operates a fuel cell that generates power by supplying hydrogen to the anode electrode and air to the cathode electrode, and stops the power generation by the fuel cell. A supply stop unit for stopping the supply of hydrogen to the anode electrode and the supply of air to the cathode electrode, a temperature measurement unit for measuring a cell temperature indicating the temperature of the cathode electrode, and the supply stop unit After the supply of hydrogen and air is stopped by the step, when the cell temperature measured by the temperature measuring unit is lower than a reference temperature, an air introducing unit is provided for introducing air into the anode electrode. According to the fuel cell system of Application Example 6, by setting the reference temperature for determining the decrease in the cell temperature to a temperature at which oxidation of carbon constituting the cathode electrode is suppressed, air to the anode electrode where hydrogen remains is supplied. Degradation of the cathode electrode due to the introduction of can be suppressed. As a result, deterioration of the fuel cell after power generation is stopped can be suppressed.

［適用例７］適用例６の燃料電池システムは、更に、前記供給停止部によって水素および空気の供給を停止した後、前記空気導入部によって前記アノード電極に空気を導入する前に、前記燃料電池を冷却する停止冷却部を備えても良い。適用例７の燃料電池システムによれば、燃料電池におけるセル温度の低下を促進させることができる。したがって、燃料電池の発電を停止するのに要する時間を短縮することができる。 Application Example 7 In the fuel cell system of Application Example 6, the fuel cell system further includes the step of stopping the supply of hydrogen and air by the supply stop unit, and before introducing air to the anode electrode by the air introduction unit. You may provide the stop cooling part which cools. According to the fuel cell system of Application Example 7, it is possible to promote a decrease in cell temperature in the fuel cell. Therefore, the time required to stop the power generation of the fuel cell can be shortened.

［適用例８］適用例６または適用例７の燃料電池システムであって、前記基準温度は、４０℃であっても良い。適用例８の燃料電池システムによれば、アノード電極に空気を導入することによって、カソード電極に酸素が存在する状況で、水素が残留するアノード電極に酸素が偏在する状態になった場合であっても、カソード電極の劣化を抑制することができる。 Application Example 8 In the fuel cell system according to Application Example 6 or Application Example 7, the reference temperature may be 40 ° C. According to the fuel cell system of Application Example 8, when oxygen is present in the cathode electrode by introducing air into the anode electrode, oxygen is unevenly distributed in the anode electrode where hydrogen remains. In addition, the deterioration of the cathode electrode can be suppressed.

［適用例９］適用例９の燃料電池の停止方法は、水素をアノード電極に空気をカソード電極に供給することによって発電する燃料電池による発電を停止する燃料電池の停止方法であって、前記アノード電極への水素の供給、および前記カソード電極への空気の供給を停止し、前記アノード電極と前記カソード電極との間の電位差を示すセル電圧を測定し、前記アノード電極への水素の供給、および前記カソード電極への空気の供給を停止した後、前記セル電圧が基準電圧よりも低下した場合、前記アノード電極に空気を導入することを特徴とする。適用例９の燃料電池の停止方法によれば、セル電圧の低下を判断する基準電圧を、カソード電極に残留する酸素が消費された状態を示す電圧に設定することによって、水素が残留するアノード電極への空気の導入が、カソード電極に酸素が存在する状況で行われることを回避することができる。したがって、発電停止後に、カソード電極に酸素が存在する状況で、水素が残留するアノード電極に酸素が偏在する状態になることを防止することができる。その結果、発電停止後における燃料電池の劣化を抑制することができる。 Application Example 9 A fuel cell stop method according to Application Example 9 is a fuel cell stop method for stopping power generation by a fuel cell that generates power by supplying hydrogen to the anode electrode and supplying air to the cathode electrode. Stopping supply of hydrogen to the electrode and air to the cathode electrode, measuring a cell voltage indicating a potential difference between the anode electrode and the cathode electrode, supplying hydrogen to the anode electrode, and After the supply of air to the cathode electrode is stopped, when the cell voltage drops below a reference voltage, air is introduced into the anode electrode. According to the fuel cell stopping method of Application Example 9, the reference voltage for determining the cell voltage drop is set to a voltage indicating a state in which oxygen remaining in the cathode electrode is consumed, whereby the anode electrode in which hydrogen remains It is possible to avoid the introduction of air into the cathode electrode in the presence of oxygen at the cathode electrode. Therefore, it is possible to prevent oxygen from being unevenly distributed in the anode electrode where hydrogen remains in a situation where oxygen is present in the cathode electrode after power generation is stopped. As a result, deterioration of the fuel cell after power generation is stopped can be suppressed.

［適用例１０］適用例１０の燃料電池の停止方法は、水素をアノード電極に空気をカソード電極に供給することによって発電する燃料電池による発電を停止する燃料電池の停止方法であって、前記アノード電極への水素の供給、および前記カソード電極への空気の供給を停止し、前記カソード電極の温度を示すセル温度を測定し、前記アノード電極への水素の供給、および前記カソード電極への空気の供給を停止した後、前記セル温度が基準温度よりも低下した場合、前記アノード電極に空気を導入することを特徴とする。適用例１０の燃料電池の停止方法によれば、セル温度の低下を判断する基準温度を、カソード電極を構成する炭素の酸化が抑制される温度に設定することによって、水素が残留するアノード電極への空気の導入に起因するカソード電極の劣化を抑制することができる。その結果、発電停止後における燃料電池の劣化を抑制することができる。 Application Example 10 A fuel cell stopping method according to Application Example 10 is a fuel cell stopping method for stopping power generation by a fuel cell that generates power by supplying hydrogen to an anode electrode and supplying air to a cathode electrode. The supply of hydrogen to the electrode and the supply of air to the cathode electrode are stopped, the cell temperature indicating the temperature of the cathode electrode is measured, the supply of hydrogen to the anode electrode, and the supply of air to the cathode electrode After the supply is stopped, air is introduced into the anode electrode when the cell temperature falls below a reference temperature. According to the method for stopping the fuel cell of Application Example 10, by setting the reference temperature for determining the decrease in the cell temperature to a temperature at which oxidation of carbon constituting the cathode electrode is suppressed, the anode electrode in which hydrogen remains is obtained. Deterioration of the cathode electrode due to the introduction of air can be suppressed. As a result, deterioration of the fuel cell after power generation is stopped can be suppressed.

本発明の形態は、燃料電池システムや燃料電池の停止方法に限るものではなく、例えば、燃料電池を備える車両、燃料電池を運転する方法、燃料電池を運転するプログラムなどの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。 The form of the present invention is not limited to the fuel cell system and the fuel cell stopping method, and may be applied to various forms such as a vehicle equipped with a fuel cell, a method of operating a fuel cell, and a program for operating the fuel cell It is also possible. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention.

燃料電池システムの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a fuel cell system. 燃料電池における単セルの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the single cell in a fuel cell. 燃料電池システムの制御部が実行する停止制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the stop control process which the control part of a fuel cell system performs. 第２実施例における燃料電池システムの制御部が実行する停止制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the stop control process which the control part of the fuel cell system in 2nd Example performs. セル温度と二酸化炭素の発生量との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between cell temperature and the generation amount of a carbon dioxide. 第３実施例における燃料電池システムの制御部が実行する停止制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the stop control process which the control part of the fuel cell system in 3rd Example performs.

以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用した燃料電池システムについて説明する。 In order to further clarify the configuration and operation of the present invention described above, a fuel cell system to which the present invention is applied will be described below.

Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システムの構成：
図１は、燃料電池システム１０の構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池２０を備え、燃料電池システム１０の外部に電力を供給するために燃料電池２０を運転する。本実施例では、燃料電池システム１０は、燃料電池２０で発電した電力を利用して走行する車両に搭載されるシステムであるが、他の実施形態として、住宅や施設の電源として設置されるシステムに適用しても良いし、電気で作動する電気機械機器に電源として搭載されるシステムに適用しても良い。 A. First embodiment:
A-1. Configuration of fuel cell system:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the fuel cell system 10. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 20 that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and operates the fuel cell 20 to supply electric power to the outside of the fuel cell system 10. In this embodiment, the fuel cell system 10 is a system mounted on a vehicle that travels using the power generated by the fuel cell 20, but as another embodiment, a system that is installed as a power source for a house or facility. The present invention may be applied to a system that is mounted as a power source in an electromechanical device that operates by electricity.

燃料電池システム１０の燃料電池２０は、反応ガスの供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。本実施例では、燃料電池２０に供給される反応ガスには、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスである空気とが含まれる。燃料電池２０に供給された燃料ガスは、水素と酸素との電気化学反応の進行に伴って水素濃度が低下し、アノードオフガスとして燃料電池２０の外部に排出される。本実施例では、燃料電池システム１０は、燃料ガスを循環して再利用する循環方式のシステムであり、アノードオフガスは、燃料ガスとして再利用される。燃料電池２０に供給された酸化ガスは、水素と酸素との電気化学反応の進行に伴って酸素濃度が低下し、カソードオフガスとして燃料電池２０の外部に排出される。 The fuel cell 20 of the fuel cell system 10 is a polymer electrolyte fuel cell that generates electric power upon receiving a reaction gas. In the present embodiment, the reaction gas supplied to the fuel cell 20 includes a fuel gas containing hydrogen and air that is an oxidizing gas containing oxygen. The fuel gas supplied to the fuel cell 20 decreases in hydrogen concentration as the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen proceeds, and is discharged outside the fuel cell 20 as an anode off-gas. In the present embodiment, the fuel cell system 10 is a circulation system that circulates and reuses fuel gas, and the anode off-gas is reused as fuel gas. The oxidizing gas supplied to the fuel cell 20 decreases in oxygen concentration as the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen proceeds, and is discharged to the outside of the fuel cell 20 as a cathode offgas.

燃料電池２０は、燃料ガスから直接的に電気エネルギを取り出す基本構造を構成する複数の単セル２１を備え、これら複数の単セル２１は、電気的に直列に積層されている。図２は、燃料電池２０における単セル２１の構成を示す説明図である。燃料電池２０の単セル２１は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下、「ＭＥＡ」と呼ぶ）２４と、アノードセパレータ２３と、カソードセパレータ２５とを備える。単セル２１において、ＭＥＡ２４は、アノードセパレータ２３と、カソードセパレータ２５との間に挟持されている。 The fuel cell 20 includes a plurality of single cells 21 that constitute a basic structure that directly extracts electric energy from fuel gas, and the plurality of single cells 21 are electrically stacked in series. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the single cell 21 in the fuel cell 20. The unit cell 21 of the fuel cell 20 includes a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) 24, an anode separator 23, and a cathode separator 25. In the single cell 21, the MEA 24 is sandwiched between the anode separator 23 and the cathode separator 25.

単セル２１のＭＥＡ２４は、アノード拡散層２４１と、アノード触媒層２４２と、電解質膜２４４と、カソード触媒層２４５と、カソード拡散層２４６とを備え、この順序で、これらの層は一体的に積層されている。アノード拡散層２４１およびアノード触媒層２４２は、電解質膜２４４のアノード側の面に積層され、アノード電極２４３を構成する。カソード拡散層２４６およびカソード触媒層２４５は、電解質膜２４４のカソード側の面に積層され、カソード電極２４７を構成する。したがって、ＭＥＡ２４における電解質膜２４４は、アノード電極２４３とカソード電極２４７との間に挟持される状態となる。 The MEA 24 of the single cell 21 includes an anode diffusion layer 241, an anode catalyst layer 242, an electrolyte membrane 244, a cathode catalyst layer 245, and a cathode diffusion layer 246, and these layers are laminated in this order. Has been. The anode diffusion layer 241 and the anode catalyst layer 242 are stacked on the anode side surface of the electrolyte membrane 244 to constitute the anode electrode 243. The cathode diffusion layer 246 and the cathode catalyst layer 245 are stacked on the cathode side surface of the electrolyte membrane 244 to constitute the cathode electrode 247. Therefore, the electrolyte membrane 244 in the MEA 24 is in a state of being sandwiched between the anode electrode 243 and the cathode electrode 247.

ＭＥＡ２４の電解質膜２４４は、プロトン伝導性を有するプロトン伝導体で形成されている。本実施例では、電解質膜２４４は、プロトン伝導体の一つであるアイオノマ樹脂を用いたパーフルオロスルホン酸イオン交換膜である。 The electrolyte membrane 244 of the MEA 24 is formed of a proton conductor having proton conductivity. In this embodiment, the electrolyte membrane 244 is a perfluorosulfonic acid ion exchange membrane using an ionomer resin which is one of proton conductors.

ＭＥＡ２４のアノード触媒層２４２およびカソード触媒層２４５は、電解質膜２４４を介して行われる水素と酸素との電気化学反応を促進させる触媒機能に加え、ガス透過性，導電性，撥水性を有する材料で形成されている。本実施例では、アノード触媒層２４２およびカソード触媒層２４５は、白金を含有する白金系触媒を担持した炭素担体に、プロトン伝導体であるアイオノマ樹脂を混合した材料で形成されている。 The anode catalyst layer 242 and the cathode catalyst layer 245 of the MEA 24 are made of a material having gas permeability, conductivity, and water repellency in addition to a catalytic function for promoting an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen performed through the electrolyte membrane 244. Is formed. In this embodiment, the anode catalyst layer 242 and the cathode catalyst layer 245 are formed of a material obtained by mixing an ionomer resin, which is a proton conductor, on a carbon support carrying a platinum-based catalyst containing platinum.

ＭＥＡ２４のアノード拡散層２４１およびカソード拡散層２４６は、ガス透過性，導電性，撥水性を有する材料で形成されている。アノード拡散層２４１は、アノード触媒層２４２に燃料ガスを拡散させ、カソード拡散層２４６は、カソード触媒層２４５に酸化ガスを拡散させる。本実施例では、アノード拡散層２４１およびカソード拡散層２４６は、炭素製の多孔体であるカーボンクロスやカーボンペーパに、撥水性を有する撥水樹脂（例えば、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ））を含浸させた材料で形成されている。 The anode diffusion layer 241 and the cathode diffusion layer 246 of the MEA 24 are formed of a material having gas permeability, conductivity, and water repellency. The anode diffusion layer 241 diffuses fuel gas into the anode catalyst layer 242 and the cathode diffusion layer 246 diffuses oxidizing gas into the cathode catalyst layer 245. In this embodiment, the anode diffusion layer 241 and the cathode diffusion layer 246 are impregnated with a water-repellent resin (for example, polytetrafluoroethylene (PTFE)) in carbon cloth or carbon paper, which is a carbon porous body. It is made of the material made.

単セル２１のアノードセパレータ２３は、ＭＥＡ２４におけるアノード側の面に燃料ガスを流すアノード流路２３２を形成し、単セル２１のカソードセパレータ２５は、ＭＥＡ２４におけるカソード側の面に酸化ガスを流すカソード流路２５２を形成する。アノードセパレータ２３およびカソードセパレータ２５は、燃料ガスや酸化ガスを流す上で十分な強度およびガス不透過性に加え導電性を有する材料（例えば、ステンレス，カーボン樹脂，導電性セラミックス）で形成されている。 The anode separator 23 of the single cell 21 forms an anode flow path 232 for flowing fuel gas on the anode side surface of the MEA 24, and the cathode separator 25 of the single cell 21 is a cathode flow for flowing oxidizing gas to the cathode side surface of the MEA 24. A path 252 is formed. The anode separator 23 and the cathode separator 25 are formed of a material (for example, stainless steel, carbon resin, conductive ceramics) having sufficient strength and gas impermeability for flowing fuel gas and oxidizing gas. .

図１の説明に戻り、燃料電池２０には、単セル２１におけるアノード電極２４３とカソード電極２４７との間の電位差、すなわち、単セル２１の電圧であるセル電圧を検出するセル電圧センサ２１８が設けられている。本実施例では、セル電圧センサ２１８は、燃料電池２０における全ての単セル２１の各々のセル電圧を検出するセンサであるが、他の実施形態において、燃料電池２０における全ての単セル２１ではなく、代表的な一部の単セル２１のセル電圧を検出するセンサであっても良い。 Returning to the description of FIG. 1, the fuel cell 20 is provided with a cell voltage sensor 218 that detects a potential difference between the anode electrode 243 and the cathode electrode 247 in the single cell 21, that is, a cell voltage that is the voltage of the single cell 21. It has been. In this embodiment, the cell voltage sensor 218 is a sensor that detects the cell voltages of all the single cells 21 in the fuel cell 20, but in other embodiments, not all the single cells 21 in the fuel cell 20. A sensor that detects the cell voltage of some typical single cells 21 may be used.

燃料電池システム１０は、燃料電池２０を運転するための構成として、水素供給部３０と、冷却部４０と、空気供給部５０と、制御部９０とを備える。 The fuel cell system 10 includes a hydrogen supply unit 30, a cooling unit 40, an air supply unit 50, and a control unit 90 as a configuration for operating the fuel cell 20.

燃料電池システム１０の水素供給部３０は、制御部９０の指示に基づいて、燃料ガスである水素を燃料電池２０に供給する。本実施例では、水素供給部３０は、水素を圧縮して貯蔵するタンクから水素を供給する装置であるが、他の実施形態において、水素を吸蔵する水素吸蔵合金から水素を供給する装置であっても良いし、天然ガス、メタノール、ガソリンなどの炭化水素系燃料を改質して水素を取り出す改質器から水素を供給する装置であっても良い。 The hydrogen supply unit 30 of the fuel cell system 10 supplies hydrogen, which is a fuel gas, to the fuel cell 20 based on an instruction from the control unit 90. In this example, the hydrogen supply unit 30 is a device that supplies hydrogen from a tank that compresses and stores hydrogen. In another embodiment, the hydrogen supply unit 30 is a device that supplies hydrogen from a hydrogen storage alloy that stores hydrogen. Alternatively, an apparatus that supplies hydrogen from a reformer that reforms a hydrocarbon-based fuel such as natural gas, methanol, or gasoline to take out hydrogen may be used.

燃料電池システム１０の空気供給部５０は、制御部９０の指示に基づいて、酸化ガスである空気を燃料電池２０に供給する。本実施例では、空気供給部５０は、ポンプで大気中から取り込んだ空気を供給する装置である。 The air supply unit 50 of the fuel cell system 10 supplies air, which is an oxidizing gas, to the fuel cell 20 based on an instruction from the control unit 90. In this embodiment, the air supply unit 50 is a device that supplies air taken in from the atmosphere by a pump.

燃料電池システム１０は、燃料電池２０への反応ガスの供給、および燃料電池２０からの反応ガスの排出に関連して、アノード供給路３１０と、アノード排出路３２０と、アノード循環路３３０と、カソード供給路５１０と、カソード排出路５２０と、アノード空気導入路５３０と、希釈空気導入路５４０と、希釈器６１０とを備える。 The fuel cell system 10 includes an anode supply path 310, an anode discharge path 320, an anode circulation path 330, a cathode in relation to the supply of the reaction gas to the fuel cell 20 and the discharge of the reaction gas from the fuel cell 20. A supply path 510, a cathode discharge path 520, an anode air introduction path 530, a dilution air introduction path 540, and a diluter 610 are provided.

燃料電池システム１０のアノード供給路３１０は、水素供給部３０から燃料電池２０に燃料ガスを流す流路を形成し、燃料電池システム１０のアノード排出路３２０は、燃料電池２０から希釈器６１０にアノードオフガスを流す流路を形成する。アノード排出路３２０には、アノード排出バルブ３２２が設けられ、アノード排出バルブ３２２は、制御部９０の指示に基づいて、燃料電池２０から希釈器６１０に排出されるアノードオフガスの排出量を調整する。本実施例では、アノード排出路３２０には、アノード排出路３２０中の水素濃度を検出する水素濃度センサ３２８が設けられている。 The anode supply path 310 of the fuel cell system 10 forms a flow path for flowing fuel gas from the hydrogen supply unit 30 to the fuel cell 20, and the anode discharge path 320 of the fuel cell system 10 is an anode from the fuel cell 20 to the diluter 610. A flow path for flowing off gas is formed. The anode discharge path 320 is provided with an anode discharge valve 322, and the anode discharge valve 322 adjusts the discharge amount of the anode off gas discharged from the fuel cell 20 to the diluter 610 based on an instruction from the control unit 90. In this embodiment, the anode discharge path 320 is provided with a hydrogen concentration sensor 328 that detects the hydrogen concentration in the anode discharge path 320.

燃料電池システム１０のアノード循環路３３０は、アノード排出路３２０からアノード供給路３１０へとアノードオフガスを流す流路を形成する。アノード循環路３３０には、アノード排出路３２０側から順に、循環入口バルブ３３２と、循環ポンプ３３４と、循環出口バルブ３３６とが設けられている。アノード循環路３３０の循環入口バルブ３３２および循環出口バルブ３３６は、制御部９０の指示に基づいて、アノード排出路３２０からアノード供給路３１０へと循環するアノードオフガスの循環量を調整する。アノード循環路３３０の循環ポンプ３３４は、制御部９０の指示に基づいて、アノード排出路３２０からアノード供給路３１０へとアノードオフガスを送出する。 The anode circulation path 330 of the fuel cell system 10 forms a flow path for flowing an anode off gas from the anode discharge path 320 to the anode supply path 310. In the anode circulation path 330, a circulation inlet valve 332, a circulation pump 334, and a circulation outlet valve 336 are provided in this order from the anode discharge path 320 side. The circulation inlet valve 332 and the circulation outlet valve 336 of the anode circulation path 330 adjust the circulation amount of the anode off gas that circulates from the anode discharge path 320 to the anode supply path 310 based on an instruction from the control unit 90. The circulation pump 334 of the anode circulation path 330 sends the anode off gas from the anode discharge path 320 to the anode supply path 310 based on an instruction from the control unit 90.

燃料電池システム１０のカソード供給路５１０は、空気供給部５０から燃料電池２０に酸化ガスを流す流路を形成し、燃料電池システム１０のカソード排出路５２０は、燃料電池２０から希釈器６１０にカソードオフガスを流す流路を形成する。カソード排出路５２０には、カソード排出バルブ５２２が設けられ、カソード排出バルブ５２２は、制御部９０の指示に基づいて、燃料電池２０から希釈器６１０に排出されるカソードオフガスの排出量を調整する。 The cathode supply path 510 of the fuel cell system 10 forms a flow path for flowing an oxidizing gas from the air supply unit 50 to the fuel cell 20, and the cathode discharge path 520 of the fuel cell system 10 is a cathode from the fuel cell 20 to the diluter 610. A flow path for flowing off gas is formed. The cathode discharge passage 520 is provided with a cathode discharge valve 522, and the cathode discharge valve 522 adjusts the discharge amount of the cathode off gas discharged from the fuel cell 20 to the diluter 610 based on an instruction from the control unit 90.

燃料電池システム１０のアノード空気導入路５３０は、空気供給部５０から供給される空気をカソード供給路５１０からアノード供給路３１０へと流す流路を形成する。アノード空気導入路５３０には、アノード空気導入バルブ５３２が設けられ、アノード空気導入バルブ５３２は、制御部９０の指示に基づいて、カソード供給路５１０からアノード供給路３１０へと導入される空気の導入量を調整する。 The anode air introduction path 530 of the fuel cell system 10 forms a flow path for flowing air supplied from the air supply unit 50 from the cathode supply path 510 to the anode supply path 310. The anode air introduction path 530 is provided with an anode air introduction valve 532. The anode air introduction valve 532 introduces air introduced from the cathode supply path 510 to the anode supply path 310 based on an instruction from the control unit 90. Adjust the amount.

燃料電池システム１０の希釈空気導入路５４０は、空気供給部５０から供給される空気をカソード供給路５１０から希釈器６１０に流す流路を形成する。希釈空気導入路５４０には、希釈空気導入バルブ５４２が設けられ、希釈空気導入バルブ５４２は、制御部９０の指示に基づいて、カソード供給路５１０から希釈器６１０へと導入される空気の導入量を調整する。 The dilution air introduction path 540 of the fuel cell system 10 forms a flow path for flowing air supplied from the air supply unit 50 from the cathode supply path 510 to the diluter 610. The dilution air introduction path 540 is provided with a dilution air introduction valve 542, and the dilution air introduction valve 542 is introduced from the cathode supply path 510 to the diluter 610 based on an instruction from the controller 90. Adjust.

燃料電池システム１０の希釈器６１０は、カソードオフガスをアノードオフガスに混合することによって、アノードオフガスに含まれる水素を希釈する。本実施例では、希釈器６１０には、希釈器６１０中の水素濃度を検出する水素濃度センサ６１８が設けられ、制御部９０は、希釈器６１０の水素濃度センサ６１８によって検出された水素濃度が基準値（例えば、５％）以上である場合、希釈空気導入路５４０から希釈器６１０に空気を導入する制御を行う。これによって、基準値を超える水素濃度の排気が希釈器６１０から排出されることを防止することができる。 The diluter 610 of the fuel cell system 10 dilutes hydrogen contained in the anode off gas by mixing the cathode off gas with the anode off gas. In this embodiment, the diluter 610 is provided with a hydrogen concentration sensor 618 that detects the hydrogen concentration in the diluter 610, and the control unit 90 uses the hydrogen concentration detected by the hydrogen concentration sensor 618 of the diluter 610 as a reference. When it is equal to or greater than a value (for example, 5%), control is performed to introduce air from the diluted air introduction path 540 to the diluter 610. As a result, it is possible to prevent exhaust gas having a hydrogen concentration exceeding the reference value from being discharged from the diluter 610.

燃料電池システム１０の冷却部４０は、燃料電池２０の内部との間で冷却水（不凍液）を循環させながら冷却水の熱を大気中に発散させることによって燃料電池２０を冷却する。燃料電池システム１０は、冷却水の循環に関連して、冷却部４０から燃料電池２０に冷却水を流す流路を形成する冷却水往路４１０と、燃料電池２０から冷却部４０に冷却水を流す流路を形成する冷却水復路４２０とを備える。本実施例では、冷却水復路４２０には、冷却水復路４２０中の冷却水の温度を検出する温度センサ４２８が設けられている。 The cooling unit 40 of the fuel cell system 10 cools the fuel cell 20 by dissipating the heat of the cooling water into the atmosphere while circulating the cooling water (antifreeze) between the inside of the fuel cell 20. In relation to the circulation of the cooling water, the fuel cell system 10 causes the cooling water forward path 410 to form a flow path for flowing the cooling water from the cooling unit 40 to the fuel cell 20 and the cooling water to flow from the fuel cell 20 to the cooling unit 40. And a cooling water return path 420 that forms a flow path. In the present embodiment, the cooling water return path 420 is provided with a temperature sensor 428 that detects the temperature of the cooling water in the cooling water return path 420.

燃料電池システム１０の制御部９０は、燃料電池システム１０の各部を制御する。制御部９０は、燃料電池２０を運転する制御を行う運転制御部９１０と、各種のプログラムやデータを記憶する記憶部９２０と、燃料電池システム１０の各部との間を電気的に接続するインタフェース９３０とを備える。 The control unit 90 of the fuel cell system 10 controls each unit of the fuel cell system 10. The control unit 90 includes an operation control unit 910 that performs control for operating the fuel cell 20, a storage unit 920 that stores various programs and data, and an interface 930 that electrically connects each unit of the fuel cell system 10. With.

制御部９０の運転制御部９１０は、供給停止部９１２と、電圧測定部９１４と、温度測定部９１５と、空気導入部９１６とを備える。本実施例では、運転制御部９１０が備える各部の機能は、記憶部９２０に記憶されている制御プログラム９２２に基づいて、運転制御部９１０のセントラルプロセッシングユニット（Central Processing Unit、ＣＰＵ）が動作することによって実現されるが、他の実施形態において、運転制御部９１０の少なくとも一部の機能は、運転制御部９１０の電子回路がその物理的な回路構成に基づいて動作することによって実現されても良い。 The operation control unit 910 of the control unit 90 includes a supply stop unit 912, a voltage measurement unit 914, a temperature measurement unit 915, and an air introduction unit 916. In the present embodiment, the function of each unit included in the operation control unit 910 is that a central processing unit (CPU) of the operation control unit 910 operates based on a control program 922 stored in the storage unit 920. However, in other embodiments, at least some of the functions of the operation control unit 910 may be realized by an electronic circuit of the operation control unit 910 operating based on its physical circuit configuration. .

運転制御部９１０の供給停止部９１２は、燃料電池２０による発電を停止する際に、アノード電極２４３への水素の供給、およびカソード電極２４７への空気の供給を停止する。本実施例では、燃料電池２０に対する水素および空気の供給を停止するために、供給停止部９１２は、インタフェース９３０を介して、水素供給部３０および空気供給部５０に対して制御信号を出力することによって、水素供給部３０に対して水素の送出停止を、空気供給部５０に対して空気の送出停止をそれぞれ指示する。 The supply stop unit 912 of the operation control unit 910 stops supply of hydrogen to the anode electrode 243 and supply of air to the cathode electrode 247 when power generation by the fuel cell 20 is stopped. In this embodiment, in order to stop the supply of hydrogen and air to the fuel cell 20, the supply stop unit 912 outputs control signals to the hydrogen supply unit 30 and the air supply unit 50 via the interface 930. The hydrogen supply unit 30 is instructed to stop sending hydrogen, and the air supply unit 50 is instructed to stop sending air.

運転制御部９１０の電圧測定部９１４は、アノード電極２４３とカソード電極２４７との間の電位差を示すセル電圧を測定する。本実施例では、電圧測定部９１４は、燃料電池２０のセル電圧センサ２１８から出力される検出信号に基づいて、全ての単セル２１の各々のセル電圧を測定するが、他の実施形態において、代表的な一部の単セル２１のセル電圧を測定しても良い。 The voltage measurement unit 914 of the operation control unit 910 measures a cell voltage indicating a potential difference between the anode electrode 243 and the cathode electrode 247. In the present embodiment, the voltage measurement unit 914 measures the cell voltages of all the single cells 21 based on the detection signal output from the cell voltage sensor 218 of the fuel cell 20, but in other embodiments, The cell voltage of some typical single cells 21 may be measured.

運転制御部９１０の温度測定部９１５は、燃料電池２０の単セル２１の温度を示すセル温度を測定する。図２に示したように、単セル２１は、カソード電極２４７を始めとする種々の部材を一体的に組み合わせたものであることから、単セル２１のセル温度は、カソード電極２４７の温度を示す指標となる。本実施例では、温度測定部９１５は、冷却水復路４２０の温度センサ４２８から出力される検出信号に基づいて、単セル２１のセル温度を測定するが、他の実施形態において、燃料電池２０の単セル２１に直接的に設けられた温度センサ（図示しない）から出力される検出信号に基づいてセル温度を測定しても良い。 The temperature measurement unit 915 of the operation control unit 910 measures a cell temperature indicating the temperature of the single cell 21 of the fuel cell 20. As shown in FIG. 2, since the single cell 21 is a combination of various members including the cathode electrode 247, the cell temperature of the single cell 21 indicates the temperature of the cathode electrode 247. It becomes an indicator. In this embodiment, the temperature measurement unit 915 measures the cell temperature of the single cell 21 based on the detection signal output from the temperature sensor 428 of the cooling water return path 420. In other embodiments, the temperature measurement unit 915 The cell temperature may be measured based on a detection signal output from a temperature sensor (not shown) provided directly on the single cell 21.

運転制御部９１０の空気導入部９１６は、供給停止部９１２によって水素および空気の供給を停止した後、電圧測定部９１４によって測定されるセル電圧が基準電圧よりも低下した場合、燃料電池２０のアノード電極２４３に空気を導入する。本実施例では、アノード電極２４３に空気を導入するために、空気導入部９１６は、アノード空気導入路５３０のアノード空気導入バルブ５３２、およびアノード排出路３２０のアノード排出バルブ３２２を開放する制御を行うと共に、空気供給部５０に対して空気の送出を指示する。これによって、空気供給部５０から送出された空気は、カソード供給路５１０、アノード空気導入路５３０、アノード供給路３１０を順に経由して、燃料電池２０のアノード電極２４３に導入される。 The air introduction unit 916 of the operation control unit 910 causes the anode of the fuel cell 20 when the cell voltage measured by the voltage measurement unit 914 falls below the reference voltage after the supply stop unit 912 stops supplying hydrogen and air. Air is introduced into the electrode 243. In this embodiment, in order to introduce air into the anode electrode 243, the air introduction unit 916 performs control to open the anode air introduction valve 532 of the anode air introduction path 530 and the anode discharge valve 322 of the anode discharge path 320. At the same time, the air supply unit 50 is instructed to send out air. Thus, the air sent from the air supply unit 50 is introduced into the anode electrode 243 of the fuel cell 20 through the cathode supply path 510, the anode air introduction path 530, and the anode supply path 310 in this order.

Ａ−２．燃料電池システム１０の動作：
図３は、燃料電池システム１０の制御部９０が実行する停止制御処理（ステップＳ１０）を示すフローチャートである。停止制御処理（ステップＳ１０）は、制御部９０の運転制御部９１０によって実現される処理である。本実施例では、燃料電池２０による発電を停止する際に、制御部９０は、停止制御処理（ステップＳ１０）を開始する。 A-2. Operation of the fuel cell system 10:
FIG. 3 is a flowchart showing a stop control process (step S10) executed by the control unit 90 of the fuel cell system 10. The stop control process (step S10) is a process realized by the operation control unit 910 of the control unit 90. In the present embodiment, when the power generation by the fuel cell 20 is stopped, the control unit 90 starts a stop control process (step S10).

停止制御処理（ステップＳ１０）を開始すると、燃料電池システム１０の制御部９０は、供給停止部９１２として動作することによって供給停止処理（ステップＳ１０２）を実行する。供給停止処理（ステップＳ１０２）において、制御部９０は、水素供給部３０に対して水素の送出停止を、空気供給部５０に対して空気の送出停止をそれぞれ指示することによって、アノード電極２４３への水素の供給、およびカソード電極２４７への空気の供給を停止する。停止制御処理（ステップＳ１０）に際し、制御部９０は、アノード排出路３２０のアノード排出バルブ３２２、およびカソード排出路５２０のカソード排出バルブ５２２をそれぞれ閉塞した状態に制御する。 When the stop control process (step S10) is started, the control unit 90 of the fuel cell system 10 performs the supply stop process (step S102) by operating as the supply stop unit 912. In the supply stop process (step S102), the control unit 90 instructs the hydrogen supply unit 30 to stop sending hydrogen and the air supply unit 50 to stop sending air, thereby supplying the anode 243 to the anode electrode 243. The supply of hydrogen and the supply of air to the cathode electrode 247 are stopped. During the stop control process (step S10), the control unit 90 controls the anode discharge valve 322 of the anode discharge path 320 and the cathode discharge valve 522 of the cathode discharge path 520 to be closed.

供給停止処理（ステップＳ１０２）の後、制御部９０は、電圧測定部９１４として動作することによって電圧測定処理（ステップＳ１０４）を実行する。電圧測定処理（ステップＳ１０４）において、制御部９０は、燃料電池２０のセル電圧センサ２１８から出力される検出信号に基づいて単セル２１のセル電圧を測定する。 After the supply stop process (step S102), the control unit 90 performs the voltage measurement process (step S104) by operating as the voltage measurement unit 914. In the voltage measurement process (step S104), the control unit 90 measures the cell voltage of the single cell 21 based on the detection signal output from the cell voltage sensor 218 of the fuel cell 20.

電圧測定処理（ステップＳ１０４）において、制御部９０は、電圧測定処理（ステップＳ１０４）で測定された単セル２１のセル電圧が基準電圧よりも低下したか否かを判断する（ステップＳ１０５）。本実施例では、単セル２１のセル電圧を判断する基準電圧は、アノード電極２４３に残留する水素が電解質膜２４４を通じてカソード電極２４７に透過してカソード電極２４７に残留する酸素と反応することにより、カソード電極２４７に残留する酸素が消費された状態を示す電圧値であり、予め試験によって得られた「０．０５Ｖ（ボルト）」に設定されている。 In the voltage measurement process (step S104), the control unit 90 determines whether or not the cell voltage of the single cell 21 measured in the voltage measurement process (step S104) is lower than the reference voltage (step S105). In this embodiment, the reference voltage for determining the cell voltage of the single cell 21 is that hydrogen remaining in the anode electrode 243 permeates through the electrolyte membrane 244 to the cathode electrode 247 and reacts with oxygen remaining in the cathode electrode 247. The voltage value indicates a state in which oxygen remaining in the cathode electrode 247 is consumed, and is set to “0.05 V (volt)” obtained in advance by a test.

本実施例では、制御部９０は、燃料電池２０における全ての単セル２１の各々のセル電圧が基準電圧よりも低下したか否かを判断するが、他の実施形態において、燃料電池２０における全ての単セル２１ではなく、代表的な一部の単セル２１のセル電圧が基準電圧よりも低下したか否かを判断しても良い。本実施例では、判断対象である単セル２１の各々のセル電圧の低下にバラツキがある場合、制御部９０は、アノード電極２４３に残留する水素を循環させる停止循環部として動作し、アノード循環路３３０の循環入口バルブ３３２および循環出口バルブ３３６を開放した状態で、アノード循環路３３０の循環ポンプ３３４を稼働させることによって、燃料電池２０のアノード電極２４３に残留する水素を循環させる。これによって、カソード電極２４７に残留する酸素の消費を促進させることができる。 In the present embodiment, the control unit 90 determines whether or not the cell voltages of all the single cells 21 in the fuel cell 20 are lower than the reference voltage. It may be determined whether or not the cell voltages of some typical single cells 21 are lower than the reference voltage, instead of the single cells 21. In the present embodiment, when there is variation in the cell voltage drop of each single cell 21 that is a determination target, the control unit 90 operates as a stop circulation unit that circulates hydrogen remaining in the anode electrode 243, and the anode circulation path The hydrogen remaining in the anode electrode 243 of the fuel cell 20 is circulated by operating the circulation pump 334 of the anode circulation path 330 with the circulation inlet valve 332 and the circulation outlet valve 336 of the 330 opened. Thereby, consumption of oxygen remaining in the cathode electrode 247 can be promoted.

電圧測定処理（ステップＳ１０４）で測定された単セル２１のセル電圧が基準電圧よりも低下した場合（ステップＳ１０５：「ＹＥＳ」）、制御部９０は、空気導入部９１６として動作することによって空気導入処理（ステップＳ１０６）を実行する。空気導入処理（ステップＳ１０６）において、制御部９０は、アノード空気導入路５３０のアノード空気導入バルブ５３２、およびアノード排出路３２０のアノード排出バルブ３２２を開放する制御を行うと共に、空気供給部５０に対して空気の送出を指示することによって、空気供給部５０から燃料電池２０のアノード電極２４３に空気を導入する。本実施例では、空気導入処理（ステップＳ１０６）に際し、制御部９０は、アノード循環路３３０の循環入口バルブ３３２および循環出口バルブ３３６を閉塞した状態に制御する。本実施例では、アノード流路２３２における結露水の凍結による流路閉塞を回避するため、燃料電池２０のセル温度が０℃以下である場合、制御部９０は、空気導入処理（ステップＳ１０６）の実施を中止する。 When the cell voltage of the single cell 21 measured in the voltage measurement process (step S104) is lower than the reference voltage (step S105: “YES”), the control unit 90 operates as the air introduction unit 916 to introduce air. A process (step S106) is executed. In the air introduction process (step S106), the control unit 90 performs control to open the anode air introduction valve 532 of the anode air introduction path 530 and the anode discharge valve 322 of the anode discharge path 320 and controls the air supply unit 50. By instructing air delivery, air is introduced from the air supply unit 50 to the anode electrode 243 of the fuel cell 20. In the present embodiment, in the air introduction process (step S106), the control unit 90 controls the circulation inlet valve 332 and the circulation outlet valve 336 of the anode circulation path 330 to be closed. In the present embodiment, in order to avoid channel blockage due to freezing of dew condensation water in the anode channel 232, when the cell temperature of the fuel cell 20 is 0 ° C. or less, the control unit 90 performs the air introduction process (step S106). Cancel the implementation.

本実施例では、空気導入処理（ステップＳ１０６）を実行中に、希釈器６１０の水素濃度センサ６１８によって検出された水素濃度が基準値（例えば、５％）以上である場合、制御部９０は、希釈空気導入路５４０から希釈器６１０に空気を導入する制御を行うが、他の実施形態において、カソード排出路５２０のカソード排出バルブ５２２を開放した状態に制御して希釈器６１０にカソードオフガスを導入しても良い。 In the present embodiment, when the hydrogen concentration detected by the hydrogen concentration sensor 618 of the diluter 610 is equal to or higher than a reference value (for example, 5%) during the air introduction process (step S106), the control unit 90 Control is performed to introduce air from the dilution air introduction path 540 to the diluter 610. In another embodiment, the cathode discharge valve 522 of the cathode discharge path 520 is controlled to be opened to introduce cathode off gas into the diluter 610. You may do it.

空気導入処理（ステップＳ１０６）を実行中に、制御部９０は、アノード排出路３２０の水素濃度センサ３２８から出力される検出信号に基づいて、燃料電池２０のアノード電極２４３から排出されるオフガスの水素濃度が所定値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。本実施例では、アノード電極２４３から排出されるオフガスの水素濃度を判断する所定値は、燃料電池２０における全ての単セル２１のアノード電極２４３に残留する水素が空気に置換された状態を示す水素濃度であり、予め試験によって得られた値に設定されている。 During the air introduction process (step S106), the control unit 90 performs off-gas hydrogen discharged from the anode electrode 243 of the fuel cell 20 based on the detection signal output from the hydrogen concentration sensor 328 in the anode discharge path 320. It is determined whether or not the density is equal to or lower than a predetermined value (step S107). In this embodiment, the predetermined value for judging the hydrogen concentration of the off-gas discharged from the anode electrode 243 is a hydrogen value indicating that hydrogen remaining in the anode electrodes 243 of all the single cells 21 in the fuel cell 20 is replaced with air. The concentration is set to a value obtained in advance by a test.

アノード電極２４３から排出されるオフガスの水素濃度が所定値以下になった場合（ステップＳ１０７：「ＹＥＳ」）、制御部９０は、空気導入処理（ステップＳ１０６）を停止して、停止制御処理（ステップＳ１０）を終了する。本実施例では、制御部９０は、アノード電極２４３から排出されるオフガスの水素濃度に基づいて空気導入処理（ステップＳ１０６）を停止するが、他の実施形態において、アノード電極２４３に残留する水素を空気に置換するのに要する時間を予め試験によって求めておき、その時間に応じて空気導入処理（ステップＳ１０６）の開始から一定時間経過後に空気導入処理（ステップＳ１０６）を停止しても良い。 When the hydrogen concentration of the off-gas discharged from the anode electrode 243 becomes a predetermined value or less (Step S107: “YES”), the control unit 90 stops the air introduction process (Step S106) and stops the control process (Step S107). S10) is terminated. In the present embodiment, the control unit 90 stops the air introduction process (step S106) based on the hydrogen concentration of the off-gas discharged from the anode electrode 243. However, in other embodiments, the hydrogen remaining in the anode electrode 243 is removed. The time required for the replacement with air may be obtained in advance by a test, and the air introduction processing (step S106) may be stopped after a predetermined time has elapsed from the start of the air introduction processing (step S106) according to the time.

Ａ−３．効果：
以上説明した第１実施例の燃料電池システム１０によれば、水素が残留するアノード電極２４３への空気の導入が、カソード電極２４７に酸素が存在する状況で行われることを回避することができる。したがって、発電停止後に、カソード電極２４７に酸素が存在する状況で、水素が残留するアノード電極２４３に酸素が偏在する状態になることを防止することができる。その結果、発電停止後における燃料電池２０の劣化を抑制することができる。 A-3. effect:
According to the fuel cell system 10 of the first embodiment described above, it is possible to avoid the introduction of air into the anode electrode 243 in which hydrogen remains in a situation where oxygen is present in the cathode electrode 247. Therefore, it is possible to prevent oxygen from being unevenly distributed in the anode electrode 243 in which hydrogen remains in a situation where oxygen is present in the cathode electrode 247 after power generation is stopped. As a result, deterioration of the fuel cell 20 after power generation is stopped can be suppressed.

また、供給停止処理（ステップＳ１０２）の後、空気導入処理（ステップＳ１０６）の前に、制御部９０は、アノード電極２４３に残留する水素を循環させる制御を行うことから、カソード電極２４７に残留する酸素の消費を促進させることができる。したがって、燃料電池２０の発電を停止する停止制御処理（ステップＳ１０）に要する時間を短縮することができる。 In addition, after the supply stop process (step S102) and before the air introduction process (step S106), the control unit 90 performs control to circulate hydrogen remaining in the anode electrode 243, and therefore remains in the cathode electrode 247. Oxygen consumption can be promoted. Therefore, the time required for the stop control process (step S10) for stopping the power generation of the fuel cell 20 can be shortened.

また、供給停止処理（ステップＳ１０２）の後における単セル２１のセル電圧を判断する基準電圧は、アノード電極２４３に残留する水素が電解質膜２４４を通じてカソード電極２４７に透過してカソード電極２４７に残留する酸素と反応することにより、カソード電極２４７に残留する酸素が消費された状態を示す電圧値であり、予め試験によって得られた０．０５Ｖに設定されていることから、カソード電極２４７に残留する酸素が消費された後、カソード電極２４７が異常電位となる前に、アノード電極２４３に空気を導入してアノード電極２４３から水素を排出することができる。 The reference voltage for determining the cell voltage of the single cell 21 after the supply stop process (step S102) is that hydrogen remaining in the anode electrode 243 permeates through the electrolyte membrane 244 to the cathode electrode 247 and remains in the cathode electrode 247. This is a voltage value indicating a state in which oxygen remaining in the cathode electrode 247 is consumed by reacting with oxygen, and is set to 0.05 V obtained by a test in advance, so that oxygen remaining in the cathode electrode 247 After the consumption of hydrogen, before the cathode electrode 247 becomes an abnormal potential, air can be introduced into the anode electrode 243 and hydrogen can be discharged from the anode electrode 243.

Ｂ．第２実施例：
第２実施例における燃料電池システム１０は、燃料電池２０における単セル２１のセル電圧ではなく、単セル２１のセル温度に基づいて空気導入処理（ステップＳ１０６）を実施する点を除き、第１実施例と同様である。第２実施例では、制御部９０の空気導入部９１６は、供給停止部９１２によって水素および空気の供給を停止した後、温度測定部９１５によって測定されるセル温度が基準温度よりも低下した場合、燃料電池２０のアノード電極２４３に空気を導入する。なお、第２実施例の燃料電池システム１０では、燃料電池２０のセル電圧センサ２１８、および制御部９０の電圧測定部９１４は、必須の構成ではない。 B. Second embodiment:
The fuel cell system 10 in the second embodiment is the first embodiment except that the air introduction process (step S106) is performed based on the cell temperature of the single cell 21 instead of the cell voltage of the single cell 21 in the fuel cell 20. Similar to the example. In the second embodiment, the air introduction unit 916 of the control unit 90 stops the supply of hydrogen and air by the supply stop unit 912 and then the cell temperature measured by the temperature measurement unit 915 falls below the reference temperature. Air is introduced into the anode electrode 243 of the fuel cell 20. In the fuel cell system 10 of the second embodiment, the cell voltage sensor 218 of the fuel cell 20 and the voltage measurement unit 914 of the control unit 90 are not essential components.

図４は、第２実施例における燃料電池システム１０の制御部９０が実行する停止制御処理（ステップＳ１２）を示すフローチャートである。停止制御処理（ステップＳ１２）は、単セル２１のセル温度に基づいて空気導入処理（ステップＳ１０６）を実行する点を除き、第１実施例の停止制御処理（ステップＳ１０）と同様である。 FIG. 4 is a flowchart showing a stop control process (step S12) executed by the control unit 90 of the fuel cell system 10 in the second embodiment. The stop control process (step S12) is the same as the stop control process (step S10) of the first embodiment except that the air introduction process (step S106) is executed based on the cell temperature of the single cell 21.

第２実施例の停止制御処理（ステップＳ１２）では、供給停止処理（ステップＳ１０２）の後、制御部９０は、温度測定部９１５として動作することによって温度測定処理（ステップＳ１２４）を実行する。温度測定処理（ステップＳ１２４）において、制御部９０は、冷却水復路４２０の温度センサ４２８から出力される検出信号に基づいて単セル２１のセル温度を測定する。本実施例では、温度測定処理（ステップＳ１２４）において、制御部９０は、燃料電池２０から排出された冷却水の温度から単セル２１のセル温度を推定するが、他の実施形態において、カソード電極２４７やカソードセパレータ２５など燃料電池２０の一部に直接的に設けられた温度センサ（図示しない）から出力される検出信号に基づいてセル温度を測定しても良い。 In the stop control process (step S12) of the second embodiment, after the supply stop process (step S102), the control unit 90 performs the temperature measurement process (step S124) by operating as the temperature measurement unit 915. In the temperature measurement process (step S124), the control unit 90 measures the cell temperature of the single cell 21 based on the detection signal output from the temperature sensor 428 of the cooling water return path 420. In the present embodiment, in the temperature measurement process (step S124), the control unit 90 estimates the cell temperature of the single cell 21 from the temperature of the cooling water discharged from the fuel cell 20, but in other embodiments, the cathode electrode The cell temperature may be measured based on a detection signal output from a temperature sensor (not shown) provided directly on a part of the fuel cell 20 such as 247 or the cathode separator 25.

温度測定処理（ステップＳ１２４）の後、制御部９０は、温度測定処理（ステップＳ１２４）で測定された単セル２１のセル温度が基準温度よりも低下したか否かを判断する（ステップＳ１２５）。本実施例では、単セル２１のセル温度を判断する基準温度は、カソード電極２４７を構成する炭素の酸化が抑制される温度であり、予め試験によって得られた「４０℃」に設定されている。本実施例では、停止制御処理（ステップＳ１２）の後、制御部９０は、燃料電池２０を冷却する停止冷却部として動作し、冷却部４０を稼働させることによって、燃料電池２０におけるセル温度の低下を促進させる。 After the temperature measurement process (step S124), the control unit 90 determines whether or not the cell temperature of the single cell 21 measured in the temperature measurement process (step S124) is lower than the reference temperature (step S125). In the present embodiment, the reference temperature for determining the cell temperature of the single cell 21 is a temperature at which the oxidation of carbon constituting the cathode electrode 247 is suppressed, and is set to “40 ° C.” obtained in advance by a test. . In the present embodiment, after the stop control process (step S12), the control unit 90 operates as a stop cooling unit that cools the fuel cell 20 and operates the cooling unit 40, thereby reducing the cell temperature in the fuel cell 20. To promote.

温度測定処理（ステップＳ１２４）で測定された単セル２１のセル温度が基準温度よりも低下した場合（ステップＳ１２５：「ＹＥＳ」）、制御部９０は、空気導入部９１６として動作することによって空気導入処理（ステップＳ１０６）を実行する。第２実施例の停止制御処理（ステップＳ１２）における空気導入処理（ステップＳ１０６）以降の処理については、第１実施例の停止制御処理（ステップＳ１０）と同様である。 When the cell temperature of the single cell 21 measured in the temperature measurement process (step S124) is lower than the reference temperature (step S125: “YES”), the control unit 90 operates as the air introduction unit 916 to introduce air. A process (step S106) is executed. The processes after the air introduction process (step S106) in the stop control process (step S12) of the second embodiment are the same as the stop control process (step S10) of the first embodiment.

図５は、セル温度と二酸化炭素の発生量との関係を示す説明図である。図５では、横軸にセル温度を示し、縦軸に二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度を示すことによって、カソード電極２４７に異常電位を発生させた評価実験の実験値を表す。図５の評価実験では、燃料電池２０の単セル２１を用意し、二酸化炭素を含有しない酸化ガスを燃料電池２０に供給しながら、種々の条件でカソード電極２４７に異常電位を発生させ、カソードオフガスの二酸化炭素濃度およびセル温度を測定した。カソード電極２４７が異常電位となる場合、次の化学式１の電気化学反応によってカソード電極２４７を構成する炭素が酸化して二酸化炭素が発生することから、図５に示すカソードオフガスの二酸化炭素濃度は、カソード電極２４７の劣化度合に比例すると考えられる。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the cell temperature and the amount of carbon dioxide generated. In FIG. 5, the cell temperature is shown on the horizontal axis, and the carbon dioxide (CO ₂ ) concentration is shown on the vertical axis, so that experimental values of an evaluation experiment in which an abnormal potential is generated in the cathode electrode 247 are shown. In the evaluation experiment of FIG. 5, a single cell 21 of the fuel cell 20 is prepared, and an abnormal potential is generated in the cathode electrode 247 under various conditions while supplying an oxidizing gas not containing carbon dioxide to the fuel cell 20, and the cathode off gas. The carbon dioxide concentration and cell temperature were measured. When the cathode electrode 247 has an abnormal potential, carbon constituting the cathode electrode 247 is oxidized by the electrochemical reaction of the following chemical formula 1 to generate carbon dioxide, so the carbon dioxide concentration of the cathode offgas shown in FIG. It is considered that it is proportional to the degree of deterioration of the cathode electrode 247.

C + 2H₂O → CO₂ + 4H⁺ + 4e^- …（化学式１） _{_{C + 2H 2 O → CO 2}} + 4H + + 4e - ... ( Formula 1)

図５の実験値から判断すると、セル電圧が１．６Ｖ以上になると、化学式１の電気化学反応によるカソード電極２４７の劣化は顕著になるが、セル電圧が１．６Ｖ以上であっても、セル温度が４０℃よりも低くなると、カソード電極２４７の劣化が抑制され、セル温度が２０℃よりも低くなると、カソード電極２４７の劣化が一層抑制されることが分かる。このことから、空気導入処理（ステップＳ１０６）を実行するセル温度の基準温度を「４０℃」に設定することにより、水素が残留するアノード電極２４３への空気の導入に起因するカソード電極２４７の劣化を抑制することができ、セル温度の基準温度を「２０℃」に設定した場合には、カソード電極２４７の劣化を一層抑制することができる。 Judging from the experimental values of FIG. 5, when the cell voltage is 1.6 V or higher, the deterioration of the cathode electrode 247 due to the electrochemical reaction of Chemical Formula 1 becomes significant, but even if the cell voltage is 1.6 V or higher, the cell It can be seen that when the temperature is lower than 40 ° C., the deterioration of the cathode electrode 247 is suppressed, and when the cell temperature is lower than 20 ° C., the deterioration of the cathode electrode 247 is further suppressed. Therefore, by setting the reference temperature of the cell temperature for executing the air introduction process (step S106) to “40 ° C.”, the deterioration of the cathode electrode 247 due to the introduction of air into the anode electrode 243 in which hydrogen remains. When the reference temperature of the cell temperature is set to “20 ° C.”, the deterioration of the cathode electrode 247 can be further suppressed.

第２実施例の燃料電池システム１０によれば、水素が残留するアノード電極２４３への空気の導入に起因するカソード電極２４７の劣化を抑制することができる。その結果、発電停止後における燃料電池２０の劣化を抑制することができる。 According to the fuel cell system 10 of the second embodiment, the deterioration of the cathode electrode 247 due to the introduction of air into the anode electrode 243 in which hydrogen remains can be suppressed. As a result, deterioration of the fuel cell 20 after power generation is stopped can be suppressed.

また、供給停止処理（ステップＳ１０２）の後、空気導入処理（ステップＳ１０６）の前に、制御部９０は、燃料電池２０を冷却する制御を行うことから、燃料電池２０におけるセル温度の低下を促進させることができる。したがって、燃料電池２０の発電を停止する停止制御処理（ステップＳ１２）に要する時間を短縮することができる。 In addition, after the supply stop process (step S102) and before the air introduction process (step S106), the control unit 90 performs control to cool the fuel cell 20, and thus promotes a decrease in the cell temperature in the fuel cell 20. Can be made. Therefore, the time required for the stop control process (step S12) for stopping the power generation of the fuel cell 20 can be shortened.

Ｃ．第３実施例：
第３実施例における燃料電池システム１０は、燃料電池２０における単セル２１のセル電圧に加え、単セル２１のセル温度に基づいて空気導入処理（ステップＳ１０６）を実施する点を除き、第１実施例と同様である。第３実施例では、燃料電池システム１０の空気導入部９１６は、供給停止部９１２によって水素および空気の供給を停止した後、電圧測定部９１４によって測定されるセル電圧が基準電圧よりも低下した場合、温度測定部９１５によって測定されるセル温度が基準温度よりも低下した場合、の少なくともいずれかの場合に、燃料電池２０のアノード電極２４３に空気を導入する。 C. Third embodiment:
The fuel cell system 10 in the third embodiment is the first embodiment except that the air introduction process (step S106) is performed based on the cell temperature of the single cell 21 in addition to the cell voltage of the single cell 21 in the fuel cell 20. Similar to the example. In the third embodiment, when the air introduction unit 916 of the fuel cell system 10 stops the supply of hydrogen and air by the supply stop unit 912, the cell voltage measured by the voltage measurement unit 914 drops below the reference voltage. When the cell temperature measured by the temperature measuring unit 915 is lower than the reference temperature, air is introduced into the anode electrode 243 of the fuel cell 20 in at least one of the cases.

図６は、第３実施例における燃料電池システム１０の制御部９０が実行する停止制御処理（ステップＳ１４）を示すフローチャートである。停止制御部（ステップＳ１４）は、燃料電池２０における単セル２１のセル電圧に加え、単セル２１のセル温度に基づいて空気導入処理（ステップＳ１０６）を実行する点を除き、第１実施例の停止制御処理（ステップＳ１０）と同様である。 FIG. 6 is a flowchart showing a stop control process (step S14) executed by the control unit 90 of the fuel cell system 10 in the third embodiment. The stop control unit (step S14) performs the air introduction process (step S106) based on the cell temperature of the single cell 21 in addition to the cell voltage of the single cell 21 in the fuel cell 20, except for the first embodiment. This is the same as the stop control process (step S10).

第３実施例の停止制御処理（ステップＳ１４）では、電圧測定処理（ステップＳ１０４）で測定された単セル２１のセル電圧が基準電圧よりも低下していない場合（ステップＳ１０５：「ＮＯ」）、制御部９０は、温度測定部９１５として動作することによって温度測定処理（ステップＳ１４４）を実行する。温度測定処理（ステップＳ１４４）において、制御部９０は、第２実施例の温度測定処理（ステップＳ１２４）と同様に、冷却水復路４２０の温度センサ４２８から出力される検出信号に基づいて単セル２１のセル温度を測定する。 In the stop control process (step S14) of the third embodiment, when the cell voltage of the single cell 21 measured in the voltage measurement process (step S104) is not lower than the reference voltage (step S105: “NO”), The control unit 90 operates as the temperature measurement unit 915 to execute the temperature measurement process (step S144). In the temperature measurement process (step S144), the control unit 90 determines the single cell 21 based on the detection signal output from the temperature sensor 428 of the cooling water return path 420, as in the temperature measurement process (step S124) of the second embodiment. Measure the cell temperature.

温度測定処理（ステップＳ１４４）の後、制御部９０は、温度測定処理（ステップＳ１４４）で測定された単セル２１のセル温度が基準温度よりも低下したか否かを判断する（ステップＳ１４５）。本実施例では、単セル２１のセル温度を判断する基準温度は、カソード電極２４７を構成する炭素の酸化が抑制される温度であり、予め試験によって得られた「４０℃」に設定されている。 After the temperature measurement process (step S144), the control unit 90 determines whether or not the cell temperature of the single cell 21 measured in the temperature measurement process (step S144) is lower than the reference temperature (step S145). In the present embodiment, the reference temperature for determining the cell temperature of the single cell 21 is a temperature at which the oxidation of carbon constituting the cathode electrode 247 is suppressed, and is set to “40 ° C.” obtained in advance by a test. .

温度測定処理（ステップＳ１４４）で測定された単セル２１のセル温度が基準温度よりも低下していない場合（ステップＳ１２５：「ＮＯ」）、制御部９０は、電圧測定処理（ステップＳ１０４）からの処理を繰り返し実行する。 When the cell temperature of the single cell 21 measured in the temperature measurement process (step S144) is not lower than the reference temperature (step S125: “NO”), the control unit 90 starts from the voltage measurement process (step S104). Repeat the process.

電圧測定処理（ステップＳ１０４）で測定された単セル２１のセル電圧が基準電圧よりも低下した場合（ステップＳ１０５：「ＹＥＳ」）や、温度測定処理（ステップＳ１４４）で測定された単セル２１のセル温度が基準温度よりも低下した場合（ステップＳ１４５：「ＹＥＳ」）、制御部９０は、空気導入部９１６として動作することによって空気導入処理（ステップＳ１０６）を実行する。第３実施例の停止制御処理（ステップＳ１４）における空気導入処理（ステップＳ１０６）以降の処理については、第１実施例の停止制御処理（ステップＳ１０）と同様である。 When the cell voltage of the single cell 21 measured in the voltage measurement process (step S104) is lower than the reference voltage (step S105: “YES”), or the single cell 21 measured in the temperature measurement process (step S144). When the cell temperature falls below the reference temperature (step S145: “YES”), the control unit 90 operates as the air introduction unit 916 to execute the air introduction process (step S106). The processes after the air introduction process (step S106) in the stop control process (step S14) of the third embodiment are the same as the stop control process (step S10) of the first embodiment.

第３実施例の燃料電池システム１０によれば、セル電圧およびセル温度の少なくとも一方が条件を満たした場合（ステップＳ１０５，Ｓ１４５：「ＹＥＳ」）に、カソード電極２４７の劣化を抑制しながら、アノード電極２４３に空気を導入する空気導入処理（ステップＳ１０６）を実施することができる。その結果、燃料電池２０の発電を停止する停止制御処理（ステップＳ１４）に要する時間を短縮することができる。 According to the fuel cell system 10 of the third embodiment, when at least one of the cell voltage and the cell temperature satisfies the condition (steps S105 and S145: “YES”), the anode electrode 247 is prevented from deteriorating while being suppressed. An air introduction process (step S106) for introducing air to the electrode 243 can be performed. As a result, the time required for the stop control process (step S14) for stopping the power generation of the fuel cell 20 can be shortened.

Ｄ．他の実施形態：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施例では、いわゆる循環方式の燃料電池について説明したが、他の実施形態において、燃料電池に一旦供給された燃料ガスを使い切るいわゆるデッドエンド方式の燃料電池に本発明を適用しても良い。 D. Other embodiments:
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, Of course, it can implement with various forms within the range which does not deviate from the meaning of this invention. is there. For example, in the present embodiment, a so-called circulation type fuel cell has been described. However, in another embodiment, the present invention may be applied to a so-called dead end type fuel cell that uses up the fuel gas once supplied to the fuel cell. good.

また、第３実施例では、セル電圧およびセル温度のいずれか一方が条件を満たす場合に空気導入処理（ステップＳ１０６）を実施する例を説明したが、他の実施形態において、セル電圧およびセル温度の両方が条件を満たす場合に、空気導入処理（ステップＳ１０６）を実施しても良い。これによって、発電停止後における燃料電池の劣化を一層抑制することができる。 In the third example, an example is described in which the air introduction process (step S106) is performed when either one of the cell voltage and the cell temperature satisfies the condition. However, in other embodiments, the cell voltage and the cell temperature are described. If both of the conditions are satisfied, the air introduction process (step S106) may be performed. As a result, the deterioration of the fuel cell after power generation is stopped can be further suppressed.

１０…燃料電池システム
２０…燃料電池
２１…単セル
２３…アノードセパレータ
２４…ＭＥＡ
２５…カソードセパレータ
３０…水素供給部
４０…冷却部
５０…空気供給部
９０…制御部
２１８…セル電圧センサ
２３２…アノード流路
２４１…アノード拡散層
２４２…アノード触媒層
２４３…アノード電極
２４４…電解質膜
２４５…カソード触媒層
２４６…カソード拡散層
２４７…カソード電極
２５２…カソード流路
３１０…アノード供給路
３２０…アノード排出路
３２２…アノード排出バルブ
３２８…水素濃度センサ
３３０…アノード循環路
３３２…循環入口バルブ
３３４…循環ポンプ
３３６…循環出口バルブ
４１０…冷却水往路
４２０…冷却水復路
４２８…温度センサ
５１０…カソード供給路
５２０…カソード排出路
５２２…カソード排出バルブ
５３０…アノード空気導入路
５３２…アノード空気導入バルブ
５４０…希釈空気導入路
５４２…希釈空気導入バルブ
６１０…希釈器
６１８…水素濃度センサ
９１０…運転制御部
９１２…供給停止部
９１４…電圧測定部
９１５…温度測定部
９１６…空気導入部
９２０…記憶部
９２２…制御プログラム
９３０…インタフェース DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 20 ... Fuel cell 21 ... Single cell 23 ... Anode separator 24 ... MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 25 ... Cathode separator 30 ... Hydrogen supply part 40 ... Cooling part 50 ... Air supply part 90 ... Control part 218 ... Cell voltage sensor 232 ... Anode flow path 241 ... Anode diffusion layer 242 ... Anode catalyst layer 243 ... Anode electrode 244 ... Electrolyte membrane 245 ... Cathode catalyst layer 246 ... Cathode diffusion layer 247 ... Cathode electrode 252 ... Cathode flow path 310 ... Anode supply path 320 ... Anode discharge path 322 ... Anode discharge valve 328 ... Hydrogen concentration sensor 330 ... Anode circulation path 332 ... Circulation inlet valve 334 ... circulation pump 336 ... circulation outlet valve 410 ... cooling water forward path 420 ... cooling water return path 428 ... temperature sensor 510 ... cathode supply path 520 ... cathode discharge path 522 ... cathode discharge valve 530 ... anode air introduction path 532 ... anode air introduction valve 54 DESCRIPTION OF SYMBOLS 0 ... Dilution air introduction path 542 ... Dilution air introduction valve 610 ... Diluter 618 ... Hydrogen concentration sensor 910 ... Operation control part 912 ... Supply stop part 914 ... Voltage measurement part 915 ... Temperature measurement part 916 ... Air introduction part 920 ... Memory | storage part 922 ... Control program 930 ... Interface

Claims

A fuel cell system that operates a fuel cell that generates electricity by supplying hydrogen to an anode electrode and air to a cathode electrode,
A supply stop unit for stopping supply of hydrogen to the anode electrode and supply of air to the cathode electrode when stopping power generation by the fuel cell;
A voltage measuring unit for measuring a cell voltage indicating a potential difference between the anode electrode and the cathode electrode;
After stopping supply of hydrogen and air by the supply stop unit, a fuel cell comprising: an air introduction unit for introducing air into the anode electrode when a cell voltage measured by the voltage measurement unit is lower than a reference voltage system.

Furthermore, after the supply of hydrogen and air is stopped by the supply stop unit, a stop circulation unit that circulates hydrogen remaining in the anode electrode before introducing air to the anode electrode by the air introduction unit is provided. 2. The fuel cell system according to 1.

The reference voltage is a voltage value indicating a state in which oxygen remaining in the cathode electrode is consumed by hydrogen remaining in the anode electrode permeating the cathode electrode and reacting with oxygen remaining in the cathode electrode. The fuel cell system according to claim 1 or claim 2.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the reference voltage is 0.05 volts.

A fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein
And a temperature measuring unit for measuring a cell temperature indicating the temperature of the cathode electrode,
The air introduction unit stops the supply of hydrogen and air by the supply stop unit, and then the cell measured by the voltage measurement unit falls below a reference voltage, and the cell measured by the temperature measurement unit. A fuel cell system that introduces air into the anode electrode in at least one of cases where the temperature falls below a reference temperature.

A fuel cell system for controlling a fuel cell that generates electricity by supplying hydrogen to an anode electrode and air to a cathode electrode,
A supply stop unit for stopping supply of hydrogen to the anode electrode and supply of air to the cathode electrode when stopping power generation by the fuel cell;
A temperature measuring unit for measuring a cell temperature indicating the temperature of the cathode electrode;
After stopping the supply of hydrogen and air by the supply stop unit, when the cell temperature measured by the temperature measurement unit falls below a reference temperature, a fuel cell comprising: an air introduction unit for introducing air into the anode electrode system.

Furthermore, after stopping supply of hydrogen and air by the said supply stop part, before introducing air into the said anode electrode by the said air introduction part, the stop cooling part which cools the said fuel cell is provided. Fuel cell system.

The fuel cell system according to claim 6 or 7, wherein the reference temperature is 40 ° C.

A fuel cell stopping method for stopping power generation by a fuel cell that generates power by supplying hydrogen to an anode electrode and air to a cathode electrode,
Stopping the supply of hydrogen to the anode electrode and the supply of air to the cathode electrode;
Measuring a cell voltage indicating a potential difference between the anode electrode and the cathode electrode;
A method for stopping a fuel cell, wherein after the supply of hydrogen to the anode electrode and the supply of air to the cathode electrode are stopped, air is introduced into the anode electrode when the cell voltage drops below a reference voltage.

A fuel cell stopping method for stopping power generation by a fuel cell that generates power by supplying hydrogen to an anode electrode and air to a cathode electrode,
Stopping the supply of hydrogen to the anode electrode and the supply of air to the cathode electrode;
Measure the cell temperature indicating the temperature of the cathode electrode,
A method of stopping a fuel cell, wherein after the supply of hydrogen to the anode electrode and the supply of air to the cathode electrode are stopped, air is introduced into the anode electrode when the cell temperature falls below a reference temperature.