JP2012069442A - Operation stop method of fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operation stop method of a full cell system capable of suppressing fuel cell deterioration as much as possible with a simple and compact configuration.SOLUTION: An operation stop method of a fuel cell system 10 comprises: a step of making a fuel cell stack 12 generate power while supplying a hydrogen gas and air to the fuel cell stack 12; a step of stopping the supply of the hydrogen gas when detecting a stop command of the fuel cell stack 12, and making the fuel cell stack 12 generate power while supplying the air to the fuel cell stack 12 with an oxygen stoichiometric ratio lower than an oxygen stoichiometric ratio for normal power generation; and a step of supplying generated power obtained by the power generation of the fuel cell stack 12 to a battery 17.

Description

本発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムの運転停止方法に関する。   The present invention relates to a method for shutting down a fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas.

燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス、例えば、空気）をアノード電極及びカソード電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。このシステムは、定置用の他、車載用として燃料電池車両に組み込まれている。   In a fuel cell, a fuel gas (a gas mainly containing hydrogen, for example, hydrogen gas) and an oxidant gas (a gas mainly containing oxygen, for example, air) are supplied to an anode electrode and a cathode electrode to be electrochemical. It is a system that obtains direct-current electric energy by reacting with. This system is incorporated in a fuel cell vehicle for in-vehicle use as well as stationary use.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持している。一方のセパレータと電解質膜・電極構造体との間には、アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路が形成されるとともに、他方のセパレータと前記電解質膜・電極構造体との間には、カソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路が形成されている。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) provided with an anode electrode and a cathode electrode on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched between a pair of separators. Yes. A fuel gas passage for supplying fuel gas to the anode electrode is formed between one separator and the electrolyte membrane / electrode structure, and between the other separator and the electrolyte membrane / electrode structure. Is formed with an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode electrode.

ところで、燃料電池の停止時には、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止されるものの、燃料ガス流路内に前記燃料ガスが残留する一方、酸化剤ガス流路内に前記酸化剤ガスが残留している。従って、特に燃料電池の停止期間が長くなると、燃料ガスや酸化剤ガスが電解質膜を透過し、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとが混在するおそれがある。   By the way, when the fuel cell is stopped, the supply of the fuel gas and the oxidant gas is stopped, but the fuel gas remains in the fuel gas flow channel, while the oxidant gas remains in the oxidant gas flow channel. ing. Therefore, especially when the stop period of the fuel cell becomes long, the fuel gas and the oxidant gas may permeate the electrolyte membrane, and the fuel gas and the oxidant gas may be mixed.

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、図８に示すように、燃料電池１と、前記燃料電池１に水素ガス及び空気を供給するアノードガス供給ライン２及びカソードガス供給ライン３と、前記燃料電池１のアノード出口ガス及びカソード出口ガスを、それぞれ上流側に循環させるアノード循環ライン２ａ及びカソード循環ライン３ａと、前記燃料電池１及び各ライン２、２ａ、３及び３ａを不活性ガスによりパージするパージライン４と、前記燃料電池１の出力電路を運転停止時に遮断する遮断手段５と、を備えている。   Thus, for example, a fuel cell system disclosed in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 8, the fuel cell system includes a fuel cell 1, an anode gas supply line 2 and a cathode gas supply line 3 for supplying hydrogen gas and air to the fuel cell 1, and an anode outlet of the fuel cell 1. An anode circulation line 2a and a cathode circulation line 3a for circulating the gas and the cathode outlet gas respectively upstream; a purge line 4 for purging the fuel cell 1 and each of the lines 2, 2a, 3 and 3a with an inert gas; And a shut-off means 5 for shutting off the output electric circuit of the fuel cell 1 when the operation is stopped.

アノードガス供給ライン２は、水素貯蔵装置である図示しない水素タンクから燃料電池１のアノード側入口に接続される入口管路Ａ１中に、入口遮断弁６ａ、ブロア７ａを、この順に配置して備えている。また、燃料電池１のアノード側出口から図示しない燃料再生装置に接続される出口管路Ａ２中に、パージ弁６ｂ及び出口遮断弁６ｃを、この順に直列に配置して備えている。   The anode gas supply line 2 includes an inlet shutoff valve 6a and a blower 7a arranged in this order in an inlet pipe A1 connected to an anode side inlet of the fuel cell 1 from a hydrogen tank (not shown) which is a hydrogen storage device. ing. Further, a purge valve 6b and an outlet shut-off valve 6c are arranged in series in this order in an outlet line A2 connected to a fuel regeneration device (not shown) from the anode side outlet of the fuel cell 1.

アノードガス供給ライン２は、燃料電池１の運転中、入口遮断弁６ａ、出口遮断弁６ｃ及びパージ弁６ｂを開放させており、水素タンクから送られる水素ガスをブロア７ａを介して前記燃料電池１のアノード極１Ａに供給している。   The anode gas supply line 2 opens the inlet shut-off valve 6a, the outlet shut-off valve 6c, and the purge valve 6b during the operation of the fuel cell 1, and the hydrogen gas sent from the hydrogen tank is sent to the fuel cell 1 through the blower 7a. To the anode electrode 1A.

カソードガス供給ライン３は、圧縮空気を充填した図示しない空気タンクから燃料電池１のカソード側入口に接続される入口管路Ｃ１中に、入口遮断弁６ｄ、ブロア７ｂを、この順に配置して備えている。また、燃料電池１のカソード側出口から図示しない生成水分離装置に接続される出口管路Ｃ２中に、出口遮断弁６ｅを配置して備えている。   The cathode gas supply line 3 includes an inlet shutoff valve 6d and a blower 7b arranged in this order in an inlet pipe C1 connected to a cathode side inlet of the fuel cell 1 from an air tank (not shown) filled with compressed air. ing. In addition, an outlet shutoff valve 6e is provided in the outlet pipe C2 connected from the cathode side outlet of the fuel cell 1 to a generated water separator (not shown).

カソードガス供給ライン３は、燃料電池１の運転中、入口遮断弁６ｄ及び出口遮断弁６ｅを開放させており、空気タンクから送られる空気をブロア７ｂを介して前記燃料電池１のカソード極１Ｃに供給している。   The cathode gas supply line 3 opens the inlet shut-off valve 6d and the outlet shut-off valve 6e during the operation of the fuel cell 1, and the air sent from the air tank is supplied to the cathode 1C of the fuel cell 1 through the blower 7b. Supply.

そして、アノード循環ライン２ａは、アノードガス供給ライン２の入口遮断弁６ａ及び出口遮断弁６ｃが、燃料電池１の運転停止により閉じられた時、循環遮断弁６ｆを開放して、前記燃料電池１のアノード出口ガスをブロア７ａにより吸引して前記燃料電池１の上流側に循環させるように機能している。   The anode circulation line 2a opens the circulation cutoff valve 6f when the inlet cutoff valve 6a and the outlet cutoff valve 6c of the anode gas supply line 2 are closed due to the shutdown of the fuel cell 1, and the fuel cell 1 The anode outlet gas is sucked by the blower 7 a and functions to circulate upstream of the fuel cell 1.

一方、カソード循環ライン３ａは、カソード供給ライン３の入口遮断弁６ｄ及び出口遮断弁６ｅが、燃料電池１の運転停止により閉じられた時、循環遮断弁６ｇを開放して、前記燃料電池１のカソード出口ガスをブロア７ｂにより吸引して前記燃料電池１の上流側に循環させるように機能している。   On the other hand, the cathode circulation line 3 a opens the circulation cutoff valve 6 g when the inlet cutoff valve 6 d and the outlet cutoff valve 6 e of the cathode supply line 3 are closed due to the stop of the operation of the fuel cell 1. The cathode outlet gas functions to be sucked by the blower 7b and circulated upstream of the fuel cell 1.

この特許文献１では、運転停止時に、カソード側への反応ガスの供給を入口遮断弁で遮断し、カソード側排ガスを循環ラインを介して上流側に循環させ、燃料電池内の電池反応を継続させてカソード側排ガス中の酸素を消費することで、窒素ガスの不活性ガスを燃料電池内のカソード側及びアノード側のパージに利用する、としている。   In this Patent Document 1, when the operation is stopped, the supply of the reaction gas to the cathode side is shut off by the inlet shut-off valve, the cathode side exhaust gas is circulated upstream via the circulation line, and the cell reaction in the fuel cell is continued. By consuming oxygen in the cathode side exhaust gas, an inert gas of nitrogen gas is used for purging the cathode side and the anode side in the fuel cell.

特開２００４−２２４８７号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-22487

上記の特許文献１では、アノードガス供給ライン２及びカソードガス供給ライン３に、燃料電池１のアノード出口ガスとカソード出口ガスを、それぞれ上流側に循環させるアノード循環ライン２ａ及びカソード循環ライン３ａが設けられている。さらに、カソード循環ライン３ａには、不活性ガスである窒素ガスを蓄積するために、ガス容積部であるタンク８が配設されている。   In the above-mentioned Patent Document 1, the anode gas supply line 2 and the cathode gas supply line 3 are provided with an anode circulation line 2a and a cathode circulation line 3a for circulating the anode outlet gas and the cathode outlet gas of the fuel cell 1 respectively upstream. It has been. Furthermore, in the cathode circulation line 3a, a tank 8 which is a gas volume part is disposed in order to accumulate nitrogen gas which is an inert gas.

そして、燃料電池１内の電池反応を継続させてカソード側排ガス中の酸素を消費することで、窒素ガス等の不活性ガスを前記燃料電池１内のカソード側及びアノード側のパージに利用している。このため、燃料電池システム全体の構成が複雑化且つ大型化するとともに、コストが高騰するという問題がある。   Then, by continuing the cell reaction in the fuel cell 1 and consuming oxygen in the cathode side exhaust gas, an inert gas such as nitrogen gas is used for the cathode side and anode side purge in the fuel cell 1. Yes. For this reason, there exists a problem that the structure of the whole fuel cell system becomes complicated and enlarged, and cost increases.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池の劣化を可及的に抑制することが可能な燃料電池システムの運転停止方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve this type of problem, and to provide a method for stopping the operation of a fuel cell system that can suppress deterioration of the fuel cell as much as possible with a simple and compact configuration. To do.

本発明は、カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池に接続自在な蓄電装置とを備える燃料電池システムの運転停止方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between an oxidant gas supplied to the cathode side and a fuel gas supplied to the anode side, and an oxidant gas supply device that supplies the oxidant gas to the fuel cell. The present invention relates to a method for stopping operation of a fuel cell system, comprising: a fuel gas supply device that supplies the fuel gas to the fuel cell; and a power storage device that can be connected to the fuel cell.

この運転停止方法は、燃料電池に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給しながら、前記燃料電池を発電させる工程と、前記燃料電池の停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで前記燃料電池に供給しながら、前記燃料電池を発電させる工程と、前記燃料電池の発電により得られる発電電力を、蓄電装置に供給する工程とを有している。   In this operation stop method, while supplying an oxidant gas and a fuel gas to the fuel cell, the step of generating the fuel cell, and when detecting the stop command of the fuel cell, the supply of the fuel gas is stopped, A step of generating the fuel cell while supplying the oxidant gas to the fuel cell with a low oxygen stoichiometry lower than the oxygen stoichiometry during normal power generation, and the generated power obtained by the power generation of the fuel cell, And a step of supplying to the device.

また、この運転停止方法では、低酸素ストイキによる発電時に取り出される電流は、電解質膜を透過してアノード側からカソード側に燃料ガスが移動することを阻止する値に設定されることが好ましい。   In this operation stop method, it is preferable that the current taken out during power generation by low oxygen stoichiometry is set to a value that prevents the fuel gas from moving from the anode side to the cathode side through the electrolyte membrane.

さらに、この運転停止方法では、発電時の発電電圧が設定電圧値以下に低下した際、蓄電装置への発電電力の供給を停止する一方、酸化剤ガス供給装置を構成するポンプにのみ前記発電電力を供給することが好ましい。   Further, in this operation stop method, when the generated voltage at the time of power generation falls below a set voltage value, the supply of the generated power to the power storage device is stopped, while the generated power is supplied only to the pump constituting the oxidant gas supply device. Is preferably supplied.

さらにまた、この運転停止方法では、低酸素ストイキの酸化剤ガスは、前記低酸素ストイキが１前後に設定されることが好ましい。   Furthermore, in this operation stop method, it is preferable that the low oxygen stoichiometric oxidant gas is set to about 1.

また、この運転停止方法では、外気温度が低いほど、低酸素ストイキを大きく設定することが好ましい。   Further, in this operation stop method, it is preferable to set the low oxygen stoichiometry larger as the outside air temperature is lower.

さらに、この運転停止方法では、燃料電池に対し低酸素ストイキの酸化剤ガスの供給を停止した後、前記燃料電池内の残留ガスのみで該燃料電池を発電させる工程を有することが好ましい。   Further, the operation stopping method preferably includes a step of generating power by using only the residual gas in the fuel cell after the supply of the low oxygen stoichiometric oxidant gas to the fuel cell is stopped.

さらにまた、この運転停止方法では、燃料電池内の残留ガスのみで前記燃料電池を発電させて得られた電力を、燃料電池用補機に供給することが好ましい。   Furthermore, in this operation stop method, it is preferable to supply the power obtained by generating the fuel cell with only the residual gas in the fuel cell to the fuel cell auxiliary machine.

また、この運転停止方法では、酸化剤ガス供給装置は、燃料電池から使用済みの酸化剤ガスを排出する排出配管を備えるとともに、前記排出配管には、酸化剤ガスの圧力を調整するためのノーマルクローズ型背圧弁が配置され、運転停止処理が終了した後、前記ノーマルクローズ型背圧弁により前記排出配管を閉塞することが好ましい。   Further, in this operation stop method, the oxidant gas supply device is provided with a discharge pipe for discharging the used oxidant gas from the fuel cell, and the discharge pipe has a normal for adjusting the pressure of the oxidant gas. After the closed back pressure valve is arranged and the operation stop process is completed, it is preferable that the discharge pipe is closed by the normally closed back pressure valve.

さらに、この運転停止方法では、酸化剤ガス供給装置は、排出配管には、ノーマルクローズ型背圧弁の上流に位置して開閉弁が配置されるとともに、運転停止処理が終了した後、前記開閉弁により前記排出配管を閉塞することが好ましい。   Further, in this operation stop method, the oxidant gas supply device has an on-off valve disposed in the discharge pipe upstream of the normally closed back pressure valve, and after the operation stop processing is completed, the on-off valve It is preferable to close the discharge pipe.

さらにまた、この運転停止方法では、酸化剤ガス供給装置は、排出配管には、ノーマルクローズ型背圧弁の下流に位置して希釈ボックスが配置されるとともに、運転停止処理時に、前記ノーマルクローズ型背圧弁を開放させて排ガスを前記希釈ボックスに貯留することが好ましい。   Furthermore, in this operation stop method, the oxidant gas supply device is provided with a dilution box disposed in the discharge pipe downstream of the normally closed back pressure valve, and the normal close back It is preferable to store the exhaust gas in the dilution box by opening the pressure valve.

また、この運転停止方法では、排出配管には、希釈ボックスの下流に位置して貯蔵バッファが配置され、運転停止処理時に、ノーマルクローズ型背圧弁を開放させて排ガスを前記希釈ボックス及び前記貯蔵バッファ部に貯留することが好ましい。   Further, in this operation stop method, the storage pipe is disposed downstream of the dilution box in the discharge pipe, and during the operation stop process, the normal close type back pressure valve is opened to discharge the exhaust gas into the dilution box and the storage buffer. It is preferable to store in the part.

さらに、この運転停止方法では、酸化剤ガス供給装置は、燃料電池に酸化剤ガスを供給する供給配管を備えるとともに、前記供給配管には、開閉弁が配置され、運転停止処理が終了した後、前記開閉弁により前記供給配管を閉塞することが好ましい。   Further, in this operation stop method, the oxidant gas supply device includes a supply pipe for supplying the oxidant gas to the fuel cell, and an on-off valve is disposed in the supply pipe, and after the operation stop process is completed, It is preferable that the supply pipe is closed by the on-off valve.

本発明では、燃料電池内に残存する燃料ガスと低酸素ストイキの酸化剤ガスとにより発電されるため、排ガスとして窒素濃度の高い不活性ガスが発生する一方、燃料電池内の前記燃料ガスの水素濃度が低下する。従って、カソード側には、窒素ガスが充満して酸素濃度が低下し、燃料電池及びガス配管内を前記窒素ガスにより満たすことができる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池の劣化を可及的に抑制することが可能になる。   In the present invention, power is generated by the fuel gas remaining in the fuel cell and the low-oxygen stoichiometric oxidant gas, so that an inert gas having a high nitrogen concentration is generated as exhaust gas, while the hydrogen of the fuel gas in the fuel cell is generated. The concentration decreases. Therefore, the cathode side is filled with nitrogen gas to reduce the oxygen concentration, and the fuel cell and the gas pipe can be filled with the nitrogen gas. Thereby, it becomes possible to suppress deterioration of the fuel cell as much as possible with a simple and compact configuration.

本発明の実施形態に係る運転停止方法が実施される燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system in which an operation stop method according to an embodiment of the present invention is implemented. 前記燃料電池システムを構成する回路説明図である。It is circuit explanatory drawing which comprises the said fuel cell system. 前記運転停止方法を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the said operation stop method. 前記燃料電池システムの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the said fuel cell system. 前記燃料電池システムの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the said fuel cell system. 電流値及び電圧値と水素移動量との関係説明図である。It is explanatory drawing of the relationship between an electric current value and a voltage value, and a hydrogen transfer amount. 前記燃料電池システム内の窒素置換状態の説明図である。It is explanatory drawing of the nitrogen substitution state in the said fuel cell system. 特許文献１に開示されている燃料電池システムの説明図である。2 is an explanatory diagram of a fuel cell system disclosed in Patent Document 1. FIG.

図１に示すように、本発明の実施形態に係る運転停止方法が実施される燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、前記燃料電池スタック１２に接続自在なバッテリ（蓄電装置）１７と、前記燃料電池システム１０全体の制御を行うコントローラ１８とを備える。燃料電池システム１０は、燃料電池自動車等の燃料電池車両に搭載される。バッテリ１７は、燃料電池車両を通常走行可能であり、例えば、２０Ａ、〜５００Ｖ程度であるとともに、後述する１２Ｖ電源９８よりも高電圧且つ高電力容量である。   As shown in FIG. 1, a fuel cell system 10 in which an operation stop method according to an embodiment of the present invention is implemented includes a fuel cell stack 12 and an oxidant gas supply device that supplies an oxidant gas to the fuel cell stack 12. 14, a fuel gas supply device 16 that supplies fuel gas to the fuel cell stack 12, a battery (power storage device) 17 that can be connected to the fuel cell stack 12, and a controller 18 that controls the entire fuel cell system 10. With. The fuel cell system 10 is mounted on a fuel cell vehicle such as a fuel cell vehicle. The battery 17 can normally travel in a fuel cell vehicle, and has a voltage of about 20 A to about 500 V, for example, and a higher voltage and a higher power capacity than a 12 V power source 98 described later.

燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池２０を積層して構成される。各燃料電池２０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２をカソード電極２４とアノード電極２６とで挟持した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２８を備える。   The fuel cell stack 12 is configured by stacking a plurality of fuel cells 20. Each fuel cell 20 includes, for example, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 28 in which a solid polymer electrolyte membrane 22 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water is sandwiched between a cathode electrode 24 and an anode electrode 26. .

カソード電極２４及びアノード電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金（又はＲｕ等）が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。   The cathode electrode 24 and the anode electrode 26 have a gas diffusion layer made of carbon paper or the like, and porous carbon particles carrying platinum alloy (or Ru or the like) on the surface are uniformly applied to the surface of the gas diffusion layer. And an electrode catalyst layer formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 22.

電解質膜・電極構造体２８をカソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２で挟持する。カソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２は、例えば、カーボンセパレータ又は金属セパレータで構成される。   The electrolyte membrane / electrode structure 28 is sandwiched between the cathode side separator 30 and the anode side separator 32. The cathode side separator 30 and the anode side separator 32 are comprised by a carbon separator or a metal separator, for example.

カソード側セパレータ３０と電解質膜・電極構造体２８との間には、酸化剤ガス流路３４が設けられるとともに、アノード側セパレータ３２と前記電解質膜・電極構造体２８との間には、燃料ガス流路３６が設けられる。   An oxidant gas flow path 34 is provided between the cathode side separator 30 and the electrolyte membrane / electrode structure 28, and a fuel gas is provided between the anode side separator 32 and the electrolyte membrane / electrode structure 28. A flow path 36 is provided.

燃料電池スタック１２には、各燃料電池２０の積層方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス（以下、空気ともいう）を供給する酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス、例えば、水素含有ガス（以下、水素ガスともいう）を供給する燃料ガス入口連通孔４０ａ、冷却媒体を供給する冷却媒体入口連通孔（図示せず）、前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、前記燃料ガスを排出する燃料ガス出口連通孔４０ｂ、及び前記冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔（図示せず）が設けられる。   The fuel cell stack 12 communicates with each other in the stacking direction of the fuel cells 20 to supply an oxidant gas, for example, an oxidant gas inlet communication hole 38a for supplying an oxygen-containing gas (hereinafter also referred to as air), a fuel gas, For example, a fuel gas inlet communication hole 40a for supplying a hydrogen-containing gas (hereinafter also referred to as hydrogen gas), a cooling medium inlet communication hole (not shown) for supplying a cooling medium, and an oxidant gas outlet for discharging the oxidant gas A communication hole 38b, a fuel gas outlet communication hole 40b for discharging the fuel gas, and a cooling medium outlet communication hole (not shown) for discharging the cooling medium are provided.

酸化剤ガス供給装置１４は、大気からの空気を圧縮して供給するエアポンプ５０を備え、前記エアポンプ５０が空気供給流路５２に配設される。空気供給流路５２には、供給ガスと排出ガスとの間で水分と熱を交換する加湿器５４が配設されるとともに、前記空気供給流路５２は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに連通する。   The oxidant gas supply device 14 includes an air pump 50 that compresses and supplies air from the atmosphere, and the air pump 50 is disposed in the air supply flow path 52. The air supply channel 52 is provided with a humidifier 54 that exchanges moisture and heat between the supply gas and the exhaust gas, and the air supply channel 52 is connected to the oxidant gas inlet of the fuel cell stack 12. It communicates with the communication hole 38a.

酸化剤ガス供給装置１４は、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに連通する空気排出流路５６を備える。空気排出流路５６は、加湿器５４の加湿媒体通路（図示せず）に連通するとともに、この空気排出流路５６には、エアポンプ５０から空気供給流路５２を通って燃料電池スタック１２に供給される空気の圧力を調整するための開度調整可能な背圧制御弁５８が設けられる。背圧制御弁５８は、ノーマルクローズ型（通電されない時に閉塞される）背圧弁により構成されることが好ましい。   The oxidant gas supply device 14 includes an air discharge channel 56 that communicates with the oxidant gas outlet communication hole 38b. The air discharge channel 56 communicates with a humidifying medium passage (not shown) of the humidifier 54, and is supplied to the fuel cell stack 12 from the air pump 50 through the air supply channel 52. A back pressure control valve 58 with an adjustable opening is provided for adjusting the pressure of the air. The back pressure control valve 58 is preferably a normally closed type (closed when not energized) back pressure valve.

空気排出流路５６は、希釈ボックス６０に連通する。空気供給流路５２及び空気排出流路５６には、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに近接して開閉弁６１ａ、６１ｂが配設される。   The air discharge channel 56 communicates with the dilution box 60. In the air supply flow path 52 and the air discharge flow path 56, on-off valves 61a and 61b are disposed in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 38a and the oxidant gas outlet communication hole 38b.

燃料ガス供給装置１６は、高圧水素を貯留する水素タンク６２を備え、この水素タンク６２は、水素供給流路６４を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４０ａに連通する。この水素供給流路６４には、遮断弁６５及びエゼクタ６６が設けられる。エゼクタ６６は、水素タンク６２から供給される水素ガスを、水素供給流路６４を通って燃料電池スタック１２に供給するとともに、燃料電池スタック１２で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素循環路６８から吸引して、再度、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスとして供給する。   The fuel gas supply device 16 includes a hydrogen tank 62 that stores high-pressure hydrogen. The hydrogen tank 62 communicates with the fuel gas inlet communication hole 40 a of the fuel cell stack 12 via a hydrogen supply flow path 64. The hydrogen supply flow path 64 is provided with a shutoff valve 65 and an ejector 66. The ejector 66 supplies the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 62 to the fuel cell stack 12 through the hydrogen supply flow path 64 and exhaust gas containing unused hydrogen gas that has not been used in the fuel cell stack 12. Then, the gas is sucked from the hydrogen circulation path 68 and supplied again as fuel gas to the fuel cell stack 12.

燃料ガス出口連通孔４０ｂには、オフガス流路７０が連通する。オフガス流路７０の途上には、水素循環路６８が連通するとともに、前記オフガス流路７０には、パージ弁７２を介して希釈ボックス６０が接続される。希釈ボックス６０の排出口側には、排出流路７４が接続され、前記排出流路７４に貯蔵バッファ７６が配設される。貯蔵バッファ７６には、排気流路７８が接続される。   The off gas passage 70 communicates with the fuel gas outlet communication hole 40b. A hydrogen circulation path 68 communicates with the off gas flow path 70, and a dilution box 60 is connected to the off gas flow path 70 via a purge valve 72. A discharge flow path 74 is connected to the discharge port side of the dilution box 60, and a storage buffer 76 is disposed in the discharge flow path 74. An exhaust passage 78 is connected to the storage buffer 76.

図２に示すように、燃料電池スタック１２には、バスライン８０の一端が接続されるとともに、前記バスライン８０の他端がインバータ８２に接続される。インバータ８２には、三相の車両走行用の駆動モータ８４が接続される。なお、バスライン８０は、実質的には、２本用いられているが、説明の簡素化を図るために、１本の前記バスライン８０で記載する。以下に説明する他のラインにおいても、同様である。   As shown in FIG. 2, one end of a bus line 80 is connected to the fuel cell stack 12, and the other end of the bus line 80 is connected to an inverter 82. A drive motor 84 for three-phase vehicle travel is connected to the inverter 82. Note that two bus lines 80 are substantially used, but are described as one bus line 80 in order to simplify the description. The same applies to the other lines described below.

バスライン８０には、ＦＣコンタクタ８６が配設されるとともに、エアポンプ５０が接続される。バスライン８０には、電力線８８の一端が接続され、前記電力線８８には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０及びバッテリコンダクタ９２を介装してバッテリ１７が接続される。電力線８８には、分岐電力線９４が設けられ、前記分岐電力線９４には、ダウンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）９６を介装して１２Ｖ電源９８が接続される。なお、１２Ｖ電源９８は、バッテリ１７よりも低い電圧であればよく、１２Ｖに限定されるものではない。   An FC contactor 86 is disposed on the bus line 80 and an air pump 50 is connected thereto. One end of a power line 88 is connected to the bus line 80, and the battery 17 is connected to the power line 88 via a DC / DC converter 90 and a battery conductor 92. The power line 88 is provided with a branch power line 94, and a 12 V power source 98 is connected to the branch power line 94 via a downverter (DC / DC converter) 96. Note that the 12V power source 98 only needs to have a voltage lower than that of the battery 17, and is not limited to 12V.

このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below.

先ず、燃料電池システム１０の運転時には、酸化剤ガス供給装置１４を構成するエアポンプ５０を介して、空気供給流路５２に空気が送られる。この空気は、加湿器５４を通って加湿された後、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに供給される。この空気は、燃料電池スタック１２内の各燃料電池２０に設けられている酸化剤ガス流路３４に沿って移動することにより、カソード電極２４に供給される。   First, during operation of the fuel cell system 10, air is sent to the air supply passage 52 via the air pump 50 that constitutes the oxidant gas supply device 14. The air is humidified through the humidifier 54 and then supplied to the oxidant gas inlet communication hole 38 a of the fuel cell stack 12. This air is supplied to the cathode electrode 24 by moving along the oxidant gas flow path 34 provided in each fuel cell 20 in the fuel cell stack 12.

使用済みの空気は、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂから空気排出流路５６に排出され、加湿器５４に送られることによって新たに供給される空気を加湿した後、背圧制御弁５８を介して希釈ボックス６０に導入される。   The used air is exhausted from the oxidant gas outlet communication hole 38 b to the air exhaust flow path 56 and is sent to the humidifier 54 to humidify the newly supplied air, and then through the back pressure control valve 58. Introduced into the dilution box 60.

一方、燃料ガス供給装置１６では、遮断弁６５が開放されることにより、水素タンク６２から減圧弁（図示せず）により減圧された後、水素供給流路６４に水素ガスが供給される。この水素ガスは、水素供給流路６４を通って燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４０ａに供給される。燃料電池スタック１２内に供給された水素ガスは、各燃料電池２０の燃料ガス流路３６に沿って移動することにより、アノード電極２６に供給される。   On the other hand, in the fuel gas supply device 16, the shutoff valve 65 is opened so that the pressure is reduced from the hydrogen tank 62 by a pressure reducing valve (not shown), and then the hydrogen gas is supplied to the hydrogen supply flow path 64. This hydrogen gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 40 a of the fuel cell stack 12 through the hydrogen supply channel 64. The hydrogen gas supplied into the fuel cell stack 12 is supplied to the anode electrode 26 by moving along the fuel gas flow path 36 of each fuel cell 20.

使用済みの水素ガスは、燃料ガス出口連通孔４０ｂから水素循環路６８を介してエゼクタ６６に吸引され、燃料ガスとして、再度、燃料電池スタック１２に供給される。従って、カソード電極２４に供給される空気とアノード電極２６に供給される水素ガスとが電気化学的に反応して発電が行われる。   The used hydrogen gas is sucked into the ejector 66 from the fuel gas outlet communication hole 40b through the hydrogen circulation path 68, and is supplied again to the fuel cell stack 12 as fuel gas. Accordingly, the air supplied to the cathode electrode 24 and the hydrogen gas supplied to the anode electrode 26 react electrochemically to generate power.

一方、水素循環路６８を循環する水素ガスには、不純物が混在し易い。このため、不純物を混在する水素ガスは、パージ弁７２が開放されることによって希釈ボックス６０に導入される。この水素ガスは、空気オフガスと混合されることにより水素濃度が低下された後、貯蔵バッファ７６に排出される。   On the other hand, the hydrogen gas circulating in the hydrogen circulation path 68 is likely to contain impurities. For this reason, the hydrogen gas mixed with impurities is introduced into the dilution box 60 when the purge valve 72 is opened. This hydrogen gas is discharged to the storage buffer 76 after the hydrogen concentration is lowered by being mixed with the air off-gas.

次いで、燃料電池システム１０の運転停止方法について、図３に示すタイミングチャートに沿って、以下に説明する。   Next, a method for stopping operation of the fuel cell system 10 will be described below along the timing chart shown in FIG.

図示しない燃料電池自動車に搭載された燃料電池システム１０は、上記のように、通常運転を行うことにより、所望の走行が行われている。そして、図示しないイグニッションスイッチがオフされると、燃料電池システム１０の運転停止処理が開始される。   As described above, the fuel cell system 10 mounted on a fuel cell vehicle (not shown) performs a desired travel by performing a normal operation. Then, when an ignition switch (not shown) is turned off, the operation stop process of the fuel cell system 10 is started.

イグニッションスイッチがオフされてから、例えば、故障検知時間を含む所定の時間が経過した後、遮断弁６５が閉塞される一方、背圧制御弁５８は、開度制御が停止されて閉塞される（図４参照）。さらに、酸化剤ガス供給装置１４を構成するエアポンプ５０は、通常運転時に比べて相当に回転数が減速され、酸化剤ガス中の酸素ストイキを通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで供給する。具体的には、低酸素ストイキは、１前後に設定される。   For example, after a predetermined time including a failure detection time has elapsed after the ignition switch is turned off, the shutoff valve 65 is closed, while the back pressure control valve 58 is closed when the opening degree control is stopped ( (See FIG. 4). Further, the air pump 50 constituting the oxidant gas supply device 14 is considerably decelerated compared with that during normal operation, and supplies the oxygen stoichiometric gas in the oxidant gas at a low oxygen stoichiometry lower than that during normal power generation. To do. Specifically, the low oxygen stoichiometry is set to around 1.

一方、燃料電池スタック１２は、発電が継続され、発電電圧（ＦＣ電圧）は、通常発電時よりも高圧に設定されるとともに、前記燃料電池スタック１２から取り出される電流（ＦＣ電流）は、固体高分子電解質膜２２を透過してアノード側からカソード側に燃料ガスである水素ガスが移動することを阻止する値に設定される（後述する）。その際、図２において、ＦＣコンタクタ８６及びバッテリコンダクタ９２がオンされており、燃料電池スタック１２の発電時に得られる電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０により電圧を降圧させた後、バッテリ１７に充電される。   On the other hand, the fuel cell stack 12 continues to generate power, and the generated voltage (FC voltage) is set to a higher voltage than during normal power generation, and the current (FC current) extracted from the fuel cell stack 12 It is set to a value that prevents hydrogen gas, which is a fuel gas, from passing through the molecular electrolyte membrane 22 and moving from the anode side to the cathode side (described later). At that time, in FIG. 2, the FC contactor 86 and the battery conductor 92 are turned on, and the electric power obtained when the fuel cell stack 12 generates power is stepped down by the DC / DC converter 90 and then charged to the battery 17. The

上記のように、燃料電池スタック１２では、低酸素ストイキの空気が要求される一方、遮断弁６５の閉塞により水素ガスの供給が停止した状態で、発電が行われている。そして、燃料電池スタック１２による発電電力は、バッテリ１７に供給されることにより、ディスチャージ（図３中、バッテリ ＤＣＨＧ）されている。従って、燃料電池スタック１２の発電電圧が所定の電圧、すなわち、バッテリ１７に供給不能な電圧Ｎ１（Ｖ）（バッテリ１７の電圧とほぼ同じ電圧）まで低下すると、エアポンプ５０にのみ発電電力が供給される。   As described above, in the fuel cell stack 12, low oxygen stoichiometric air is required, while power generation is performed in a state where the supply of hydrogen gas is stopped due to the shutoff of the shutoff valve 65. The power generated by the fuel cell stack 12 is discharged to the battery 17 (battery DCHG in FIG. 3). Accordingly, when the power generation voltage of the fuel cell stack 12 drops to a predetermined voltage, that is, the voltage N1 (V) that cannot be supplied to the battery 17 (substantially the same voltage as the voltage of the battery 17), the power generation is supplied only to the air pump 50. The

これにより、燃料電池スタック１２内では、アノード側の水素濃度が低下する一方、カソード側の酸素濃度が低下していく。そこで、例えば、アノード側の水素圧力が所定の圧力以下となった際に、エアポンプ５０がオフされるとともに、バッテリコンダクタ９２がオフされる。   Thereby, in the fuel cell stack 12, the hydrogen concentration on the anode side decreases, while the oxygen concentration on the cathode side decreases. Therefore, for example, when the hydrogen pressure on the anode side becomes a predetermined pressure or lower, the air pump 50 is turned off and the battery conductor 92 is turned off.

このため、図５に示すように、燃料電池スタック１２は、内部に残存する水素ガスと空気とにより発電される。この燃料電池スタック１２の発電により発生する電力は、ダウンバータ９６を介して降圧された後、１２Ｖ電源９８に充電（Ｄ／Ｖ ＤＣＨＧ）されるとともに、必要に応じて図示しないラジエータファン等に電力が供給される。さらに、燃料電池スタック１２の発電電圧が、ダウンバータ９６の作動限界電圧の近傍まで低下すると、背圧制御弁５８が一旦開放（大気圧）されるとともに、ＦＣコンタクタ８６がオフされる。   Therefore, as shown in FIG. 5, the fuel cell stack 12 is generated by the hydrogen gas and air remaining inside. The electric power generated by the power generation of the fuel cell stack 12 is stepped down through the downverter 96, and then charged to the 12V power source 98 (D / V DCHG). If necessary, the electric power is supplied to a radiator fan (not shown). Is supplied. Further, when the power generation voltage of the fuel cell stack 12 decreases to the vicinity of the operation limit voltage of the downverter 96, the back pressure control valve 58 is once opened (atmospheric pressure) and the FC contactor 86 is turned off.

この場合、本実施形態では、イグニッションスイッチがオフされると、背圧制御弁５８、エアポンプ５０及び遮断弁６５が操作されている。従って、燃料電池スタック１２では、この燃料電池スタック１２内に残存する水素ガスと低酸素ストイキの空気とにより発電が行われ、発電電力がバッテリ１７に供給されてディスチャージされている。   In this case, in this embodiment, when the ignition switch is turned off, the back pressure control valve 58, the air pump 50, and the shutoff valve 65 are operated. Accordingly, in the fuel cell stack 12, power is generated by the hydrogen gas remaining in the fuel cell stack 12 and the low-oxygen stoichiometric air, and the generated power is supplied to the battery 17 and discharged.

これにより、燃料電池スタック１２内のアノード側では、水素濃度が減少するとともに、カソード側では、酸素濃度が減少して窒素濃度が上昇している。このため、カソード側には、排ガスとして高濃度の窒素ガスが発生し、前記窒素ガスが希釈ボックス６０及び貯蔵バッファ７６に供給される。一方、アノード側では、水素濃度の低下により負圧状態となり、カソード側からアノード側に窒素ガスの透過が行われる。   As a result, the hydrogen concentration decreases on the anode side in the fuel cell stack 12, and the oxygen concentration decreases and the nitrogen concentration increases on the cathode side. Therefore, high concentration nitrogen gas is generated on the cathode side as exhaust gas, and the nitrogen gas is supplied to the dilution box 60 and the storage buffer 76. On the other hand, on the anode side, a negative pressure state occurs due to a decrease in hydrogen concentration, and nitrogen gas permeates from the cathode side to the anode side.

従って、燃料電池スタック１２及びこの燃料電池スタック１２に接続されるガス配管内には、不活性ガスである窒素ガスを満たすことができ、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池２０の劣化を可及的に抑制することが可能になるという効果が得られる。   Accordingly, the fuel cell stack 12 and the gas pipe connected to the fuel cell stack 12 can be filled with nitrogen gas which is an inert gas, and the fuel cell 20 can be deteriorated with a simple and compact configuration. The effect that it becomes possible to suppress it automatically is acquired.

ここで、低酸素ストイキによる発電時に取り出される電流及び電圧は、アノード側からカソード側に水素が移動しない程度の一定値に設定されている。発電電流とセル電圧及び水素移動量とは、例えば、図６に示す関係を有しており、電圧をコントローラする必要がある。図６から了解されるように、水素移動量は、電圧値に依存するため、電流値を可変させて制御する必要がある。そして、水素移動量を制御するためには、電圧制御により運転することがより好ましい。   Here, the current and voltage taken out during power generation by low oxygen stoichiometry are set to constant values such that hydrogen does not move from the anode side to the cathode side. The generated current, the cell voltage, and the amount of hydrogen transfer have, for example, the relationship shown in FIG. 6, and the voltage needs to be controlled. As understood from FIG. 6, since the amount of hydrogen transfer depends on the voltage value, it is necessary to control it by varying the current value. And in order to control the amount of hydrogen transfer, it is more preferable to operate by voltage control.

さらに、本実施形態では、燃料電池スタック１２の発電時の発電電圧が、設定電圧値Ｎ１（Ｖ）以下に低下した際、バッテリ１７への前記発電電力の供給を停止する一方、エアポンプ５０にのみ前記発電電力が供給されている。このため、バッテリ１７への電力の供給ができなくなった後にも、エアポンプ５０に電力の供給が行われ、発電を継続することが可能になる。   Further, in the present embodiment, when the power generation voltage at the time of power generation of the fuel cell stack 12 drops below the set voltage value N1 (V), the supply of the generated power to the battery 17 is stopped while only the air pump 50 is used. The generated power is supplied. For this reason, even after the supply of power to the battery 17 becomes impossible, the supply of power to the air pump 50 is performed, and power generation can be continued.

さらにまた、酸素ガスは、低酸素ストイキが１前後に設定されている。従って、発電時に、酸素を略完全に消費して窒素ガス濃度を有効に高めることができるとともに、酸素供給不足によるアノード側からカソード側への水素の透過を抑制することが可能になる。   Furthermore, the oxygen gas has a low oxygen stoichiometric value of around 1. Accordingly, during power generation, oxygen can be consumed almost completely to effectively increase the nitrogen gas concentration, and hydrogen permeation from the anode side to the cathode side due to insufficient oxygen supply can be suppressed.

また、酸素ストイキは、外気温が低いほど大きな値に設定されることが好ましい。燃料電池システム１０の停止温度が低い場合には、燃料電池スタック１２や加湿器５４の温度低下により、外部からのガス吸い込み量（空気吸い込み量）が少なくなるため、システム内の酸素減少量が少なくても、所望の効果が得られるからである。   The oxygen stoichiometry is preferably set to a larger value as the outside air temperature is lower. When the stop temperature of the fuel cell system 10 is low, the temperature of the fuel cell stack 12 and the humidifier 54 decreases, so that the amount of gas sucked from the outside (the amount of air sucked) decreases, so the amount of oxygen decrease in the system is small. This is because the desired effect can be obtained.

さらにまた、本実施形態では、エアポンプ５０をオフすることにより、空気の供給を停止した状態で、すなわち、燃料電池スタック１２内に残存する水素及び酸素のみで、前記燃料電池スタック１２が発電されている（図３中、Ｄ/Ｖ ＤＣＨＧ）。   Furthermore, in this embodiment, when the air pump 50 is turned off, the fuel cell stack 12 is generated with only hydrogen and oxygen remaining in the fuel cell stack 12 while the supply of air is stopped. (D / V DCHG in FIG. 3).

このため、図７に示すように、エアポンプ５０を介して空気の供給を行いながら、燃料電池スタック１２の発電を行った場合、システム内の窒素置換範囲が、範囲Ｂ及び範囲Ｃまでであるのに対し、前記エアポンプ５０を停止した後、前記燃料電池スタック１２の発電を行うと、該燃料電池スタック１２の入口側である範囲Ａまで窒素ガスによる置換範囲が拡大している。これにより、燃料電池システム１０は、比較的長期間にわたって停止されても、燃料電池２０の劣化を可及的に阻止することができるという利点がある。   For this reason, as shown in FIG. 7, when the fuel cell stack 12 is generated while supplying air via the air pump 50, the nitrogen replacement range in the system is up to the range B and the range C. On the other hand, when the power generation of the fuel cell stack 12 is performed after the air pump 50 is stopped, the replacement range by the nitrogen gas is expanded to the range A on the inlet side of the fuel cell stack 12. Thereby, even if the fuel cell system 10 is stopped for a relatively long period of time, there is an advantage that deterioration of the fuel cell 20 can be prevented as much as possible.

また、燃料電池スタック１２では、空気の供給を停止した後、発電が行われる際に、前記燃料電池スタック１２から１２Ｖ電源９８に電力が供給されている。従って、１２Ｖ電源９８から燃料電池用補機に電圧供給が行われ、発電電力の消費（ディスチャージ）が確実に遂行される。   In the fuel cell stack 12, power is supplied from the fuel cell stack 12 to the 12V power source 98 when power generation is performed after the supply of air is stopped. Accordingly, voltage is supplied from the 12V power source 98 to the fuel cell auxiliary machine, and the consumption (discharge) of the generated power is reliably performed.

さらに、燃料電池システム１０の停止後には、背圧制御弁５８が一旦開放され、希釈ボックス６０及び貯蔵バッファ７６に供給されている窒素ガスを、負圧の作用下に燃料電池スタック１２に充填することが可能になる。   Further, after the fuel cell system 10 is stopped, the back pressure control valve 58 is once opened and the fuel cell stack 12 is filled with nitrogen gas supplied to the dilution box 60 and the storage buffer 76 under the action of negative pressure. It becomes possible.

次いで、背圧制御弁５８への電力を供給を停止することにより、ノーマルクローズ型の前記背圧制御弁５８が閉塞される。このため、背圧制御弁５８の制御が簡素化するとともに、燃料電池スタック１２内に酸素が導入されることを阻止することができる。   Next, by stopping the supply of power to the back pressure control valve 58, the normally closed back pressure control valve 58 is closed. For this reason, the control of the back pressure control valve 58 can be simplified and oxygen can be prevented from being introduced into the fuel cell stack 12.

さらにまた、酸化剤ガス供給装置１４は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに近接して、開閉弁６１ａ、６１ｂを備えている。そして、燃料電池システム１０の停止後に、開閉弁６１ａ、６１ｂが閉塞されることにより、燃料電池スタック１２内への空気の導入が可及的に阻止される。   Furthermore, the oxidant gas supply device 14 includes open / close valves 61 a and 61 b in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 38 a and the oxidant gas outlet communication hole 38 b of the fuel cell stack 12. Then, after the fuel cell system 10 is stopped, the on-off valves 61a and 61b are closed to prevent the introduction of air into the fuel cell stack 12 as much as possible.

また、背圧制御弁５８の下流側には、希釈ボックス６０が配置されており、燃料電池システム１０の低酸素ストイキの空気を使用した発電時に発生する窒素ガスが、前記希釈ボックス６０に貯留されている。これにより、燃料電池システム１０の停止後に、燃料電池スタック１２内が負圧になる際には、希釈ボックス６０から前記燃料電池スタック１２内に窒素ガスが供給（吸引）され、酸素の混入が良好に阻止される。   Further, a dilution box 60 is disposed downstream of the back pressure control valve 58, and nitrogen gas generated during power generation using the low-oxygen stoichiometric air of the fuel cell system 10 is stored in the dilution box 60. ing. Thus, when the pressure inside the fuel cell stack 12 becomes negative after the fuel cell system 10 is stopped, nitrogen gas is supplied (suctioned) into the fuel cell stack 12 from the dilution box 60, and oxygen is mixed well. To be blocked.

その際、希釈ボックス６０の下流には、貯蔵バッファ７６が設けられている。従って、この貯蔵バッファ７６に貯留されている窒素を燃料電池スタック１２に供給することも可能である。   At that time, a storage buffer 76 is provided downstream of the dilution box 60. Accordingly, the nitrogen stored in the storage buffer 76 can be supplied to the fuel cell stack 12.

１０…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス供給装置 １６…燃料ガス供給装置
１７…バッテリ １８…コントローラ
２０…燃料電池 ２２…固体高分子電解質膜
２４…カソード電極 ２６…アノード電極
２８…電解質膜・電極構造体 ３０、３２…セパレータ
３４…酸化剤ガス流路 ３６…燃料ガス流路
３８ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ３８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
４０ａ…燃料ガス入口連通孔 ４０ｂ…燃料ガス出口連通孔
５０…エアポンプ ５２…空気供給流路
５４…加湿器 ５６…空気排出流路
５８…背圧制御弁 ６０…希釈ボックス
６１ａ、６１ｂ…開閉弁 ６２…水素タンク
６４…水素供給流路 ６５…遮断弁
６６…エゼクタ ６８…水素循環路
７０…オフガス流路 ７２…パージ弁
７４…排出流路 ７６…貯蔵バッファ
７８…排気流路 ８６…ＦＣコンタクタ
９０…ＤＣ／ＤＣコンバータ ９２…バッテリコンダクタ
９６…ダウンバータ ９８…１２Ｖ電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell stack 14 ... Oxidant gas supply device 16 ... Fuel gas supply device 17 ... Battery 18 ... Controller 20 ... Fuel cell 22 ... Solid polymer electrolyte membrane 24 ... Cathode electrode 26 ... Anode electrode 28 ... Electrolyte membrane / electrode structure 30, 32 ... Separator 34 ... Oxidant gas flow path 36 ... Fuel gas flow path 38a ... Oxidant gas inlet communication hole 38b ... Oxidant gas outlet communication hole 40a ... Fuel gas inlet communication hole 40b ... Fuel Gas outlet communication hole 50 ... Air pump 52 ... Air supply channel 54 ... Humidifier 56 ... Air discharge channel 58 ... Back pressure control valve 60 ... Dilution boxes 61a, 61b ... Open / close valve 62 ... Hydrogen tank 64 ... Hydrogen supply channel 65 ... shutoff valve 66 ... ejector 68 ... hydrogen circulation path 70 ... off-gas flow path 72 ... purge valve 74 ... discharge flow path 76 ... storage buffer 78 Exhaust flow path 86 ... FC contactor 90 ... DC / DC converter 92 ... battery conductor 96 ... downverter 98 ... 12V power supply

Claims (12)

カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池に接続自在な蓄電装置と、
を備える燃料電池システムの運転停止方法であって、
前記燃料電池に前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスを供給しながら、前記燃料電池を発電させる工程と、
前記燃料電池の停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで前記燃料電池に供給しながら、前記燃料電池を発電させる工程と、
前記燃料電池の発電により得られる発電電力を、前記蓄電装置に供給する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of an oxidant gas supplied to the cathode side and a fuel gas supplied to the anode side;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the fuel cell;
A fuel gas supply device for supplying the fuel gas to the fuel cell;
A power storage device connectable to the fuel cell;
A method for stopping operation of a fuel cell system comprising:
Generating the fuel cell while supplying the oxidant gas and the fuel gas to the fuel cell;
When the fuel cell stop command is detected, the fuel gas supply is stopped, while the oxidant gas is supplied to the fuel cell with a low oxygen stoichiometry lower than the oxygen stoichiometry during normal power generation. A step of generating a battery;
Supplying power generated by power generation of the fuel cell to the power storage device;
A method for stopping the operation of the fuel cell system. 請求項１記載の運転停止方法において、前記低酸素ストイキによる発電時に取り出される電流は、電解質膜を透過して前記アノード側から前記カソード側に前記燃料ガスが移動することを阻止する値に設定されることを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。   2. The operation stop method according to claim 1, wherein the current taken out during power generation by the low oxygen stoichiometry is set to a value that prevents the fuel gas from moving from the anode side to the cathode side through the electrolyte membrane. A method for stopping the operation of the fuel cell system. 請求項１又は２記載の運転停止方法において、前記発電時の発電電圧が設定電圧値以下に低下した際、前記蓄電装置への前記発電電力の供給を停止する一方、前記酸化剤ガス供給装置を構成するポンプにのみ前記発電電力を供給することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。   The operation stop method according to claim 1 or 2, wherein when the generated voltage at the time of power generation falls below a set voltage value, the supply of the generated power to the power storage device is stopped, while the oxidant gas supply device is A method for stopping operation of a fuel cell system, characterized in that the generated power is supplied only to a pump that constitutes the fuel cell system. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の運転停止方法において、前記低酸素ストイキの前記酸化剤ガスは、前記低酸素ストイキが１前後に設定されることを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。   4. The operation of a fuel cell system according to claim 1, wherein the oxidant gas of the low oxygen stoichiometry is set to about 1 in the low oxygen stoichiometry. 5. How to stop. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の運転停止方法において、外気温度が低いほど、前記低酸素ストイキを大きく設定することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。   The operation stop method according to any one of claims 1 to 4, wherein the low oxygen stoichiometry is set larger as the outside air temperature is lower. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の運転停止方法において、前記燃料電池に対し前記低酸素ストイキの前記酸化剤ガスの供給を停止した後、前記燃料電池内の残留ガスのみで該燃料電池を発電させる工程を有することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。   6. The operation stop method according to claim 1, wherein after the supply of the oxidant gas of the low oxygen stoichiometry is stopped to the fuel cell, only the residual gas in the fuel cell is used. A method for stopping the operation of a fuel cell system, comprising the step of generating power by a battery. 請求項６記載の運転停止方法において、前記燃料電池内の残留ガスのみで該燃料電池を発電させて得られた電力を、燃料電池用補機に供給することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。   7. The operation of the fuel cell system according to claim 6, wherein power obtained by generating the fuel cell with only the residual gas in the fuel cell is supplied to an auxiliary device for the fuel cell. How to stop. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の運転停止方法において、前記酸化剤ガス供給装置は、前記燃料電池から使用済みの前記酸化剤ガスを排出する排出配管を備えるとともに、前記排出配管には、酸化剤ガスの圧力を調整するためのノーマルクローズ型背圧弁が配置され、
運転停止処理が終了した後、前記ノーマルクローズ型背圧弁により前記排出配管を閉塞することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。 The operation stop method according to any one of claims 1 to 7, wherein the oxidant gas supply device includes a discharge pipe for discharging the used oxidant gas from the fuel cell, and the discharge pipe. Is equipped with a normally closed back pressure valve for adjusting the pressure of the oxidant gas,
A fuel cell system shutdown method comprising: closing the discharge pipe with the normally closed back pressure valve after the shutdown process is completed. 請求項８記載の運転停止方法において、前記酸化剤ガス供給装置は、前記排出配管には、前記ノーマルクローズ型背圧弁の上流に位置して開閉弁が配置されるとともに、
運転停止処理が終了した後、前記開閉弁により前記排出配管を閉塞することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。 The operation stop method according to claim 8, wherein the oxidant gas supply device has an on-off valve disposed in the exhaust pipe upstream of the normally closed back pressure valve,
An operation stop method for a fuel cell system, wherein after the operation stop processing is completed, the discharge pipe is closed by the on-off valve. 請求項８又は９記載の運転停止方法において、前記酸化剤ガス供給装置は、前記排出配管には、前記ノーマルクローズ型背圧弁の下流に位置して希釈ボックスが配置されるとともに、
運転停止処理時に、前記ノーマルクローズ型背圧弁を開放させて排ガスを前記希釈ボックスに貯留することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。 The shutdown method according to claim 8 or 9, wherein the oxidant gas supply device has a dilution box disposed in the exhaust pipe downstream of the normally closed back pressure valve,
An operation stop method for a fuel cell system, wherein during normal operation, the normally closed back pressure valve is opened to store exhaust gas in the dilution box. 請求項１０記載の運転停止方法において、前記排出配管には、前記希釈ボックスの下流に位置して貯蔵バッファ部が配置され、
運転停止処理時に、前記ノーマルクローズ型背圧弁を開放させて排ガスを前記希釈ボックス及び前記貯蔵バッファに貯留することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。 The operation stop method according to claim 10, wherein a storage buffer unit is disposed in the discharge pipe at a position downstream of the dilution box,
An operation stop method for a fuel cell system, wherein the normally closed back pressure valve is opened during an operation stop process to store exhaust gas in the dilution box and the storage buffer. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の運転停止方法において、前記酸化剤ガス供給装置は、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する供給配管を備えるとともに、前記供給配管には、開閉弁が配置され、
運転停止処理が終了した後、前記開閉弁により前記供給配管を閉塞することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。 The operation stop method according to any one of claims 1 to 11, wherein the oxidant gas supply device includes a supply pipe for supplying the oxidant gas to the fuel cell, and the supply pipe is opened and closed. A valve is placed,
An operation stop method for a fuel cell system, wherein the supply pipe is closed by the on-off valve after the operation stop process is completed.
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