JP3928319B2

JP3928319B2 - 移動体用燃料電池システム

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Publication number: JP3928319B2
Application number: JP2000038405A
Authority: JP
Inventors: 靖和岩崎
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2020-02-16
Also published as: JP2001229951A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体用燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水素分離器を採用する燃料電池システムには、図５に示す構成のものが知られている。この従来の燃料電池システムにおいて、１００は燃料電池、１０１はメタノール１０２を水１０３を用いて水蒸気改質し、水素リッチなガス１０４を生成する改質器、１０５は水素リッチなガス１０４から水素を分離する水素分離器、１０６はパラジウムを主成分とする水素分離膜、１０８は水素リッチなガス１０４から水素分離器１０５によって大部分の水素が分離された排ガス１０７を燃焼させる燃焼器である。
【０００３】
水素分離器１０５で精製された純水素１１０は加湿器１１１で水蒸気が加えられ、燃料電池１００の燃料極に送られ、燃料電池１００の燃料極で水素の一部が消費され、凝縮器１１２で水蒸気が回収され、ポンプ１１２により水素分離器１０５に戻される。すなわち水素循環系ＨＬＰが構成されている。
【０００４】
一方、コンプレッサ１２０により空気１２１は燃料電池１００の空気極に送られ、ここで一部の酸素が消費され、凝縮器１２３で水蒸気が回収された後、燃焼器１０８に送られ、ここで排ガス１０７を燃焼させるのに用いられる。凝縮器１１２，１２３で回収された水蒸気は液体の水として水タンク１３１に回収される。
【０００５】
メタノールタンク１３０内のメタノール並びに水タンク１３１内の水はポンプ１３２，１３３によって蒸発器１０９に送られ、燃焼器１０８で発生した熱によって気化され、改質器１０１に送られる。なお、燃焼器１０８で発生した熱は蒸発器１０９で用いられる他、改質器１０１内での吸熱反応の熱源や水素分離膜１０６の保温等に利用される。そして燃焼器１０８で発生する熱量が不足している場合には、メタノールタンク１３０内のメタノールを燃焼器１０８に送り燃料の不足分を補う場合もある。燃料電池１００の運転圧力は圧力センサ１４０の信号に基づき、システム全体をコントロールするコントローラ（図示せず）により制御される。
【０００６】
次に従来の燃料電池システムを停止する方法について説明する。水素分離膜１０６の１次側を窒素パージするために、メタノール及び水の蒸発器１０９への供給を停止し、バルブ３００を開いて外部に設けられた窒素供給装置により供給される窒素を系内に導入し、蒸発器１０９の蒸気発生側、改質器１０１、水素分離器１０５における水素分離膜１０６の１次側（Ｉ）、燃焼器１０８、蒸発器１０９の熱源側の順にパージし、水素やメタノールを不活性ガスで置換する。
【０００７】
また水素分離器１０５における水素分離膜１０６の２次側（II）を窒素パージするために、バルブ３０１を閉じ、バルブ３０３を排気のために開き、バルブ３０２を開き、外部に設けられた窒素供給装置により供給される窒素を水素循環系ＨＬＰ内に導入し、ポンプ１１２、水素分離膜１０６の２次側（II）、加湿器１１１、燃料電池１００の燃料極、凝縮器１１２の順にパージし、水素を不活性ガスで置換する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の燃料電池システムでは、次のような技術的課題が残されていた。水素分離器を採用した燃料電池システムでは、水素分離膜としてパラジウムを主とする合金膜を用いているため、システム停止の際に、水素分離膜の温度が例えば、１７０〜２００℃という水素脆化温度以下になる前に、極めて低濃度（数百ｐｐｍ以下）にまで速やかに水素を除去する必要がある。
【０００９】
この水素除去は、オンサイトの燃料電池発電プラントであれば不活性ガスである窒素ガスでパージすることにより技術的に容易に行うことができる。しかしその場合、窒素ガスの消費量が多いため、消費する窒素ガスのコスト、窒素ボンベの交換あるいは液体窒素の充填等の保守作業コスト等が問題となる。水素分離膜を有していない燃料電池システムであっても、不活性ガスパージを必要とする燃料電池を使用している場合であれば同様に問題である。
【００１０】
そこで、消費する窒素の量を節約するために、あるいは保守作業を低減するために、種々の提案がなされている。例えば前者では特開平９−４５３５１号公報に記載された技術があり、後者では特開平６−２０３８６４号公報に記載された技術がある。しかしながら、燃料電池自動車に供される移動体用燃料電池システムでは、スペースの制約が非常に厳しく、システム停止のたびに大量に消費される窒素ガスをボンベに抱えて車載することは非常に困難であり、上述したような窒素パージを必要としない燃料電池システムが切望されている。
【００１１】
水素分離膜を有しない燃料電池システムであれば、例えば特開平８一１９５２１０号公報に記載されているように、燃料電池の燃料極並びに空気極の入口側並びに出口側を遮断弁により遮断し、燃料極側の遮断された空間の、圧力調整のためのバッファタンクを設ける提案がなされている。
【００１２】
しかし水素分離膜を有する燃料電池システムにおいては、水素分離膜の水素脆化を防止するために極めて低い水素濃度にまで窒素パージすることが必要なため、このような遮断をかけるだけでは窒素パージを不要にすることはできず、このような提案を移動体用燃料電池システムに適用することはできない。
【００１３】
他方、燃料電池の燃料極を不活性ガスを用いてパージするだけでは、電極触媒に吸着している水素があるために効果的にパージすることが困難である。これを解決し、パージを効果的に行い、残留水素濃度を低減するための方法として、不活性ガスによるパージを行いながら余剰電力を発電し、放電抵抗回路で余剰電力を放電することによって、残留水素を消費する方法が知られている。しかしながら、この方法でも、残留水素濃度が低減するにつれて燃料電池の残留水素の消費能力が低下するため、システムの通常の運転を停止させた後、水素脆化が始まる温度までシステム温度が低下する前までの短時間のうちに極めて低い水素濃度にまで残留水素濃度を下げることが難しい。
【００１４】
本発明はこのような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、システム停止時に燃料電池の燃料極側と水素分離膜の２次側から構成される水素循環系の残留水素濃度を水素分離膜の温度が水素脆化温度以下になる前に、短時間のうちに極めて低い水素濃度に低減することができる移動体用燃料電池システムを提供することを特徴とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の移動体用燃料電池システムは、水素と酸素を含むガスを用いて発電する燃料電池と、パナジウムを主成分とする合金膜を水素分離膜として有し、水素リッチなガスから水素を分離する水素分離膜を介して一次側と二次側に分割された水素分離器と、燃料電池によって発電された電力を貯蔵するバッテリと、燃料電池によって発電された電力とバッテリに貯蔵される電力を制御する電力制御器と、水素分離器二次側と燃料電池とから構成される水素循環系に設置された循環ポンプと、前記水素循環系に設置されたガスを加湿する加湿器と、システム停止時、水素循環系に前記加湿器からの水蒸気を循環させながら水素循環系の残留水素による発電を行った後、水素循環系に前記加湿器からの水蒸気を循環させながらバッテリから燃料電池に電圧を印加して水素循環系の残留水素を燃料電池の燃料極側から空気極側に電気化学的に輸送することにより、水素循環系内の残留水素密度を低減する残留水素パージ手段とを備えたものである。
【００１６】
請求項１の発明の移動体用燃料電池システムでは、システムの停止時に、残留水素パージ手段が、水素分離器二次側と燃料電池から構成される水素循環系に水蒸気を循環させながら水素循環系の残留水素による発電を行った後、水素循環系に水蒸気を循環させながらバッテリから燃料電池に電圧を印加して水素循環系に僅かに残存する残留水素を燃料電池の燃料極側から空気極側に電気化学的に輸送することにより、水素循環系内の残留水素密度を低減する。これにより、水素循環系の残留水素濃度を、水素分離膜の温度が水素脆化温度以下になる前に短時間のうちに極めて低い水素濃度に低減する。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の移動体用燃料電池システムにおいて、前記残留水素パージ手段が前記残留水素による発電電力を前記バッテリに充電するものであり、システム停止時に残留水素による発電電力をバッテリに充電することによりエネルギ効率を高める。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の移動体用燃料電池システムにおいて、余剰電力を放電する放電抵抗回路を備え、前記残留水素パージ手段が前記残留水素による発電電力を前記放電抵抗回路に放電するものであり、残留水素による発電電力を速やかに消費させることにより残留水素濃度を速やかに低減する。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１の移動体用燃料電池システムにおいて、余剰電力を放電する放電抵抗回路を備え、前記残留水素パージ手段が前記バッテリの充電状態に応じて、前記残留水素による発電電力の当該バッテリへの充電と前記放電抵抗回路への放電とを切り替えるものであり、システム停止時にバッテリの充電状態に応じて残留水素による発電電力のバッテリへの充電と放電抵抗回路への放電とを切り替えることによってエネルギ効率を改善し、かつ残留水素濃度を速やかに低減する。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１の移動体用燃料電池システムにおいて、前記残留水素パージ手段が前記バッテリから前記燃料電池に電圧を印加させ、水素の電気化学的輸送を一定時間行うものであり、システム停止時に、残留水素濃度が水素分離膜に影響を与えない程度まで低減するのに必要な一定時間だけ水素の電気化学的輸送を行うことにより、バッテリのエネルギロスを最低限度に抑える。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１又は５の移動体用燃料電池システムにおいて、前記残留水素パージ手段が前記燃料電池の電流電圧特性から前記水素循環系の残留水素濃度が所望の濃度以下になったことを判断したときに、前記バッテリから前記燃料電池への電圧印加を停止し、水素の電気化学的輸送を停止するものであり、バッテリのエネルギロスを最低限度に抑える。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項１〜６の移動体用燃料電池システムにおいて、前記空気極の入口側及び出口側それぞれに遮断手段を備え、前記残留水素パージ手段が前記水素循環系の残留水素濃度を低減させた後、前記燃料電池の空気極を水蒸気でパージし、しかる後に前記空気極の入口側並びに出口側を前記遮断手段により遮断するものである。
【００２３】
請求項７の発明の移動体用燃料電池システムでは、システム停止時に、残留水素パージ手段が水素循環系の余剰水素による余剰発電を終了させた後、あるいは燃料電池による水素の電気化学的輸送が終了した後に、燃料電池の空気極を水蒸気によってパージし、さらに燃料電池の空気極の入口側並びに出口側を遮断手段により遮断する。これにより、燃料電池の燃料極側の閉じた空間である水素循環系と、燃料電池の空気極側とを共に水蒸気で満たされて閉じた空間として保持し、システムの温度が低下して水蒸気が凝縮した際に、燃料電池の燃料極側も空気極側も同程度の減圧状態にして燃料電池のイオン伝導膜への差圧の発生を抑える。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項１の移動体用燃料電池システムにおいて、前記水素分離器の入口側並びに出口側を遮断する遮断手段と、前記燃料電池の燃料極側を大気開放する開放手段とを備え、前記残留水素パージ手段が前記水素循環系の残留水素の電気化学的輸送が終了した後、前記水素循環系の前記水素分離器の入口側並びに出口側を前記遮断手段により遮断し、前記燃料電池の燃料極を前記大気開放手段により大気開放するものである。
【００２５】
請求項８の発明の移動体用燃料電池システムでは、システム停止時に、残留水素パージ手段が水素循環系の残留水素の電気化学的輸送を終了させた後、水素循環系の水素分離器の入口側並びに出口側を遮断手段により遮断し、燃料電池の燃料極を大気開放手段により大気開放する。これにより、システムの温度が低下して水蒸気が凝縮しても、燃料電池の燃料極並びに空気極側の圧力をほぼ空気圧のまま保持させ、燃料電池のイオン伝導膜への差圧の発生を抑える。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項１〜８の移動体用燃料電池システムにおいて、水素分離器一次側の入口側及び出口側を遮断する遮断手段を備え、残留水素パージ手段は、システム停止時に遮断手段により水素分離器一次側の入口側並びに出口側を遮断するものである。
【００２７】
請求項１０の発明は、請求項９の移動体用燃料電池システムにおいて、残留水素パージ手段が、水素分離器一次側の入口側並びに出口側を遮断する前に、水素分離器一次側を水蒸気でパージするものである。
【００２８】
請求項９及び請求項１０の発明の移動体用燃料電池システムでは、システム停止時に残留水素パージ手段が水素分離器一次側の入口側並びに出口側を遮断するが、その前に水素分離器一次側を水蒸気でパージする。これにより、従来のように外部の窒素供給装置から窒素を供給してこの部分の水素をパージする必要をなくし、移動体用のシステムとして小型化を図る。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、水素循環系の残留水素濃度を、水素分離膜の温度が水素脆化温度以下になる前に短時間のうちに極めて低い水素濃度に低減することができる。
【００３０】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、システム停止時に残留水素による余剰電力をバッテリに充電することにより、システム停止時に残留水素による発電電力をバッテリに充電ことができ、エネルギ効率を高めることができる。
【００３１】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、システム停止時に余剰電力を放電抵抗回路に放電することにより、残留水素による発電電力を速やかに消費させることにより残留水素濃度を速やかに低減することができる。
【００３２】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、システム停止時にバッテリの充電状態に応じて残留水素による余剰電力のバッテリへの充電と放電抵抗回路への放電とを切り替えることができ、エネルギ効率の改善し、かつ残留水素濃度を速やかに低減することができる。
【００３３】
請求項５の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、システム停止時に残留水素濃度が水素分離膜に影響を与えない程度まで低減するのに必要な一定時間だけ水素の電気化学的輸送を行うことにより、バッテリのエネルギロスを最低限度に抑えることができる。
【００３４】
請求項６の発明によれば、請求項１又は５の発明の効果に加えて、システム停止時に、燃料電池の電流電圧特性から水素循環系の残留水素濃度が所望の濃度以下になったことを判断したときにバッテリから燃料電池への電圧印加を停止し、水素の電気化学的輸送を停止することにより、バッテリのエネルギロスを最低限度に抑えることができる。
【００３５】
請求項７の発明によれば、請求項１〜６の発明の効果に加えて、システム停止時に燃料電池の燃料極側の閉じた空間である水素循環系と燃料電池の空気極側が共に水蒸気で満たされて閉じた空間として保持でき、システムの温度が低下して水蒸気が凝縮した際に、燃料電池の燃料極側も空気極側も同程度の減圧状態となり、燃料電池のイオン伝導膜への差圧の発生を抑えることができる。
【００３６】
請求項８の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、システム停止時にシステムの温度が低下して水蒸気が凝縮しても燃料電池の燃料極並びに空気極側の圧力がほぼ空気圧のまま保持することができ、燃料電池のイオン伝導膜への差圧の発生を抑えることができる。
【００３７】
請求項９及び１０発明によれば、請求項１〜８の発明の効果に加えて、システム停止時に従来のように外部の窒素供給装置から窒素を供給してこの部分の水素をパージする必要がなく、移動体用のシステムとして小型化が図れる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の構成を示している。第１の実施の形態の移動体用燃料電池システムは、図５に示した従来例と同様の基本的な構成を備えている。したがって、以下、図５に示した従来例と共通する要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は省略する。
【００３９】
第１の実施の形態の特徴は、従来例における窒素ガスにより水素をパージする窒素パージ系統の要素であるバルブ３００〜３０３を削除し、これに代えて、システム停止時に余剰水素による余剰発電電力を放電消費させるための放電抵抗回路４００、電力調整器４０２、そして水素分離器１０５の改質ガス側の入口及び出口を遮断する遮断弁４１０，４１１を設けた点にある。
【００４０】
電力調整器４０２は燃料電池１００の発電電力、バッテリ４０１の充電並びに放電、移動体の走行用モータの走行電力あるいは回生電力、放電抵抗回路４００への余剰電力の放電などの電力配分を最適に制御する。
【００４１】
次に、上記の構成の移動体用燃料電池システムのシステム停止時の動作について、図１のブロック図及び図２のシーケンス図を用いて説明する。水素分離膜１０６の１次側（Ｉ）では、システムが停止すると（ステップＳ０）、メタノールの蒸発器１０９への供給が停止する。すると水蒸気によって、蒸発器１０９、改質器１０１、水素分離器１０５における水素分離膜１０６の１次側（Ｉ）が順に水蒸気でパージされ、水素やメタノールが追い出される（ステップＳ１１）。
【００４２】
水蒸気によるパージが充分なされたところで、蒸発器１０９への水の供給を停止して水蒸気パージを停止し（ステップＳ１２）、この後、水素分離器１０５の入口、出口それぞれに設けられた遮断弁４１０、４１１を遮断し、水素分離膜１０６の１次側（Ｉ）を水蒸気で置換された状態で閉じ込める（ステップＳ１３）。
【００４３】
これと並行して、水素分離膜１０６の２次側（II）、すなわち水素循環系ＨＬＰでは、次のようにして不活性ガスパージが行われる。水素分離膜１０６の２次側の水素循環系ＨＬＰを運転しながら、水素循環系の余剰水素を用いて燃料電池１００で余剰電力を発電する。電力調整器４０２は、余剰電力がバッテリ４０１に充電可能な程度の電圧であり、かつバッテリ４０１が過充電にならない条件下では、余剰電力をバッテリ４０１に充電し、バッテリ４０１が満充電の場合又は余剰電力が充電可能なほどの電圧ではない条件下では、放電抵抗回路４００に余剰電力を放電させる（ステップＳ２１）。
【００４４】
水素循環系ＨＬＰの残留水素は徐々に低下していき、ある程度低下したところで電力調整器４０２がバッテリ４０１の電圧を、燃料電池１００の燃料極側から空気極側に水素を電気化学的に輸送するように印加すると、速やかに極めて低い水素濃度にまで低減される（ステップＳ２２）。なお、この電気化学的ポンピングの技術については、例えば、米国特許明細書第４，６７１，０８０に、またその改良案として、特開平５−２４２８５０号公報に記載された技術を採用している。この技術の原理は、電解質膜にバッテリ４０１から電圧を印加して、余剰水素により燃料極に発生した水素イオンを電解質膜を通して空気極側に移動させ、空気極側で触媒の介在下に酸素と反応させて消費させるものである。
【００４５】
こうして水素分離膜１０６の１次側（Ｉ）並びに２次側（II）の水素濃度が充分に低減した後、循環ポンプ１１２を停止させ、またシステムの全要素を停止させる。これにより水素分離膜１０６の温度が水素脆化温度以下に降温する。この際、水素分離膜１０６の１次側並びに２次側は共に水蒸気が閉じ込められた閉じた空間であるため、温度が下がり水蒸気が凝縮する際には同様の減圧状態となり、差圧の発生が抑えられ、差圧による水素分離膜１０６の損傷が防止される。
【００４６】
なお、水素循環系ＨＬＰの残留水素濃度がどの程度低減したかは、余剰電力を発電している際には燃料電池１００の電流電圧特性から、また電気化学的に水素を輸送している際には電気化学的水素ポンプとしての電流電圧特性から推定することが可能である。そこで、上記の実施の形態では以上の操作をあらかじめ設定した一定時間行わせる仕組みにしているが、水素濃度に対応した電流電圧特性を実験的に決定し、そのデータをルックアップデータテーブルにしてコントローラに組み込んでおき、実際の電流電圧特性を計測し、このデータテーブルを参照して対応する水素濃度を推定し、それが所定値以下になればシステムを最終的に停止させる仕組みにしてもよい。
【００４７】
このようにして、第１の実施の形態の移動体用燃料電池システムでは、窒素のような不活性ガスを流して水素等のガスを不活性ガスで置換していた従来の不活性ガスパージに対して、水素分離膜の２次側においては水蒸気を循環させながら水素を消費させ、また選択的電気化学的に輸送する方法を採用することによって同様の効果を得ることができる。したがって、従来のように大量に不活性ガスが充填されたボンベを移動体に搭載する必要はなくなり、不活性ガスボンベの交換といった保守も不要となる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図３に基づいて説明する。第２の実施の形態では、図１に示した第１の実施の形態の構成に加え、燃料電池１００の空気極の入口並びに出口に遮断弁５００、５０１を設けたことを特徴とする。その他の構成は、図１に示した第１の実施の形態と共通する。
【００４９】
第２の実施の形態の移動体用燃料電池システムでは、システム停止時に、図２に示したシーケンスに従い、水素循環系ＨＬＰの余剰水素による余剰発電が終了した後、あるいは燃料電池１００による水素の電気化学的輸送が終了した後、コンプレッサ１２０を停止し、燃料電池１００の空気極を加湿器１２２を用いて水蒸気でパージした後、遮断弁５００，５０１を閉じて燃料電池１００の空気極に水蒸気を閉じ込める。
【００５０】
このようにしてシステムを停止すると、燃料電池１００の燃料極側の閉じた空間である水素循環系ＨＬＰと、燃料電池１００の空気極側が共に水蒸気で満たされて閉じた空間として保持されるため、システムの温度が低下し水蒸気が凝縮した際に、燃料電池１００の燃料極側も空気極側も同程度の減圧状態となり、燃料電池１００のイオン伝導膜への差圧の発生を抑え、その差圧による損傷を防止することができる。
【００５１】
次に第３の実施例について、図４に従って説明する。第３の実施の形態の移動体用燃料電池システムは、図１に示した第１の実施の形態の構成に加え、水素分離器１０５の２次側（II）の入口並びに出口に遮断弁６００、６０１を設け、また燃料電池１００の水素循環系ＨＬＰと空気極とを接続する開放弁６０２を設けたことを特徴とする。その他の構成は、図１に示した第１の実施の形態と共通する。
【００５２】
この第３の実施の形態では、システム停止時に、図２に示したシーケンスに従い燃料電池１００による水素の電気化学的輸送が終了した後、遮断弁６００、６０１を閉じる。そして循環ポンプ１１２を停止し、システム要素の停止が終了した後、開放弁６０２を開いて燃料電池１００の燃料極側を空気極側に接続し、空気極側配管を通じて大気開放する。
【００５３】
これにより、システムの温度が低下して水蒸気が凝縮しても、燃料電池１００の燃料極並びに空気極側の圧力は大気圧のまま保持され、差圧が発生しなくなる。
【００５４】
なお、上記の各実施の形態において、各構成要素は次のように変更することが可能である。全ての実施の形態において、水とメタノールを例に説明したが、これに限定される訳ではなく、メタノールの他、メタン、ガソリン、ジメチルエーテルなど、改質によって水素リッチなガスを生成し得る燃料であればよく、また液体でも気体でもかまわないし、水やこれらの燃料からなる混合物であってもよい。また水蒸気改質を例に説明したが、部分酸化でもこれらを同時に行うオートサーマルであっても、これらを状況に応じて使い分ける併用型であつてもよい。
【００５５】
また全ての実施の形態において、水素分離膜１０６の１次側を閉じた空間として遮断する遮断弁４１０を改質器１０１と水素分離器１０５との間に設けたが、これに限定される訳ではなく、蒸発器１０９と改質器１０１との間に設けてもよいし、燃料ポンプ１３２，１３３と蒸発器１０９との間に設けてもよい。そして燃料ポンプ１３２，１３３と蒸発器１０９との間に遮断弁４１０を設ける場合、ポンプを逆回転させるなどにより、蒸発器１０９より水やメタノールの液体をタンク１３０，１３１側に回収してから遮断するようにしてもよい。
【００５６】
また第３の実施の形態において、燃料電池１００の燃料極側を、開放弁６０２を開いて空気極側に接続して大気開放するようにしたが、これに限定される訳ではなく、例えば、空気極側配管の大気開放部に絞りを設けてもよい。また燃料極側を空気極側に接続せずに、開放弁６０２で直接大気開放してもよいし、さらに絞りを併用してもよい。また燃料極側を空気極側に接続し、かつ空気極側を大気開放せずに遮断弁で閉じ込めてもよい。さらにまた、燃料極側を空気極側に接続する開放弁６０２の位置は、燃料電池１００の燃料極出口に設ける例を説明したが、水素分離膜１０６を遮断する遮断弁６００，６０１で切り離された水素循環系ＨＬＰのどこであってもよいし、また接続される空気極側も燃料電池１００の空気極に空間的に繋がっている場所であればどこでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図２】上記の実施の形態のシステム停止時の動作のシーケンス図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図５】従来例の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１００燃料電池
１０１改質器
１０５水素分離器
１０６水素分離膜
１０８燃焼器
１０９蒸発器
４００放電抵抗回路
４０１バッテリ
４０２電力調整器
４１０遮断弁
４１１遮断弁
５０１遮断弁
５０２遮断弁
６００遮断弁
６０１遮断弁
６０２開放弁

Claims

水素と酸素を含むガスを用いて発電する燃料電池と、
パナジウムを主成分とする合金膜を水素分離膜として有し、水素リッチなガスから水素を分離する水素分離膜を介して一次側と二次側に分割された水素分離器と、
前記燃料電池によって発電された電力を貯蔵するバッテリと、
前記燃料電池によって発電された電力と前記バッテリに貯蔵される電力を制御する電力制御器と、
前記水素分離器二次側と前記燃料電池とから構成される水素循環系に設置された循環ポンプと、
前記水素循環系に設置されたガスを加湿する加湿器と、
システム停止時、前記水素循環系に前記加湿器からの水蒸気を循環させながら当該水素循環系の残留水素による発電を行った後、当該水素循環系に前記加湿器からの水蒸気を循環させながら前記バッテリから前記燃料電池に電圧を印加して当該水素循環系の残留水素を前記燃料電池の燃料極側から空気極側に電気化学的に輸送することにより、前記水素循環系内の残留水素密度を低減する残留水素パージ手段と、
を備えて成る移動体用燃料電池システム。
前記残留水素パージ手段は、前記残留水素による発電電力を前記バッテリに充電することを特徴とする請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
余剰電力を放電する放電抵抗回路を備え、前記残留水素パージ手段は、前記残留水素による発電電力を前記放電抵抗回路に放電することを特徴とする請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
余剰電力を放電する放電抵抗回路を備え、前記残留水素パージ手段は、前記バッテリの充電状態に応じて、前記残留水素による発電電力の当該バッテリへの充電と前記放電抵抗回路への放電とを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
前記残留水素パージ手段は、前記バッテリから前記燃料電池に電圧を印加させ、水素の電気化学的輸送を一定時間行うことを特徴とする請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
前記残留水素パージ手段は、前記燃料電池の電流電圧特性から前記水素循環系の残留水素濃度が所望の濃度以下になったことを判断したときに、前記バッテリから前記燃料電池への電圧印加を停止し、水素の電気化学的輸送を停止することを特徴とする請求項１又は５に記載の移動体用燃料電池システム。
前記空気極の入口側及び出口側それぞれに遮断手段を備え、前記残留水素パージ手段は、前記水素循環系の残留水素濃度を低減させた後、前記燃料電池の空気極を水蒸気でパージし、しかる後に前記空気極の入口側並びに出口側を前記遮断手段により遮断することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の移動体用燃料電池システム。
前記水素分離器の入口側並びに出口側を遮断する遮断手段と、前記燃料電池の燃料極側を大気開放する開放手段とを備え、前記残留水素パージ手段は、前記水素循環系の残留水素の電気化学的輸送が終了した後、前記水素循環系の前記水素分離器の入口側並びに出口側を前記遮断手段により遮断し、前記燃料電池の燃料極を前記大気開放手段により大気開放することを特徴とする請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
前記水素分離器一次側の入口側及び出口側を遮断する遮断手段を備え、前記残留水素パージ手段は、システム停止時に前記遮断手段により前記水素分離器一次側の入口側並びに出口側を遮断することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の移動体用燃料電池システム。
前記残留水素パージ手段は、前記水素分離器一次側の入口側並びに出口側を遮断する前に、前記水素分離器一次側を水蒸気でパージすることを特徴とする請求項９に記載の移動体用燃料電池システム。