JP4633403B2 - 燃料電池システム及びその起動・停止方法 - Google Patents

燃料電池システム及びその起動・停止方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4633403B2
JP4633403B2 JP2004241914A JP2004241914A JP4633403B2 JP 4633403 B2 JP4633403 B2 JP 4633403B2 JP 2004241914 A JP2004241914 A JP 2004241914A JP 2004241914 A JP2004241914 A JP 2004241914A JP 4633403 B2 JP4633403 B2 JP 4633403B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling water
fuel cell
gas flow
fuel
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2004241914A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006059734A (ja
Inventor
宗一郎 霜鳥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp filed Critical Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp
Priority to JP2004241914A priority Critical patent/JP4633403B2/ja
Publication of JP2006059734A publication Critical patent/JP2006059734A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4633403B2 publication Critical patent/JP4633403B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、起動・停止時に起こりやすい部分電池の形成を防止すべく改良を施した燃料電池システムに関するものである。
電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いた燃料電池システムでは、燃料極に水素を含む燃料ガスを供給し、酸化剤極に酸素を含む酸化剤ガスを供給して発電を行うが、発電の開始(起動)及び終了(停止)の際には、不活性ガスを燃料極及び酸化剤極に供給し、燃料ガス及び酸化剤ガスなどの反応ガスを除去し、保管中の安全を確保する方法が取られている。
不活性ガスとしては、窒素を用いるのが一般的であるが、燃料ガス及び酸化剤ガスとは別に窒素供給源、例えば窒素ガスボンベが必要になり、燃料電池システムの維持コスト低減の観点から好ましくない。そのため、窒素によるパージに替わる方法として、空気でパージする方法や水でパージする方法が提案されている。
例えば、特許文献1では、停止時に冷却水を反応ガス流路に供給してパージを行うとともに、起動時には燃料ガス供給手段等より排熱を回収した冷却水を供給して、燃料電池スタックの昇温を行うことが提案されている。具体的には、貯留タンク内の冷却水を水ポンプで吐出し、燃料電池スタックの反応ガス流路に供給してパージを行った後、反応ガスを燃料電池スタックに供給して発電を開始するというものである。
特開2003−142132号
しかしながら、特許文献1による方法では、反応ガス流路に冷却水が残留した状態で反応ガスが供給され、この反応ガスにより、反応ガス流路に残留している冷却水が燃料電池スタックの外に排出されるが、反応ガス流路を形成する溝の一部に毛細管力により冷却水の一部が残ってしまい、燃料電池スタックを構成する単位電池の全ての反応ガス流路に反応ガスを均一に導入することが難しいという問題点があった。
特に、燃料ガスと酸化剤ガスの導入が不均一になり、同一単位電池の反応面で燃料ガスと酸化剤ガスの存在しない領域を生じると、部分電池が形成されて腐食反応が起こり、電池反応に必要な触媒を担持しているカーボンが消失して活性が低下してしまうという問題点があった。
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、窒素ガスなどのパージガスを用いなくても安全に起動停止でき、起動停止に伴う性能の低下を防止できる燃料電池システム及びその起動・停止方法を提供することにある。
上記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、固体高分子電解質膜を挟持した2枚のガス拡散電極と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置された燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路のうち少なくともいずれか一方の流通路に対し導電性多孔質材料で隔離して設けた水流通路を有するセパレータとからなる単位電池を所定数積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの燃料ガス流通路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池スタックの酸化剤ガス流通路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池スタックの水流通路に冷却水を供給する冷却水供給手段とからなる燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックから冷却水ポンプにより冷却水を排出する冷却水排出手段を設け、前記冷却水ポンプと前記冷却水供給手段の間に冷却水タンクを設け、前記冷却水ポンプと前記燃料電池スタックの間に、前記冷却水タンクとは別に冷却水バッファを設け、前記冷却水バッファを前記燃料電池スタックより高い位置に設置し、該燃料電池システムの運転停止時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給を停止するとともに冷却水ポンプを停止し、前記冷却水バッファ内の水を、前記導電性多孔質材料を介して、前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路に供給するように構成したことを特徴とする。
以上のような構成を有する請求項1に記載の発明では、燃料電池システムの運転停止時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給を停止するとともに冷却水ポンプを停止すると、燃料電池スタックより高い位置に設置された冷却水バッファのヘッド差により、冷却水バッファ内の水が、導電性多孔質材料を介して燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路に供給されるので、両ガス流通路を容易に水パージすることができる。
その結果、ガス流通路からマニホールドへと水パージされるので、アノード触媒層及びカソード触媒層に酸素が触れることなく、燃料電池スタック内の空隙が水で満たされ、燃料ガス流通路内の水素が燃料電池スタック外へと除去されるため、燃料ガス流通路に酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。
請求項2に記載の発明は、固体高分子電解質膜を挟持した2枚のガス拡散電極と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置された燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路のうち少なくともいずれか一方の流通路に対し導電性多孔質材料で隔離して設けた水流通路を有するセパレータとからなる単位電池を所定数積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの燃料ガス流通路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池スタックの酸化剤ガス流通路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池スタックの水流通路に冷却水を供給する冷却水供給手段とからなる燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックから冷却水ポンプにより冷却水を排出する冷却水排出手段を設け、前記冷却水ポンプと前記冷却水供給手段の間に冷却水タンクを設け、前記冷却水タンクを前記燃料電池スタックよりも高い位置に設置し、該燃料電池システムの運転停止時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給を停止するとともに冷却水ポンプを停止し、前記冷却水タンク内の水を、前記導電性多孔質材料を介して、前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路に供給するように構成したことを特徴とする。
以上のような構成を有する請求項2に記載の発明では、燃料電池システムの運転停止時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給を停止するとともに冷却水ポンプを停止すると、燃料電池スタックより高い位置に設置された冷却水タンクのヘッド差により、冷却水タンク内の水が、導電性多孔質材料を介して燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路に供給されるので、両ガス流通路を容易に水パージすることができる。
その結果、ガス流通路からマニホールドへと水パージされるので、アノード触媒層及びカソード触媒層に酸素が触れることなく、燃料電池スタック内の空隙が水で満たされ、燃料ガス流通路内の水素が燃料電池スタック外へと除去されるため、燃料ガス流通路に酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。
請求項3に記載の発明は、固体高分子電解質膜を挟持した2枚のガス拡散電極と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置された燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路のうち少なくともいずれか一方の流通路に対し導電性多孔質材料で隔離して設けた水流通路を有するセパレータとからなる単位電池を所定数積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの燃料ガス流通路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池スタックの酸化剤ガス流通路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池スタックの水流通路に冷却水を供給する冷却水供給手段とからなる燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックから冷却水ポンプにより冷却水を排出する冷却水排出手段を設け、前記冷却水供給手段と前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路を連通する第1のガス流通路パージ手段と、前記冷却水排出手段と前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路を連通する第2のガス流通路パージ手段とを設け、前記冷却水ポンプと前記冷却水供給手段の間に冷却水タンクを設け、前記冷却水タンクを前記燃料電池スタックよりも高い位置に設置し、該燃料電池システムの運転停止時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給を停止するとともに、前記第1のガス流通路パージ手段及び第2のガス流通路パージ手段を介して、燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路に冷却水を供給するように構成したことを特徴とする。
以上のような構成を有する請求項3に記載の発明では、燃料電池システムの運転停止時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給を停止するとともに、第1のガス流通路パージ手段及び第2のガス流通路パージ手段を介して、燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路に直接冷却水を供給することができるので、該ガス流通路を容易に水パージすることができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の燃料電池システムにおいて、該燃料電池システムの起動時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給すると同時に冷却水ポンプを起動して、燃料ガス流通路内の水または酸化剤ガス流通路内の水を、前記導電性多孔質材料を介して、前記水流通路へ取り除くように構成したことを特徴とする。
以上のような構成を有する請求項4に記載の発明では、酸化剤ガス流通路及び燃料ガス流通路に酸素がない状態で燃料ガス流通路に水素を含む燃料ガスが供給されるため、燃料ガス流通路に酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。
さらに、燃料ガス供給または酸化剤ガス供給と同時に燃料ガス流通路内の水または酸化剤ガス流通路内の水が取り除かれるため、供給された燃料ガスまたは酸化剤ガスにより外部に排出される水の量を少なくすることができる。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の燃料電池システムにおいて、該燃料電池システムの起動時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給した後に冷却水ポンプを起動し、燃料ガス流通路内の水または酸化剤ガス流通路内の水を、前記導電性多孔質材料を介して、前記水流通路へ取り除くように構成したことを特徴とする。
以上のような構成を有する請求項5に記載の発明では、酸化剤ガス流通路及び燃料ガス流通路に酸素がない状態で燃料ガス流通路に水素を含む燃料ガスが供給されるため、燃料ガス流通路に酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。
さらに、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給時には、ガスが供給されていないもう一方のガス流通路は水で満たされており、スタック外部からのもう一方のガスの進入を防ぐことができる。
請求項6に記載の発明は、請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、該燃料電池システムの起動時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給すると同時に冷却水ポンプを起動し、前記第1のガス流通路パージ手段及び第2のガス流通路パージ手段を介して、冷却水を燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路のいずれか一方に供給するとともに、冷却水が供給されていない燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路内の水を、前記導電性多孔質材料を介して、前記水流通路へ取り除くように構成したことを特徴とする。
以上のような構成を有する請求項6に記載の発明では、酸化剤ガス流通路及び燃料ガス流通路に酸素がない状態で燃料ガス流通路に水素を含む燃料ガスが供給されるため、燃料ガス流通路に酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。
請求項7に記載の発明は、請求項3に記載の燃料電池システムの起動・停止方法であって、該燃料電池システムの運転停止時に、酸化剤ガスの供給を停止するとともに、前記第1のガス流通路パージ手段及び第2のガス流通路パージ手段を介して、前記酸化剤ガス流通路に冷却水を供給して水パージした後、燃料ガスの供給を停止し、その後に冷却水ポンプを停止するように制御し、該燃料電池システムの起動時に、冷却水ポンプを起動し、前記第1のガス流通路パージ手段及び第2のガス流通路パージ手段を介して、冷却水を酸化剤ガス流通路に供給するとともに、燃料ガス流通路内の水を前記導電性多孔質材料を介して取り除くように制御することを特徴とする。
以上のような構成を有する請求項7に記載の発明では、該燃料電池システムの運転停止時には、まず、酸化剤ガス流通路に冷却水を供給して水パージした後、燃料ガスの供給を停止し、その後に冷却水ポンプを停止するように制御することにより、冷却水流通路及び酸化剤ガス流通路の冷却水の圧力は常圧になる。そして、燃料電池スタックよりも高い位置に設置された冷却水タンクまたは冷却水バッファのヘッド差により、冷却水タンク内の冷却水が、導電性多孔質材料を介して燃料ガス流通路に供給され、燃料ガス流通路が水パージされる。その結果、燃料ガス流通路に酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。
また、該燃料電池システムの起動時には、冷却水ポンプを起動し、第1のガス流通路パージ手段及び第2のガス流通路パージ手段を介して、冷却水を酸化剤ガス流通路に供給するとともに、燃料ガス流通路内の水を前記導電性多孔質材料を介して取り除くように制御することにより、酸化剤ガス流通路及び燃料ガス流通路に酸素がない状態で、燃料ガス流通路に水素を含む燃料ガスが供給されるため、燃料ガス流通路に酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。
さらに、燃料ガス供給時には、酸化剤ガス流通路は負圧の冷却水が流れており、スタック外部からの未反応の酸素の進入を確実に防ぐことができる。
請求項8に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムの起動・停止方法であって、該燃料電池システムの運転停止時に、酸化剤ガスの供給を停止した後、燃料ガスの供給を停止し、その後に冷却水ポンプを停止するように制御し、該燃料電池システムの起動時に、燃料ガスの供給を開始した後、冷却水ポンプを起動し、その後に酸化剤ガスの供給を開始するように制御することを特徴とする。
以上のような構成を有する請求項8に記載の発明では、該燃料電池システムの運転停止時には、酸化剤ガスの供給を停止した後、燃料ガスの供給を停止し、その後に冷却水ポンプを停止するように制御することにより、燃料電池スタックよりも高い位置に設置された冷却水タンクのヘッド差により、冷却水タンク内の冷却水が、導電性多孔質材料を介して燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路に供給され、両ガス流通路を同時に水パージする。その結果、燃料ガス流通路に酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。
また、該燃料電池システムの起動時には、燃料ガスの供給を開始した後に、冷却水ポンプを起動し、その後に酸化剤ガスの供給を開始するように制御することにより、酸化剤ガス流通路及び燃料ガス流通路に酸素がない状態で燃料ガス流通路に燃料ガスが供給されるため、燃料ガス流通路に酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。
本発明によれば、窒素ガスなどのパージガスを用いなくても安全に起動停止でき、起動停止に伴う性能の低下を防止できる燃料電池システム及びその起動・停止方法を提供することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態(以下、「実施形態」と呼ぶ)について図面を参照して具体的に説明する。
(1)第1実施形態
(1−1)構成
本実施形態の燃料電池システムは、図1に示したように、固体高分子型燃料電池スタック(以下、燃料電池スタックという)100と、この燃料電池スタック100に対して反応ガスを供給・排出するための燃料ガス供給手段111、酸化剤ガス供給手段121、燃料ガス排出手段118及び酸化剤ガス排出手段128を備え、また、冷却水タンク132から燃料電池スタック100に冷却水を供給するための冷却水供給手段131と、冷却水ポンプ134を含む冷却水排出手段133とを備えている。
また、燃料電池スタック100の冷却水出口マニホールド402と冷却水ポンプ134との間には、冷却水バッファ135が設けられている。なお、この冷却水バッファ135は、燃料電池システムのパッケージ内で、燃料電池スタック100よりも高い位置に設置されている。
このような構成において、発電時には、冷却水タンク100の上部は大気圧に開放されており、冷却水供給配管137から燃料電池スタックの冷却水流通路、冷却水バッファ135、冷却水ポンプ134の入口までは、配管の圧力損失により大気圧よりも低い圧力、すなわち負圧となっている。このため、冷却水バッファ135内は水で満たされており、ガスは全て冷却水ポンプ134により冷却水タンク132の上部空間へと排出されるようになっている。
次に、図2により、固体高分子型燃料電池スタック100内のガス及び冷却水の流れについて説明する。
燃料電池スタック100の起電部の周りには、ガス及び冷却水マニホールドが装着されており、それぞれ起電部のガス及び冷却水流通路と連通している。すなわち、起電部左側面には燃料入口マニホールド201が装着されており、点線で示した燃料ガス流通路103cと連通され、燃料電池起電部の燃料ガス流通路に燃料ガスを供給するように構成されている。
また、起電部右側面には燃料出口マニホールド202が装着されており、前記燃料ガス流通路103cと連通され、燃料電池起電部で未反応の燃料ガスを排出するように構成されている。さらに、起電部上側面には空気入口マニホールド301・冷却水出口マニホールド402が装着されており、空気入口マニホールド3が破線で示した酸化剤ガス流通路104cと、冷却水出口マニホールド402が実線で示した冷却水流通路107cと、それぞれ連通されている。また、起電部下側面には空気出口マニホールド302・冷却水入口マニホールド401が装着されており、空気出口マニホールド302が破線で示した前記酸化剤ガス流通路104cと、冷却水入口マニホールド401が実線で示した前記冷却水流通路107cと、それぞれ連通されている。
図3は、固体高分子型燃料電池スタック100の起電部のA−A’断面を示したものである。すなわち、起電部は複数積層した単位電池101で構成されており、この単位電池101は、膜電極複合体(MEA)108の両側にアノードセパレータ105及びカソードセパレータ106を挟持して構成されている。また、膜電極複合体(MEA)108は、さらに高分子電解質膜102、アノードガス拡散電極103、カソードガス拡散電極104で構成され、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素の電気化学反応により、発電を行う。
また、アノードセパレータ105及びカソードセパレータ106は、導電性多孔質カーボン板の片面に流路溝が形成され、燃料ガス流通路103c及び酸化剤ガス流通路104cを形成している。また、アノードセパレータ105とカソードセパレータ106の裏面の少なくとも一方には流路溝が形成されており、冷却水流通路107cを形成している。
図1に示す燃料ガス供給手段111は、図3に示す燃料電池スタック100の燃料ガス流通路103cと連通しており、水素を含む燃料ガスを供給するように構成されている。また、酸化剤ガス供給手段121は、燃料電池スタック100の酸化剤ガス流通路104cと連通しており、空気など酸素を含む酸化剤ガスを供給するように構成されている。また、図1に示す燃料ガス排出手段118は、図3に示す燃料電池スタック100の燃料ガス流路103cと流通していて、未反応の燃料ガスを排出するように構成されている。また、酸化剤ガス排出手段128は、燃料電池スタック100の酸化剤ガス流路104cと流通していて、未反応の酸化剤ガスを排出するように構成されている。
また、図1に示す冷却水供給手段131は、流量調節弁136及び冷却水供給配管137より構成され、冷却水タンク132及び燃料電池スタック100の冷却水入口マニホールド401と連通しており、冷却水タンク132内の冷却水を燃料電池スタック100に供給するように構成されている。また、冷却水排出手段133は、冷却水ポンプ134及び冷却水排出配管138より構成され、燃料電池スタック100の冷却水出口マニホールド402及び冷却水タンク132と連通しており、冷却水を冷却水ポンプ134により冷却水タンク132へと吐出するように構成されている。
(1−2)作用
(1−2−1)発電運転停止の制御
次に、図4と図5を用いて、本実施形態の燃料電池システムにおける発電運転停止の制御フロー及び発電運転停止時の燃料電池スタックの電圧の変化について説明する。
発電運転停止の制御は、通常運転時の状態、つまりスタック電圧がAの状態で、図示しないコントローラにより開始される。
まず、燃料電池スタックの起電力による発電電力を消費している外部負荷が切断されると、燃料電池スタックは無負荷、つまり燃料電池スタックの電圧が開路電圧Bに等しい状態になる。
次に、空気供給源が遮断され、燃料電池スタックへの空気の供給が止まる。これにより、酸化剤ガス流通路104cに残留している空気中の酸素が固体高分子膜102を介して燃料ガス流通路103cに拡散し、燃料ガス中の水素と反応して消費される。その結果、酸化剤ガス流通路104cに存在する酸素の分圧が低下し、燃料電池スタックの電圧はCに近づく。
次に、燃料ガス供給源が遮断され、燃料電池スタックへの燃料ガスの供給が止まる。これにより、燃料電池スタックの電圧はさらに低いDに近づく。この時点で、燃料ガス流通路103cには未反応の水素が残っているが、酸化剤ガス流通路104cにおいては酸素がほとんど消費されているため、酸化剤ガス流通路104c内は、残りの空気成分、つまり窒素を主成分とする不活性ガスで満たされている。また、冷却水ポンプの運転が行われているので、冷却水流通路107cの冷却水の圧力は大気圧よりも低い負圧であり、冷却水が燃料ガス流通路103c及び酸化剤ガス流通路104cに染み出すこともない。
次に、冷却水ポンプ134の運転が停止され、それと同時に、冷却水供給手段131に設けられた流量調節弁136が閉止される。その結果、ポンプ入口の吸引圧力が無くなり、冷却水流通路107cの冷却水の圧力は常圧になる。さらに、燃料電池スタック100よりも上部に冷却水バッファ135があるため、そのヘッド差により冷却水流通路107cの冷却水が加圧され、冷却水バッファ135に貯蔵されている冷却水が、導電性多孔質材料を介して燃料ガス流通路103c及び酸化剤ガス流通路104cに供給され、水パージが行われる。
このようにして燃料電池スタックの両極から水素及び酸素が除去されるため、スタック電圧はさらに低下し、電圧0(=E)に近づく。
以上で発電運転停止の制御は終了する。
なお、冷却水ポンプの停止と同時に、冷却水供給手段131の流量調節弁136が閉止されるため、冷却水バッファ135内の冷却水が、燃料電池スタック100を介して冷却水タンク132に逆流するのを防止することができるので、水パージをより確実なものとすることができる。
図6は、停止時の燃料電池システムの構成を示す図である。すなわち、燃料電池システムの停止時には、燃料電池スタック100よりも上部にある冷却水バッファ135は空になり、貯蔵されていた冷却水が燃料電池スタックの燃料ガス流通路103c、酸化剤ガス流通路104c、冷却水流通路107cを満たして、水素や酸素の進入を防いでいる。なお、図において、冷却水ポンプ134、流量調節弁136等を黒く表示したのは、それらが停止あるいは閉じられていることを示している。
このように、本実施形態においては、ガス流通路からマニホールドへと水パージされるので、アノード触媒層103a及びカソード触媒層104aに酸素が触れることなく、燃料電池スタック内の空隙が水で満たされ、燃料ガス流通路103c内の水素が燃料電池スタック外へと除去されるため、燃料ガス流通路103cに酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。
(1−2−2)起動の制御
続いて、図7及び図8を用いて本実施形態の起動の制御フロー及び起動時の燃料電池スタックの電圧の変化について説明する。
起動の制御は、停止の状態、つまりスタック電圧がEの状態で、図示しないコントローラにより開始される。最初に燃料供給源より燃料ガスが燃料電池スタック100に供給され、直後に冷却水ポンプ134が起動する。燃料ガスの供給により燃料ガス流通路103c内の水が押し出されるが、直後に冷却水ポンプ134を起動することにより、冷却水流通路107c内の冷却水が負圧になり、燃料ガス流通路103c及び酸化剤ガス流路104c内の水が、導電性多孔質材料を介して冷却水流通路107cへと取り除かれる。
このようにして冷却水が取り除かれた燃料ガス流通路103cには、燃料ガス供給手段111及び燃料ガス排出手段118に残存する水素を含む燃料ガスが供給され、次いで、燃料ガス供給手段111により燃料ガスが供給される。一方、冷却水が取り除かれた酸化剤ガス流通路104cには、空気入口マニホールド301及び空気出口マニホールド302に残存する酸素を含まない空気、つまり窒素を主成分とする不活性ガスが供給された後、酸化剤ガス供給手段121及び酸化剤ガス排出手段128に残存する酸素を含む空気が供給される。燃料ガス流通路に燃料ガスが供給される時には、酸化剤ガス流通路は水で満たされており、前記残存する酸素の進入を確実に防ぐことができる。
このように、酸化剤ガス流通路104c及び燃料ガス流通路103cに酸素がない状態で燃料ガス流通路103cに水素を含む燃料ガスが供給されるため、燃料ガス流通路103cに酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。スタック電圧はCの状態に保たれる。
次に、酸化剤ガス供給手段121により酸化剤ガス、具体的には空気が酸化剤ガス流通路104cに導入される。スタック電圧は開路電圧Bに保持される。最後に外部負荷が接続され、燃料電池スタックの起電力による発電が開始され、スタック電圧は電圧Aに保持される。以上で起動の制御は終了し、定常の発電運転に移行する。
(1−3)効果
上述した方法により、100回の起動・停止を行い、スタック電圧の変化を調べたところ、図9の実線Aで示すような結果が得られた。また、従来の方法と比較するため、起動・停止時に両極を窒素ガスによりパージする方法により、100回の起動・停止を行い、スタック電圧の変化を調べたところ、図9の点線Bで示すような結果が得られた。なお、図9は、スタック電圧と起動停止回数の関係を示した図である。
図9から明らかなように、本実施形態の方法により起動停止した場合、起動停止回数の増加とともにスタック電圧は低下する傾向を示したが、その傾きは従来の窒素パージによる方法と同程度であり、本実施形態によれば、窒素ガスを用いずに窒素パージと同程度の電圧劣化に抑えることができることが分かった。
(2)第2実施形態
(2−1)構成
本実施形態の燃料電池システムは、上記第1実施形態の変形例であって、図10に示したように、冷却水バッファ135を取り除き、冷却水タンク132を燃料電池スタック100よりも高い位置に設置したものである。その他の構成は、上記第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。
(2−2)作用
(2−2−1)発電運転停止の制御
本実施形態の燃料電池システムにおける発電運転停止の制御フロー図及び発電運転停止時の燃料電池スタックの電圧の変化は、上記第1実施形態と同様に、図4及び図5に示すようになる。
まず、燃料電池スタックの起電力による発電電力を消費している外部負荷が切断されると、燃料電池スタックは無負荷、つまり燃料電池スタックの電圧が開路電圧Bに等しい状態になる。次に、空気供給源が遮断され、燃料電池スタックへの空気の供給が止まる。これにより、酸化剤ガス流通路104cに残留している空気中の酸素が、固体高分子膜102を介して燃料ガス流通路103cに拡散し、燃料ガス中の水素と反応して消費される。その結果、酸化剤ガス流通路104cに存在する酸素の分圧が低下し、燃料電池スタックの電圧はCに近づく。
次に、燃料ガス供給源が遮断され、燃料電池スタックへの燃料ガスの供給が止まる。これにより、燃料電池スタックの電圧はさらに低いDに近づく。この時点で、燃料ガス流通路103cには未反応の水素が残っているが、酸化剤ガス流通路104cにおいては酸素がほとんど消費されているため、酸化剤ガス流通路104c内は、残りの空気成分、つまり窒素を主成分とする不活性ガスで満たされている。また、冷却水ポンプの運転が行われているので、冷却水流通路107cの冷却水の圧力は大気圧よりも低い負圧であり、冷却水が燃料ガス流通路103c及び酸化剤ガス流通路104cに染み出すこともない。
次に、冷却水ポンプ134の運転が停止される。その結果、ポンプ入口の吸引圧力が無くなり、冷却水流通路107cの冷却水の圧力は常圧になる。さらに、燃料電池スタック100よりも上部に冷却水タンク132があるため、そのヘッド差により冷却水流通路107cの冷却水が加圧され、冷却水タンク132に貯蔵されている冷却水が、導電性多孔質材料を介して燃料ガス流通路103c及び酸化剤ガス流通路104cに供給され、水パージが行われる。
このようにして燃料電池スタックの両極から水素及び酸素が除去されるため、スタック電圧はさらに低下し、電圧0(=E)に近づく。
以上で発電運転停止の制御は終了する。
なお、図11は、停止時の燃料電池システムの構成を示す図である。すなわち、燃料電池システムの停止時には、燃料電池スタック100よりも上部にある冷却水タンク132は空になり、貯蔵されていた冷却水が燃料電池スタックの燃料ガス流通路103c、酸化剤ガス流通路104c、冷却水流通路107cを満たして、水素や酸素の進入を防いでいる。
このように、本実施形態においては、ガス流通路からマニホールドへと水パージされるので、アノード触媒層103a及びカソード触媒層104aに酸素が触れることなく、燃料電池スタック内の空隙が水で満たされ、燃料ガス流通路103c内の水素が燃料電池スタック外へと除去されるため、燃料ガス流通路103cに酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。
(2−2−2)起動の制御
本実施形態の起動の制御フロー図及び発電運転停止時の燃料電池スタックの電圧の変化は、上記第1実施形態と同様に、図7及び図8に示すようになる。
最初に燃料供給源より燃料ガスが燃料電池スタック100に供給され、直後に冷却水ポンプ134が起動する。燃料ガスの供給により燃料ガス流通路103c内の水が押し出されるが、直後に冷却水ポンプ134を起動することにより、冷却水流通路107c内の冷却水が負圧になり、燃料ガス流通路103c及び酸化剤ガス流路104c内の水が、導電性多孔質材料を介して冷却水流通路107cへと取り除かれる。
このようにして冷却水が取り除かれた燃料ガス流通路103cには、燃料ガス供給手段111及び燃料ガス排出手段118に残存する水素を含む燃料ガスが供給され、次いで燃料ガス供給手段111により燃料ガスが供給される。一方、冷却水が取り除かれた酸化剤ガス流通路104cには、空気入口マニホールド301及び空気出口マニホールド302に残存する酸素を含まない空気、つまり窒素を主成分とする不活性ガスが供給された後、酸化剤ガス供給手段121及び酸化剤ガス排出手段128に残存する酸素を含む空気が供給される。燃料ガス流通路に燃料ガスが供給される時には、酸化剤ガス流通路は水で満たされており、前記残存する酸素の進入を確実に防ぐことができる。
このように、酸化剤ガス流通路104c及び燃料ガス流通路103cに酸素がない状態で燃料ガス流通路103cに水素を含む燃料ガスが供給されるため、燃料ガス流通路103cに酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。スタック電圧はCの状態に保たれる。
次に、酸化剤ガス供給手段121により酸化剤ガス、具体的には空気が酸化剤ガス流通路104cに導入される。スタック電圧は開路電圧Bに保持される。最後に外部負荷が接続され、燃料電池スタックの起電力による発電が開始され、スタック電圧は電圧Aに保持される。以上で起動の制御は終了し、定常の発電運転に移行する。
(2−3)効果
本実施形態においても、上述した方法により、100回の起動・停止を行い、スタック電圧の変化を調べたところ、第1実施形態と同様に、図9の実線Aで示すような結果が得られた。また、従来の方法と比較するため、起動・停止時に両極を窒素ガスによりパージする方法により、100回の起動・停止を行い、スタック電圧の変化を調べたところ、図9の点線Bで示すような結果が得られた。このように、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、窒素ガスを用いずに窒素パージと同程度の電圧劣化に抑えることができることが分かった。
(3)第3実施形態
(3−1)構成
本実施形態の燃料電池システムは、上記第2実施形態の変形例であって、図12に示したように、冷却水供給手段131と酸化剤ガス排出手段128とを連通する第1の酸化剤ガス流通路水パージ手段(以下、第1の水パージ手段という)126aと、冷却水排出手段133と酸化剤ガス供給手段121とを連通する第2の酸化剤ガス流通路水パージ手段(以下、第2の水パージ手段という)126bとが設けられている。
また、前記第1の水パージ手段126aには、第1の酸化剤ガス水パージ弁(以下、第1の水パージ弁という)127aが設けられ、前記第2の水パージ手段126bには、第2の酸化剤ガス水パージ弁(以下、第2の水パージ弁という)127bが設けられている。さらに、前記酸化剤ガス供給手段121には、酸化剤ガス供給弁122が設けられ、酸化剤ガス排出手段128には、酸化剤ガス排出弁123が設けられている。その他の構成は、上記第2実施形態と同様であるので、説明は省略する。
(3−2)作用
(3−2−1)発電運転停止の制御
次に、図13と図14を用いて、本実施形態の燃料電池システムにおける発電運転停止の制御フロー及び発電運転停止時の燃料電池スタックの電圧の変化について説明する。
発電運転停止の制御は、通常運転時の状態、つまりスタック電圧がAの状態で、図示しないコントローラにより開始される。まず、燃料電池スタックの起電力による発電電力を消費している外部負荷が切断されると、燃料電池スタックは無負荷、つまり燃料電池スタックの電圧が開路電圧Bに等しい状態になる。
次に、空気供給源が遮断され、燃料電池スタックへの空気の供給が止まる。そして、酸化剤ガス供給弁122及び酸化剤ガス排出弁123が閉じると共に、第1の水パージ弁127a及び第2の水パージ弁127bが開く。すると、図15に示したように、冷却水が、第1の水パージ手段126aを介して酸化剤ガス流通路104cに供給され、酸化剤ガス流通路104cを水パージする。
この時、酸化剤ガス流通路104cに残留している空気は、冷却水ポンプ134の入口の吸引圧力により吸い出されて、第2の水パージ手段126bを介して、冷却水タンク132の上部空間へと排出される。このように、酸化剤ガス流通路104cと冷却水流通路107cには冷却水が並列に流れ、負圧に保たれるため、冷却水は燃料ガス流通路103cには供給されない。その結果、酸化剤ガス流通路104cに存在する酸素の分圧が低下し、燃料電池スタックの電圧はCに近づく。
次に、燃料ガス供給源が遮断され、燃料電池スタックへの燃料ガスの供給が止まる。これにより、燃料電池スタックの電圧はさらに低いDに近づく。この時点で、燃料ガス流通路103cには未反応の水素が残っているが、酸化剤ガス流通路104cは水でパージされている。
次に、冷却水ポンプ134の運転が停止される。その結果、ポンプ入口の吸引圧力が無くなり、冷却水流通路107c及び酸化剤ガス流通路104cの冷却水の圧力は常圧になる。さらに、燃料電池スタック100よりも上部に冷却水タンク132があるため、そのヘッド差により冷却水流通路107cの冷却水が加圧され、冷却水タンク132に貯蔵されている冷却水が、導電性多孔質材料を介して燃料ガス流通路103cに供給され、水パージが行われる。
このようにして燃料電池スタックの両極から水素及び酸素が除去されるため、スタック電圧はさらに低下し、電圧0(=E)に近づく。
以上で発電運転停止の制御は終了する。
なお、図16は、停止時の燃料電池システムの構成を示す図である。すなわち、燃料電池システムの停止時には、燃料電池スタック100よりも上部にある冷却水タンク132は空になり、貯蔵されていた冷却水が燃料電池スタックの燃料ガス流通路103c、酸化剤ガス流通路104c、冷却水流通路107cを満たして、水素や酸素の進入を防いでいる。
このように、本実施形態においては、冷却水流通路107cの冷却水の負圧を保ったまま、酸化剤ガス流通路104cに並列に冷却水が供給されるため、燃料ガス流通路103cの燃料ガスの流れを妨げることなく、酸化剤ガス流通路104c内の空気を素早くパージすることができる。また、燃料ガス流通路103cについては、ガス流通路からマニホールドへと水パージされるので、アノード触媒層103aに酸素が触れることなく、燃料電池スタック内の空隙が水で満たされ、燃料ガス流通路103c内の水素が燃料電池スタック外へと除去されるため、燃料ガス流通路103cに酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。
(3−2−2)起動の制御
続いて、図17及び図18を用いて、本実施形態の起動の制御フロー及び起動時の燃料電池スタックの電圧の変化について説明する。
起動の制御は、停止の状態、つまりスタック電圧がEの状態で、図示しないコントローラにより開始される。最初に燃料供給源より燃料ガスが燃料電池スタック100に供給され、同時に冷却水ポンプ134が起動する。その結果、冷却水流通路107c及び酸化剤ガス流通路104c内の冷却水が負圧になり、並列に流れると共に、燃料ガス流通路103c内の水が、導電性多孔質材料を介して冷却水流通路107cへと取り除かれる。このように、冷却水ポンプの起動を燃料ガス供給と同時に行うことで、燃料ガスにより燃料ガス排出手段に押し出される水の量を少なくすることができる。
このようにして冷却水が取り除かれた燃料ガス流通路103cには、燃料ガス供給手段111及び燃料ガス排出手段118に残存する水素を含む燃料ガスが供給され、次いで燃料ガス供給手段111により燃料ガスが供給される。このように、酸化剤ガス流通路104c及び燃料ガス流通路103cに酸素がない状態で、燃料ガス流通路103cに水素を含む燃料ガスが供給されるため、燃料ガス流通路103cに酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことができる。スタック電圧はCの状態に保たれる。
次に、第1の水パージ弁127a及び第2の水パージ弁127bが閉じられ、酸化剤ガス流通路104cは負圧の冷却水で保持される。続いて、酸化剤ガス供給手段121により酸化剤ガス、具体的には空気が供給されると共に、酸化剤ガス供給弁122及び酸化剤ガス排出弁123が開かれる。
このようにして、常圧より高い空気が酸化剤ガス流通路104cに導入されると共に、負圧の冷却水により、導電性多孔質材料を介して酸化剤ガス流通路104c内の冷却水は冷却水流通路107cへと取り除かれる。スタック電圧は開路電圧Bに保持される。最後に外部負荷が接続され、燃料電池スタックの起電力による発電が開始され、スタック電圧は電圧Aに保持される。以上で起動の制御は終了し、定常の発電運転に移行する。
(3−3)効果
本実施形態においても、上述した方法により、100回の起動・停止を行い、スタック電圧の変化を調べたところ、第1、第2実施形態と同様に、図9の実線Aで示すような結果が得られた。また、従来の方法と比較するため、起動・停止時に両極を窒素ガスによりパージする方法により、100回の起動・停止を行い、スタック電圧の変化を調べたところ、図9の点線Bで示すような結果が得られた。このように、本実施形態においても、第1、第2実施形態と同様に、窒素ガスを用いずに窒素パージと同程度の電圧劣化に抑えることができることが分かった。
(4)他の実施形態
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、第3実施形態に示した冷却水供給・排出手段と酸化剤ガス供給・排出手段との間に設けた第1・第2の酸化剤ガス流通路水パージ手段に替えて、冷却水供給・排出手段と燃料ガス供給・排出手段との間に第1・第2の燃料ガス流通路水パージ手段を設けても良い。
本発明による燃料電池システムの第1実施形態の全体構成を示す図 燃料電池スタックの構成を示す平面図 図2に示す燃料電池スタックのA−A’断面を示す図 第1実施形態の燃料電池システムにおける運転停止の制御フロー図 第1実施形態の燃料電池システムにおける運転停止中の燃料電池スタックの電圧の変化を示す図 第1実施形態の燃料電池システムにおける停止中の状態を示す図 第1実施形態の燃料電池システムにおける起動の制御フロー図 第1実施形態の燃料電池システムにおける起動中の燃料電池スタックの電圧の変化を示す図 第1実施形態の燃料電池システムにおける起動停止回数とスタック電圧の関係を示す図 本発明による燃料電池システムの第2実施形態の全体構成を示す図 第2実施形態の燃料電池システムにおける停止中の状態を示す図 本発明による燃料電池システムの第3実施形態の全体構成を示す図 第3実施形態の燃料電池システムにおける運転停止の制御フロー図 第3実施形態の燃料電池システムにおける運転停止中の燃料電池スタックの電圧の変化を示す図 第3実施形態の燃料電池システムにおける停止制御中の状態を示す図 第3実施形態の燃料電池システムにおける停止中の状態を示す図 第3実施形態の燃料電池システムにおける起動の制御フロー図 第3実施形態の燃料電池システムにおける起動中の燃料電池スタックの電圧の変化を示す図
符号の説明
100…固体高分子型燃料電池スタック
101…単位電池
102…固体高分子膜
103…アノード電極
103a…アノード触媒層
103c…燃料ガス流通路
104…カソード電極
104a…カソード触媒層
104c…酸化剤ガス流通路
105…アノードセパレータ
106…カソードセパレータ
107c…冷却水流通路
108…膜電極複合体(MEA)
111…燃料ガス供給手段
118…燃料ガス排出手段
121…酸化剤ガス供給手段
122…酸化剤ガス供給弁
123…酸化剤ガス排出弁
126…酸化剤ガス流通路パージ手段
127…酸化剤ガス水パージ弁
128…酸化剤ガス排出手段
131…冷却水供給手段
132…冷却水タンク
133…冷却水排出手段
134…冷却水ポンプ
135…冷却水バッファ

Claims (8)

  1. 固体高分子電解質膜を挟持した2枚のガス拡散電極と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置された燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路のうち少なくともいずれか一方の流通路に対し導電性多孔質材料で隔離して設けた水流通路を有するセパレータとからなる単位電池を所定数積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの燃料ガス流通路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池スタックの酸化剤ガス流通路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池スタックの水流通路に冷却水を供給する冷却水供給手段とからなる燃料電池システムにおいて、
    前記燃料電池スタックから冷却水ポンプにより冷却水を排出する冷却水排出手段を設け、
    前記冷却水ポンプと前記冷却水供給手段の間に冷却水タンクを設け、
    前記冷却水ポンプと前記燃料電池スタックの間に、前記冷却水タンクとは別に冷却水バッファを設け、
    前記冷却水バッファを前記燃料電池スタックより高い位置に設置し、
    該燃料電池システムの運転停止時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給を停止するとともに冷却水ポンプを停止し、前記冷却水バッファ内の水を、前記導電性多孔質材料を介して、前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路に供給するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
  2. 固体高分子電解質膜を挟持した2枚のガス拡散電極と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置された燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路のうち少なくともいずれか一方の流通路に対し導電性多孔質材料で隔離して設けた水流通路を有するセパレータとからなる単位電池を所定数積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの燃料ガス流通路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池スタックの酸化剤ガス流通路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池スタックの水流通路に冷却水を供給する冷却水供給手段とからなる燃料電池システムにおいて、
    前記燃料電池スタックから冷却水ポンプにより冷却水を排出する冷却水排出手段を設け、
    前記冷却水ポンプと前記冷却水供給手段の間に冷却水タンクを設け、
    前記冷却水タンクを前記燃料電池スタックよりも高い位置に設置し、
    該燃料電池システムの運転停止時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給を停止するとともに冷却水ポンプを停止し、前記冷却水タンク内の水を、前記導電性多孔質材料を介して、前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路に供給するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
  3. 固体高分子電解質膜を挟持した2枚のガス拡散電極と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置された燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路のうち少なくともいずれか一方の流通路に対し導電性多孔質材料で隔離して設けた水流通路を有するセパレータとからなる単位電池を所定数積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの燃料ガス流通路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池スタックの酸化剤ガス流通路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池スタックの水流通路に冷却水を供給する冷却水供給手段とからなる燃料電池システムにおいて、
    前記燃料電池スタックから冷却水ポンプにより冷却水を排出する冷却水排出手段を設け、
    前記冷却水供給手段と前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路を連通する第1のガス流通路パージ手段と、
    前記冷却水排出手段と前記燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路を連通する第2のガス流通路パージ手段とを設け、
    前記冷却水ポンプと前記冷却水供給手段の間に冷却水タンクを設け、
    前記冷却水タンクを前記燃料電池スタックよりも高い位置に設置し、
    該燃料電池システムの運転停止時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給を停止するとともに、前記第1のガス流通路パージ手段及び第2のガス流通路パージ手段を介して、燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路に冷却水を供給するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
  4. 該燃料電池システムの起動時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給すると同時に冷却水ポンプを起動して、燃料ガス流通路内の水または酸化剤ガス流通路内の水を、前記導電性多孔質材料を介して、前記水流通路へ取り除くように構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の燃料電池システム。
  5. 該燃料電池システムの起動時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給した後に冷却水ポンプを起動し、燃料ガス流通路内の水または酸化剤ガス流通路内の水を、前記導電性多孔質材料を介して、前記水流通路へ取り除くように構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の燃料電池システム。
  6. 該燃料電池システムの起動時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給すると同時に冷却水ポンプを起動し、前記第1のガス流通路パージ手段及び第2のガス流通路パージ手段を介して、冷却水を燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路のいずれか一方に供給するとともに、冷却水が供給されていない燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路内の水を、前記導電性多孔質材料を介して、前記水流通路へ取り除くように構成したことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。
  7. 請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、
    該燃料電池システムの運転停止時に、酸化剤ガスの供給を停止するとともに、前記第1のガス流通路パージ手段及び第2のガス流通路パージ手段を介して、前記酸化剤ガス流通路に冷却水を供給して水パージした後、燃料ガスの供給を停止し、その後に冷却水ポンプを停止するように制御し、
    該燃料電池システムの起動時に、冷却水ポンプを起動し、前記第1のガス流通路パージ手段及び第2のガス流通路パージ手段を介して、冷却水を酸化剤ガス流通路に供給するとともに、燃料ガス流通路内の水を前記導電性多孔質材料を介して取り除くように制御することを特徴とする燃料電池システムの起動・停止方法。
  8. 請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
    該燃料電池システムの運転停止時に、酸化剤ガスの供給を停止した後、燃料ガスの供給を停止し、その後に冷却水ポンプを停止するように制御し、
    該燃料電池システムの起動時に、燃料ガスの供給を開始した後、冷却水ポンプを起動し、その後に酸化剤ガスの供給を開始するように制御することを特徴とする燃料電池システムの起動・停止方法。
JP2004241914A 2004-08-23 2004-08-23 燃料電池システム及びその起動・停止方法 Active JP4633403B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004241914A JP4633403B2 (ja) 2004-08-23 2004-08-23 燃料電池システム及びその起動・停止方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004241914A JP4633403B2 (ja) 2004-08-23 2004-08-23 燃料電池システム及びその起動・停止方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006059734A JP2006059734A (ja) 2006-03-02
JP4633403B2 true JP4633403B2 (ja) 2011-02-16

Family

ID=36107018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004241914A Active JP4633403B2 (ja) 2004-08-23 2004-08-23 燃料電池システム及びその起動・停止方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4633403B2 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100823926B1 (ko) 2006-09-08 2008-04-22 엘지전자 주식회사 연료전지시스템
JP2009094013A (ja) * 2007-10-11 2009-04-30 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 燃料電池システムおよびその制御方法
JP5295554B2 (ja) * 2007-12-10 2013-09-18 東芝燃料電池システム株式会社 燃料電池および燃料電池用セパレータ
JP2009205824A (ja) * 2008-02-26 2009-09-10 Hitachi Ltd 燃料電池システム及びその制御方法
JP5330057B2 (ja) * 2009-03-30 2013-10-30 株式会社東芝 燃料電池システム
JP5489093B2 (ja) * 2009-04-09 2014-05-14 株式会社東芝 燃料電池システムおよびその運転方法
JP5984411B2 (ja) * 2012-02-06 2016-09-06 大阪瓦斯株式会社 燃料電池の保管方法
JP5502955B2 (ja) * 2012-09-03 2014-05-28 東芝燃料電池システム株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
JP5646590B2 (ja) * 2012-12-28 2014-12-24 株式会社東芝 燃料電池発電システムの運転方法
JP6501562B2 (ja) * 2015-03-09 2019-04-17 大阪瓦斯株式会社 固体高分子形燃料電池の運転方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02109271A (ja) * 1988-10-17 1990-04-20 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 酸性電解液型液体燃料電池
JPH06251788A (ja) * 1993-02-25 1994-09-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体高分子電解質燃料電池の停止保管方法
JPH0917439A (ja) * 1995-06-27 1997-01-17 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子形燃料電池
JPH0992310A (ja) * 1995-09-26 1997-04-04 Toshiba Corp 固体高分子型燃料電池システム
JP2003142132A (ja) * 2001-11-06 2003-05-16 Daikin Ind Ltd 燃料電池システム
JP2003151597A (ja) * 2001-11-08 2003-05-23 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2003234113A (ja) * 2002-02-08 2003-08-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2003317771A (ja) * 2002-04-19 2003-11-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池発電システムおよびその運転方法
JP2004111060A (ja) * 2002-09-13 2004-04-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005174748A (ja) * 2003-12-11 2005-06-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005243613A (ja) * 2004-01-29 2005-09-08 Fuji Electric Holdings Co Ltd 固体高分子形燃料電池の運転方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02109271A (ja) * 1988-10-17 1990-04-20 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 酸性電解液型液体燃料電池
JPH06251788A (ja) * 1993-02-25 1994-09-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体高分子電解質燃料電池の停止保管方法
JPH0917439A (ja) * 1995-06-27 1997-01-17 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子形燃料電池
JPH0992310A (ja) * 1995-09-26 1997-04-04 Toshiba Corp 固体高分子型燃料電池システム
JP2003142132A (ja) * 2001-11-06 2003-05-16 Daikin Ind Ltd 燃料電池システム
JP2003151597A (ja) * 2001-11-08 2003-05-23 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2003234113A (ja) * 2002-02-08 2003-08-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2003317771A (ja) * 2002-04-19 2003-11-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池発電システムおよびその運転方法
JP2004111060A (ja) * 2002-09-13 2004-04-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005174748A (ja) * 2003-12-11 2005-06-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005243613A (ja) * 2004-01-29 2005-09-08 Fuji Electric Holdings Co Ltd 固体高分子形燃料電池の運転方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006059734A (ja) 2006-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8802310B2 (en) Fuel cell system
US9413020B2 (en) Method of shut-down and starting of a fuel cell
JP5293830B2 (ja) 燃料電池システム、燃料電池システムの停止方法
US8956776B2 (en) Fuel cell system and method of detecting abnormality of fuel cell system
JP2004139950A (ja) 燃料電池システム
JP4633403B2 (ja) 燃料電池システム及びその起動・停止方法
US20090092870A1 (en) Fuel cell system
JP2012216474A (ja) 燃料電池システムの制御方法
JP5538192B2 (ja) 燃料電池システム
JP2010061981A (ja) 燃料電池システムの始動方法
EP2056387B1 (en) Fuel cell system and scavenging method therefor
JP4143375B2 (ja) 燃料電池の始動方法
US8153319B2 (en) System and method for purging condensate from an electrochemical cell stack prior to operation
JP2007294319A (ja) 燃料電池システム
JP5502955B2 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
JP5370200B2 (ja) 燃料電池システム
JP5485930B2 (ja) 燃料電池システムの制御方法
JP2009043431A (ja) 燃料電池システムの運転停止方法、及び、燃料電池システム
JP2005310510A (ja) 燃料電池
JP5711008B2 (ja) 車両用燃料電池システムのアイドル停止方法
JP2008305702A (ja) 燃料電池システム
JP2012230807A (ja) 燃料電池システム及びその運転停止方法
JP2006120348A (ja) 燃料電池システム
JP2009094013A (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
JP2009146573A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100427

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100511

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100824

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101025

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101116

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20101117

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4633403

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131126

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350