Patents
Search within
Search within the title, abstract, claims, or full patent document: You can restrict your search to a specific field using field names.
Use TI= to search in the title, AB= for the abstract, CL= for the claims, or TAC= for all three. For example, TI=(safety belt).
Search by Cooperative Patent Classifications (CPCs): These are commonly used to represent ideas in place of keywords, and can also be entered in a search term box. If you're searching forseat belts, you could also search for B60R22/00 to retrieve documents that mention safety belts or body harnesses. CPC=B60R22 will match documents with exactly this CPC, CPC=B60R22/low matches documents with this CPC or a child classification of this CPC.
Learn More
Title
Abstract
Claims
Full Document
Find patents
Keywords and boolean syntax (USPTO or EPO format): seat belt searches these two words, or their plurals and close synonyms. "seat belt" searches this exact phrase, in order. -seat -belt searches for documents not containing either word.
For searches using boolean logic, the default operator is AND with left associativity. Note: this means safety OR seat belt is searched as (safety OR seat) AND belt. Each word automatically includes plurals and close synonyms. Adjacent words that are implicitly ANDed together, such as (safety belt), are treated as a phrase when generating synonyms.
Learn More
Search by
Chemistry searches match terms (trade names, IUPAC names, etc. extracted from the entire document, and processed from .MOL files.)
Substructure (use SSS=) and similarity (use ~) searches are limited to one per search at the top-level AND condition. Exact searches can be used multiple times throughout the search query.
Searching by SMILES or InChi key requires no special syntax. To search by SMARTS, use SMARTS=.
To search for multiple molecules, select "Batch" in the "Type" menu. Enter multiple molecules separated by whitespace or by comma.
Learn More
Patent numbers
Search specific patents by importing a CSV or list of patent publication or application numbers.
燃料電池システム及びその起動・停止方法
JP4633403B2
Japan
Worldwide applications
2004
JP
Application JP2004241914A events
2004-08-23
2006-03-02
2011-02-16
Application granted
2011-02-16
2024-08-23
Anticipated expiration
Status
Expired - Lifetime
Description
translated from
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
（２−１）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。
（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。
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。
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。
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。
（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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
Hide Dependent
translated from
Claims (8)
Hide Dependent
translated from
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。