JP4747183B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの掃気方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの掃気方法に関するものである。

従来から、例えば車両に搭載される燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極およびカソード電極で両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下、単位セルという。）を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタック（以下、燃料電池という。）とするものが知られている。このような燃料電池では、アノード電極とセパレータとの間に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極とセパレータとの間に酸化剤ガスとして空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こし、発電が行われる。なお、この発電に伴って、燃料電池内部で水が生成される。

このような燃料電池を備える燃料電池システムでは、発電停止から長い時間が経過すると、カソード電極側から空気が固体高分子電解質膜を介してアノード電極側へ侵入することで、アノード電極側に発電に関与しないガス（主に窒素ガス）が滞留することがある。このような滞留ガスが存在していると、次の燃料電池の起動時に、アノード電極側の水素の分圧が下がった状態となっているため、発電の再開までに時間がかかるという問題があった。

このような問題を解消するために、燃料電池の停止時にアノード電極およびカソード電極に空気（掃気ガス）を供給し、燃料電池内に滞留する窒素ガス（滞留ガス）を排出させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の燃料電池システムの運転方法によれば、燃料電池の停止時に燃料電池の温度が５０℃以下に低下したときに、アノード電極およびカソード電極に空気を供給する。このように構成することで、燃料電池の停止中に、各電極において化学反応が発生するのを抑制でき、結果として電極の酸化還元による劣化を抑制するようになっている。
特開２００４−１７２１０５号公報

ところで、特許文献１の燃料電池システムの運転方法によれば、冬季の寒冷地などにおいて燃料電池の停止時に外気温が氷点下になると、燃料電池内に滞留している生成水が凍結し、次に燃料電池を起動させる際に起動性が悪化（例えば、起動時間が長くかかるなど）する虞があった。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、燃料電池の停止時に燃料電池内の滞留ガスおよび生成水を確実に掃気することができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの掃気方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、アノード電極に燃料ガスを、カソード電極に酸化剤ガスを供給し発電を行う燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１１）と、該燃料電池内部を掃気する掃気ガス供給手段と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段（例えば、実施形態における温度センサ４１）と、を有する燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１０）において、前記燃料電池が起動停止した後、第一所定時間経過後に前記掃気ガス供給手段により前記燃料電池内部の燃料ガス流路（例えば、実施形態における燃料ガス流路２１）に、該燃料ガス流路内に滞留している滞留ガスを置換できる量の掃気ガスを供給して、前記アノード電極内に滞留している滞留ガスを前記掃気ガスと置換する劣化対策掃気手段と、前記燃料電池が起動停止した後、前記第一所定時間よりも短い第二所定時間ごとに前記燃料電池の温度を検出し、該燃料電池が所定温度以下になった際に前記劣化対策掃気手段よりも大流量の掃気ガスを前記掃気ガス供給手段により前記燃料電池の燃料ガス流路および前記燃料電池の酸化剤ガス流路（例えば、実施形態における酸化剤ガス流路２２）へ供給して、前記燃料電池内部のガス流路に滞留している生成水を排出する氷点下対策掃気手段と、を有し、前記第一所定時間経過よりも早く前記燃料電池が前記所定温度以下になったことを検出した場合には、前記劣化対策掃気手段よりも早く前記氷点下対策掃気手段を起動させ、前記劣化対策掃気手段による劣化対策掃気よりも前記氷点下対策掃気手段による氷点下対策掃気が先に実行される場合は、前記劣化対策掃気手段は実行されないように構成されていることを特徴としている。

請求項２に記載した発明は、前記劣化対策掃気手段による劣化対策掃気が実行された後に、前記燃料電池の温度が前記所定温度以下に低下する場合は、前記氷点下対策掃気が実行されるように構成されていることを特徴としている。

請求項３に記載した発明は、前記劣化対策掃気後に前記氷点下対策掃気が実行される場合における該氷点下対策掃気時は、前記氷点下対策掃気が先に実行される場合の該氷点下対策掃気時と比較して、該氷点下対策掃気時に用いる前記掃気ガスの総体積流量を減少させるように構成されていることを特徴としている。

請求項４に記載した発明は、前記氷点下対策掃気手段による氷点下対策掃気が実行された後は、前記温度検出手段による前記温度の検出を停止するように構成されていることを特徴としている。

請求項５に記載した発明は、 燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応による発電を行うアノード電極およびカソード電極を備えた燃料電池の内部を掃気ガスにより掃気する燃料電池システムの掃気方法において、前記燃料電池が起動停止した後、第一所定時間経過後に前記燃料電池内部の燃料ガス流路に、該燃料ガス流路内に滞留している滞留ガスを置換できる量の前記掃気ガスを供給して、前記アノード電極内に滞留している滞留ガスを前記掃気ガスと置換する劣化対策掃気ステップと、前記燃料電池が起動停止した後、前記第一所定時間よりも短い第二所定時間が経過したか否かを検出する時間検出ステップと、前記第二所定時間が経過したときの前記燃料電池の温度を検出する温度検出ステップと、前記燃料電池が所定温度以下になった際に前記劣化対策掃気ステップの掃気ガス流量よりも大流量の掃気ガスを前記燃料電池の燃料ガス流路および前記燃料電池の酸化剤ガス流路へ供給して、前記燃料電池内部のガス流路に滞留している生成水を排出する氷点下対策掃気ステップと、を有し、前記第一所定時間経過よりも早く前記燃料電池が前記所定温度以下になったことを検出した場合には、前記劣化対策掃気ステップよりも早く前記氷点下対策掃気ステップを起動させ、前記劣化対策掃気ステップによる劣化対策掃気よりも前記氷点下対策掃気ステップによる氷点下対策掃気が先に実行される場合は、前記劣化対策掃気ステップは実行しないことを特徴としている。

請求項６に記載した発明は、前記劣化対策掃気ステップが実行された後に、前記燃料電池の温度が前記所定温度以下に低下する場合は、前記氷点下対策掃気ステップを実行することを特徴としている。

請求項７に記載した発明は、前記劣化対策掃気ステップ後に前記氷点下対策掃気ステップが実行される場合における該氷点下対策掃気ステップ時の前記掃気ガス流量は、該氷点下対策掃気ステップが先に実行される場合の該氷点下対策掃気ステップ時の前記掃気ガス流量と比較して、該氷点下対策掃気ステップ時に用いる前記掃気ガス流量よりも少ない総体積流量で掃気することを特徴としている。

請求項８に記載した発明は、前記氷点下対策掃気ステップが実行された後は、前記温度検出ステップによる前記温度の検出を停止することを特徴としている。

請求項１に記載した発明によれば、劣化対策掃気手段を用いて燃料電池内の滞留ガスを掃気することができるため、燃料電池の劣化を抑制することができる効果がある。また、氷点下対策掃気手段を用いて燃料電池内に滞留している生成水を掃気することができるため、生成水が燃料電池内で凍結することを防止できる。したがって、燃料電池の起動性および発電性能を確保することができる効果がある。

また、氷点下対策掃気を先に実行することで、生成水を排出することができるだけでなく、燃料電池内の滞留ガスを掃気ガスに置換することもできる。したがって、劣化対策掃気を実行する必要が無くなるため、劣化対策掃気に必要なエネルギを削減することができる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、劣化対策掃気を実行した後に、燃料電池の温度が氷点下以下に下がらない場合は、生成水が凍結する虞がないため、氷点下対策掃気を実行する必要がない。したがって、燃料電池内の滞留ガスを掃気ガスに置換して燃料電池の劣化を抑制しつつ、氷点下対策掃気に必要なエネルギを削減することができる効果がある。
また、劣化対策掃気を実行した後に、燃料電池の温度が氷点下以下に下がる場合は、氷点下対策掃気を実行し、燃料電池内に滞留している生成水を排出し、生成水の凍結を防止することができる効果がある

請求項３に記載した発明によれば、劣化対策掃気を実行した際の掃気ガスにより生成水の一部を排出することができるため、その後の氷点下対策掃気の際に、既に排出された生成水を排出するのに必要な掃気ガス流量に見合う流量を減少させることができる。したがって、氷点下対策掃気に必要なエネルギを削減することができる効果がある。

請求項４に記載した発明によれば、氷点下対策掃気を実行した後は、燃料電池内には生成水が残らないため、燃料電池の温度を監視する必要が無くなる。したがって、燃料電池の温度検出に必要なエネルギを削減することができる効果がある。

請求項５に記載した発明によれば、劣化対策掃気ステップで燃料電池内の滞留ガスを掃気することができるため、燃料電池の劣化を抑制することができる効果がある。また、氷点下対策掃気ステップで燃料電池内に滞留している生成水を掃気することができるため、生成水が燃料電池内で凍結することを防止できる。したがって、燃料電池の起動性および発電性能を確保することができる効果がある。

また、氷点下対策掃気ステップを先に実行することで、生成水を排出することができるだけでなく、燃料電池内の滞留ガスを掃気ガスに置換することもできる。したがって、劣化対策掃気ステップを実行する必要が無くなるため、劣化対策掃気ステップに必要なエネルギを削減することができる効果がある。

請求項６に記載した発明によれば、劣化対策掃気ステップを実行した後に、燃料電池の温度が氷点下以下に下がらない場合は、生成水が凍結する虞がないため、氷点下対策掃気ステップを実行する必要がない。したがって、燃料電池内の滞留ガスを掃気ガスに置換して燃料電池の劣化を抑制しつつ、氷点下対策掃気ステップに必要なエネルギを削減することができる効果がある。
また、劣化対策掃気ステップを実行した後に、燃料電池の温度が氷点下以下に下がる場合は、劣化対策掃気ステップの実行有無にかかわらず、生成水を排出し、生成水の凍結を防止することができる効果がある。

請求項７に記載した発明によれば、劣化対策掃気ステップを実行した際の掃気ガスにより生成水の一部を排出することができるため、その後の氷点下対策掃気ステップの際に、既に排出された生成水を排出するのに必要な掃気ガス流量に見合う流量を減少させることができる。したがって、氷点下対策掃気ステップに必要なエネルギを削減することができる効果がある。

請求項８に記載した発明によれば、氷点下対策掃気ステップを実行した後は、燃料電池内には生成水が残らないため、燃料電池の温度を監視する必要が無くなる。したがって、燃料電池の温度検出に必要なエネルギを削減することができる効果がある。

次に、本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池システムを車両に搭載した場合の説明をする。
（燃料電池システム）
図１は燃料電池システムの概略構成図である。
図１に示すように、燃料電池システム１０の燃料電池１１は、水素ガスなどの燃料ガスと空気などの酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う固体高分子膜型燃料電池である。燃料電池１１に形成された燃料ガス供給用連通孔１３（燃料ガス流路２１の入口側）には燃料ガス供給配管２３が連結され、その上流端部には水素タンク３０が接続されている。また、燃料電池１１に形成された酸化剤ガス供給用連通孔１５（酸化剤ガス流路２２の入口側）には酸化剤ガス供給配管２４が連結され、その上流端部にはエアコンプレッサ３３が接続されている。なお、燃料電池１１に形成されたアノードオフガス排出用連通孔１４（燃料ガス流路２１の出口側）にはアノードオフガス排出配管３５が連結され、カソードオフガス排出用連通孔１６（酸化剤ガス流路２２の出口側）にはカソードオフガス排出配管３８が連結されている。

水素タンク３０から燃料ガス供給配管２３に供給された水素ガスは、レギュレータ（不図示）により減圧された後、イジェクタ２６を通り、燃料電池１１の燃料ガス流路２１に供給される。また、水素タンク３０の下流側近傍には、電磁駆動式の電磁弁２５が設けられており、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断することができるように構成されている。

また、アノードオフガス排出配管３５には、電磁駆動式の三方弁からなるパージ弁２８が設けられている。パージ弁２８には、ガス排出配管３６と、アノードオフガスリタン配管３７とが接続されており、パージ弁２８により選択的にガスの流路が形成される。ガス排出配管３６は希釈ボックス３１に接続され、その後、車外へと排気されるように構成されている。一方、アノードオフガスリタン配管３７はイジェクタ２６に接続され、燃料電池１１を通過してきたアノードオフガスを再度燃料電池１１のアノードガスとして再利用できるように構成されている。

次に、空気（酸化剤ガス）はエアコンプレッサ３３によって加圧され、加湿器２９で加湿されて、酸化剤ガス供給配管２４を通過した後、燃料電池１１の酸化剤ガス流路２２に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池１１からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出配管３８に排出される。カソードオフガス排出配管３８は加湿器２９に接続され、加湿器２９の排出側に接続されたカソードオフガス排出配管３８は希釈ボックス３１に接続され、その後、車外へと排気される。なお、カソードオフガス排出配管３８には背圧弁３４が設けられている。

ここで、アノードオフガス排出配管３５におけるアノードオフガス排出用連通孔１４の直後（下流側）に、温度センサ４１が設けられている。温度センサ４１により、燃料電池１１の内部の温度と略同一の温度を検知することができるようになっている。温度センサ４１からの検出結果（センサ出力）は、制御装置（ＥＣＵ）４５へ伝達され、その検出結果に基づいて、燃料電池１１の氷点下対策掃気（後に詳述する。）を実行するか否かを決定するように構成されている。

また、エアコンプレッサ３３と加湿器２９との間を繋ぐ酸化剤ガス供給配管２４において、配管が分岐され掃気ガス導入配管５１の一端が接続されている。掃気ガス導入配管５１は、燃料ガス供給配管２３におけるイジェクタ２６と燃料電池１１との間に他端が接続されている。つまり、空気を燃料電池１１の燃料ガス流路２１に供給できるようになっている。なお、掃気ガス導入配管５１には電磁駆動式の電磁弁５２が設けられており、エアコンプレッサ３３からの空気の供給を遮断できるように構成されている。

図２は制御装置４５の概略ブロック図である。図２に示すように、制御装置４５は、燃料電池システム１０が停止状態になってからの時間をカウントする停止時間検出部４６と、停止時間検出部４６でカウントしている時間が所定時間を経過したときに燃料電池１１内部の劣化対策掃気を実行するか否かを判定する劣化対策掃気判定部４７と、温度センサ４１に対して所定時間毎に温度信号を発するように指示するとともに、該温度センサ４１から入力された温度信号を検出する燃料電池温度検出部４８と、燃料電池温度検出部４８で検出している温度に基づいて燃料電池１１内部の氷点下対策掃気を実行するか否かを判定する氷点下対策掃気判定部４９と、を有している。

さらに、制御装置４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、電磁弁２５を制御して水素タンク３０から所定量の水素ガスを燃料電池１１に供給することができるようになっている。また、パージ弁２８を制御して、アノードオフガスの排出量を調整できるように構成されているとともに、アノードオフガスをガス排出配管３６側に導いて車外へと排出させるか、アノードオフガスリタン配管３７側に導いて再度アノードガスに再利用するかを調節できるように構成されている。

また、制御装置４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、エアコンプレッサ３３を駆動して所定量の空気を燃料電池１１に供給するとともに、背圧弁３４を制御して酸化剤ガス流路２２への空気の供給圧力を調整できるように構成されている。

そして、劣化対策掃気判定部４７または氷点下対策掃気判定部４９からの指示により燃料電池１１内部を掃気する際に、掃気ガス導入配管５１の電磁弁５２を制御して所定量の空気（酸化剤ガス）を燃料電池１１の燃料ガス流路２１に供給することができるように構成されている。

（燃料電池システムの掃気方法）
次に、燃料電池システム１０の掃気方法について説明する。
図３は燃料電池システム１０の掃気方法のフローチャートである。
図３に示すように、Ｓ１では、燃料電池システム１０の起動信号であるイグニッションスイッチ（不図示）がオンかオフかを検出する。イグニッションスイッチがオンの場合には燃料電池システム１０が起動しているため、掃気を行う必要はなく処理を終了する。イグニッションスイッチがオフの場合にはＳ２へと進む。

Ｓ２では、燃料電池システム１０が停止状態に入ってから既に劣化対策掃気を実行したか否かを判定する。既に劣化対策掃気を実行している場合には再度劣化対策掃気は行わないためＳ５へ進み、まだ劣化対策掃気を実行していない場合にはＳ３へと進む。

Ｓ３では、燃料電池システム１０が停止状態になってからの時間を停止時間検出部４６で検出し、その経過時間（第一所定時間）が劣化対策掃気時間（例えば、３時間）を越えているか否かを判定し、まだ劣化対策掃気時間を越えていない場合にはＳ５へ進み、劣化対策掃気時間を越えた場合にはＳ４へ進む。

Ｓ４では、燃料電池１１の劣化対策掃気を実行する（劣化対策掃気ステップ）。具体的には、掃気ガス導入配管５１の電磁弁５２を開状態にする。そして、パージ弁２８を調節して排出された掃気ガスがガス排出配管３６へと導かれるようにする。そして、コンプレッサ３３を駆動して空気（掃気ガス）を燃料電池１１の燃料ガス流路２１へ供給し、燃料ガス流路２１内に滞留していた滞留ガスを掃気ガスに置換する。このとき、掃気ガスに置換されることで排出されたガスにはアノードオフガスも含まれている。したがって、このアノードオフガスを希釈するために、カソード側にも空気を供給している。なお、このときの掃気ガスの流量は燃料ガス流路２１内を掃気ガスで置換できる流量でよい。燃料電池１１の劣化対策掃気が完了したらＳ５へ進む。

Ｓ５では、燃料電池システム１０が停止状態になってからの時間を停止時間検出部４６で検出し、その経過時間（第二所定時間）が氷点下対策掃気するか否かを判定するために燃料電池１１の温度が所定温度以下になっているかを検出開始する時間を越えているか否かを判定し、検出開始時間を越えていない場合にはＳ１へ戻り、検出開始時間を越えた場合にはＳ６へ進む。つまり、燃料電池システム１０が停止した直後は燃料電池１１の温度は高温であるため、温度検出を省略することでエネルギを節約することができる。
なお、Ｓ５の経過時間（第二所定時間）をインターバル時間として、例えば５分と設定し、燃料電池システム１０が停止状態になってから５分毎に（５分に一回）Ｓ６へ進むように設定してもよい。

Ｓ６では、燃料電池１１の温度を温度センサ４１により検出し、その信号を燃料電池温度検出部４８へと出力する（温度検出ステップ）。温度センサ４１により温度を検出するタイミングは、燃料電池温度検出部４８で設定される。燃料電池１１の温度を検出したらＳ７へと進む。

Ｓ７では、氷点下対策掃気判定部４９において、燃料電池１１の氷点下対策掃気を実行するか否かを判定する。具体的には、温度センサ４１から入力された温度が氷点下（０℃以下）になっていないときには、まだ燃料電池１１内に滞留している生成水が凍結することはないため、Ｓ１へと戻る。一方、燃料電池１１の温度が氷点下以下になった場合には、生成水が凍結する虞があるため、Ｓ８へと進む。

Ｓ８では、燃料電池１１の氷点下対策掃気を実行する（氷点下対策掃気ステップ）。具体的には、掃気ガス導入配管５１の電磁弁５２を開状態にする。そして、パージ弁２８を調節して排出された掃気ガスがガス排出配管３６へと導かれるようにする。そして、コンプレッサ３３を駆動して空気（掃気ガス）を燃料電池１１の燃料ガス流路２１へ供給し、燃料ガス流路２１内に滞留していた生成水を掃気ガスに置換する。同時に、コンプレッサ３３から導入された空気を燃料電池１１の酸化剤ガス流路２２へ供給し、酸化剤ガス流路２２内に滞留していた生成水を掃気ガスに置換する。燃料ガス流路２１および酸化剤ガス流路２２から排出された生成水および滞留ガスは希釈ボックス３１へと導かれ、その後車外へと排出される。

ここで、氷点下対策掃気を実行する際に２つのパターンが考えられる。図４は氷点下対策掃気を行う場合のサブルーチンのフローチャートである。図４に示すように、Ｓ８１で既に劣化対策掃気を実行したか否かを判定する。燃料電池システム１０の停止中に既に劣化対策掃気を実行した場合にはＳ８２へ進み、劣化対策掃気を実行していない場合にはＳ８３へ進む。

Ｓ８２では、燃料電池システム１０の停止中に既に劣化対策掃気を実行しているため、燃料電池１１の燃料ガス流路２１は掃気ガスに置換されており、滞留ガスは滞留していない。したがって、燃料電池１１内に滞留している生成水のみを排出すればよいため、掃気ガスの総体積流量が所定流量より少なくなるように調節する。掃気ガスの総体積流量の調節方法としては、掃気ガスの流速を小さくするか、掃気ガスの供給時間を少なくするか、によって行う。そして、燃料電池１１内の氷点下対策掃気を実行して、メインルーチンのＳ９に戻る。

Ｓ８３では、燃料電池システム１０の停止中に劣化対策掃気を未だ実行していないため、燃料電池１１内に滞留ガスおよび生成水がともに滞留している。したがって、氷点下対策掃気における所定流量の掃気ガスを燃料電池１１内に供給するように設定する。つまり、氷点下対策掃気の方が劣化対策掃気よりも掃気ガスの流量が大流量になるように設定されている。そして、燃料電池１１内の氷点下対策掃気を実行して、メインルーチンのＳ９に戻る。なお、このＳ８３の場合としては、外気が極寒の場合などで、燃料電池システム１０の停止後に急激に燃料電池１１が冷やされて、劣化対策掃気を実行する劣化対策掃気時間の経過前に燃料電池１１が氷点下になってしまう場合である。

Ｓ９では、氷点下対策掃気を実行するか否かを判定するために燃料電池１１の温度を温度センサ４１で検出していたが、その温度検出を停止して、処理を終了する。このようにすることで、温度検出に必要なエネルギを節約することができる。

なお、上述した劣化対策掃気および氷点下対策掃気の際に必要な電力は、例えば燃料電池の電力を蓄電するバッテリ（不図示）から確保する。

本実施形態によれば、劣化対策掃気により燃料電池１１内の滞留ガスを掃気することができるため、燃料電池１１の劣化を抑制することができる。また、氷点下対策掃気により燃料電池１１内に滞留している生成水を掃気することができるため、生成水が燃料電池１１内で凍結することを防止できる。したがって、燃料電池１１の起動性および発電性能を確保することができる。また、生成水が凍結することによる燃料電池１１の破損を防止することができる。

また、氷点下対策掃気を先に実行したときには、燃料電池１１内の生成水を排出することができるだけでなく、滞留ガスを掃気ガスに置換することもできる。したがって、劣化対策掃気を実行する必要が無くなるため、劣化対策掃気に必要なエネルギを削減することができる。

また、燃料電池システム１０の停止中に燃料電池１１の温度が氷点下以下に下がらない場合は、生成水が凍結する虞がないため、氷点下対策掃気を実行する必要がない。したがって、劣化対策掃気のみ行って燃料電池１１内の滞留ガスを掃気ガスに置換して燃料電池１１の劣化を抑制しつつ、氷点下対策掃気に必要なエネルギを削減することができる。
一方、燃料電池１１の温度が氷点下以下に下がる場合は、劣化対策掃気の実行有無にかかわらず、燃料電池１１内に滞留している生成水を排出し、生成水の凍結を防止することができる。

さらに、劣化対策掃気を実行することで、燃料電池１１内に滞留している生成水の一部を排出することができるため、その後の氷点下対策掃気の際に、既に排出された生成水を排出するのに必要な掃気ガス流量に見合う流量を減少させることができる。したがって、氷点下対策掃気に必要なエネルギを削減することができる。

そして、氷点下対策掃気を実行した後は、燃料電池１１内には生成水が残らないため、燃料電池１１の温度を監視する必要が無くなる。したがって、燃料電池１１の温度検出に必要なエネルギを削減することができる。

尚、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、燃料電池の温度を検出する温度センサをアノードオフガス排出配管に取り付けた構成にしたが、燃料電池の温度を直接検出してもよく、カソードオフガス排出配管、冷媒、ガス、周辺補機の温度を代替温度として採用してもよい。また、温度センサは１箇所だけでなく、複数箇所に取り付けてもよく、その場合には、いずれかの温度を検出するようにしたり、各温度センサの平均値を求めるようにしてもよい。

本発明の実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。 本発明の実施形態における制御部の概略ブロック図である。 本発明の実施形態における燃料電池システムの掃気方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における氷点下対策掃気のサブルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１０…燃料電池システム １１…燃料電池 ４１…温度センサ

Claims (8)

1. アノード電極に燃料ガスを、カソード電極に酸化剤ガスを供給し発電を行う燃料電池と、
   該燃料電池内部を掃気する掃気ガス供給手段と、
   前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、を有する燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池が起動停止した後、第一所定時間経過後に前記掃気ガス供給手段により前記燃料電池内部の燃料ガス流路に、該燃料ガス流路内に滞留している滞留ガスを置換できる量の掃気ガスを供給して、前記アノード電極内に滞留している滞留ガスを前記掃気ガスと置換する劣化対策掃気手段と、
   前記燃料電池が起動停止した後、前記第一所定時間よりも短い第二所定時間ごとに前記燃料電池の温度を検出し、該燃料電池が所定温度以下になった際に前記劣化対策掃気手段よりも大流量の掃気ガスを前記掃気ガス供給手段により前記燃料電池の燃料ガス流路および前記燃料電池の酸化剤ガス流路へ供給して、前記燃料電池内部のガス流路に滞留している生成水を排出する氷点下対策掃気手段と、を有し、
   前記第一所定時間経過よりも早く前記燃料電池が前記所定温度以下になったことを検出した場合には、前記劣化対策掃気手段よりも早く前記氷点下対策掃気手段を起動させ、
   前記劣化対策掃気手段による劣化対策掃気よりも前記氷点下対策掃気手段による氷点下対策掃気が先に実行される場合は、前記劣化対策掃気手段は実行されないように構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記劣化対策掃気手段による劣化対策掃気が実行された後に、前記燃料電池の温度が前記所定温度以下に低下する場合は、前記氷点下対策掃気が実行されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記劣化対策掃気後に前記氷点下対策掃気が実行される場合における該氷点下対策掃気時は、前記氷点下対策掃気が先に実行される場合の該氷点下対策掃気時と比較して、該氷点下対策掃気時に用いる前記掃気ガスの総体積流量を減少させるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記氷点下対策掃気手段による氷点下対策掃気が実行された後は、前記温度検出手段による前記温度の検出を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
5. 燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応による発電を行うアノード電極およびカソード電極を備えた燃料電池の内部を掃気ガスにより掃気する燃料電池システムの掃気方法において、
   前記燃料電池が起動停止した後、第一所定時間経過後に前記燃料電池内部の燃料ガス流路に、該燃料ガス流路内に滞留している滞留ガスを置換できる量の前記掃気ガスを供給して、前記アノード電極内に滞留している滞留ガスを前記掃気ガスと置換する劣化対策掃気ステップと、
   前記燃料電池が起動停止した後、前記第一所定時間よりも短い第二所定時間が経過したか否かを検出する時間検出ステップと、
   前記第二所定時間が経過したときの前記燃料電池の温度を検出する温度検出ステップと、
   前記燃料電池が所定温度以下になった際に前記劣化対策掃気ステップの掃気ガス流量よりも大流量の掃気ガスを前記燃料電池の燃料ガス流路および前記燃料電池の酸化剤ガス流路へ供給して、前記燃料電池内部のガス流路に滞留している生成水を排出する氷点下対策掃気ステップと、を有し、
   前記第一所定時間経過よりも早く前記燃料電池が前記所定温度以下になったことを検出した場合には、前記劣化対策掃気ステップよりも早く前記氷点下対策掃気ステップを起動させ、
   前記劣化対策掃気ステップによる劣化対策掃気よりも前記氷点下対策掃気ステップによる氷点下対策掃気が先に実行される場合は、前記劣化対策掃気ステップは実行しないことを特徴とする燃料電池システムの掃気方法。
6. 前記劣化対策掃気ステップが実行された後に、前記燃料電池の温度が前記所定温度以下に低下する場合は、前記氷点下対策掃気ステップを実行することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システムの掃気方法。
7. 前記劣化対策掃気ステップ後に前記氷点下対策掃気ステップが実行される場合における該氷点下対策掃気ステップ時の前記掃気ガス流量は、該氷点下対策掃気ステップが先に実行される場合の該氷点下対策掃気ステップ時の前記掃気ガス流量と比較して、該氷点下対策掃気ステップ時に用いる前記掃気ガス流量よりも少ない総体積流量で掃気することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システムの掃気方法。
8. 前記氷点下対策掃気ステップが実行された後は、前記温度検出ステップによる前記温度の検出を停止することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の燃料電池システムの掃気方法。

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