JP5583536B2 - 燃料電池システムの運転停止方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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１０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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００４−２２４８７号公報

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。

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。

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。

本発明は、固体高分子電解質膜を有し、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、前記燃料電池にコンプレッサを介して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を備え、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酸化剤ガス供給流路、及び前記燃料電池から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出流路を有し、前記酸化剤ガス排出流路には、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの圧力を調整する背圧制御弁が設けられる一方、前記酸化剤ガス供給流路には、前記燃料電池をバイパスするバイパス流路が接続され、該バイパス流路には、開度調整可能なバイパスバルブを配設す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。

この運転方法は、燃料電池の停止指令を検出した際、燃料ガスの供給を停止する一方、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を有している。

そして、この工程では、発電電流は、固体高分子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た状態で、背圧制御弁の開度及びバイパスバルブの開度の両方を調整し、コンプレッサから供給される酸化剤ガスの一部が、燃料電池をバイパスして酸化剤ガス排出流路に導入される酸化剤ガス流量を調整することにより、燃料電池に投入される酸化剤ガスである空気量を一定に制御している。

また、この運転停止方法では、燃料電池から排出される酸化剤ガス及び燃料ガスを混合させる希釈装置を有することが好ましい。

さらに、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。

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。

しかも、酸化剤ガスを低酸素ストイキで燃料電池に供給する際、コンプレッサから供給される前記酸化剤ガスの一部が、前記燃料電池をバイパスして希釈装置に導入されている。このため、コンプレッサの設定最小流量を維持した状態で、低酸素ストイキの酸化剤ガスを燃料電池に確実且つ安定して供給することが可能になる。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。

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。 前記燃料電池システムを構成する回路説明図である。 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。 前記運転停止方法を説明するフローチャートである。 前記燃料電池システムの動作説明図である。 空気流量に対する背圧弁及びバイパスバルブの開度の関係図である。 空気の分配状態を示すタイミングチャートである。 前記燃料電池システムの動作説明図である。 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。 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。

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。

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。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。

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。

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。

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。

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。

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（コンプレッサ）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。エアポンプ５０は、スーパーチャージャ等の過給器や圧縮機が使用され、具体的には、リショルム式コンプレッサ又は遠心式コンプレッサが採用される。

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。

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（酸化剤ガス排出流路）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（背圧弁）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。

空気排出流路５６は、希釈ボックス（希釈装置）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。空気供給流路５２の加湿器５４の上流と空気供給流路５２の希釈ボックス６０の入口側とには、燃料電池スタック１２をバイパスしてバイパス流路５９の両端が接続される。バイパス流路５９には、開度調整可能なバイパスバルブ６３が配設される。

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。

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。

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。

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及びバッテリコンタクタ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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及び図４に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。

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（ステップＳ１）。

イグニッションスイッチがオフされると、燃料ガス供給装置１６が制御されてアノード圧力が昇圧されるとともに、該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、必要に応じて開度制御が停止されて閉塞される（図５参照）。

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、空気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。

その際、エアポンプ５０の設定最小流量を維持した状態で、酸化剤ガス中の酸素ストイキを１前後に維持するため、背圧制御弁５８の開度及びバイパスバルブ６３の開度が制御される。具体的には、エアポンプ５０の駆動により燃料電池システム１０のカソード系流路に供給される総空気量Ｍ（all）は、総空気量Ｍ（all）＝燃料電池スタック投入空気量Ｍ（st）＋バイパス空気量Ｍ（by）の関係を有している。

従って、バイパス空気量Ｍ（by）＝総空気量Ｍ（all）−燃料電池スタック投入空気量Ｍ（st）から、前記バイパス空気量Ｍ（by）が得られる。このバイパス空気量Ｍ（by）に対する背圧制御弁５８の開度及びバイパスバルブ６３の開度が、図６から選択される。具体的には、空気流量が多くなる際には、背圧制御弁５８の開度を絞る一方、バイパス量を増加させる際には、バイパスバルブ６３の開度を開放させることにより、燃料電池スタック１２に投入される空気量を一定に制御する。

そこで、バイパスバルブ６３の開度（及び必要に応じて背圧制御弁５８の開度）が選択され、エアポンプ５０から供給される空気の一部は、燃料電池スタック１２をバイパスするバイパス流路５９に導入される（ステップＳ２）。このため、図７に示すように、バイパス流路５９を流通するバイパス空気量（エアバイパス流量）Ｍ（by）と、燃料電池スタック１２内を流通する燃料電池スタック投入空気量（エアスタック流量）Ｍ（st）とが設定される。

一方、燃料電池スタック１２は、発電が継続されており、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。その際、図２において、ＦＣコンタクタ８６及びバッテリコンタクタ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。

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（Ｏ_２リーン発電）（ステップＳ３）。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（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。

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、バッテリコンタクタ９２がオフされる。

このため、図８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が一旦開放されるとともに、ＦＣコンタクタ８６がオフされる。このため、燃料電池システム１０の運転停止処理が完了し（ステップＳ４）、ステップＳ５に進んで、バイパスバルブ６３が閉塞される。

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。

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。

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。

しかも、本実施形態では、空気を低酸素ストイキ（１前後）で燃料電池スタック１２に供給する際、バイパスバルブ６３の開度が制御されている。これにより、エアポンプ５０から供給される空気の一部は、燃料電池スタック１２をバイパスしてバイパス流路５９から希釈ボックス６０に導入されている。

このため、エアポンプ５０の設定最小流量を維持した状態で、低酸素ストイキの空気を燃料電池スタック１２に確実且つ安定して供給することが可能になる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタック１２の劣化を可及的に抑制することが可能になる。

さらに、燃料電池システム１０の運転停止処理が完了した後、バイパスバルブ６３が閉塞されている。従って、燃料電池システム１０の停止状態で、燃料電池スタック１２の上流から希釈ボックス６０に空気の拡散が惹起したり、前記希釈ボックス６０からバイパス流路５９を空気が逆流して拡散したりすることを抑制することができる。

その上、バイパス流路５９により分岐される空気流量の配分が可能になり、上流からの空気流量を増加させることにより、希釈ボックス６０による停止前の水素希釈時間の短縮が図られる。なお、起動時の水素置換処理においても、希釈ボックス６０に多量の空気を投入することができ、希釈時間の短縮化が遂行可能になる。

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）。

このため、図９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。

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 ５９…バイパス流路
６０…希釈ボックス ６１ａ、６１ｂ…開閉弁
６２…水素タンク ６３…バイパスバルブ
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…バッテリコンタクタ
９６…ダウンバータ ９８…１２Ｖ電源

Claims (3)

1. 固体高分子電解質膜を有し、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、
   前記燃料電池にコンプレッサを介して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、
   を備え、
   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酸化剤ガス供給流路、及び前記燃料電池から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出流路を有し、前記酸化剤ガス排出流路には、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの圧力を調整する背圧制御弁が設けられる一方、前記酸化剤ガス供給流路には、前記燃料電池をバイパスするバイパス流路が接続され、該バイパス流路には、開度調整可能なバイパスバルブを配設す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を有するとともに、
   前記工程では、発電電流は、前記固体高分子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た状態で、
   前記背圧制御弁の開度及び前記バイパスバルブの開度の両方を調整し、前記コンプレッサから供給される前記酸化剤ガスの一部が、前記燃料電池をバイパスして酸化剤ガス排出流路に導入される酸化剤ガス流量を調整することにより、前記燃料電池に投入される前記酸化剤ガスである空気量を一定に制御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。
2. 請求項１記載の運転方法において、前記燃料電池から排出される前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスを混合させる希釈装置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。
3. 請求項１又は２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。

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