JPH08195210A - 燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池運転停止時の不活性ガスによるパー
ジを不要とする。 【構成】 燃料ガスと酸化ガスとを固体電解質を介して
電気化学的に反応させることにより起電力を得る燃料電
池１における各ガス供給路１０，１５とガス排出路１
２，２３とを選択的に遮断する遮断弁１３，１４，１
７，２４が各ガス供給路１０，１５とガス排出路１２，
２３とに個別に設けられ、かつ燃料ガス供給路１５から
燃料ガス排出路２３に至る燃料ガス流通路内のガスを該
燃料ガス流通路の圧力に応じて貯留および放出する貯留
部１８が、燃料ガス供給路１５における遮断弁１７から
燃料ガス排出路２３における遮断弁２４までの間の所定
箇所に連通させて設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃料ガスと酸化ガス
とを反応させることにより起電力を得る燃料電池に関
し、特に燃料ガスを電離させて生じたイオンを固体電解
質膜を透過させて酸化ガスと反応させることにより起電
力を得る燃料電池装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように燃料電池は、燃料ガスと酸
化ガスとを電気化学的に反応させて起電力を得る装置で
あり、高分子電解質膜を使用した燃料電池や、りん酸型
燃料電池あるいはジルコニアを電解質とした燃料電池な
どが知られている。これらいずれの燃料電池において
も、電解質を挟んだ両側での燃料ガスあるいは酸化ガス
の濃度差に起因して燃料ガスあるいは酸化ガスがイオン
化し、そのイオンが電解質を透過して電気化学的な反応
を生じるものであるから、電解質を挟んで燃料ガスと酸
化ガスとが存在していれば、両者の電気化学的な反応が
継続する。そのため、燃料電池の運転を停止するべく燃
料ガスと酸化ガスとの供給を止めた場合、燃料電池の内
部には燃料ガスと酸化ガスとが残存しているから、その
残存ガスがなくなるまで両者の電気化学的な反応が継続
する。

【０００３】燃料ガスや酸化ガスの供給を止めた後、残
存ガスが燃料電池の内部で反応すると、その容積が減少
する。すなわち例えば燃料ガスとして水素ガスを用い、
また酸化ガスとして空気を用いた場合、水素の二分子と
酸素の一分子とが反応して水が二分子生じるのであるか
ら、その量は２／３に減少することになる。また燃料ガ
スは電離して酸化ガス側に移動するのであるから、燃料
ガス側の圧力が次第に低下することになる。燃料電池に
おいては、燃料ガス流路と酸化ガス流路とを気密状態に
形成し、またその全体を気密状態に維持しているが、上
述のようにして内部圧力が低下すると、シール部分から
不可避的に外気が侵入してしまうことがある。また例え
ばカチオン交換膜を電解質とした高分子電解質膜型燃料
電池においては、燃料ガス流路の圧力が大きく低下する
ことにより、酸化ガス側から電解質膜を透過して空気が
燃料ガス流路に侵入することがある。

【０００４】このようにして燃料ガス流路や燃料電池全
体の内部に外気や酸素が混入した状態では、燃料電池を
再動作させるべく燃料ガスおよび酸化ガスを送り込む
と、燃料ガス流路の中で燃料ガスと酸素とが反応して燃
焼が生じ、その結果、燃料電池が損傷を受けるおそれが
ある。そのため従来では、燃料電池を停止する際に不活
性ガス（例えばＮ2 ガス）を燃料電池の内部に供給し、
燃料電池の内部全体をＮ2 ガスで置換するいわゆるパー
ジを行っている。また燃料電池を起動する際にも同様に
パージを行って燃料ガス流路などに侵入している酸素を
除去することとしている。この種の技術が例えば特開平
２−２４４５５９号公報に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したように燃料電
池において使用する燃料ガスは例えば水素ガスであり、
また酸化ガスは例えば空気であるから、基本的には、こ
れらのガスが用意されていれば燃料電池を運転すること
ができる。しかしながら上述のようにＮ2 ガスによるパ
ージを行うとすれば、燃料ガスや酸化ガス以外にパージ
用のＮ2 ガスを用意する必要があり、一般には、ボンベ
に詰めたＮ2 ガスを用意することになる。しかるに燃料
電池を車両の動力源として使用する場合には、燃料電池
を車両に搭載する必要があるから、Ｎ2 ガスボンベを必
要とするとすれば、これをも車両に搭載しなければなら
なくなり、結局、燃料電池全体としての車載性が重量や
容積の点で大きく損なわれることになる。

【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、パージ用のガスを別途用意する必要のない燃
料電池装置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載した発明は、燃料ガスを電離させ
て生じたイオンを透過させる電解質膜を介して燃料ガス
と酸化ガスとを電気化学的に反応させることにより起電
力を得る燃料電池と、その燃料電池に対して燃料ガスを
供給する燃料ガス供給路と、前記燃料電池に対して酸化
ガスを供給する酸化ガス供給路と、使用済み燃料ガスを
燃料電池から排出する燃料ガス排出路と、使用済み酸化
ガスを燃料電池から排出する酸化ガス排出路とを備えた
燃料電池装置において、前記各ガス供給路とガス排出路
とを選択的に遮断する遮断弁が各ガス供給路とガス排出
路とに個別に設けられ、かつ前記燃料ガス供給路から燃
料ガス排出路に至る燃料ガス流通路内のガスを該燃料ガ
ス流通路の圧力に応じて貯留および放出する貯留部が、
燃料ガス供給路における遮断弁から燃料ガス排出路にお
ける遮断弁までの間の所定箇所に連通させて設けられて
いることを特徴とするものである。

【０００８】また請求項２に記載した発明は、燃料ガス
を電離させて生じたイオンを透過させる電解質膜を介し
て燃料ガスと酸化ガスとを電気化学的に反応させること
により起電力を得る燃料電池と、その燃料電池に対して
燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、前記燃料電池に
対して酸化ガスを供給する酸化ガス供給路と、使用済み
燃料ガスを燃料電池から排出する燃料ガス排出路と、使
用済み酸化ガスを燃料電池から排出する酸化ガス排出路
とを備えた燃料電池装置において、前記各ガス供給路と
ガス排出路とを選択的に遮断する遮断弁が各ガス供給路
とガス排出路とに個別に設けられ、かつ前記燃料ガス排
出路を流れるガスを前記燃料ガス供給路に還流させる還
流手段が設けられていることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】請求項１に記載した発明においては、燃料ガス
を供給・排出する経路と、酸化ガスを供給・排出する経
路とが互いに独立して形成されている。またそれぞれの
ガスの経路には、ガスの流入を遮断する遮断弁とガスの
排出を遮断する遮断弁とがそれぞれ設けられている。し
たがって各遮断弁を閉じることにより、燃料電池は、燃
料ガスおよび酸化ガスの給排が止められて停止状態とな
る。このようにして燃料電池装置の運転を止めた場合、
その内部に残っている燃料ガスと酸化ガスとが電解質膜
を介して電気化学的に反応する。その結果、燃料ガスが
流通する燃料ガス流路の圧力は、燃料ガスが消費される
ことにより次第に低下する。それに伴ってこの燃料ガス
流通路に連通されている貯留部からここに溜まっている
ガスが次第に燃料ガス流通路に放出される。こうして酸
化ガス中の酸化成分が消費し尽くされると、それ以上の
反応が進行しなくなるので、燃料電池の内部での圧力の
低下は生じなくなる。すなわち燃料電池装置の運転中に
貯留部に蓄えられたガスが燃料電池装置の運転停止後の
圧力の低下を補うようにガスを供給することになるか
ら、燃料ガス流通路や燃料電池の全体の内部圧力の低下
が防止される。その結果、燃料ガス流通路や燃料電池の
内部に外気が混入することがなく、不活性ガスによるパ
ージを特に行う必要がなくなる。

【００１０】また請求項２に記載した発明においては、
使用済み燃料ガスを燃料ガス排出路から燃料ガス供給路
に還流手段によって戻すことができるから、燃料電池装
置の運転を止めるべく、燃料ガス供給路の遮断弁を閉じ
た直後、還流手段によって使用済み燃料ガスを燃料ガス
供給路に還流させれば、燃料ガス流路における燃焼成分
の割合が少なくなる。したがって燃料電池装置の運転を
停止するべく、各遮断弁を完全に閉じた状態において
は、燃料ガス流通路の内部に存在している燃焼成分が少
ないために電解質膜を介した酸化ガスとの電気化学的反
応が抑制され、その結果、内部圧力の低下が少なくな
る。そのため燃料電池装置を停止した後における内部と
外部との圧力差が小さいために、外気が燃料電池の内部
に侵入するおそれがなく、したがって不活性ガスなどに
よるパージを行う必要がない。

【００１１】

【実施例】つぎにこの発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明を原理的に示す模式図であって、こ
こに示す燃料電池１は、水素ガスを燃料ガスとし、かつ
酸化ガスとして空気を使用して発電を行うよう構成され
ている。その燃料電池１は、図２に示す単電池２を多数
積層したものであり、この単電池２について説明する
と、カチオン交換膜からなる固体電解質３を挟んだ両側
に、触媒層および拡散層からなる空気電極４と燃料電極
５とが形成されており、さらにそれぞれの電極４，５の
外表面にカーボンからなるセパレータ６，７が設けられ
ている。一方のセパレータ６すなわち空気電極４側のセ
パレータ６には、複数本の凹溝からなる空気流路８が図
２の上下方向に向けて形成されている。また燃料電極５
側の他方のセパレータ７には、複数本の凹溝からなる燃
料ガス流路９が図２の紙面に垂直な方向に向けて形成さ
れている。

【００１２】各空気流路８は、燃料電池１の上下両側に
形成されている供給ヘッダと排出ヘッダ（それぞれ図示
せず）に連通されており、また各燃料ガス流路９は、燃
料電池１の側面がわに形成されている燃料ガス用の供給
ヘッダと排出ヘッダ（それぞ図示せず）とに連通されて
いる。空気用の供給ヘッダには、空気供給管１０を介し
て空気供給源１１が接続されており、この空気供給源１
１は、例えば空気を加圧するコンプレッサーと加湿器
（それぞれ図示せず）とから構成されている。また空気
用の排出ヘッダには、空気排出管１２が接続されてお
り、この空気排出管１２は、例えば気液分離器（図示せ
ず）を介して大気に開放されている。そしてこれら空気
用の供給管１０と排出管１２とには、遮断弁１３，１４
がそれぞれ介装されている。

【００１３】また燃料ガス用の供給ヘッダには、燃料ガ
ス供給管１５を介して燃料ガス源１６が接続されてい
る。この燃料ガス源１６は、例えばメタノールおよび水
から水素ガスを生成させる改質器および加湿器（それぞ
れ図示せず）から構成され、あるいは水素ガスボンベお
よび加湿器（それぞれ図示せず）から構成されている。
この燃料ガス供給管１５には遮断弁１７が介装されてお
り、さらにこの遮断弁１７よりも供給ヘッダ側には、バ
ッファー１８が燃料ガス供給管１５から分岐して設けら
れている。

【００１４】このバッファー１８は、燃料電池１に供給
される水素ガスの一部を一時的に貯留するためのもので
あり、その構造の一例を説明すると、シリンダ１９の内
部に、ピストン２０が気密状態を保持して前後動するよ
うに収容されており、このピストン２０によって区画さ
れた一方のチャンバー２１が燃料ガス供給管１５に連通
され、また他方のチャンバー２２が大気に開放されてい
る。すなわち燃料電池１の運転時には、その内部圧力が
大気圧よりも高いために、燃料ガスの供給圧が高く、そ
の結果、ピストン２０が他方のチャンバー２２側に押さ
れて前記一方のチャンバー２１に燃料ガス（水素ガス）
を貯留するようになっている。

【００１５】そして燃料ガス用の排出ヘッダには、燃料
ガス排出管２３が接続されており、未使用の水素ガスを
この排出管３から改質器に送り、あるいは適宜の処理器
を経て大気中に放出するようになっている。さらにこの
燃料ガス排出管２３には、遮断弁２４が介装されてい
る。

【００１６】上述した図１および図２に示す燃料電池装
置においては、空気供給源１１から空気を加圧・加湿し
て燃料電池１に供給し、かつ燃料ガス源１６から水素ガ
スを燃料電池１に供給することにより発電が行われる。
すなわち燃料電極５側に供給された水素ガスは、ここで
電離して水素イオン（プロトン）が固体電解質３を透過
して空気電極４側に移動する。そして空気電極４側にお
いて水素イオンと酸素とが反応し、水が生じる。一方、
電子は、燃料電極５から外部負荷に取り出され、かつ空
気電極４に送られる。すなわち水素と酸素とが固体電解
質３を介して電気化学的に反応し、それに伴って起電力
が得られる。

【００１７】燃料電池１をこのようにして動作させる場
合、空気中の酸素分圧が低いために、空気を大気圧以上
に加圧して供給する。それに伴い燃料ガスの供給圧も高
くなるので、前記バッファー１８における一方のチャン
バー２１に、大気圧以上の圧力が作用する。そのため、
ピストン２０が大気開放のチャンバー２２側に押され、
その結果、前記一方のチャンバー２１に水素ガスが貯留
される。

【００１８】燃料電池１の運転を停止する場合には、各
遮断弁１３，１４，１７，２４を閉じて、燃料電池１を
密閉状態とする。各遮断弁１３，１４，１７，２４を閉
じても、その時点では、燃料電池１の空気流路８には酸
素を充分に含んだ空気が存在し、また燃料ガス流路９に
は、水素ガスが多量に存在している。したがって固体電
解質３を挟んだ水素と酸素との電気化学的な反応が継続
して生じる。この反応は前述したように、燃料電極５側
での水素の電離と、空気電極４側での酸化との反応であ
るから、燃料ガス流路９中の水素が空気流路８側に移動
して次第に消費されることになる。このような燃料ガス
流路９中の水素ガスの減少に伴ってその圧力が低下する
が、燃料ガス供給管１５には前記バッファー１８が接続
されているので、燃料ガス流路９内の圧力の低下によ
り、バッファー１８における一方のチャンバー２１か
ら、ここに貯留されている水素ガスが燃料ガス流路９に
供給される。

【００１９】バッファー１８の一方のチャンバー２１の
内部圧力は、当初、燃料電池１の運転中の圧力と等しく
なっており、燃料電池１の運転停止に伴ってそのチャン
バー２１から水素ガスが放出されるので、その圧力が低
下する。しかしながらピストン２０によって区画された
他方のチャンバー２２が大気に開放されているために、
水素ガスの消費による圧力の低下によって、ピストン２
０が一方のチャンバー２１側に移動するので、前記一方
のチャンバー２１は大気圧に維持される。

【００２０】上述のように、燃料電池１の運転の停止時
には、バッファー１８から水素ガスを供給しつつ水素と
酸素との反応が継続するが、その反応は、空気流路８内
の酸素が消費し尽くされることにより停止する。したが
って遮断弁１３，１４，１７，２４を閉じた後に空気流
路８中の酸素と反応する量に見合った量の水素ガスをバ
ッファー１８から供給するように構成することにより、
すなわちバッファー１８における前記一方のチャンバー
２１の容積を、そのような容量に設定することにより、
燃料ガス流路９の内部圧力が燃料電池１の外部の圧力す
なわち大気圧以下に低下することが防止される。

【００２１】なお、空気流路８においても、酸素が消費
されることによりその内部圧力が低下するが、前述した
ように空気は大気圧以上に加圧して（例えば１．５気圧
程度）供給し、しかも空気中の酸素の量は１／５である
から、上述のように残存空気と残存水素ガスとが反応し
ても、空気流路８の内部圧力が大気圧以下に低下するこ
とはない。

【００２２】したがって上述した燃料電池装置では、各
遮断弁１３，１４，１７，２４を閉じて燃料電池１の運
転を停止した後においても、空気流路８や燃料ガス流路
９の内部圧力が大気圧以下に低下することがないので、
燃料電池１の運転停止中に燃料ガス流路９の内部に空気
が進入することが防止される。そのため、上記の燃料電
池装置では、運転停止時に窒素ガスなどの不活性ガスに
よって内部をパージする必要がなく、したがって不活性
ガスボンベを用意する必要がないために、車両用の燃料
電池装置として構成する場合には、車載性の良好なもの
とすることができる。また燃料電池１の運転停止中に燃
料ガス流路９に空気が侵入するおそれがないので、再起
動時にパージを行うことなく燃料ガスを供給し始めて
も、燃料ガス流路９の内部で燃料ガスの酸化反応が生じ
ないので、燃料電池の劣化を未然に防止することができ
る。

【００２３】ところで実用上、必要とする電力を得るた
めに、複数の燃料電池１を並列的に使用する場合があ
り、その場合、上述したバッファー１８は各燃料電池１
に個別に設けずに、各燃料電池１で共用する構成とする
ことが好ましい。図３はその一例を模式的に示してお
り、４組の燃料電池１が並列に配置されるとともに、そ
れぞれの燃料電池１には、上記の実施例におけると同様
に空気用の供給管１０と排出管１２、および燃料ガス用
の供給管１５と排出管２３とが設けられている。

【００２４】各燃料電池１における空気用の供給管１０
は、１本の集合管１０１に接続され、この集合管１０１
が空気供給源１１に接続されるとともに、遮断弁１３が
集合管１０１に介装されている。また各燃料電池１にお
ける空気用の排出管１２が排出用の集合管１２１に接続
され、この集合管１２１に遮断弁１４が介装されてい
る。さらに各燃料電池１における燃料ガス用の供給管１
５も同様に集合管１５１に接続され、この集合管１５１
を介して水素ガス源１６に連通されている。そしてこの
燃料ガス用の集合管１５１に遮断弁１７が介装されると
ともに、その遮断弁１７より下流側に前記バッファー１
８が分岐して接続されている。なお、このバッファー１
８は、４組の燃料電池１についてのものであるから、上
述した実施例におけるバッファーのほぼ４倍の容量に設
定されている。そして各燃料電池１の燃料ガス用の排出
管２３が同様に集合管２３１に接続され、この集合管２
３１に遮断弁２４が介装されている。

【００２５】したがって図３に示すように構成した燃料
電池装置においても、各遮断弁１３，１４，１７，２４
を閉じることにより、各燃料電池１に対する空気および
水素ガスの供給・排出が停止されるので、燃料電池１の
運転が止まる。その場合、各燃料電池１の内部に残存す
る空気および水素ガスの反応が継続して生じるが、残存
空気中の酸素が消費し尽くされるまでは、バッファー１
８から各燃料電池１に水素ガスが供給されるので、燃料
ガス流路９の内部が大気圧以下の低圧になることが防止
される。そのため外気が燃料電池１の内部に侵入するお
それがなく、また不活性ガスによるパージを特に行わな
くても、燃料電池装置を再起動することができる。

【００２６】図４および図５は、４組の燃料電池１を使
用した燃料電池装置におけるバッファー１８のより具体
的な例を示しており、燃料ガス用の配管ボックス２５を
挟んだ両側にそれぞれ一対の燃料電池１が配置されてお
り、この配管ボックス２５を挟んで対向する一対の燃料
電池１は、それぞれの燃料ガス供給管１５が対向する向
きに設定されている。配管ボックス２５には、中空状の
分配部２６が形成されており、各燃料電池１の燃料ガス
供給管１５はこの分配部２６連通されている。またこの
分配部２６には、水素ガス源に連通された燃料ガス供給
管２７が接続されている。すなわち水素ガス源からこの
燃料ガス供給管２７を介して分配部２６に水素ガスを供
給し、ここから各燃料電池１に水素ガスを分配供給する
ようになっている。

【００２７】また配管ボックス２５の内部には、シリン
ダ部２８が形成されており、その内部にピストン２９が
気密状態を維持して前後動するように収容されている。
このシリンダ部２８のうちピストン２９によって区画さ
れた一方のチャンバー３０が前記分配部２６に連通され
ており、また他方のチャンバー３１が大気に開放されて
いる。そしてその一方のチャンバー３０の容積は、各燃
料電池１に対する空気の供給を停止した後に残存する空
気中の酸素を消費するのに必要な水素ガスの容量以上に
設定されている。

【００２８】図４および図５に示してある状態は、燃料
電池装置を運転している状態であって、分配部２６に水
素ガスが供給されていることにより、ピストン２９が大
気開放のチャンバー３１側に移動して前記一方のチャン
バー３０が最大限に拡大され、水素ガスを貯留してい
る。また各燃料電池１には、この分配部２６から各燃料
ガス供給管２７を介して水素ガスが供給されている。燃
料電池装置の運転を止めるべく水素ガスの供給を止める
と、前述したように各燃料電池１の内部では残存ガスに
よる反応が継続的に生じ、水素ガスが消費されるが、各
燃料電池１での水素ガスの消費に応じてバッファー１８
から各燃料電池１に水素ガスが供給される。すなわちシ
リンダ部２８における一方のチャンバー３０から各燃料
電池１に水素ガスが送られ、それに伴ってチャンバー３
０の圧力が低下するために、ピストン２９が他方のチャ
ンバー３１における大気圧によって図４および図５の上
方向に移動し、燃料電池１の内部における燃料ガス流路
の大気圧以下の圧力への低下を防止する。したがって図
４および図５に示す構成においても、前述した各実施例
におけると同様に、不活性ガスによるパージが不要であ
るうえに、再起動時に直接燃料ガスを供給しても燃料電
池１の内部での燃焼が生じない。

【００２９】つぎにこの発明の更に他の実施例について
説明する。図６に示す例は、上記のバッファー１８に替
えて、燃料ガスの排ガスを再循環させる回路を設けたも
のである。すなわち燃料ガス排出管２３のうち遮断弁２
４より上流側の部分と燃料ガス供給管１５のうち遮断弁
１７より下流側の部分とを結ぶ排ガス循環経路４０が設
けられている。この循環経路４０のうち燃料ガス供給管
１５から分岐している箇所に遮断弁４１が設けられ、ま
た燃料ガス排出管２３から分岐している箇所に他の遮断
弁４２が設けられている。そしてこれらの遮断弁４１，
４２の間には、燃料ガスの排ガスを加圧するコンプレッ
サー４３と加圧された排ガスを溜めるパージタンク４４
とが設けられている。なお、図６の符号４５は圧力計で
あって、パージタンク４４に取り付けられている。ま
た、他の構成は図１に示す構成と同一なので、図６に図
１と同一の符号を付してその説明を省略する。

【００３０】図６に示す燃料電池装置は、燃料ガス供給
管１５に介装した遮断弁１７および燃料ガス排出管２３
に介装した遮断弁２４を開いて燃料電池１に連続的に燃
料ガス（水素ガス）を供給して運転される。なお、その
場合、酸化ガスとしての空気も同様にして連続的に供給
する。また排ガス循環経路４０に設けた各遮断弁４１，
４２は閉じておく。このようにして運転していた燃料電
池装置を停止する場合には、空気の給排系統における各
遮断弁を閉じるとともに、燃料ガス給排系統における上
記の各遮断弁１７，２４，４１，４２を下記のように開
閉制御する。

【００３１】図７はその制御ルーチンを示しており、運
転時における各遮断弁１７，２４，４１，４２の開閉状
態（ステップ１）から、先ず、燃料ガス供給管１５に介
装した遮断弁１７を閉じる（ステップ２）とともに、こ
の燃料ガス供給管１５から分岐させて接続してある遮断
弁４１を開く（ステップ３）。排ガス循環経路４０に介
装してあるパージタンク４４には、後述するように燃料
ガスの排ガスが充填されているので、遮断弁１７，４１
の開閉状態を上記のように切換えることにより、燃料ガ
ス源１６からの水素ガスに替えて残留水素ガスを含む排
ガスを、パージタンク４４から燃料電池１に対して供給
する。このような状態を予め定めた時間Ｔ1 の間、継続
する（ステップ４）。なお、このステップ４の制御は、
パージタンク４４の内部のガス量によって制御すること
もできる。そして所定時間Ｔ1 が経過した後に、燃料ガ
ス排出管２３に設けてある遮断弁２４を閉じて燃料電池
１を密閉する。

【００３２】したがって燃料電池１の内部に残存する酸
素が、残存水素ガスおよびパージタンク４４から供給さ
れる排ガス中の水素ガスと反応して次第にその量が減少
し、ついには、酸素が消費し尽くされて、水素と酸素と
の反応が停止する。すなわち残存酸素により消費される
量の水素ガスを、事前に貯留してあるパージタンク４４
から燃料電池１に対して供給するから、燃料電池１にお
ける燃料ガス流路の内部圧力が大気圧以下に低下した
り、あるいは過剰に低圧になることがない。そのため燃
料電池装置の停止中に外気が侵入するおそれがないの
で、不活性ガスによる燃料電池１のパージが不要であ
る。

【００３３】また一方、図６に示す構成の燃料電池装置
を再始動する場合には、空気の給排系統における各遮断
弁を開くとともに、燃料ガスの給排系統の各遮断弁１
７，２４，４１，４２を次のように開閉する。図８はそ
の制御ルーチンを示しており、先ず、燃料ガス供給管１
５に介装した遮断弁１７を開くとともに、燃料ガス排出
管２３に分岐させて接続してある遮断弁４２を開く（ス
テップ１０）。また同時にコンプレッサー４３を起動す
る（ステップ１１）。すなわち残留水素ガスを含む燃料
排ガスを排ガス循環経路４０に導いてパージタンク４４
に貯留する。この状態をパージタンク４４の内部圧力Ｐ
が予め定めた圧力Ｐ1 以上になるまで継続し（ステップ
１２）、しかる後に、コンプレッサー４３を停止する
（ステップ１３）とともに、燃料ガス排出管２３に介装
してある遮断弁２４を開き（ステップ１４）、かつコン
プレッサー４３の上流側の遮断弁４２を閉じる（ステッ
プ１５）。

【００３４】前述したように燃料電池１の停止中の内部
圧力は、外気とほぼ等しい大気圧であるから、その燃料
ガス流路に空気が侵入していることはなく、したがって
再始動時には、直ちに燃料ガスを供給し始めることがで
きる。またその際に生じる未燃料水素ガスを含む排ガス
をパージタンク４４に貯留し、停止時にこれをパージの
ためのガスとして使用する。

【００３５】なお、図６を参照して説明したように、燃
料電池１の停止時には、その内部の残存酸素との反応に
よる燃料ガスの減少を、その排ガスによって補って圧力
の低下を防止すれば、燃料電池１の停止中における外気
の侵入を防止できるのであるから、上述したコンプレッ
サー４３やパージタンク４４を省くこともできる。すな
わち燃料排ガスを供給側に導く循環経路を設けておき、
燃料電池１の停止時には、排出管２３を遮断弁２４によ
って先に閉じるとともに、燃料排ガスを供給側に循環さ
せて燃料電池１に送り込んで、残存酸素との反応による
燃料ガスの減少を補う。そして残存酸素との反応がほぼ
完了した時点で燃料排ガスの循環を停止して燃料電池１
の全体を密閉する。このような制御を行っても、図６に
示す装置と同様に、燃料排ガスを有効利用して燃料電池
１の内部圧力の低下および外気の侵入を防止することが
できる。

【００３６】なお、この発明は上述した実施例に限定さ
れないことは勿論であり、例えばバッファーは内部の圧
力によって容積が変化するものであればよいので、上述
したピストンを内蔵した構造以外のものであってもよ
く、また使用する燃料電池スタックの数を更に多数とし
たり、あるいは遮断弁に替えて三方弁などの適宜のバル
ブを使用することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、燃料電池に供給する燃料ガスを貯留し、かつ内部
圧力を外気圧とバランスさせるバッファーを設けたか
ら、運転停止中に残量ガスによる反応が燃料電池の内部
で生じたとしても、バッファーから燃料ガスを供給して
内部圧力の低下を防止できる。したがってこの発明によ
れば、内部圧力の低下による外気の侵入を未然に防止で
き、そのため不活性ガスによるパージが不要となって不
活性ガスボンベを用意する必要がなく、ひいては車載性
の良好な燃料電池装置とすることができる。

【００３８】また請求項２に記載した発明によれば、運
転停止時に燃料排ガスを供給側に循環させて燃料電池に
送り込むから、残存ガスによる反応が生じても内部圧力
を大気圧程度に維持でき、そのため請求項１における発
明と同様に、不活性ガスによるパージやそのための不活
性ガスボンベが不要であり、その結果、車載性の良好に
燃料電池とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を説明するための模式図で
ある。

【図２】単電池の一部を示す模式的な断面図である。

【図３】４組の燃料電池を使用した例を示す模式図であ
る。

【図４】配管ボックスを使用した例を示す模式図であ
る。

【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】燃料排ガスを循環させるように構成した例を示
す系統図である。

【図７】運転停止時の遮断弁の制御ルーチンの一例を示
すフローチャートである。

【図８】運転停止時の遮断弁の制御ルーチンの一例を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 燃料電池 ３ 固体電解質 ４，５ 電極 ８ 空気流路 ９ 燃料ガス流路 １０ 空気供給管 １１ 空気供給源 １２ 排出管 １３，１４，１７，２４ 遮断弁 １５ 燃料ガス供給管 １８ バッファー ２３ 燃料ガス排出管 ２５ 配管ボックス ２９ ピストン ３０，３１ チャンバー ４０ 排ガス循環経路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスを電離させて生じたイオンを透
   過させる電解質膜を介して燃料ガスと酸化ガスとを電気
   化学的に反応させることにより起電力を得る燃料電池
   と、その燃料電池に対して燃料ガスを供給する燃料ガス
   供給路と、前記燃料電池に対して酸化ガスを供給する酸
   化ガス供給路と、使用済み燃料ガスを燃料電池から排出
   する燃料ガス排出路と、使用済み酸化ガスを燃料電池か
   ら排出する酸化ガス排出路とを備えた燃料電池装置にお
   いて、 前記各ガス供給路とガス排出路とを選択的に遮断する遮
   断弁が各ガス供給路とガス排出路とに個別に設けられ、
   かつ前記燃料ガス供給路から燃料ガス排出路に至る燃料
   ガス流通路内のガスを該燃料ガス流通路の圧力に応じて
   貯留および放出する貯留部が、燃料ガス供給路における
   遮断弁から燃料ガス排出路における遮断弁までの間の所
   定箇所に連通させて設けられていることを特徴とする燃
   料電池装置。
2. 【請求項２】 燃料ガスを電離させて生じたイオンを透
   過させる電解質膜を介して燃料ガスと酸化ガスとを電気
   化学的に反応させることにより起電力を得る燃料電池
   と、その燃料電池に対して燃料ガスを供給する燃料ガス
   供給路と、前記燃料電池に対して酸化ガスを供給する酸
   化ガス供給路と、使用済み燃料ガスを燃料電池から排出
   する燃料ガス排出路と、使用済み酸化ガスを燃料電池か
   ら排出する酸化ガス排出路とを備えた燃料電池装置にお
   いて、 前記各ガス供給路とガス排出路とを選択的に遮断する遮
   断弁が各ガス供給路とガス排出路とに個別に設けられ、
   かつ前記燃料ガス排出路を流れるガスを前記燃料ガス供
   給路に還流させる還流手段が設けられていることを特徴
   とする燃料電池装置。