WO2005067089A1

WO2005067089A1 - 燃料電池システムおよびその運転方法

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Publication number: WO2005067089A1
Application number: PCT/JP2005/000263
Authority: WO
Inventors: Naohiro Yoshida
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2005-07-21
Also published as: KR100799725B1; EP1703579A4; CN1973392A; CN100454639C; JP4788989B2; US7537847B2; JP2005197085A; US20060228601A1; EP1703579A1; KR20060112679A; EP1703579B1

Abstract

本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池のアノード入口への燃料ガス供給を遮断する燃料ガス供給遮断装置と、燃料電池のアノード出口からのアノードオフガスを遮断するアノードオフガス遮断装置を備える。燃料ガス供給遮断装置はシステムの異常発生時にアノード入口への燃料ガス供給を遮断する一方で、アノードオフガス遮断装置はシステムの異常発生時にアノード出口を開放しておき、所定の条件が満たされた後にアノードオフガスを遮断する。

Description

明細書燃料電池システムおよびその運転方法技術分野

本発明は燃料電池システムおよびその運転方法に関し、特に、システム異常停止時におけるアノードオフガスの排気処理技術に関する。背景技術

燃料電池システムは可燃性の燃料ガス（水素リッチガス）を使用して電力発電を行うため、システムの異常発生時においては、燃料電池への燃料ガス供給を遮断してシステムの安全を確保する必要がある。例えば、特開昭 6 1 - 1 4 7 4 6 5号公報には、燃料電池の運転トラブルによる緊急停止時において、燃料電池スタックのアノード極及び力ソード極の各々の入口及び出口に配設された電磁弁を閉弁するとともに、アノード極及び力ソード極の各々を不活性ガスバッファタンクと連結するように構成し、緊急停止時に生じる両極間の差圧を最小限に抑えて燃料電池を保護する技術が提案されている。

[特許文献 1 ] 特開昭 6 1— 1 4 7 4 6 5号公報発明の開示

しかし、燃料電池のアノードガスチャンネルが燃料ガスで加圧された状態でアノード入口及び出口の電磁弁が閉弁されると、燃料ガスが電解質膜を通過してカソードガスチャンネルへクロスリークする場合が生じ得る。また、このような場合、安全点検確認後にシステムを再起動する際に、エアコンプレッサで力ソードガスチャンネルへ加圧エアを供給しても、力ソードガスチヤンネルにクロスリークした燃料ガスは十分な濃度に希釈されないまま押し出されるようにしてシステム外に排気される虞がある。

そこで、本発明は上述の問題を解決し、システム異常停止時における燃料ガスの力ソードガスチャンネルへのクロスリークを低減することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池のアノード入口への燃料ガス供給を遮断する燃料ガス供給遮断装置と、燃料電池のァノ一ド出口からのアノードオフガスを遮断するアノードオフガス遮断装置と、を備え、燃料ガス供給遮断装置はシステムの異常発生時にァノ一ド入口への燃料ガス供給を遮断する一方で、アノードオフガス排気遮断装置はシステムの異常が発生してから所定の条件が満たされるまでァノ一ド出口の開放を維持する。また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であつて、システムの異常発生時に燃料電池のアノード入口への燃料ガス供給を遮断する一方で、システムの異常が発生してから所定の条件が満たされるまでアノード出口の開放を維持する。

以上の構成によれば、システム異常が発生すると、所定の条件が満たされるまでアノード出口の開放を維持することで、アノードガスチャンネル内の残存アノードガス（水素）を低減し、力ソードガスチャンネルへのアノードガスのクロスリークを抑制できる。また、システム再起動時におけるカソードガスチャンネルからの高濃度水素ガスの排気を低減できる。ここで、「ァノード出口の開放を維持する」とは、アノードオフガス遮断装置によるァノード出口の遮断を禁止することを意味する。また、「システム異常発生時」とは、燃料電池システムに関係するシステム異常を検出したときだけでなくシステム異常を検出して燃料電池システムの異常対応モード（フェールセ一フモード）を作動させたときを含むものとする。ここで、「所定の条件」とは、システム異常停止時に燃料電池内部（例えば、アノードガスチャンネル）に残留するアノードガスの残存量が所定量以下に達するための条件をいう。具体例として、例えば（1 ) アノードガスチヤンネルの内圧が所定圧力以下に達すること、（2 ) システムの異常が発生した時点から所定時間経過すること、（3 ) システム異常停止時にアノード出口から排気されるァノードオフガス流量の積算値が所定流量を超えたこと、

( 4 ) システム異常停止時にアノード出口から排気されるアノードオフガスの水素濃度が所定濃度以下に達したこと、（5 ) システム異常停止時にァノ一ド出口から排気されるアノードオフガスの温度が所定温度以下に達したこと、等の条件を設定できる。フェールセーフモードの一例として、例えば、アノード入口への燃料ガス供給を遮断する場合、アノード入口への燃料ガス供給を遮断した時点から所定時間経過するまでアノード出口の開放を維持することを「所定の条件」としてもよい。

上述の燃料電池システムの構成に加えて、アノード出口から排気されるァノードオフガスを吸引する吸引装置を更に備え、この吸引装置はアノード出口が開放されている間はアノード出口から排気されるアノードオフガスを吸引するように構成するのが好ましい。また、上述の燃料電池システムの運転方法の構成に加えて、アノード出口が開放されている間はアノード出口から排気されるアノードオフガスを吸引するように構成してもよい。これらの構成により、アノード出口を開放している時間を短縮できる。

吸引装置としては、例えば、アノード出口から排気されたアノードオフガスをアノード入口に還流させるための循環ポンプが好適である。水素循環系に設置されている既存の循環ポンプを利用すれば、新たな装置を追加することなく、アノードオフガスの吸引を可能にできる。

上述の燃料電池システムの構成に加えて、アノード出口から排気されたァノードオフガスの水素濃度を低減する水素濃度低減装置を更に備えるのが好ましい。また、上述の燃料電池システムの運転方法の構成に加えて、ァノード出口から排気されたアノードオフガスの水素濃度を低減するように構成してもよい。これらの構成により、アノードオフガスの水素濃度を十分に低減した上でシステム外に排気できる。

上述の燃料電池システムの構成に加えて、燃料電池の力ソード入口に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給装置と、燃料電池の力ソード出口から排気されたカソードオフガスを水素濃度低減装置に導入するためのカソードォフガス流路を更に備え、酸化ガス供給装置はシステムの異常が発生してからアノード出口が開放されている期間において、カソード入口へ酸化ガスを継続的に供給することによりカソード出口から排気されたカソードオフガスを水素濃度低減装置に導入するように構成するのが望ましい。また、上述の燃料電池システムの運転方法の構成に加えて、システムの異常が発生してからアノード出口が開放されている期間は、カソード入口へ酸化ガスを継続的に供給することによりカソード出口から排気されるカソードオフガスにて、ァノード出口から排気されたアノードオフガスの水素濃度を低減するように構成してもよい。これらの構成により、アノードオフガスを希釈又は燃焼するために必要なガスを水素濃度低減装置に供給することができ、アノードオフガスの水素濃度を安定して低減することができる。

図面の簡単な説明

図 1は、本実施形態の燃料電池システムの主要構成図。

図 2は、アノードオフガスの排気処理手順を示す第一の制御ルーチン。図 3は、アノードオフガスの排気処理手順を示す第二の制御ルーチン。

発明を実施するための最良の形態

図 1は本実施形態の燃料電池システムの主要構成図を示している。燃料電池システム 1 0は燃料電池電気自動車（FCEV) に搭載されて電力発電を行うオンボード発電装置として構成されており、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて電力発電を行う燃料電池 20を備えている。燃料電池 20はフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜等から成る高分子電解質膜 2 1の一方の面にアノード極 2 2を、他方の面にカソード極 2 3をスクリーン印刷等で形成した膜 ·電極接合体（ME A) 24を備えている。膜 ·電極接合体 24の両面はリブ付セパレータ（図示せず）によってサンドイッチされ、このセパレータとアノード極 2 2及び力ソード極 2 3との間にそれぞれ溝状のアノードガスチャンネル 2 5及び力ソードガスチャンネル 2 6を形成している。アノード極 2 2では（1) 式の酸化反応が生じ、力ソード極 2 3では（2) 式の還元反応が生じる。燃料電池 20全体としては（3) 式の起電反応が生じる。

H₂ → 2 H⁺+ 2 e -… ( 1 )

(1/2) 0₂+ 2 H⁺+ 2 e- → H₂0 ··■ (2)

H₂+ (1/2) 0₂ → H₂0 ··· (3)

尚、同図では説明の便宜上、膜 ·電極接合体 24、アノードガスチャンネノレ 2 5、及び力ソードガスチャンネル 2 6から成る単セルの構造を模式的に図示しているが、実際には上述したリブ付セパレータを介して複数の単セルが直列に接続したスタック構造を具備している。

燃料電池システム 1 0の酸化ガス供給系統には、力ソードガスチャンネル 2 6に酸化ガスを供給するための酸化ガス流路 4 1と、力ソードガスチャンネル 2 6から流出する力ソードオフガス（酸素オフガス）を排気するための力ソードオフガス流路 4 2が配管されている。力ソードオフガスとは、カソード出口から排気される排気ガスをいう。酸化ガス流路 4 1には力ソード入口に流入する酸化ガスを遮断する力ソード入口バルブ B 1が配設され、カソ一ドオフガス流路 4 2には力ソード出口から流出するカソードオフガスを遮断するカソード出口バルブ B 2が配設されている。これらのバルブ B 1〜B 2は、例えば、シャットバルブ（電磁弁）等から構成されている。バルブ B 1はカソ一ド入口への酸化ガス供給を遮断する酸化ガス供給遮断装置として機能し、バルブ B 2はカソード出口からのカソードオフガス排気を遮断する力ソードオフガス排気遮断装置として機能する。エアフィルタ 5 1を介して大気から取り込まれたエアは、モータ M 2によって駆動されるエアコンプレッサ（酸化ガス供給装置） C 2にて加圧された後、加湿器 5 2にて適度に過湿され、酸化ガス流路 4 1を経由して力ソードガスチャンネル 2 6に流れ込む。加湿器 5 2では燃料電池 2 0の電池反応で生じた生成水によって高湿潤状態となった力ソードオフガスと、大気より取り込んだ低湿潤状態の酸化ガスとの間で水分交換が行われる。力ソードオフガス流路 4 2を流れるカソードオフガスは車外に排気される。

一方、燃料電池システム 1 0の燃料ガス供給系統には、アノードガスチヤンネル 2 5に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路 3 1と、アノードガスチャンネル 2 5から排気されるアノードオフガス（水素オフガス）をァノード極 2 2に還流させるための循環流路 3 2が配管されている。アノードオフガスとは、アノード出口から排気される排気ガスをいう。燃料ガス流路 3 1 と循環流路 3 2とによって水素循環系統が構成されている。燃料ガス流路 3 1には、水素高圧タンク 5 3のタンクバルブ（元栓バルブ） A 1と、燃料ガスの圧力調整を行うレギユレータ A 6と、水素高圧タンク 5 3から燃料ガス流路 3 1への燃料ガス供給遮断を制御する供給バルブ A 2と、アノード入口へ流入する燃料ガスを遮断するアノード入口バルブ A 3と、アノードガスチャンネル 2 5の内圧（ガス圧）を検出する圧力センサ Pが配設されている。これらのバルブ A 1〜A 3は、例えば、シャットバルブ（電磁弁）等から構成されており、アノード入口への燃料ガス供給を遮断する燃料ガス供給遮断装置として機能する。循環流路 3 2には、アノード出口から流出するアノードオフガスの排気を遮断するアノード出口バルブ A 4と、アノードオフガスを燃料ガス流路 3 1 に還流させる循環ポンプ C 1が配設されている。アノードガスチャンネル 2 5を通過する際に圧力損失を受けたアノードオフガスはモータ M lによって駆動される循環ポンプ C 1によって適度な圧力にまで昇圧され、燃料ガス流路 3 1に導かれる。循環流路 3 2には、循環水素に含まれる水素以外の成分濃度が高くなつた時点でアノードオフガスの一部を循環流路 3 2からシステム外にパージするためのアノードオフガス流路 3 3が分岐配管されている。アノードオフガスのパージ操作はアノードオフガス流路 3 3に設置された水素排気バルブ A 5によって調整できるように構成されている。循環流路 3 2 とアノードオフガス流路 3 3とによって、アノードオフガスの排気系統が構成されている。上述のバルブ A 4〜A 5は、例えば、シャットバルブ（電磁弁）等から構成されており、アノード出口からのアノードオフガスの排気を遮断するアノードオフガス遮断装置として機能する。

アノードオフガス流路 3 3の経路上には、アノードオフガス（被希釈ガス）と力ソードオフガスの一部（希釈ガス）を混合希釈することによって、アノードオフガスの水素濃度を低減するための希釈器 5 4が配設されている。力ソードオフガス流路 4 2には希釈器 5 4に連通する分岐流路 4 3が分岐配管されており、カソードオフガスの一部を希釈エアとして希釈器 5 4に導いている。アノードオフガスの排気系統に設置される水素濃度低減装置としては、上述した希釈器 5 4の他に、例えば、触媒燃焼器（水素燃焼器）等も好適である。

制御部 6 0はシステム全体を制御するとともに、システム異常の発生時においては、後述するアノードオフガスの排気処理手順に従って、圧力センサ Pからのセンサ信号に基づいてアノードガスチャンネル 2 5の内圧を監視しつつ、必要に応じてモータ M l、 M 2を駆動制御して循環ポンプ C 1、エアコンプレッサ C 2の回転数を調整し、上述したバルブ A 1〜A 6の閉弁操作 (ガス遮断操作）を行うことにより、システム停止処理を実行する。

次に、システム異常発生時におけるアノードオフガスの排気処理について、その概要を説明する。

( 1 ) 燃料電池システム 1 0の主要装置又は補機部品等が温度、圧力、電圧、電流、水素安全、高電圧安全等に関する異常診断において異常と判断され、システム停止が行われる場合、制御部 6 0は燃料ガス供給系統に配設されたバルブ A 1 ~ A 3を閉弁して、燃料電池 2 0への燃料ガス供給を遮断する。

( 2 ) 制御部 6 0はアノードガスチャンネル 2 5の内圧が所定圧以下まで降圧するか、又はシステムの異常が発生した時点から所定時間経過する迄の間

(例えば、バルブ A 1〜A 3の閉弁時から所定時間経過する迄の間）、ァノ一ド出口を強制的に開放する。システム停止時にアノード出口を暫らく強制的に開放することにより、アノードガスチャンネル 2 5に滞留するアノードオフガスは高分子電解質膜 2 1を透過して力ソードガスチャンネル 2 6にクロスリークすることなく、電池外に排気される。電池外に排気されたァノードオフガスは希釈器 5 4に流入する。システム異常停止時に力ソードガスチヤンネル 2 6にクロスリークした水素ガスがシステム再起動時に力ソードガスチャンネノレ 2 6から高濃度水素ガスとして排気されないように十分に希釈することはシステムの安全性等を確保する上で必要な課題であるから、ァノ —ドオフガスを上述のように排気処理することによって、この課題を解決することもできる。

( 3 ) システム停止を行う場合、全ての補機類は作動を停止させるのが望ましいが、エアコンプレッサ C 2が作動可能な状態では、エアコンプレッサ C 2を作動させて加圧エアを希釈器 5 4に導入するのが望ましい。これによつて、希釈器 5 4に滞留しているアノードオフガスを十分な濃度まで希釈できる。 (4) 更に、循環ポンプ C 1の下流側に水素排気バルブ A 5が設置されているようなシステム構成（例えば、図 1に示すようなシステム構成）であって、かつ循環ポンプ C 1を作動できる状態では、循環ポンプ C 1を作動させてァノードオフガスの電池外への排気を促進する（強制排気を行う）のがより好ましい。このように、アノードオフガスを強制排気することで、アノード出口を開放している時間を短縮することが可能となり、システム停止処理を短時間で行うことができる。循環ポンプ C 1はアノード出口から強制的にァノ一ドオフガスを吸引する吸引装置として機能する。

但し、循環ポンプ C 1の上流側に水素排気バルブ A 5が設置されているようなシステム構成（例えば、図 1の位置 Dに循環ポンプ C 1が設置されているようなシステム構成）では、循環ポンプ C 1を作動させてもアノードオフガスを強制排気できないため、循環ポンプ C 1を作動させる必要はない。

(5) ァノードガスチャンネル 25の内圧がクロスリークを起こさない圧力まで十分に低下したならば、バルブ A 4〜A 5を閉弁し、アノードオフガスの排気系統を遮断する。これにより、システム停止処理が完了する。

図 2はシステム異常停止時の制御手順を記述した第一の制御ルーチンである。

同制御ルーチンは循環ポンプ C 1の下流側に水素排気バルブ A 5が設置されているようなシステム構成であって、かつ循環ポンプ C 1を作動できる状態を想定している。

主制御プログラムの中で同制御ルーチンが呼び出されると、制御部 60はシステム異常発生の有無をチェックする（S 101)。システム異常発生の有無は温度、圧力、電圧、電流、水素安全、高電圧安全等に関する異常診断プログラムによってチェックされる。ここで、「異常あり」と判断されると (S 10 1 ; YES)、制御部 60はバルブ A 1〜A 3を閉弁し、燃料ガス供給系統を遮断する（S 102)。このとき、アノード出口は開放された状態にある。次いで、循環ポンプ C 1を作動させて、アノードオフガスを希釈器 54へ強制排気する（S 103)。

次いで、エアコンプレッサ C 2が作動可能であるか否かをチェックする (S 104)。作動可能であるならば（S 104 ； YE S,)、エアコンプレツサ C 2を作動させ、希釈器 54に希釈エアを導入してアノードオフガスを希釈する（S 105)。次いで、圧力センサ Pが検出したアノードガスチャンネル 25の内圧 P Aと、予め定められた閾値 P tとを比較し、 PA≤P tであるか否かをチェックする（S 106)。閾値 P tとしては、アノードオフガスがクロスリークしない程度の圧力値に設定するのが好ましい。内圧 PA が閾値 P t以下となると（S 106 ； YE S)、アノードオフガスの排気系統に配設されているバルブ A 4〜A 5を閉弁し、アノードオフガスの排気を遮断する（S 107)。次いで、エアコンプレッサ C 2と循環ポンプ C 1を順次停止させる（S 108, S 109 ) ₀

一方、エアコンプレッサ C 2が、例えば電源系の異常等によって作動不能である場合には（S 104 ; NO)、エアコンプレッサ C 2が停止したままの状態で、内圧 P Aと閾値 P tとを比較し、 PA P tであるか否かをチェックする（S 1 10)。内圧 PAが閾値 P t以下となると（S 1 10 ； YE S)、制御部 60はバルブ A 4〜A 5を閉弁し（S I 1 1)、更に循環ポンプ C 1を停止させる（S 109)。

図 3はシステム異常停止時の制御手順を記述した第二の制御ルーチンである。

同制御ルーチンの S 201〜S 21 1は第一制御ルーチンの S 101〜 S 1 1 1に対応している。

主制御プログラムの中で同制御ルーチンが呼び出されると、制御部 60はシステム異常発生の有無をチェックする（S 20 1)。ここで、「異常あり」と判断されると（S 201 ； YES), 制御部 60はバルブ A 1〜A3を閉弁し、燃料ガス供給系統を遮断する（S 202)。このと.き、アノード出口は開放された状態にある。次いで、循環ポンプ C 1を作動させて、アノードオフガスを希釈器 54へ強制排気する（S 203)。次いで、エアコンプレッサ C 2が作動可能であるか否かをチェックする（S 204)。作動可能であるならば（S 204 ; YES)、エアコンプレッサ C 2を作動させ、希釈器 54に希釈エアを導入してアノードオフガスを希釈する（S 205)。次いで、燃料ガス供給系統を遮断した時点からの経過時間 tと、予め定められた閾値 t lを比較し、 t≥ t 1であるか否かをチェックする（S 20 6)。閾値 t lとしては、アノードオフガスがクロスリークしない程度の時間に設定するのが好ましい。経過時間 tが閾値 t 1以上となると（S 20 6 ； YES)、アノードオフガスの排気系統に配設されているバルブ A4〜 A 5を閉弁し、アノードオフガスの排気を遮断する（S 207)。次いで、エアコンプレッサ C 2と循環ポンプ C 1を順次停止させる（S 208， S 2 09)。

一方、エアコンプレッサ C 2が、例えば電源系の異常等によって作動不能である場合には（S 204 ； NO), エアコンプレッサ C 2が停止したままの状態で、燃料ガス供給系統を遮断した時点からの経過時間 tと、予め定められた閾値 t 2を比較し、 t≥ t 2であるか否かをチェックする（S 2 1 0)。閾値 t 2としては、エアコンプレッサ C 2が作動不能であることを考慮して、閾値 t 1よりも長めの時間に設定するのがよい。経過時間 tが閾値 t 2以上となると（S 210 ； YES), アノードオフガスの排気系統に配設されているバルブ A4〜A 5を閉弁し（S 2 1 1)、次いで、循環ポンプ C 1を停止させる（S 209)。

このように、燃料ガス供給遮断装置（バルブ A 1〜A3) を制御して、了ノード入口への燃料ガス供給を遮断する一方で、アノード出口を強制的に暫らく開放しておき、アノードガスチャンネル 25の内圧が所定圧力 P t以下に達した後、又は所定時間 t l (若しくは 1: 2 ) を経過した後にアノード出口からのアノードオフガスの排気を遮断するようにアノードオフガス遮断装置（バルブ A 4〜A 5 ) を制御することで、アノードガスチャンネル 2 5内の残存水素圧を低減し、力ソードガスチャンネル 2 6へのアノードオフガスのクロスリークを抑制できる。これにより、システム再起動時におけるカソ一ドガスチャンネル 2 6からの高濃度水素の排気を抑制することが可能となる。

また、アノードオフガスの排気系統に設置された循環ポンプ C 1のポンプ作用（吸引作用）によって、アノード出口からアノードオフガスを吸引し、電池外へ強制的に排気できるため、アノード出口の開放時間を短縮できる。また、アノードオフガスの排気系統に希釈器 5 4等の水素濃度低減装置を設置することで、アノードオフガスの水素濃度を十分に低減した上でシステム外に排気できる。即ち、システム異常停止時には、タンクバルブ A 1、供給バルブ A 2、及びアノード入口バルブ A 3を閉弁するとともに、アノード出口バルブ A 4と水素排気バルブ A 5を開弁し、循環ポンプ C 1を作動させてアノード内の残留ガスを電池外に排出させる。循環ポンプ C 1が作動している問は力ソード入口バルブ B 1と力ソード出口バルブ B 2を開弁状態に維持しつつ、エアコンプレッサ C 2を作動させることによって、力ソードガスチヤンネル 2 6にエアを供給し、力ソード下流に配設された希釈器 5 4に希釈エアを導入するのが好ましい。これにより、システム異常停止時に希釈器 5 4に流入したアノードオフガスを十分に希釈できる。アノードガスチャンネノレ 2 5内部のアノードガス残存量が所定量以下に低減したならば、アノード出口バルブ A 4と水素排気バルブ A 5を閉弁するとともに循環ポンプ C 1を停止させる。

尚、本実施形態においては（1 ) アノードガスチャンネルの内圧が所定圧力以下に達すること、又は（2 ) システムの異常が発生した時点から所定時間経過することを条件として、システム異常停止時における燃料電池内部のアノードガスの残存量が所定量以下に達したか否かをチェックする場合を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、アノードガスの残存量に関連する物理量を検出することによって、アノードガスの残存量が所定量以下に達したか否かを判定してもよい。例えば、（3 ) システム異常停止時にアノード出口から排気されるアノードオフガス流量の積算値が所定流量を超えたこと、（4 ) システム異常停止時にアノード出口から排気されるァノードオフガスの水素濃度が所定濃度以下に達したこと、（5 ) システム異常停止時にアノード出口から排気されるアノードオフガスの温度が所定温度以下に達したこと、などを条件として、システム異常停止時における燃料電池内部のアノードガスの残存量が所定量以下に達したか否かをチェックしてもよレ、。

また、本実施形態の構成において循環流路 3 2や循環ポンプ C 1を省略し、アノードオフガス遮断装置（バルブ A 4又は A 5の少なくとも何れか一つ）を介してアノードオフガスをシステム外に排気するようにシステム構成を変形してもよい。また、アノード出口が開放されている期間では循環ポンプ C 1の作動を停止してもよい。また、循環流路 3 2の上流にシステム外に連通するバイパス通路を設けておき、システム異常停止処理中にこのバイパス通路を開放してもよい。また、希釈器 5 4の代わりにコンパスタ（触媒）を設置してもよい。更に、力ソード側のエアコンプレッサ C 2の作動や、希釈器 5 4への力ソードオフガスの供給をそれぞれ省略してもよい。産業上の利用可能性

本発明は、システム異常が発生すると所定の条件が満たされるまでァノード出口の開放を維持することで、アノードガスチャンネル内の残存アノードガス圧を低減し、力ソードガスチャンネルへのァノードガスのクロスリークを抑制できる。よって、システム再起動時における力ソードガスチャンネルからの高濃度水素ガスの排気を低減することが要求される燃料電池システムに有用であり、そのような燃料電池システムに広く利用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、

前記燃料電池のアノード入口への燃料ガス供給を遮断する燃料ガス供給遮断装置と、

前記燃料電池のアノード出口からのアノードオフガスを遮断するアノードオフガス遮断装置と、を備え、

前記燃料ガス供給遮断装置はシステムの異常発生時に前記アノード入口への燃料ガス供給を遮断する一方で、

前記アノードオフガス遮断装置はシステムの異常が発生してから所定の条件が満たされるまで前記アノード出口の開放を維持する、燃料電池システム。

2 . 請求項 1に記載の燃料電池システムであって、

前記所定の条件はアノードガスチャンネルの内圧が所定圧力以下に達することである、燃料電池システム。

3 . 請求項 1に記載の燃料電池システムであって、

前記所定の条件はシステムの異常が発生した時点から所定時間経過することである、燃料電池システム。

4 . 請求項 1乃至請求項 3のうち何れか 1項に記載の燃料電池システムでめって、

前記アノード出口から排気されるアノードオフガスを吸引する吸引装置を更に備え、

前記吸引装置は前記アノード出口が開放されている問は前記アノード出口から排気されるアノードオフガスを吸引する、燃料電池システム。

5 . 請求項 4に記載の燃料電池システムであって、

前記吸引装置は前記アノード出口から排気されたアノードオフガスを前記アノード入口に還流させるための循環ポンプである、燃料電池システム。

6 . 請求項 1乃至請求項 3のうち何れか 1項に記載の燃料電池システムであって、

前記アノード出口から排気されたアノードオフガスの水素濃度を低減する水素濃度低減装置を更に備える、燃料電池システム。

7 . 請求項 6に記載の燃料電池システムであって、

前記燃料電池の力ソード入口に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給装置と、

前記燃料電池のカソード出口から排気されたカソードオフガスを前記水素濃度低減装置に導入するための力ソードオフガス流路を更に備え、

前記酸化ガス供給装置はシステムの異常が発生してから前記アノード出口が開放されている期間において、前記カソード入口へ酸化ガスを継続的に供給することにより前記カソード出口から排気されたカソードオフガスを前記水素濃度低減装置に導入する、燃料電池システム。

8 . 燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、

システムの異常発生時に燃料電池のアノード入口への燃料ガス供給を遮断する一方で、

システムの異常が発生してから所定の条件が満たされるまでァノード出口の開放を維持する、燃料電池システムの運転方法。

9 . 請求項 8に記載の燃料電池システムの運転方法であって、

前記アノード出口が開放されている間は前記アノード出口から排気されるアノードオフガスを吸引する、燃料電池システムの運転方法。

1 0 . 請求項 8又は請求項 9に記載の燃料電池システムの運転方法であつて、

前記アノード出口から排気されたアノードオフガスの水素濃度を低減する、燃料電池システムの運転方法。

1 1 . 請求項 8又は 9に記載の燃料電池システムの運転方法であって、システムの異常が発生してから前記アノード出口が開放されている期間は、カソード入口へ酸化ガスを継続的に供給することにより前記力ソード出ロカら排気されるカソードオフガスにて、前記アノード出口から排気されたァノードオフガスの水素濃度を低減する、燃料電池システム。