WO2006054548A1

WO2006054548A1 - 燃料電池発電システムとその停止保管方法、停止保管プログラム

Info

Publication number: WO2006054548A1
Application number: PCT/JP2005/020936
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Chizawa; Yasuji Ogami
Original assignee: Toshiba Fuel Cell Power Systems Corporation
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2006-05-26
Also published as: US20090148730A1; DE112005002853B4; JP2006147250A; JP4907861B2; KR20070085778A; DE112005002853T5; KR100856016B1; US8173314B2

Description

明細書

燃料電池発電システムとその停止保管方法、停止保管プログラム技術分野

[0001] 本発明は、単電池を複数積層して構成される燃料電池スタックに燃料および酸ィ匕剤をそれぞれ供給して電気化学反応により発電を行う燃料電池システム、とその発電停止時に、停止状態を保ってそれを管理するための、発電停止保管技術に関するものである。

背景技術

[0002] 燃料電池発電システムは、水素等の燃料と空気等の酸化剤を燃料電池本体に供給して、電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギーを電気エネルギ一に直接変換して外部へ取り出す発電装置である。この燃料電池発電システムは、比較的小型であるにもかかわらず、高効率で、環境性に優れるという特徴を持つ。また、発電に伴う発熱を温水や蒸気として回収することにより、コージェネレーションシステムとしての適用が可能である。

[0003] このような燃料電池本体は、電解質の違い等により様々なタイプのものに分類されるが、中でも、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子形燃料電池は、低温動作性や高出力密度等の特徴から、一般家庭用を視野に入れた小型コージェネレーシヨンシステムや電気自動車用の動力源としての用途に適しており、今後、巿場規模が急激に拡大することが予想されて、る。

[0004] この固体高分子形燃料電池発電システムは、一般家庭用の小型コージエネレーシヨンシステムを例にとると、都市ガスや LPG等に代表される炭化水素系燃料から水素含有ガスを製造する改質装置、改質装置で製造された水素含有ガスと大気中の空気を燃料極および酸化剤極にそれぞれ供給して起電力を発生させる燃料電池スタツク、燃料電池スタックで発生した電気エネルギーを外部負荷に供給する電気制御装置、および発電に伴う発熱を回収する熱利用系等力構成されている。

[0005] このように、燃料電池発電システムの運転には燃料の投入が前提となるため、燃料投入量に対する発電量で定義される発電効率が高いほど、燃料使用量の削減が実現でき、ユーザメリットが高くなる。したがって、発電効率が燃料電池発電システムの性能を示す指標となって、る。

[0006] この燃料電池発電システムにおいて、実際に発電機能を担っている燃料電池スタックには、運転に伴う様々な要因により経時的に電圧が低下し、結果として発電効率が低下するという問題がある。すなわち、燃料電池スタックの経時的な電圧低下を抑制することが、発電効率の高い燃料電池発電システムを提供する上で、最も重要なポイントとなっている。

[0007] 燃料電池発電システムは、ユーザの電力需要に応じて定期的に起動停止して運用するのが一般的である。反応ガスの供給停止を伴う停止保管時には燃料電池の燃料極と酸化剤極に外部から空気が混入する。燃料極と酸化剤極の両極に酸素が存在する状態のまま、起動時に燃料極に水素リッチガスを供給すると、局所的に酸ィ匕剤極触媒の劣化が生じ、燃料電池スタックの電圧低下を引き起こす。したがって、少なくとも酸化剤極の酸素分圧を予め低減させておく必要がある。

[0008] 酸化剤極の酸素分圧低減方法としては、燃料電池発電システムの起動前に窒素等で置換する方法や、燃料供給時に固定負荷を接続して力ソードの残存酸素を消費する方法等が知られている。また、燃料電池システムの停止保管時に酸化剤極を酸素雰囲気に保持すると、酸化剤極の高電位保持に起因する触媒のシンタリングや燃料極への酸素の透過による電解質膜の劣化が生じるため、停止保管時にも、前記方法により、酸化剤極を還元雰囲気にしておくことが好ましい。

[0009] 現状では、例えば、発電停止時に窒素パージ等により酸化剤極の酸素分圧を低減させた後、燃料電池を密封する方法が広く採用されている (例えば、特許文献 1 :特開 2004— 6166参照)。また、燃料電池に外部電源を接続して、水分を電気分解して酸化剤極に水素含有ガスを充填させた後、燃料電池を密封することにより、窒素パージによる方法で困難であった酸化剤極内部の残留酸素を完全に除去することが可能となる（例えば、特許文献 2：特開 2002— 93448参照)。

[0010] し力しながら、上述したような従来の燃料電池発電システムの停止保管方法には、次のような問題がある。

[0011] まず、特許文献 1に記載の方法にぉ、ては、シール材の経年劣化やシール機能の限界等の問題から、停止保管時に外部力微量の空気が徐々〖こ燃料電池内部に混入してしまい、その結果、還元雰囲気に保持される時間が短くなり、長期停止に対応できな、と!/、う問題がある。

[0012] また、特許文献 2に記載の方法では、特許文献 1につ、ての上記問題は改善されるものの、水分を電気分解して酸化剤極に水素を発生させるためには、燃料電池の燃料極へ印加する電圧を少なくとも標準状態での平衡電位 1. 22V以上に設定する必要があり、燃料極の高電位保持によって、触媒のシンタリングゃ担持体カーボンの腐食が生じ、触媒が劣化するという問題がある。

[0013] さらに、燃料極触媒として、良好な CO耐性を示すことが知られている PtRu等の合金触媒を使用する場合には、燃料極電位の上昇により、 Ru等の合金種の溶出が加速され、 CO耐性が低下するという問題も生じる。

[0014] また、固体高分子形燃料電池にお!ヽては、電解質膜に所定量の水分を含水保持させる必要があるため、停止保管時に水分を電気分解すると、水分の消費に伴う電解質膜の含水率の低下によって、再起動後の燃料電池の性能が低下するという問題がある。

[0015] 本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、長期に亘り燃料電池スタック内部の酸素分圧の上昇を抑制して、触媒の劣化を防止し、燃料電池発電システムの発電停止、停止保管に伴う燃料電池性能の低下を防止可能な、燃料電池発電システムとその停止保管方法、停止保管プログラムを提供することである。

発明の開示

[0016] 本発明は、上記のような目的を達成するために、燃料電池発電システムの発電停止過程で、酸化剤供給ラインを閉止した後、燃料極に水素リッチガスを供給した状態で、燃料極を基準とした単電池電圧が 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となるまで酸ィ匕剤極から外部回路を経由して燃料極に直流電流を流すことにより、以下の反応式で示すような水素ポンプを実施したものである。水素ポンプにより、燃料極の高電位保持を伴わずに、水素を燃料極から酸化剤極へ移動させて充填する事ができる。封入された水素は、停止保管時に外部力混入した酸素を消費し、酸素分圧の上昇に伴う電位上昇が抑制される。

燃料極： H →2H+ + 2e—

2

酸化剤極： 2H+ + 2e—→H

2

[0017] 本発明の停止保管方法は、電解質を挟んで配置した燃料極と酸化剤極とを有する単電池を複数積層して構成される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに燃料および酸化剤をそれぞれ供給する燃料供給ラインおよび酸化剤供給ラインと、前記燃料電池スタックへ供給された燃料および酸化剤をそれぞれ排出する燃料排出ラインおよび酸化剤排出ラインを備えた燃料電池発電システムの発電停止、停止保管を行う方法において、燃料電池発電システムの発電停止過程で、次のような操作を行うことを特徴としている。

[0018] すなわち、燃料電池発電システムの発電停止過程において、まず、酸化剤供給ラインを閉止する酸化剤供給ライン閉止操作を行う。そして、この酸化剤供給ライン閉止操作により酸化剤供給ラインを閉止した状態で、燃料極を基準とした単電池電圧が一 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となるまで酸化剤極力ゝら外部回路を経由して燃料極に直流電流を流す直流電流通電操作を行う。また、直流電流通電操作の開始時点以降に、酸化剤排出ラインを閉止する酸化剤排出ライン閉止操作を行う。さらに、直流電流通電操作の終了時点以降に、燃料排出ラインおよび燃料供給ラインを閉止する燃料排出 ·供給ライン閉止操作を行う。

[0019] また、本発明の停止保管プログラムおよび燃料電池発電システムは、上記の停止保管方法の特徴をコンピュータプログラムおよびシステムの観点力把握したものである。

[0020] 以上のような特徴を有する本発明によれば、燃料電池発電システムの発電停止過程において、燃料極に供給した水素リッチガスを電気化学的に酸化剤極に移動させることにより、燃料極だけでなく酸化剤極にも水素リッチガスが充填される。この封入された水素によって、停止保管時に外部から混入した酸素が消費されるので、停止保管時における燃料極と酸化剤極の酸素分圧の上昇を抑制することができる。

[0021] したがって、停止保管時における酸素分圧の上昇に伴う酸化剤極の高電位保持による触媒のシンタリングゃ、起動時に両極に酸素が混入した状態で水素リッチガスを供給したときに見られる酸化剤極の触媒劣化を抑制することができるので、酸化剤極の触媒有効表面積の低下を防止し、触媒有効表面積の低下に起因する燃料電池スタックの電圧低下を防止することができる。

[0022] また、水分の電気分解を行う場合のような燃料極の高電位保持を伴わずに、燃料極に供給した水素リッチガスを電気化学的に酸化剤極に移動させることにより、燃料極の高電位保持に伴うシンタリングを防止することができる。

[0023] 本発明によれば、燃料電池発電システムの発電停止過程で、酸化剤供給ラインを閉止した後、燃料極を基準とした単電池電圧が 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となるまで酸化剤極力外部回路を経由して燃料極に直流電流を流すことにより、長期に亘り燃料電池スタック内部の酸素分圧の上昇を抑制して、触媒の劣化を防止し、燃料電池発電システムの発電停止、停止保管に伴う燃料電池性能の低下を防止可能な、燃料電池発電システムとその停止保管方法、停止保管プログラムを提供することがでさる。

また、本発明によれば、上記の停止保管方法、停止保管プログラムを実施する燃料電池発電システムは、電解質を挟んで配置した燃料極と酸化剤極とを有する単電池を複数積層して構成される燃料電池スタックと、燃料電池スタックに燃料および酸ィ匕剤をそれぞれ供給する燃料供給ラインおよび酸化剤供給ラインと、燃料電池スタックへ供給された燃料および酸化剤をそれぞれ排出する燃料排出ラインおよび酸化剤排出ラインと、燃料電池スタックで得られた電気エネルギーを外部負荷に供給する通常の負荷運転モードと、燃料電池スタックの起電力がない状態において酸化剤極から外部回路を経由して燃料極に直流電流を流す電流源モードを有する電気制御手段と、さらに、前記燃料供給ラインおよび酸化剤供給ラインと、前記電気制御手段を制御するシステム制御手段を有しており、このシステム制御手段により、酸化剤供給ラインは、発電停止過程で閉止し、電気制御手段は、発電停止過程で、酸化剤供給ラインが閉止した状態で、負荷運転モードから電流源モードに切り替わって、酸化剤極力ゝら外部回路を経由して燃料極に直流電流を流し、燃料極を基準とした単電池電圧が— 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となった時点で動作を停止するようにし、酸ィ匕剤排出ラインは、電気制御手段が前記電流源モードに切り替わった時点以降に閉止し、また、燃料排出ラインおよび前記燃料供給ラインは、電気制御手段が電流源モードから動作を停止した時点以降に閉止するようにした、ことを特徴とする。

上記の燃料電池発電システムに於けるシステム制御手段は、動作シーケンスプログラムを予め記憶保存したメモリと、そのシーケンスプログラムを読み出し、入出力部を介して制御指令を出す CPUを含む。また、燃料供給ラインに設けられた改質装置と

、酸化剤供給ラインに設けられた空気ブロワを更に有し、改質装置及び空気ブロワは、システム制御装置により制御されて、燃料としての改質ガス (水素）と酸化剤としての空気の供給量を制御する。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明を適用した第 1の実施形態に係る燃料電池発電システムを示す構成図

[図 2]第 1の実施形態に係る燃料電池発電システムの停止保管方法における発電停止操作手順を示すフローチャート。

[図 3]第 1の実施形態の停止保管方法における発電起動操作手順を示すフローチヤート。

[図 4]第 1の実施形態の停止保管方法における発電停止動作を示すタイミングチヤ一

[図 5]第 1の実施形態の停止保管方法による効果を示す図であり、第 1の実施形態の燃料電池発電システムと比較例について、サイクル試験時の起動停止回数と酸化剤極の触媒有効表面積比との関係を示すグラフ。

[図 6]第 1の実施形態の停止保管方法による効果を示す図であり、第 1の実施形態の燃料電池発電システムと比較例について、サイクル試験後の燃料極触媒有効表面積の初期値に対する比を示すグラフ。

[図 7]本発明を適用した第 1の実施形態の一変形例に係る燃料電池発電システムの停止保管方法における発電停止操作手順を示すフローチャート。

[図 8]上記変形例の停止保管方法における発電停止動作を示すタイミングチャート。

[図 9]上記本発明の第 1実施例及びその一変形例のさらに他の変形例に係る燃料電池発電システムの停止保管方法における発電停止操作手順を示すフローチャート。 [図 10]上記他の変形例の停止保管方法における発電停止動作を示すタイミングチヤート。

[図 11]本発明を適用した第 2の実施形態に係る燃料電池発電システムを示す構成図

[図 12]本発明を適用した第 3の実施形態に係る燃料電池発電システムを示す構成図

[図 13]上記第 3の実施形態の停止保管方法における発電停止操作手順を示すフローテヤート。

[図 14]上記第 3の実施形態の停止保管方法における発電停止動作を示すタイミングチャート。

[図 15]本発明を適用した第 4の実施形態に係る燃料電池発電システムを示す構成図

[図 16]上記第 4の実施形態の停止保管方法における停止保管時の水素補給操作手順を示すフローチャート。

[図 17]本発明の第 5の実施形態に係る燃料電池発電システムを示す構成図。

発明を実施するための最良の形態

[0025] 以下には、本発明を適用した実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

[0026] [第 1の実施形態]

[構成]

図 1は、本発明を適用した第 1の実施形態に係る燃料電池発電システムを示す構成図である。なお、図中において、ブロック間を接続する実線はガス配管の結線図、破線又は鎖線は電気配線の結線図をそれぞれ示してヽる。

[0027] 図 1に示すように、第 1の実施形態の燃料電池発電システムは、燃料電池スタック 1 、改質装置 2、電気制御装置 3、力も構成されている。なお、燃料電池スタック 1は、実際には、電解質を挟んで配置した燃料極と酸化剤極とを有する単電池を複数積層して構成されているが、図中では、簡略ィ匕の観点から、燃料電池スタック 1が、燃料極 1 aと酸化剤極 lbから構成されて、るように示して、る。 [0028] 燃料電池スタック 1の燃料極 laには、改質装置 2により都市ガスを水蒸気改質して得た改質ガスが、燃料供給ライン 11を通じて供給され、燃料排出ライン 12を通じて排出される。また、酸化剤極 lbには空気ブロワ 4からの空気力酸化剤供給ライン 13 を通じて供給され、酸化剤排出ライン 14を通じて排出される。そして、燃料電池スタツク 1で得られた電気エネルギーは、電気制御装置 3により、例えばモータ等の外部負荷 5へ供給される。

[0029] ここで、電気制御装置 3は、燃料電池スタック 1で得られた電気エネルギーを外部負荷 5に供給する通常の負荷運転モードの他に、燃料電池スタック 1の起電力がない状態において酸化剤極 lbからこの電気制御装置 3、外部電源 200を含む外部回路を経由して燃料極 laへ直流電流を流すことができる電流源モードを有している。ここで、システム制御装置 100は、改質装置に対して改質ガス量の制御指令を行い、直流電流の大きさに応じた改質ガス量が燃料極 laに提供される。

[0030] また、燃料電池スタック 1に対して改質ガスおよび空気の供給'排出を行う各ライン 1 1〜14には、燃料電池スタック 1を密封するためのバルブ 15〜18がそれぞれ設けられている。すなわち、燃料極 laの入口には、燃料供給ライン 11を閉止する燃料極入口バルブ 15が設けられ、燃料極 laの出口には、燃料排出ライン 12を閉止する燃料極出口バルブ 16が設けられている。同様に、酸化剤極 lbの入口には、酸化剤供給ライン 13を閉止する酸化剤極入口バルブ 17が設けられ、酸化剤極 lbの出口には、酸化剤排出ライン 14を閉止する酸化剤極出口バルブ 18が設けられている。

[0031] さらに、以上のような燃料電池発電システムの各部は、システム制御装置 100からの制御指令により制御されるようになっている。すなわち、電気制御装置 3のモード切替ゃ起動'停止は、システム制御装置 100からの制御指令により行われる。同様に、改質装置 2、空気ブロワ 4、および 4つのバルブ 15〜18についても、システム制御装置 100からの制御指令により制御されて起動 '停止または開閉するようになっている。即ち、システム制御装置 100は CPU101、メモリ 102、入出力部 103を含み、 CPU 101は、動作のシーケンスプログラムを予め記憶保存したメモリ 102からシーケンスプログラムを読み出し、それに基づき、入出力部 103を経由してバルブの開閉、ブロワの出力制御、改質装置の制御、電気制御装置の運転モード切替等の制御指令を出す。図中の一点鎖線は、システム制御装置 100と各部との間でやり取りされる制御指令などの信号を示している。

[0032] なお、このようなシステム制御装置 100は、具体的には、本発明による停止保管用に特ィ匕したプログラムを記憶させたマイコンにより実現される。

[0033] [発電停止操作手順]

図 2は、本実施形態の燃料電池発電システムの停止保管方法における発電停止操作手順を示すフローチャートである。この図 2に示すように、システム制御装置 100より、燃料電池発電システムの発電中に発電停止指令がなされた場合には、空気プロヮ 4から酸化剤極 lbへの空気の供給を停止し (S101)、酸化剤供給ライン 13に設けた酸化剤極入口バルブ 17を閉止して（S102)、電気制御装置 3を含む外部回路の外部電源 200により負荷運転モードを継続する（S103)。この負荷運転モードの継続時間は、燃料極 laを基準とした単電池電圧 (燃料電池スタック 1の平均セル電圧）が予め設定されたモード切替電圧 Voに低下するまでの間（S104の NO)である。ここでは、一例として、モード切替電圧 Vo = 0. IVであるとする。

[0034] 次に、燃料極 laを基準とした単電池電圧が 0. IVまで低下した時点（S 104の YES )で、電気制御装置 3の運転モードを負荷運転モードから電流源モードに切り替えて、酸化剤極 lbから電気制御装置 3を含む外部回路を経由して燃料極 laに直流電流を流す操作を実施する（S 105)。この電流源モードの継続時間は、燃料極 laを基準とした単電池電圧が、 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となるまで低下した後、予め設定された保持時間 Thを経過するまでの間（S 106の NO)である。ここでは、一例として、保持時間 Th= 120秒間であるとする。

[0035] 続いて、燃料極 laを基準とした単電池電圧が、 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となるまで低下した後、 120秒間経過した時点（S 106の YES)で、電気制御装置 3を停止する（S107)。この後、酸化剤排出ライン 14に設けた酸化剤極出口バルブ 18を閉止し (S 108)、改質装置 2から燃料極 laへの改質ガスの供給を停止する（S109) と共に、燃料供給ライン 11に設けた燃料極入口バルブ 15および燃料排出ライン 12 に設けた燃料極出口バルブ 16をそれぞれ閉止する（S110)ことにより、燃料電池スタック 1を密封して、発電停止操作を完了する。この発電停止操作の結果、燃料電池発電システムは、停止保管状態となる。

[0036] [発電起動操作手順]

図 3は、本実施形態の燃料電池発電システムの停止保管方法における発電起動操作手順を示すフローチャートである。この図 3に示すように、燃料電池発電システムの停止保管中に発電起動指令がなされた場合には、燃料供給ライン 11に設けた燃料極入口バルブ 15および燃料排出ライン 12に設けた燃料極出口バルブ 16を開き（S2 01)、改質装置 2から燃料極 laへの改質ガスの供給を開始した (S202)後、酸化剤供給ライン 13に設けた酸化剤極入口バルブ 17および酸化剤排出ライン 14に設けた酸化剤極出口バルブ 18を開いて（S203)、空気ブロワ 4から酸化剤極 lbへの空気の供給を開始する（S 204)。

[0037] そして、燃料極 laを基準とした単電池電圧が、予め設定された負荷運転開始電圧 Vsに到達した時点（S205の YES)で、電気制御装置 3を負荷運転モードに切り替え、外部負荷 5に接続して発電を開始する（S206)ことにより、発電起動操作を完了する。ここでは、一例として、負荷運転開始電圧 Vs = 0. 9Vであるとする。この発電起動操作の結果、燃料電池発電システムは、通常の発電状態となる。

[0038] [作用]

図 4は、以上のような本実施形態の燃料電池発電システムの停止保管方法における発電停止動作を示すタイミングチャートであり、システム制御装置 100からシステム各部への制御指令のタイミング、および燃料電池スタック 1の平均セル電圧の時間的な変化を示している。以下には、この図 4を参照して、本実施形態の燃料電池発電システムの停止保管方法による作用につ、て説明する。

[0039] 図 4に示すように、燃料電池スタック 1が発電状態にあるとき、すなわち、燃料極 la に水素リッチな改質ガス、酸化剤極 lbに空気をそれぞれ供給し、かつ、外部負荷 5 に対して電力を供給している発電状態において、発電停止状態に移行する際に、酸ィ匕剤極 laへ供給する空気を停止すると、酸化剤極 lbにある残留酸素が消費される。この結果、酸化剤極 lbの電位が燃料極 laの電位である水素基準電位近傍まで低下し、燃料電池スタック 1の起電力は 0. IV付近まで低下する。

[0040] このように燃料電池スタック 1の起電力がない状態において、電気制御装置 3を負荷運転モードから電流源モードに切り替え、外部回路を経由して酸化剤極 lbから燃料極 laに直流電流を流す操作を継続すると、燃料極 laへ供給された水素の酸化〖こより生じたプロトンが酸化剤極 lbへ移動し、酸化剤極 lbにおいてプロトンの還元により水素が生成するため、燃料極 laと酸化剤極 lbは共に水素リッチガスで満たされる

[0041] なお、このときの燃料電池スタック 1の平均セル電圧は、 0. IVより過電圧相当分だけ下回る電圧となるが、本実施形態においては、この過電圧相当分を、少なくとも 1. 2V未満、すなわち、燃料極基準とした場合の平均セル電圧が、少なくとも—1. 2Vを上回るように直流電流を制御することにより、水を出発物質とした水分の電気分解による水素発生とは異なる反応形態となる。

[0042] ここでは、直流電流の大きさにより、燃料極 laへ供給する改質ガス量を決定しているので、燃料極 laの燃料欠乏に起因する触媒腐食を防止できる。その後、酸化剤極 lbおよび燃料極 laの各出入口に設けたバルブ 15〜18を閉止することで、燃料電池スタック 1の燃料極 laおよび酸化剤極 lbは水素リッチガスで充填された状態で密封される。

[0043] すなわち、本実施形態の燃料電池発電システムにお!/ヽては、発電停止過程にお!、て、水分の電気分解を行う場合のような燃料極 laの高電位保持を伴わずに、燃料極 laに供給した水素リッチガスを電気化学的に酸化剤極 lbに移動させることにより、燃料極 laだけでなく酸化剤極 lbにも水素リッチガスが充填される。この封入された水素によって、停止保管時に外部力混入した酸素が消費されるので、停止保管時における燃料極 laと酸化剤極 lbの酸素分圧の上昇を抑制することができる。尚、本図及び以下の図面において、符号 Pは燃料極圧力、または、燃料極圧力と酸化剤極圧力の計の上限値を示す。

[0044] [効果]

図 5、図 6は、以上のような本実施形態の燃料電池発電システムの停止保管方法による効果を示す図である。以下には、これらの図 5、図 6を参照して、本実施形態の燃料電池発電システムの効果につ!、て説明する。

[0045] まず、図 5は、本実施形態の燃料電池発電システムと比較例 1につ!/、て、サイクル試験時の起動停止回数と酸化剤極の触媒有効表面積比との関係をそれぞれ示すグラフであり、具体的には、 12時間の発電と 12時間の停止保管を 1サイクルとした起動停止サイクルを 60回実施した場合の燃料電池スタック 1を構成する酸化剤極触媒の有効表面積の変化 (初期値： 100%)を示して、る。

[0046] また、図 6は、本実施形態の燃料電池発電システムと比較例 2につヽて、サイクル試験後の燃料極触媒有効表面積の初期値（100%)に対する比をそれぞれ示すダラフである。なお、当該サイクル試験においては、電池起動停止前後の窒素等の不活性ガスによるパージは省略した。

[0047] ここで、図 5、図 6に示す比較例 1および比較例 2は、本実施形態の燃料電池発電システムと同様に、図 1に示すような構成を有するシステムであり、以下に示すような発電停止操作手順以外は、本実施形態と同一の条件としたものである。

[0048] まず、図 5に示す比較例 1は、燃料電池発電システムの発電停止操作時に、負荷遮断後に酸化剤極 lbに対して窒素パージを実施して酸素分圧を十分に低下させた後に燃料極 laおよび酸化剤極 lbの出入口に設けたバルブ 15〜18を閉止し、燃料電池スタック 1を密封して保管するという従来の停止保管方法を採用したものである。

[0049] また、図 6に示す比較例 2においては、燃料電池発電システムの発電停止操作時に、燃料極 laに改質ガスを供給した状態で、酸化剤極 lbに対して燃料極 laが 1. 8 Vとなるように直流電圧を 120秒間印加して、電極内に残留する水分を電気分解して酸化剤極 lbに水素を充填させた後、燃料極 laおよび酸化剤極 lbの出入口に設けたバルブ 15〜18を閉止し、燃料電池スタックを密封して保管するという従来の別の停止保管方法を採用したものである。

[0050] 図 5から明らかなように、本実施形態では、比較例 1でみられるような酸化剤極の触媒劣化に伴う触媒有効表面積の低下が改善されている。すなわち、本実施形態の燃料電池発電システムの停止保管方法によれば、停止保管時に外部から混入した酸素が、燃料極だけでなく酸化剤極にも予め封入された水素によって消費されるため、停止保管時の酸素分圧の上昇を抑制することができる。

[0051] したがって、停止保管時における酸素分圧の上昇に伴う酸化剤極の高電位保持による触媒のシンタリングゃ、起動時に両極に酸素が混入した状態で水素リッチガスを供給したときに見られる酸化剤極の触媒劣化を抑制することができるので、酸化剤極の触媒有効表面積の低下を防止し、触媒有効表面積の低下に起因する燃料電池スタックの電圧低下を防止することができる。

[0052] さらに、図 6から明らかなように、本実施形態では、比較例 2でみられるような燃料極の触媒劣化に伴う触媒有効表面積の低下が改善されている。すなわち、本実施形態の燃料電池発電システムの停止保管方法によれば、酸化剤極に水素を充填する操作にぉ、て、水分の電気分解を行う場合のような燃料極の高電位保持を伴わずに、燃料極に供給した水素リッチガスを電気化学的に酸化剤極に移動させることにより、燃料極の高電位保持に伴うシンタリングを防止することができるため、耐 CO被毒対策を施したシステムにお、て特に有効である。

[変形例 1]

[構成]

本発明を適用した第 1の実施形態の一変形例 1は、燃料電池発電システムの構成を、第 1の実施形態と同様の構成（図 1)とし、その停止保管方法のみを変更したものである。

[0053] [発電停止操作'発電起動操作手順]

図 7は、本変形例の停止保管方法における発電停止操作手順を示すフローチヤ一トである。この図 7に示すように、本変形例の発電停止操作手順は、図 2に示した第 1 の実施形態における発電停止操作手順の一部を変更したものである。

[0054] すなわち、本変形例にお!、て、燃料電池発電システムの発電中に発電停止指令がなされた場合に、酸化剤極 lbへの空気の供給を停止して酸化剤極入口バルブ 17を閉止した後、電気制御装置 3の負荷運転モードを継続し、燃料極 laを基準とした単電池電圧が 0. IVに低下した時点で電気制御装置 3を電流源モードに切り替えて燃料極 laに直流電流を流すまでの一連の操作 (S101〜S105)は、第 1の実施形態の発電停止操作手順と同様である。

[0055] 本変形例の発電停止操作手順にお!ヽては、この電流源モードの継続時間の間に、酸化剤排出ライン 14の酸化剤極出口バルブ 18を閉止する点で、第 1の実施形態の手順と異なる。すなわち、燃料極 laを基準とした単電池電圧が— 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となるまで低下した後、予め設定された第 1の保持時間 Thlを経過した時点（S131の YES)で、酸化剤極出口バルブ 18を閉止し（S108)、さらに、この後も、電流源モードを継続し、予め設定された第 2の保持時間 Th2を経過した時点（S132 の YES)で、電気制御装置 3を停止する（S107)。ここでは、一例として、第 1の保持時間 Thl =60秒間、第 2の保持時間 Th2 = 60秒間、であるとする。

[0056] また、本変形例の発電停止操作手順においては、電気制御装置 3を停止した後に、燃料極出口バルブ 16をまず閉止し (S133)、予め設定された第 3の保持時間 Th3 を経過した時点（S134の YES)で、燃料極 laへの改質ガスの供給を停止する（S10 9)と共に、燃料極入口バルブ 15を閉止する（S135)点でも、第 1の実施形態の手順と異なる。ここでは、一例として、第 3の保持時間 Th3 = 5秒間であるとする。

[0057] なお、本変形例の発電起動操作手順は、第 1の実施形態と同様であり、図 3に示すような手順である。

[0058] [作用]

図 8は、以上のような本変形例の燃料電池発電システムの停止保管方法における発電停止動作を示すタイミングチヤ一トであり、システム制御装置 100の CPU 101力ら入出力部 103を介してのシステム各部への制御指令のタイミング、および燃料電池スタック 1の平均セル電圧の時間的な変化に加えて、燃料極圧力と酸化剤極圧力の時間的な変化を示している。以下には、この図 8を参照して、本実施形態の燃料電池発電システムの停止保管方法による作用につ、て説明する。

[0059] 図 8に示すように、本変形例の発電停止操作においては、酸化剤極入口バルブ 17 を閉止した後に、外部電源 200を電源として電気制御装置 3の電流源モードを継続して電流を流すことにより、継続的に酸化剤極 lbへの水素の移動が生じ、酸化剤極 lbの圧力が徐々に上昇する。また、燃料極 laについても、燃料極出口バルブ 16を閉止した後に改質ガスの供給を停止すると共に燃料極入口バルブ 15を閉止することによりカロ圧される。したがって、燃料電池スタック 1の発電停止操作完了時点では、燃料極 laおよび酸化剤極 lbは水素リッチガスで加圧された状態で封入される。

[0060] [効果]

以上のような本変形例にぉヽては、予め燃料電池スタック内部を加圧して封入することにより、燃料電池スタックの温度が低下した場合にも、水蒸気の凝縮に伴う体積の減少に起因する負圧保持を防ぎ、燃料電池スタック外部力の空気の混入を防止することができる。

[0061] したがって、本変形例 1によれば、燃料電池電極内部の酸素分圧の上昇をより効果的に防止することができるため、停止保管時に酸素分圧の上昇に伴う高電位保持による触媒のシンタリングゃ、起動時に両極に酸素が混入した状態で水素リッチガスを供給したときに見られる酸化剤極の触媒劣化をより効果的に抑制することができ、酸ィ匕剤極の触媒有効表面積の低下に起因する燃料電池スタックの電圧低下をより効果的に防止することが可能となる。

[変形例 2]

[構成]

上記の第 1の実施形態、およびその変形例 1の更なる変形例 2に於いては、その燃料電池発電システムの構成を、それらと同様の構成（図 1)とし、その停止保管方法のみを変更したものである。

[0062] [発電停止操作'発電起動操作手順]

図 9は、本変形例 2の停止保管方法における発電停止操作手順を示すフローチヤートである。この図 9に示すように、本変形例 2の発電停止操作手順は、図 7に示した第 1変形例 1における発電停止操作手順の一部を変更したものであり、酸化剤極出口バルブ 18を閉止して（S 108)、電流源モードを継続した後に、電気制御装置 3を停止する際の判断条件のみが異なる。

[0063] すなわち、変形例 1にお!/ヽては、予め設定された第 2の保持時間 Th2を経過したか否かを判断した（S132) 1S 本変形例 2においては、燃料極 laを基準とした単電池電圧が予め設定された下限電圧 VLまで低下したカゝ否かを判断し (S151)、下限電圧 VLまで低下した時点（S 151の YES)で、電気制御装置 3を停止する（S 107)。ここでは、一例として、下限電圧 VL=—0. 2Vであるとする。

[0064] この部分以外の発電停止操作手順は、変形例 1の発電停止操作手順と同様である。また、本変形例 2の発電起動操作手順は、第 1実施形態、その変形例 1と同様であり、図 3に示すような手順である。 [0065] [作用'効果]

図 10は、以上のような本変形例 2の燃料電池発電システムの停止保管方法における発電停止動作を示すタイミングチャートであり、具体的には、システム制御装置 10 0の CPU101から入出力部 103を介してシステム各部への制御指令のタイミング、および燃料電池スタック 1の平均セル電圧の時間的な変ィ匕にカ卩えて、燃料極圧力と酸ィ匕剤極圧力の時間的な変化を示している。

[0066] この図 10から明らかなように、本変形例 2の停止保管方法によれば、変形例 1と同様の効果が得られることに加えて、燃料電池スタックの平均セル電圧をモニターすることにより酸化剤極の圧力を検知できるため、後述する第 3実施形態と同様に、圧力管理が容易であり、燃料電池の内圧の最大許容値が低い場合に特に有効であるという効果が得られる。本変形例 2においては、さらに、第 3実施形態に比べて圧力計を省略できる分だけ、システム構成機器の簡素化が可能となる。

[0067] [第 2の実施形態]

[構成]

図 11は、本発明を適用した第 2の実施形態に係る燃料電池発電システムを示す構成図である。この図 11に示すように、本実施形態の燃料電池発電システムは、第 1の実施形態の構成において、燃料排出ライン 12に設けた燃料極出口バルブ 16および酸化剤排出ライン 14に設けた酸化剤極出口バルブ 18の下流に、燃焼器 21, 22をそれぞれ設けると共に、燃焼器 21の発熱を改質装置 2の温度維持に利用する熱交翻 23を設けたものである。

[0068] すなわち、燃料排出ライン 12に設けた燃焼器 21には、燃料極 laから排出された未反応水素と共に燃焼範囲に調整された空気が供給され、燃焼器 21での燃焼により得られた発熱は、熱交換器 23により、改質装置 2の温度維持のための熱源として利用される。

また、酸化剤排出ライン 14に設けた燃焼器 22には、空気と接触させた酸化触媒を配置することで、酸化剤極 lb力も水素リッチガスが排出された際にも、系外に可燃ガスを排出しな!、機能を持たせて!/、る。

[0069] また、電気制御装置 3には、システム制御装置の指令により、通常の負荷運転モードと電流源モードとを切り替えるという、第 1の実施形態における電気制御装置 3と同様な機能に加えて、さらに、改質装置 2の温度により直流電流値を制御する機能を持たせている。なお、他の構成は、第 1の実施形態に係る燃料電池発電システムと同様であるのでその説明は省略する。

[0070] [発電停止操作'発電起動操作手順]

本実施形態の燃料電池発電システムにおける発電停止操作手順および発電起動操作手順は、第 1の実施形態と同様であり、図 2、図 3に示すような手順である。

[0071] [作用'効果]

以上のような本実施形態の燃料電池発電システムによる作用 ·効果は次の通りである。

[0072] まず、本実施形態の燃料電池発電システムにお!/ヽては、発電停止操作中に、燃料極 laから排出された燃料排ガスを燃焼器 21に戻し、燃料排ガス中の水素残ガスを燃焼させることにより、この燃焼による発熱が、改質装置 2の熱源として利用される。したがって、水素残ガス量が多いと、燃焼器 21で生じる発熱量が増大し、改質装置 2 の温度が上昇する。

[0073] ここで、電気制御装置 3が負荷運転モードにあるときには、直流電流値が増大すると、燃料極 laにおける水素の消費量が増大して、水素残ガス量が減少する。他方、電気制御装置 3が電流源モードにあるときにも、直流電流値の増加により、水素の酸ィ匕剤極 lbへの移動量の増大し、同様に水素残ガス量が減少する。すなわち、直流電流値の増加によって、燃料排ガス中の水素残ガス量は減少する。そのため、改質装置 2の温度が高い場合には、直流電流値を増加させることで、燃料排ガス中の水素残ガス量の減少に伴い、燃焼器 21で生じる発熱量も減少し、改質装置 2の温度を低下させることができる。

[0074] したがって、本実施形態によれば、第 1の実施形態と同様の効果が得られることにカロえて、さらに、改質装置の温度を適正範囲に制御することができ、改質装置の劣化を防止することができるという効果が得られる。

[0075] また、電気制御装置 3が外部電源 200を電源として電流源モードに移行した後は、酸化剤極 lbに水素が移動するため、この操作を継続すると、酸化剤極 lbの排ガス中の水素濃度が徐々に上昇する。これに対して、本実施形態では、酸化剤極出口にも燃焼器 22が設けられているため、予め空気と接触させた燃焼器 22において水素ガスを燃焼させ、排出ガス中の水素濃度を爆発限界未満に低下させることができる。したがって、安全性に優れて!/ヽると!/、う効果も得られる。

[0076] [第 3の実施形態]

[構成]

図 12は、本発明を適用した第 3の実施形態に係る燃料電池発電システムを示す構成図である。この図 12に示すように、本実施形態の燃料電池発電システムは、第 1の実施形態及びその変形例 1の構成において、酸化剤排出ライン 14における酸化剤極出口バルブ 18の上流に酸化剤極 lbの圧力を測定する圧力計 41を設けたものである。なお、他の構成は、第 1の実施形態及びその変形例 1に係る燃料電池発電システムと同様であるのでその説明は省略する。

[0077] [発電停止操作'発電起動操作手順]

図 13は、本実施形態に係る燃料電池発電システムの停止保管方法における発電停止操作手順を示すフローチャートである。この図 13に示すように、本実施形態の発電停止操作手順は、図 7に示した第 1の実施形態の変形例 1における発電停止操作手順の一部を変更したものであり、酸化剤極出ロノレブ 18を閉止して（S108)、電流源モードを継続した後に、電気制御装置 3を停止する際の判断条件のみが異なる。

[0078] すなわち、この変形例 1においては、予め設定された第 2の保持時間 Th2を経過した力否かを判断した (S 132)が、本実施形態においては、圧力計 41により測定された酸化剤極 lbの圧力値が、予め設定された設定圧力値 Poに到達したカゝ否かを判断し (S141)、設定圧力値 Poに到達した時点（S141の YES)で、電気制御装置 3を停止する（S107)。ここでは、一例として、設定圧力値 Po = 50kPaであるとする。

[0079] この部分以外の発電停止操作手順は、上記第 1実施形態の変形例 1の発電停止操作手順と同様である。また、本実施形態の発電起動操作手順は、第 1の実施形態及びその変形例 1と同様であり、図 3に示すような手順である。

[0080] [作用'効果] 図 14は、以上のような本実施形態の燃料電池発電システムの停止保管方法における発電停止動作を示すタイミングチャートであり、システム制御装置 100の CPU10 1力も入出力部 103を介してシステム各部への制御指令のタイミング、および燃料電池スタック 1の平均セル電圧の時間的な変化に加えて、燃料極圧力と酸化剤極圧力の時間的な変化を示して、る。

[0081] この図 14から明らかなように、本実施形態の停止保管方法によれば、上記変形例 1 と同様の効果が得られることに加えて、さらに、酸化剤極の圧力を直接モニターしているため、圧力管理が容易であり、燃料電池の内圧の最大許容値が低い場合に特に有効であると、う効果が得られる。

[0082] [第 4の実施形態]

[構成]

図 15は、本発明を適用した第 4の実施形態に係る燃料電池発電システムを示す構成図である。この図 15に示すように、本実施形態の燃料電池発電システムは、第 1の実施形態の構成にぉヽて、燃料供給ライン 11における燃料極入口バルブ 15の上流に水素貯蔵タンク 61を設けたものである。なお、他の構成は、第 1の実施形態に係る燃料電池発電システムと同様であるのでその説明は省略する。

[0083] [発電停止操作'発電起動操作手順]

本実施形態の発電停止操作手順および発電起動操作手順は、第 1の実施形態と同様であり、それぞれ、図 2、図 3に示すような手順である。

[0084] [停止保管時水素補給操作手順]

図 16は、本実施形態の燃料電池発電システムの停止保管方法における停止保管時の水素補給操作手順を示すフローチャートである。この図 16に示すように、燃料電池発電システムの停止保管時に水素補給指令がなされた場合には、燃料極入口バルブ 15を開いて水素貯蔵タンク 61から燃料極 laへの水素補給を開始した（S301 )後、電気制御装置 3の運転モードを電流源モードに設定して、酸化剤極から外部回路を経由して燃料極に直流電流を流す操作を開始する（S302)。

[0085] この電流源モードを継続して、燃料極 laを基準とした単電池電圧 (燃料電池スタツク 1の平均セル電圧）が、 - 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となるまで低下した後、保持時間 Th ( = 120秒）が経過した時点（S303の YES)で、電気制御装置 3を停止して（S304)燃料極入口バルブ 15を閉止する（S304)ことにより、水素補給操作を完了する。

[0086] 具体的には、停止保管中の燃料電池発電システムにおいて、以上のような水素補給操作を、所定の時間間隔、例えば、 12時間毎に実施する。

[0087] [作用]

以上のような本実施形態の作用は、次の通りである。すなわち、発電停止操作の完了直後は、燃料極 la、酸化剤極 lb共に水素リッチガスで封入されている力徐々に水素分圧が低下する。これに対して、本実施形態では、 12時間経過毎に、燃料極入口バルブ 15を開くことにより、水素貯蔵タンク 61から燃料極 lbに水素が加圧供給される。さらに、燃料電池スタック 1の平均セル電圧が 0. IV未満の状態で、酸化剤極 1 bから外部回路を経由して燃料極 laに直流電流を流す操作を実施することにより、酸ィ匕剤極 lbへ水素が移動する。すなわち、上記の水素補給操作により、停止保管時にぉ、て、燃料極 laおよび酸化剤極 lb共に水素分圧を上昇させることができる。

[0088] [効果]

以上のように、本実施形態においては、停止保管中に、定期的に水素補給操作を実施することにより、酸素の混入による水素の消費によって低下した水素分圧を上昇させることができるので、連続的に酸素が混入した場合でも、水素が十分に残存しているために、酸素が消費され、結果として、酸素分圧の上昇をより効果的に防止することができる。

[0089] そして、このように、燃料電池電極内部の酸素分圧の上昇をより効果的に防止することができることから、停止保管時における酸素分圧の上昇に伴う酸化剤極の高電位保持による触媒のシンタリングゃ、起動時に両極に酸素が混入した状態で水素リッチガスを供給したときに見られる酸化剤極の触媒劣化を抑制することができる。したがつて、酸化剤極の触媒有効表面積の低下をより効果的に防止し、触媒有効表面積の低下に起因する燃料電池スタックの電圧低下をより効果的に防止することができる。

[0090] [第 5の実施形態]

なお、第 4の実施形態では、改質装置 2を備えた燃料電池発電システムについて説明したが、図 17に示すような、改質装置 2を使用せずに水素貯蔵タンク 61のみを使用するシステム構成も可能である。この第 5の実施形態の構成においても、第 4実施形態と同様の効果が得られる。なお、他の構成に関しては第 4の実施形態と同じであるのでその説明は省略する。

[他の実施形態]

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなぐ本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。例えば、発電停止操作手順について示した保持時間は、一例にすぎず、適宜変更可能である。すなわち、本発明は、燃料電池発電システムの発電停止過程で、酸化剤供給ラインを閉止した後、燃料極を基準とした単電池電圧が 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となるまで酸化剤極から外部回路を経由して燃料極に直流電流を流す限り、具体的なシステム構成や発電停止操作手順は適宜変更可能であり、同様に優れた効果が得られるものである。

Claims

請求の範囲

[1] 電解質を挟んで配置した燃料極と酸化剤極とを有する単電池を複数積層して構成される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに燃料および酸化剤をそれぞれ供給する燃料供給ラインおよび酸化剤供給ラインと、前記燃料電池スタックへ供給された燃料および酸化剤をそれぞれ排出する燃料排出ラインおよび酸化剤排出ラインを備えた燃料電池発電システムの発電停止、停止保管を行う方法にお！ヽて、

前記燃料電池発電システムの発電停止過程で、前記酸化剤供給ラインを閉止し、前記酸化剤供給ライン閉止操作により前記酸化剤供給ラインを閉止した状態で、前記燃料極を基準とした単電池電圧が 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となるまで前記酸化剤極力外部回路を経由して燃料極に直流電流を流す直流電流通電し、前記直流電流通電操作の開始時点以降に、前記酸化剤排出ラインを閉止し、前記直流電流通電操作の終了時点以降に、前記燃料排出ラインおよび前記燃料供給ラインを閉止する、

ことを特徴とする燃料電池発電システムの停止保管方法。

[2] 前記直流電流通電操作を終了した後に、前記酸化剤排出ライン閉止操作および前記燃料排出，供給ライン閉止操作を行うことを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池発電システムの停止保管方法。

[3] 前記直流電流通電操作を開始した後に、前記酸化剤排出ライン閉止操作を行い、前記酸化剤排出ライン閉止操作を行った後に、前記直流電流通電操作を終了すると共に前記燃料排出 ·供給ライン閉止操作を行うことを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池発電システムの停止保管方法。

[4] 前記酸化剤排出ライン閉止操作を行った後に前記酸化剤極の圧力を監視して、当該圧力の検出値が予め設定された設定圧力値に到達した時点で、前記直流電流通電操作を終了すると共に前記燃料排出 ·供給ライン閉止操作を行うことを特徴とする請求項 3に記載の燃料電池発電システムの停止保管方法。

[5] 前記酸化剤排出ライン閉止操作を行った後に前記燃料極を基準とした単電池電圧が予め設定された設定電圧値を下回った時点で、前記直流電流通電操作を終了すると共に前記燃料排出 ·供給ライン閉止操作を行うことを特徴とする請求項 3に記載の燃料電池発電システムの停止保管方法。

[6] 前記燃料電池発電システムの停止保管時に、前記燃料供給ラインを開ヽて前記燃料電池スタックに燃料を供給する保管時燃料供給操作と、前記燃料供給操作後に、前記燃料極を基準とした単電池電圧が 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となるまで前記酸化剤極力ゝら外部回路を経由して燃料極に直流電流を流す保管時直流電流通電操作と、前記直流電流通電操作を終了した後に、前記燃料供給ラインを閉止する保管時燃料ライン閉止操作を行うことを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池発電システムの停止保管方法。

[7] 前記燃料電池システムは、炭化水素系燃料力も水素リッチガスを製造する改質装置と製造した水素リッチガスを貯蔵する水素貯蔵タンクを更に備えており、前記保管時燃料供給操作により供給される前記燃料は、前記燃料電池システム運転中に前記改質装置にて製造されて前記水素貯蔵タンクに貯蔵されている水素リッチガスであることを特徴とする請求項 6に記載の燃料電池発電システムの停止保管方法。

[8] 前記直流電流の大きさを、前記改質装置の温度により制御することを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池発電システムの停止保管方法。

[9] 前記酸化剤排出ラインに燃焼器を設けて排ガス中の水素を燃焼させることを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池発電システムの停止保管方法。

[10] 電解質を挟んで配置した燃料極と酸化剤極とを有する単電池を複数積層して構成される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに燃料および酸化剤をそれぞれ供給する燃料供給ラインおよび酸化剤供給ラインと、前記燃料電池スタックへ供給された燃料および酸化剤をそれぞれ排出する燃料排出ラインおよび酸化剤排出ラインを備えた燃料電池発電システムの発電停止、停止保管を行うためのプログラムにお!/ヽて、

前記燃料電池発電システムの発電停止過程で、前記酸化剤供給ラインを閉止する酸化剤供給ライン閉止操作と、

前記酸化剤供給ライン閉止操作により前記酸化剤供給ラインを閉止した状態で、前記燃料極を基準とした単電池電圧が 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となるまで前記酸化剤極力ゝら外部回路を経由して燃料極に直流電流を流す直流電流通電操作と前記直流電流通電操作の開始時点以降に、前記酸化剤排出ラインを閉止する酸化剤排出ライン閉止操作と、

前記直流電流通電操作の終了時点以降に、前記燃料排出ラインおよび前記燃料供給ラインを閉止する燃料排出，供給ライン閉止操作と、

をコンピュータで実現させるようにしたことを特徴とする燃料電池発電システムの停止保管プログラム。

電解質を挟んで配置した燃料極と酸化剤極とを有する単電池を複数積層して構成される燃料電池スタックと、

前記燃料電池スタックに燃料および酸化剤をそれぞれ供給する燃料供給ラインおよび酸化剤供給ラインと、

前記燃料電池スタックへ供給された燃料および酸化剤をそれぞれ排出する燃料排出ラインおよび酸化剤排出ラインと、

前記燃料電池スタックで得られた電気エネルギーを外部負荷に供給する通常の負荷運転モードと、燃料電池スタックの起電力がな、状態にお、て前記酸化剤極から外部回路を経由して前記燃料極に直流電流を流す電流源モードを有する電気制御手段と、

前記燃料供給ラインおよび酸化剤供給ラインと、前記電気制御手段を制御するシステム制御手段を、有し、

前記システム制御手段により、前記酸化剤供給ラインは、発電停止過程で閉止し、前記電気制御手段は、発電停止過程で、前記酸化剤供給ラインが閉止した状態で、前記負荷運転モードから前記電流源モードに切り替わって、前記酸化剤極から外部回路を経由して燃料極に直流電流を流し、前記燃料極を基準とした単電池電圧が

— 1. 2Vより高くかつ 0. IV未満となった時点で動作を停止するようにし、前記酸ィ匕剤排出ラインは、前記電気制御手段が前記電流源モードに切り替わった時点以降に閉止し、また、前記燃料排出ラインおよび前記燃料供給ラインは、前記電気制御手段が前記電流源モードから動作を停止した時点以降に閉止するようにした、ことを特徴とする燃料電池発電システム。

[12] 前記システム制御手段は、動作シーケンスプログラムを予め記憶保存したメモリと、そのシーケンスプログラムを読み出し、入出力部を介して制御指令を出す CPUを含む、ことを特徴とする請求項 11記載の燃料電池発電システム。

[13] 前記燃料供給ラインに設けられた改質装置と、前記酸化剤供給ラインに設けられた空気ブロワを更に有し、前記改質装置及び前記空気ブロワは、前記システム制御装置により制御されて、燃料としての都市ガスからの改質ガスと酸化剤としての空気の供給量を制御するようにした、ことを特徴とする請求項 11記載の燃料電池発電システム。

[14] 前記燃料排出ライン、酸化剤排出ラインの下流側に燃焼器を設け、燃料排出ラインの下流側に設けた燃焼器は熱交を介して前記改質装置に接続された、ことを特徴とする請求項 13記載の燃料電池発電システム。

[15] 前記酸化剤排出ラインに酸化剤極の圧力を測定する圧力計を設けた、ことを特徴とする請求項 13記載の燃料電池発電システム。

[16] 前記燃料供給ラインに設けた改質装置と燃料極との間に水素貯蔵タンクを設けた、ことを特徴とする請求項 13記載の燃料電池発電システム。

[17] 前記燃料供給ラインに設けられた水素貯蔵タンクと、前記酸化剤供給ラインに設けられた空気ブロワを更に有し、前記改質装置及び前記空気ブロワは、前記システム制御装置により制御されて、燃料としての水素と酸化剤としての空気の供給量を制御するようにした、ことを特徴とする請求項 11記載の燃料電池発電システム。