燃料電池システム及び燃料電池の停止方法
【課題】燃料電池停止時における、触媒層の触媒あるいは触媒担体の酸化腐食を抑制し、かつ燃料電池内部の水分量を効率的に減少させる。
【解決手段】燃料電池の停止時に、カソードガス及びアノードガスの供給を停止し、カソード側を密閉した後、燃料電池から排出されるカソードガスをカソード循環ガスとして燃料電池内部を循環させ、循環経路において循環ガス中の水分を除去し、カソード循環ガス中の水分量に基づいて循環を制御することにより、燃料電池停止時における、触媒層の触媒あるいは触媒担体の酸化腐食を抑制し、かつ燃料電池内部の水分量を効率的に減少させることができる。
【解決手段】燃料電池の停止時に、カソードガス及びアノードガスの供給を停止し、カソード側を密閉した後、燃料電池から排出されるカソードガスをカソード循環ガスとして燃料電池内部を循環させ、循環経路において循環ガス中の水分を除去し、カソード循環ガス中の水分量に基づいて循環を制御することにより、燃料電池停止時における、触媒層の触媒あるいは触媒担体の酸化腐食を抑制し、かつ燃料電池内部の水分量を効率的に減少させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される燃料電池システム及び燃料電池の停止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や資源問題への対策の一つとして、酸素や空気等の酸化性ガスと、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）等とを原料として電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池は、電解質膜の一方の面にアノード（アノード触媒層）と、もう一方の面にカソード（カソード触媒層）とが電解質膜を挟んで対向するように設けられ、電解質膜を挟持した各触媒層の外側に拡散層がさらに設けられ、これらが原料供給用の通路が設けられたセパレータで挟まれて電池が構成され、各触媒層に水素、酸素等の原料が供給されて発電する。各触媒層には白金（Ｐｔ）等の触媒をカーボン等の担体に担持した触媒担持粒子が含まれる。
【０００３】
燃料電池の発電時には、アノードに供給する原料を水素ガス、カソードに供給する原料を空気とした場合、アノードにおいて、水素ガスから水素イオンと電子とが発生する。電子は外部端子から外部回路を通じてカソードに到達する。カソードにおいて、供給される空気中の酸素と、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通じてカソードに到達した電子により、水が生成する。このようにカソード及びアノードにおいて化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。この燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、その発電原理より排出される物質が水であること等より、クリーンなエネルギー源として様々な検討がされている。
【０００４】
このような燃料電池を停止する際、燃料電池内部に水素ガス、空気等を残しておくと、アノードまたはカソードに水素ガスと空気とが混在する状態になり、異常電位が発生し、アノード及びカソードの触媒あるいは触媒担体の酸化腐食が発生する。このような触媒あるいは触媒担体の酸化腐食が発生すると、燃料電池の寿命が短くなってしまう。また、カソード側を閉塞させて放置した場合、カソードに残留した水蒸気が凝縮液化し、いわゆるフラッディング現象により次回の電池の起動が困難となる。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１には、燃料電池の停止時に燃料電池のアノード及びカソードに不活性ガスを供給してパージすることが記載されている。また、特許文献２には、燃料電池の停止時に、カソードへの酸素含有ガスの供給を停止した状態でカソードを密閉してセルを発電させ、カソードの酸素を消費させた後、パージ用ガスでパージすることが記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、燃料電池の停止時に閉止したカソードガス循環系にてカソードガスを循環、発電させて生成した不活性ガスによりパージすることが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２２２２５９号公報
【特許文献２】特開２００２−９３４４８号公報
【特許文献３】特開２００４−２２４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１，２のような方法では、不活性ガスが必要であり、不活性ガス供給設備を備えるとシステムが大きくなってしまう。
【０００９】
また、特許文献３の方法では、カソードガス循環系に凝縮器が設置され、これにより循環ガス中の水分が凝縮除去されているが、燃料電池の停止制御時に循環ガス中の残留水分量が考慮されていないので、燃料電池内部の水分が十分に除去されない可能性がある。
【００１０】
本発明は、燃料電池停止時における、触媒層の触媒あるいは触媒担体の酸化腐食を抑制し、かつ燃料電池内部の水分量を効率的に減少させることができる燃料電池システム及び燃料電池の停止方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、アノードガスがアノードに、及び酸素を含有するカソードガスがカソードに供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池のカソード側を密閉する密閉手段と、前記燃料電池から排出されるカソードガスを前記燃料電池のカソード側へカソード循環ガスとして循環させる循環手段と、前記カソード循環ガス中の水分を除去する水分除去手段と、前記カソード循環ガス中の水分量を検知する水分量検知手段と、前記カソード循環ガスの循環を制御する制御手段と、を備え、前記燃料電池の停止時に、前記アノードガス及びカソードガスの供給が停止され、前記燃料電池のカソード側が密閉された後、前記制御手段は、前記カソード循環ガス中の水分を除去しながら前記カソード循環ガスを循環させ、前記検知した水分量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御する。
【００１２】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記燃料電池の停止時に、前記検知した水分量が予め設定した基準水分量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することが好ましい。
【００１３】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記カソード循環ガス中の酸素量を検知する酸素量検知手段をさらに備え、前記制御手段は、前記燃料電池の停止時に、前記検知した水分量及び酸素量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御することが好ましい。
【００１４】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記燃料電池の停止時に、前記検知した水分量及び酸素量がそれぞれ予め設定した基準水分量以下及び基準酸素量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、アノードガスがアノードに、及び酸素を含有するカソードガスがカソードに供給されて発電する燃料電池の停止方法であって、前記カソードガス及びアノードガスの供給を停止するステップと、前記燃料電池のカソード側を密閉するステップと、前記燃料電池から排出されるカソードガスを前記燃料電池のカソード側へカソード循環ガスとして循環させながら、前記カソード循環ガス中の水分を除去するステップと、前記カソード循環ガス中の水分量を検知し、前記検知した水分量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御するステップと、を含む。
【００１６】
また、前記燃料電池の停止方法の制御するステップにおいて、前記検知した水分量が予め設定した基準水分量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することが好ましい。
【００１７】
また、前記燃料電池の停止方法の制御するステップにおいて、前記カソード循環ガス中の酸素量を検知し、前記検知した水分量及び酸素量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御することが好ましい。
【００１８】
また、前記燃料電池の停止方法の制御するステップにおいて、前記検知した水分量及び酸素量がそれぞれ予め設定した基準水分量以下及び基準酸素量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、燃料電池の停止時に、カソードガス及びアノードガスの供給を停止し、カソード側を密閉した後、燃料電池から排出されるカソードガスをカソード循環ガスとして燃料電池内部を循環させ、循環経路において循環ガス中の水分を除去し、カソード循環ガス中の水分量に基づいて循環を制御することにより、燃料電池停止時における、触媒層の触媒あるいは触媒担体の酸化腐食を抑制し、かつ燃料電池内部の水分量を効率的に減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００２１】
本発明の実施形態に係る燃料電池システムの一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。燃料電池システム１は、燃料電池１０と、カソードガス供給流路１２と、カソードガス排出流路１４と、密閉手段である閉塞バルブ１６と、循環手段であるガス循環流路１８及びポンプ２０と、水分除去手段である凝縮器２２と、水分量検知手段である湿度センサ２４と、流路切替手段である流路切替バルブ２６と、制御手段である制御部２８と、酸素量検知手段である酸素センサ４２とを備える。
【００２２】
図１の燃料電池システム１において、カソードガス供給手段であるカソードガス供給部３０がカソードガス供給流路１２により流路切替バルブ２６を介してポンプ２０の吸入側に接続され、ポンプ２０の吐出側がカソードガス供給流路１２により燃料電池１０のカソードガス入口３２に接続されている。また、燃料電池１０のカソードガス出口３４には閉塞バルブ１６がカソードガス排出流路１４により接続されている。これにより、カソードガス供給部３０からカソードガス供給流路１２を通してカソードガスが燃料電池１０のカソード側に供給され、発電に使用されたカソードガスはカソードガス排出流路１４を通し閉塞バルブ１６を介して外部に排出されるようになっている。なお、図１においては省略してあるが、同様に燃料電池１０のアノードガス入口には、アノードガス供給手段であるアノードガス供給部がアノードガス供給流路により接続され、燃料電池１０のアノードガス出口にはアノードガス排出流路が接続されている。これにより、アノードガス供給部からアノードガス供給流路を通してアノードガスが燃料電池１０のアノード側に供給され、発電に使用されたアノードガスはアノードガス排出流路を通して排出されるようになっている。
【００２３】
一方、燃料電池１０のカソードガス出口３４と閉塞バルブ１６との間のカソードガス排出流路１４と、流路切替バルブ２６とがガス循環流路１８により接続され、その間に凝縮器２２が設置されている。カソードガス排出流路１４とガス循環流路１８との接続部と、凝縮器２２の入口側との間にはバルブ３６が設置されている。また、カソードガス排出流路１４のカソードガス出口３４付近には湿度センサ２４が、燃料電池１０には酸素センサ４２が設置されている。凝縮器２２には貯水タンク３８が接続されている。
【００２４】
さらに、制御部２８は、閉塞バルブ１６、ポンプ２０、湿度センサ２４、流路切替バルブ２６、バルブ３６、酸素センサ４２に接続されている。燃料電池システム１が車両等に搭載される場合は、制御部２８は例えばＥＣＵ等である。
【００２５】
次に、本実施形態に係る燃料電池の停止方法及び燃料電池システム１の動作について、以下説明する。
【００２６】
燃料電池システム１において燃料電池１０の通常の動作時には、流路切替バルブ２６は図１のようにＢ側に接続され、閉塞バルブ１６が開、バルブ３６が閉の状態で、ポンプ２０によりカソードガス供給部３０からカソードガスが燃料電池１０のカソード側に供給される。また、図示しないアノードガス供給部からアノードガスが燃料電池１０のアノード側に供給され、燃料電池１０において電池反応が行われる。燃料電池１０のカソード側で使用されたカソードガスは、カソードガス排出流路１４を通し、閉塞バルブ１６を介して外部に排出される。
【００２７】
本実施形態で使用される燃料電池１０は、酸素や空気等の酸化性ガスをカソードガスとして、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）をアノードガスとして電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電するものであり、特に制限されない。図２に燃料電池１０を構成する単セルの一例の概略断面図を示す。燃料電池セル５０において、例えば、パーフルオロスルホン酸系等の固体高分子型の電解質膜５２の一方の面に、白金（Ｐｔ）等を担持したカーボン等の触媒担持粒子を含む触媒層がアノード（燃料極）５４として、もう一方の面に白金（Ｐｔ）等を担持したカーボン等の触媒担持粒子を含む触媒層がカソード（空気極）５６として電解質膜５２を挟んで対向するように設けられている。また、電解質膜５２を挟持した各触媒層（アノード５４及びカソード５６）の外側に、カーボン材料等の多孔質導電体材料を含む拡散層５８がさらに設けられ、これらが原料供給用の通路を設けたセパレータ６０により挟まれて電池が構成され、各触媒層に水素、酸素等の原料ガスが供給され発電する。断面が櫛型状のセパレータ６０の空洞部は、アノード５４及びカソード５６にそれぞれ水素ガス等のアノードガス及び空気等のカソードガスを供給するための原料供給路６２，６４となっている。
【００２８】
燃料電池セル５０において、例えば、アノード（燃料極）５４に供給するアノードガスを水素ガス、カソード（空気極）５６に供給するカソードガスを空気として運転した場合、アノード５４において、
２Ｈ２ → ４Ｈ＋＋４ｅ−
で示される反応式（水素酸化反応）を経て、水素ガス（Ｈ２）から水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とが発生する。電子（ｅ−）は拡散層５８から図示しない外部回路を通り、もう一方の拡散層５８からカソード５６側に到達する。カソード５６において、供給される空気中の酸素（Ｏ２）と、電解質膜５２を通過した水素イオン（Ｈ＋）と、外部回路を通じてカソード５６側に到達した電子（ｅ−）とにより、
４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ− → ２Ｈ２Ｏ
で示される反応式（酸素還元反応）を経て、水が生成する。このようにアノード５４及びカソード５６において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。そして、一連の反応において排出される成分は水であるので、クリーンな電池が構成されることになる。
【００２９】
このような燃料電池１０の通常の動作から停止動作を行うときの停止方法のフローチャートを図３に示す。まず、ステップＳ１０で、制御部２８により流路切替バルブ２６が図４のようにＡ側に接続され、カソードガスの燃料電池１０への供給が停止される。また、アノードガスの燃料電池１０への供給も停止される。
【００３０】
次に、ステップＳ１２で、制御部２８により閉塞バルブ１６が閉、バルブ３６が開とされる。これにより、カソードガス排出流路１４は閉塞され、燃料電池１０のカソード側は密閉系とされる。
【００３１】
ステップＳ１４では、制御部２８によりポンプ２０の運転が継続され、密閉系とされた燃料電池１０のカソード内をカソードガス（空気等）がカソード循環ガスとしてガス循環流路１８を通って循環することになる。カソード循環ガスは、燃料電池１０のカソード部を通過したときに上記のように電池反応により生成した生成水を同伴して、凝縮器２２に流入する。凝縮器２２では、カソード循環ガスに含まれる生成水が凝縮、除去される。凝縮器２２において分離された水は貯水タンク３８に貯留され、所定量溜ったところで排水バルブ４０が開状態とされ、外部に排出される。一方、凝縮器２２において含有される水が分離されたカソード循環ガスは、ドライカソードガスとして再び燃料電池１０のカソード部に流入され、カソード部の生成水がさらに除去される。
【００３２】
水分除去手段である凝縮器２２としては公知の凝縮器を用いることができる。凝縮器２２には、冷却水等の冷媒が通されており、熱交換によりカソード循環ガスが冷却され、含まれる水分が凝縮される。凝縮器２２における冷却温度は、カソード循環ガス中の水分を凝縮することができればよく特に制限はない。燃料電池の通常の動作温度が８０℃程度であることから、例えば４０℃〜５０℃程度に冷却すれば、カソード循環ガス中の水分を凝縮することができる。水分除去手段としては、ガス中の水分を除去することができるものであれば良く、凝縮器に限定されない。
【００３３】
このようにアノード側への水素ガス及びカソード側への空気の供給を停止し、カソード側にカソード循環ガスとして空気を循環させた状態では、燃料電池１０において、空気中の酸素の一部がカソード側からアノード側へ電解質膜を透過する。電解質膜を透過した酸素は、アノード側で残留した水素と反応し電流が発生する。したがって、カソード循環ガス中の酸素は徐々に消費されていき、カソード循環ガスは大部分が窒素、すなわち不活性ガスとなる。そこで、ステップＳ１６では、酸素センサ４２により燃料電池１０の酸素量が計測される。酸素センサ４２の信号が制御部２８に送信され、酸素量（酸素濃度）が予め設定した基準酸素量（基準酸素濃度）以下（例えば検出限界以下）、すなわちカソード側の酸素が消失したと判断したときには、ステップＳ１８で燃料電池の電流が停止される。電流値が上記基準酸素量以下にならない場合は、ステップＳ１４で燃料電池の発電が継続される。
【００３４】
ここでは酸素量検知手段として、酸素センサ４２を使用しているが、これに限定されない。
【００３５】
次に、ステップＳ２０で、燃料電池１０のカソードガス出口３４付近の湿度センサ２４により、カソード循環ガスの湿度が検知される。湿度値の信号が制御部２８に送信され、カソード循環ガスの湿度が予め設定した値（基準湿度値）以下、すなわちカソード側の生成水が消失したと判断したときには、ステップＳ２２で制御部２８によりポンプ２０が停止され、燃料電池システム１の停止が完了する。湿度が上記基準湿度値以下にならない場合は、ステップＳ１４でカソード循環ガスの循環が継続される。基準湿度値は、燃料電池１０の電池構成、燃料電池１０内部の容積等に応じて決めればよい。
【００３６】
ここでは、燃料電池１０から排出されるカソード循環ガスの湿度を検知する湿度センサにより検知した湿度に基づいて制御部２８によりカソード循環ガスの循環を制御しているが、水分量検知手段としてはこれに限定されない。水分量検知手段の代わりに、カソード循環ガスを循環させた時間に基づいてカソード循環ガスの循環を制御してもよい。
【００３７】
燃料電池１０を再び起動する場合は、制御部２８により、流路切替バルブ２６が図１のようにＢ側に接続され、閉塞バルブ１６が開、バルブ３６が閉の状態とされ、ポンプ２０によりカソードガス供給部３０からカソードガスが燃料電池１０のカソード側に供給される。また、アノードガスもアノード側に供給され、電池反応が行われる。起動時には、貯水タンク３８内の水がなくなるまで、排水バルブ４０が開状態とされ、水が外部に排出される。貯水タンク３８内の水がなくなったら、排水バルブ４０が閉状態とされる。
【００３８】
カソードにおいて生成した生成水が触媒層内部または触媒層／拡散層界面等に停滞すると、拡散層を透過して来たカソードガスの触媒への供給が妨げられる、いわゆるフラッディング現象が起こり、燃料電池の出力が低下してしまう。本実施形態では、燃料電池の停止制御時にカソード側を密閉してカソード循環ガスによりカソード側をパージし、カソードガス循環系に凝縮器を設置してカソード循環ガス中の水分を除去することにより、さらにカソード循環ガス中の残留水分量を検知してカソード循環ガスの循環を制御することにより、燃料電池内部の水分を効率的に十分に除去することができる。したがって、フラッディング現象の発生を抑制することができる。また、内部に生成水が残留したまま燃料電池を停止することがほとんどなくなるため、次回の燃料電池の起動を問題なく行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態に係る燃料電池の停止方法では、カソードガスを循環させて燃料電池において発電させることによりカソード循環ガス中の酸素が消費され、カソード循環ガスは大部分が窒素、すなわち不活性ガスとなる。したがって、新たに不活性ガス供給手段等の設備を設けなくても燃料電池１０内部を酸素をほとんど含まない不活性ガスでパージすることができる。また、カソード循環ガス中の残留酸素量を検知してカソード循環ガスの循環を制御することにより、燃料電池の触媒層の触媒あるいは触媒担体の酸化腐食を防止することができる。
【００４０】
従来、燃料電池の停止時に、生成水を除去するためにアノードガスの供給を停止した状態で数分〜数十分間カソード側へカソードガスを供給してカソード側を乾燥させる必要があった。このとき、酸素がわずかにカソード側からアノード側へ電解質膜を透過するが、アノード側に残留水素ガスが存在する状態では酸素は即座に還元されて水となるが、水素が供給されない状態であるため水素は徐々に消費され、部分的に酸素が存在してしまう箇所が生じる。このため、アノードの電位が上昇し異常電位となりカーボンの酸化電位（約１．２ｍＶ）を超え、アノード触媒層の触媒担持体であるカーボンが酸化されＣＯ２となり、さらに触媒が酸化腐食あるいは脱離を起こし、触媒層の劣化が生じていた。本実施形態に係る燃料電池の停止方法によれば、カソード循環ガス中の残留酸素量を検知してカソード循環ガスの循環を制御して、酸素をほとんど含まない不活性ガスでカソード側をパージするため、このような触媒層の劣化、すなわち触媒層の触媒あるいは触媒担体の酸化腐食を防止することができる。
【００４１】
図１及び図４に示した上記燃料電池システム１の構成は一例であり、各構成機器、例えば、各バルブ１６，２６，３６、ポンプ２０、湿度センサ３４、酸素センサ４２等の配置等はこれらに限定されない。また、燃料電池システム１の構成機器、すなわち、カソードガス供給流路１２、カソードガス排出流路１４、閉塞バルブ１６、ガス循環流路１８、凝縮器２２、ポンプ２０、湿度センサ２４、流路切替バルブ２６、制御部２８、カソードガス供給部３０、バルブ３６、貯水タンク３８、排水バルブ４０、酸素センサ４２等について、それぞれ各種の既知のタイプの装置が使用可能であり、それらのタイプ等を限定するものではない。
【００４２】
本発明の実施形態に係る燃料電池システムの他の例の概略を図５に示し、その構成について説明する。燃料電池システム３は、図１及び図３の燃料電池システム１の構成に加えて、膨張弁４４を備える。膨張弁４４については、各種の既知のタイプのものが使用可能であり、それらのタイプ等を限定するものではない。
【００４３】
図５の燃料電池システム３において、カソードガス排出流路１４により燃料電池１０のカソードガス出口３４にポンプ２０の吸入側が接続され、ポンプ２０の吐出側が閉塞バルブ１６に接続されている。また、ガス循環流路１８において、凝縮器２２の出口側に膨張弁４４が設置されている。
【００４４】
燃料電池システム３において、燃料電池の停止の際に、上記ステップＳ１４でポンプ２０により燃料電池１０の出口側から吸引する形で、密閉系とされた燃料電池システム３内のカソードガス（空気等）がカソード循環ガスとしてガス循環流路１８を通って循環されることになる。カソード循環ガスは、燃料電池１０のカソード部を通過したときに電池反応により生成した生成水を同伴して、凝縮器２２に流入する。凝縮器２２では、カソード循環ガスに含まれる生成水が凝縮、除去される。凝縮器２２において含有される水が分離されたカソード循環ガスは、膨張弁４４により膨張され、減圧状態となってドライカソードガスとして再び燃料電池１０のカソード部に流入される。すなわち、膨張弁４４〜燃料電池１０〜ポンプ２０入口の間のガス循環流路１８は減圧状態となっている。これにより、カソード循環ガスによるカソード部の生成水の除去をより速やかに、効率的に行うことができる。
【００４５】
一方、ポンプ２０出口〜凝縮器２２入口の間のガス循環流路１８は加圧状態となっている。これにより、この間のカソード循環ガスは温度が高くなっており、凝縮器２２による冷却がされやすく、水の凝縮、除去をより効率的に行うことができる。
【００４６】
本実施形態に係る燃料電池システムは、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源、自動車用電源、家庭用電源等として、特に自動車用電源、家庭用電源として好適に用いることができる。
【００４７】
また、本実施形態に係る燃料電池の停止方法は、特に自動車用電源、家庭用電源用の燃料電池システムにおいて好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池セルの構成の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池の停止方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，３ 燃料電池システム、１０ 燃料電池、１２ カソードガス供給流路、１４ カソードガス排出流路、１６ 閉塞バルブ、１８ ガス循環流路、２０ ポンプ、２２ 凝縮器、２４ 湿度センサ、２６ 流路切替バルブ、２８ 制御部、３０ カソードガス供給部、３２ カソードガス入口、３４ カソードガス出口、３６ バルブ、３８ 貯水タンク、４０ 排水バルブ、４２ 酸素センサ、４４ 膨張弁、５０ 燃料電池セル、５２ 電解質膜、５４ アノード（燃料極）、５６ カソード（空気極）、５８ 拡散層、６０ セパレータ、６２，６４ 原料供給路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される燃料電池システム及び燃料電池の停止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や資源問題への対策の一つとして、酸素や空気等の酸化性ガスと、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）等とを原料として電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池は、電解質膜の一方の面にアノード（アノード触媒層）と、もう一方の面にカソード（カソード触媒層）とが電解質膜を挟んで対向するように設けられ、電解質膜を挟持した各触媒層の外側に拡散層がさらに設けられ、これらが原料供給用の通路が設けられたセパレータで挟まれて電池が構成され、各触媒層に水素、酸素等の原料が供給されて発電する。各触媒層には白金（Ｐｔ）等の触媒をカーボン等の担体に担持した触媒担持粒子が含まれる。
【０００３】
燃料電池の発電時には、アノードに供給する原料を水素ガス、カソードに供給する原料を空気とした場合、アノードにおいて、水素ガスから水素イオンと電子とが発生する。電子は外部端子から外部回路を通じてカソードに到達する。カソードにおいて、供給される空気中の酸素と、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通じてカソードに到達した電子により、水が生成する。このようにカソード及びアノードにおいて化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。この燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、その発電原理より排出される物質が水であること等より、クリーンなエネルギー源として様々な検討がされている。
【０００４】
このような燃料電池を停止する際、燃料電池内部に水素ガス、空気等を残しておくと、アノードまたはカソードに水素ガスと空気とが混在する状態になり、異常電位が発生し、アノード及びカソードの触媒あるいは触媒担体の酸化腐食が発生する。このような触媒あるいは触媒担体の酸化腐食が発生すると、燃料電池の寿命が短くなってしまう。また、カソード側を閉塞させて放置した場合、カソードに残留した水蒸気が凝縮液化し、いわゆるフラッディング現象により次回の電池の起動が困難となる。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１には、燃料電池の停止時に燃料電池のアノード及びカソードに不活性ガスを供給してパージすることが記載されている。また、特許文献２には、燃料電池の停止時に、カソードへの酸素含有ガスの供給を停止した状態でカソードを密閉してセルを発電させ、カソードの酸素を消費させた後、パージ用ガスでパージすることが記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、燃料電池の停止時に閉止したカソードガス循環系にてカソードガスを循環、発電させて生成した不活性ガスによりパージすることが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２２２２５９号公報
【特許文献２】特開２００２−９３４４８号公報
【特許文献３】特開２００４−２２４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１，２のような方法では、不活性ガスが必要であり、不活性ガス供給設備を備えるとシステムが大きくなってしまう。
【０００９】
また、特許文献３の方法では、カソードガス循環系に凝縮器が設置され、これにより循環ガス中の水分が凝縮除去されているが、燃料電池の停止制御時に循環ガス中の残留水分量が考慮されていないので、燃料電池内部の水分が十分に除去されない可能性がある。
【００１０】
本発明は、燃料電池停止時における、触媒層の触媒あるいは触媒担体の酸化腐食を抑制し、かつ燃料電池内部の水分量を効率的に減少させることができる燃料電池システム及び燃料電池の停止方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、アノードガスがアノードに、及び酸素を含有するカソードガスがカソードに供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池のカソード側を密閉する密閉手段と、前記燃料電池から排出されるカソードガスを前記燃料電池のカソード側へカソード循環ガスとして循環させる循環手段と、前記カソード循環ガス中の水分を除去する水分除去手段と、前記カソード循環ガス中の水分量を検知する水分量検知手段と、前記カソード循環ガスの循環を制御する制御手段と、を備え、前記燃料電池の停止時に、前記アノードガス及びカソードガスの供給が停止され、前記燃料電池のカソード側が密閉された後、前記制御手段は、前記カソード循環ガス中の水分を除去しながら前記カソード循環ガスを循環させ、前記検知した水分量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御する。
【００１２】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記燃料電池の停止時に、前記検知した水分量が予め設定した基準水分量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することが好ましい。
【００１３】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記カソード循環ガス中の酸素量を検知する酸素量検知手段をさらに備え、前記制御手段は、前記燃料電池の停止時に、前記検知した水分量及び酸素量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御することが好ましい。
【００１４】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記燃料電池の停止時に、前記検知した水分量及び酸素量がそれぞれ予め設定した基準水分量以下及び基準酸素量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、アノードガスがアノードに、及び酸素を含有するカソードガスがカソードに供給されて発電する燃料電池の停止方法であって、前記カソードガス及びアノードガスの供給を停止するステップと、前記燃料電池のカソード側を密閉するステップと、前記燃料電池から排出されるカソードガスを前記燃料電池のカソード側へカソード循環ガスとして循環させながら、前記カソード循環ガス中の水分を除去するステップと、前記カソード循環ガス中の水分量を検知し、前記検知した水分量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御するステップと、を含む。
【００１６】
また、前記燃料電池の停止方法の制御するステップにおいて、前記検知した水分量が予め設定した基準水分量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することが好ましい。
【００１７】
また、前記燃料電池の停止方法の制御するステップにおいて、前記カソード循環ガス中の酸素量を検知し、前記検知した水分量及び酸素量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御することが好ましい。
【００１８】
また、前記燃料電池の停止方法の制御するステップにおいて、前記検知した水分量及び酸素量がそれぞれ予め設定した基準水分量以下及び基準酸素量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、燃料電池の停止時に、カソードガス及びアノードガスの供給を停止し、カソード側を密閉した後、燃料電池から排出されるカソードガスをカソード循環ガスとして燃料電池内部を循環させ、循環経路において循環ガス中の水分を除去し、カソード循環ガス中の水分量に基づいて循環を制御することにより、燃料電池停止時における、触媒層の触媒あるいは触媒担体の酸化腐食を抑制し、かつ燃料電池内部の水分量を効率的に減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００２１】
本発明の実施形態に係る燃料電池システムの一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。燃料電池システム１は、燃料電池１０と、カソードガス供給流路１２と、カソードガス排出流路１４と、密閉手段である閉塞バルブ１６と、循環手段であるガス循環流路１８及びポンプ２０と、水分除去手段である凝縮器２２と、水分量検知手段である湿度センサ２４と、流路切替手段である流路切替バルブ２６と、制御手段である制御部２８と、酸素量検知手段である酸素センサ４２とを備える。
【００２２】
図１の燃料電池システム１において、カソードガス供給手段であるカソードガス供給部３０がカソードガス供給流路１２により流路切替バルブ２６を介してポンプ２０の吸入側に接続され、ポンプ２０の吐出側がカソードガス供給流路１２により燃料電池１０のカソードガス入口３２に接続されている。また、燃料電池１０のカソードガス出口３４には閉塞バルブ１６がカソードガス排出流路１４により接続されている。これにより、カソードガス供給部３０からカソードガス供給流路１２を通してカソードガスが燃料電池１０のカソード側に供給され、発電に使用されたカソードガスはカソードガス排出流路１４を通し閉塞バルブ１６を介して外部に排出されるようになっている。なお、図１においては省略してあるが、同様に燃料電池１０のアノードガス入口には、アノードガス供給手段であるアノードガス供給部がアノードガス供給流路により接続され、燃料電池１０のアノードガス出口にはアノードガス排出流路が接続されている。これにより、アノードガス供給部からアノードガス供給流路を通してアノードガスが燃料電池１０のアノード側に供給され、発電に使用されたアノードガスはアノードガス排出流路を通して排出されるようになっている。
【００２３】
一方、燃料電池１０のカソードガス出口３４と閉塞バルブ１６との間のカソードガス排出流路１４と、流路切替バルブ２６とがガス循環流路１８により接続され、その間に凝縮器２２が設置されている。カソードガス排出流路１４とガス循環流路１８との接続部と、凝縮器２２の入口側との間にはバルブ３６が設置されている。また、カソードガス排出流路１４のカソードガス出口３４付近には湿度センサ２４が、燃料電池１０には酸素センサ４２が設置されている。凝縮器２２には貯水タンク３８が接続されている。
【００２４】
さらに、制御部２８は、閉塞バルブ１６、ポンプ２０、湿度センサ２４、流路切替バルブ２６、バルブ３６、酸素センサ４２に接続されている。燃料電池システム１が車両等に搭載される場合は、制御部２８は例えばＥＣＵ等である。
【００２５】
次に、本実施形態に係る燃料電池の停止方法及び燃料電池システム１の動作について、以下説明する。
【００２６】
燃料電池システム１において燃料電池１０の通常の動作時には、流路切替バルブ２６は図１のようにＢ側に接続され、閉塞バルブ１６が開、バルブ３６が閉の状態で、ポンプ２０によりカソードガス供給部３０からカソードガスが燃料電池１０のカソード側に供給される。また、図示しないアノードガス供給部からアノードガスが燃料電池１０のアノード側に供給され、燃料電池１０において電池反応が行われる。燃料電池１０のカソード側で使用されたカソードガスは、カソードガス排出流路１４を通し、閉塞バルブ１６を介して外部に排出される。
【００２７】
本実施形態で使用される燃料電池１０は、酸素や空気等の酸化性ガスをカソードガスとして、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）をアノードガスとして電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電するものであり、特に制限されない。図２に燃料電池１０を構成する単セルの一例の概略断面図を示す。燃料電池セル５０において、例えば、パーフルオロスルホン酸系等の固体高分子型の電解質膜５２の一方の面に、白金（Ｐｔ）等を担持したカーボン等の触媒担持粒子を含む触媒層がアノード（燃料極）５４として、もう一方の面に白金（Ｐｔ）等を担持したカーボン等の触媒担持粒子を含む触媒層がカソード（空気極）５６として電解質膜５２を挟んで対向するように設けられている。また、電解質膜５２を挟持した各触媒層（アノード５４及びカソード５６）の外側に、カーボン材料等の多孔質導電体材料を含む拡散層５８がさらに設けられ、これらが原料供給用の通路を設けたセパレータ６０により挟まれて電池が構成され、各触媒層に水素、酸素等の原料ガスが供給され発電する。断面が櫛型状のセパレータ６０の空洞部は、アノード５４及びカソード５６にそれぞれ水素ガス等のアノードガス及び空気等のカソードガスを供給するための原料供給路６２，６４となっている。
【００２８】
燃料電池セル５０において、例えば、アノード（燃料極）５４に供給するアノードガスを水素ガス、カソード（空気極）５６に供給するカソードガスを空気として運転した場合、アノード５４において、
２Ｈ２ → ４Ｈ＋＋４ｅ−
で示される反応式（水素酸化反応）を経て、水素ガス（Ｈ２）から水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とが発生する。電子（ｅ−）は拡散層５８から図示しない外部回路を通り、もう一方の拡散層５８からカソード５６側に到達する。カソード５６において、供給される空気中の酸素（Ｏ２）と、電解質膜５２を通過した水素イオン（Ｈ＋）と、外部回路を通じてカソード５６側に到達した電子（ｅ−）とにより、
４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ− → ２Ｈ２Ｏ
で示される反応式（酸素還元反応）を経て、水が生成する。このようにアノード５４及びカソード５６において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。そして、一連の反応において排出される成分は水であるので、クリーンな電池が構成されることになる。
【００２９】
このような燃料電池１０の通常の動作から停止動作を行うときの停止方法のフローチャートを図３に示す。まず、ステップＳ１０で、制御部２８により流路切替バルブ２６が図４のようにＡ側に接続され、カソードガスの燃料電池１０への供給が停止される。また、アノードガスの燃料電池１０への供給も停止される。
【００３０】
次に、ステップＳ１２で、制御部２８により閉塞バルブ１６が閉、バルブ３６が開とされる。これにより、カソードガス排出流路１４は閉塞され、燃料電池１０のカソード側は密閉系とされる。
【００３１】
ステップＳ１４では、制御部２８によりポンプ２０の運転が継続され、密閉系とされた燃料電池１０のカソード内をカソードガス（空気等）がカソード循環ガスとしてガス循環流路１８を通って循環することになる。カソード循環ガスは、燃料電池１０のカソード部を通過したときに上記のように電池反応により生成した生成水を同伴して、凝縮器２２に流入する。凝縮器２２では、カソード循環ガスに含まれる生成水が凝縮、除去される。凝縮器２２において分離された水は貯水タンク３８に貯留され、所定量溜ったところで排水バルブ４０が開状態とされ、外部に排出される。一方、凝縮器２２において含有される水が分離されたカソード循環ガスは、ドライカソードガスとして再び燃料電池１０のカソード部に流入され、カソード部の生成水がさらに除去される。
【００３２】
水分除去手段である凝縮器２２としては公知の凝縮器を用いることができる。凝縮器２２には、冷却水等の冷媒が通されており、熱交換によりカソード循環ガスが冷却され、含まれる水分が凝縮される。凝縮器２２における冷却温度は、カソード循環ガス中の水分を凝縮することができればよく特に制限はない。燃料電池の通常の動作温度が８０℃程度であることから、例えば４０℃〜５０℃程度に冷却すれば、カソード循環ガス中の水分を凝縮することができる。水分除去手段としては、ガス中の水分を除去することができるものであれば良く、凝縮器に限定されない。
【００３３】
このようにアノード側への水素ガス及びカソード側への空気の供給を停止し、カソード側にカソード循環ガスとして空気を循環させた状態では、燃料電池１０において、空気中の酸素の一部がカソード側からアノード側へ電解質膜を透過する。電解質膜を透過した酸素は、アノード側で残留した水素と反応し電流が発生する。したがって、カソード循環ガス中の酸素は徐々に消費されていき、カソード循環ガスは大部分が窒素、すなわち不活性ガスとなる。そこで、ステップＳ１６では、酸素センサ４２により燃料電池１０の酸素量が計測される。酸素センサ４２の信号が制御部２８に送信され、酸素量（酸素濃度）が予め設定した基準酸素量（基準酸素濃度）以下（例えば検出限界以下）、すなわちカソード側の酸素が消失したと判断したときには、ステップＳ１８で燃料電池の電流が停止される。電流値が上記基準酸素量以下にならない場合は、ステップＳ１４で燃料電池の発電が継続される。
【００３４】
ここでは酸素量検知手段として、酸素センサ４２を使用しているが、これに限定されない。
【００３５】
次に、ステップＳ２０で、燃料電池１０のカソードガス出口３４付近の湿度センサ２４により、カソード循環ガスの湿度が検知される。湿度値の信号が制御部２８に送信され、カソード循環ガスの湿度が予め設定した値（基準湿度値）以下、すなわちカソード側の生成水が消失したと判断したときには、ステップＳ２２で制御部２８によりポンプ２０が停止され、燃料電池システム１の停止が完了する。湿度が上記基準湿度値以下にならない場合は、ステップＳ１４でカソード循環ガスの循環が継続される。基準湿度値は、燃料電池１０の電池構成、燃料電池１０内部の容積等に応じて決めればよい。
【００３６】
ここでは、燃料電池１０から排出されるカソード循環ガスの湿度を検知する湿度センサにより検知した湿度に基づいて制御部２８によりカソード循環ガスの循環を制御しているが、水分量検知手段としてはこれに限定されない。水分量検知手段の代わりに、カソード循環ガスを循環させた時間に基づいてカソード循環ガスの循環を制御してもよい。
【００３７】
燃料電池１０を再び起動する場合は、制御部２８により、流路切替バルブ２６が図１のようにＢ側に接続され、閉塞バルブ１６が開、バルブ３６が閉の状態とされ、ポンプ２０によりカソードガス供給部３０からカソードガスが燃料電池１０のカソード側に供給される。また、アノードガスもアノード側に供給され、電池反応が行われる。起動時には、貯水タンク３８内の水がなくなるまで、排水バルブ４０が開状態とされ、水が外部に排出される。貯水タンク３８内の水がなくなったら、排水バルブ４０が閉状態とされる。
【００３８】
カソードにおいて生成した生成水が触媒層内部または触媒層／拡散層界面等に停滞すると、拡散層を透過して来たカソードガスの触媒への供給が妨げられる、いわゆるフラッディング現象が起こり、燃料電池の出力が低下してしまう。本実施形態では、燃料電池の停止制御時にカソード側を密閉してカソード循環ガスによりカソード側をパージし、カソードガス循環系に凝縮器を設置してカソード循環ガス中の水分を除去することにより、さらにカソード循環ガス中の残留水分量を検知してカソード循環ガスの循環を制御することにより、燃料電池内部の水分を効率的に十分に除去することができる。したがって、フラッディング現象の発生を抑制することができる。また、内部に生成水が残留したまま燃料電池を停止することがほとんどなくなるため、次回の燃料電池の起動を問題なく行うことができる。
【００３９】
また、本実施形態に係る燃料電池の停止方法では、カソードガスを循環させて燃料電池において発電させることによりカソード循環ガス中の酸素が消費され、カソード循環ガスは大部分が窒素、すなわち不活性ガスとなる。したがって、新たに不活性ガス供給手段等の設備を設けなくても燃料電池１０内部を酸素をほとんど含まない不活性ガスでパージすることができる。また、カソード循環ガス中の残留酸素量を検知してカソード循環ガスの循環を制御することにより、燃料電池の触媒層の触媒あるいは触媒担体の酸化腐食を防止することができる。
【００４０】
従来、燃料電池の停止時に、生成水を除去するためにアノードガスの供給を停止した状態で数分〜数十分間カソード側へカソードガスを供給してカソード側を乾燥させる必要があった。このとき、酸素がわずかにカソード側からアノード側へ電解質膜を透過するが、アノード側に残留水素ガスが存在する状態では酸素は即座に還元されて水となるが、水素が供給されない状態であるため水素は徐々に消費され、部分的に酸素が存在してしまう箇所が生じる。このため、アノードの電位が上昇し異常電位となりカーボンの酸化電位（約１．２ｍＶ）を超え、アノード触媒層の触媒担持体であるカーボンが酸化されＣＯ２となり、さらに触媒が酸化腐食あるいは脱離を起こし、触媒層の劣化が生じていた。本実施形態に係る燃料電池の停止方法によれば、カソード循環ガス中の残留酸素量を検知してカソード循環ガスの循環を制御して、酸素をほとんど含まない不活性ガスでカソード側をパージするため、このような触媒層の劣化、すなわち触媒層の触媒あるいは触媒担体の酸化腐食を防止することができる。
【００４１】
図１及び図４に示した上記燃料電池システム１の構成は一例であり、各構成機器、例えば、各バルブ１６，２６，３６、ポンプ２０、湿度センサ３４、酸素センサ４２等の配置等はこれらに限定されない。また、燃料電池システム１の構成機器、すなわち、カソードガス供給流路１２、カソードガス排出流路１４、閉塞バルブ１６、ガス循環流路１８、凝縮器２２、ポンプ２０、湿度センサ２４、流路切替バルブ２６、制御部２８、カソードガス供給部３０、バルブ３６、貯水タンク３８、排水バルブ４０、酸素センサ４２等について、それぞれ各種の既知のタイプの装置が使用可能であり、それらのタイプ等を限定するものではない。
【００４２】
本発明の実施形態に係る燃料電池システムの他の例の概略を図５に示し、その構成について説明する。燃料電池システム３は、図１及び図３の燃料電池システム１の構成に加えて、膨張弁４４を備える。膨張弁４４については、各種の既知のタイプのものが使用可能であり、それらのタイプ等を限定するものではない。
【００４３】
図５の燃料電池システム３において、カソードガス排出流路１４により燃料電池１０のカソードガス出口３４にポンプ２０の吸入側が接続され、ポンプ２０の吐出側が閉塞バルブ１６に接続されている。また、ガス循環流路１８において、凝縮器２２の出口側に膨張弁４４が設置されている。
【００４４】
燃料電池システム３において、燃料電池の停止の際に、上記ステップＳ１４でポンプ２０により燃料電池１０の出口側から吸引する形で、密閉系とされた燃料電池システム３内のカソードガス（空気等）がカソード循環ガスとしてガス循環流路１８を通って循環されることになる。カソード循環ガスは、燃料電池１０のカソード部を通過したときに電池反応により生成した生成水を同伴して、凝縮器２２に流入する。凝縮器２２では、カソード循環ガスに含まれる生成水が凝縮、除去される。凝縮器２２において含有される水が分離されたカソード循環ガスは、膨張弁４４により膨張され、減圧状態となってドライカソードガスとして再び燃料電池１０のカソード部に流入される。すなわち、膨張弁４４〜燃料電池１０〜ポンプ２０入口の間のガス循環流路１８は減圧状態となっている。これにより、カソード循環ガスによるカソード部の生成水の除去をより速やかに、効率的に行うことができる。
【００４５】
一方、ポンプ２０出口〜凝縮器２２入口の間のガス循環流路１８は加圧状態となっている。これにより、この間のカソード循環ガスは温度が高くなっており、凝縮器２２による冷却がされやすく、水の凝縮、除去をより効率的に行うことができる。
【００４６】
本実施形態に係る燃料電池システムは、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源、自動車用電源、家庭用電源等として、特に自動車用電源、家庭用電源として好適に用いることができる。
【００４７】
また、本実施形態に係る燃料電池の停止方法は、特に自動車用電源、家庭用電源用の燃料電池システムにおいて好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池セルの構成の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池の停止方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成の他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，３ 燃料電池システム、１０ 燃料電池、１２ カソードガス供給流路、１４ カソードガス排出流路、１６ 閉塞バルブ、１８ ガス循環流路、２０ ポンプ、２２ 凝縮器、２４ 湿度センサ、２６ 流路切替バルブ、２８ 制御部、３０ カソードガス供給部、３２ カソードガス入口、３４ カソードガス出口、３６ バルブ、３８ 貯水タンク、４０ 排水バルブ、４２ 酸素センサ、４４ 膨張弁、５０ 燃料電池セル、５２ 電解質膜、５４ アノード（燃料極）、５６ カソード（空気極）、５８ 拡散層、６０ セパレータ、６２，６４ 原料供給路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガスがアノードに、及び酸素を含有するカソードガスがカソードに供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池のカソード側を密閉する密閉手段と、
前記燃料電池から排出されるカソードガスを前記燃料電池のカソード側へカソード循環ガスとして循環させる循環手段と、
前記カソード循環ガス中の水分を除去する水分除去手段と、
前記カソード循環ガス中の水分量を検知する水分量検知手段と、
前記カソード循環ガスの循環を制御する制御手段と、
を備え、
前記燃料電池の停止時に、前記アノードガス及びカソードガスの供給が停止され、前記燃料電池のカソード側が密閉された後、前記制御手段は、前記カソード循環ガス中の水分を除去しながら前記カソード循環ガスを循環させ、前記検知した水分量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記燃料電池の停止時に、前記検知した水分量が予め設定した基準水分量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記カソード循環ガス中の酸素量を検知する酸素量検知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の停止時に、前記検知した水分量及び酸素量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記燃料電池の停止時に、前記検知した水分量及び酸素量がそれぞれ予め設定した基準水分量以下及び基準酸素量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
アノードガスがアノードに、及び酸素を含有するカソードガスがカソードに供給されて発電する燃料電池の停止方法であって、
前記カソードガス及びアノードガスの供給を停止するステップと、
前記燃料電池のカソード側を密閉するステップと、
前記燃料電池から排出されるカソードガスを前記燃料電池のカソード側へカソード循環ガスとして循環させながら、前記カソード循環ガス中の水分を除去するステップと、
前記カソード循環ガス中の水分量を検知し、前記検知した水分量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御するステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池の停止方法。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池の停止方法であって、
前記制御するステップにおいて、前記検知した水分量が予め設定した基準水分量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することを特徴とする燃料電池の停止方法。
【請求項７】
請求項５に記載の燃料電池の停止方法であって、
前記制御するステップにおいて、前記カソード循環ガス中の酸素量を検知し、前記検知した水分量及び酸素量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御することを特徴とする燃料電池の停止方法。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池の停止方法であって、
前記制御するステップにおいて、前記検知した水分量及び酸素量がそれぞれ予め設定した基準水分量以下及び基準酸素量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することを特徴とする燃料電池の停止方法。
【請求項１】
アノードガスがアノードに、及び酸素を含有するカソードガスがカソードに供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池のカソード側を密閉する密閉手段と、
前記燃料電池から排出されるカソードガスを前記燃料電池のカソード側へカソード循環ガスとして循環させる循環手段と、
前記カソード循環ガス中の水分を除去する水分除去手段と、
前記カソード循環ガス中の水分量を検知する水分量検知手段と、
前記カソード循環ガスの循環を制御する制御手段と、
を備え、
前記燃料電池の停止時に、前記アノードガス及びカソードガスの供給が停止され、前記燃料電池のカソード側が密閉された後、前記制御手段は、前記カソード循環ガス中の水分を除去しながら前記カソード循環ガスを循環させ、前記検知した水分量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記燃料電池の停止時に、前記検知した水分量が予め設定した基準水分量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記カソード循環ガス中の酸素量を検知する酸素量検知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の停止時に、前記検知した水分量及び酸素量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、前記燃料電池の停止時に、前記検知した水分量及び酸素量がそれぞれ予め設定した基準水分量以下及び基準酸素量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
アノードガスがアノードに、及び酸素を含有するカソードガスがカソードに供給されて発電する燃料電池の停止方法であって、
前記カソードガス及びアノードガスの供給を停止するステップと、
前記燃料電池のカソード側を密閉するステップと、
前記燃料電池から排出されるカソードガスを前記燃料電池のカソード側へカソード循環ガスとして循環させながら、前記カソード循環ガス中の水分を除去するステップと、
前記カソード循環ガス中の水分量を検知し、前記検知した水分量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御するステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池の停止方法。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池の停止方法であって、
前記制御するステップにおいて、前記検知した水分量が予め設定した基準水分量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することを特徴とする燃料電池の停止方法。
【請求項７】
請求項５に記載の燃料電池の停止方法であって、
前記制御するステップにおいて、前記カソード循環ガス中の酸素量を検知し、前記検知した水分量及び酸素量に基づいて前記カソード循環ガスの循環を制御することを特徴とする燃料電池の停止方法。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池の停止方法であって、
前記制御するステップにおいて、前記検知した水分量及び酸素量がそれぞれ予め設定した基準水分量以下及び基準酸素量以下となったときに前記カソード循環ガスの循環を停止することを特徴とする燃料電池の停止方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−３２３８６３（Ｐ２００７−３２３８６３Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５０６６４（Ｐ２００６−１５０６６４）
【出願日】平成１８年５月３０日（２００６．５．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月３０日（２００６．５．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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