(57)【要約】【課題】窒素使用量を大幅に低減すると共に、コンパクトな装置においても固体高分子形燃料電池システムの停止が可能な固体高分子形燃料電池システムの停止方法及び固体高分子形燃料電池システムを提供する。【解決手段】固体高分子形燃料電池システムの停止方法であって、１）燃料電池に供給する水素及び酸素の供給経路を封じ込む経路閉鎖工程と、２）燃料電池スタック１１に対し、残存する水素及び酸素の除去を行う水素及び酸素除去モード工程（例えば（１）所定の電流を通電する、（２）所定の抵抗を接続する、（３）所定の電圧を印加する等により、燃料電池システム内の水素、酸素を発電により消費する、（４）残存する水素及び酸素を外部に排出する等）と、３）燃料電池スタック１１内に不活性ガスを供給する不活性ガス置換工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子形燃料電池システムの停止方法であって、
１）  燃料電池スタックに供給する水素及び酸素の供給経路を封じ込む経路閉鎖工程と、
２）  燃料電池スタックに対し、残存する水素及び酸素を除去する水素及び酸素除去モード工程と、
３）  前記燃料電池スタック内に不活性ガスを供給する不活性ガス置換工程と、
を有することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法。
【請求項２】
請求項１において、
水素及び酸素除去モードは、残存する水素及び酸素の消費を行うことを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法。
【請求項３】
請求項１において、
水素及び酸素除去モードは、残存する水素及び酸素を系外に強制排気することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記不活性ガスは、加湿しない不活性ガスであることを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記１）の経路閉鎖工程の後に、前記燃料電池スタック内に残存する水素及び酸素をガス循環ラインにより循環させる水素及び酸素循環工程を有することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記２）の水素及び酸素除去モード工程において、前記燃料電池スタック内の圧力が、スタック温度の所定圧力に低下するまで保持することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
前記３）の不活性ガス置換工程において、前記水素及び酸素除去モード工程により除去した水素及び酸素分だけ不活性ガスを供給することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一つにおいて、
前記燃料電池スタック内の圧力が所定の圧力になった時点で、不活性ガスの供給系を封じ込め、不活性ガス置換を終了することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一つにおいて、
燃料電池スタック内のアノード系内の不活性ガスの置換容積が、カソード系内の不活性ガスのガス置換容積の二倍以上であることを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法。
【請求項１０】
アノード極とカソード極との間に電解質膜を介在してなる燃料電池セルを備える燃料電池スタックと、
アノード極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
カソード極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
運転停止の際に不活性ガスを燃料電池スタック内に供給する不活性ガス供給手段と、
前記運転停止の際に、燃料電池スタックに供給する水素及び酸素の供給経路を封じ込めると共に、残存する燃料ガス及び酸化剤ガスの水素及び酸素の除去を行い、且つ前記水素及び酸素の除去と共に、又は除去のほぼ完了の後に、不活性ガスを供給する制御を行う制御装置と、を有することを特徴とする固体高分子形燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１０において、
更に残存するガスを系外に排気するガス排気手段を有し、
前記制御装置は、ガスの除去に際して当該ガス排気手段の制御を行う
ことを特徴とする固体することにより行う固体高分子形燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１０又は１１において、
前記不活性ガスは、加湿しない不活性ガスであることを特徴とする固体高分子形燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池システムの停止方法及び固体高分子形燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に従来の固体高分子形燃料電池システムの概略図を示す。
図５に示すように、アノード極１１ａとカソード極１１ｂとを有する燃料電池スタック（複数の燃料電池セルの積層体）１１には、燃料ガス供給手段である水素ボンベ１２から水素（Ｈ2）がアノード極１１ａに、配管Ｌ1を介して供給され、酸化剤ガス供給手段の酸素ボンベ１３からは酸素（Ｏ2）が配管Ｌ2を介して供給されている。
燃料電池セルを構成するイオン交換膜からなる電解質膜１１ｃは、アノード極１１ａ及びカソード極１１ｂの間に配置されている。また、水素と酸素の供給の際には、それぞれ燃料側加湿器１４ａと酸化剤側加湿器１４ｂとにより加湿された水素と酸素を含有するガスが配管Ｌ３，Ｌ４を介して、それぞれ供給されている。また、配管Ｌ３，Ｌ４には、圧力計Ｐ1、Ｐ2が設置され、それぞれの供給圧力を監視している。
【０００３】
また、パージ用の不活性ガスの供給手段である窒素ボンベ１５ａ、１５ｂから供給される窒素（Ｎ2）は、Ｌ９，Ｌ１０を介して、燃料電池スタック１１のアノード極１１ａ側とカソード極１１ｂ側に供給され、窒素と水素又は窒素と酸素とが合流され、窒素置換を行うようにしている。この供給の際には、燃料側窒素加湿器１６ａと酸化剤側窒素加湿器１６ｂとにより加湿されたパージガスが配管Ｌ７，Ｌ８を介して、それぞれ供給されている。
さらに、アノード極１１ａ及びカソード極１１ｂの下流側の配管Ｌ５，Ｌ６には、それぞれドレンポット１７ａ、１７ｂが設置され、凝縮されたドレンの除去をしている。
また、各配管Ｌ１，Ｌ２，Ｌ９，Ｌ１０には、マスフローコントローラー１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂが設置されている。
【０００４】
２つの第１仕切弁２０ａ、２０ｂは、水素ボンベ１２及び酸素ボンベ１３の下流側の配管Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ設置され、供給する際のガス圧力の調整をしている。２つの第２仕切弁２１ａ、２１ｂは、燃料側加湿器１４ａ及び酸化剤側加湿器１４ｂの下流側の配管Ｌ３，Ｌ４にそれぞれ設置され、流路の開閉をしている。
２つの第３仕切弁２２ａ、２２ｂは、アノード極１１ａ及びカソード極１１ｂの下流側の配管Ｌ５，Ｌ６にそれぞれ設置され、流路の開閉をしている。
２つの第４仕切弁２３ａ、２３ｂは、窒素ボンベ１５ａ、１５ｂ近傍の前記配管Ｌ９，Ｌ１０にそれぞれ設置され、ガス圧力の調整をしている。２つの第５仕切弁２４ａ、２４ｂは、燃料側窒素加湿器１６ａと酸化剤側窒素加湿器１６ｂの下流側の配管Ｌ７，Ｌ８にそれぞれ設置され、流路の開閉をしている。
【０００５】
次に、従来の固体高分子形燃料電池システムの停止・保管方法を説明する。
まず、固体高分子形燃料電池システムの運転の際には、第４仕切弁２３ａ、２３ｂ及び第５仕切弁２４ａ、２４ｂを閉じておき、水素を水素ボンベ１２から燃料側加湿器１４ａを通してアノード極１１ａに、酸素を酸素ボンベ１３から酸化剤側加湿器１４ｂを通してカソード極１１ｂにそれぞれ供給することにより発電を行う。
【０００６】
そして、固体高分子形燃料電池システムの運転停止の際においては、第１仕切弁２０ａ及び第２仕切弁２１ａを閉じて、水素ボンベ１２からの燃料の供給を停止し、燃料電池スタックを冷却した後、第４仕切弁２３ａ及び第５仕切弁２４ａを開けて窒素を窒素ボンベ１５ａから燃料側窒素加湿器１６ａを経由して供給し、ここで飽和まで加湿された窒素を前記アノード極１１ａに供給して前記アノード極１１ａの残存水素をパージしながら窒素に置換する。
置換を終了した後、第５仕切弁２４ａを閉じることにより加湿された窒素の封入を完了する。
【０００７】
また、同様にして、第１仕切弁２０ｂ及び第２仕切弁２１ｂを閉じて、酸素ボンベ１３からの酸素の供給を停止し、第４仕切弁２３ｂ及び第５仕切弁２４ｂを開けて窒素を窒素ボンベ１５ｂから酸化剤側窒素加湿器１６ｂに供給し、ここで飽和まで加湿された窒素をカソード極１１ｂに供給して前記カソード極１１ｂの残存酸素をパージしながら窒素に置換する。
置換を終了した後、第５仕切弁２４ｂを閉じることにより加湿された窒素の封入を完了する。
【０００８】
ここで、パージガスとして飽和まで加湿された窒素とするのは、パージを行うには多量（燃料電池スタック系内の４〜５倍の体積）のガスが必要となるので、供給される窒素による燃料電池スタック内の乾燥を防ぐために、飽和まで加湿された窒素が必要となるからである。
【０００９】
このようにして、燃料ガス流路または酸化剤ガス流路に加湿された窒素を封入した状態で運転を停止し、保管することによって燃料電池を構成する前記電解質膜であるイオン交換膜を乾燥させずに保水状態を維持できるため、再起動時、水素ボンベ１２及び酸素ボンベ１３からそれぞれ燃料（水素）および酸化剤（酸素）を導入することにより速やかに発電を開始できる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０６−２５１７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、パージガスとして窒素を用い、燃料電池スタック１１内の水素及び酸素を殆ど追出して窒素パージするために、燃料電池スタック１１内及び配管の全てをガス置換するので、用いる窒素使用量が多くなる、という問題がある。
また、大量な窒素で置換するので、燃料電池スタック１１内を加湿状態とする必要があり、窒素加湿器１６ａ、１６ｂの設置及びそれに伴う流量制御器等の周辺機器の設置が必須となる。
この結果、長期間に亙って燃料電池システムの運転及び停止を何度も繰り返すような場合には、不活性ガスを供給する窒素ボンベの大容量化や多量のボンベの保管が必要であると共に、周辺装置の設置スペースも問題となる。
【００１２】
本発明は、前記問題に鑑み、窒素使用量を大幅に低減すると共に、コンパクトな装置においても燃料電池システムの停止が可能な固体高分子形燃料電池システムの停止方法及び固体高分子形燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第１の発明は、固体高分子形燃料電池システムの停止方法であって、１）  燃料電池スタックに供給する水素及び酸素の供給経路を封じ込む経路閉鎖工程と、２）  燃料電池スタックに対し、残存する水素及び酸素を除去する水素及び酸素除去モード工程と、３）  前記燃料電池スタック内に不活性ガスを供給する不活性ガス置換工程と、を有することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法にある。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、水素及び酸素除去モードは、残存する水素及び酸素の消費を行うことを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法にある。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明において、水素及び酸素除去モードは、残存する水素及び酸素を系外に強制排気することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法にある。
【００１６】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記不活性ガスは、加湿しない不活性ガスであることを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法にある。
【００１７】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記１）の経路閉鎖工程の後に、前記燃料電池スタック内に残存する水素及び酸素をガス循環ラインにより循環させる水素及び酸素循環工程を有することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法にある。
【００１８】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記２）の水素及び酸素除去モード工程において、前記燃料電池スタック内の圧力が、スタック温度の所定圧力に低下するまで保持することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法にある。
【００１９】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、前記３）の不活性ガス置換工程において、前記水素及び酸素除去モード工程により除去した水素及び酸素分だけ不活性ガスを供給することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法にある。
【００２０】
第８の発明は、第１乃至７のいずれか一つの発明において、前記燃料電池スタック内の圧力が所定の圧力になった時点で、不活性ガスの供給系を封じ込め、不活性ガス置換を終了することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法にある。
【００２１】
第９の発明は、第１乃至８のいずれか一つの発明において、燃料電池スタック内のアノード系内の不活性ガスの置換容積が、カソード系内の不活性ガスのガス置換容積の二倍以上であることを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの停止方法にある。
【００２２】
第１０の発明は、アノード極とカソード極との間に電解質膜を介在してなる燃料電池セルを備える燃料電池スタックと、アノード極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、カソード極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、運転停止の際に不活性ガスを燃料電池スタック内に供給する不活性ガス供給手段と、前記運転停止の際に、燃料電池スタックに供給する水素及び酸素の供給経路を封じ込めると共に、残存する燃料ガス及び酸化剤ガスの水素及び酸素の除去を行い、且つ前記水素及び酸素の除去と共に、又は除去のほぼ完了の後に、不活性ガスを供給する制御を行う制御装置と、を有することを特徴とする固体高分子形燃料電池システムにある。
【００２３】
第１１の発明は、第１０の発明において、更に残存するガスを系外に排気するガス排気手段を有し、前記制御装置は、ガスの除去に際して当該ガス排気手段の制御を行うことを特徴とする固体することにより行う固体高分子形燃料電池システムにある。
【００２４】
第１２の発明は、第１０又は１１の発明において、前記不活性ガスは、加湿しない不活性ガスであることを特徴とする固体高分子形燃料電池システムにある。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、固体高分子形燃料電池システムの停止の際に、燃料電池に供給する水素及び酸素の供給経路を封じ込む経路閉鎖工程と、燃料電池スタックに対し、残存する水素及び酸素の除去を行う水素及び酸素除去モード工程とを有することにより、不活性ガスのガスパージ消費量を軽減すると共に、設備を簡略化し、かつ、停止時の電池の劣化を防止できる。
また、パージする不活性ガス量が従来よりも大幅に低減されるので、不活性ガスの加湿が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、実施例１の固体高分子形燃料電池システムの概略図である。
【図２】図２は、実施例２の固体高分子形燃料電池システムの概略図である。
【図３】図３は、試験結果を示す燃料電池システムの運転時間と水素及び酸素濃度又は系内圧力との関係図である。
【図４】図４は、比較例のパージ時間と水素及び酸素濃度との関係図である。
【図５】図５は、従来技術の固体高分子形燃料電池システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明にかかるガス中のガス成分計測装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２８】
本発明による実施例１に係る固体高分子形燃料電池システムの停止方法及び固体高分子形燃料電池システムについて、図面を参照して説明する。
図１は、実施例に係る固体高分子形燃料電池システムの概略図を示す。
なお、前述した従来技術を示す図５の固体高分子形燃料電池システムと同一の部材については、同一符号を付して重複する説明は省略する。
図１に示すように、本実施例に係る固体高分子形燃料電池システム１０Ａは、アノード極１１ａとカソード極１１ｂとの間に電解質膜１１ｃを介在してなる燃料電池セルを備える燃料電池スタック１１と、アノード極１１ａに燃料ガス（例えば水素）を供給する燃料ガス供給手段と、カソード極１１ｂに酸化剤ガス（例えば酸素）を供給する酸化剤ガス供給手段と、運転停止の際に不活性ガス（例えば窒素）を燃料電池スタック１１内に供給する不活性ガス供給手段と、前記運転停止の際に、燃料電池スタック１１内に供給する水素及び酸素の供給経路を封じ込めると共に、残存する燃料ガス及び酸化剤ガスの水素及び酸素の除去を行い、且つ前記水素及び酸素の除去と共に、又は除去のほぼ完了の後に、不活性ガスを供給する制御を行う制御装置（図示せず）とを有するものである。
【００２９】
図１に示すように、本実施例の固体高分子形燃料電池システム１０Ａでは、従来のシステム構成において、さらにアノード極１１ａ内を水素が循環する循環ラインＬ１１と、カソード極１１ｂ内を酸素が循環する循環ラインＬ１２とを有している。また各循環ラインＬ１１、Ｌ１２には、循環ポンプ３１ａ、３１ｂ、第６仕切弁３２ａ、３２ｂ、第７仕切弁３３ａ、３３ｂが各々設置されている。
【００３０】
また、本実施例においては、アノード極１１ａ側のドレンポット１７ａは、カソード極１１ｂ側のドレンポット１７ｂよりもその容量を大きくしていると共に、アノード極１１ａ側の水素循環ラインＬ１１は、ドレンポット１７ａを出た後で水素を循環するようにしている。
【００３１】
本実施例では、パージする不活性ガス（窒素）は、積極的に加湿しても良いが、本発明においては窒素パージ量が少ないので、従来のような窒素用の加湿装置を設置せず、加湿を省略するようにしてもよい。
【００３２】
本実施例に係る固体高分子形燃料電池システムを停止する方法は、燃料電池に供給する水素及び酸素を含有するガスの供給経路を封じ込む経路閉鎖工程（第１の工程）と、燃料電池スタック１１に対し、残存する水素及び酸素の除去を行う水素及び酸素除去モード工程（第２の工程）と、燃料電池スタック１１内に不活性ガス供給手段から不活性ガスを供給してパージする工程（第３の工程）とを有する。
【００３３】
この経路閉鎖工程は、燃料供給側では、水素ボンベ１２からの水素の供給を停止し、第１仕切弁２０ａ、第２仕切弁２１ａ及び第３仕切弁２２ａを閉めることにより行う。一方、酸素供給側では、酸素ボンベ１３からの酸素の供給を停止し、第１仕切弁２０ｂ、第２仕切弁２１ｂ及び第３仕切弁２２ｂを閉めることにより行う。なお、仕切弁２２ａ、２２ｂは、ドレンポット１７ａ、１７ｂの上流側に設置しても良いし、下流側に設置してもよい。これと共に、循環ラインＬ１１、Ｌ１２に設置された第６仕切弁３２ａ、３２ｂ、第７仕切弁３３ａ、３３ｂを開く。
【００３４】
この水素及び酸素の供給経路を封じ込めた後に、残存する水素及び酸素の除去を行う水素及び酸素除去モード工程を実施する。
ここで、前記水素及び酸素除去モードとは、残存する水素及び酸素を積極的に消費する工程であり、特に制限されるものではない。この水素及び酸素除去モードとしては、例えば（１）所定の電流を通電する方法、（２）所定の抵抗を接続する方法、（３）所定の電圧を印加する方法等を適宜行うことにより、燃料電池システム内の水素、酸素を発電により消費させるようにしている。
【００３５】
この水素及び酸素除去モード工程により、残存された水素及び酸素を効率的に除去することができる。
本実施例の水素及び酸素除去モード工程においては、燃料電池スタック内の圧力が、スタック温度の所定圧力に低下するまでそれを保持し、残存ガスを使い果たすようにしている。なお、本圧力としては反応物である水の生成量の指標である飽和水蒸気圧が例示される。
【００３６】
その後、残存するガスが殆ど無くなったら、第４仕切弁２３ａ、２３ｂ及び第５仕切弁２４ａ、２４ｂを開き、窒素ボンベ１５ａ、１５ｂからの窒素をアノード極１１ａ、カソード極１１ｂ側にそれぞれ供給し、不活性ガス置換工程を実施する。
【００３７】
そして、燃料電池スタック１１内の圧力が所定の圧力（最初の停止時の圧力に相当）になった時点で、不活性ガスのパージ系を封じ込め、不活性ガス置換工程を終了する。
具体的には、窒素ボンベ１５ａ、１５ｂからの窒素の供給を停止すると共に、第４仕切弁２３ａ、２３ｂ及び第５仕切弁２４ａ、２４ｂを閉鎖する。
この窒素パージされた状態で保管を行う。
【００３８】
また、本実施例においては、アノード極１１ａ側のドレンポット１７ａの大きさをカソード極１１ｂ側のドレンポット１７ｂよりも大きくしている。
実施例１における停止工程において、燃料電池系内の水素及び酸素を消費する場合、次の化学式（１）に従って反応が進む。
２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏ…（１）
この式（１）から、水素は酸素の２倍のモル数が必要であり、同圧、同温度条件下では、水素は酸素と比較して２倍の体積が必要となる。
よって、残存する水素及び酸素を消費するためには、燃料電池システムの停止時に燃料電池を封じきる際に、水素系内の体積を２倍にすることが必要となる。
【００３９】
よって、本実施例では、ドレンポット１７ａを大きくすることでアノード極１１ａ系内のガス体積を、カソード極１１ｂ側のガス体積よりも２倍以上にするようにしている。
なお、アノード極１１ａ系内の体積を２倍以上にできるのであれば、ドレンポットによらず、大きい径の配管を用いるようにしても良い。
【００４０】
ここで、固体高分子形燃料電池システムの運転・停止工程の具体例について、図１を参照しつつ説明する。本例では、水素及び酸素の除去を行った後に、窒素置換する方法である。
（１）先ず、燃料電池システム１０Ａで発電をしている(このときの運転圧力は、例えば５０ｋＰａＧとする。)。
（２）次に、燃料電池システム１０Ａに対して、運転を停止する制御を、図示しない制御装置により行う。
（３）次に、第１仕切弁２０ａ、２０ｂ、第２仕切弁２１ａ、２１ｂ及び第３仕切弁２２ａ、２２ｂを閉鎖して、水素及び酸素の供給系を封じ込める制御を、図示しない制御装置により行う。
（４）次に、第６仕切弁３２ａ、３２ｂ、第７仕切弁３３ａ、３３ｂを開き、循環ラインＬ１１、Ｌ１２の設置された循環ポンプ３１ａ、３１ｂを起動する制御を、図示しない制御装置により行う。
（５）その後、燃料電池スタック１１に、例えば抵抗を接続して、燃料電池システム内に残存する水素、酸素を発電により消費する水素及び酸素除去モード制御を、図示しない制御装置により行う。
（６）そして、燃料電池スタック１１内の圧力を圧力計Ｐ1、Ｐ2により監視し、スタック温度の所定圧力に低下するまで、（５）の水素及び酸素除去モードを保持する制御を、図示しない制御装置により行う。
（７）所定の圧力となったときに、窒素の供給準備を行う制御を、図示しない制御装置により行う。具体的には、第５仕切弁２４ａ、２４ｂを開くと共に、第４仕切弁である圧調弁２３ａ、２３ｂを運転時の圧力の５０ｋＰａＧに設定する。
（８）除去した水素及び酸素分だけ窒素を供給（系内の体積と同等又は１．５倍程度）して、不活性ガス置換工程を実施する制御を、図示しない制御装置により行う。そして、燃料電池スタック１１系内の圧力が５０ｋＰａＧになった時点で、窒素の供給を停止し、第４仕切弁２３ａ、２３ｂ及び第５仕切弁２４ａ、２４ｂを閉じ、燃料電池システムの系を封じ込め、停止工程を終了する制御を、図示しない制御装置により行う。
【００４１】
また、固体高分子形燃料電池システムの他の運転・停止工程の具体例を説明する。本例では、水素及び酸素の除去と共に、窒素パージする方法である。なお、前述した工程（１）〜（５）は同様の操作を行っている。
（１）先ず、燃料電池システム１０Ａで発電をしている(このときの運転圧力は、例えば５０ｋＰａＧとする。)。
（２）次に、燃料電池システム１０Ａに対して、運転を停止する制御を、図示しない制御装置により行う。
（３）次に、第１仕切弁２０ａ、２０ｂ、第２仕切弁２１ａ、２１ｂ及び第３仕切弁２２ａ、２２ｂを閉鎖して、水素及び酸素の供給系を封じ込める制御を、図示しない制御装置により行う。
（４）次に、第６仕切弁３２ａ、３２ｂ、第７仕切弁３３ａ、３３ｂを開き、循環ラインＬ１１、Ｌ１２の設置された循環ポンプ３１ａ、３１ｂを起動する制御を、図示しない制御装置により行う。
（５）その後、燃料電池スタック１１に、例えば抵抗を接続して、燃料電池システム内に残存する水素、酸素を発電により消費する水素及び酸素除去モード制御を、図示しない制御装置により行う。
（６）水素及び酸素除去モード工程と同時に、窒素の供給準備を行う制御を、図示しない制御装置により行う。具体的には、第５仕切弁２４ａ、２４ｂを開くと共に、第４仕切弁である圧調弁２３ａ、２３ｂを運転時の圧力の５０ｋＰａＧに設定する。
（７）そして、除去した水素及び酸素分だけ窒素を供給（系内の体積と同等又は１．５倍程度）し、不活性ガス置換工程を実施する制御を、図示しない制御装置により行う。この際、燃料電池スタック１１系内の圧力を予め５０ｋＰａＧに設定しておく。そして、燃料電池スタック１１系内の圧力が５０ｋＰａＧになった時点で、窒素の供給を停止し、第４仕切弁２３ａ、２３ｂ及び第５仕切弁２４ａ、２４ｂを閉じ、システムの系を封じ込め、停止工程を終了する制御を、図示しない制御装置により行う。
【００４２】
本発明においては、予め系内に残存する水素及び酸素を除去しておいて、その後窒素を供給することで、パージのための必要窒素量の低減が可能となる。
また、窒素パージ完了後の燃料電池スタック内における、水素及び酸素の濃度は１％以下が望ましい。これは、１％以上の場合には、酸素が系内に残留した状態で保管した場合、水素極へ酸素が拡散により移動した状態で起動操作すると酸素極の触媒層が電気化学的に腐食することがあるためである。
【００４３】
さらに、本発明ではパージ窒素量が、系内の体積と同等のパージ量と少ないため、パージ窒素は無加湿状態で供給しても、低加湿による燃料電池セルの劣化(燃料電池に用いているセルの高分子膜は、低加湿状態で水素や酸素が共存する状態になると、化学分解を生じる等)が発生しない。
これは、もともと燃料電池スタック内部における水分量で十分湿潤状態を確保できるからである。なお、加湿状態で窒素を供給することを妨げるものではない。
【００４４】
よって、従来の窒素パージのように、大量の窒素置換を行うことがないので、不活性ガスの使用量の大幅な低減を図ることができる。
また、大量の不活性ガスを供給する必要がないので、加湿窒素とする必要が無くなり、窒素加湿器の設置及びそのための流量制御器等の周辺機器の設置が不要となる。
この結果、例えば海底や宇宙等の限られた閉鎖空間で長期間に亙って固体高分子形燃料電池システムの運転及び停止を繰り返すような場合には、窒素ボンベの大量の保管が不要となると共に、周辺装置の設置スペースも小さくなり、燃料電池システムのコンパクト化を図ることができる。
ここで、循環ポンプ３１ａ、３１ｂを起動せずに実施例１の工程を実施してもかまわない。
【実施例２】
【００４５】
次に、本発明による実施例２に係る固体高分子形燃料電池システムの停止方法について、図面を参照して説明する。
図２は、実施例に係る固体高分子形燃料電池システムの概略図を示す。
なお、前述した図１の固体高分子形燃料電池システム１０Ａと同一の部材については、同一符号を付して重複する説明は省略する。
図２に示すように、本実施例の固体高分子形燃料電池システム１０Ｂでは、実施例１の燃料電池システム１０Ａの循環ラインＬ１１、Ｌ１２に設置される循環ポンプ３１ａ、３１ｂの代わりに、排気ポンプ３４ａ、３４ｂと外部に残存ガスを排出する排出ラインＬ１３、Ｌ１４とを設け、該排出ラインＬ１３、Ｌ１４には、第８仕切弁３５ａ、３５ｂを設けたものである。
【００４６】
そして、停止の際に、水素及び酸素除去モードとして、残存する水素及び酸素を排気ポンプで外部に排出するようにしている。
なお、燃料電池システム１０Ｂが宇宙空間で使用する設備など、周囲が減圧状態に設置される場合には、排気ポンプ３４ａ、３４ｂを用いずに、第８仕切弁３５ａ、３５ｂを開放することで、残存する水素及び酸素を系外に強制排気させて、除去させるようにしてもよい。
【００４７】
［試験例及び比較例］
実施例１に示す方法で、容積３Ｌの燃料電池スタックを用いて、窒素パージ時の水素及び酸素濃度の経時変化を計測した。
図３にその試験結果を示す。図３に示すように、運転時間が０分のときに、燃料電池スタック１１に、燃料電池システム内に残存する水素、酸素を発電により消費を開始する。燃料電池システム内に残存する水素、酸素が消費されると系内の圧力が低下し、系内の水素及び酸素が消費されると圧力の低下量が小さくなる。その後、系内が５０ｋＰａＧになるように窒素でパージをすると、系内の水素及び酸素の濃度は１．０％以下となった。このとき、システムに供給した窒素量は約４．５ＮＬであった。
【００４８】
比較例として、従来の図５に示すような、燃料電池スタック（容積３Ｌ）を用いて、窒素パージ時の水素及び酸素濃度の経時変化を計測した。その結果を図４に示す。
パージ時間と水素及び酸素濃度の関係を示す図４に示すように、パージに際して、水素より酸素の方が置換されにくく、水素及び酸素濃度が１％以下となるには、１０分程度の時間が必要であった。このときシステムに供給した窒素量は約２５ＮＬであった。試験例と比較して約５倍の窒素量が必要であった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明に係る固体高分子形燃料電池システムの停止方法は、そのシステムの停止の際に、不活性ガスのガスパージ消費量を軽減すると共に、設備を簡略化し、かつ、停止時の電池の劣化を防止できる。
【符号の説明】
【００５０】
１１  燃料電池スタック
１１ａ  アノード極
１１ｂ  カソード極
１１ｃ  電解質膜
１２  水素ボンベ
１３  酸素ボンベ
１４ａ、１４ｂ  加湿器
１５ａ、１５ｂ  窒素ボンベ
１６ａ、１６ｂ  窒素加湿器
１７ａ、１７ｂ  ドレンポット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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