(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードおよびカソードを含んでなる燃料電池スタックと、
前記アノードにアノードガスを導入する第１導入ラインと、
前記アノードからアノードガスを導出する第１導出ラインと、
前記カソードにカソードガスを導入する第２導入ラインと、
前記カソードからカソードガスを導出する第２導出ラインと、
前記第１導入ラインに配設され、水を貯留するアノード側水タンクと、
前記第１導入ラインにおける前記アノード側水タンクの上流に配設され、アノードガスの導入量を調整する第１調節弁と、
前記第１導出ラインに配設され、アノードガスの導出量を調整する第２調節弁と、
前記第２導入ラインに配設され、カソードガスの導入量を調整する第３調節弁と、
前記第２導出ラインに配設され、カソードガスの導出量を調整する第４調節弁と、
前記アノードへのアノードガスの導入および前記カソードへのカソードガスの導入を停止して前記燃料電池スタックによる発電を停止する際に、前記第１調節弁、前記第２調節弁、前記第３調節弁および前記第４調節弁を閉鎖するとともに、前記アノード側水タンクの水位を上昇させて前記アノードが加圧されるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
アノードおよびカソードを含んでなる燃料電池スタックと、
前記アノードにアノードガスを導入する第１導入ラインと、
前記アノードからアノードガスを導出する第１導出ラインと、
前記カソードにカソードガスを導入する第２導入ラインと、
前記カソードからカソードガスを導出する第２導出ラインと、
前記第１導出ラインに配設され、水を貯留するアノード側水タンクと、
前記第１導入ラインに配設され、アノードガスの導入量を調整する第１調節弁と、
前記第１導出ラインにおける前記アノード側水タンクの下流に配設され、アノードガスの導出量を調整する第２調節弁と、
前記第２導入ラインに配設され、カソードガスの導入量を調整する第３調節弁と、
前記第２導出ラインに配設され、カソードガスの導出量を調整する第４調節弁と、
前記アノードへのアノードガスの導入および前記カソードへのカソードガスの導入を停止して前記燃料電池スタックによる発電を停止する際に、前記第１調節弁、前記第２調節弁、前記第３調節弁および前記第４調節弁を閉鎖するとともに、前記アノード側水タンクの水位を上昇させて前記アノードが加圧されるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１導入ラインにおける前記アノード側水タンクの上流部は該アノード側水タンクの水位より低い位置で接続され、前記第１導入ラインにおける前記アノード側水タンクの下流部は該アノード側水タンクの水位より高い位置で接続されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記アノード側水タンクに水を供給するアノード側水供給手段を更に備え、
前記制御部は、前記アノード側水供給手段による前記アノード側水タンクへの水の供給量を制御することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第２導入ラインにおける前記第３調節弁の下流、あるいは、前記第２導出ラインにおける前記第４調節弁の上流に配設され、水を貯留するカソード側水タンクを更に備え、
前記制御部は、前記アノードへのアノードガスの導入および前記カソードへのカソードガスの導入を停止して前記燃料電池スタックによる発電を停止する際に、前記カソード側水タンクの水位を上昇させて前記カソードが加圧されるように制御することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第２導入ラインにおける前記カソード側水タンクの上流部は該カソード側水タンクの水位より低い位置で接続され、前記第２導入ラインにおける前記カソード側水タンクの下流部は該カソード側水タンクの水位より高い位置で接続されることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記カソード側水タンクに水を供給するカソード側水供給手段を更に備え、
前記制御部は、前記カソード側水供給手段による前記カソード側水タンクへの水の供給量を制御することを特徴とする、請求項５または６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池スタックの電流を掃引する電流掃引部と、前記燃料電池スタックの電圧値を検出する電圧値検出部と、を更に備え、
前記制御部は、前記アノード側水タンクの水位を上昇させる前に、前記電圧値検出部によって検出される電圧値が基準電圧値以下になるように、前記電流掃引部を制御することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
改質触媒によって原燃料を改質し、前記アノードガスとしての改質ガスを生成する改質装置を更に備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
アノードおよびカソードを含んでなる燃料電池スタックと、前記アノードにアノードガスを導入する第１導入ラインと、前記アノードからアノードガスを導出する第１導出ラインと、前記カソードにカソードガスを導入する第２導入ラインと、前記カソードからカソードガスを導出する第２導出ラインと、前記第１導入ラインに配設され、水を貯留するアノード側水タンクと、前記第１導入ラインにおける前記アノード側水タンクの上流に配設され、アノードガスの導入量を調整する第１調節弁と、前記第１導出ラインに配設され、アノードガスの導出量を調整する第２調節弁と、前記第２導入ラインに配設され、カソードガスの導入量を調整する第３調節弁と、前記第２導出ラインに配設され、カソードガスの導出量を調整する第４調節弁と、を備える燃料電池システムの停止方法であって、
前記第１調節弁、前記第２調節弁、前記第３調節弁および前記第４調節弁を閉鎖し、前記アノードが加圧されるように前記アノード側水タンクの水位を上昇させる工程を含む、燃料電池システムの停止方法。
【請求項１１】
アノードおよびカソードを含んでなる燃料電池スタックと、前記アノードにアノードガスを導入する第１導入ラインと、前記アノードからアノードガスを導出する第１導出ラインと、前記カソードにカソードガスを導入する第２導入ラインと、前記カソードからカソードガスを導出する第２導出ラインと、前記第１導出ラインに配設され、水を貯留するアノード側水タンクと、前記第１導入ラインに配設され、アノードガスの導入量を調整する第１調節弁と、前記第１導出ラインにおける前記アノード側水タンクの下流に配設され、アノードガスの導出量を調整する第２調節弁と、前記第２導入ラインに配設され、カソードガスの導入量を調整する第３調節弁と、前記第２導出ラインに配設され、カソードガスの導出量を調整する第４調節弁と、を備える燃料電池システムの停止方法であって、
前記第１調節弁、前記第２調節弁、前記第３調節弁および前記第４調節弁を閉鎖し、前記アノードが加圧されるように前記アノード側水タンクの水位を上昇させる工程を含む、燃料電池システムの停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよびその停止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムは、水素を含有する水素含有ガスと空気とを燃料電池スタックに供給し、燃料電池スタックで発電を行っている。この電池スタックは、アノードと、電解質と、カソードとが備えられており、アノードに水素含有ガスが供給され、カソードに空気が供給される。このような燃料電池システムとして、例えば特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７１７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の燃料電池システムでは、例えば燃料電池システムの起動時等、水素含有ガスを燃料電池スタックのアノードに供給するときに、アノード側に酸素が存在しているとカソード電極が劣化する恐れがある。また、カソード側においても酸素が存在していると、カソード側の電極触媒が劣化する恐れがある。これらを防止するため、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、燃料電池システムの停止時に燃料電池スタック内に残存する水素含有ガスあるいは空気を、不活性ガスに置き換えることが行われている。しかしながら、電極の劣化を防止するために燃料電池システムの停止時でも不活性ガスとして原料ガスを供給し続ける必要があり、燃料の利用効率が悪いといった問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、燃料電池スタックの電極の劣化を抑制しつつ、燃料の利用効率の低下を抑制することができる燃料電池システムおよびその停止方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、アノードおよびカソードを含んでなる燃料電池スタックと、アノードにアノードガスを導入する第１導入ラインと、アノードからアノードガスを導出する第１導出ラインと、カソードにカソードガスを導入する第２導入ラインと、カソードからカソードガスを導出する第２導出ラインと、第１導入ラインに配設され、水を貯留するアノード側水タンクと、第１導入ラインにおけるアノード側水タンクの上流に配設され、アノードガスの導入量を調整する第１調節弁と、第１導出ラインに配設され、アノードガスの導出量を調整する第２調節弁と、第２導入ラインに配設され、カソードガスの導入量を調整する第３調節弁と、第２導出ラインに配設され、カソードガスの導出量を調整する第４調節弁と、アノードへのアノードガスの導入およびカソードへのカソードガスの導入を停止して燃料電池スタックによる発電を停止する際に、第１調節弁、第２調節弁、第３調節弁および第４調節弁を閉鎖するとともに、アノード側水タンクの水位を上昇させてアノードが加圧されるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、アノードおよびカソードを含んでなる燃料電池スタックと、アノードにアノードガスを導入する第１導入ラインと、アノードからアノードガスを導出する第１導出ラインと、カソードにカソードガスを導入する第２導入ラインと、カソードからカソードガスを導出する第２導出ラインと、第１導出ラインに配設され、水を貯留するアノード側水タンクと、第１導入ラインに配設され、アノードガスの導入量を調整する第１調節弁と、第１導出ラインにおけるアノード側水タンクの下流に配設され、アノードガスの導出量を調整する第２調節弁と、第２導入ラインに配設され、カソードガスの導入量を調整する第３調節弁と、第２導出ラインに配設され、カソードガスの導出量を調整する第４調節弁と、アノードへのアノードガスの導入およびカソードへのカソードガスの導入を停止して燃料電池スタックによる発電を停止する際に、第１調節弁、第２調節弁、第３調節弁および第４調節弁を閉鎖するとともに、アノード側水タンクの水位を上昇させてアノードが加圧されるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
これらの発明にあっては、燃料電池スタックによる発電を停止させるときに、アノードにおけるアノードガスの導出入が遮断された状態で、アノード側水タンクの水位が上昇し、アノード側水タンク内のアノードガスがアノードに供給されて、アノードが加圧される。このとき、アノードガスによって加圧状態となったアノード側から水素がカソード側へ移動する。このように、アノード側が加圧状態となり、さらにカソード側に水素が移動するため、燃料電池スタックの外部からアノードおよびカソード内への酸素の拡散が抑制され、燃料電池スタックの電極の劣化を抑制することができる。
【０００９】
また、燃料電池システムの停止時に、燃料電池スタック内のガスを不活性ガス（原料ガス）に置き換える処理を継続して行うことが不要であるため、電極の劣化を抑制しつつ、燃料の利用効率の向上を図ることができる。また、燃料電池スタック内のガスを不活性ガスに置き換える処理が不要であるため、不活性ガスをカソード等に供給するためのバイパスラインを別途設ける必要が無く、燃料電池システムの小型化を図ることができる。また、燃料電池スタックによる発電を停止させるときに、アノードにおけるアノードガスの導出入、およびカソードにおけるカソードガスの導出入が遮断される。これにより、アノードおよびカソードを効率よく加圧することができる。
【００１０】
また、第１導入ラインにおけるアノード側水タンクの上流部は該アノード側水タンクの水位より低い位置で接続され、第１導入ラインにおけるアノード側水タンクの下流部は該アノード側水タンクの水位より高い位置で接続されることが好適である。
【００１１】
この場合には、アノード側水タンクの水位を上昇させることにより該アノード側水タンク内のアノードガスがアノードに導入され、アノードが加圧されることとなる。
【００１２】
また、アノード側水タンクに水を供給するアノード側水供給手段を更に備え、制御部は、アノード側水供給手段によるアノード側水タンクへの水の供給量を制御することが好適である。
【００１３】
この場合には、アノード側水供給手段によるアノード側水タンクへの水の供給量を制御することにより、アノードを所定の圧力値まで容易に加圧することができ、また、所定の圧力値の状態を維持し易くなる。
【００１４】
また、第２導入ラインにおける第３調節弁の下流、あるいは、第２導出ラインにおける第４調節弁の上流に配設され、水を貯留するカソード側水タンクを更に備え、制御部は、アノードへのアノードガスの導入およびカソードへのカソードガスの導入を停止して燃料電池スタックによる発電を停止する際に、カソード側水タンクの水位を上昇させてカソードが加圧されるように制御することが好適である。
【００１６】
また、第２導入ラインにおけるカソード側水タンクの上流部は該カソード側水タンクの水位より低い位置で接続され、第２導入ラインにおけるカソード側水タンクの下流部は該カソード側水タンクの水位より高い位置で接続されることが好適である。
【００１７】
この場合には、カソード側水タンクの水位を上昇させることにより該カソード側水タンク内のカソードガスがカソードに導入され、カソードが加圧されることとなる。
【００１８】
また、カソード側水タンクに水を供給するカソード側水供給手段を更に備え、制御部は、カソード側水供給手段によるカソード側水タンクへの水の供給量を制御することが好適である。
【００１９】
この場合には、カソード側水供給手段によるカソード側水タンクへの水の供給量を制御することにより、カソードを所定の圧力値まで容易に加圧することができ、また、所定の圧力値の状態を維持し易くなる。
【００２０】
また、燃料電池スタックの電流を掃引する電流掃引部と、燃料電池スタックの電圧値を検出する電圧値検出部と、を更に備え、制御部は、アノード側水タンクの水位を上昇させる前に、電圧値検出部によって検出される電圧値が基準電圧値以下になるように、電流掃引部を制御することが好適である。
【００２１】
この場合には、電流の掃引により燃料電池スタックのカソード側の酸素が消費されるため、燃料電池スタックの電極の劣化を抑制することができる。
【００２２】
また、改質触媒によって原燃料を改質し、アノードガスとしての改質ガスを生成する改質装置を更に備えることが好適である。
【００２３】
この場合には、アノードガスとして、改質装置によって生成された改質ガスを用いることができる。即ち、アノードガスを生成するための原料として液体燃料（灯油等）を用いることができるため、アノードガスの生成に用いられる原料の種類の汎用性を高めることが可能となる。
【００２４】
本発明は、アノードおよびカソードを含んでなる燃料電池スタックと、アノードにアノードガスを導入する第１導入ラインと、記アノードからアノードガスを導出する第１導出ラインと、カソードにカソードガスを導入する第２導入ラインと、カソードからカソードガスを導出する第２導出ラインと、第１導入ラインに配設され、水を貯留するアノード側水タンクと、第１導入ラインにおけるアノード側水タンクの上流に配設され、アノードガスの導入量を調整する第１調節弁と、第１導出ラインに配設され、アノードガスの導出量を調整する第２調節弁と、第２導入ラインに配設され、カソードガスの導入量を調整する第３調節弁と、第２導出ラインに配設され、カソードガスの導出量を調整する第４調節弁と、を備える燃料電池システムの停止方法であって、第１調節弁、第２調節弁、第３調節弁および第４調節弁を閉鎖し、アノードが加圧されるようにアノード側水タンクの水位を上昇させる工程を含む、ことを特徴とする。
【００２５】
本発明は、アノードおよびカソードを含んでなる燃料電池スタックと、アノードにアノードガスを導入する第１導入ラインと、アノードからアノードガスを導出する第１導出ラインと、カソードにカソードガスを導入する第２導入ラインと、カソードからカソードガスを導出する第２導出ラインと、第１導出ラインに配設され、水を貯留するアノード側水タンクと、第１導入ラインに配設され、アノードガスの導入量を調整する第１調節弁と、第１導出ラインにおけるアノード側水タンクの下流に配設され、アノードガスの導出量を調整する第２調節弁と、第２導入ラインに配設され、カソードガスの導入量を調整する第３調節弁と、第２導出ラインに配設され、カソードガスの導出量を調整する第４調節弁と、を備える燃料電池システムの停止方法であって、第１調節弁、第２調節弁、第３調節弁および第４調節弁を閉鎖し、アノードが加圧されるようにアノード側水タンクの水位を上昇させる工程を含む、ことを特徴とする。
【００２６】
これらの発明にあっては、燃料電池スタックによる発電を停止させるときに、アノードにおけるアノードガスの導出入、およびカソードにおけるカソードガスの導出入が遮断された状態で、アノード側水タンクの水位が上昇し、アノード側水タンク内のガスがアノードに供給されて、アノードが加圧される。このとき、アノードガスによって加圧状態となったアノード側から、アノードガス中の水素がカソード側へ移動するため、カソード側も加圧状態となる。このように、アノード側およびカソード側が加圧状態となるため、燃料電池スタックの外部からアノードおよびカソード内への酸素の拡散が抑制され、燃料電池スタックの電極の劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、燃料電池スタックの電極の劣化を抑制しつつ、燃料の利用効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの一実施形態の概略構成図である。
【図２】制御部が行う制御処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る燃料電池システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３０】
まず、本実施形態に係る燃料電池システムの全体構成について説明する。図１は、燃料電池システム１の概略構成図である。図１に示すように燃料電池システム１は、気体燃料、または液体燃料から水素を含有するアノードガス（改質ガス）を生成する改質装置２と、改質装置２によって生成されたアノードガスを用いて発電を行う燃料電池スタック３と、を備えている。燃料電池システム１は、例えば、家庭用の電力供給源として利用されるものであり、容易に入手することができ且つ独立して貯蔵することができるという観点から、液体燃料として灯油が用いられている。
【００３１】
改質装置２は、液体燃料を改質してアノードガスを生成するためのものであり、改質器２１およびバーナ２２を有している。改質器２１は、液体燃料と水蒸気とを改質触媒で水蒸気改質反応させて、水素を含有するアノードガスを生成する。バーナ２２は、改質器２１の改質触媒を加熱することで、水蒸気改質反応に必要な熱量を供給する。なお、改質装置２に供給される液体燃料は、図示しない脱硫器によって脱硫されている。
【００３２】
燃料電池スタック３は、電池セル３０が複数積み重ねられて構成されており、改質装置２で得られたアノードガスを用いて発電して直流電流を出力する。電池セル３０は、アノード３１と、カソード３２と、アノード３１およびカソード３２間に配置された固体高分子である電解質（不図示）とを有しており、アノード３１にアノードガスを導入させるとともに、カソード３２に酸素を含有するカソードガス（例えば、空気等）を導入させることで、各電池セル３０において電気化学的な発電反応が行われることになる。なお、図１では、複数積み重ねられる電池セル３０のうち１つの電池セル３０のみを図示してある。
【００３３】
また、燃料電池システム１は、カソード３２に導入されるカソードガスを流通させる第２導入ラインＬ１２と、カソード３２から導出されたカソードガスを流通させる第２導出ラインＬ１１とを備えている。第２導入ラインＬ１２には、カソード３２に導入されるカソードガスの導入量を調節する電磁弁Ｂ１２（第３調節弁）と、第２導入ラインＬ１２から導入されたカソードガスを加湿するカソード側水タンク８（例えば、バブラタンク等）とが設けられている。また、第２導出ラインＬ１１には、カソード３２から導出されたカソードガスの導出量を調節するための電磁弁Ｂ１１（第４調節弁）が設けられている。また、カソード３２には、カソード３２内の圧力値を検出する圧力計Ｐ２が設けられている。なお、本実施形態では、調節弁の一例として電磁弁Ｂ１２を用いた場合について説明するが、電磁弁以外の機構の弁（例えば、電動弁等）を用いてもよい。また、後述の電磁弁Ｂ１１，Ｂ２１，Ｂ２２についても同様に、これらは調節弁の一例であり、他の機構の弁を用いてもよい。
【００３４】
また、第２導入ラインＬ１２の上流側のラインＬ１２ａは、カソード側水タンク８の下部に接続され、第２導入ラインＬ１２の下流側のラインＬ１２ｂはカソード側水タンク８の上部に接続されている。また、カソード側水タンク８は、内部に水を有し、カソード側水タンク８に接続されたラインＬ１２ａの開口とラインＬ１２ｂの開口との間で水位が維持されている。カソード側水タンク８は、ラインＬ１２ａから導入されたカソードガスを、内部に有する水の中を通すことによって加湿する。加湿されたカソードガスは、ラインＬ１２ｂを通ってカソード３２に供給される。
【００３５】
また、燃料電池システム１は、アノード３１に導入されるアノードガスを流通させる第１導入ラインＬ２２と、アノード３１から導出されたアノードガスを流通させる第１導出ラインＬ２１を備えている。第１導入ラインＬ２２の上流側は改質器２１に接続され、改質器２１で生成されたアノードガスは第１導入ラインＬ２２を通ってアノード３１に導入される。第１導入ラインＬ２２には、アノード３１に導入されるアノードガスの導入量を調節する電磁弁Ｂ２２（第１調節弁）と、第１導入ラインＬ２２から導入されたアノードガスを加湿するアノード側水タンク７（例えば、バブラタンク等）とが設けられている。また、第１導出ラインＬ２１は、第１導入ラインＬ２２を通じてアノード３１に供給されたアノードガスのうち、燃料電池スタック３において発電に寄与しなかった水素を含むアノードガス（所謂、オフガス）を排出させるためのものである。この第１導出ラインＬ２１の下流側は、バーナ２２に接続されており、バーナ２２の燃料としてアノードガスが利用可能となっている。また第１導出ラインＬ２１には、アノード３１から導出されるアノードガスの導出量を調節する電磁弁Ｂ２１（第２調節弁）が設けられている。また、アノード３１には、アノード３１内の圧力値を検出する圧力計Ｐ１が設けられている。
【００３６】
また、第１導入ラインＬ２２の上流側のラインＬ２２ａは、アノード側水タンク７の下部に接続され、第１導入ラインＬ２２の下流側のラインＬ２２ｂはアノード側水タンク７の上部に接続されている。また、アノード側水タンク７は、内部に水を有し、アノード側水タンク７に接続されたラインＬ２２ａの開口とラインＬ２２ｂの開口との間で水位が維持されている。アノード側水タンク７は、ラインＬ２２ａから導入されたアノードガスを、内部に有する水の中を通すことによって加湿する。加湿されたアノードガスは、ラインＬ２２ｂを通ってアノード３１に供給される。
【００３７】
また、燃料電池システム１は、アノード側水タンク７およびカソード側水タンク８に供給される、水源に接続された給水ラインＷＬ１と、該給水ラインＷＬ１を介してアノード側水タンク７およびカソード側水タンク８へ水を導入するポンプＷＰ１（アノード側水供給手段、カソード側水供給手段）を備える。給水ラインＷＬ１は、カソード側水タンク８に供給される水が流通する給水ラインＷＬ２と、アノード側水タンク７に供給される水が流通する給水ラインＷＬ３とに分岐する。給水ラインＷＬ２には、カソード側水タンク８に供給される水の量を調節する電磁弁ＷＢ２が設けられている。また、給水ラインＷＬ３には、アノード側水タンク７に供給される水の量を調節する電磁弁ＷＢ３が設けられている。
【００３８】
また、燃料電池システム１は、燃料電池スタック３の電流を掃引する電流掃引部５と、燃料電池スタック３の電圧値を検出する電圧値検出部６とを備える。更に、燃料電池システム１は、電磁弁Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ２１，Ｂ２２，ＷＢ２，ＷＢ３と、ポンプＷＰ１と、電流掃引部５と、を制御する制御部４を備えている。電圧値検出部６によって検出された燃料電池スタック３の電圧値は、制御部４に入力される。また、圧力計Ｐ１，Ｐ２によって検出された圧力値は、制御部４に入力される。
【００３９】
次に、燃料電池スタック３による発電を停止させるときに制御部４が行う各部の制御について説明する。なお、本制御の実行は、例えば図示しない停止スイッチが操作されることで開始する。また、燃料電池スタック３によって発電が行われている状態では、電磁弁Ｂ１１，Ｂ１２が開状態（第２導出ラインＬ１１，第２導入ラインＬ１２内をカソードガスが流通可能な状態）に制御されている。更に、電磁弁Ｂ２１，Ｂ２２が開状態（第１導出ラインＬ２１，第１導入ラインＬ２２内をアノードガスが流通可能な状態）に制御され、改質装置２からアノードガスがアノード３１に導入されている。図２は、制御部４によって実行される制御処理手順を示すフローチャートである。
【００４０】
ステップＳ１０１において制御部４は、例えば、アノード側水タンク７およびカソード側水タンク８内の水を排水するための排水弁（不図示）等を開状態とすることによって、アノード側水タンク７およびカソード側水タンク８内の水位を下げる。
【００４１】
ステップＳ１０２において制御部４は、電磁弁Ｂ１１を制御して第２導出ラインＬ１１におけるカソードガスの流通を遮断する。
【００４２】
ステップＳ１０３において制御部４は、電流掃引部５を制御して、燃料電池スタック３の電流を掃引する。これにより、カソード３２側において酸素が消費されて酸素濃度が低下する。また、アノード３１側からカソード３２側へ水素が移動するため、カソード３２側の水素濃度が上昇する。
【００４３】
ステップＳ１０３で燃料電池スタック３の電流を掃引することにより、カソード３２側の酸素が消費されて酸素の濃度が低下するとともに、燃料電池スタック３の電圧値が低下する。そこで、ステップＳ１０４において制御部４は、低下する電圧値を電圧値検出部６によって検出し、検出される電圧値が所定の基準電圧値以下であるかどうかを判断する。電圧値が所定の基準電圧値以下でない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、電圧値が所定の基準電圧値以下となるまで、ステップＳ１０３，Ｓ１０４の処理を繰り返す。電圧値が所定の基準電圧値以下であると判断されたとき（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５の処理へ進む。
【００４４】
ステップＳ１０５において制御部４は、電流掃引部５を制御して燃料電池スタック３の電流の掃引を停止させる。ステップＳ１０６において制御部４は、電磁弁Ｂ１２を制御して第２導入ラインＬ１２におけるカソードガスの流通を遮断し、電磁弁Ｂ２１を制御して第１導出ラインＬ２１におけるアノードガスの流通を遮断し、更に、電磁弁Ｂ２２を制御して第１導入ラインＬ２２におけるアノードガスの流通を遮断する。
【００４５】
ステップＳ１０７において制御部４は、ポンプＷＰ１を制御し、更に圧力計Ｐ１によって検出される圧力値が所定の圧力値となるように、電磁弁ＷＢ３を制御してアノード側水タンク７内に水を供給することにより水位を上昇させ、アノード３１を加圧する。アノード３１を加圧することにより、アノード３１側からカソード３２側へ水素が積極的に移動することで、カソード３２内の圧力値が上昇する。このように、水素の移動により、アノード３１内の圧力値の上昇に追随してカソード３２内の圧力値も上昇する。圧力計Ｐ１で検出されるアノード３１の圧力値と、圧力計Ｐ２で検出されるカソード３２の圧力値とを等しくすることで、電解質膜への圧力バランスが等しくなるため、好適である。
【００４６】
ステップＳ１０８において制御部４は、圧力計Ｐ１または圧力計Ｐ２で検出される圧力値が、所定の基準圧力値以下となったかどうか（検出される圧力値が所定の基準圧力値まで低下したかどうか）を判断する。圧力値が所定の基準圧力値以下でない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、ステップＳ１０８の処理を繰り返す。一方、圧力値が所定の基準圧力値以下となった場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、ステップＳ１０９において制御部４は、圧力値が所定の基準圧力値となるようにアノード側水タンク７およびカソード側水タンク８の水位を制御する。例えば、圧力計Ｐ１で検出された圧力値が低下した場合（アノード３１側の圧力値低下）、制御部４は電磁弁ＷＢ３を制御してアノード側水タンク７の水位を上昇させてアノード３１を加圧する。また、例えば、圧力計Ｐ２で検出された圧力値が低下した場合（カソード３２側の圧力値低下）、制御部４は、電磁弁ＷＢ２を制御してカソード側水タンク８の水位を上昇させたり、電磁弁ＷＢ３を制御してアノード側水タンク７の水位を上昇させたり、または、アノード側水タンク７およびカソード側水タンク８の両方の水位を上昇させてカソード３２を加圧する。また、例えば、圧力計Ｐ１，Ｐ２で検出される圧力値の両方が低下した場合、電磁弁ＷＢ２，ＷＢ３の一方または両方を制御してアノード側水タンク７およびカソード側水タンク８の一方または両方の水位を上昇させてアノード３１，３２を加圧する。このステップＳ１０８，Ｓ１０９の処理により、アノード３１およびカソード３２内の圧力値が所定の基準圧力値に維持される。なお、ステップＳ１０８，Ｓ１０９の処理は、燃料電池スタック３の発電が再開されるまで繰り返し行われる。
【００４７】
続いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の作用および効果について説明する。本実施形態の燃料電池システム１によれば、燃料電池スタック３による発電を停止させるときに、アノード３１におけるアノードガスの導出入およびカソード３２におけるカソードガスの導出入が遮断された状態で、アノード側水タンク７の水位が上昇し、アノード側水タンク７内のアノードガスがアノード３１に供給されて、アノード３１が加圧される。このとき、アノードガスによって加圧状態となったアノード３１側からカソード３２側へ水素が移動するため、カソード３２側も加圧状態となる。このように、アノード３１側およびカソード３２側が加圧状態となるため、燃料電池スタック３の外部からアノード３１およびカソード３２内への酸素の拡散が抑制され、燃料電池スタック３の電極の劣化を抑制することができる。
【００４８】
また、燃料電池システム１の停止時に、燃料電池スタック３内のガスを不活性ガス（原料ガス）に置き換える処理を継続して行うことが不要であるため、電極の劣化を抑制しつつ、燃料の利用効率の向上を図ることができる。また、燃料電池スタック３内のガスを不活性ガスに置き換える処理が不要であるため、不活性ガスをカソード等に供給するためのバイパスラインを別途設ける必要が無く、燃料電池システムの小型化を図ることができる。
【００４９】
また、燃料電池スタック３の運転時にアノードガスを加湿するアノード側水タンク７、およびカソードガスを加湿するカソード側水タンク８を用いて、燃料電池スタック３の停止時におけるアノード３１，カソード３２の加圧を行うことにより、アノード３１，カソード３２を加圧するための新たな装置を別途設ける必要がない。
【００５０】
また、ポンプＷＰ１から供給された水をアノード側水タンク７およびカソード側水タンク８に導入する量を制御するだけで、アノード３１，カソード３２を所定の圧力値まで容易に加圧することができ、また、所定の圧力値の状態を維持し易くなる。
【００５１】
また、アノード３１がアノードガスによって加圧状態となり、アノード３１側からカソード３２側およびカソード側水タンク８内へ水素が移動する。更に、カソード側水タンク８の水位の上昇によってカソード３２およびカソード側水タンク８内も加圧される。これにより、アノード３１とカソード３２とを効率よく加圧状態とすることができる。
【００５２】
また、燃料電池スタック３の電圧値が所定の電圧値になるまで電流掃引部５によって電流の掃引を行うことにより、燃料電池スタック３の電圧値を効率良く低下させることができる。
【００５３】
また、改質装置２を備えることにより、改質装置２によって水素を含有するアノードガスを生成することができる。即ち、アノードガスを生成するための原料として液体燃料（灯油等）を用いることができるため、アノードガスの生成に用いられる原料の種類の汎用性を高めることが可能となる。
【００５４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第２導出ラインＬ１１および第２導入ラインＬ１２にそれぞれ電磁弁Ｂ１１，Ｂ１２を設けずに、電磁弁Ｂ２１，Ｂ２２を制御して第１導出ラインＬ２１および第１導入ラインＬ２２を遮断した後、アノード側水タンク７によってアノード３１を加圧してもよい。この場合にも、アノード３１からカソード３２側へ水素が移動することで、カソード３２内への酸素の拡散が抑制され、燃料電池スタック３の電極の劣化を抑制することができる。
【００５５】
また、例えば、ステップＳ１０６において、３つのラインにおけるガスの流通を遮断するものとしたが、まず、電磁弁Ｂ２１を制御して第１導出ラインＬ２１におけるアノードガスの流通を遮断し、併せて、電磁弁Ｂ１１，Ｂ１２の一方を制御して第２導出ラインＬ１１および第２導入ラインＬ１２の一方を遮断し、第１導入ラインＬ２２から導入されるアノードガスによってアノード３１を所定時間加圧する。そして、カソード３２へ移動した水素によりカソード３２およびカソード側水タンク８内に残存する酸素を押し出した後に、電磁弁Ｂ１１，Ｂ１２の他方を制御して第２導出ラインＬ１１および第２導入ラインＬ１２の他方を遮断し、更に、電磁弁Ｂ２２を制御して第１導入ラインＬ２２におけるアノードガスの流通を遮断することもできる。上記の例では、第１導入ラインＬ２２から導入されるアノードガスによるアノード３１の加圧を所定時間行うものとしたが、これ以外にも、例えば、電圧値検出部６によって検出される電圧値が所定の電圧値に低下するまでアノード３１の加圧を行ったり、または圧力計Ｐ２によって検出される圧力値が所定の圧力値になるまでアノード３１の加圧を行ったりすることができる。
【００５６】
また、他の変形例として、まず、電磁弁Ｂ２１および電磁弁Ｂ２２を制御して第１導出ラインＬ２１および第１導入ラインＬ２２におけるアノードガスの流通を遮断し、併せて、アノード側水タンク７の水位を上昇させてアノード３１を加圧する。そして、カソード３２へ移動した水素によりカソード３２およびカソード側水タンク８内に残存する酸素を押し出した後に、電磁弁Ｂ１１および電磁弁Ｂ１２を制御して第２導出ラインＬ１１および第２導入ラインＬ１２を遮断することもできる。
【００５７】
また、カソード側水タンク８の水位の制御によってカソード３２の加圧を行わずに、アノード側水タンク７の水位の制御のみによってアノード３１，カソード３２の加圧を行うこともできる。また、第１導出ラインＬ２１および第１導入ラインＬ２２の双方にそれぞれアノード側水タンク７を設けたり、第２導出ラインＬ１１および第２導入ラインＬ１２のそれぞれにカソード側水タンク８を設けることもできる。また、燃料電池スタック３のアノード３１にガスタンク等から純水素を供給する場合には、改質装置２は設けなくてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…燃料電池システム、２…改質装置、３…燃料電池スタック、４…制御部、５…電流掃引部、６…電圧値検出部、７…アノード側水タンク、８…カソード側水タンク、２１…改質器、３１…アノード、３２…カソード、Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ２１，Ｂ２２，ＷＢ２，ＷＢ３…電磁弁、Ｌ１１…第２導出ライン、Ｌ１２…第２導入ライン、Ｌ２１…第１導出ライン、Ｌ２２…第１導入ライン、ＷＬ１…給水ライン、ＷＰ１…ポンプ。
【図１】
0005506506.tif 000002
【図２】
0005506506.tif 000003