(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む燃料ガスが供給されるアノードと酸化剤ガスが供給されるカソードとの間に電解質を設けて構成される燃料電池を備える燃料電池システムの停止保管方法であって、
前記燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態に前記燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した後、前記停止状態を維持する停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、前記アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、前記カソードへのガスの供給を停止した状態で実施し、
前記停止状態維持工程において、前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放するアノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項２】
前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、
前記停止状態維持工程において前記アノード隔離処理を継続して実施している間、前記設定タイミングになると、前記アノードへのガス供給路を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記水素含有ガス供給処理を実施する請求項１に記載の燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項３】
水素を含む燃料ガスが供給されるアノードと酸化剤ガスが供給されるカソードとの間に電解質を設けて構成される燃料電池を備える燃料電池システムの停止保管方法であって、
前記燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態に前記燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した後、前記停止状態を維持する停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、前記アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、前記カソードへのガスの供給を停止した状態で実施し、
前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、
前記停止状態維持工程を開始した後、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止するアノード隔離処理を実施する前に、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器より上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードへのガス供給路を閉止する燃料ガス生成装置隔離処理を、前記改質器の温度が設定温度以下になるまで実施し、
前記燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間、前記所定部位と前記アノードへのガス供給路の閉止部位との間の圧力が設定圧力を超えると、前記所定部位と前記アノードへのガス供給路の閉止部位との間の圧力を低下させる圧力低下処理を実施する燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項４】
前記圧力低下処理において、前記アノードへのガス供給路の閉止部位を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記所定部位と前記アノードへのガス供給路の閉止部位との間の圧力を低下させる請求項３に記載の燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項５】
水素を含む燃料ガスが供給されるアノードと酸化剤ガスが供給されるカソードとの間に電解質を設けて構成される燃料電池を備える燃料電池システムの停止保管方法であって、
前記燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態に前記燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した後、前記停止状態を維持する停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、前記アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、前記カソードへのガスの供給を停止した状態で実施し、
前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、
前記停止状態維持工程を開始した後、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止するアノード隔離処理を実施する前に、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器より上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止する燃料ガス生成装置隔離処理を、前記改質器の温度が設定温度以下になるまで実施し、
前記燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間、前記所定部位と前記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力が設定圧力を超えると、前記所定部位と前記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力を低下させる圧力低下処理を実施する燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項６】
前記圧力低下処理において、前記アノードからのガス排出路の閉止部位を開放することで前記所定部位と前記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力を低下させる請求項５に記載の燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項７】
前記アノード隔離処理が、前記停止状態維持工程において、前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止することによって実施され、当該アノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する請求項３〜６の何れか一項に記載の燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項８】
前記アノード隔離処理が、前記停止状態維持工程において、前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放することによって実施され、当該アノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する請求項３〜６の何れか一項に記載の燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項９】
前記停止状態維持工程において前記アノード隔離処理を継続して実施している間、前記設定タイミングになると、前記アノードへのガス供給路を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記水素含有ガス供給処理を実施する請求項７又は８に記載の燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項１０】
前記アノード隔離処理が、前記停止状態維持工程において、前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の前記所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止することによって実施され、当該アノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する請求項３〜６の何れか一項に記載の燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項１１】
前記停止状態維持工程において前記アノード隔離処理を継続して実施している間、前記設定タイミングになると、前記所定部位を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記水素含有ガス供給処理を実施する請求項１０に記載の燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項１２】
前記水素含有ガス供給処理を複数の前記設定タイミングで繰り返し実施する請求項１〜１１の何れか一項に記載の燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項１３】
前記水素含有ガス供給処理を所定期間実施した後、前記水素含有ガス供給処理を停止する請求項１〜１２の何れか一項に記載の燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項１４】
前記停止状態維持工程を開始してからの時間が所定時間に達したとき、或いは、前記アノードの温度又は前記アノードへのガス供給路に接続されている、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置の改質器の温度が所定温度にまで低下したとき前記水素含有ガス供給処理を所定期間実施したと判定する請求項１３に記載の燃料電池システムの停止保管方法。
【請求項１５】
前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、
前記水素含有ガス供給処理を停止した後、前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止する形態、前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放する形態、或いは、前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止する形態で前記燃料電池を保管する請求項１３又は１４記載の燃料電池システムの停止保管方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を含む燃料ガスが供給されるアノードと酸化剤ガスが供給されるカソードとの間に電解質を設けて構成される燃料電池を備える燃料電池システムの停止保管方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態にその燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した段階では、カソードには酸化剤ガスとしての空気（酸素）が残留している。そのため、燃料電池システムの停止保管方法として、カソードの酸化による劣化を防止することを目的として、カソードへ水素含有ガスを供給した上で、次に燃料電池が始動されるまでその停止状態を維持する停止状態維持工程を実施することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。具体的には、特許文献１に記載の方法では、アノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路を特別に装備したシステムにおいて、アノードに水素含有ガスを供給することでその水素含有ガスを上記ガス導通路を介してカソードにも供給している。そして、カソードに残留していた酸化剤ガスの全部又は一部を水素含有ガスで置換した後、遮断弁を閉じてアノード及びカソードを封止する停止状態維持工程を実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９３１１５号公報（請求項１〜請求項４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の方法では、残留している酸化剤ガスによるカソードの酸化を防止することを目的として、アノードからカソードへ水素含有ガスを供給している。従って、カソードへ水素含有ガスを供給するための特別な配管が必要になるため、装置の構成が複雑になり且つ装置のコストが高くなるという問題が生じる。加えて、通常の発電運転時には使用しない特別な配管を使用して、通常の発電運転時に使用しないガスをカソードに供給しようとすると、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になる。
【０００５】
また、特許文献１に記載の方法では、適当なタイミングを選んでアノード及びカソードへ水素含有ガスを供給する処理を行っているのではなく、単純に、燃料電池システムの停止移行工程の最終段階又は停止状態維持工程の最初の段階で、１度だけアノード及びカソードに水素含有ガスを封入し、次の燃料電池システムの起動まで放置している。ところが、上記停止移行工程を実施した段階では、燃料電池の温度が十分に下がりきっておらず、その後の停止状態維持工程においても温度低下が発生することがある。或いは、上記停止移行工程を実施した段階で燃料電池の温度が十分に下がっていたとしても、停止状態維持工程中に燃料電池の周囲の環境の温度変化に応じて、燃料電池の内部温度が変化する可能性がある。そのような内部温度の変化が発生した場合、燃料電池の内部圧力が変化する。そして、燃料電池の内部のアノードやカソードに酸素（空気）が侵入する可能性がある。更に、カソードに侵入した酸素が電解質を介してアノードへ侵入してくる可能性もある。
よって、特許文献１に記載の方法を実施しても、上記停止状態維持工程中にアノードに酸素が侵入して、アノードが酸化される可能性がある。アノードは、酸化された状態から起動（水素供給）されると還元されるが、この停止と起動（即ち、酸化と還元）とを繰り返すと、アノードとして用いたＰｔ−Ｒｕ／ＣのＲｕ触媒の溶解が加速されるという問題が指摘されている。一酸化炭素被毒に対するアノードの耐性を確保する目的で用いられているＲｕの溶解が進むと、アノードの一酸化炭素被毒耐性が低下するというアノードの劣化の問題が生じる。
また、アノードに酸素が存在する状態でアノードに水素を供給すると、逆電流機構が働き、カソードの電極材料として用いているカーボンが酸化され、カソードが腐食するというカソードの劣化の問題が生じることが指摘されている。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アノード及びカソードの性能を維持できる燃料電池システムの停止保管方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の特徴構成は、水素を含む燃料ガスが供給されるアノードと酸化剤ガスが供給されるカソードとの間に電解質を設けて構成される燃料電池を備える燃料電池システムの停止保管方法であって、
前記燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態に前記燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した後、前記停止状態を維持する停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、前記アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、前記カソードへのガスの供給を停止した状態で実施し、
前記停止状態維持工程において、前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放するアノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。
【０００８】
上記特徴構成によれば、停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理が、カソードへのガスの供給を停止した状態で実施される。ここで、設定タイミングは、燃料電池を運用する際に参照可能な圧力や時間などの様々な値を参照して設定できる。例えば、ある部位の圧力が設定圧力になったときを設定タイミングとすることや、ある処理を開始又は終了してからの経過時間が設定時間になったときを設定タイミングとすることができる。従って、この停止保管方法を実施すると、停止状態維持工程の間の適当なタイミング（設定タイミング）を選んでアノードへ水素含有ガスを供給してアノードの圧力を高めることで、上述した燃料電池の内部温度の変化があったとしても、燃料電池外部やカソードなどからアノードへガス（例えば、酸素など）が侵入し難くなる。また、カソードに例えば酸素などのガスが侵入しても、アノードに供給された水素含有ガスと反応して消費される。よって、アノードの酸化が抑制されるので、アノードの劣化を抑制できる。また、上述した逆電流機構によるカソードの酸化も抑制されるので、カソードの劣化も抑制できる。
加えて、カソードへのガスの供給を行わないので、従来は装備されていたアノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路などの特別な配管系統は不要である。よって、装置のコストが高くなるという問題の発生や、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になるといった問題の発生を回避できる。
加えて、アノードよりも下流側のガス排出路に存在するガスは、当初はアノード付近に存在していた水素含有ガスである。更に、アノードでのガス流路の容積と、アノードの下流側のガス排出路の容積とを比較すると、アノードの下流側のガス排出路の容積の方が非常に大きいのが一般的である。よって、アノードよりも下流側のガス放出路からアノードへガスが逆流しても、アノードの酸化を引き起こす可能性は低い。従って、アノードに水素含有ガスが存在する状態を維持して、アノードの酸化を抑制できる。
従って、アノード及びカソードの性能を維持できる燃料電池システムの停止保管方法を提供できる。
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の別の特徴構成は、前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、
前記停止状態維持工程において前記アノード隔離処理を継続して実施している間、前記設定タイミングになると、前記アノードへのガス供給路を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。
【００１０】
上記特徴構成によれば、アノードへのガス供給路を開放して燃料ガス生成装置からアノードへガスを流入させる水素含有ガス供給処理を実施することで、アノードの上流側の配管内に残留していた燃料ガス（水素含有ガス）を含むガスをアノードへ流入させることができる。
更に、水素含有ガスをアノードへ供給するために、従来は装備されていたアノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路などの特別な配管系統は不要である。よって、装置のコストが高くなるという問題の発生や、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になるといった問題の発生を回避できる。
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、水素を含む燃料ガスが供給されるアノードと酸化剤ガスが供給されるカソードとの間に電解質を設けて構成される燃料電池を備える燃料電池システムの停止保管方法であって、
前記燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態に前記燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した後、前記停止状態を維持する停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、前記アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、前記カソードへのガスの供給を停止した状態で実施し、
前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、
前記停止状態維持工程を開始した後、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止するアノード隔離処理を実施する前に、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器より上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードへのガス供給路を閉止する燃料ガス生成装置隔離処理を、前記改質器の温度が設定温度以下になるまで実施し、
前記燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間、前記所定部位と前記アノードへのガス供給路の閉止部位との間の圧力が設定圧力を超えると、前記所定部位と前記アノードへのガス供給路の閉止部位との間の圧力を低下させる圧力低下処理を実施する点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理が、カソードへのガスの供給を停止した状態で実施される。ここで、設定タイミングは、燃料電池を運用する際に参照可能な圧力や時間などの様々な値を参照して設定できる。例えば、ある部位の圧力が設定圧力になったときを設定タイミングとすることや、ある処理を開始又は終了してからの経過時間が設定時間になったときを設定タイミングとすることができる。従って、この停止保管方法を実施すると、停止状態維持工程の間の適当なタイミング（設定タイミング）を選んでアノードへ水素含有ガスを供給してアノードの圧力を高めることで、上述した燃料電池の内部温度の変化があったとしても、燃料電池外部やカソードなどからアノードへガス（例えば、酸素など）が侵入し難くなる。また、カソードに例えば酸素などのガスが侵入しても、アノードに供給された水素含有ガスと反応して消費される。よって、アノードの酸化が抑制されるので、アノードの劣化を抑制できる。また、上述した逆電流機構によるカソードの酸化も抑制されるので、カソードの劣化も抑制できる。
加えて、カソードへのガスの供給を行わないので、従来は装備されていたアノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路などの特別な配管系統は不要である。よって、装置のコストが高くなるという問題の発生や、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になるといった問題の発生を回避できる。
加えて、燃料電池の停止移行工程を行った直後の未だ改質器の温度が高い状態のときに、改質反応による水素含有ガスの生成或いは水蒸気の発生などによる改質器圧力の増加があったとしても、改質器の圧力（即ち、上記所定部位と上記アノードへのガス供給路の閉止部位とにわたる空間の圧力）を上記圧力低下処理によって適正に保つことができる。
従って、アノード及びカソードの性能を維持できる燃料電池システムの停止保管方法を提供できる。
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記圧力低下処理において、前記アノードへのガス供給路の閉止部位を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記所定部位と前記アノードへのガス供給路の閉止部位との間の圧力を低下させる点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、燃料ガス生成装置からアノードへのガス供給路の閉止部位を開放することで圧力低下処理を実施できる。つまり、圧力低下処理を実施するために特別な配管系統は不要であるので、燃料電池の装置構成は複雑にならない。
【００１５】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、水素を含む燃料ガスが供給されるアノードと酸化剤ガスが供給されるカソードとの間に電解質を設けて構成される燃料電池を備える燃料電池システムの停止保管方法であって、
前記燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態に前記燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した後、前記停止状態を維持する停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、前記アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、前記カソードへのガスの供給を停止した状態で実施し、
前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、
前記停止状態維持工程を開始した後、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止するアノード隔離処理を実施する前に、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器より上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止する燃料ガス生成装置隔離処理を、前記改質器の温度が設定温度以下になるまで実施し、
前記燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間、前記所定部位と前記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力が設定圧力を超えると、前記所定部位と前記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力を低下させる圧力低下処理を実施する点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理が、カソードへのガスの供給を停止した状態で実施される。ここで、設定タイミングは、燃料電池を運用する際に参照可能な圧力や時間などの様々な値を参照して設定できる。例えば、ある部位の圧力が設定圧力になったときを設定タイミングとすることや、ある処理を開始又は終了してからの経過時間が設定時間になったときを設定タイミングとすることができる。従って、この停止保管方法を実施すると、停止状態維持工程の間の適当なタイミング（設定タイミング）を選んでアノードへ水素含有ガスを供給してアノードの圧力を高めることで、上述した燃料電池の内部温度の変化があったとしても、燃料電池外部やカソードなどからアノードへガス（例えば、酸素など）が侵入し難くなる。また、カソードに例えば酸素などのガスが侵入しても、アノードに供給された水素含有ガスと反応して消費される。よって、アノードの酸化が抑制されるので、アノードの劣化を抑制できる。また、上述した逆電流機構によるカソードの酸化も抑制されるので、カソードの劣化も抑制できる。
加えて、カソードへのガスの供給を行わないので、従来は装備されていたアノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路などの特別な配管系統は不要である。よって、装置のコストが高くなるという問題の発生や、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になるといった問題の発生を回避できる。
加えて、燃料電池の停止状態維持工程を開始した後の未だ改質器の温度が高い状態のときに、改質反応による水素含有ガスの生成或いは水蒸気の発生などによって、上記所定部位と上記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力（即ち、改質器及びアノードを一体として含む空間の圧力）の増加があったとしても、その圧力を上記圧力低下処理によって適正に保つことができる。
更に、上記所定部位と上記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力が増加中もアノードには改質器で発生する水素を含む水素含有ガスが供給されているので、酸化剤ガスがカソードに流入したとしてもアノードに流入した水素含有ガスと反応して消費され易くなる。その結果、カソードから電解質を介してアノードへ酸化剤ガスが侵入することを抑制できる。
従って、アノード及びカソードの性能を維持できる燃料電池システムの停止保管方法を提供できる。
【００１７】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記圧力低下処理において、前記アノードからのガス排出路の閉止部位を開放することで前記所定部位と前記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力を低下させる点にある。
【００１８】
上記特徴構成によれば、アノードからのガス排出路の閉止部位を開放することで圧力低下処理を実施できる。つまり、圧力低下処理を実施するために特別な配管系統は不要であるので、燃料電池の装置構成は複雑にならない。
【００１９】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記アノード隔離処理が、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止することによって実施され、当該アノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。
【００２０】
上記特徴構成によれば、アノードへのガス供給路とアノードからのガス排出路とを閉止するアノード隔離処理が実施されるので、供給された水素含有ガスでアノードを確実に保圧できる。
【００２１】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記アノード隔離処理が、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放することによって実施され、当該アノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。
【００２２】
上記特徴構成によれば、アノードよりも下流側のガス排出路に存在するガスは、当初はアノード付近に存在していた水素含有ガスである。更に、アノードでのガス流路の容積と、アノードの下流側のガス排出路の容積とを比較すると、アノードの下流側のガス排出路の容積の方が非常に大きいのが一般的である。よって、アノードよりも下流側のガス放出路からアノードへガスが逆流しても、アノードの酸化を引き起こす可能性は低い。従って、アノードに水素含有ガスが存在する状態を維持して、アノードの酸化を抑制できる。
【００２３】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記停止状態維持工程において前記アノード隔離処理を継続して実施している間、前記設定タイミングになると、前記アノードへのガス供給路を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。
【００２４】
上記特徴構成によれば、アノードへのガス供給路を開放して燃料ガス生成装置からアノードへガスを流入させる水素含有ガス供給処理を実施することで、アノードの上流側の配管内に残留していた燃料ガス（水素含有ガス）を含むガスをアノードへ流入させることができる。
更に、水素含有ガスをアノードへ供給するために、従来は装備されていたアノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路などの特別な配管系統は不要である。よって、装置のコストが高くなるという問題の発生や、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になるといった問題の発生を回避できる。
【００２５】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記アノード隔離処理が、前記停止状態維持工程において前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の前記所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止することによって実施され、
当該アノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。
【００２６】
上記特徴構成によれば、燃料ガス生成装置の改質器の上流側からアノードまでを一体で保圧できる。保圧している間に燃料ガス生成装置からアノードへガスが流入する可能性があるが、流入するのはアノードの上流側に存在している水素含有ガスである。よって、アノードの酸化を抑制できる。
【００２７】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記停止状態維持工程において前記アノード隔離処理を継続して実施している間、前記設定タイミングになると、前記所定部位を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。
【００２８】
上記特徴構成によれば、上記所定部位を開放して燃料ガス生成装置からアノードへガスを流入させる水素含有ガス供給処理を実施することで、アノードの上流側の配管内に残留していた燃料ガス（水素含有ガス）を含むガスをアノードへ流入させることができる。
更に、水素含有ガスをアノードへ供給するために、従来は装備されていたアノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路などの特別な配管系統は不要である。よって、装置のコストが高くなるという問題の発生や、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になるといった問題の発生を回避できる。
【００２９】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記水素含有ガス供給処理を複数の前記設定タイミングで繰り返し実施する点にある。
【００３０】
上記特徴構成によれば、停止状態維持工程において水素含有ガス供給処理が適当な複数のタイミング（設定タイミング）で繰り返し実施されるので、アノード及びカソードの性能を停止状態維持工程の間の長期間にわたって確実に維持できる。
【００３１】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記水素含有ガス供給処理を所定期間実施した後、前記水素含有ガス供給処理を停止する点にある。
【００３２】
上記特徴構成によれば、水素含有ガス供給処理を所定期間実施することでアノードへの酸素の流入を防ぐことができ、且つ、水素含有ガス供給処理を停止することで、停止状態維持工程でアノードへ水素含有ガスを供給するために使用されるガス量を抑制できる。よって、燃料電池システムの停止保管方法を実施するために使用されるエネルギを節減できる。
【００３３】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記停止状態維持工程を開始してからの時間が所定時間に達したとき、或いは、前記アノードの温度又は前記アノードへのガス供給路に接続されている、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置の改質器の温度が所定温度にまで低下したとき前記水素含有ガス供給処理を所定期間実施したと判定する点にある。
【００３４】
上記特徴構成によれば、停止状態維持工程を開始してからの時間を参照して、或いは、アノードの温度又は改質器の温度を参照して、上記所定期間になったことを判定できる。
【００３５】
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、
前記水素含有ガス供給処理を停止した後、前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止する形態、前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放する形態、或いは、前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止する形態で前記燃料電池を保管する点にある。
【００３６】
上記特徴構成によれば、水素含有ガス供給処理を停止した後、アノードへガスが侵入し難い形態で燃料電池を保管できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】燃料電池システムの停止保管方法が実施される燃料電池システムの構成を説明する図である。
【図２】燃料電池システムの停止保管方法が実施される燃料電池システムの別の構成を説明する図である。
【図３】燃料電池システムの停止保管方法が実施される燃料電池システムの別の構成を説明する図である。
【図４】燃料電池システムの停止保管方法が実施される燃料電池システムの別の構成を説明する図である。
【図５】燃料電池システムの作動状態を説明するタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して第１実施形態の燃料電池システムの停止保管方法について説明する。この停止保管方法は、以下に説明する停止状態維持工程を実施する方法である。
図１は、燃料電池システムの停止保管方法が実施される燃料電池システムＳ１の構成を説明する図である。この燃料電池システムＳ１は、燃料ガス生成装置１と燃料電池ＦＣとを備える。後述する燃料電池システムＳ１の作動制御は、特に記載しない以外は制御手段Ｃによって行われる。燃料ガス生成装置１は、メタンなどの炭化水素を含む原燃料ガスを改質器１ａにおいて水蒸気改質して、水素を主成分とする燃料ガスを生成する。燃料ガス生成装置１は、図１に示している改質器１ａの他にも、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を除去するための脱硫器、水蒸気発生器、水蒸気改質により得られるガス中に含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器などを備えるが、それらの説明は省略する。改質器１ａには、改質器１ａの圧力を検出する圧力センサＰ１、及び、改質器１ａの温度を検出する温度センサＴ１が設けられている。
燃料ガス生成装置１から排出されるガスは、ガス供給路３を介してアノード２ａへ供給されるか、或いは、圧力開放路を介して外部に排出される。
【００５１】
燃料電池ＦＣは、発電を行うセル２を備える。セル２は、水素を含む燃料ガスが供給されるアノード２ａと酸化剤ガスが供給されるカソード２ｂとの間に電解質２ｃを設けて構成される。アノード２ａへのガス供給路３には燃料ガス生成装置１が接続されている。燃料ガス生成装置１で生成された燃料ガスは、ガス供給路３を介して供給される。アノード２ａには、アノード２ａの圧力を検出する圧力センサＰ２、及び、アノード２ａの温度を検出する温度センサＴ２が設けられている。
【００５２】
アノード２ａへのガス供給路３の途中には、燃料ガス用貯留水タンク４ａを有する燃料ガス用加湿器４が設けられる。この燃料ガス用加湿器４は、燃料ガスが燃料ガス生成装置１からガス供給路３を通って燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられている貯留水の中に供給されて貯留水の表面に出てくる間に燃料ガスを貯留水に接触させて加湿する。燃料ガス用貯留水タンク４ａの内部の貯留水表面上の空間はアノード２ａと繋がっている。燃料ガス生成装置１からアノード２ａへのガス供給路３の途中には、ガス供給路３におけるガスの流通を遮断又は許容する弁Ｖ２が設けられている。
アノード２ａにおいて発電反応に用いられたガスは、ガス排出路７を介して燃料電池ＦＣの外部に排出される。排出されたガスは、熱交換器（図示せず）において排熱回収された後、バーナ（図示せず）で燃焼するなどの排気処理に提供される。ガス排出路７の途中には、ガス排出路７におけるガスの流通を遮断又は許容する弁Ｖ３が設けられている。
【００５３】
カソード２ｂには、酸化剤ガスとしての空気がブロア９によってガス供給路５を介して供給される。ガス供給路５の途中には、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａを有する酸化剤ガス用加湿器６が設けられる。この酸化剤ガス用加湿器６は、ブロア９から供給される空気がガス供給路５を通って酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられている貯留水の中に供給されて貯留水の表面に出てくる間に酸化剤ガスを貯留水に接触させて加湿する。酸化剤ガス用貯留水タンク６ａの内部の貯留水表面上の空間はカソード２ｂと繋がっている。ブロア９からカソード２ｂへのガス供給路５の途中には、ガス供給路５におけるガスの流通を遮断又は許容する弁Ｖ４が設けられている。
カソード２ｂにおいて発電反応に用いられたガスは、ガス排出路８を介して燃料電池ＦＣの外部に排出される。排出されたガスは、熱交換器（図示せず）で排熱回収される。排出されたガスは、元々は周囲に存在する空気であるので、特別な排気処理は不要である。
【００５４】
以下に、燃料電池ＦＣの運転工程（発電中）、燃料電池ＦＣからの電力の出力を停止する停止状態に燃料電池ＦＣの運転を移行させる停止移行工程、及び、停止移行工程の後でその停止状態を維持する停止状態維持工程のそれぞれについて、図５に示す燃料電池システムＳ１の作動状態を説明するタイミング図を参照して説明する。図５において、改質触媒温度（℃）は縦軸の数値で表され、電池温度（℃）を１０倍した値が縦軸の数値で表され、カソードエア流量（ｌ／ｍｉｎ）を１０倍した値が縦軸の数値で表され、セル電圧（Ｖ）を１０倍した値が縦軸の数値で表され、原料ガス流量（ｌ／ｍｉｎ）を１０2倍した値が縦軸の数値で表され、改質器圧力（ｋＰａ）を１０倍した値が縦軸の数値で表される。
【００５５】
〔運転工程（発電中）〕
燃料電池ＦＣを発電運転するとき、燃料ガス生成装置１も運転する必要がある。よって、燃料ガス生成装置１への原料ガスの供給を可能とするように弁Ｖ１は開放されている。改質器１ａでは、原料ガスである炭化水素を水素に改質する改質反応が行われ、それにより水素を含む燃料ガスが生成される。ガス供給路３に設けられている弁Ｖ２は開放され、圧力開放路１５に設けられている弁５は閉止されている。よって、燃料ガス生成装置１で生成された燃料ガスは燃料ガス用加湿器４を経由してアノード２ａへ供給される。弁Ｖ３は開放され、アノード２ａからの排ガスが燃料電池ＦＣの外部に排出される。
ブロア９によって供給される空気（酸化剤ガス）がカソード２ｂへ到達するように、ガス供給路５に設けられた弁Ｖ４は開放されている。
図示していないが、セル２に対して電気負荷又はインバータが電気的に接続されている。
以上のようにして、アノード２ａに燃料ガスが供給され、カソード２ｂに空気が供給されることで、セル２において発電反応が行われ、電気負荷又はインバータに電流が流れる。
【００５６】
〔停止移行工程〕
燃料電池ＦＣの運転を停止する停止移行工程は、電気負荷又はインバータと燃料電池ＦＣのセル２との電気的な接続を解除して、燃料電池ＦＣでの発電により得られた電力の出力を停止する工程である。そのため、燃料電池ＦＣでの発電により得られた電力の出力を停止する前に、燃料電池ＦＣへの原料ガスの供給量及び酸化剤ガス（カソードエア）の供給量を減少させる。その結果、改質器１ａの内部で生成されるガス（水蒸気を含む）の量が減少し、改質器１ａの圧力も低下する。また、燃料電池ＦＣの温度（即ち、アノード２ａ及びカソード２ｂの温度）も徐々に低下する。
【００５７】
その後、ブロア９が停止されると共に、カソード２ｂへのガス供給路５に設けられた弁Ｖ４が閉止され、カソード２ｂへの空気の供給が停止される。このとき、原料ガスは燃料ガス生成装置１に供給されており、燃料ガス生成装置１からアノード２ａへの燃料ガスの供給は継続されている。よって、セル２では燃料ガスの供給量に比べて空気の供給量が非常に少ない状態になり、セル電圧が急激に減少する。つまり、ここでは、カソード２ｂへの空気の供給を停止した状態でカソード２ｂに残留している空気（酸素）とアノード２ａに残留している燃料ガス（水素）とが反応する。そして、電気負荷又はインバータと燃料電池ＦＣのセル２との電気的な接続を解除して、燃料電池ＦＣでの発電により得られた電力の出力を停止する。
【００５８】
〔停止状態維持工程〕
燃料電池ＦＣの停止状態を維持する停止状態維持工程では、本願に係る停止保管方法におけるその停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングでアノード２ａへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、カソード２ｂへのガスの供給を停止した状態で実施する。本実施形態では、停止状態維持工程において、カソード２ｂへはどのようなガスの供給も行わない。水素含有ガス供給処理は、アノード２ａへのガス供給路３とアノード２ａからのガス排出路７とを閉止するアノード隔離処理を実施している間の設定タイミングで実施する。つまり、弁Ｖ２と弁Ｖ３とを閉止することでアノード隔離処理が実施される。
【００５９】
但し、図５に示すように、停止移行工程が終了した時点では未だ改質器１ａの内部の改質触媒の温度は低下しておらず、改質反応による水素含有ガスの生成或いは水蒸気の発生などによる改質器１ａの圧力の増加が見られる。よって、改質触媒の温度が高い状態で弁Ｖ２を開放していると、アノード２ａにそれらのガス或いは水蒸気が供給されてアノード２ａの圧力が増大し、空気の供給が停止されたカソード２ｂとの圧力差が大きくなってしまい、電解質２ｃが破損する可能性がある。そこで、改質触媒の温度が設定温度（図５に示す例では６５０℃）以下になるまで、弁Ｖ１（本発明の「燃料ガス生成装置からアノードへ通じるガス流通系統の改質器より上流側の所定部位」の一例）を閉止し且つ弁Ｖ２（本発明の「アノードへのガス供給路の閉止部位」の一例）を閉止する燃料ガス生成装置隔離処理を、上記アノード隔離処理の前に実施する。但し、「燃料ガス生成装置からアノードへ通じるガス流通系統の改質器より上流側の所定部位」として、燃料ガス生成装置１への原料ガスの供給又は停止を行うための弁Ｖ１の部位を挙げたが、上記所定部位は、燃料ガス生成装置１の内部の改質器１ａよりも上流側の部位であれば適宜変更可能である。
【００６０】
この燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間、改質反応による水素含有ガスの生成或いは水蒸気の発生などによる改質器１ａの圧力の増加が見られる。よって、弁Ｖ１と弁Ｖ２との間の圧力が設定圧力を超えると、その弁Ｖ１と弁Ｖ２との間の圧力を低下させる圧力低下処理を実施する。具体的には、弁Ｖ１と弁Ｖ２との間に存在する改質器１ａの圧力が設定圧力（図５に示す例では１０ｋＰａ）を超えると、圧力開放路に設けられた弁Ｖ５を一時的に開放する。その結果、弁Ｖ１と弁Ｖ２との間の圧力が低下する。図５に示すように、この圧力低下処理により改質器１ａの圧力の上昇と低下とが繰り返される間（図５において「圧力開放処理」と記載する）に改質触媒の温度が徐々に低下する。改質器１ａの温度（つまり、改質触媒の温度）が設定温度（図５に示す例では２５０℃）以下になると、燃料ガス生成装置隔離処理を終了する。
【００６１】
燃料ガス生成装置隔離処理を終了した後は、改質器１ａの圧力上昇は見られなくなり、逆に改質触媒の温度低下による圧力低下が見られる。よって、弁Ｖ２及び弁Ｖ５を閉止した状態で弁Ｖ１を開放し、燃料ガス生成装置１の内部に原料ガスを流入させて改質器１ａの圧力を、例えば、６ｋＰａ以上に上昇させる。但し、燃料ガス生成装置１（及び改質器１ａ）の温度が低下するため、改質器１ａの圧力が徐々に低下し、規定圧力（例えば、１ｋＰａ）未満になることもある。その場合には、再度、弁Ｖ１を開放し、燃料ガス生成装置１の内部に原料ガスを流入させ、改質器１ａの圧力が規定圧力以上になるようにする。その結果、図５に示すように、改質器１ａの圧力が、燃料ガス生成装置１（及び、改質器１ａ）の温度低下による圧力低下と弁Ｖ１を開放して原料ガスを流入させることによる圧力上昇とを繰り返すようになる（図５において「圧力維持処理」と記載する）。
【００６２】
上述した燃料ガス生成装置隔離処理の後、弁Ｖ２と弁Ｖ３とを閉止したアノード隔離処理を継続して実施している間、設定タイミングになると、弁Ｖ２を開放して燃料ガス生成装置１からアノード２ａへガスを流入させることで水素含有ガス供給処理を実施する（開始する）。つまり、弁Ｖ２と弁Ｖ３とを閉止したアノード隔離処理を継続して実施している間の設定タイミングで、弁Ｖ２を開放することにより（即ち、アノード隔離処理を実施しているアノードの隔離状態を弁Ｖ２を開放して一時的に解除することにより）水素含有ガス供給処理を実施して、その後、アノードの隔離状態を再び設定するべくアノード隔離処理を実施する。燃料ガス生成装置１からアノード２ａへとガスを流入させると、アノード２ａの上流側の配管内に残留していた燃料ガス（水素含有ガス）がアノード２ａへ流入する。
【００６３】
本実施形態では、図５に示すような、改質器１ａ（「燃料ガス生成装置１の内部のアノード２ａへ通じるガス流通系統の所定部位」の一例）の圧力が、燃料ガス生成装置１（及び、改質器１ａ）の温度低下による圧力低下と弁Ｖ１を開放して原料ガスを流入させることによる圧力上昇とを繰り返している間、その改質器１ａの圧力が低下傾向にあるときの所定圧力（図５に示す例では４ｋＰａ）になると、上記設定タイミングになったと判定する。そして、弁Ｖ２を設定時間だけ開放し、その間に水素含有ガスをアノード２ａへ流入させる。つまり、水素含有ガス供給処理は、適当な複数の設定タイミングで繰り返し実施される。その結果、アノード２ａの圧力を水素含有ガスで保つことができるので、アノード２ａへの外部からの空気の侵入を抑制でき、及び、アノード２ａへのカソード２ｂからの酸素の侵入があったとしても、侵入した酸素がアノード２ａに供給した水素含有ガスと反応して消費されて酸素濃度が低くなるため、その酸素によってアノード２ａが酸化されることを抑制できる。
尚、弁Ｖ２を設定時間だけ開放する処理を行うと改質器１ａの圧力は急激に低下するので、再度、弁Ｖ１を開放し、燃料ガス生成装置１の内部に原料ガスを流入させ、改質器１ａの圧力が規定圧力以上になるようにする。
【００６４】
水素含有ガス供給処理を所定期間実施した後、水素含有ガス供給処理を停止する。例えば、停止状態維持工程を開始してからの時間が所定時間（例えば、２４時間など）に達したとき、又は、アノード２ａの温度が所定温度（例えば、外気温度＋５℃など）にまで低下したとき、水素含有ガス供給処理を所定期間実施したと判定する。そして、水素含有ガス供給処理を停止した後、アノード２ａへのガス供給路３とアノード２ａからのガス排出路７とを閉止する形態、アノード２ａへのガス供給路３を閉止し且つアノード２ａからのガス排出路７を開放する形態、或いは、燃料ガス生成装置１とアノード２ａとの間のガスの流通が許容された状態で、燃料ガス生成装置１の内部のアノード２ａへ通じるガス流通系統の所定部位を閉止し且つアノード２ａからのガス排出路７を閉止する形態で燃料電池ＦＣを保管する。
【００６５】
以上のように、アノード２ａへ水素含有ガスを供給してアノード２ａの圧力を高めることで、外部（例えば、カソード２ｂなど）からアノード２ａへガス（例えば、酸素など）が侵入しに難くなる。よって、アノード２ａの酸化が抑制されるので、アノード２ａの劣化を抑制できる。また、課題として説明した逆電流機構によるカソード２ｂの酸化も抑制されるので、カソード２ｂの劣化も抑制できる。
【００６６】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の燃料電池システムの停止保管方法は、第１実施形態とアノード隔離処理の内容が異なる。以下に第２実施形態の燃料電池システムの停止保管方法について説明するが、第１実施形態と同様の特徴については説明を省略する。
【００６７】
本実施形態では、停止状態維持工程において、弁Ｖ２を閉止することによりアノード２ａへのガス供給路３を閉止し且つアノード２ａからのガス排出路７を開放するアノード隔離処理を実施している間の設定タイミングで弁Ｖ２を開放することにより水素含有ガス供給処理を実施する。具体的には、アノード隔離処理は、弁Ｖ２を閉止することで実施し、このとき弁Ｖ３は開放している。例えば、停止移行工程では弁Ｖ３は開放されているので、停止状態維持工程に移行するときに弁Ｖ３を開放状態のまま維持すればよい。或いは、停止状態維持工程に移行して上記圧力低下処理が行われる燃料ガス生成装置隔離処理が終了するまでは弁Ｖ３を閉止しておき、その後、アノード隔離処理が開始されるタイミングで弁Ｖ３を開放すればよい。そして、弁Ｖ２を閉止したアノード隔離処理を継続して実施している間の設定タイミングで、弁Ｖ２を開放することにより（即ち、アノード隔離処理を実施しているアノードの隔離状態を弁Ｖ２を開放して一時的に解除することにより）水素含有ガス供給処理を実施して、その後、アノードの隔離状態を再び設定するべくアノード隔離処理を実施する。
【００６８】
＜第３実施形態＞
第３実施形態の燃料電池システムの停止保管方法は、第１実施形態及び第２実施形態とアノード隔離処理及び水素含有ガス供給処理の内容が異なる。以下に第３実施形態の燃料電池システムの停止保管方法について説明するが、第１実施形態と同様の特徴については説明を省略する。
【００６９】
本実施形態では、停止状態維持工程において、燃料ガス生成装置１とアノード２ａとの間のガスの流通が許容された状態で、燃料ガス生成装置１の内部のアノード２ａへ通じるガス流通系統の所定部位を閉止し且つアノード２ａからのガス排出路７を閉止するアノード隔離処理を実施している間の設定タイミングで水素含有ガス供給処理を実施する。具体的には、停止状態維持工程において、弁Ｖ２を開放して燃料ガス生成装置１とアノード２ａとの間のガスの流通を許容した状態で、弁Ｖ１及び弁Ｖ３を閉止して燃料ガス生成装置１からアノード２ａのガス排出路７までを併せて閉止するアノード隔離処理を実施する。そして、このアノード隔離処理を継続して実施している間、設定タイミングになると、弁Ｖ１を開放して原料ガスを燃料ガス生成装置１に流入させる。つまり、弁Ｖ１と弁Ｖ３とを閉止したアノード隔離処理を継続して実施している間の設定タイミングで、弁Ｖ１を開放することにより（即ち、アノード隔離処理を実施しているアノードの隔離状態を弁Ｖ１を開放して一時的に解除することにより）水素含有ガス供給処理を実施して、その後、アノードの隔離状態を再び設定するべくアノード隔離処理を実施する。燃料ガス生成装置１からアノード２ａへガスを流入させることで、アノード２ａの上流側へ残留していた水素含有ガスがアノード２ａへ供給される水素含有ガス供給処理が実施される。
【００７０】
＜第４実施形態＞
第４実施形態の燃料電池システムの停止保管方法は、第１実施形態〜第３実施形態と燃料電池システムの構成が異なる。以下に第４実施形態の燃料電池システムの停止保管方法について説明するが、第１実施形態〜第３実施形態と同様の特徴については説明を省略する。
【００７１】
図２は、燃料電池システムの停止保管方法が実施される燃料電池システムＳ２の構成を説明する図である。図２に示す燃料電池システムＳ２には、図１に示した燃料電池システムＳ１に設けられていた圧力開放路及び弁Ｖ５が設けられていない。よって、燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間の圧力低下処理の内容が、第１実施形態〜第３実施形態と異なる。
【００７２】
第１実施形態で説明したのと同様に、図２に示す燃料電池システムＳ２においても、燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間、改質反応による水素含有ガスの生成或いは水蒸気の発生などによる改質器１ａの圧力の増加が見られる。よって、弁Ｖ１と弁Ｖ２との間の圧力が設定圧力を超えると、その弁Ｖ１と弁Ｖ２との間の圧力を低下させる圧力低下処理を実施する。具体的には、弁Ｖ１と弁Ｖ２との間に存在する改質器１ａの圧力が設定圧力（例えば、６ｋＰａ）を超えると、弁Ｖ２（本発明の「アノードへのガス供給路の閉止部位」の一例）を開放して燃料ガス生成装置１からアノード２ａへガスを流入させることで弁Ｖ１と弁Ｖ２との間（本発明の「所定部位とアノードへのガス供給路の閉止部位との間」の一例）の圧力を低下させる。
従って、この圧力低下処理により、弁Ｖ１と弁Ｖ２との間の圧力を低下させることができ、且つ、アノード２ａへ水素含有ガスを流入させることができる。つまり、この圧力低下処理は、水素含有ガス供給処理と見なすこともできる。
【００７３】
＜他の実施形態＞
他の実施形態の燃料電池システムの停止保管方法は、第１実施形態〜第４実施形態と燃料電池システムの構成が異なる。以下に他の実施形態の燃料電池システムの停止保管方法について説明するが、第１実施形態〜第４実施形態と同様の特徴については説明を省略する。
【００７４】
図３は、他の実施形態の燃料電池システムの停止保管方法が実施される燃料電池システムＳ３の構成を説明する図である。図３に示すように、燃料電池ＦＣは、燃料ガス用加湿器４と酸化剤ガス用加湿器６と水量調節器１０とを有する。燃料ガス用加湿器４は、アノード２ａへのガス供給路３の途中に設けられる燃料ガス用貯留水タンク４ａを有し、燃料ガスが燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられている貯留水の中に供給されて貯留水の表面に出てくる間に燃料ガスを貯留水に接触させて加湿する。酸化剤ガス用加湿器６は、カソード２ｂへのガス供給路５の途中に設けられる酸化剤ガス用貯留水タンク６ａを有し、酸化剤ガスが酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられている貯留水の中に供給されて貯留水の表面に出てくる間に酸化剤ガスを貯留水に接触させて加湿する。水量調節器１０は、燃料ガス用貯留水タンク４ａと酸化剤ガス用貯留水タンク６ａとに供給される貯留水を蓄える水位調節用タンク１２と、燃料ガス用貯留水タンク４ａと酸化剤ガス用貯留水タンク６ａとにおける貯留水の水位を調節する水位制御部１１とを備える。水位調節用タンク１２と燃料ガス用貯留水タンク４ａとの間は流路１３によって接続され、水位調節用タンク１２と酸化剤ガス用貯留水タンク６ａとの間は流路１４によって接続される。
また、図３に示す燃料電池ＦＣでは、カソード２ｂへのガス供給路５に弁は設けておらず、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられている貯留水がカソード２ｂに供給される空気（酸化剤ガス）にとっての弁となる。
【００７５】
水位調節器１０は、停止状態維持工程に作動して、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させる。その結果、カソード２ｂから、その上流側の酸化剤ガス用貯留水タンク６ａの水面までの間の容積が小さくなる。つまり、ブロア９を停止した後、カソード２ｂへ流入する可能性のある空気量を少なくできる。その結果、カソード２ｂから電解質を介してアノード２ａへ侵入する酸素量が少なくなる。
また、水位調節器１０は、停止状態維持工程に作動して、燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を減少させる。その結果、アノード２ａから、その上流側の燃料ガス用貯留水タンク４ａの水面までの容積が大きくなる。つまり、アノード２ａの上流側により多くの水素含有ガスが残留しているようにできるので、上記水素含有ガス供給処理においてアノード２ａへ多くの水素含有ガスを流入させることができる。
以上のように、水位調節器１０は、一方では酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させ、他方では燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を減少させる。よって、水位調節器１０を作動させて燃料ガス用貯留水タンク４ａから酸化剤ガス用貯留水タンク６ａへ貯留水を移動させることで、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させ且つ燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を減少させることができる。
上述した水位調節は、上記停止状態維持工程の開始に先立って行うことが好ましい。また、水量調節器１０は、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させる処理、及び、燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を減少させる処理の何れか一方のみを行ってもよい。
【００７６】
＜別の他の実施形態＞
別の他の実施形態の燃料電池システムの停止保管方法は、上記他の実施形態と燃料電池システムの構成が異なる。以下に別の他の実施形態の燃料電池システムの停止保管方法について説明するが、上記他の実施形態と同様の特徴については説明を省略する。
【００７７】
図４は、別の他の実施形態の燃料電池システムの停止保管方法が実施される燃料電池システムＳ４の構成を説明する図である。図４に示すように、本実施形態では、燃料ガス用貯留水タンク４ａの内部側壁には、貯留水が最高水位以上になっているか否かを検出可能なレベルセンサ４ｂと、貯留水が最低水位を下回っているか否かを検出可能なレベルセンサ４ｃとが設けられている。同様に、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａの内部側壁には、貯留水が最高水位以上になっているか否かを検出可能なレベルセンサ６ｂと、貯留水が最低水位を下回っているか否かを検出可能なレベルセンサ６ｃとが設けられている。
【００７８】
水量調節器１０は、燃料電池ＦＣの発電中、燃料ガス用貯留水タンク４ａと酸化剤ガス用貯留水タンク６ａとにおける貯留水の水位が上述した最高水位と最低水位との間にあるように調節している。
一方で、水量調節器１０は、停止状態維持工程に作動して、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させる。例えば、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を上記最高水位に調節する。その結果、カソード２ｂから、その上流側の酸化剤ガス用貯留水タンク６ａの水面までの間の容積が小さくなる。つまり、ブロア９を停止した後、カソード２ｂへ流入する可能性のある空気量を少なくできる。その結果、カソード２ｂから電解質を介してアノード２ａへ侵入する酸素量が少なくなる。
また、水量調節器１０は、停止状態維持工程に作動して、燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を減少させる。例えば、燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を上記最低水位に調節する。その結果、アノード２ａから、その上流側の燃料ガス用貯留水タンク４ａの水面までの容積が大きくなる。つまり、アノード２ａの上流側により多くの水素含有ガスが残留しているようにできるので、上記水素含有ガス供給処理においてアノード２ａへ多くの水素含有ガスを流入させることができる。
以上のように、水量調節器１０は、一方では酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させ、他方では燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を減少させる。よって、水量調節器１０を作動させて燃料ガス用貯留水タンク４ａから酸化剤ガス用貯留水タンク６ａへ貯留水を移動させることで、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させ且つ燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を減少させることができる。
上述した水位調節は、上記停止状態維持工程ではなく、上記停止移行工程に行っても良い。また、水量調節器１０は、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させる処理、及び、燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を減少させる処理の何れか一方のみを行ってもよい。
【００７９】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において、水素含有ガス供給処理においてアノード２ａへ水素含有ガスを供給する設定タイミングとして、改質器１ａの圧力が低下傾向にあるときの設定圧力になったタイミングを例示したが、他のタイミングを上記設定タイミングとすることもできる。例えば、燃料ガス生成装置隔離処理を終了した後の経過時間を計測し、その経過時間が設定時間となる度に（例えば、燃料ガス生成装置隔離処理を終了した後の経過時間が、１０分、３０分、６０分、１２０分・・・となる度に）上記設定タイミングとなったと判定してもよい。
【００８０】
＜２＞
上記実施形態において、アノード２ａの圧力及び温度を検出する必要がなければ、アノード２ａの圧力を検出する圧力センサＰ２、及び、アノード２ａの温度を検出する温度センサＴ２を設けなくてもよい。
【００８１】
＜３＞
上記実施形態において、弁Ｖ１（本発明の「燃料ガス生成装置からアノードへ通じるガス流通系統の改質器より上流側の所定部位」の一例）を閉止し且つ弁Ｖ２（本発明の「アノードへのガス供給路の閉止部位」の一例）を閉止する形態の燃料ガス生成装置隔離処理を実施する例を説明したが、他の形態の燃料ガス生成装置隔離処理を行ってもよい。例えば、弁Ｖ１（本発明の「燃料ガス生成装置からアノードへ通じるガス流通系統の改質器より上流側の所定部位」の一例）を閉止し且つ弁Ｖ３（本発明の「アノードからのガス排出路の閉止部位」の一例）を閉止する形態の燃料ガス生成装置隔離処理を実施してもよい。この場合、上記圧力低下処理は、弁Ｖ３を開放することで実施できる。
【００８２】
＜４＞
上記他の実施形態では、水量調節器１０を停止状態維持工程に作動させて、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を上記最高水位に調節し、及び、燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を上記最低水位に調節する例を説明したが、他の工程で水量調節器１０を作動させてもよい。例えば、停止移行工程で水量調節器１０を作動させてもよい。具体的には、停止移行工程において、水量調節器１０を作動させて酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させる処理、及び、水量調節器１０を作動させて燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を減少させる処理、の両方又は何れか一方を行ってもよい。
【００８３】
停止移行工程において、水量調節器１０を作動させて酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させる処理を行うと、カソード２ｂから、その上流側の酸化剤ガス用貯留水タンク６ａの水面までの間の容積が小さくなる。つまり、カソード２ｂへ流入する可能性のある酸化剤ガスを少なくできる。加えて、燃料電池ＦＣからの電力の出力を停止する停止状態に燃料電池ＦＣの運転を移行させる停止移行工程では、アノード２ａの上流側には水素を含む燃料ガスが未だ多く存在しているので、酸化剤ガスがカソード２ｂに流入したとしてもアノード２ａの近傍に多く存在している水素と反応して消費され易くなる。その結果、カソード２ｂから電解質２ｃを介してアノード２ａへ侵入する可能性のある酸化剤ガスをより一層少なくできる。
【００８４】
停止移行工程において、水量調節器１０を作動させて燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を減少させる処理を行うと、アノード２ａから、その上流側の燃料ガス用貯留水タンク４ａの水面までの容積が大きくなる。加えて、燃料電池ＦＣからの電力の出力を停止する停止状態に燃料電池ＦＣの運転を移行させる停止移行工程では、アノード２ａの上流側には水素を含む燃料ガスが未だ多く存在している。つまり、アノード２ａの上流側により多くの水素を残留させることができるので、酸化剤ガスがカソード２ｂに流入したとしてもアノード２ａの近傍に多く存在している水素と反応して消費され易くなる。その結果、カソード２ｂから電解質２ｃを介してアノード２ａへ侵入する可能性のある酸化剤ガスをより一層少なくできる。
【００８５】
或いは、停止移行工程において、水量調節器１０を作動させて燃料ガス用貯留水タンク４ａから酸化剤ガス用貯留水タンク６ａへ貯留水を移動させることで、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させ且つ燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を減少させる処理を行ってもよい。
【００８６】
＜５＞
水量調節器１０を停止移行工程に作動させるとき、水量調節器１０を作動させて酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増減させる処理を１回以上行った後、最終的にその貯留水量を増加させる処理を行ってもよい。
上述したように、燃料電池ＦＣからの電力の出力を停止する停止状態に燃料電池ＦＣの運転を移行させる停止移行工程では、アノード２ａの上流側には水素を含む燃料ガスが未だ多く存在しているので、酸化剤ガスがカソード２ｂに流入したとしてもアノード２ａの近傍に多く存在している水素と反応して消費され易い状態にある。このような状態で酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させると（例えば、貯留水量を最高水位にまで増加させると）、酸化剤ガス用貯留水とカソード２ｂとの間にある酸化剤ガスがカソード２ｂへと押し込まれて、その酸化剤ガスとアノード２ａの近傍の水素とが反応して消費される。その結果、カソード２ｂの近傍では、酸化剤ガスの濃度が低くなる。
【００８７】
その後、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を減少させると（例えば、貯留水量を最低水位にまで減少させると）、カソード２ｂの近傍に存在している気体（即ち、酸化剤ガスの濃度が低い気体）が酸化剤ガス用貯留水とカソード２ｂとの間に戻ってきて、拡散により酸化剤ガス用貯留水とカソード２ｂとの間にある気体中の酸化剤ガスの濃度が低くなる。
このように、水量調節器１０を作動させて酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増減させる処理を１回以上行うことで、酸化剤ガス用貯留水とカソード２ｂとの間にある気体中の酸化剤ガスの濃度を徐々に低くできる。
更に、最終的には酸化剤ガス用貯留水の量を例えば最高水位まで増加させるので、カソード２ｂから、その上流側の酸化剤ガス用貯留水タンク６ａの水面までの間の容積を小さくして、カソード２ｂへ流入する可能性のある酸化剤ガスを含む気体を少なくできる。
【００８８】
＜６＞
上述の説明では、燃料ガス用貯留水タンク４ａ及び酸化剤ガス用貯留水タンク６ａのそれぞれに２つのレベルセンサを設け、水量調節器１０が、最高水位及び最低水位の２つのレベルで貯留水量を管理する例を説明したが、他の方法で各タンク４ａ、６ａの貯留水量を管理してもよい。例えば、タンク４ａ、６ａのそれぞれに対して３つ以上のレベルセンサを設け、水量調節器１０が、それら３段階以上の水位レベルで貯留水量を管理してもよい。
或いは、タンク４ａ、６ａのそれぞれの内部側壁に対して１つのレベルセンサを設け、水量調節器１０が、そのレベルセンサで検出される水位レベルを基準水位レベルとして貯留水量を管理してもよい。例えば、水量調節器１０が、貯留水量を基準水位レベルに調節した後、貯留水を設定流量で設定時間だけタンク内から排出させることで貯留水量を最低水位に調節する処理、及び、貯留水量を基準水位レベルに調節した後、貯留水を設定流量で設定時間だけタンク内へ流入させることで貯留水量を最高水位に調節する処理などによって、貯留水量を管理してもよい。
タンク４ａ、６ａのそれぞれへの単位時間当たりの排水流量や単位時間当たりの流入流量が予め実験等で分かっている値になる場合は、タンク内からの貯留水の排出期間及びタンク内への貯留水の流入期間の制御のみによって、タンク内の貯留水の水位を調節してもよい。
【００８９】
＜７＞
燃料ガス用貯留水タンク４ａと酸化剤ガス用貯留水タンク６ａのうち、いずれかひとつのみを持つシステム構成としても良い。燃料ガス用貯留水タンク４ａのみを持つシステムにおいては、停止状態維持工程または停止移行工程において、燃料ガス用貯留水タンク４ａに貯えられる貯留水量を減少させる処理を行う。酸化剤ガス用貯留水タンク６ａのみを持つシステムにおいては、停止状態維持工程または停止移行工程において、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増加させる処理を行うか、または、停止移行工程において、酸化剤ガス用貯留水タンク６ａに貯えられる貯留水量を増減させる処理を１回以上行った後、最終的にその貯留水量を増加させる処理を行う。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、燃料電池のアノード及びカソードの劣化を抑制するために利用できる。
【符号の説明】
【００９１】
１  燃料ガス生成装置
１ａ  改質器
２ａ  アノード
２ｂ  カソード
２ｃ  電解質
３  ガス供給路
４  燃料ガス用加湿器
４ａ  燃料ガス用貯留水タンク
６  酸化剤ガス用加湿器
６ａ  酸化剤ガス用貯留水タンク
７  ガス排出路
１０  水量調節器
１１  水位制御部
１２  水位調節用タンク
ＦＣ  燃料電池
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４  燃料電池システム
【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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