(57)【要約】【課題】アノードガス流通路の凍結防止を図るとともに、掃気処理を確実に行うことができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１１と、アノードガス供給流路２３およびアノードガス排出流路３５を有するアノードガス流通路４６と、排出弁５１，５２と、排出弁を制御する制御部４５と、を備えた燃料電池システム１０において、制御部は、アノードガス流通路の凍結を予測する凍結予測部と、アノードガス流通路の圧力を減ずる圧力低減部と、アノードガス流通路の圧力を確認する圧力状態確認部と、を有し、燃料電池の発電停止時に凍結予側部において凍結が予測される場合、排出弁を閉弁するとともに、圧力低減部によりアノードガス流通路の圧力を減じ、圧力状態確認部によりアノードガス流通路の圧力が大気圧以下の所定圧力になるのを確認した後、排出弁を開弁することにより、アノードガス流通路内の水分を燃料電池方向へ移動させる。【選択図】図１
2011044335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガスが流通するアノードガス供給流路およびアノードガス排出流路を有するアノードガス流通路と、
前記アノードガス供給流路を通じて前記アノードガスを供給されることにより発電を行う燃料電池と、
前記アノードガス排出流路に配された排出弁と、
該排出弁を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記アノードガス流通路の凍結を予測する凍結予測部と、
前記アノードガス流通路の圧力を減ずる圧力低減部と、
前記アノードガス流通路の圧力を確認する圧力状態確認部と、を有し、
前記燃料電池の発電停止時に前記凍結予側部において凍結が予測される場合、前記排出弁を閉弁するとともに、前記圧力低減部により前記アノードガス流通路の圧力を減じ、前記圧力状態確認部により前記アノードガス流通路の圧力が大気圧以下の所定圧力になるのを確認した後、前記排出弁を開弁することにより、前記アノードガス流通路内の水分を前記燃料電池方向へ移動させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記圧力低減部は、前記燃料電池から電気的出力を得る電力取得器を用い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３】
前記圧力低減部は、前記アノードガス流通路に接続されたカソードガス供給ポンプを逆回転方向に稼働させ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】
アノードガスが流通するアノードガス供給流路およびアノードガス排出流路を有するアノードガス流通路と、
前記アノードガス供給流路を通じて前記アノードガスを供給されることにより発電を行う燃料電池と、
前記アノードガス排出流路に配された排出弁と、
該排出弁を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記アノードガス流通路の凍結を予測する凍結予測部を備え、
前記燃料電池の発電停止時に前記凍結予側部において凍結が予測される場合、前記排出弁を閉弁し、閉弁してから所定時間経過した後に、前記排出弁を開弁することにより、前記アノードガス流通路内の水分を前記燃料電池方向へ移動させることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば車両に搭載される燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極およびカソード電極で両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下、単位セルという。）を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタック（以下、燃料電池という。）とするものが知られている。このような燃料電池では、アノード電極とセパレータとの間にアノードガス（燃料ガス）として水素ガスを供給するとともに、カソード電極とセパレータとの間にカソードガス（酸化剤ガス）として空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こし、発電が行われる。なお、この発電に伴って、燃料電池内部で水が生成される。
【０００３】
このような燃料電池を備える燃料電池システムでは、例えば氷点下環境で使用されると、燃料電池システムの停止中に内部に残留している生成水が凍結してしまうおそれがある。ここで、燃料電池システム内部の水を回収する技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
特許文献１の燃料電池システムは、運転停止時に、通常運転時における純水の流れと逆方向に空気導入経路を介して導入した空気を純水循環経路に流すように制御する。これにより、この燃料電池システムにおいては、例えばポンプ駆動によって純水を除去する場合に比べて、燃料電池スタック、純水ポンプ、異物フィルタ、イオンフィルタおよび純水循環経路の内部に滞留している純水の除去をより確実に行うことができ、純水の凍結・膨張による運転不能や破損といった被害を確実に回避することができるものである。
【０００５】
特許文献２の燃料電池システムは、水タンクに繋がる水供給系に排水バルブを設けるとともに、その排水バルブから水を排水するときに水タンクの内圧を高めるタンク内圧上昇手段を設けることにより、高められたその水タンク内の圧力によって水供給系内の水を排水バルブからより迅速にかつ確実に排除して、寒冷地でのシステム停止中に水供給系が凍結するのを防止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３３５２４０号公報
【特許文献２】特開２００７−２４２３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１、特許文献２の燃料電池システムは、燃料電池を構成する固体高分子電解質膜の加湿や温度調整をするための純水を回収する技術である。つまり、燃料電池システムの停止中に内部に残留している生成水の凍結防止の技術ではない。このような生成水が凍結してしまうと、燃料電池システムの停止中にアノード側の流路内に残留しているアノードガスを新鮮な空気（カソードガス）に置換する掃気処理を行うことができなくなるというおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、アノードガス流通路の凍結防止を図るとともに、掃気処理を確実に行うことができる燃料電池システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、アノードガスが流通するアノードガス供給流路（例えば、実施形態におけるアノードガス供給配管２３）およびアノードガス排出流路（例えば、実施形態におけるアノードオフガス排出配管３５）を有するアノードガス流通路（例えば、実施形態におけるアノードガス流通配管４６）と、前記アノードガス供給流路を通じて前記アノードガスを供給されることにより発電を行う燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１１）と、前記アノードガス排出流路に配された排出弁（例えば、実施形態におけるドレイン弁５１、パージ弁５２）と、該排出弁を制御する制御部（例えば、実施形態における制御装置４５）と、を備えた燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１０）において、前記制御部は、前記アノードガス流通路の凍結を予測する凍結予測部（例えば、実施形態における凍結予測部６１）と、前記アノードガス流通路の圧力を減ずる圧力低減部（例えば、実施形態における圧力低減部６２）と、前記アノードガス流通路の圧力を確認する圧力状態確認部（例えば、実施形態における圧力状態確認部６３）と、を有し、前記燃料電池の発電停止時に前記凍結予側部において凍結が予測される場合、前記排出弁を閉弁するとともに、前記圧力低減部により前記アノードガス流通路の圧力を減じ、前記圧力状態確認部により前記アノードガス流通路の圧力が大気圧以下の所定圧力になるのを確認した後、前記排出弁を開弁することにより、前記アノードガス流通路内の水分を前記燃料電池方向へ移動させることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載した発明は、前記圧力低減部は、前記燃料電池から電気的出力を得る電力取得器（例えば、実施形態における電力消費デバイス５０）を用いることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、前記圧力低減部は、前記アノードガス流通路に接続されたカソードガス供給ポンプ（例えば、実施形態におけるエアコンプレッサ３３）を逆回転方向に稼働させることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載した発明は、アノードガスが流通するアノードガス供給流路およびアノードガス排出流路を有するアノードガス流通路と、前記アノードガス供給流路を通じて前記アノードガスを供給されることにより発電を行う燃料電池と、前記アノードガス排出流路に配された排出弁と、該排出弁を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記アノードガス流通路の凍結を予測する凍結予測部を備え、前記燃料電池の発電停止時に前記凍結予側部において凍結が予測される場合、前記排出弁を閉弁し、閉弁してから所定時間経過した後に、前記排出弁を開弁することにより、前記アノードガス流通路内の水分を前記燃料電池方向へ移動させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載した発明によれば、燃料電池の発電停止時にアノードガス流通路内を負圧状態に保持し、アノードガス流通路内に残留している生成水などの水分が凍結する前に排出弁を開弁することで、燃料電池システムの外部からアノードガス流通路内に空気が引き込まれる。この空気の流れにより、アノードガス流通路内の水分を燃料電池側に向かって移動させることができる。つまり、排出弁付近に残置していた水分が除去されるため、排出弁近傍で水分が凍結するのを防止することができる。したがって、その後アノードガス流通路内を空気に置換する掃気処理を確実に行うことができる。
【００１４】
請求項２に記載した発明によれば、圧力低減部からの指示により、電力取得器を用いることで、アノードガス流通路内に残留しているアノードガスを消費させることができる。したがって、アノードガス流通路内の圧力を確実に低減させることができ、凍結防止の手立てを適切に準備できる。
【００１５】
請求項３に記載した発明によれば、一般的にカソードガス供給ポンプはアノードガス流通路の掃気処理を行うためにアノードガス流通路に分岐接続されているため、圧力低減部からの指示により、該カソードガス供給ポンプを逆回転方向に稼働させることにより、アノードガス流通路内のアノードガスなどを燃料電池システム外へ排出させることができる。したがって、アノードガス流通路内の圧力を確実に低減させることができ、凍結防止の手立てを適切に準備できる。
【００１６】
請求項４に記載した発明によれば、燃料電池の発電停止時に排出弁を閉弁することにより、アノードガス流通路内の圧力は時間の経過とともに自然に減少する。したがって、アノードガス流通路内に残留している生成水などの水分が凍結する前の所定時間経過後に、排出弁を開弁することで、燃料電池システムの外部からアノードガス流通路内に空気を引き込むことができる。この空気の流れにより、アノードガス流通路内の水分を燃料電池側に向かって移動させることができる。つまり、排出弁付近に残置していた水分が除去されるため、排出弁近傍で水分が凍結するのを防止することができる。したがって、その後アノードガス流通路内を空気に置換する掃気処理を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態における制御装置の概略ブロック図である。
【図３】本発明の第一実施形態における燃料電池システムの凍結防止方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第一実施形態における燃料電池システムの凍結防止対策時の各弁の開閉タイミングを説明するタイムチャートである。
【図５】本発明の第二実施形態における燃料電池システムの凍結防止方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第二実施形態における配管内の圧力と時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第一実施形態）
次に、本発明に係る燃料電池システムの第一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池システムを車両に搭載した場合の説明をする。
（燃料電池システム）
図１は燃料電池システム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１０の燃料電池１１は、水素ガスなどのアノードガスと空気などのカソードガスとの電気化学反応により発電を行う固体高分子膜型燃料電池である。燃料電池１１に形成されたアノードガス供給用連通孔１３（アノードガス流路２１の入口側）にはアノードガス供給配管２３が連結され、その上流端部には水素タンク３０が接続されている。また、燃料電池１１に形成されたカソードガス供給用連通孔１５（カソードガス流路２２の入口側）にはカソードガス供給配管２４が連結され、その上流端部にはエアコンプレッサ３３が接続されている。さらに、燃料電池１１に形成されたアノードオフガス排出用連通孔１４（アノードガス流路２１の出口側）にはアノードオフガス排出配管３５が連結され、カソードオフガス排出用連通孔１６（カソードガス流路２２の出口側）にはカソードオフガス排出配管３８が連結されている。ここで、アノードガス供給配管２３とアノードオフガス排出配管３５とでアノードガス流通配管４６を構成し、カソードガス供給配管２４とカソードオフガス排出配管３８とでカソードガス流通配管４７を構成している。
【００１９】
また、水素タンク３０からアノードガス供給配管２３に供給された水素ガスは、レギュレータ（不図示）により減圧された後、エゼクタ２６を通り、燃料電池１１のアノードガス流路２１に供給される。また、水素タンク３０の下流側近傍には、電磁駆動式の電磁弁２５が設けられており、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断することができるように構成されている。
【００２０】
また、アノードオフガス排出配管３５は、エゼクタ２６に接続され、燃料電池１１を通過し排出されたアノードオフガスを再度燃料電池１１のアノードガスとして再利用できるように構成されている。さらに、アノードオフガス排出配管３５には、途中で３本の配管が分岐して設けられており、燃料電池１１で生成された生成水（ドレイン）を排出するためのドレイン排出配管３６と、アノード配管内の水素濃度を適正に保持するために配管内のガス（オフガス）を排出するためのパージガス排出配管３７と、燃料電池１１の停止中に掃気処理を行う際に掃気ガス（空気）を排出するための掃気ガス排出配管３２と、が設けられている。
【００２１】
ドレイン排出配管３６、パージガス排出配管３７および掃気ガス排出配管３２は、それらの下流でともに希釈ボックス３１に接続されている。そして、ドレイン排出配管３６には電磁駆動式のドレイン弁５１が設けられており、パージガス排出配管３７には電磁駆動式のパージ弁５２が設けられており、掃気ガス排出配管３２には電磁駆動式のエア排出弁４８が設けられている。なお、パージガス排出配管３７は、ドレイン排出配管３６よりも配管径の大きいものが取り付けられている。また、掃気ガス排出配管３２は、パージガス排出配管３７よりも配管径の大きいものが取り付けられている。さらに、アノードオフガス排出配管３５とドレイン排出配管３６との分岐地点には気液分離器としてキャッチタンク５３が設けられている。
【００２２】
次に、空気（カソードガス）はエアコンプレッサ３３によって加圧され、カソードガス供給配管２４を通過した後、燃料電池１１のカソードガス流路２２に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池１１からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出配管３８に排出される。カソードオフガス排出配管３８は希釈ボックス３１に接続され、その後、車外へと排気される。なお、カソードオフガス排出配管３８には背圧弁３４が設けられている。なお、本実施形態におけるエアコンプレッサ３３は、逆回転可能に構成されている。つまり、エアコンプレッサ３３を逆回転させることにより、各配管内のガスを上流側に排気することができ、配管内の圧力を減圧することができる。また、カソードガス供給配管２４とカソードオフガス排出配管３８との間に加湿器（不図示）を架け渡して設け、カソードガスがカソードオフガスに含まれる水分の移動により加湿されるように構成してもよい。
【００２３】
また、エアコンプレッサ３３と燃料電池１１との間を繋ぐカソードガス供給配管２４において、配管が分岐され掃気ガス導入配管５４の一端が接続されている。掃気ガス導入配管５４は、アノードガス供給配管２３におけるエゼクタ２６と燃料電池１１との間に他端が接続されている。つまり、エアコンプレッサ３３にて加圧された空気を燃料電池１１のアノードガス流路２１およびアノードガス流通配管４６に供給できるようになっている。なお、掃気ガス導入配管５４には電磁駆動式の電磁弁５５が設けられており、エアコンプレッサ３３からの空気の供給を遮断できるように構成されている。
【００２４】
ここで、アノードオフガス排出配管３５におけるアノードオフガス排出用連通孔１４の直後（下流側）に、温度センサ４１が設けられている。また、燃料電池１１にも温度センサ４２が設けられている。例えば、温度センサ４１，４２の検出温度を平均することにより、燃料電池１１の内部の温度と略同一の温度を検知することができるようになっている。温度センサ４１，４２からの検出結果（センサ出力）は、制御装置（ＥＣＵ）４５へ伝達され、その検出結果に基づいて、各種制御（後に詳述する。）を実行するか否かを決定するように構成されている。
【００２５】
さらに、アノードガス供給配管２３には配管内のガス圧を検出する圧力センサ４３が設けられている。圧力センサ４３は、アノードガス供給配管２３と掃気ガス導入配管５４との合流箇所と、燃料電池１１のアノードガス供給用連通孔１３との間に設けられている。カソードガス供給配管２４には同じく配管内のガス圧を検出する圧力センサ４４が設けられている。圧力センサ４４は、カソードガス上流側封止弁４６と燃料電池１１のカソードガス供給用連通孔１５との間に設けられている。
【００２６】
そして、燃料電池１１で発電された電力（電流）はモータや電気ヒータなどの電力消費デバイス５０へ供給されるように構成されている。つまり、電力消費デバイス５０は、電力取得器として構成されている。
【００２７】
図２は制御装置４５の概略ブロック図である。図２に示すように、制御装置４５は、燃料電池システム１０が凍結するおそれがあるか否かを判定する凍結予測部６１と、アノードガス流通配管４６内の圧力を低減させる処理を行う圧力低減部６２と、アノードガス流通配管４６内の圧力を確認する圧力状態確認部６３と、燃料電池１１の停止中に掃気処理を実行する掃気処理実行部６４と、を有している。
【００２８】
なお、制御装置４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、電磁弁２５を制御して水素タンク３０から所定量の水素ガスを燃料電池１１に供給することができるようになっている。また、制御装置４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、エアコンプレッサ３３を駆動して所定量の空気を燃料電池１１に供給するとともに、背圧弁３４を制御してカソードガス流路２２への空気の供給圧力を調整できるように構成されている。
【００２９】
（燃料電池システムの凍結防止方法）
次に、本実施形態における燃料電池システム１０の凍結防止方法について説明する。
図３は燃料電池システム１０の凍結防止方法のフローチャートである。
図３に示すように、燃料電池システム１０の起動信号であるイグニッションスイッチ（不図示）をオフにした状態からフローチャートが始まる。
【００３０】
ステップＳ１１では、イグニッションスイッチがオンにされたか否かを判定し、オンにされた場合はそのまま処理を終了し、オフの状態のままの場合にはステップＳ１２へ進む。
【００３１】
ステップＳ１２では、制御装置４５の凍結予測部６１により、燃料電池システム１０が凍結するおそれがあるか否かを判定し、凍結するおそれがあると予測された場合はステップＳ１３へ進み、凍結するおそれがないと判定された場合はステップＳ１１へ戻る。具体的には、温度センサ４１，４２の温度を検出し、予め設定された閾値温度以下になった場合には、凍結するおそれがあると判定するように凍結予測部６１が構成されている。
【００３２】
ステップＳ１３では、燃料電池システム１０の配管および燃料電池１１内の圧力を低減させる処理を実施する。具体的には、制御装置４５の圧力低減部６２の指示により、電磁弁２５、エア排出弁４８、ドレイン弁５１およびパージ弁５２を閉弁するとともに、電磁弁５５を開弁する。この状態でエアコンプレッサ３３を逆回転方向に駆動させて、アノードガス流通配管４６内のガスを排気して、アノードガス流通配管４６内の圧力を低減させる。
【００３３】
ステップＳ１４では、制御装置４５の圧力状態確認部６３の指示により圧力センサ４３でアノードガス流通配管４６の圧力を確認する。このとき、エアコンプレッサ３３は駆動を継続しており、アノードガス流通配管４６の圧力は徐々に低下している。そして、アノードガス流通配管４６が大気圧以下の所定圧力よりも低くなった段階で電磁弁５５を閉弁して、アノードガス流通配管４６が負圧状態で密閉されるように設定する。この所定圧力は、例えば予め実験により後述の水分移動が可能となる値を定めておくものである。そして、電磁弁５５の閉弁直後に、アノードガス流通配管４６に設けられている排出弁（例えば、パージ弁５２）を開弁する。すると、燃料電池システム１０の外部からアノードガス流通配管４６内に空気が引き込まれる。この空気の流れにより、アノードガス流通配管４６内のパージ弁５２近傍に残留していた生成水などの水分を燃料電池１１側に向かって移動させることができる。つまり、パージ弁５２付近に残留していた水分を除去することができる。
【００３４】
ステップＳ１５では、イグニッションスイッチがオンにされたか否かを判定し、オンにされた場合はそのまま処理を終了し、オフの状態のままの場合にはステップＳ１６へ進む。
【００３５】
ステップＳ１６では、燃料電池システム１０の周辺温度が所定の温度以下か否かを判定し、所定温度以下になっている場合にはステップＳ１７へ進み、所定温度より高い場合にはステップＳ１５へ戻る。所定の温度とは、例えば−１０℃など、配管内に残存するガス中の水分が結露し凍結する温度を実際の実験などから予め求めておいたものである。なお、このとき温度センサ４１，４２を用いて判定するようにしてもよいし、燃料電池システム１０の直近に温度センサ（不図示）を設けて、その温度センサの検出値に基づいて判定するようにしてもよい。
【００３６】
ステップＳ１７では、制御装置４５の掃気処理実行部６４の指示により、燃料電池システム１０の掃気処理を実行する。具体的には、電磁弁２５、ドレイン弁５１およびパージ弁５２を閉弁するとともに、エア排出弁４８および電磁弁５５を開弁する。この状態でエアコンプレッサ３３を駆動して、空気をアノードガス流通配管４６へ供給する。アノードガス流通配管４６に空気を所定時間供給した後、エアコンプレッサ３３の駆動を停止して掃気処理を終了し、燃料電池システム１０の凍結防止処理を終了する。掃気処理を行うことにより、アノードガス流通配管４６およびアノードガス流路２１内を凍結の抑制が可能な低湿度の空気に置換することができる。
【００３７】
図４は上述のフローチャートの流れをタイムチャートにしたものである。図４に示すように、アノード圧はステップＳ１３で圧力低減処理を実施することにより大気圧より低い圧力になり、ステップＳ１４のパージ弁５２（またはドレイン弁５１）の開処理でアノード圧は大気圧まで上昇し、このときパージ弁５２（またはドレイン弁５１）が開弁されるため、パージ弁５２近傍に残留していた生成水はガス（空気）と一緒に燃料電池１１側へ移動することとなる。
【００３８】
本実施形態によれば、燃料電池１１の発電停止時にアノードガス流通配管４６内を負圧状態に保持し、アノードガス流通配管４６内に残留している生成水などの水分が凍結する前にパージ弁５２（またはドレイン弁５１）を開弁することで、燃料電池システム１０の外部からアノードガス流通配管４６内に空気が引き込まれる。この空気の流れにより、アノードガス流通配管４６内の水分を燃料電池１１側に向かって移動させることができる。つまり、パージ弁５２（ドレイン弁５１）付近に残置していた水分が除去されるため、パージ弁５２（ドレイン弁５１）近傍で水分が凍結するのを防止することができる。したがって、その後アノードガス流通配管４６内を空気に置換する掃気処理を確実に行うことができる。
【００３９】
また、逆回転可能なエアコンプレッサ３３を配し、圧力低減部６２からの指示により、エアコンプレッサ３３を逆回転方向に稼働させることにより、アノードガス流通配管４６内のアノードガスなどを燃料電池システム１０外へ排出させることができる。したがって、エアコンプレッサ３３の仕様が一部異なるものを採用するだけの簡易な構成で、アノードガス流通配管４６内の圧力を確実に低減させることができる。
【００４０】
なお、本実施形態ではステップＳ１４において、パージ弁５２を開弁して、パージガス排出配管３７からガス（空気）を取り込むように構成したが、ドレイン弁５１を開弁してもよいし、両方の弁５１，５２を開弁してガスおよび生成水を燃料電池１１側へ移動させるように構成してもよい。
【００４１】
（第二実施形態）
次に、本発明に係る燃料電池システムの第二実施形態を図５〜図６に基づいて説明する。なお、本実施形態は第一実施形態と燃料電池システムの凍結防止方法が異なるのみであり、燃料電池システムの構成は第一実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４２】
（燃料電池システムの凍結防止方法）
本実施形態における燃料電池システム１０の凍結防止方法について説明する。
図５は燃料電池システム１０の凍結防止方法のフローチャートである。
図５に示すように、燃料電池システム１０の起動信号であるイグニッションスイッチ（不図示）をオフにした状態からフローチャートが始まる。
【００４３】
ステップＳ２１では、イグニッションスイッチがオンにされたか否かを判定し、オンにされた場合はそのまま処理を終了し、オフの状態のままの場合にはステップＳ２２へ進む。
【００４４】
ステップＳ２２では、制御装置４５の凍結予測部６１により、燃料電池システム１０が凍結するおそれがあるか否かを判定し、凍結するおそれがあると予測された場合はステップＳ２３へ進み、凍結するおそれがないと判定された場合はステップＳ２１へ戻る。具体的には、温度センサ４１，４２の温度を検出し、予め設定された閾値温度以下になった場合には、凍結するおそれがあると判定するように凍結予測部６１が構成されている。
【００４５】
ステップＳ２３では、燃料電池システム１０の配管および燃料電池１１内の圧力を低減させる処理を実施する。具体的には、制御装置４５の圧力低減部６２の指示により、電磁弁２５、エア排出弁４８、ドレイン弁５１、パージ弁５２および電磁弁５５を閉弁する。つまり、アノードガス流通配管４６が密閉状態で保持されるように設定する。
【００４６】
ステップＳ２４では、アノードガス流通配管４６が密閉状態になってから所定時間経過したか否かを判定し、所定時間経過したらステップＳ２５へ進み、まだ所定時間経過していない場合はステップＳ２４を繰り返す。なお、アノードガス流通配管４６の圧力と経過時間との関係は図６のようになっている。つまり、アノードガス流通配管４６を密閉状態にすると、まず時間の経過とともにアノードガス流通配管４６内の圧力は下っていくことが分かる。したがって、アノードガス流通配管４６の生成水を除去するのに適している圧力Ｐ１（Ｐ１は大気圧より低い圧力）に到達する時間Ｔ１を所定時間に設定している。ここで、アノードガス流通配管４６の圧力は圧力状態確認部６３の指示により圧力センサ４３で確認している。
【００４７】
ステップＳ２５では、ステップＳ２４で所定時間経過したため、アノードガス流通配管４６に設けられている排出弁（例えば、パージ弁５２）を開弁する。すると、アノードガス流通配管４６は負圧状態になっているため、燃料電池システム１０の外部からアノードガス流通配管４６内に空気が引き込まれる。この空気の流れにより、アノードガス流通配管４６内のパージ弁５２近傍に残留していた生成水などの水分を燃料電池１１側に向かって移動させることができる。つまり、パージ弁５２付近に残留していた水分を除去することができる。
【００４８】
ステップＳ２６では、イグニッションスイッチがオンにされたか否かを判定し、オンにされた場合はそのまま処理を終了し、オフの状態のままの場合にはステップＳ２７へ進む。
【００４９】
ステップＳ２７では、燃料電池システム１０の周辺温度が所定の温度以下か否かを判定し、所定温度以下になっている場合にはステップＳ２８へ進み、所定温度より高い場合にはステップＳ２６へ戻る。所定の温度とは、例えば−１０℃など、配管内に残存するガス中の水分が結露し凍結する温度を実際の実験などから予め求めておいたものである。なお、このとき温度センサ４１，４２を用いて判定するようにしてもよいし、燃料電池システム１０の直近に温度センサ（不図示）を設けて、その温度センサの検出値に基づいて判定するようにしてもよい。
【００５０】
ステップＳ２８では、制御装置４５の掃気処理実行部６４の指示により、燃料電池システム１０の掃気処理を実行する。具体的には、電磁弁２５、ドレイン弁５１およびパージ弁５２を閉弁するとともに、エア排出弁４８および電磁弁５５を開弁する。この状態でエアコンプレッサ３３を駆動して、空気をアノードガス流通配管４６へ供給する。アノードガス流通配管４６に空気を所定時間供給した後、エアコンプレッサ３３の駆動を停止して掃気処理を終了し、燃料電池システム１０の凍結防止処理を終了する。掃気処理を行うことにより、アノードガス流通配管４６およびアノードガス流路２１内を凍結の抑制が可能な低湿度の空気に置換することができる。
【００５１】
本実施形態によれば、燃料電池１１の発電停止時にドレイン弁５１およびパージ弁５２などの排出弁を閉弁することにより、アノードガス流通配管４６内の圧力は時間の経過とともに自然に減少する。したがって、アノードガス流通配管４６内に残留している生成水などの水分が凍結する前の所定時間経過後に、パージ弁５２（またはドレイン弁５１）を開弁することで、燃料電池システム１０の外部からアノードガス流通配管４６内に空気を引き込むことができる。この空気の流れにより、アノードガス流通配管４６内の水分を燃料電池１１側に向かって移動させることができる。つまり、パージ弁５２（ドレイン弁５１）付近に残置していた水分が除去されるため、パージ弁５２（ドレイン弁５１）近傍で水分が凍結するのを防止することができる。したがって、その後アノードガス流通配管４６内を空気に置換する掃気処理を確実に行うことができる。
【００５２】
尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、アノードガス流通配管４６内の圧力を低減させる際にエアコンプレッサ３３を逆回転させてアノードガス流通配管４６内のガスを強制排気して大気圧以下の圧力になるように構成した場合の説明をしたが、これ以外にも例えば電力消費デバイス５０を使用して燃料電池１１の発電を行い、アノードガス流通配管４６内に残留しているアノードガスを強制的に消費させることにより、アノードガス流通配管４６内の圧力を低減させるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０…燃料電池システム  １１…燃料電池  ２３…アノードガス供給配管（アノードガス供給流路）  ３３…エアコンプレッサ（カソードガス供給ポンプ）  ３５…アノードオフガス排出配管（アノードガス排出流路）  ４５…制御装置（制御部）  ４６…アノードガス流通配管（アノードガス流通路）  ５０…電力消費デバイス（電力取得器）  ５１…ドレイン弁（排出弁）  ５２…パージ弁（排出弁）  ６１…凍結予測部  ６２…圧力低減部  ６３…圧力状態確認部  
【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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【図６】
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