(57)【要約】【課題】複数の燃料電池から構成される燃料電池システムにおいて、発電効率が低下することを抑制する。【解決手段】燃料ガス循環経路３−１〜３−３の燃料ガスを排出する燃料ガス排出経路４−１〜４−３と、一端が燃料ガス排出経路４−１〜４−３の下流端と連通し他端が大気開放した共用燃料ガス排出経路５と、燃料ガス排出経路４−１〜４−３を開閉する常閉の開閉弁７−１〜７−３と、共用燃料ガス排出経路５を開閉する常開の排出弁６と、制御器８とを備え、制御器８は、排出弁６を閉状態にしてから発電動作中の燃料電池１−１，１−２の開閉弁７−１，７−２と発電停止中の燃料電池１−３の開閉弁７−３を開状態にし、所定時間経過後に、発電停止中の燃料電池１−３の開閉弁７−３を閉状態に戻すと共に、排出弁６を開状態にし、その後、発電動作中の燃料電池１−１，１−２の開閉弁７−１，７−２を閉状態にする。【選択図】図１
2019125537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池と、
複数の前記燃料電池のそれぞれに個別に設けられ前記燃料電池のアノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、
複数の前記燃料電池のそれぞれに個別に設けられ前記燃料電池の前記アノードから排出される未使用の燃料ガスを前記燃料ガスとして前記燃料ガス供給路に戻す燃料ガス循環経路と、
複数の前記燃料ガス循環経路からそれぞれ分岐し前記燃料ガス循環経路の前記燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路と、
一端が複数の前記燃料ガス排出経路の下流端と連通し他端が大気開放した共用燃料ガス排出経路と、
複数の前記燃料ガス排出経路にそれぞれに個別に設けられ前記燃料ガス排出経路を開閉する常閉の開閉弁と、
前記共用燃料ガス排出経路に設けられ前記共用燃料ガス排出経路を開閉する常開の排出弁と、
制御器と、
を備えた燃料電池システムであって、
前記制御器は、
少なくとも１台の前記燃料電池の発電停止中に少なくとも１台の発電動作中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁を開状態にする場合は、前記排出弁を閉状態にしてから前記少なくとも１台の発電動作中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁と前記少なくとも１台の発電停止中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁とを開状態にし、前記少なくとも１台の発電停止中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁を開状態にしてから所定時間経過後に、前記少なくとも１台の発電停止中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁を閉状態に戻すと共に、前記排出弁を開状態にし、前記少なくとも１台の発電停止中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁を閉状態に戻した後に、前記少なくとも１台の発電動作中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁を閉状態にする制御を行う、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、
少なくとも１台の前記燃料電池の発電動作中に少なくとも２台の前記燃料電池が発電停止中であり、発電停止中の複数台の前記燃料電池同士で発電停止中の前記燃料ガスの消費量が異なる場合には、
発電停止中の複数台の前記燃料電池のうちで、前記燃料ガスの消費量が大きい前記燃料電池の前記アノードに、前記燃料ガスがより多く流入するように、発電停止中の複数台の前記燃料電池の前記開閉弁を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御器は、
少なくとも１台の前記燃料電池の発電動作中に少なくとも２台の前記燃料電池が発電停止中であり、発電停止中の複数台の前記燃料電池同士で発電動作終了直後の開回路電圧が異なる場合には、
発電停止中の複数台の前記燃料電池のうちで、前記発電動作終了直後の開回路電圧が低い前記燃料電池の前記アノードに、前記燃料ガスがより多く流入するように、発電停止中の複数台の前記燃料電池の前記開閉弁を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御器は、
少なくとも１台の前記燃料電池の発電動作中に少なくとも２台の前記燃料電池が発電停止中であり、発電停止中の複数台の前記燃料電池同士で発電停止してからの経過時間が異なる場合には、
発電停止中の複数台の前記燃料電池のうちで、前記発電停止してからの経過時間が長い前
記燃料電池の前記アノードに、前記燃料ガスがより多く流入するように、発電停止中の複数台の前記燃料電池の前記開閉弁を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器は、発電動作中の前記燃料電池の前記開閉弁が開状態である回数に対して、発電停止中の前記燃料電池の前記開閉弁が開状態である回数を制御する、請求項２から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
複数の燃料電池と、
複数の前記燃料電池のそれぞれに個別に設けられ前記燃料電池のアノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、
複数の前記燃料電池のそれぞれに個別に設けられ前記燃料電池の前記アノードから排出される未使用の燃料ガスを前記燃料ガスとして前記燃料ガス供給路に戻す燃料ガス循環経路と、
複数の前記燃料ガス循環経路からそれぞれ分岐し前記燃料ガス循環経路の前記燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路と、
一端が複数の前記燃料ガス排出経路の下流端と連通し他端が大気開放した共用燃料ガス排出経路と、
複数の前記燃料ガス排出経路にそれぞれに個別に設けられ前記燃料ガス排出経路を開閉する常閉の開閉弁と、
前記共用燃料ガス排出経路に設けられ前記共用燃料ガス排出経路を開閉する常開の排出弁と、
を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
少なくとも１台の前記燃料電池の発電停止中に少なくとも１台の発電動作中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁を開状態にする場合は、前記排出弁を閉状態にしてから前記少なくとも１台の発電動作中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁と前記少なくとも１台の発電停止中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁とを開状態にし、前記少なくとも１台の発電停止中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁を開状態にしてから所定時間経過後に、前記少なくとも１台の発電停止中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁を閉状態に戻すと共に、前記排出弁を開状態にし、前記少なくとも１台の発電停止中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁を閉状態に戻した後に、前記少なくとも１台の発電動作中の前記燃料電池に対応する前記開閉弁を閉状態にする、燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガス循環経路を備えた複数の燃料電池から構成される燃料電池システム及びその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率でクリーンなエネルギー源の開発が求められており、それに対する一つの候補として燃料電池が注目されている。燃料電池（例えば固体高分子形燃料電池）は、燃料電池のアノードに供給された水素を含有する燃料ガス（水素リッチなガス）と、燃料電池のカソードに供給された酸素を含有する空気等の酸化剤ガスとを電気化学反応（発電反応）させることにより、電力を発生させる装置である。
【０００３】
この燃料電池を備えた燃料電池システムでは、発電を停止するときに、空気ブロアを停止してカソードへの酸化剤ガス供給を停止し、燃料ガス供給器を閉じてアノードへの燃料ガス供給を停止するのが一般的である。
【０００４】
このとき、特に、固体高分子形燃料電池の場合は、燃料電池のアノードへの燃料ガス供給を停止したまま放置していると、アノードの水素が電解質膜を介してカソードに拡散移動して、アノードの水素が大幅に減少してしまう。その結果、アノードに空気が侵入しやすくなる。
【０００５】
そして、アノードに空気が侵入して、アノードの触媒層に空気中の酸素が接触すると、触媒金属が酸化劣化して、燃料電池の性能低下を引き起こしていた。
【０００６】
そこで、燃料電池停止期間中に水素タンクと燃料電池間の一次遮断弁を閉じた状態で二次遮断弁を開いて高圧配管からアノードに燃料ガスを再供給して、停止期間中もアノードに水素が存在する状態を保持して、アノードの触媒層に酸素が吸着しないようにする燃料電池システムが提案されてた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−４５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１で提案された従来の構成では、発電停止期間中に高圧配管からアノードに燃料ガスを再供給するため、発電に使用できない余分な燃料ガス（水素）が必要となり、発電効率が低下するという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、燃料ガスを有効に利用することにより発電効率を向上できる燃料電池システム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】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために本発明の燃料電池システムは、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料電池のアノードから排出される未使用の燃料ガスを燃料ガスとしてアノードに供給するように構成された燃料ガス循環経路と、複数の燃料ガス循環経路からそれぞれ分岐し燃料ガス循環経路の燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路と、一端が複数の燃料ガス排出経路の下流端と連通し他端が大気開放した共用燃料ガス排出経
路と、複数の燃料ガス排出経路にそれぞれに個別に設けられ燃料ガス排出経路を開閉する常閉の開閉弁と、共用燃料ガス排出経路に設けられ共用燃料ガス排出経路を開閉する常開の排出弁と、制御器と、を備え、制御器は、少なくとも１台の燃料電池の発電停止中に少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁を開状態にする場合は、排出弁を閉状態にしてから少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁と少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁とを開状態にし、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を開状態にしてから所定時間経過後に、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態に戻すと共に、排出弁を開状態にし、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態に戻した後に、少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態にする制御を行うように構成したものである。
【００１１】
これによって、発電動作中の燃料電池と発電停止中の燃料電池が共存する場合は、従来であれば、発電動作中の燃料電池から大気中に排出していた水素濃度が低い燃料オフガスを、発電停止中の燃料電池のアノードに供給して、発電停止中の燃料電池のアノード内のガス圧を高めて、発電停止中の燃料電池のアノードに空気が侵入するのを抑制することが可能となり、燃料ガスを有効に利用でき、発電効率を向上できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料電池システムは、発電動作中の燃料電池と発電停止中の燃料電池が共存する場合は、従来であれば、発電動作中の燃料電池から大気中に排出していた水素濃度が低い燃料オフガスを、発電停止中の燃料電池のアノードに供給して、発電停止中の燃料電池のアノード内のガス圧を高めることで、アノードの触媒層の酸化劣化を防止しつつ、燃料電池システム全体の発電効率低下を抑制することができる。
【００１３】
これにより、同じ発電出力を得る場合、燃料電池システムの燃料ガス使用量を削減することが出来る。したがって、燃料ガスを有効に利用でき、発電効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、複数の燃料電池と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料電池のアノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料電池のアノードから排出される未使用の燃料ガスを燃料ガスとして燃料ガス供給路に戻す燃料ガス循環経路と、複数の燃料ガス循環経路からそれぞれ分岐し燃料ガス循環経路の燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路と、一端が複数の燃料ガス排出経路の下流端と連通し他端が大気開放した共用燃料ガス排出経路と、複数の燃料ガス排出経路にそれぞれに個別に設けられ燃料ガス排出経路を開閉する常閉の開閉弁と、共
用燃料ガス排出経路に設けられ共用燃料ガス排出経路を開閉する常開の排出弁と、制御器と、を備えた燃料電池システムである。
【００１６】
そして、制御器は、少なくとも１台の燃料電池の発電停止中に少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁を開状態にする場合は、排出弁を閉状態にしてから少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁と少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁とを開状態にし、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を開状態にしてから所定時間経過後に、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態に戻すと共に、排出弁を開状態にし、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態に戻した後に、少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態にする制御を行う、燃料電池システムである。
【００１７】
一般に、燃料電池は、アノードに供給された燃料ガスを１００％反応させることはできないので、アノードには必要量よりも多い燃料ガスが供給される。そして、アノードから排出される未使用の燃料ガス（燃料オフガス）は、燃料ガス循環経路によって燃料ガス供給路に戻されて、燃料ガスとして再利用される。
【００１８】
特に、固体高分子形燃料電池の場合は、カソードの空気が電解質膜を透過してアノードに移動しやすく、運転時間の経過と共に、燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が高くなって発電性能が低下するので、燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が過度に高くならないように、周期的に燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスを不純物と共に燃料ガス循環経路から排出する。
【００１９】
第１の発明の燃料電池システムにおける制御器は、少なくとも１台の燃料電池の発電停止中に少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁を開状態にする場合は、排出弁を閉状態にしてから少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁と少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁とを開状態にするので、発電動作中の燃料電池の燃料ガス循環経路を循環していた燃料ガスが、開閉弁の開動作と圧力差によって、発電動作中の燃料電池の燃料ガス排出経路と、発電停止中の燃料電池の燃料ガス排出経路と、発電停止中の燃料電池の燃料ガス循環経路とを介して、発電停止中の燃料電池のアノードに流入し、発電停止中の燃料電池のアノード内のガス圧が大気圧程度に上昇し、発電停止中の燃料電池のアノードに空気が侵入し難くなる。
【００２０】
発電動作中の燃料電池と発電停止中の燃料電池のアノード同士が連通した状態が所定時間に達すると、発電動作中の燃料電池と発電停止中の燃料電池のアノード同士の圧力差が小さくなり過ぎて、発電停止中の燃料電池のアノードへの燃料ガスの流入がほとんど無くなるために、制御器によって発電停止中の燃料電池の開閉弁が閉じられる。
【００２１】
制御器は、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を開状態にしてから所定時間経過後に、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態に戻すと共に、排出弁を開状態にし、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態に戻した後に、少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態にするので、発電停止中の燃料電池のアノード内のガス圧を充分に高めた後は、残りの水素濃度が低い（不純物濃度が高い）燃料オフガス（燃料ガス）の流出先を、発電停止中の燃料電池から共用燃料ガス排出経路（大気中）に切り替えて、残りの水素濃度が低い（不純物濃度が高い）燃料オフガスを共用燃料ガス排出経路から大気に放出させることにより、開閉弁を開けて発電動作中の燃料電池の燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスの水素濃度が高い（不純物濃度が低い）状態に戻すことができる。
【００２２】
したがって、発電動作中の燃料電池と発電停止中の燃料電池が共存する場合は、従来で
あれば、発電動作中の燃料電池から大気中に排出していた水素濃度が低い（不純物濃度が高い）燃料オフガス（燃料ガス）を、発電停止中の燃料電池のアノードに供給して、発電停止からの時間経過に伴う水素の減少で圧力が低下していた発電停止中の燃料電池のアノードの圧力を高めて、発電停止中の燃料電池のアノードに空気が侵入するのを抑制することが可能となり、発電停止中の燃料電池のアノードの触媒層の酸化劣化を防止しつつ、燃料電池システム全体の発電効率低下を抑制することができる。
【００２３】
また、発電停止中の燃料電池において、燃料ガスを流入させるとき以外は、開閉弁を閉状態に保持しているので、発電停止中の複数の燃料電池の燃料ガス消費量が異なる場合には、燃料ガスの消費量が小さい燃料電池から燃料ガスの消費量が大きい燃料電池に向かって燃料ガスが移動することを防ぎ、燃料ガスの消費量が小さい燃料電池のアノード側触媒層の酸化劣化を防ぐことができる。
【００２４】
第２の発明は、特に、第１の発明の燃料電池システムにおける制御器が、少なくとも１台の燃料電池の発電動作中に少なくとも２台の燃料電池が発電停止中であり、発電停止中の複数台の燃料電池同士で発電停止中の燃料ガスの消費量が異なる場合には、発電停止中の複数台の燃料電池のうちで、燃料ガスの消費量が大きい燃料電池のアノードに、燃料ガスがより多く流入するように、発電停止中の複数台の燃料電池の開閉弁を制御するものである。
【００２５】
これにより、発電停止している複数台の燃料電池のうちで、停止中の燃料ガスの消費量が大きい燃料電池に燃料ガスをより多く供給することが可能となるので、停止中の燃料ガスの消費量が大きい燃料電池のアノードの触媒層の酸化劣化の進行を防いで、発電停止中の燃料電池全体の劣化の進行を均一化することができる。
【００２６】
第３の発明は、特に、第１の発明の燃料電池システムにおける制御器が、少なくとも１台の燃料電池の発電動作中に少なくとも２台の燃料電池が発電停止中であり、発電停止中の複数台の燃料電池同士で発電動作終了直後の開回路電圧が異なる場合には、発電停止中の複数台の燃料電池のうちで、発電動作終了直後の開回路電圧が低い燃料電池のアノードに、燃料ガスがより多く流入するように、発電停止中の複数台の燃料電池の開閉弁を制御するものである。
【００２７】
これにより、発電停止している複数台の燃料電池のうちで、発電動作終了直後の開回路電圧が低い燃料電池に燃料ガスをより多く供給することが可能となるので、発電動作終了直後の開回路電圧が低い燃料電池のアノードの触媒層の酸化劣化の進行を防いで、発電停止中の燃料電池全体の劣化の進行を均一化することができる。
【００２８】
第４の発明は、特に、第１の発明の燃料電池システムにおける制御器が、少なくとも１台の燃料電池の発電動作中に少なくとも２台の燃料電池が発電停止中であり、発電停止中の複数台の燃料電池同士で発電停止してからの経過時間が異なる場合には、発電停止中の複数台の燃料電池のうちで、発電停止してからの経過時間が長い燃料電池のアノードに、燃料ガスがより多く流入するように、発電停止中の複数台の燃料電池の開閉弁を制御するものである。
【００２９】
これにより、発電停止している複数台の燃料電池のうちで、発電停止してからの経過時間が長い燃料電池に、燃料ガスをより多く供給することが可能となるので、発電停止してからの経過時間が長い燃料電池のアノードの触媒層の酸化劣化の進行を防いで、発電停止中の燃料電池全体の劣化の進行を均一化することができる。
【００３０】
第５の発明は、特に、第２から第４のいずれか一つの発明の燃料電池システムにおける
制御器が、発電動作中の燃料電池の開閉弁が開状態である回数に対して、発電停止中の燃料電池の開閉弁が開状態である回数を制御するものである。
【００３１】
これにより、発電停止している複数台の燃料電池のそれぞれに対して、供給する燃料ガスの量を変えることが可能となる。
【００３２】
第６の発明は、複数の燃料電池と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料電池のアノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料電池のアノードから排出される未使用の燃料ガスを燃料ガスとして燃料ガス供給路に戻す燃料ガス循環経路と、複数の燃料ガス循環経路からそれぞれ分岐し燃料ガス循環経路の燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路と、一端が複数の燃料ガス排出経路の下流端と連通し他端が大気開放した共用燃料ガス排出経路と、複数の燃料ガス排出経路にそれぞれに個別に設けられ燃料ガス排出経路を開閉する常閉の開閉弁と、共用燃料ガス排出経路に設けられ共用燃料ガス排出経路を開閉する常開の排出弁と、を備えた燃料電池システムの運転方法である。
【００３３】
そして、少なくとも１台の燃料電池の発電停止中に少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁を開状態にする場合は、排出弁を閉状態にしてから少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁と少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁とを開状態にし、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を開状態にしてから所定時間経過後に、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態に戻すと共に、排出弁を開状態にし、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態に戻した後に、少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態にする、燃料電池システムの運転方法である。
【００３４】
一般に、燃料電池は、アノードに供給された燃料ガスを１００％反応させることはできないので、アノードには必要量よりも多い燃料ガスが供給される。アノードから排出される未使用の燃料ガス（燃料オフガス）は、燃料ガス循環経路によって燃料ガス供給路に戻されて、燃料ガスとして再利用される。
【００３５】
特に、固体高分子形燃料電池の場合は、カソードの空気が電解質膜を透過してアノードに移動しやすく、運転時間の経過と共に、燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が高くなって発電性能が低下するので、燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が過度に高くならないように、周期的に燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスを不純物と共に燃料ガス循環経路から排出する。
【００３６】
第６の発明の燃料電池システムの運転方法は、少なくとも１台の燃料電池の発電停止中に少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁を開状態にする場合は、排出弁を閉状態にしてから少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁と少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁とを開状態にするので、発電動作中の燃料電池の燃料ガス循環経路を循環していた燃料ガスが、開閉弁の開動作と圧力差によって、発電動作中の燃料電池の燃料ガス排出経路と、発電停止中の燃料電池の燃料ガス排出経路と、発電停止中の燃料電池の燃料ガス循環経路とを介して、発電停止中の燃料電池のアノードに流入し、発電停止中の燃料電池のアノード内のガス圧が大気圧程度に上昇し、発電停止中の燃料電池のアノードに空気が侵入し難くなる。
【００３７】
発電動作中の燃料電池と発電停止中の燃料電池のアノード同士が連通した状態が所定時間に達すると、発電動作中の燃料電池と発電停止中の燃料電池のアノード同士の圧力差が小さくなり過ぎて、発電停止中の燃料電池のアノードへの燃料ガスの流入がほとんど無くなるために、発電停止中の燃料電池の開閉弁が閉じられる。
【００３８】
また、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を開状態にしてから所定時間経過後に、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態に戻すと共に、排出弁を開状態にし、少なくとも１台の発電停止中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態に戻した後に、少なくとも１台の発電動作中の燃料電池に対応する開閉弁を閉状態にするので、発電停止中の燃料電池のアノード内のガス圧を充分に高めた後は、残りの水素濃度が低い（不純物濃度が高い）燃料オフガス（燃料ガス）の流出先を、発電停止中の燃料電池から共用燃料ガス排出経路（大気中）に切り替えて、残りの水素濃度が低い（不純物濃度が高い）燃料オフガスを共用燃料ガス排出経路から大気に放出させることにより、開閉弁を開けて発電動作中の燃料電池の燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスの水素濃度が高い（不純物濃度が低い）状態に戻すことができる。
【００３９】
したがって、発電動作中の燃料電池と発電停止中の燃料電池が共存する場合は、従来であれば、発電動作中の燃料電池から大気中に排出していた水素濃度が低い（不純物濃度が高い）燃料オフガス（燃料ガス）を、発電停止中の燃料電池のアノードに供給して、発電停止からの時間経過に伴う水素の減少で圧力が低下していた発電停止中の燃料電池のアノードの圧力を高めて、発電停止中の燃料電池のアノードに空気が侵入するのを抑制することが可能となり、発電停止中の燃料電池のアノードの触媒層の酸化劣化を防止しつつ、燃料電池システム全体の発電効率低下を抑制することができる。
【００４０】
また、発電停止中の燃料電池において、燃料ガスを流入させるとき以外は、開閉弁を閉状態に保持しているので、発電停止中の複数の燃料電池の燃料ガス消費量が異なる場合には、燃料ガスの消費量が小さい燃料電池から燃料ガスの消費量が大きい燃料電池に向かって燃料ガスが移動することを防ぎ、燃料ガスの消費量が小さい燃料電池のアノード側触媒層の酸化劣化を防ぐことができる。
【００４１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。なお、以下の全ての図において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【００４３】
図１に示すように、実施の形態１の燃料電池システム１００は、並列に接続された３台の燃料電池１−１，１−２，１−３を有している。
【００４４】
３台の燃料電池１−１，１−２，１−３は、それぞれ水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質（アイオノマー）を成膜した電解質膜と、電解質膜を挟むように設けられたカソード（触媒層）およびアノード（触媒層）を、燃料ガスとして水素を供給する燃料ガス流路、および、酸化剤ガスとして空気を供給する酸化剤ガス流路が形成された一対のカーボン製平板状セパレータで挟持して構成された燃料電池セルを、複数積層して締結した燃料電池セル積層体で構成されている。
【００４５】
本実施の形態では、水素中に含有する不純物ガスは窒素とする。アノードは、電解質膜の一方の面に、カソードと対向するように形成され、白金粒子が担持されたカーボンと水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質からなる。
【００４６】
燃料電池１−１，１−２，１−３のそれぞれに個別に水素を供給するための燃料ガス給
路２−１，２−２，２−３が設けられている。この燃料ガス供給路２−１，２−２，２−３は、ガス配管で構成されている。また燃料ガス供給路２−１，２−２，２−３は、燃料電池１−１，１−２，１−３を構成する各燃料電池セルに配置されたアノード側セパレータの燃料ガス流路と接続されている。
【００４７】
このようにして、燃料ガス供給路２−１，２−２，２−３から供給される水素は、燃料電池１−１，１−２，１−３の各アノードに到達するように構成されている。
【００４８】
また、燃料電池１−１，１−２，１−３のそれぞれに個別に燃料電池１−１，１−２，１−３から排出される未使用の燃料ガス（燃料オフガス）を燃料ガス供給路２−１，２−２，２−３に戻す燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３が設けられている。燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３は、ガス配管により構成されている。
【００４９】
また３台の燃料電池１−１，１−２，１−３のそれぞれに個別に燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３から分岐し燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３を循環する燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路４−１，４−２，４−３が設けられている。
【００５０】
燃料ガス排出経路４−１，４−２，４−３は、燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３を循環する燃料ガスに含まれる窒素の濃度が所定濃度以上にならないように、燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３を循環する燃料ガスを、燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３の系外に排出する経路である。
【００５１】
また燃料電池システム１００内に、一端が複数の燃料ガス排出経路４−１，４−２，４−３の下流端と連通し他端が大気開放した共用燃料ガス排出経路５が設けられている。また共用燃料ガス排出経路５には、共用燃料ガス排出経路５を開閉するための常開（通常は開状態）の排出弁６が設けられている。排出弁６は、通電と非通電により開度を全開または全閉に切替えることが可能な電磁弁により構成されている。
【００５２】
また燃料ガス排出経路４−１，４−２，４−３にそれぞれに個別に燃料ガス排出経路４−１，４−２，４−３を開閉するための常閉（通常は閉状態）の開閉弁７−１，７−２，７−３が設けられている。
【００５３】
開閉弁７−１，７−２，７−３は、通電と非通電により開度を全開または全閉に切替えることが可能な電磁弁により構成され、発電動作中の燃料電池１−１，１−２，１−３において、燃料ガス中の窒素の濃度が所定濃度以上になったときに開状態にして、燃料ガス排出経路４−１，４−２，４−３から共用燃料ガス排出経路５に燃料ガスを排出し、燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３を循環する燃料ガスに含まれる窒素の濃度が所定濃度以上にならないように調節する機能を有する。
【００５４】
ここで、燃料電池１−１，１−２，１−３のそれぞれのアノードから排出される未利用の燃料ガス（燃料オフガス）は、燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３を循環する構成となるため、燃料電池１−１，１−２，１−３の電解質膜を通してカソード側からアノード側に、空気中の窒素が透過して濃縮され、燃料電池１−１，１−２，１−３の発電を阻害し、発電電圧が低下して、燃料電池１−１，１−２，１−３の発電効率が大きく低下する。
【００５５】
そこで周期的に、窒素を未使用の水素と共に大気中に排出する。またこのような動作を行うため、排出弁６と開閉弁７−１，７−２，７−３とを制御するための制御器８が設けられている。
【００５６】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム１００について、以下その動作、作用を図１と図２を参照しながら説明する。
【００５７】
図１に示した本実施の形態の燃料電池システム１００は、制御器８の制御によって図２のフローチャートの動作を実行する。本実施の形態１においては、燃料電池１−１と燃料電池１−２が発電動作中で、燃料電池１−３が発電停止しているものとする。
【００５８】
まず、共用燃料ガス排出経路５の排出弁６を閉状態にする（Ｓ１０１）。次に、発電動作中の燃料電池１−１，１−２の開閉弁７−１，７−２と、発電停止中の燃料電池１−３の開閉弁７−３を開状態にして、９０秒間保持する（Ｓ１０２）。次に、発電停止中の燃料電池１−３の開閉弁７−３を閉状態にし、排出弁６を開状態にして、３０秒間保持する（Ｓ１０３）。
【００５９】
次に、発電動作中の燃料電池１−１，１−２の開閉弁７−１，７−２を閉状態にし、１０分間保持して（Ｓ１０４）、Ｓ１０１に戻る。各ステップは一つ前のステップを実施完了後、待機時間を設けずにすみやかに移行するようにする。
【００６０】
以上のように、本実施の形態の燃料電池システム１００は、図１に示すように、複数（３台）の燃料電池１−１，１−２，１−３と、複数（３台）の燃料電池１−１，１−２，１−３のそれぞれに個別に設けられ燃料電池１−１，１−２，１−３のアノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路２−１，２−２，２−３と、複数（３台）の燃料電池１−１，１−２，１−３のそれぞれに個別に設けられ燃料電池１−１，１−２，１−３のアノードから排出される未使用の燃料ガスを燃料ガスとして燃料ガス供給路２−１，２−２，２−３に戻す燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３と、複数（３つ）の燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３からそれぞれ分岐し燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３の燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路４−１，４−２，４−３と、一端が複数（３つ）の燃料ガス排出経路４−１，４−２，４−３の下流端と連通し他端が大気開放した共用燃料ガス排出経路５と、複数（３つ）の燃料ガス排出経路４−１，４−２，４−３にそれぞれに個別に設けられ燃料ガス排出経路４−１，４−２，４−３を開閉する常閉（通常は閉状態）の開閉弁７−１，７−２，７−３と、共用燃料ガス排出経路５に設けられ共用燃料ガス排出経路５を開閉する常開（通常は開状態）の排出弁６と、制御器８とを備えた構成である。
【００６１】
そして、本実施の形態の燃料電池システム１００の制御器８は、１台の燃料電池１−３の発電停止中に２台の発電動作中の燃料電池１−１，１−２に対応する開閉弁７−１，７−２を開状態にする場合は、排出弁６を閉状態にして（図２のＳ１０１）から２台の発電動作中の燃料電池１−１，１−２に対応する開閉弁７−１，７−２と１台の発電停止中の燃料電池１−３に対応する開閉弁７−３とを開状態にし（図２のＳ１０２）、１台の発電停止中の燃料電池１−３に対応する開閉弁７−３を開状態にしてから所定時間（９０秒間）経過後に、１台の発電停止中の燃料電池１−３に対応する開閉弁７−３を閉状態に戻すと共に、排出弁６を開状態にし（図２のＳ１０３）、１台の発電停止中の燃料電池１−３に対応する開閉弁７−３を閉状態に戻した３０秒後に（図２のＳ１０３の後で）、２台の発電動作中の燃料電池１−１，１−２に対応する開閉弁７−１，７−２を閉状態にする（図２のＳ１０４）制御を行うように構成されている。
【００６２】
燃料電池１−１，１−２，１−３は、アノードに供給された燃料ガスを１００％反応させることはできないので、アノードには燃料ガス供給路２−１，２−２，２−３から必要量よりも多い燃料ガスが供給される。そして、アノードから排出される未使用の燃料ガス（燃料オフガス）は、燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３によって燃料ガス供給路２−１，２−２，２−３に戻されて、燃料ガスとして再利用される。
【００６３】
燃料電池１−１，１−２，１−３は、固体高分子形燃料電池であるので、カソードの空気が固体高分子電解質膜を透過してアノードに移動しやすく、運転時間の経過と共に、燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が高くなって発電性能が低下するので、燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が過度に高くならないように、周期的に開閉弁７−１，７−２，７−３を開状態にして燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３を循環する燃料ガスを不純物と共に燃料ガス循環経路３−１，３−２，３−３から燃料ガス排出経路４−１，４−２，４−３を介して排出する。
【００６４】
本実施の形態の燃料電池システム１００の制御器８は、１台の燃料電池１−３の発電停止中に２台の発電動作中の燃料電池１−１，１−２に対応する開閉弁７−１，７−２を開状態にする場合は、排出弁６を閉状態にして（図２のＳ１０１）から２台の発電動作中の燃料電池１−１，１−２に対応する開閉弁７−１，７−２と１台の発電停止中の燃料電池１−３に対応する開閉弁７−３とを開状態にする（図２のＳ１０２）ので、発電動作中の燃料電池１−１，１−２の燃料ガス循環経路３−１，３−２を循環していた燃料ガスが、開閉弁７−１，７−２の開動作と圧力差によって、発電動作中の燃料電池１−１，１−２の燃料ガス排出経路４−１，４−２と、発電停止中の燃料電池１−３の燃料ガス排出経路４−３と、発電停止中の燃料電池１−３の燃料ガス循環経路３−３とを介して、発電停止中の燃料電池１−３のアノードに流入し、発電停止中の燃料電池１−３のアノード内のガス圧が大気圧程度に上昇し、発電停止中の燃料電池１−３のアノードに空気が侵入し難くなる。
【００６５】
発電動作中の燃料電池１−１．１−２と発電停止中の燃料電池１−３のアノード同士が連通した状態が所定時間（９０秒）に達すると、発電動作中の燃料電池１−１，１−２と発電停止中の燃料電池１−３のアノード同士の圧力差が小さくなり過ぎて、発電停止中の燃料電池１−３のアノードへの燃料ガスの流入がほとんど無くなるために、制御器８によって発電停止中の燃料電池１−３の開閉弁７−３が閉じられる。
【００６６】
制御器８は、発電停止中の燃料電池１−３に対応する開閉弁７−３を開状態にしてから所定時間（９０秒）経過後に、発電停止中の燃料電池１−１，１−２に対応する開閉弁７−１，７−２を閉状態に戻すと共に、排出弁６を開状態にし（図２のＳ１０３）、発電停止中の燃料電池１−３に対応する開閉弁７−３を閉状態に戻した３０秒後に、発電動作中の燃料電池１−１，１−２に対応する開閉弁７−１，７−２を閉状態にする（図２のＳ１０４）ので、発電停止中の燃料電池１−３のアノード内のガス圧を充分に高めた後は、残りの水素濃度が低い（不純物濃度が高い）燃料オフガス（燃料ガス）の流出先を、発電停止中の燃料電池１−３から共用燃料ガス排出経路５（大気中）に切り替えて、残りの水素濃度が低い（不純物濃度が高い）燃料オフガスを共用燃料ガス排出経路５から大気に放出させることにより、開閉弁７−１，７−２を開けて発電動作中の燃料電池１−１，１−２の燃料ガス循環経路３−１，３−２を循環する燃料ガスの水素濃度が高い（不純物濃度が低い）状態に戻すことができる。
【００６７】
したがって、発電動作中の燃料電池１−１，１−２と発電停止中の燃料電池１−３が共存する場合は、従来であれば、発電動作中の燃料電池１−１，１−２から大気中に排出していた水素濃度が低い（不純物濃度が高い）燃料オフガス（燃料ガス）を、発電停止中の燃料電池１−３のアノードに供給して、発電停止からの時間経過に伴う水素の減少で圧力が低下していた発電停止中の燃料電池１−３のアノードの圧力を高めて、発電停止中の燃料電池１−３のアノードに空気が侵入するのを抑制することが可能となり、発電停止中の燃料電池１−３のアノードの触媒層の酸化劣化を防止しつつ、燃料電池システム１００全体の発電効率低下を抑制することができる。
【００６８】
また、本実施の形態では、発電停止中の燃料電池１−３において、燃料ガスを流入させるとき以外は、開閉弁７−３を閉状態に保持している。
【００６９】
もし、燃料電池１−２と燃料電池１−３が発電停止中で、燃料電池１−２が燃料電池１−３よりも燃料ガスの消費量が大きい場合には、燃料ガスの消費量が小さい燃料電池１−３から燃料ガスの消費量が大きい燃料電池１−２に向かって燃料ガスが移動することを防ぎ、燃料ガスの消費量が小さい燃料電池１−３のアノード側触媒層の酸化劣化を防ぐことができる。
【００７０】
なお、本実施の形態においては、燃料電池システム１００内に３台の燃料電池１−１，１−２，１−３を配置したが、複数台であれば３台でなくても構わない。すなわち、燃料電池システム１００内に２台以上の燃料電池を配置していて、そのうち少なくとも１台以上の燃料電池が発電停止していて、少なくとも１台以上の燃料電池が発電動作している場合に、本発明は効果を発揮する。
【００７１】
なお、発電動作中の燃料電池１−１，１−２から燃料オフガスを排出する時間間隔、発電停止中の燃料電池１−３への燃料オフガスの供給時間、および大気中への排出時間の設定は、燃料電池１−１，１−２，１−３を構成する材料や運転条件（電流値、発電電圧、要求発電出力、供給ガス量）、水素供給連結部材の体積、ガス配管の体積、セパレータの水素流路の体積などの燃料電池構造設計に応じて、適宜設定することが可能である。
【００７２】
もし、燃料電池１−１の発電動作中に２台の燃料電池１−２，１−３が発電停止中であり、燃料電池１−２の発電停止中の燃料ガスの消費量が燃料電池１−３の発電停止中の燃料ガスの消費量よりも大きい場合は、発電停止中の燃料電池１−２，１−３のうちで、燃料ガスの消費量が大きい燃料電池１−２のアノードに、発電動作中の燃料電池１−１の燃料オフガスがより多く流入するように、発電停止中燃料電池１−２，１−３の開閉弁７−２，７−３を制御するように、制御器８を構成しても構わない。
【００７３】
その場合は、発電停止している複数台（２台）の燃料電池１−２，１−３のうちで、停止中の燃料ガスの消費量が大きい燃料電池１−２に燃料ガスをより多く供給することが可能となるので、停止中の燃料ガスの消費量が大きい燃料電池１−２のアノードの触媒層の酸化劣化の進行を防いで、発電停止中の燃料電池全体の劣化の進行を均一化することができる。
【００７４】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【００７５】
図３に示す実施の形態２の燃料電池システム２００は、図１に示す実施の形態１の燃料電池システム１００の制御器８を制御器９に置き換えたものである。実施の形態２の燃料電池システム２００において、実施の形態１の燃料電池システム１００と同一構成については、同一符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
【００７６】
実施の形態２の燃料電池システム２００の制御器９は、実施の形態１の燃料電池システム１００の制御器８と同様の制御に加えて、例えば、少なくとも１台の燃料電池１−１の発電動作中に少なくとも２台の燃料電池１−２，１−３が発電停止中であり、燃料電池１−２の開回路電圧が燃料電池１−３の開回路電圧よりも低い場合には、発電停止中の複数台（２台）の燃料電池１−２，１−３のうちで、開回路電圧が最も低い方の燃料電池１−
２のアノードに、発電動作中の燃料電池１−１の燃料オフガスが、より多く流入するように、発電停止中の複数台（２台）燃料電池１−２，１−３の開閉弁７−２，７−３を制御するように構成されている。
【００７７】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム２００について、以下その動作、作用を図３と図４を参照しながら説明する。図３に示す燃料電池システム２００は、制御器９の制御によって図４のフローチャートの動作を実行する。
【００７８】
本実施の形態においては、燃料電池１−１が発電動作中で、燃料電池１−２，１−３が発電停止しているものとする。また、本実施の形態においては、燃料電池１−２の開回路電圧が、燃料電池１−３の開回路電圧よりも低いものとする。
【００７９】
まず、共用燃料ガス排出経路５の排出弁６を閉状態にする（Ｓ２０１）。次に、発電動作中の燃料電池１−１の開閉弁７−１と、発電停止中の２台の燃料電池１−２，１−３の開閉弁７−２，７−３を開状態にして、９０秒間保持する（Ｓ２０２）。次に、発電停止中の２台の燃料電池１−２，１−３の開閉弁７−２，７−３を閉状態にし、排出弁６を開状態にして、３０秒間保持する（Ｓ２０３）。
【００８０】
次に、発電動作中の燃料電池１−１の開閉弁７−１を閉状態にし、１０分間保持する（Ｓ２０４）。次に、共用燃料ガス排出経路５の排出弁６を閉状態にする（Ｓ２０５）。
【００８１】
次に、発電動作中の燃料電池１−１の開閉弁７−１を開状態にして、発電停止中の２台の燃料電池１−２，１−３のうちで、開回路電圧が低い方の燃料電池１−２の開閉弁７−２を開状態にして、９０秒間保持する（Ｓ２０６）。
【００８２】
次に、発電停止中で相対的に開回路電圧が低い方の燃料電池１−２の開閉弁７−２を閉状態にし、排出弁６を開状態にして、３０秒間保持する（Ｓ２０７）。次に、発電動作中の燃料電池１−１の開閉弁７−１を閉状態にし、１０分間保持して（Ｓ２０８）、Ｓ２０１に戻る。各ステップは一つ前のステップを実施完了後、待機時間を設けずにすみやかに移行するようにする。
【００８３】
以上のように、本実施の形態の燃料電池システム２００においては、発電停止中の燃料電池１−２，１−３の発電動作終了直後の開回路電圧に基づいて、発電停止中の複数台の燃料電池１−２，１−３のうちで、開回路電圧が相対的に低い燃料電池１−２に燃料オフガスがより多く流入するように、発電動作中の燃料電池１−１の開閉弁７が開状態である回数に対して、発電停止中の複数台の燃料電池１−２，１−３の開閉弁７−２，７−３が開状態である回数を制御している。
【００８４】
そのため、発電停止中の水素の消費量が大きい燃料電池１−２のアノード側触媒層の酸化劣化の進行を防ぐことができ、発電停止中の燃料電池全体の劣化の進行を均一化することができる。
【００８５】
なお、本実施の形態においては、燃料電池システム２００内に３台の燃料電池１−１，１−２，１−３を配置したが、複数台であれば３台でなくても構わない。すなわち、燃料電池システム２００内に３台以上の燃料電池を配置していて、そのうち少なくとも２台以上の燃料電池が発電停止していて、少なくとも１台以上の燃料電池が発電動作している場合に、本発明は効果を発揮する。
【００８６】
なお、発電動作中の燃料電池１−１の開閉弁７−１が一回当たりに開状態または閉状態となっている保持時間、発電停止中の燃料電池１−２，１−３の開閉弁７−２，７−３が
一回当たりに開状態または閉状態となっている保持時間、および排出弁６が一回当たりに開状態または閉状態となっている保持時間、発電動作中の燃料電池１−１の開閉弁７−１が開状態である回数に対する発電停止中の燃料電池１−２，１−３の開閉弁７−２，７−３が開状態である回数の設定は、燃料電池を構成する材料や、運転条件（電流値、発電電圧、要求発電出力、供給ガス量）、発電動作終了直後の開回路電圧と発電停止中の水素消費量との関係、水素供給連結部材の体積、ガス配管の体積、セパレータの水素流路の体積などの燃料電池構造設計に応じて、適宜設定することが可能である。
【００８７】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図６は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【００８８】
図５に示す実施の形態３の燃料電池システム３００は、図１に示す実施の形態１の燃料電池システム１００の制御器８を制御器１０に置き換えたものである。実施の形態３の燃料電池システム３００において、実施の形態１の燃料電池システム１００と同一構成については、同一符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
【００８９】
実施の形態３の燃料電池システム３００の制御器１０は、実施の形態１の燃料電池システム１００の制御器８と同様の制御に加えて、例えば、少なくとも１台の燃料電池１−２の発電動作中に少なくとも２台の燃料電池１−１，１−３が発電停止中であり、燃料電池１−１の発電停止してからの経過時間が燃料電池１−３の発電停止してからの経過時間よりも長い場合には、発電停止中の複数台（２台）の燃料電池１−１，１−３のうちで、発電停止してからの経過時間が最も長い方の燃料電池１−１のアノードに、発電動作中の燃料電池１−２の燃料オフガスが、より多く流入するように、発電停止中の複数台（２台）の燃料電池１−１，１−３の開閉弁７−１，７−３を制御するように構成されている。
【００９０】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システム３００について、以下その動作、作用を図５と図６を参照しながら説明する。図５に示す燃料電池システム３００は、制御器１０の制御によって図６のフローチャートの動作を実行する。
【００９１】
本実施の形態においては、燃料電池１−２が発電動作中で、燃料電池１−１，１−３が発電停止しているものとする。また、本実施の形態においては、燃料電池１−１の発電停止してからの経過時間が、燃料電池１−３の発電停止してからの経過時間よりも長いものとする。
【００９２】
まず、共用燃料ガス排出経路５の排出弁６を閉状態にする（Ｓ３０１）。次に、発電動作中の燃料電池１−２の開閉弁７−２と、発電停止中の２台の燃料電池１−１，１−３の開閉弁７−１，７−３を開状態にして、９０秒間保持する（Ｓ３０２）。次に、発電停止中の２台の燃料電池１−１，１−３の開閉弁７−１，７−３を閉状態にし、排出弁６を開状態にして、３０秒間保持する（Ｓ３０３）。
【００９３】
次に、発電動作中の燃料電池１−２の開閉弁７−２を閉状態にし、１０分間保持する（Ｓ３０４）。次に、共用燃料ガス排出経路５の排出弁６を閉状態にする（Ｓ３０５）。次に、発電動作中の燃料電池１−２の開閉弁７−２を開状態にして、発電停止中で発電停止してからの経過時間が相対的に長い方の燃料電池１−１の開閉弁７−１を開状態にして、９０秒間保持する（Ｓ３０６）。
【００９４】
次に、発電停止中で発電停止してからの経過時間が相対的に長い方の燃料電池１−１の開閉弁７−１を閉状態にし、排出弁６を開状態にして、３０秒間保持する（Ｓ３０７）。
次に、発電動作中の燃料電池１−２の開閉弁７−２を閉状態にし、１０分間保持して（Ｓ３０８）、Ｓ３０１に戻る。各ステップは一つ前のステップを実施完了後、待機時間を設けずにすみやかに移行するようにする。
【００９５】
以上のように、本実施の形態の燃料電池システム３００においては、発電停止中の燃料電池１−１，１−３の発電停止してからの経過時間の長さに基づいて、発電停止中の複数台の燃料電池１−１，１−３のうちで、発電停止してからの経過時間が相対的に長い方の燃料電池１−１に燃料オフガスがより多く流入するように、発電動作中の燃料電池１−２の開閉弁７が開状態である回数に対して、発電停止中の複数台の燃料電池１−１，１−３の開閉弁７−１，７−３が開状態である回数を制御している。
【００９６】
そのため、発電停止中の水素の消費量が大きい燃料電池１−１のアノード側触媒層の酸化劣化の進行を防ぐことができ、発電停止中の燃料電池全体の劣化の進行を均一化することができる。
【００９７】
なお、本実施の形態においては、燃料電池システム３００内に３台の燃料電池１−１，１−２，１−３を配置したが、複数台であれば３台でなくても構わない。すなわち、燃料電池システム３００内に３台以上の燃料電池を配置していて、そのうち少なくとも２台以上の燃料電池が発電停止していて、少なくとも１台以上の燃料電池が発電動作している場合に、本発明は効果を発揮する。
【００９８】
なお、発電動作中の燃料電池１−２の開閉弁７−２が一回当たりに開状態または閉状態となっている保持時間、発電停止中の燃料電池１−１，１−３の開閉弁７−１，７−３が一回当たりに開状態または閉状態となっている保持時間、および排出弁６が一回当たりに開状態または閉状態となっている保持時間、発電動作中の燃料電池１−２の開閉弁７−２が開状態である回数に対する発電停止中の燃料電池１−１，１−３の開閉弁７−１，７−３が開状態である回数の設定は、燃料電池を構成する材料や、運転条件（電流値、発電電圧、要求発電出力、供給ガス量）、発電動作終了直後の開回路電圧と発電停止中の水素消費量との関係、水素供給連結部材の体積、ガス配管の体積、セパレータの水素流路の体積などの燃料電池構造設計に応じて、適宜設定することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システム及びその運転方法は、発電動作中の燃料電池から周期的に外部に排出する燃料オフガスを、発電停止中の燃料電池のアノードに供給して、発電停止中の燃料電池のアノードの触媒層の酸化劣化を防止しつつ、燃料電池システム全体の発電効率低下を抑制することができるので、例えば、自動車などの移動体の駆動源や、発電装置、コジェネレーションシステムなどに使用される、燃料ガス循環経路を備えた複数の固体高分子形の燃料電池から構成され、発電動作中の燃料電池と発電停止中の燃料電池が共存するように運転する燃料電池システム等の用途に適用できる。
【符号の説明】
【０１００】
１−１，１−２，１−３  燃料電池
２−１，２−２，２−３  燃料ガス供給路
３−１，３−２，３−３  燃料ガス循環経路
４−１，４−２，４−３  燃料ガス排出経路
５  共用燃料ガス排出経路
６  排出弁
７−１，７−２，７−３  開閉弁
８，９，１０  制御器
１００，２００，３００  燃料電池システム
【図１】
2019125537.tif 000003
【図２】
2019125537.tif 000004
【図３】
2019125537.tif 000005
【図４】
2019125537.tif 000006
【図５】
2019125537.tif 000007
【図６】
2019125537.tif 000008