(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルが複数積層されて当該燃料極へ供給する燃料ガスの供給部及び排出部を有すると共に当該酸化極へ供給する酸化ガスの供給部及び排出部を有するスタックと、
前記スタックの前記燃料ガス供給部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記燃料極側の系内へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記スタックの前記酸化ガス供給部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記酸化極側の系内へ前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、
前記スタックの前記燃料ガス排出部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記燃料極側の系内から当該スタックの当該燃料極側の系外へ前記燃料ガスを排気する燃料ガス排気手段と、
前記スタックの前記酸化ガス排出部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記酸化極側の系内から当該スタックの当該酸化極側の系外へ前記酸化ガスを排気する酸化ガス排気手段と、
前記スタックの前記酸化極側の系内の圧力を計測する酸化極側系内圧力計測手段と、
前記スタックの前記酸化極側の系外の圧力を計測する酸化極側系外圧力計測手段と、
前記スタックの前記燃料極側の系内の圧力を計測する燃料極側系内圧力計測手段と、
前記スタックの前記燃料極側の系外の圧力を計測する燃料極側系外圧力計測手段と、
前記スタックの前記酸化極側の系内の前記酸化ガスを消費させるように当該スタックの系内の当該酸化ガスと前記燃料ガスとを電気化学反応させる自己消費手段と、
発電運転停止信号に基づいて、前記スタックの前記酸化極側の系内への前記酸化ガスの供給を停止するように前記酸化ガス供給手段の前記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該酸化極側の系内から当該スタックの当該酸化極側の系外へ上記酸化ガスを排気するように前記酸化ガス排気手段の前記弁を開放制御し、前記酸化極側系内圧力計測手段及び前記酸化極側系外圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該酸化極側の系内の圧力ＰO1と当該スタックの当該酸化極側の系外の圧力ＰO2との差が基準値ＰOΔ以下になると、当該スタックの当該酸化極側の系内と系外とを遮断するように上記酸化ガス排気手段の上記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該酸化極側の系内の上記酸化ガスを消費させるように前記自己消費手段を作動制御する制御手段と
を備え、
前記燃料ガス排気手段の前記弁を閉鎖して発電運転しているとき、前記制御手段が、前記発電運転停止信号に基づいて、さらに、前記スタックの前記燃料極側の系内への前記燃料ガスの供給を停止するように前記燃料ガス供給手段の前記弁を閉鎖制御し、前記酸化極側系内圧力計測手段からの情報に基づいて、前記スタックの前記酸化極側の系内の圧力ＰO1が酸化極側規定値ＰOSになると、上記スタックの上記燃料極側の系内から当該スタックの当該燃料極側の系外へ上記燃料ガスを排気するように前記燃料ガス排気手段の前記弁を開放制御した後、前記燃料極側系内圧力計測手段及び前記燃料極側系外圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該燃料極側の系内の圧力ＰH1と当該スタックの当該燃料極側の系外の圧力ＰH2との差が基準値ＰHΔ以下になると、当該スタックの当該燃料極側の系内と系外とを遮断するように上記燃料ガス排気手段の上記弁を閉鎖制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項２】
固体高分子膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルが複数積層されて当該燃料極へ供給する燃料ガスの供給部及び排出部を有すると共に当該酸化極へ供給する酸化ガスの供給部及び排出部を有するスタックと、
前記スタックの前記燃料ガス供給部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記燃料極側の系内へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記スタックの前記酸化ガス供給部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記酸化極側の系内へ前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、
前記スタックの前記燃料ガス排出部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記燃料極側の系内から当該スタックの当該燃料極側の系外へ前記燃料ガスを排気する燃料ガス排気手段と、
前記スタックの前記酸化ガス排出部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記酸化極側の系内から当該スタックの当該酸化極側の系外へ前記酸化ガスを排気する酸化ガス排気手段と、
前記スタックの前記酸化極側の系内の圧力を計測する酸化極側系内圧力計測手段と、
前記スタックの前記酸化極側の系外の圧力を計測する酸化極側系外圧力計測手段と、
前記スタックの前記燃料極側の系内の圧力を計測する燃料極側系内圧力計測手段と、
前記スタックの前記燃料極側の系外の圧力を計測する燃料極側系外圧力計測手段と、
前記スタックの前記酸化極側の系内の前記酸化ガスを消費させるように当該スタックの系内の当該酸化ガスと前記燃料ガスとを電気化学反応させる自己消費手段と、
発電運転停止信号に基づいて、前記スタックの前記酸化極側の系内への前記酸化ガスの供給を停止するように前記酸化ガス供給手段の前記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該酸化極側の系内から当該スタックの当該酸化極側の系外へ上記酸化ガスを排気するように前記酸化ガス排気手段の前記弁を開放制御し、前記酸化極側系内圧力計測手段及び前記酸化極側系外圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該酸化極側の系内の圧力ＰO1と当該スタックの当該酸化極側の系外の圧力ＰO2との差が基準値ＰOΔ以下になると、当該スタックの当該酸化極側の系内と系外とを遮断するように上記酸化ガス排気手段の上記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該酸化極側の系内の上記酸化ガスを消費させるように前記自己消費手段を作動制御する制御手段と
を備え、
前記燃料ガス排気手段の前記弁を開放して発電運転しているとき、前記制御手段が、前記発電運転停止信号に基づいて、さらに、前記スタックの前記燃料極側の系内から当該スタックの当該燃料極側の系外への前記燃料ガスの排気を停止するように前記燃料ガス排気手段の前記弁を閉鎖制御し、前記酸化極側系内圧力計測手段及び前記燃料極側系内圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該燃料極側の系内の圧力ＰH1を当該スタックの前記酸化極側の圧力ＰO1よりも大きくしつつ当該燃料極側の系内の圧力ＰH1と当該酸化極側の系内の圧力ＰO1との差を規定値ΔＰ以下とするように、上記燃料ガス供給手段の前記弁を開閉制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段が、前記酸化極側系内圧力計測手段からの情報に基づいて、前記スタックの前記酸化極側の系内の圧力ＰO1が酸化極側規定値ＰOSになると、当該スタックの当該燃料極側の系内への前記燃料ガスの供給を停止するように前記燃料ガス供給手段の前記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該燃料極側の系内から当該スタックの当該燃料極側の系外へ上記燃料ガスを排気するように前記燃料ガス排気手段の前記弁を開放制御した後、前記燃料極側系内圧力計測手段及び前記燃料極側系外圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該燃料極側の系内の圧力ＰH1と当該スタックの当該燃料極側の系外の圧力ＰH2との差が基準値ＰHΔ以下になると、当該スタックの当該燃料極側の系内と系外とを遮断するように上記燃料ガス排気手段の上記弁を閉鎖制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項４】
請求項１又は請求項３に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記酸化極側規定値ＰOSが、前記スタックの温度における飽和水蒸気圧である
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【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発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池発電システムは、例えば、固体高分子膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルが複数積層されて当該燃料極へ供給する燃料ガスの供給部及び排出部を有すると共に当該酸化極へ供給する酸化ガスの供給部及び排出部を有するスタックと、前記スタックの前記燃料ガス供給部へ接続されて当該スタックの前記燃料極側の系内へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記スタックの前記酸化ガス供給部へ接続されて当該スタックの前記酸化極側の系内へ前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記スタックの前記燃料ガス排出部へ接続されて当該スタックの前記燃料極側の系内から当該スタックの当該燃料極側の系外へ前記燃料ガスを排気する燃料ガス排気手段と、前記スタックの前記酸化ガス排出部へ接続されて当該スタックの前記酸化極側の系内から当該スタックの当該酸化極側の系外へ前記酸化ガスを排気する酸化ガス排気手段とを備え、前記燃料ガス供給手段から前記スタックの前記燃料ガスの供給部へ前記燃料ガスを供給すると共に、前記酸化ガス供給手段から前記スタックの前記酸化ガスの供給部へ前記酸化ガスを供給することにより、燃料ガス中の水素ガスと酸化ガス中の酸素ガスとを前記セルで電気化学的に反応させて水を生成させると共に電力を得て、使用済みの燃料ガスを前記燃料ガス排出部から前記燃料ガス排気手段で前記燃料極側の系内から系外へ排出すると共に使用済みの酸化ガスを前記酸化ガス排出部から前記酸化ガス排気手段で前記酸化極側の系内から系外へ排出することができるようになっている。
【０００３】
このような固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、発電運転停止中、前記スタックの系内に水素ガス及び酸素ガスが残存していると、余計な電気化学反応を生じて、前記セルの前記固体高分子膜や電極中の触媒等を劣化させてしまう可能性があるため、例えば、下記特許文献１では、前記スタックの前記酸化極側の系内の前記酸化ガスを消費させるように当該スタックの系内の上記酸化ガスと前記燃料ガスとを電気化学反応させる自己消費手段を設け、発電運転停止の際に、前記酸化ガス供給手段及び前記酸化ガス排気手段に設けられた弁を閉鎖して前記スタックの酸化極側の系内を封じ切った後に、前記自己消費手段を作動させることにより、当該スタックの酸化極側の系内に残存する酸素ガスを消費して当該スタックで余計な電気化学反応を生じ得なくなってから、運転停止させるようにすることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２９３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載されている固体高分子形燃料電池発電システムにおいては、前記スタックの酸化極側の系内の容積（容量）が大きいと、当該スタックの酸化極側の系内に残存する酸素ガスの消費にかなりの時間を要してしまい、運転停止までの消費電力が多くなって、システム効率の低下を招いてしまう可能性があった。
【０００６】
このようなことから、本発明は、運転停止の際に要する時間を大幅に短縮してシステム効率の低下を抑制することができる固体高分子形燃料電池発電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】
【０００７】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、固体高分子膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルが複数積層されて当該燃料極へ供給する燃料ガスの供給部及び排出部を有すると共に当該酸化極へ供給する酸化ガスの供給部及び排出部を有するスタックと、前記スタックの前記燃料ガス供給部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記燃料極側の系内へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記スタックの前記酸化ガス供給部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記酸化極側の系内へ前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記スタックの前記燃料ガス排出部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記燃料極側の系内から当該スタックの当該燃料極側の系外へ前記燃料ガスを排気する燃料ガス排気手段と、前記スタックの前記酸化ガス排出部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記酸化極側の系内から当該スタックの当該酸化極側の系外へ前記酸化ガスを排気する酸化ガス排気手段と、前記スタックの前記酸化極側の系内の圧力を計測する酸化極側系内圧力計測手段と、前記スタックの前記酸化極側の系外の圧力を計測する酸化極側系外圧力計測手段と、前記スタックの前記燃料極側の系内の圧力を計測する燃料極側系内圧力計測手段と、前記スタックの前記燃料極側の系外の圧力を計測する燃料極側系外圧力計測手段と、前記スタックの前記酸化極側の系内の前記酸化ガスを消費させるように当該スタックの系内の当該酸化ガスと前記燃料ガスとを電気化学反応させる自己消費手段と、発電運転停止信号に基づいて、前記スタックの前記酸化極側の系内への前記酸化ガスの供給を停止するように前記酸化ガス供給手段の前記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該酸化極側の系内から当該スタックの当該酸化極側の系外へ上記酸化ガスを排気するように前記酸化ガス排気手段の前記弁を開放制御し、前記酸化極側系内圧力計測手段及び前記酸化極側系外圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該酸化極側の系内の圧力ＰO1と当該スタックの当該酸化極側の系外の圧力ＰO2との差が基準値ＰOΔ以下になると、当該スタックの当該酸化極側の系内と系外とを遮断するように上記酸化ガス排気手段の上記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該酸化極側の系内の上記酸化ガスを消費させるように前記自己消費手段を作動制御する制御手段とを備え、前記燃料ガス排気手段の前記弁を閉鎖して発電運転しているとき、前記制御手段が、前記発電運転停止信号に基づいて、さらに、前記スタックの前記燃料極側の系内への前記燃料ガスの供給を停止するように前記燃料ガス供給手段の前記弁を閉鎖制御し、前記酸化極側系内圧力計測手段からの情報に基づいて、前記スタックの前記酸化極側の系内の圧力ＰO1が酸化極側規定値ＰOSになると、上記スタックの上記燃料極側の系内から当該スタックの当該燃料極側の系外へ上記燃料ガスを排気するように前記燃料ガス排気手段の前記弁を開放制御した後、前記燃料極側系内圧力計測手段及び前記燃料極側系外圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該燃料極側の系内の圧力ＰH1と当該スタックの当該燃料極側の系外の圧力ＰH2との差が基準値ＰHΔ以下になると、当該スタックの当該燃料極側の系内と系外とを遮断するように上記燃料ガス排気手段の上記弁を閉鎖制御するものであることを特徴とする。
【０００９】
第二番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、固体高分子膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルが複数積層されて当該燃料極へ供給する燃料ガスの供給部及び排出部を有すると共に当該酸化極へ供給する酸化ガスの供給部及び排出部を有するスタックと、前記スタックの前記燃料ガス供給部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記燃料極側の系内へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記スタックの前記酸化ガス供給部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記酸化極側の系内へ前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記スタックの前記燃料ガス排出部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記燃料極側の系内から当該スタックの当該燃料極側の系外へ前記燃料ガスを排気する燃料ガス排気手段と、前記スタックの前記酸化ガス排出部へ弁を介して接続されて当該スタックの前記酸化極側の系内から当該スタックの当該酸化極側の系外へ前記酸化ガスを排気する酸化ガス排気手段と、前記スタックの前記酸化極側の系内の圧力を計測する酸化極側系内圧力計測手段と、前記スタックの前記酸化極側の系外の圧力を計測する酸化極側系外圧力計測手段と、前記スタックの前記燃料極側の系内の圧力を計測する燃料極側系内圧力計測手段と、前記スタックの前記燃料極側の系外の圧力を計測する燃料極側系外圧力計測手段と、前記スタックの前記酸化極側の系内の前記酸化ガスを消費させるように当該スタックの系内の当該酸化ガスと前記燃料ガスとを電気化学反応させる自己消費手段と、発電運転停止信号に基づいて、前記スタックの前記酸化極側の系内への前記酸化ガスの供給を停止するように前記酸化ガス供給手段の前記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該酸化極側の系内から当該スタックの当該酸化極側の系外へ上記酸化ガスを排気するように前記酸化ガス排気手段の前記弁を開放制御し、前記酸化極側系内圧力計測手段及び前記酸化極側系外圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該酸化極側の系内の圧力ＰO1と当該スタックの当該酸化極側の系外の圧力ＰO2との差が基準値ＰOΔ以下になると、当該スタックの当該酸化極側の系内と系外とを遮断するように上記酸化ガス排気手段の上記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該酸化極側の系内の上記酸化ガスを消費させるように前記自己消費手段を作動制御する制御手段とを備え、前記燃料ガス排気手段の前記弁を開放して発電運転しているとき、前記制御手段が、前記発電運転停止信号に基づいて、さらに、前記スタックの前記燃料極側の系内から当該スタックの当該燃料極側の系外への前記燃料ガスの排気を停止するように前記燃料ガス排気手段の前記弁を閉鎖制御し、前記酸化極側系内圧力計測手段及び前記燃料極側系内圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該燃料極側の系内の圧力ＰH1を当該スタックの前記酸化極側の圧力ＰO1よりも大きくしつつ当該燃料極側の系内の圧力ＰH1と当該酸化極側の系内の圧力ＰO1との差を規定値ΔＰ以下とするように、上記燃料ガス供給手段の前記弁を開閉制御するものであることを特徴とする。
【００１０】
第三番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二番目の発明において、前記制御手段が、前記酸化極側系内圧力計測手段からの情報に基づいて、前記スタックの前記酸化極側の系内の圧力ＰO1が酸化極側規定値ＰOSになると、当該スタックの当該燃料極側の系内への前記燃料ガスの供給を停止するように前記燃料ガス供給手段の前記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該燃料極側の系内から当該スタックの当該燃料極側の系外へ上記燃料ガスを排気するように前記燃料ガス排気手段の前記弁を開放制御した後、前記燃料極側系内圧力計測手段及び前記燃料極側系外圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該燃料極側の系内の圧力ＰH1と当該スタックの当該燃料極側の系外の圧力ＰH2との差が基準値ＰHΔ以下になると、当該スタックの当該燃料極側の系内と系外とを遮断するように上記燃料ガス排気手段の上記弁を閉鎖制御するものであることを特徴とする。
【００１１】
第四番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目又は第三番目の発明において、前記酸化極側規定値ＰOSが、前記スタックの温度における飽和水蒸気圧であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムによれば、発電運転を停止するときに、スタックの酸化極側の系内への酸化ガスの供給を停止した後に、スタックの酸化極側の系内の圧力ＰO1と系外の圧力ＰO2との差が基準値ＰOΔ以下になるまで、すなわち、前記ＰO1と前記ＰO2とが略同等になるまで当該スタックの酸化極側の系内の酸化ガスを系外へ排気してから、スタックの酸化極側の系内を封じ切って、スタックの酸化極側の系内に残存する酸化ガスを自己消費して除去できることから、スタックの酸化極側の系内の容積（容量）が大きくても、スタックの酸化極側の系内に残存する酸化ガスの自己消費に要する時間を大幅に短縮して、運転停止までに要する消費電力を削減することができるので、運転停止の際に要する時間を大幅に短縮してシステム効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第一番目の実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第一番目の実施形態の系内圧力と時間との関係を表すグラフである。
【図３】本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第二番目の実施形態の概略構成図である。
【図４】本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第二番目の実施形態の系内圧力と時間との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１５】
［第一番目の実施形態］
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第一番目の実施形態を図１，２に基づいて説明する。
【００１６】
図１に示すように、プロトン伝導性を有する固体高分子膜をガス透過性及び導電性を有する燃料極及び酸化極で挟んだセルを複数積層したスタック１１１の燃料ガス供給部には、燃料ガスである水素ガス２を送給する水素ガスボンベ１２１が圧調弁１２９ａを介して接続されている。上記圧調弁１２９ａと上記スタック１１１の燃料ガス供給部との間には、水素ガス２を加湿する加湿器１２２が配設されている。上記加湿器１２２と上記スタック１１１の燃料ガス供給部との間には、接続弁１２９ｂが介在している。
【００１７】
前記スタック１１１の酸化ガス供給部には、酸化ガスである酸素ガス３を送給する酸素ガスボンベ１３１が圧調弁１３９ａを介して接続されている。上記圧調弁１３９ａと上記スタック１１１の酸化ガス供給部との間には、酸素ガス３を加湿する加湿器１３２が配設されている。上記加湿器１３２と上記スタック１１１の酸化ガス供給部との間には、接続弁１３９ｂが介在している。
【００１８】
前記スタック１１１の燃料ガス排出部には、ドレンポット１２３が接続弁１２９ｃを介して接続されている。前記ドレンポット１２３のガス送出口には、ガス回収タンク１２５が接続されている。上記スタック１１１の酸化ガス排出部には、ドレンポット１３３が接続弁１３９ｃを介して接続されている。前記ドレンポット１３３のガス送出口には、ガス回収タンク１３５が接続されている。
【００１９】
前記スタック１１１の前記燃料ガス排出部と前記接続弁１２９ｃとの間には、燃料ガス再利用手段である循環ブロア１２４の受入口が接続されている。前記循環ブロア１２４の送出口は、前記圧調弁１２９ａと前記加湿器１２２との間に接続されている。前記スタック１１１の前記酸化ガス排出部と前記接続弁１３９ｃとの間には、酸化ガス再利用手段である循環ブロア１３４の受入口が接続されている。前記循環ブロア１３４の送出口は、前記圧調弁１３９ａと前記加湿器１３２との間に接続されている。
【００２０】
前記スタック１１１には、各種の外部負荷Ｌ及び自己消費用の抵抗１８１が切換スイッチ１８２を介して電気的に接続されており、当該切換スイッチ１８２は、上記スタック１１１に対する上記外部負荷Ｌと当該抵抗１８１との電気的な接続を切り換えることができるようになっている。
【００２１】
また、前記スタック１１１の燃料ガス供給部と前記接続弁１２９ｂとの間には、燃料極側系内圧力計測手段である圧力計１９２ａが配設されている。前記スタック１１１の酸化ガス供給部と前記接続弁１３９ｂとの間には、酸化極側系内圧力計測手段である圧力計１９２ｂが配設されている。前記ドレンポット１２３のガス送出口には、燃料極側系外圧力計測手段である圧力計１９２ｃが配設されている。前記ドレンポット１３３のガス送出口には、酸化極側系外圧力計測手段である圧力計１９２ｄが配設されている。
【００２２】
前記圧力計１９２ａ〜１９２ｄは、制御手段である制御装置１９１の入力部にそれぞれ電気的に接続している。前記制御装置１９１の出力部は、前記循環ブロア１２４，１３４、前記弁１２９ａ〜１２９ｃ，１３９ａ〜１３９ｃ、前記切換スイッチ１８２にそれぞれ電気的に接続しており、当該制御装置１９１は、上記圧力計１９２ａ〜１９２ｄからの情報等に基づいて、上記循環ブロア１２４，１３４の作動、上記弁１２９ａ〜１２９ｃ，１３９ａ〜１３９ｃの開閉作動、上記切換スイッチ１８２の切換作動等を制御することができるようになっている（詳細は後述する）。
【００２３】
なお、本実施形態においては、前記水素ガスボンベ１２１、前記加湿器１２２、前記圧調弁１２９ａ、前記接続弁１２９ｂ等により、本発明に係る燃料ガス供給手段を構成し、前記酸素ガスボンベ１３１、前記加湿器１３２、前記圧調弁１３９ａ、前記接続弁１３９ｂ等により、本発明に係る酸化ガス供給手段を構成し、前記ドレンポット１２３、前記ガス回収タンク１２５、前記接続弁１２９ｃ等により、本発明に係る燃料ガス排気手段を構成し、前記ドレンポット１３３、前記ガス回収タンク１３５、前記接続弁１３９ｃ等により、本発明に係る酸化ガス排気手段を構成し、前記抵抗１８１、切換スイッチ１８２等により、本発明に係る自己消費手段を構成している。
【００２４】
このような本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム１００の作動を次に説明する。
【００２５】
発電運転を開始する旨の信号が制御装置１９１に入力されると、当該制御装置１９１は、前記スタック１１１を外部負荷Ｌに接続するように前記切換スイッチ１８２を切換制御すると共に、前記圧力計１９２ａ，１９２ｂからの情報に基づいて、前記スタック１１１内に水素ガス２及び酸素ガス３を規定の運転圧力ＰHD，ＰOD（例えば、約１００〜６００ｋＰａ（ａｂｓ））で供給するように、前記圧調弁１２９ａ，１３９ａの圧調制御、前記接続弁１２９ｂ，１３９ｂの開放制御、前記接続弁１２９ｃ，１３９ｃの閉鎖制御、前記循環ブロア１２４，１３４の作動制御を行う（図２Ａ，図２Ｂ中、Ｔ１）。
【００２６】
これにより、前記水素ガスボンベ１２１から送出された水素ガス２は、前記加湿器１２２内の水１中へ供給されて飽和状態にまで加湿され、前記スタック１１１の燃料ガス供給部へ供給されると共に、前記酸素ガスボンベ１３１から送出された酸素ガス３は、前記加湿器１３２内の水１中へ供給されて飽和状態にまで加湿され、前記スタック１１１の酸化ガス供給部へ供給されて、当該水素ガス２と当該酸素ガス３とが当該スタック１１１内で電気化学的に反応し、当該スタック１１１から外部負荷Ｌに対して給電することができる。
【００２７】
そして、前記スタック１１１内で上記電気化学反応に関与しなかった残余の水素ガス２は、上記電気化学反応によって生じた余剰の水１等と共に当該スタック１１１の燃料ガス排出部から排出され、前記循環ポンプ１２４により、前記水素ガスボンベ１２１からの水素ガス２と合流され、前記加湿器１２２で余剰の水１を除去された後、前記スタック１１１の燃料ガス供給部へ再び供給されて再利用される。
【００２８】
また、前記スタック１１１内で上記電気化学反応に関与しなかった残余の酸素ガス３は、上記電気化学反応によって生じた余剰の水１等と共に当該スタック１１１の酸化ガス排出部から排出され、前記循環ポンプ１３４により、前記酸素ガスボンベ１３１からの酸素ガス３と合流され、前記加湿器１３２で余剰の水１を除去された後、前記スタック１１１の酸化ガス供給部へ再び供給されて再利用される。
【００２９】
このようにして発電運転を行なっている際に、発電運転を停止する旨の信号が前記制御装置１９１に入力されると、当該制御装置１９１は、前記圧力計１９２ｂ，１９２ｄからの情報に基づいて、まず、前記スタック１１１の酸化極側の系内の圧力ＰO1と系外（ガス回収タンク１３５内）の圧力ＰO2とを比較して、当該系内の圧力ＰO1が当該系外（ガス回収タンク１３５内）の圧力ＰO2よりも大きい（ＰO1＞ＰO2）状態（正常状態）であることを確認する。
【００３０】
そして、前記スタック１１１の酸化極側の系内の圧力ＰO1が系外（ガス回収タンク１３５内）の圧力ＰO2よりも大きい（ＰO1＞ＰO2）状態（正常状態）であることを確認すると、上記制御装置１９１は、前記スタック１１１の燃料極側の系内への水素ガス２の供給及び当該スタック１１１の酸化極側の系内への酸素ガス３の供給を停止するように前記弁１２９ａ，１２９ｂ，１３９ａ，１３９ｂを閉鎖制御すると共に前記循環ブロア１２４，１３４の作動を停止制御した後、当該スタック１１１の酸化極側の系内の酸素ガス３を前記ガス回収タンク１３５内（系外）へ排出するように前記弁１３９ｃを開放制御する（図２Ａ中、Ｔ２）。
【００３１】
これにより、前記スタック１１１の酸化極側の系内の酸素ガス２は、前記ガス回収タンク１３５内（系外）と略同等の圧力ＰOE（≒ＰO1≒ＰO2）となるように短時間で急速に減少する。
【００３２】
そして、上記圧力ＰO1と上記圧力ＰO2との差が基準値ＰOΔ（例えば、２ｋＰａ（ａｂｓ））以下になると、前記制御装置１９１は、前記スタック１１１の酸化極側の系内と前記ガス回収タンク１３５（系外）とを遮断するように前記弁１３９ｃを閉鎖制御すると共に、当該スタック１１１を前記抵抗１８１に接続するように前記切換スイッチ１８２を切換制御する（図２Ａ中、Ｔ３）。
【００３３】
すると、前記スタック１１１の酸化極側の系内に残存している酸素ガス３は、当該スタック１１１内で水素ガス２と電気化学反応を生じて上記抵抗１８１で電力消費されることで消費されて減少し、これに伴って、当該スタック１１１の酸化極側の系内の圧力Ｐｏ1がさらに減少すると共に、当該スタック１１１の燃料極側の系内の水素ガス２も減少し、これに伴って、当該スタック１１１の燃料極側の系内の圧力ＰH1も減少する。
【００３４】
このようにして前記スタック１１１の酸化極側の系内の酸素ガス３を自己消費していき、当該スタック１１１の酸化極側の系内に残存していた酸素ガス３がほぼすべて（９９％以上）消費されて、当該スタック１１１の酸化極側の系内の圧力ＰO1が当該スタック１１１の周辺雰囲気の圧力ＰA（例えば、大気圧（約１００ｋＰａ（ａｂｓ）））よりも小さい酸化極側規定値ＰOS（例えば、スタック１１１の温度（約１０〜８０℃）における飽和水蒸気圧（約１〜５０ｋＰａ（ａｂｓ））程度）になると、前記制御装置１９１は、前記圧力計１９２ｂからの情報に基づいて、前記スタック１１１の燃料極側の系内の水素ガス２を前記ガス回収タンク１２５内（系外）へ排出するように前記弁１２９ｃを開放制御する（図２Ａ中、Ｔ４）。
【００３５】
これにより、前記スタック１１１の燃料極側の系内の酸素ガス２は、前記ガス回収タンク１２５内（系外）と略同等の圧力ＰHE（≒ＰH1≒ＰH2）となるように短時間で急速に減少する。
【００３６】
そして、上記圧力ＰH1と上記圧力ＰH2との差が基準値ＰHΔ（例えば、２ｋＰａ（ａｂｓ））以下になると、前記制御装置１９１は、前記スタック１１１の燃料極側の系内と前記ガス回収タンク１２５（系外）とを遮断するように前記弁１２９ｃを閉鎖制御する（図２Ａ中、Ｔ５）。
【００３７】
他方、発電運転を停止する旨の信号が前記制御装置１９１に入力されたときに、前記スタック１１１の酸化極側の前記ガス回収タンク１３５側（系外）の圧力ＰO2が、何らかの原因により異常を生じて、系内の圧力ＰO1以上（ＰO1≦ＰO2）となってしまっている場合には、当該制御装置１９１は、前記圧力計１９２ｂ，１９２ｄからの情報に基づいて、前記弁１３９ｃを開放させることなく閉鎖させたまま、前記弁１３９ａ，１３９ｂを閉鎖するように制御して、前記スタック１１１の酸化極側の系内への酸素ガス３の供給を停止することにより、当該スタック１１１の酸化極側の系内と系外とを遮断し、さらに、当該スタック１１１を前記抵抗１８１に接続するように前記切換スイッチ１８２を切換制御する（図２Ｂ中、Ｔ２）。
【００３８】
これにより、前記スタック１１１の酸化極側の系内に残存する酸素ガス３は、スタック１１１内で水素ガス２と電気化学反応を生じて上記抵抗１８１で電力消費されることで消費されて減少し、これに併せて、当該スタック１１１の酸化極側の系内の圧力Ｐｏ1も減少する。
【００３９】
このとき、前記制御装置１９１は、前記圧力計１９２ａ，１９２ｂからの情報に基づいて、前記スタック１１１の燃料極側の系内の圧力ＰH1を当該スタック１１１の酸化極側の系内の圧力ＰO1よりも大きくしつつ（ＰH1＞ＰO1）当該燃料極側の系内の圧力ＰH1と当該酸化極側の系内の圧力ＰO1との差（ＰH1−ＰO1）を規定値ΔＰ（例えば、ＰHD−ＰOE）以下とするように、前記圧調弁１２９ａを開閉制御して、前記水素ガスボンベ１２１からの水素ガス２の供給を制御する。
【００４０】
このようにして前記スタック１１１の酸化極側の系内の酸素ガス３を自己消費していき、当該スタック１１１の酸化極側の系内に残存する酸素ガス３がほぼすべて（９９％以上）消費されて、当該スタック１１１の酸化極側の系内の圧力ＰO1が当該スタック１１１の周辺雰囲気の圧力ＰA（例えば、大気圧（約１００ｋＰａ（ａｂｓ）））よりも小さい酸化極側規定値ＰOS（例えば、スタック１１１の温度（約１０〜８０℃）における飽和水蒸気圧（約１〜５０ｋＰａ（ａｂｓ））程度）になると、前記制御装置１９１は、前記圧力計１９２ｂからの情報に基づいて、前記スタック１１１の燃料極側への前記水素ガスボンベ１４１からの水素ガス２の供給を停止するように前記弁１２９ａ，１２９ｂを閉鎖制御する（図２Ｂ中、Ｔ６）。
【００４１】
つまり、本実施形態においては、発電運転を停止するときに、前記スタック１１１の酸化極側の系内の圧力ＰO1が系外（前記ガス回収タンク１３５内）の圧力ＰO2よりも大きければ（正常時）、前記スタック１１１の燃料極側の系内への水素ガス２の供給及び当該スタック１１１の酸化極側の系内への酸素ガス３の供給を停止した後に、当該スタック１１１の酸化極側の系内の圧力ＰO1と系外（前記ガス回収タンク１３５内）の圧力ＰO2との差が基準値ＰOΔ以下になるまで、すなわち、前記ＰO1と前記ＰO2とが略同等になるまで当該スタック１１１の酸化極側の系内の酸素ガス３を前記ガス回収タンク１３５内（系外）へ排気してから、当該スタック１１１の酸化極側の系内を封じ切って、当該スタック１１１の酸化極側の系内に残存する酸素ガス３を自己消費して除去するようにしたのである。
【００４２】
このため、本実施形態においては、前記スタック１１１の酸化極側の系内の容積（容量）が大きくても、当該スタック１１１の酸化極側の系内に残存する酸素ガス３の自己消費に要する時間を大幅に短縮して、運転停止までに要する消費電力を削減することができる。
【００４３】
したがって、本実施形態によれば、運転停止の際に要する時間を大幅に短縮してシステム効率の低下を抑制することができる。
【００４４】
［第二番目の実施形態］
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第二番目の実施形態を図３，４に基づいて説明する。ただし、前述した実施形態の場合と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００４５】
図３に示すように、前記ドレンポット１２３，１３３のガス送出口は、周辺雰囲気と同圧となるように外部（系外）と連通している。前記圧力計１９２ａ〜１９２ｄは、制御手段である制御装置２９１の入力部にそれぞれ電気的に接続している。前記制御装置２９１の出力部は、前記循環ブロア１２４，１３４、前記弁１２９ａ〜１２９ｃ，１３９ａ〜１３９ｃ、前記切換スイッチ１８２にそれぞれ電気的に接続しており、当該制御装置２９１は、上記圧力計１９２ａ〜１９２ｄからの情報等に基づいて、上記循環ブロア１２４，１３４の作動、上記弁１２９ａ〜１２９ｃ，１３９ａ〜１３９ｃの開閉作動、上記切換スイッチ１８２の切換作動等を制御することができるようになっている（詳細は後述する）。
【００４６】
このような本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム２００の作動を次に説明する。
【００４７】
発電運転を開始する旨の信号が制御装置２９１に入力されると、当該制御装置２９１は、前記スタック１１１を外部負荷Ｌに接続するように前記切換スイッチ１８２を切換制御すると共に、前記圧力計１９２ａ，１９２ｂからの情報に基づいて、前記スタック１１１内に水素ガス２及び酸素ガス３を規定の運転圧力ＰHD，ＰOD（例えば、約１００〜６００ｋＰａ（ａｂｓ））で供給するように、前記圧調弁１２９ａ，１３９ａの圧調制御、前記接続弁１２９ｂ，１３９ｂの開放制御、前記接続弁１２９ｃ，１３９ｃの一部開放制御、前記循環ブロア１２４，１３４の作動制御を行う（図４中、Ｔ１）。
【００４８】
これにより、前述した実施形態に係る固体高分子形燃料電池システム１００の場合と同様に、前記水素ガスボンベ１２１から送出された水素ガス２は、前記加湿器１２２内の水１中へ供給されて飽和状態にまで加湿され、前記スタック１１１の燃料ガス供給部へ供給されると共に、前記酸素ガスボンベ１３１から送出された酸素ガス３は、前記加湿器１３２内の水１中へ供給されて飽和状態にまで加湿され、前記スタック１１１の酸化ガス供給部へ供給されて、当該水素ガス２と当該酸素ガス３とが当該スタック１１１内で電気化学的に反応し、当該スタック１１１から外部負荷Ｌに対して給電することができる。
【００４９】
そして、前記スタック１１１内で上記電気化学反応に関与しなかった残余の水素ガス２は、上記電気化学反応によって生じた余剰の水１等と共に当該スタック１１１の燃料ガス排出部から排出され、その一部が、前記循環ポンプ１２４により、前記水素ガスボンベ１２１からの水素ガス２と合流され、前記加湿器１２２で余剰の水１を除去された後、前記スタック１１１の燃料ガス供給部へ再び供給されて再利用される一方、その残りが、前記弁１２９ｃを介して前記ドレンポット１２３で余剰の水１を除去された後、系外へ排出されて燃焼等の後処理が施されてから周辺雰囲気中に排気される。
【００５０】
また、前記スタック１１１内で上記電気化学反応に関与しなかった残余の酸素ガス３は、上記電気化学反応によって生じた余剰の水１等と共に当該スタック１１１の酸化ガス排出部から排出され、前記循環ポンプ１３４により、前記酸素ガスボンベ１３１からの酸素ガス３と合流され、前記加湿器１３２で余剰の水１を除去された後、前記スタック１１１の酸化ガス供給部へ再び供給されて再利用される一方、その残りが、前記弁１３９ｃを介して前記ドレンポット１３３で余剰の水１を除去された後、系外へ排出されて燃焼等の後処理が施されてから周辺雰囲気中に排気される。
【００５１】
つまり、前述した実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム１００は、前記スタック１１１から排出された前記ガス２，３をすべて循環再利用するように前記弁１２９ｃ，１３９ｃを閉鎖して発電運転しているのに対し、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム２００は、前記スタック１１１から排出された前記ガス２，３の一部を循環再利用する一方、残りを周辺雰囲気（系外）へ排気するように前記弁１２９ｃ，１３９ｃを一部開放して発電運転しているのである。
【００５２】
このようにして発電運転を行なっている際に、発電運転を停止する旨の信号が前記制御装置２９１に入力されると、当該制御装置２９１は、前記スタック１１１の燃料極側の系内への水素ガス２の供給及び当該スタック１１１の酸化極側の系内への酸素ガス３の供給を停止するように前記弁１２９ａ，１２９ｂ，１３９ａ，１３９ｂを閉鎖制御すると共に前記循環ブロア１２４，１３４の作動を停止制御する一方、当該スタック１１１の燃料極側の系内から系外への水素ガス２の一部排出を停止するように前記弁１２９ｃを閉鎖制御すると共に、当該スタック１１１の酸化極側の系内の酸素ガス３を系外へより排出しやすくするように前記弁１３９ｃを全開制御する（図４中、Ｔ２）。
【００５３】
これにより、前記スタック１１１の酸化極側の系内の酸素ガス２は、前述した実施形態に係る固体高分子形燃料電池システム１００の場合と同様に、系外（周辺雰囲気）と略同等の圧力ＰOE（≒ＰO1≒ＰO2（≒ＰA））となるように短時間で急速に減少する。
【００５４】
そして、上記圧力ＰO1と上記圧力ＰO2との差が基準値ＰOΔ（例えば、２ｋＰａ（ａｂｓ））以下になると、前記制御装置２９１は、前述した実施形態に係る固体高分子形燃料電池システム１００の場合と同様に、前記スタック１１１の酸化極側の系内と系外とを遮断するように前記弁１３９ｃを全閉制御した後、当該スタック１１１を前記抵抗１８１に接続するように前記切換スイッチ１８２を切換制御する（図４中、Ｔ３）。
【００５５】
すると、前述した実施形態に係る固体高分子形燃料電池システム１００の場合と同様に、前記スタック１１１の酸化極側の系内に残存している酸素ガス３は、当該スタック１１１内で水素ガス２と電気化学反応を生じて上記抵抗１８１で電力消費されることで消費されて減少し、これに伴って、当該スタック１１１の酸化極側の系内の圧力Ｐｏ1がさらに減少すると共に、当該スタック１１１の燃料極側の系内の水素ガス２も減少し、これに伴って、当該スタック１１１の燃料極側の系内の圧力ＰH1も減少する。
【００５６】
このとき、前記制御装置２９１は、前記圧力計１９２ａ，１９２ｂからの情報に基づいて、前記スタック１１１の燃料極側の系内の圧力ＰH1を当該スタック１１１の酸化極側の系内の圧力ＰO1よりも大きくしつつ（ＰH1＞ＰO1）当該燃料極側の系内の圧力ＰH1と当該酸化極側の系内の圧力ＰO1との差（ＰH1−ＰO1）を規定値ΔＰ（例えば、ＰHD−ＰOE）以下とするように、前記圧調弁１２９ａを開閉制御して、前記水素ガスボンベ１２１からの水素ガス２の供給を制御する。
【００５７】
このようにして前記スタック１１１の酸化極側の系内の酸素ガス３を自己消費していき、当該スタック１１１の酸化極側の系内に残存していた酸素ガス３がほぼすべて（９９％以上）消費されて、当該スタック１１１の酸化極側の系内の圧力ＰO1が当該スタック１１１の周辺雰囲気の圧力ＰAよりも小さい酸化極側規定値ＰOSになると、前記制御装置１９１は、前述した実施形態に係る固体高分子形燃料電池システム１００の場合と同様に、前記圧力計１９２ｂからの情報に基づいて、前記水素ガスボンベ１２１からの水素ガス２の供給を完全停止するように前記弁１２９ａ，１２９ｂを閉鎖制御すると共に、前記スタック１１１の燃料極側の系内の水素ガス２を系外へ排出するように前記弁１２９ｃを全開制御する（図４中、Ｔ４）。
【００５８】
これにより、前記スタック１１１の燃料極側の系内の酸素ガス２は、前述した実施形態に係る固体高分子形燃料電池システム１００の場合と同様に、系外と略同等の圧力ＰHE（≒ＰH1≒ＰH2（≒ＰA））となるように短時間で急速に減少する。
【００５９】
そして、上記圧力ＰH1と上記圧力ＰH2との差が基準値ＰHΔ（例えば、２ｋＰａ（ａｂｓ））以下になると、前記制御装置１９１は、前述した実施形態に係る固体高分子形燃料電池システム１００の場合と同様に、前記スタック１１１の燃料極側の系内と系外とを遮断するように前記弁１２９ｃを閉鎖制御する（図４中、Ｔ５）。
【００６０】
したがって、本実施形態によれば、前述した実施形態の場合と同様に、前記スタック１１１の酸化極側（酸素ガス３の流通系統）の系内の容積（容量）が大きくても、当該スタック１１１の酸化極側（酸素ガス３の流通系統）の系内に残存する酸素ガス３の自己消費に要する時間を大幅に短縮して、運転停止までに要する消費電力を削減することができるので、運転停止の際に要する時間を大幅に短縮してシステム効率の低下を抑制することができる。
【００６１】
［他の実施形態］
なお、前述した第一番目の実施形態においては、前記スタック１１１から排出された前記ガス２，３を再利用するように前記弁１２９ｃ，１３９ｃを閉鎖して前記循環ブロア１２４，１３４で循環させながら発電運転する固体高分子形燃料電池発電システム２００の場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、前記循環ブロア１２４，１３４を省略して、前記ガスボンベ１２１，１３１から送給された前記ガス２，３を前記スタック１１１から排出させることなく使用するように前記弁１２９ｃ，１３９ｃを閉鎖して発電運転する、いわゆる「ブロアレス」型の固体高分子形燃料電池発電システムの場合であっても、前述した第一番目の実施形態の場合と同様にすることにより、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【００６２】
また、前述した第二番目の実施形態においては、前記スタック１１１から排出された前記ガス２，３の一部を再利用するように前記循環ブロア１２４，１３４で循環させる一方、残りを系外へ排気するように前記弁１２９ｃ，１３９ｃを一部開放して発電運転する固体高分子形燃料電池発電システム２００の場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、前記循環ブロア１２４，１３４を省略し、前記スタック１１１から排出された前記ガス２，３を再利用することなくすべて系外へ排出するように前記弁１２９ｃ，１３９ｃを開放して発電運転する、いわゆる「ワンスルー」型の固体高分子形燃料電池発電システムの場合であっても、前述した第二番目の実施形態の場合と同様にすることにより、前述した第二番目の実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、運転停止の際に要する時間を大幅に短縮してシステム効率の低下を抑制することができるので、各種産業において、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  水
２  水素ガス
３  酸素ガス
１００  固体高分子形燃料電池発電システム
１１１  スタック
１２１  水素ガスボンベ
１２２  加湿器
１２３  ドレンポット
１２４  循環ブロア
１２５  ガス回収タンク
１２９ａ  圧調弁
１２９ｂ，１２９ｃ  接続弁
１３１  酸素ガスボンベ
１３２  加湿器
１３３  ドレンポット
１３４  循環ブロア
１３５  ガス回収タンク
１３９ａ  圧調弁
１３９ｂ，１３９ｃ  接続弁
１８１  抵抗
１８２  切換スイッチ
１９１  制御装置
１９２ａ〜１９２ｄ  圧力計
２００  固体高分子形燃料電池発電システム
２９１  制御装置
【図１】
0005794929.tif 000002
【図２】
0005794929.tif 000003
【図３】
0005794929.tif 000004
【図４】
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