(57)【要約】  本発明は、燃料電池スタック（１ａ）のガス回路用の再循環ループ（１１Ｒ又は１２Ｒａ）であって、再循環ループは、燃料電池スタック（１）のアノード回路とカソード回路の２つの回路のうちの一方の出口で始まって２つの供給回路のうちの一方、即ち、燃料ガス供給ダクト（１１Ａ）か酸化剤ガス供給ダクト（１２Ａ）かのいずれかで終わる連結ダクトを形成し、再循環ループは、燃料電池スタックのアノード回路又はカソード回路中に入っているガスの再循環を可能にし、再循環ループは、燃料電池スタックのアノード回路又はカソード回路中に入っているガスの再循環を可能にするポンプ（１１５又は１２５）を含む形式の再循環ループに関する。再循環ループは、再循環ループを第１の区分（１１Ｒ１又は１２Ｒ１）及び第２の区分（１１Ｒ２又は１２Ｒ２ａ）に分割する多方弁（１１９又は１２９）を含み、多方弁は、再循環ループの第１の区分と第２の区分との間の連続性を確立する第１の安定使用位置及び再循環ループの第１の区分と第２の区分との間の連続性を中断すると同時に多方弁を操作することによって再循環ループを大気に接触させる第２の安定使用位置を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタック（１）のガス回路用の再循環ループ（１１Ｒ又は１２Ｒａ又は１２Ｒｂ又は１２Ｒｃ）であって、前記再循環ループは、前記燃料電池スタック（１）のアノード回路とカソード回路の２つの回路のうちの一方の出口で始まって２つの供給回路のうちの一方、即ち、燃料ガス供給チャネル（１１Ａ）か酸化剤ガス供給チャネルかのいずれかで終わる連結ラインを形成し、前記再循環ループは、前記燃料電池スタックの前記アノード回路又は前記カソード回路中に入っているガスの再循環を可能にし、前記再循環ループは、前記燃料電池スタックの前記アノード回路又は前記カソード回路中に入っているガスの再循環を可能にするポンプ（１１５又は１２５）を含む、再循環ループにおいて、前記再循環ループは、前記再循環ループを第１の区分（１１Ｒ１又は１２Ｒ１ａ又は１２Ｒ１ｃ）及び第２の区分（１１Ｒ２又は１２Ｒ２ａ又は１２Ｒ２ｃ）に分割する多方弁（１１９又は１２９）を含み、前記多方弁は、前記再循環ループの前記第１の区分と前記第２の区分との間の連続性を提供する第１の安定使用位置及び前記再循環ループの前記第１の区分と前記第２の区分との間の前記連続性の中断を可能にすると同時に前記多方弁を操作することによって実施される大気への前記再循環ループの接触を可能にする第２の安定使用位置を有する、再循環ループ。
【請求項２】
燃料電池スタック（１）の燃料ガス改良用の請求項１記載の再循環ループ（１１Ｒ）であって、前記再循環ループは、水分離器（１１４）を含み、前記ポンプ（１１５）は、前記多方弁（１１９）の上流側で前記第１の区分（１１Ｒ１）内に設置され、第１のパージライン（１１Ｄ）が前記多方弁を操作することによって実施される大気への前記再循環ループの接触を可能にするよう前記多方弁（１１９）に連結されている、請求項１記載の再循環ループ。
【請求項３】
第２のパージライン（１１Ｃ）が前記水分離器（１１４）の下に設置され、前記パージライン（１１Ｃ，１１Ｄ）は、大気へのガス抜きのためのオリフィス（１１２）で終わっている、請求項２記載の再循環ループ。
【請求項４】
燃料電池スタック（１）の酸化剤ガス回路用の請求項１記載の再循環ループにおいて、前記ポンプ（１２５）は、前記多方弁（１２９）の下流側で前記第２の区分（１２Ｒ２ａ又は１２Ｒ２ｃ）内に設置され、空気供給ライン（１２Ｄ）が前記多方弁を操作することによって実施される大気への前記再循環ループの接触を可能にするよう前記多方弁（１２９）に連結されている、請求項１記載の再循環ループ。
【請求項５】
パージライン（１２Ｃ）が前記多方弁（１２９）の上流側で前記再循環ループ（１２Ｒａ又は１２Ｒｃ）の前記第１の区分（１２Ｒ１ａ又は１２Ｒ１ｃ）に連結され、前記パージライン（１２Ｃ）は、締切り弁（１２２）で終わっている、請求項４記載の再循環ループ。
【請求項６】
前記多方弁（１１９又は１２９）は、三方弁である、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の再循環ループ。
【請求項７】
請求項１記載の燃料電池スタック（１）を動作停止させる方法であって、前記動作停止方法は、以下のステップ、即ち、
・（ｉ）燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を遮断するステップを含み、
・（ｉｉ）アノード回路とカソード回路の２つの回路の各々の三方弁を以下の連続位置、即ち、
・前記ポンプ（１２５）を適当な仕方で制御することによって前記カソード回路のところで空気注入機能を実施することができると共に前記ポンプ（１１５）を適当な仕方で制御することにより前記アノード回路のところで水素排出機能を実施することができるようにする位置、
・前記ポンプ（１１５，１２５）の各々を適当な仕方で制御することによって前記アノード回路と前記カソード回路の２つの回路の各々のところでガス再循環機能を実施することができる位置に順次位置決めするステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタック、特に高分子膜の形態をした電解質を有する形式（即ち、ＰＥＦＣ（高分子型燃料電池）型）の燃料電池スタックに関するが、これには限定されない。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、機械的エネルギー変換ステップを経ないで、水素（燃料）及び酸素（酸化剤）を用いた電気化学酸化還元（レドックス）反応により電気エネルギーを直接発生させることが知られている。この技術は、特に自動車用途に関して大いに期待できるように思われる。燃料電池スタックは、一般に、各々が本質的にアノード及びカソードから成る単位要素の直列組み合わせを有し、アノードとカソードは、イオンがアノードからカソードに移ることができるようにする高分子膜によって隔てられている。
【０００３】
「デッドエンド（dead end）」回路、即ち常態では周囲環境中に開いていない回路の場合（これは、一般に、アノード回路に関する場合であり更に純粋酸素で動作するセル用のカソード回路の場合である）、通常動作中、燃料電池スタックのアノード又はカソード回路中に入っているガスの再循環は、ガスを過剰消費しないで、アノード又はカソード回路の必要な過剰供給を達成すると共に更に再循環ガス中に含まれる水によって到来する新鮮なガスを湿潤させる上で必要である。
【０００４】
国際公開第０６／０１２９５３号パンフレット及び欧州特許第２，０１７，９１６号明細書は、燃料電池スタック、特に燃料電池スタックのガス供給チャネルについて記載している。或る特定の燃料電池スタック使用の場合、特に燃料電池スタックの動作停止段階の際、極めて複雑精巧なガス回路制御を実施することができるようにするためにはアノード回路のところとカソード回路のところの両方において燃料ポンプ及び／又は圧縮機の数を増大せざるを得ない。例えば、仏国特許出願公開第２００９／５７６４４号明細書を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０６／０１２９５３号パンフレット
【特許文献２】欧州特許第２，０１７，９１６号明細書
【特許文献３】仏国特許出願公開第２００９／５７６４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、比較的嵩張っていて且つ高価な装置であるポンプを増大させないで始動段階又は方式で動作するにせよ消弧（extinction）段階又は方式で動作するにせよいずれにせよ必要であるガス再循環及びパージの複雑精巧な制御又は大気へのガス抜きを達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、燃料電池スタックのガス回路用の再循環ループであって、再循環ループは、燃料電池スタックのアノード回路とカソード回路の２つの回路のうちの一方の出口で始まって２つの供給回路のうちの一方、即ち、燃料ガス供給チャネルか酸化剤ガス供給チャネルかのいずれかで終わる連結ラインを形成し、再循環ループは、燃料電池スタックのアノード回路又はカソード回路中に入っているガスの再循環を可能にし、再循環ループは、燃料電池スタックのアノード回路又はカソード回路中に入っているガスの再循環を可能にするポンプを含む、再循環ループにおいて、再循環ループは、再循環ループを第１の区分及び第２の区分に分割する多方弁を含み、多方弁は、再循環ループの第１の区分と第２の区分との間の連続性を提供する第１の安定使用位置及び再循環ループの第１の区分と第２の区分との間の連続性の中断を可能にすると同時に多方弁を操作することによって実施される大気への再循環ループの接触を可能にする第２の安定使用位置を有することを特徴とする再循環ループを提供する。
【０００８】
本発明の好ましい一実施形態では、多方弁は、三方弁である。以下の説明において、かかる弁を用いた実施例について説明する。しかしながら、本発明は、他形式の弁、例えば１つの三方弁ではなく２つの二方弁の構成又は１つ若しくは２つ以上の多方弁の任意他の構成の使用を排除するものではない。
【０００９】
本発明の特定の一実施形態では、再循環ループ内に設置されたポンプは、弁が第１の位置にあるとき、燃料電池スタックのアノード又はカソード回路中に入っているガスの再循環を可能にし、又、弁が第２の位置にあるとき、ガスの抽出又は注入を可能にする。
【００１０】
本発明により、燃料電池スタックの通常動作の際の再循環機能及び燃料電池スタックの特定の動作段階、例えば動作停止サイクル中、燃料ガスを抽出する機能を実施するための単一のポンプを使用することが可能である。この構成は、アノード回路側において、酸化剤ガスとして大気が供給されるセル及びカソード側に関して酸素が供給されるセルにそのまま当てはまる。本発明は、カソード側に関して純粋酸素が供給されるセルとこのカソード側に対して大気が供給されるセルの両方に関する。
【００１１】
本発明により、燃料電池スタックの特定の動作段階、例えば動作停止サイクル中、カソード回路中のガスの均質化のための混合機能及び更に空気注入機能を実施するために単一のポンプを使用することができる。この構成は、カソード回路側において、酸化剤ガスとして大気が供給されるセル及び純粋酸素で供給されるセルにそのまま当てはまる。さらに、カソード回路に関して純粋酸素が供給されるセルの場合、同じポンプが更に、セルの通常動作の際に再循環機能をもたらす。
【００１２】
本発明は又、上述の特徴を備えた燃料電池スタックを動作停止させる方法であって、動作停止方法は、以下のステップ、即ち、
・（ｉ）燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を遮断するステップを含み、
・（ｉｉ）アノード回路とカソード回路の２つの回路の各々の三方弁を以下の連続位置、即ち、
・ポンプを適当な仕方で制御することによってカソード回路のところで空気注入機能を実施することができると共にポンプを適当な仕方で制御することによりアノード回路のところで水素排出機能を実施することができるようにする位置、
・ポンプの各々を適当な仕方で制御することによってアノード回路とカソード回路の２つの回路の各々のところでガス再循環機能を実施することができる位置に順次位置決めするステップを含むことを特徴とする特定の方法に及ぶ。
【００１３】
以下の説明は、本発明の観点の全てが添付の図面によって明確に理解されるようにするのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】純粋酸素が供給される本発明の燃料電池のスタックの略図である。
【図２】大気が供給される本発明の燃料電池スタックの略図である。
【図３】周囲空気が供給される本発明の燃料電池スタックの変形実施形態の線図である。
【図４】図１に示されている燃料電池スタックの消弧中における種々のパラメータの変化を示すグラフ図である。
【図５】本発明の燃料電池スタックを動作停止させる方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、高分子膜の形態をした電解質を有する（即ち、ＰＥＦＣ（高分子型燃料電池（型又はＰＥＭ（プロトン交換膜（固体高分子膜とも呼ばれる）型）の燃料電池スタック１ａを示している。燃料電池スタック１ａには２種類のガス、即ち、燃料（車両上に貯蔵され又は車両上で発生する水素）と酸化剤（この場合、純粋酸素）が供給され、これらガスは、電気化学セルの電極に供給される。電気負荷１４が電力ライン１０を経て燃料電池スタック１ａに結合されている。説明を簡単にするために、図１は、本発明の理解に有用なガス回路コンポーネントしか示していない。
【００１６】
アノード回路の説明
【００１７】
図１に示されている装置は、アノード側に燃料ガス供給回路１１を有する。純粋水素（Ｈ2）タンク１１Ｔが見え、これは、締切り弁１１０を通り、次に圧力調整弁１１７を通り、次にエゼクタ１１３を通り、次にアノードで終端する燃料ガス供給チャネル１１Ａを通る供給ラインによって燃料電池スタック１のアノード回路の入口に結合されている。高圧貯蔵の場合、減圧弁（図示せず）がタンク１１Ｔと締切り弁１１０との間に配置されている。燃料電池スタックによって消費されなかった水素を再循環させるループ１１Ｒが水素（燃料）供給回路１１の一部をなしており、このループは、燃料電池スタック１ａのアノード回路の出口に結合されている。
【００１８】
再循環ループ１１Ｒは、燃料電池スタック１ａのアノード回路の出口のところで始まり、エゼクタ１１３のところの燃料ガス供給チャネル１１Ａで終端する連結ラインを形成する。エゼクタ１１３は、燃料電池スタックにより消費されなかった燃料ガスの再循環及び純粋水素（Ｈ2）タンク１１Ｔから送られる新鮮燃料ガスとの混合を可能にする。再循環ループは、燃料電池スタックによって消費されなかったガスの強制且つ制御された再循環を可能にするポンプ１１５を含む。再循環ループは、再循環ループ１１Ｒを第１の区分１１Ｒ１及び第２の区分１１Ｒ２に分割する三方弁１１９を含む。
【００１９】
三方弁１１９をその第１の位置（再循環位置）に位置決めすることによって、ポンプ１１５は、燃料電池スタックのアノード回路を通る際に消費されなかった燃料ガスのフラクションを再循環させる機能を実行するために用いられる。
【００２０】
燃料電池スタックの動作停止の際に、アノード回路から水素を強制的に抽出せざるを得ない場合がある。この場合、三方弁１１９をその第２の位置に位置決めすることによって、エゼクタ１１３への再循環ループの連絡を中断させる。第１の区分１１Ｒ１を再循環ループ１１Ｒの第２の区分１１Ｒ２から隔離する。次に、第１の区分１１Ｒ１を第１のパージライン１１Ｄにより大気に接触させ、第１のパージライン１１Ｄは、大気へのガス抜きのためのオリフィス１１２で終わっている。この場合、ポンプ１１５は、燃料電池スタックの動作停止段階の際に燃料ガスを抽出する機能を実行するために用いられる。
【００２１】
また、再循環ループ１１Ｒが再循環ループ１１Ｒの第１の区分１１Ｒ１内に設置された水分離器１１４を含んでいることが注目されるべきである。第２のパージライン１１Ｃが水分離器１１４の下に設置されている。締切り弁１０８がこの第２のパージライン１１Ｃ中に設置されている。第２のパージライン１１Ｃは、大気へのガス抜きのための同じオリフィス１１２で終わっている。締切り弁１０８を制御することによって、水分離器１１４の排出機能とこれが必要なときにアノード回路をパージする機能の二重の機能を提供することが可能である。
【００２２】
追加の燃料ガス蓄積チャンバ１１６も又見え、これは、締切り弁１１０と圧力調整弁１１７との間で燃料ガス供給回路１１の管系中に設けられている。
【００２３】
注目されるべきこととして、追加の燃料ガス蓄積チャンバは、燃料ガス供給回路中の任意の箇所、即ち、再循環回路１１Ｒ内又は水分離器１１４とエゼクタ１１３との間の回路内において締切り弁１１０と燃料電池スタック１との間の任意の箇所に配置される。しかしながら、追加燃料ガス蓄積チャンバをその容積を減少させ又は同一体積の場合により多くの量の水素を貯蔵するために圧力が一層高い回路中の箇所に配置するのが有利である。さらに、圧力調整弁の上流側の位置は、蓄積チャンバからの制御された排出を可能にする。
【００２４】
カソード回路の説明
【００２５】
次に、本発明を燃料電池スタックのカソード回路のところでどのように具体化できるかについて説明する。
【００２６】
図１に示されている装置は、純粋酸素供給回路１２を有し、純粋酸素は、酸化剤ガスとして用いられる。純粋酸素（Ｏ2）タンク１２Ｔが見え、これは、締切り弁１２８を通り、次に圧力調整弁１２７を通り、次にエゼクタ１２３を通り、次に燃料電池スタックのカソードで終端する供給ライン１２Ａによって燃料電池スタック１ａのカソード回路の入口に結合されている。高圧貯蔵の場合、圧力減少弁（図示されていない）がタンク１２Ｔと締切り弁１２８との間に配置されている。燃料電池スタック１ａのカソード回路中に入っているガスを再循環させるループ１２Ｒが酸素供給チャネル１２の一部をなしており、この酸素供給チャネルは、燃料電池スタック１ａのカソード回路の出口に結合されている。再循環ループ１２Ｒａは、再循環ループ１２Ｒａを第１の区分１２Ｒ１ａ及び第２の区分１２Ｒ２ａに分割する三方弁１２９を含む。水分離器１２４が三方弁１２９の上流側で再循環ループ１２Ｒａの第１の区分１２Ｒ１ａ内で再循環ループ１２Ｒａ中に設置されている。パージライン１２Ｃが水分離器の下に連結されている。このパージライン１２Ｃは、カソード回路をパージすることが必要な場合又は分離器１２４を空にすることが必要な場合に操作される締切り弁１２２で終わっている。
【００２７】
再循環ループ１２Ｒａは、燃料電池スタック１ａのカソード回路の出口のところで始まり、エゼクタ１２３のところの酸素供給チャネル１２Ａで終端する連結ラインを形成する。エゼクタ１２３は、消費されなかった酸素の再循環及びタンクから送られる新鮮な酸素との混合を可能にする。大気へのガス抜きのためのオリフィス１２６で始まっている空気供給チャネル１２Ｄが三方弁１２９に連結されている。
【００２８】
三方弁１２９をその第１の位置に位置決めすることによって、再循環ループ１２Ｒａの第１の区分１２Ｒ１ａと第２の区分１２Ｒ２ａとの間の連続性が提供されていることが分かる。この場合、ポンプ１２５は、燃料電池スタックのカソード回路中に入っているガスを再循環させる機能を実行するために用いられる。
【００２９】
セルの或る特定の動作段階の際、例えば動作停止中、大気をカソード回路中に強制的に注入せざるを得ないようにする場合がある。この場合、三方弁１２９をその第２の位置に位置決めすることによって、再循環ループからエゼクタ１２３への連絡を中断させる。第１の区分１２Ｒ１ａを再循環ループ１２Ｒａの第２の区分１２Ｒ２ａから隔離する。次に、ポンプ１２５及び空気供給ライン１２Ｄを経て第２の区分１２Ｒ２ａを大気に接触させる。
【００３０】
強調されるべきこととして、本発明は、カソード回路のところで、純粋酸素が供給される燃料電池と酸化剤ガスとして大気が供給される燃料電池の両方に利用できる。酸化剤ガスとして大気を用いて動作する燃料電池の変形具体化例について図２及び図３に基づき以下において説明する。
【００３１】
本発明の他の具体化例の変形例
【００３２】
大気を用いるセルの場合、カソード回路１２ｂでは、セルの通常動作中、カソードへの再循環が行われないことに注目されるべきである。具体的に説明すると、未消費ガスは酸素が非常に少ない（減損空気）ので、これを再循環させることが推奨されない。再循操作は、未消費ガスと新鮮なガスの混合のためではなく、局所的に高い酸素濃度の恐れを生じさせないで酸素の完全な消費を達成するようカソードのところに入っているガスを混合により均質化するためにのみ燃料電池スタックの消弧中にのみカソードのところで行われる。
【００３３】
したがって、図２は、大気が供給される燃料電池スタック１ｂに関する本発明の具体化例を示している。理解されるように、この場合、本発明の特定の要素は、図１と同様な仕方でカソード回路側に設置される。カソード回路には空気圧縮機１２５ｂが見え、この空気圧縮機は、通常作動の際、大気を燃料電池スタックに供給するために用いられる。もう１つの差は、カソードガス用の再循環回路１２Ｒｂがエゼクタを通過しないで、空気圧縮機１２５ｂの下流側に設けられた単一の枝連結部１２３ｂによって供給チャネル１２Ａに直接連結される。圧力調整弁１２２ｂにより、通常動作の際、減損空気が大気に連続的に逃げることができる。この圧力調整弁１２２ｂの開度は、圧力をカソード回路内で所望の値に維持するために制御される。
【００３４】
燃料電池スタックの通常動作の際、再循環回路は用いられず、ポンプ１２５は、動作停止され、ガスは、再循環回路１２Ｒｂ内で循環せず、再循環回路１２Ｒｂは、事実上非存在状態になる。カソード回路により消費されなかったガスの全ては、圧力調整弁１２２ｂを通って大気に逃がされる。ポンプ１２５がこれを停止させたときに当然のことながら非戻り機能を提供しない場合、逆止弁を再循環回路１２Ｒｂ中に設けて燃料電池スタック１ｂのカソード回路への圧縮機によって供給された空気の全ての流通を保証することが必要である。
【００３５】
締切り弁１２８により、セルを動作停止させたときにカソード回路を大気から隔離することが可能である。この締切り弁１２８は、圧縮機の上流側か下流側かのいずれかに配置可能である。
【００３６】
図３には、大気が供給される燃料電池スタック１ｂの変形実施形態が示されており、この場合、カソード回路の再循環ループ１２Ｒｃは、図１に示されている実施形態の場合とちょうど同様、三方弁１２９を含む。再循環ループ１２Ｒｃは、ポンプ１２５を更に含む。三方弁１２９は、再循環ループ１２Ｒｃを第１の区分１２Ｒ１ｃ及び第２の区分１２Ｒ２ｃに分割している。大気へのガス抜きのための別のオリフィス１２６ｃのところで始まる空気供給ライン１２Ｄが三方弁１２９に連結されている。
【００３７】
上述の第１の変形例の場合とちょうど同様に三方弁１２９をその第１の位置に位置決めすることによって、ポンプ１２５は、燃料電池スタックのカソードガスを再循環させる機能を実行するために用いられる。大気をカソード回路中に強制的に注入することが望ましい場合であってその消弧手順を実施する場合、三方弁１２９をその第２の位置に位置決めすることによって、再循環ループから連結部１２３ｂへの連絡の中断とポンプ１２５及び空気供給ライン１２Ｄを介する大気への第２の区分１２Ｒ２ｃの接触を同時に行う。この場合、ポンプ１２５は、空気を注入する機能を実行するために用いられる。
【００３８】
図３に見える他の要素は、上述した役割と同一の役割を果たす。
【００３９】
この変形例は、一般に上述のように行われるように圧縮機１２５ｂに燃料電池スタックそれ自体によって直接電気エネルギーを供給する場合に特に有用である。確かに、始動及び動作停止段階の間、燃料電池スタックに加わる電圧は、圧縮機１２５ｂに給電するには十分ではない。さらに、ポンプ１２５のサイズは、圧縮機１２５ｂのサイズよりも非常に小さい。この場合、セルの始動を開始させるため又はセルの消弧中、窒素の発生に必要な（少量で）空気を注入するために別の空気注入手段を設けることが有利である。ポンプ１２５は、一般に、燃料電池スタックを動作停止させた場合であっても常時利用可能な低電圧源によって給電される。これらの理由の全てにより（利用可能な電圧、注入されるべき空気の量）、動作停止段階中、空気を導入するポンプ１２５を用いることが好ましい。
【００４０】
消弧手順の説明
【００４１】
以下に説明する手順により、燃料電池スタックを消弧させて、窒素タンクを必要としないで、水素／窒素混合物を燃料電池スタック内に入れた状態での貯蔵を保証することができる。
【００４２】
動作停止手順は、本質的に、次のように説明する種々の指令の結果として生じる最高３つの段階で構成される。
‐第１段階：残留酸素消費段階、この段階は、燃料ガス供給及びオキシダントガス供給の遮断時に、そして、燃料電池スタックの端子のところの電流ＩSを流すことによって起こる。この電流の流れＩSは、適切な指標により表示器がオキシダント供給システム内のオキシダントガスが十分に消費されなかったことが指示される限り、維持される。適当な指標は、例えば、燃料電池スタックの端子にかかる電圧である。
‐第２段階：カソード回路の窒素を充填したときに生じる中和段階。本明細書において説明する実施形態では、窒素は、大気中の窒素である。この場合、大気の強制注入が起こり、それによりこの場合も又、少量の酸素が導入され、この酸素の消費は、電流の流れによって制御されなければならない。
‐第３段階：強制抽出段階。この段階の間、電気化学プロセスが完全に停止された後、過剰の燃料ガスが強制的に除去される（この場合、過剰水素の強制抽出）。強調されるべきこととして、本発明により、この抽出は、燃料電池スタックを重大な結果になることが知られている水素の不十分な供給を回避するための予防措置が取られている状態に至らせた後にのみ起こる。
【００４３】
図５は、本発明の動作停止手順の必要不可欠な指令の順序の一例を概略的に示している。他の指令方法が本発明の範囲から逸脱せずに採用可能である。理解できるように、燃料電池スタックを動作停止させる命令（停止命令）後、自動燃料電池スタック制御器がガスの供給を遮断することにより、即ち、締切り弁１１０，１２８を例えば同時に閉じることによって動作停止手順を開始させる。
【００４４】
図４は、図１に示されている構成に従って、純粋酸素で動作する有効面積が３００ｃｍ2の２０個のセルから成る燃料電池スタックで実際に測定された動作停止中の３つの段階のシーケンスを示している。ｘ軸は、秒で表された時間を示し、動作停止手順が開始した時点では基準（０）となっている。この図は、以下の量の変化を窒素が発生する動作停止中の時間の関数として示している。
‐曲線１、この曲線のｙ軸は、「スタック電流［Ａ］」で表示され、アンペアで表された燃料電池スタックから流れる電流を示している。
‐曲線２、この曲線のｙ軸は、「平均セル電圧［Ｖ］」で表示され、ボルトで表された燃料電池スタックの端子にかかる平均電圧を示している。
‐曲線３、この曲線のｙ軸は、「圧力アウト［ｂａｒ］」で表示され、ｂａｒａで表されたアノードコンパートメント（水素：実線）及びカソードコンパートメント（酸素：点線）内の圧力を示している（なお、燃料電池スタックの分野においては通常通りであるが、“ｍｂａｒａ”は、「ミリバール絶対値」を表し、最後の文字“ａ”は、絶対値を表している）。
‐曲線４、この曲線のｙ軸は、「アノードＨ2濃度［％］」で表示され、体積％で表されたアノードコンパートメント中の水素濃度を示している。
【００４５】
酸素供給が遮断された時点（締切り弁１２８を閉鎖し、締切り弁１１０を閉鎖したのと同時に、水素供給を遮断することによって（図５の右側の枝の最初のブロック参照））から始まる消弧の第１段階の際（図４に「酸素減少」と記された０〜１１秒）、先ず最初に、燃料電池スタック内の残留純粋酸素をパージ弁１２２の瞬間的開放により大気に部分的に逃がす。
【００４６】
次いで、以下に説明する中和段階中電流ＩSを流すことによって残部を消費する。パージ弁１２２は、空気がカソードに入り込むのを阻止するよう消弧手順の残部中、更に休止中、閉じられたままである。
【００４７】
図４の第１の曲線及び図５の左側の枝の開始部が示すように、最初に電流ＩSを６０Ａに定める。少なくとも１つのセルが０．５Ｖのしきい値を下回った時点から（左側の枝中のUcellminに対する判断を参照されたい）、制御器は、電流ＩSを次第に減少させ（図５の左側の枝中のＩSを減少させる）を参照されたい）、その後間もなく、燃料電池セルは、電圧の低下を開始する。燃料電池スタックを構成するセル、換言すると、燃料電池スタックの少なくとも或る幾つかのセルの電圧を個々にモニタするのに必要なセンサ及び電気接続部を燃料電池スタックに装備することが推奨される。燃料電池スタックのカソード回路のところの圧力ｐが実験的に選択されたしきい値ｐSを下回った時点から（図４に示されているように約１１秒後に起こる図５の左側の枝中の酸素圧力、この場合０．８ｂａｒａに対する判断を参照されたい）、中和段階が始まる（１１〜４１秒、図４に「窒素発生」で示されている）。
【００４８】
中和段階中、再循環と空気注入は同時には実施できない。三方弁の位置に応じて、再循環（第１の位置）か注入（第２の位置）かのいずれかが行われる。消弧の制御の際のこの交互実施は、図５の右側の枝の第２の部分に明確に見え、図５は、カソード回路内の圧力が１．８ｂａｒａのしきい値を下回ったままである限り三方弁が最初に注入位置（第２の位置）にあり、次に、カソード回路内の圧力が１．６ｂａｒａのしきい値を上回ったままである限り、三方弁が次に再循環位置（第１の位置）にあって再循環を維持し、カソード回路内の圧力が１．６ｂａｒａのしきい値を通過するやいなや注入段階に戻ることを示している。この結果、消弧が段階的に起こり、これら段階の各々は、注入と再循環の交互実施である。セルの平均電圧が実質的にゼロになり、即ち、ほぼ完全な酸素減損（減少）の徴候が生じるやいなや、図５の右側の枝のUcellavgに対する判断の出力“ｙｅｓ”によって示されるように中和段階を終了させる。
【００４９】
さらに、「窒素発生」段階の間、ポンプ１２５は、再循環機能と空気注入機能を交互に実行する。機能に関するこれらの交互実施の結果として、圧力波がカソードのところで測定され、電圧波がセル内で測定される。注目されるべきこととして、カソード圧力波とセル電圧波は、互いに逆相状態にある（これについては、それぞれ、図４の第３曲線及び第２の曲線を参照されたい）。これは、空気注入段階中（三方弁は、注入機能を実行することができる位置にある）、カソードのところの圧力が増大するが、この時間の間、再循環機能が実行されないので、カソードガスは、もはや混合されず、それにより電圧の低下によって表されるカソードチャネル中の酸素の局所的不足が生じる。これとは逆に、ポンプが再循環機能を実行すると（三方弁は、再循環位置にある）、カソードガスが混合され、カソードチャネルには再び酸素が良好に供給され、これはセル電圧の増大によって表され、しかしながら、注入空気がもはや存在しないので、酸素消費により、カソードのところの圧力の低下が生じる。
【００５０】
空気注入の繰り返しの結果として、カソード回路中の窒素の存在がますます顕著になる程度まで電圧上昇の高さがますます低くなる。図示の実施例では、図４の曲線の助けを借りて説明すると、空気の最初の注入は、カソードのところの圧力が０．８ｂａｒａまで低下したときに時刻１１秒で始まり、そしてカソードのところの圧力が１．８ｂａｒａに達するまで維持される。三方弁１２９は、ポンプ１２５を作動させると同時に空気注入位置に至るよう命令され、それによりカソード回路を次第に増大する圧力に加圧し、次に、三方弁１２９は、ポンプ１２５を適切な仕方で制御すると同時に再循環位置に至るよう命令される。かくして、カソード回路の圧力は、１．８ｂａｒａ〜１．６ｂａｒａの間で揺れ、この平均レベルには約１５秒で達する。
【００５１】
電流の流れＩSを最初に第１の一定レベル（約６０アンペア）に定め、次にこれを燃料電池スタックのセルの電圧のうちで最低の電圧まで一定割合で減少させる。これとは逆に、図４で理解されるように、流れる電流の大きさは、電圧の各新たな上昇に付随して再び幾分か上昇する。流れる電流の制御は、燃料電池スタックの電圧に対する判断の関数として図５の左側の枝の第２の部分（「ＩSを減少させる」を参照されたい）に見える。電流が最後に、図５の左側の枝の燃料電池のスタックの電圧に対する２回目の判断の出力“ｙｅｓ”によって示されているように燃料電池スタックの電圧が０ボルトに近付くとゼロになる。
【００５２】
図４の第３の曲線によって示されているように、カソードコンパートメント内の圧力は、１０００ｍｂａｒａ未満まで低下する。他方、電流発生と関連した消費にもかかわらず、水素圧力は、追加の燃料ガス蓄積チャンバ１１６の存在により抽出段階まで依然として１．１ｂａｒａを上回ったままである。
【００５３】
消弧手順の開始から最大時刻４１秒まで、アノード側のポンプ１１５は、作動状態に保たれ、三方弁１１９は、アノードガスを混合させるよう再循環位置にあって、水素の局所的不足を阻止する。消弧の持続時間全体を通じて、図４の第４の曲線で表された水素濃度によって示されているように水素の不足が回避され、図４は、水素の体積濃度が消弧手順の持続時間全体を通じてアノード回路内で９０％を超えたままであることを示している。  
【００５４】
時刻４１秒において、水素抽出段階は、三方弁１１９を抽出位置（第２の位置、図５の最後から２番目のブロックを参照されたい）に配置することによって命令され、それによりアノード回路内の圧力が０．５ｂａｒａのしきい値を下回らない限り、ポンプ１１５を作動させることによって燃料ガスを抽出することができる。最後に、アノード回路内の圧力が０．５ｂａｒａのしきい値を下回った場合、動作停止手順は、ポンプ１１５，１２５の作動停止及び再循環位置（第１の位置）への三方弁１１９，１２９の位置決めで終了する。
【００５５】
この実施例では、空気注入／再循環の６回の交互実施後、カソードは、本質的に窒素で満たされ、セルの電圧は、事実上ゼロである。これは、空気注入／再循環の交互実施を制御する方法の一例に過ぎず、結果的に空気注入／再循環の交互実施を行う他の制御方法が採用可能である。
【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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【国際調査報告】
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