(57)【要約】      （修正有）【課題】システムの大型化やコストアップを招くことなく、電極の劣化を防止し高い電池性能を維持できる燃料電池システムおよびその停止方法を提供する。【解決手段】運転を停止する際に、燃料電池１１０の出力が燃料電池システム１００Ａの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止し、燃料電池システム１００Ａの内部負荷に対応する電力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、燃料電池１１０から排出される未反応ガスを燃焼して得られる不活性排ガスを酸化剤ガスに替えて、酸化剤ガス加湿タンク１６６あるいはそのタンクの気相部に供給して加湿して、あるいは加湿せずに燃料電池１１０の空気極１１４に供給して残存する酸化剤ガスを消費させ、燃料電池１１０の電圧が予め設定された電圧下限値に達したことを検知した後、運転を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系原燃料ガスを水蒸気改質して水素リッチな改質ガスに改質する改質装置と、前記改質装置で生成した改質ガスと、酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、前記改質装置に備えられて前記原燃料ガスあるいは燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して改質反応に必要な熱を供給する燃焼装置と、燃料電池に供給される改質ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ加湿するための加湿タンクと、
燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて燃料電池の空気極に供給するための供給手段を備えた不活性排ガス供給ラインとを備えた燃料電池システムにおいて、
燃料電池システムの運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止し、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて燃料電池の空気極に供給して残存する酸化剤ガスを消費させ、燃料電池の電圧が予め設定された電圧下限値に達したことを検知した後、運転を停止するように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記不活性排ガス供給ラインが、燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクで加湿して燃料電池の空気極に供給するための供給手段を備えた第１不活性排ガス供給ラインおよび／または前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿せずに燃料電池の空気極に供給するための供給手段を備えた第２不活性排ガス供給ラインとからなり、
燃料電池システムの運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止し、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクあるいは酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿して、あるいは加湿せずに燃料電池の空気極に供給して残存する酸化剤ガスを消費させ、燃料電池の電圧が予め設定された電圧下限値に達したことを検知した後、運転を停止するように構成したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃焼装置で燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガスを使用するように構成したことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃焼排ガスラインに熱交換手段を設置し、前記不活性排ガスを前記熱交換手段で熱交換して冷却して電気化学的反応を継続するのに適した温度に制御して燃料電池の空気極に供給するように構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
運転停止後は、燃料電池の空気極への前記酸化剤ガスの供給弁および排出弁を閉じ系外からの空気の侵入を遮断する構成としたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムの停止方法であって、運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止し、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて燃料電池の空気極に供給して残存する酸化剤ガスを消費させ、燃料電池の電圧が予め設定された電圧下限値に達したことを検知した後、運転を停止することを特徴とする燃料電池システムの停止方法。
【請求項７】
運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、第１不活性排ガス供給ラインを経て前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクに供給して加湿して燃料電池の空気極に供給し、第１電圧下限値に達したことを検知した後、第２不活性排ガス供給ラインに切り替えて前記不活性排ガスを酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿せずに燃料電池の空気極に供給し、第１電圧下限値よりさらに低い第２電圧下限値に達したことを検知した後、反応ガスの燃料電池への供給を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷への出力供給を停止し、そして、運転を停止することを特徴とする請求項６記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項８】
運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、第１不活性排ガス供給ラインを経て前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクに供給して加湿して燃料電池の空気極に供給し、第２電圧下限値に達したことを検知した後、反応ガスの燃料電池への供給を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷への出力供給を停止し、そして、運転を停止することを特徴とする請求項６記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項９】
運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、第２不活性排ガス供給ラインを経て前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿せずに燃料電池の空気極に供給し、第２電圧下限値に達したことを検知した後、反応ガスの燃料電池への供給を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷への出力供給を停止し、そして、運転を停止することを特徴とする請求項６記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項１０】
前記不活性排ガスを電気化学的反応を継続するのに適した８０℃以下の温度に制御して冷却して燃料電池の空気極に供給するように構成したことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項１１】
運転停止後は、燃料電池の空気極への前記酸化剤ガスの供給弁および排出弁を閉じ系外からの空気の侵入を遮断する構成としたことを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれかに記載の燃料電池システムの停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよびその停止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率の発電装置として燃料電池が注目を集めている。燃料電池は、用いる電解質の種類によりアルカリ型、高分子型、リン酸型などの低温作動燃料電池システムは、小型で高出力密度が得られることから家庭用も含めて各種用途の電源として注目されている。
【０００３】
図７に示すように、従来の家庭用燃料電池コージェネレーションシステム１００は、ＬＰＧや都市ガスなどの原燃料（炭化水素系原燃料ガス）を改質し、水素（燃料）を約８０％含有する改質ガスを生成する改質装置と、改質装置から供給される改質ガスと空気中の酸素（酸化剤ガス）とにより発電を行う燃料電池１１０と、改質装置や燃料電池１１０などから発生する熱を、お湯（４０℃以上の水）というかたちで熱回収して貯湯する貯湯装置と、を備えており、発電機能と給湯機能との両方を有するシステムである。
家庭に敷設されているＬＰＧや都市ガスなどの原燃料は、通常、ガス漏れに対する安全対策として硫化物によって付臭されているが、この硫化物は改質装置内の触媒を劣化させてしまうので、改質装置では、はじめに脱硫器１５２によって原燃料中の硫化物を除去する。
【０００４】
脱硫器１５２によって脱硫された原燃料は、次に水蒸気と混合され、改質器１５４によって水蒸気改質され、変成器１５６に導入される。そして、変成器１５６によって、水素（Ｈ2）約８０％、二酸化炭素（ＣＯ2）約２０％、一酸化炭素（ＣＯ）１％以下の改質ガスが生成されるが、ＣＯの影響を受けやすい低温（１００℃以下）で運転される燃料電池１１０へ改質ガスを供給する本システム１００では、さらに改質ガスと酸素とを混合して、ＣＯ除去器１５８によってＣＯを選択的に酸化する。ＣＯ除去器１５８により、改質ガス中のＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下にすることができる。
【０００５】
改質装置とは、少なくとも改質器１５４と変成器１５６とを含み、本システム１００のように、家庭に敷設されているガスを原燃料とする場合には脱硫器１５２を、燃料電池１１０として固体高分子形燃料電池のような低温タイプの燃料電池１１０を用いる場合にはＣＯ除去器１５８を、さらに含むものとする。
【０００６】
水蒸気改質は吸熱反応であるため、改質器１５４にはバーナ１６０が設けられる。改質装置の起動時には、このバーナ１６０にも原燃料ガスが供給されて改質器１５４を昇温し、本システム１００が安定的に運転できるようになると、バーナ１６０への原燃料の供給はストップし、燃料電池１１０から排出される未反応の燃料をバーナ１６０に供給することで、改質器１５４へ熱を供給する。
【０００７】
バーナ１６０により改質器１５４へ熱を供給した後の排気は、まだ大きな熱量をもっているため、この排気は熱交換器ＨＥＸ０１、ＨＥＸ０２にて貯湯タンク１６２内の水と熱交換される。
そして、この水は燃料電池１１０の空気極（カソード）１１４からの排ガスと熱交換（ＨＥＸ０３）し、さらに燃料極（アノード）１２２からの排ガスとも熱交換（ＨＥＸ０４）して貯湯タンク１６２に戻る。
【０００８】
この熱交換器ＨＥＸ０１、ＨＥＸ０２、ＨＥＸ０３、ＨＥＸ０４を通る水配管１６４には、熱交換器ＨＥＸ０４を通った後の水（お湯）の温度によって、空気極（カソード）側加湿タンク（酸化剤ガス加湿タンク）１６６の昇温または冷却に利用できるように、分岐配管１６８が設けられている。
本システム１００の起動時など、空気極（カソード）側加湿タンク（酸化剤ガス加湿タンク）１６６の温度が低いときには、水は熱交換器ＨＥＸ０４を通った後、分岐配管１６８を通って熱交換器ＨＥＸ０５にて空気極（カソード）側加湿タンク（酸化剤ガス加湿タンク）１６６に熱を供給してから貯湯タンク１６２に戻る。
【０００９】
この空気極（カソード）側加湿タンク（酸化剤ガス加湿タンク）１６６は、冷却水タンクとしても機能しており、空気極（カソード）側加湿タンク（酸化剤ガス加湿タンク）１６６内の水は、燃料電池１１０を冷却してカソード側加湿タンク（酸化剤ガス加湿タンク）１６６に戻る。１７６は冷却部である。
上記のように、本システム１００の起動時など、燃料電池１１０の温度が低いときには、熱交換器ＨＥＸ０５によって温められた冷却水を燃料電池１１０へ供給することにより、燃料電池１１０を温めることもできる。
【００１０】
また、冷却水が通る冷却水通路１７０は、燃料極（アノード）側加湿タンク（改質ガス加湿タンク）１７２に設けられる熱交換器ＨＥＸ０６に接続され、冷却水は冷却部１７６へ循環供給されて燃料電池１１０を冷却するとともに、空気極（カソード）側加湿タンク（酸化剤ガス加湿タンク）１６６と燃料極（アノード）側加湿タンク（改質ガス加湿タンク）１７２の温度をほぼ同一にする役割も果たしている。
【００１１】
改質装置からの改質ガスは、この燃料極（アノード）側加湿タンク（改質ガス加湿タンク）１７２にて、加湿（本システム１００の場合はバブリング）されて燃料極（アノード）１２２へ供給される。燃料極（アノード）１２２にて発電に寄与しなかった未反応の燃料は、燃料電池１１０から排出されてバーナ１６０へ供給される。
この燃料電池１１０は、通常７０〜８０℃の範囲で発電するように運転しており、燃料電池１１０から排出された排ガスは８０℃程度の熱を持っているため、上記のように熱交換器ＨＥＸ０４にて熱交換した後、さらに熱交換器ＨＥＸ０７にて、空気極（カソード）側加湿タンク１６６および燃料極（アノード）側加湿タンク１７２へ供給される水を昇温した後に、バーナ１６０へ供給される。
【００１２】
空気極（カソード）側加湿タンク１６６および燃料極（アノード）側加湿タンク１７２へ供給される水は、導電率が低く、有機物の混入が少ない清浄な水が望ましいので、上水からの水を水処理装置１７４にて、逆浸透膜とイオン交換樹脂による水処理を施してから供給される。
また、この水処理を施した水は、改質器１５４の水蒸気改質にも用いられる。上水は貯湯タンク１６２にも供給されるが、このとき上水は貯湯タンク１６２の下部から供給される。また、水配管１６４も貯湯タンク１６２の下部から温度の低い水を引出し、各熱交換器と熱交換した水を上部へ戻す。
ＨＥＸ１０は全熱交換器である。空気極（カソード）１１４にて発電に寄与しなかった未反応の酸素を含む排ガスは８０℃程度の熱と反応によって生成された生成水を含んでいるため、全熱交換器ＨＥＸ１０にて空気極（カソード）１１４へ供給される空気へ熱と水分を供給する。
【００１３】
空気極（カソード）１１４へ供給される空気は、さらに空気極（カソード）側加湿タンク１６６にて加湿（本システム１００の場合はバブリング）されてから空気極（カソード）１１４へ供給され、一方、全熱交換器ＨＥＸ１０にて熱と水分とを供給した排ガスは、さらに熱交換器ＨＥＸ０３にて水と熱交換してから、本システム１００の外部へ排出される構成となっている。
【００１４】
図８は、図７に示した従来の家庭用燃料電池コージェネレーションシステム１００であって、固体高分子形燃料電池を備えた燃料電池システムの主要部の概略を示す説明図である。
図８において、図７の符号と同一符号の部分は、図７で説明した同一符号の部分と同一機能をもつ部分である。
炭化水素系原燃料ガスは脱硫器１５２によって脱硫され、水蒸気と混合されて改質装置１５９（改質器１５４、変成器１５６およびＣＯ除去器１５８を備えている）により改質されてＣＯ濃度１０ｐｐｍ以下とされた改質ガスは、改質ガス加湿タンク１７２にてバブリングして加湿されて燃料極（アノード）１２２へ供給され、燃料極（アノード）１２２にて発電に寄与しなかった未反応の燃料は、燃料電池１１０から排出されてバーナ１６０へ供給される。
空気ポンプ１８０により吸引された空気は空気極（カソード）１１４から排出された空気と熱交換器ＨＥＸで熱交換して加熱された後、酸化剤ガス加湿タンク１６６にてバブリングして加湿されてから、空気極（カソード）１１４へ供給され、一方、空気極（カソード）１１４の排ガスは熱交換器ＨＥＸにて供給側の空気と熱交換してから、排気ダクト１８１を経て本システム１００の外部へ排出される。
【００１５】
改質装置１５９にはバーナ１６０が設けられており、改質装置１５９の起動時には、このバーナ１６０に脱硫した原燃料ガスが供給されて昇温し、本システム１００が安定的に運転できるようになると、バーナ１６０への原燃料ガスの供給をストップし、燃料電池１１０から排出される未反応の燃料をバーナ１６０に供給することで、改質装置１５９へ熱を供給する。
【００１６】
バーナ１６０で燃焼した後の燃焼排ガスは、まだ大きな熱量をもっているため燃焼排ガスライン１９３に設置された熱交換器ＨＥＸにて図示しない貯湯タンク内の温水と熱交換してから、排気ダクト１８１を経て本システム１００の外部へ排出される。
そして、この温水は燃料電池１１０の空気極（カソード）１１４からの排ガスと熱交換し、さらに燃料極（アノード）１２２からの排ガスとも熱交換して図示しない貯湯タンク１６２に戻る。
【００１７】
燃料極１２２に水素を含む燃料ガス、空気極１１４に空気などの酸素を含む酸化剤ガスを供給すると、燃料極１２２では、水素分子を水素イオン（プロトン）と電子に分解する燃料極反応、空気極１１４では、酸素と水素イオンと電子から水を生成する以下の電気化学反応がそれぞれ行われ、燃料極から空気極に向かって外部回路を移動する電子により電力が負荷に供給されるとともに、空気極側に水が生成されることとなる。
【００１８】
燃料極；Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- （燃料極反応）
空気極；２Ｈ+ ＋ (１／２) Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ（空気極反応）
全体    ；Ｈ2 ＋ (１／２) Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
【００１９】
このように構成された燃料電池システムにおいて、その運転を停止する際、燃料電池システムで発電した電力を外部に出力していた外部出力を停止すると、電圧が急上昇する（例えば、０．８Ｖ／セルとなる）。このような高電圧状態では電極触媒のシンタリングによる有効面積の減少、触媒溶出、触媒担持カーボンの腐食などが急速に進み、電極の劣化が起こり、電池の特性劣化が進み、高い電池性能を維持できなくなる。
そのため、運転を停止する際、外部出力を停止した時の電圧を低下させるために、空気極（カソード）の残留酸素を不活性ガスでパージするとともに、ダミー抵抗によって消費して発電を停止する方法、すなわち低電流の発電を継続させて残留酸素を消費して電極の劣化を防止する方法（特許文献１参照）、燃料極と空気極とを不活性ガスでパージするとともに、電力消費によりスタック内の反応ガスを消費させる方法（特許文献２参照）、改質器の燃焼装置の燃焼排ガスを酸素除去装置で処理して燃焼排ガス中の酸素を除去して不活性ガスとし、その不活性ガスを用いて運転停止後、燃料電池経路内をパージする方法（特許文献３参照）などが提案されている。
【特許文献１】特開平７−１８３０３９号公報
【特許文献２】特開平８−２５５６２５号公報
【特許文献３】特開平６−２０３８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし運転を停止する際、空気極や燃料極を不活性ガスでパージする方法は、システムの大型化およびコストアップを招く問題があるとともに、反応ガスの消費を不活性ガスと残存酸素との混合物で行うので、セル間でバラツキが生じる恐れがあり、残留酸素が消費されないで運転停止された場合は、電極の劣化が起こる問題があった。
改質器の燃焼装置の燃焼排ガスを酸素除去装置で処理して燃焼排ガス中の酸素を除去して不活性ガスとして利用する方法は、システムの大型化およびコストアップを招く問題があった。
【００２１】
本発明の第１の目的は、システムの大型化やコストアップを招くことなく、触媒のシンタリングによる有効面積の減少、触媒溶出、触媒担持カーボンの腐食などに起因する電極の劣化を防止し、電池の特性劣化を防止し、高い電池性能を維持できる燃料電池システムを提供することである。
本発明の第２の目的は、そのような燃料電池システムを停止する際、電極の劣化を防止し、電池の特性劣化を防止し、高い電池性能を維持できるようにして停止方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記課題を解決するための本発明の請求項１記載の燃料電池システムは、炭化水素系原燃料ガスを水蒸気改質して水素リッチな改質ガスに改質する改質装置と、前記改質装置で生成した改質ガスと、酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、前記改質装置に備えられて前記原燃料ガスあるいは燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して改質反応に必要な熱を供給する燃焼装置と、燃料電池に供給される改質ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ加湿するための加湿タンクと、
燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて燃料電池の空気極に供給するための供給手段を備えた不活性排ガス供給ラインとを備えた燃料電池システムにおいて、
燃料電池システムの運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止し、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて燃料電池の空気極に供給して残存する酸化剤ガスを消費させ、燃料電池の電圧が予め設定された電圧下限値に達したことを検知した後、運転を停止するように構成したことを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項２記載の燃料電池システムは、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記不活性排ガス供給ラインが、燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクで加湿して燃料電池の空気極に供給するための供給手段を備えた第１不活性排ガス供給ラインおよび／または前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿せずに燃料電池の空気極に供給するための供給手段を備えた第２不活性排ガス供給ラインとからなり、
燃料電池システムの運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止し、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクあるいは酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿して、あるいは加湿せずに燃料電池の空気極に供給して残存する酸化剤ガスを消費させ、燃料電池の電圧が予め設定された電圧下限値に達したことを検知した後、運転を停止するように構成したことを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項３記載の燃料電池システムは、請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記燃焼装置で燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガスを使用するように構成したことを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項４記載の燃料電池システムは、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、燃焼排ガスラインに熱交換手段を設置し、前記不活性排ガスを前記熱交換手段で熱交換して冷却して電気化学的反応を継続するのに適した温度に制御して燃料電池の空気極に供給するように構成したことを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項５記載の燃料電池システムは、請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、運転停止後は、燃料電池の空気極への前記酸化剤ガスの供給弁および排出弁を閉じ系外からの空気の侵入を遮断する構成としたことを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項６記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムの停止方法であって、運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止し、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて燃料電池の空気極に供給して残存する酸化剤ガスを消費させ、燃料電池の電圧が予め設定された電圧下限値に達したことを検知した後、運転を停止することを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項７記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項６記載の燃料電池システムの停止方法において、運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、第１不活性排ガス供給ラインを経て前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクに供給して加湿して燃料電池の空気極に供給し、第１電圧下限値に達したことを検知した後、第２不活性排ガス供給ラインに切り替えて前記不活性排ガスを酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿せずに燃料電池の空気極に供給し、第１電圧下限値よりさらに低い第２電圧下限値に達したことを検知した後、反応ガスの燃料電池への供給を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷への出力供給を停止し、そして、運転を停止することを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項８記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項６記載の燃料電池システムの停止方法において、運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、第１不活性排ガス供給ラインを経て前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクに供給して加湿して燃料電池の空気極に供給し、第２電圧下限値に達したことを検知した後、反応ガスの燃料電池への供給を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷への出力供給を停止し、そして、運転を停止することを特徴とする。
【００３０】
本発明の請求項９記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項６記載の燃料電池システムの停止方法において、運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、第２不活性排ガス供給ラインを経て前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿せずに燃料電池の空気極に供給し、第２電圧下限値に達したことを検知した後、反応ガスの燃料電池への供給を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷への出力供給を停止し、そして、運転を停止することを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項１０記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項６から請求項９のいずれかに記載の燃料電池システムの停止方法において、前記不活性排ガスを電気化学的反応を継続するのに適した８０℃以下の温度に制御して冷却して燃料電池の空気極に供給するように構成したことを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項１１記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項６から請求項１０のいずれかに記載の燃料電池システムの停止方法において、運転停止後は、燃料電池の空気極への前記酸化剤ガスの供給弁および排出弁を閉じ系外からの空気の侵入を遮断する構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
前記課題を解決するための本発明の請求項１記載の燃料電池システムは、炭化水素系原燃料ガスを水蒸気改質して水素リッチな改質ガスに改質する改質装置と、前記改質装置で生成した改質ガスと、酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、前記改質装置に備えられて前記原燃料ガスあるいは燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して改質反応に必要な熱を供給する燃焼装置と、燃料電池に供給される改質ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ加湿するための加湿タンクと、
燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガス（例えば酸素含有量約１０容量％以下の不活性排ガス）を前記酸化剤ガスに替えて燃料電池の空気極に供給するための供給手段を備えた不活性排ガス供給ラインとを備えた燃料電池システムにおいて、
燃料電池システムの運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止し、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて燃料電池の空気極に供給して残存する酸化剤ガスを消費させ、燃料電池の電圧が予め設定された電圧下限値に達したことを検知した後、運転を停止するように構成したので、
触媒のシンタリングによる有効面積の減少、触媒溶出、触媒担持カーボンの腐食などに起因する電極の劣化を防止し、電池の特性劣化を防止しつつ、残留酸素を充分に消費して効率よく運転停止できる上、セル間でバラツキが生じることがなく、小型化可能で、高い電池性能を長期にわたり維持するという顕著な効果を奏する。
【００３４】
本発明の請求項２記載の燃料電池システムは、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記不活性排ガス供給ラインが、燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクで加湿して燃料電池の空気極に供給するための供給手段を備えた第１不活性排ガス供給ラインおよび／または前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿せずに燃料電池の空気極に供給するための供給手段を備えた第２不活性排ガス供給ラインとからなり、
燃料電池システムの運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止し、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクあるいは酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿して、あるいは加湿せずに燃料電池の空気極に供給して残存する酸化剤ガスを消費させ、燃料電池の電圧が予め設定された電圧下限値に達したことを検知した後、運転を停止するように構成したので、
従来の燃料電池システムの構成を大幅に変更する必要がなく、より小型化可能になるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００３５】
本発明の請求項３記載の燃料電池システムは、請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記燃焼装置で燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガスを使用するように構成したことを特徴とするものであり、
特別な燃焼装置や燃焼手段を用いず、燃料電池システムに備えた燃焼装置を用いて、燃料電池から排出される未反応ガスを燃焼して得た不活性排ガス（例えば、酸素含有量約１０容量％以下の不活性排ガス）を使用するので、システムの大型化やコストアップを招くことなく、容易に低コストで残留酸素を充分に消費して運転停止できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００３６】
本発明の請求項４記載の燃料電池システムは、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、燃焼排ガスラインに熱交換手段を設置し、前記不活性排ガスを前記熱交換手段で熱交換して冷却して電気化学的反応を継続するのに適した温度に制御して燃料電池の空気極に供給するように構成したことを特徴とするものであり、
燃焼エネルギーの利用効率が向上するとともに、燃料電池の長時間安定運転が可能になり信頼性が向上するというさらなる顕著な効果を奏する。
【００３７】
本発明の請求項５記載の燃料電池システムは、請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、運転停止後は、燃料電池の空気極への前記酸化剤ガスの供給弁および排出弁を閉じ系外からの空気の侵入を遮断する構成としたことを特徴とするものであり、
系外からの空気の侵入を確実に遮断できるので、電極の劣化を防止し、電池の特性劣化を防止し、高い電池性能を維持できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００３８】
本発明の請求項６記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムの停止方法であって、運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止し、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて燃料電池の空気極に供給して残存する酸化剤ガスを消費させ、燃料電池の電圧が予め設定された電圧下限値に達したことを検知した後、運転を停止することを特徴とするものであり、
システムの大型化やコストアップを招くことなく、触媒のシンタリングによる有効面積の減少、触媒溶出、触媒担持カーボンの腐食などに起因する電極の劣化を防止し、電池の特性劣化を防止し、高い電池性能を維持しつつ、残留酸素を充分に消費して効率よく運転停止できる上、セル間でバラツキが生じることがないという顕著な効果を奏する。
【００３９】
本発明の請求項７記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項６記載の燃料電池システムの停止方法において、運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、第１不活性排ガス供給ラインを経て前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクに供給して加湿して燃料電池の空気極に供給し、第１電圧下限値に達したことを検知した後、第２不活性排ガス供給ラインに切り替えて前記不活性排ガスを酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿せずに燃料電池の空気極に供給し、第１電圧下限値よりさらに低い第２電圧下限値に達したことを検知した後、反応ガスの燃料電池への供給を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷への出力供給を停止し、そして、運転を停止することを特徴とするものであり、
第１不活性排ガス供給ラインおよび第２不活性排ガス供給ラインの２系統に残留する残留酸素を充分に消費して運転停止できるので、触媒のシンタリングによる有効面積の減少、触媒溶出、触媒担持カーボンの腐食などに起因する電極の劣化を確実に防止して電池の特性劣化を確実に防止でき、高い電池性能を維持できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００４０】
本発明の請求項８記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項６記載の燃料電池システムの停止方法において、運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、第１不活性排ガス供給ラインを経て前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクに供給して加湿して燃料電池の空気極に供給し、第２電圧下限値に達したことを検知した後、反応ガスの燃料電池への供給を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷への出力供給を停止し、そして、運転を停止することを特徴とするものであり、
第１不活性排ガス供給ラインの系統に残留する残留酸素を充分に消費して運転停止できるので、システムおよび操作を簡素化できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００４１】
本発明の請求項９記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項６記載の燃料電池システムの停止方法において、運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、第２不活性排ガス供給ラインを経て前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿せずに燃料電池の空気極に供給し、第２電圧下限値に達したことを検知した後、反応ガスの燃料電池への供給を停止するとともに、燃料電池システムの内部負荷への出力供給を停止し、そして、運転を停止することを特徴とするものであり、
第２不活性排ガス供給ラインの系統に残留する残留酸素を充分に消費して運転停止できるので、システムおよび操作を簡素化できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００４２】
本発明の請求項１０記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項６から請求項９のいずれかに記載の燃料電池システムの停止方法において、前記不活性排ガスを電気化学的反応を継続するのに適した８０℃以下の温度に制御して冷却して燃料電池の空気極に供給するように構成したことを特徴とするものであり、
燃焼エネルギーの利用効率が向上するとともに、燃料電池の長時間安定運転が可能になり信頼性が向上するというさらなる顕著な効果を奏する。
【００４３】
本発明の請求項１１記載の燃料電池システムの停止方法は、請求項６から請求項１０のいずれかに記載の燃料電池システムの停止方法において、運転停止後は、燃料電池の空気極への前記酸化剤ガスの供給弁および排出弁を閉じ系外からの空気の侵入を遮断する構成としたことを特徴とするものであり、
系外からの空気の侵入を確実に遮断できるので、電極の劣化を防止し、電池の特性劣化を防止し、高い電池性能を維持できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
次に本発明を図を用いて実施の形態に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）〜（Ｄ）は、第１の実施の形態の本発明の燃料電池システムの停止方法を模式的に説明する説明図である。
図１（Ａ）〜（Ｄ）において、図７、８の符号と同一符号の部分は、図５、６で説明した同一符号の部分と同一機能をもつ部分である。
図２（イ）は、本発明の燃料電池システムの停止時のセル電圧と不活性排ガス供給および不活性排ガス供給経路切り替え、第１電圧下限検知、第２電圧下限検知などを説明する説明図であり、図２（ロ）は、本発明の燃料電池システムの停止時の外部出力、内部負荷、電池電流、改質燃料ガス、空気ポンプ、不活性排ガスのＯＮ−ＯＦＦなどを説明する説明図である。
【００４５】
図１（Ａ）は、本発明の燃料電池システムの運転中の反応ガスおよび燃焼排ガスの流れを説明する説明図である。
図１（Ａ）中の弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ３および弁Ｖ６は開、弁Ｖ４（３ポート弁）は空気供給側が開、弁Ｖ５は閉になっている。
炭化水素系原燃料ガスは脱硫器１５２によって脱硫され、水蒸気と混合されて改質装置１５９（改質器１５４、変成器１５６およびＣＯ除去器１５８を備えている）により改質されてＣＯ濃度１０ｐｐｍ以下とされた改質ガスは、改質ガス加湿タンク１７２にてバブリングして加湿されて燃料極（アノード）１２２へ供給され、燃料極（アノード）１２２にて発電に寄与しなかった未反応の燃料は、燃料電池１１０から排出されてバーナ１６０へ供給される。
【００４６】
改質装置１５９にはバーナ１６０が設けられており、改質装置１５９の起動時には、このバーナ１６０に脱硫した原燃料ガスが供給されて昇温し、本システム１００Ａが安定的に運転できるようになると、バーナ１６０への原燃料ガスの供給をストップし、燃料電池１１０から排出される未反応の燃料をバーナ１６０に供給することで、改質装置１５９へ熱を供給する。
空気ポンプ１８０により吸引され弁Ｖ４を経た空気は空気極（カソード）１１４から排出された空気と熱交換器ＨＥＸで熱交換して加熱された後、第１ガス供給ライン１９０および弁Ｖ６を経て酸化剤ガス加湿タンク１６６にてバブリングして加湿されてから空気極（カソード）１１４へ供給され、一方、空気極（カソード）１１４の排ガスは熱交換器ＨＥＸにて供給側の空気と熱交換してから、弁Ｖ３および排気ダクト１８１を経て本システム１００Ａの外部へ排出される。
【００４７】
バーナ１６０で燃焼した後の燃焼排ガスである不活性排ガスは、まだ大きな熱量をもっているため、燃焼排ガスライン１９３に設置した熱交換器ＨＥＸにて図示しない貯湯タンク１６２内の温水と熱交換してから、排気ダクト１８１を経て本システム１００Ａの外部へ排出される。
そして、この温水は燃料電池１１０の空気極（カソード）１１４からの排ガスと熱交換し、さらに燃料極（アノード）１２２からの排ガスとも熱交換して図示しない貯湯タンク１６２に戻る。
【００４８】
燃料極１２２に水素を含む燃料ガス、空気極１１４に空気などの酸素を含む酸化剤ガスを供給すると、燃料極１２２では、水素分子を水素イオン（プロトン）と電子に分解する燃料極反応、空気極１１４では、酸素と水素イオンと電子から水を生成する前記の電気化学反応がそれぞれ行われ、燃料極から空気極に向かって外部回路を移動する電子により電力が負荷に供給されるとともに、空気極側に水が生成される。
【００４９】
本発明の燃料電池システム１００Ａは、図１（Ａ）に示すように、排気ダクト１８１と弁Ｖ４を連結する不活性排ガス供給ライン１９２が設けられているとともに、この不活性排ガス供給ライン１９２→弁Ｖ４→空気ポンプ１８０→熱交換器ＨＥＸ→酸化剤ガス加湿タンク１６６に連結する弁Ｖ６を備えた第１ガス供給ライン１９０および第１ガス供給ライン１９０から分岐して酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部に連結する弁Ｖ５を備えた第２ガス供給ライン１９１が設けられている。
そして３ポート弁である弁Ｖ４を排気ダクト１８１側に開にして空気ポンプ１８０を作動して、燃料電池１１０から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガスを空気ポンプ１８０により吸引して、排気ダクト１８１→不活性排ガス供給ライン１９２→弁Ｖ４→空気ポンプ１８０→熱交換器ＨＥＸ→第１ガス供給ライン１９０→弁Ｖ６→酸化剤ガス加湿タンク１６６を経て、酸化剤ガスとしての空気に替えて不活性排ガスを酸化剤ガス加湿タンク１６６で加湿して燃料電池１１０の空気極１１４に供給する第１不活性排ガス供給ラインが構成されている。
【００５０】
また３ポート弁である弁Ｖ４を排気ダクト１８１側に開にして空気ポンプ１８０を作動して、燃料電池１１０から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガスを空気ポンプ１８０により吸引して、排気ダクト１８１→不活性排ガス供給ライン１９２→弁Ｖ４→空気ポンプ１８０→熱交換器ＨＥＸ→第１ガス供給ライン１９０から分岐した弁Ｖ５を備えた第２ガス供給ライン１９１→酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部を経て、不活性排ガスを加湿せずに燃料電池１１０の空気極１１４に供給する第２不活性排ガス供給ラインが構成されている。
前記不活性排ガスを第２ガス供給ライン１９１を経て酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部に供給する際は、弁Ｖ５を開け、第１ガス供給ライン１９０の弁Ｖ６を閉じる。
前記の弁Ｖ６および弁Ｖ５は、燃料電池１１０の空気極１１４へ不活性排ガスを供給するための供給弁としても作用する。
前記の弁Ｖ３は、燃料電池１１０の空気極１１４で使用後の不活性排ガスを排出するための排出弁としても作用する。
【００５１】
図２（ロ）に示すように、運転して外部出力および燃料電池システム１００Ａの内部負荷（余剰電力ヒータ、補機動力など）に対応する電力を供給していた本発明の燃料電池システム１００Ａに停止命令がだされた後も電気化学的反応を継続させて、燃料電池１１０の出力が燃料電池システム１００Ａの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力を停止（ＯＦＦ）する。
そして、外部出力を停止したら、燃料電池システム１００Ａの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま第１不活性排ガス供給ラインを経て、空気に替えて燃料電池１１０から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガス（例えば酸素含有量約１０容量％以下）を酸化剤ガス加湿タンク１６６で加湿して燃料電池１１０の空気極１１４に供給する。
【００５２】
すなわち図１（Ｂ）に示すように、燃料電池１１０から排出される未反応ガスをバーナ１６０で燃焼して得られた不活性排ガスを燃焼排ガスライン１９３に設置した熱交換器ＨＥＸで温水と熱交換した後、空気ポンプ１８０により吸引して排気ダクト１８１→不活性排ガス供給ライン１９２→弁Ｖ４→空気ポンプ１８０→熱交換器ＨＥＸ→第１ガス供給ライン１９０→弁Ｖ６を経て酸化剤ガス加湿タンク１６６へ供給して、酸化剤ガス加湿タンク１６６で加湿して燃料電池１１０の空気極１１４に供給する。
反応後の不活性排ガスは第１ガス供給ライン１９０に設置した熱交換器ＨＥＸで供給側の不活性排ガスと熱交換した後、弁Ｖ３および排気ダクト１８１を経て本システム１００Ａの外部へ排出される。
図１（Ｂ）中の弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ３、弁Ｖ６は開、弁Ｖ４（３ポート弁）は排気ダクト１８１側が開、弁Ｖ５は閉になっている。
【００５３】
酸化剤ガス加湿タンク１６６の水中や第１不活性排ガス供給ラインなどに残存する残存空気を消費し図２（ロ）に示すように、電池電流、改質燃料ガス、空気ポンプ出力などが低下し、そして図２（イ）に示すように、セル電圧（Ｖ）が第１電圧下限値（例えば、約０．３Ｖ／セル）に達したことを検知したら、排ガス供給ラインを第２不活性排ガス供給ラインに切り替える。
【００５４】
すなわち、図１（Ｃ）に示すように、第１ガス供給ライン１９０に備えられた弁Ｖ６を閉じ、第２ガス供給ライン１９１に備えられた弁Ｖ５を開け、燃料電池１１０から排出される未反応ガスをバーナ１６０で燃焼して得られた不活性排ガスを燃焼排ガスライン１９３に設置した熱交換器ＨＥＸで温水と熱交換した後、空気ポンプ１８０により吸引して排気ダクト１８１→不活性排ガス供給ライン１９２→弁Ｖ４→空気ポンプ１８０→熱交換器ＨＥＸ→第２ガス供給ライン１９１→弁Ｖ５→酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部へ供給して、加湿せずに燃料電池１１０の空気極１１４に供給する。
反応後の不活性排ガスは第１ガス供給ライン１９０に設置した熱交換器ＨＥＸで供給側の不活性排ガスと熱交換した後、弁Ｖ３および排気ダクト１８１を経て本システム１００Ａの外部へ排出される。
図１（Ｃ）中の弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ３、弁Ｖ５は開、弁Ｖ４（３ポート弁）は排気ダクト１８１側が開、第１ガス供給ライン１９０に備えられた弁Ｖ６は閉になっている。
【００５５】
このようにして電気化学的反応を継続させると、酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部や第２不活性排ガス供給ラインなどに残存する残存空気が消費され、図１（イ）に示すようにセル電圧が低下する。
そしてセル電圧が第１電圧下限値よりさらに低い第２電圧下限値（例えば、約０．１Ｖ／セル）に達したことを検知したら、燃料電池システム１００Ａの内部負荷への電力供給を停止し、図１（Ｄ）に示すように、弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ３、弁Ｖ５を閉じ、弁Ｖ６は閉じたまま、弁４は空気供給側を開けて、空気ポンプ１８０を停止し、反応ガスの燃料電池１１０への供給を停止し、そしてセル電圧が０あるいは０近傍になったら燃料電池システム１００Ａの運転を停止する。
このように弁Ｖ３、弁Ｖ５、弁Ｖ６を閉じたので系外からの空気の侵入を確実に遮断でき、電極の劣化を防止できる。セル電圧が０あるいは０近傍になったら燃料電池システム１００Ａの運転を停止するので転極を防止できる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、第２の実施の形態の本発明の燃料電池システムの停止方法を模式的に説明する説明図である。
図３（Ａ）〜（Ｄ）において、図１（Ａ）〜（Ｄ）、図７、８の符号と同一符号の部分は、図１（Ａ）〜（Ｄ）、図７、８で説明した同一符号の部分と同一機能をもつ部分である。
【００５７】
図３（Ａ）〜（Ｄ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ｂは、第２ガス供給ライン１９１を備えていない以外は、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ａと同じに構成されている。
【００５８】
図３（Ａ）は、本発明の燃料電池システム１００Ｂの運転中の反応ガスおよび燃焼排ガスの流れを説明する説明図である。
図３（Ａ）中の弁Ｖ１、弁Ｖ２および弁Ｖ３は開、弁Ｖ４（３ポート弁）は空気供給側が開、そして第１ガス供給ライン１９０に備えられた弁Ｖ６は開になっている。
図３（Ａ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ｂの運転中の反応ガスおよび燃焼排ガスの流れは、図１（Ａ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ａと同じであるので説明を省略する。
【００５９】
運転して外部出力および燃料電池システム１００Ｂの内部負荷（余剰電力ヒータ、補機動力など）に対応する電力を供給していた本発明の燃料電池システム１００Ｂに停止命令がだされた後も電気化学的反応を継続させて、燃料電池１１０の出力が燃料電池システム１００Ａの内部負荷に対応する出力になった時点で外部出力を停止（ＯＦＦ）する。
そして、外部出力を停止したら、燃料電池システム１００Ｂの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま第１不活性排ガス供給ラインを経て、空気に替えて燃料電池１１０から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガス（例えば酸素含有量約１０容量％以下）を酸化剤ガス加湿タンク１６６で加湿して燃料電池１１０の空気極１１４に供給する。
【００６０】
すなわち、図３（Ｂ）〜（Ｃ）に示すように、燃料電池１１０から排出される未反応ガスをバーナ１６０で燃焼して得られた不活性排ガスを燃焼排ガスライン１９３に設置された熱交換器ＨＥＸで温水と熱交換した後、空気ポンプ１８０により吸引して、排気ダクト１８１→不活性排ガス供給ライン１９２→弁Ｖ４→空気ポンプ１８０→熱交換器ＨＥＸ→第１ガス供給ライン１９０→弁Ｖ６→酸化剤ガス加湿タンク１６６へ供給し、酸化剤ガス加湿タンク１６６で加湿して燃料電池１１０の空気極１１４に供給する。
反応後の不活性排ガスは第１ガス供給ライン１９０に設置された熱交換器ＨＥＸで供給側の不活性排ガスと熱交換した後、弁Ｖ３および排気ダクト１８１を経て本システム１００Ａの外部へ排出される。
図３（Ｂ）中の弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ３および弁Ｖ６は開、弁Ｖ４（３ポート弁）は排気ダクト１８１側が開になっている。
【００６１】
酸化剤ガス加湿タンク１６６の水中や第１不活性排ガス供給ラインなどに残存する残存空気を消費し、電池電流、改質燃料ガス、空気ポンプ出力などが低下し、そしてセル電圧（Ｖ）が第１電圧下限値（例えば、約０．３Ｖ／セル）に達したことを検知しても、燃料電池システム１００Ｂの内部負荷への電力の供給を行ってそのまま運転を継続する。
【００６２】
このようにして電気化学的反応を継続させると、酸化剤ガス加湿タンク１６６の水中や第１不活性排ガス供給ラインなどに残存する残存空気が消費され、セル電圧が低下する。
そして、セル電圧が第１電圧下限値よりさらに低い第２電圧下限値（例えば、約０．１Ｖ／セル）に達したことを検知したら、燃料電池システム１００Ｂの内部負荷への電力供給を停止し、図３（Ｄ）に示すように、弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ３、弁Ｖ６を閉じ、弁４は空気供給側を開け、空気ポンプ１８０を停止し、反応ガスの燃料電池１１０への供給を停止し、そしてセル電圧が０あるいは０近傍になったら燃料電池システム１００Ｂの運転を停止する。
弁Ｖ３、弁Ｖ６を閉じたので系外からの空気の侵入を確実に遮断でき、電極の劣化を防止できる。セル電圧が０あるいは０近傍になったら燃料電池システム１００Ｂの運転を停止するので転極を防止できる。
【００６３】
（第３の実施の形態）
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、第３の実施の形態の本発明の燃料電池システムの停止方法を模式的に説明する説明図である。
図４（Ａ）〜（Ｄ）において、図１（Ａ）〜（Ｄ）、図７、８の符号と同一符号の部分は、図１（Ａ）〜（Ｄ）、図７、８で説明した同一符号の部分と同一機能をもつ部分である。
【００６４】
図４（Ａ）〜（Ｄ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ｃは、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ａと同じに構成されている。
【００６５】
図４（Ａ）は、本発明の燃料電池システムの運転中の反応ガスおよび燃焼排ガスの流れを説明する説明図である。
図４（Ａ）中の弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ３および弁Ｖ６は開、弁Ｖ４（３ポート弁）は空気供給側が開、弁Ｖ５は閉になっている。
図４（Ａ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ｃの運転中の反応ガスおよび燃焼排ガスの流れは、図１（Ａ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ａと同じであるので説明を省略する。
【００６６】
運転して外部出力および燃料電池システム１００Ｃの内部負荷（余剰電力ヒータ、補機動力など）に対応する電力を供給していた本発明の燃料電池システム１００Ｃに停止命令がだされた後、燃料電池１１０の出力が燃料電池システム１００Ｃの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力を停止（ＯＦＦ）する。
そして、燃料電池システム１００Ｃの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま第１ガス供給ライン１９０に備えられた弁Ｖ６を閉じ、弁Ｖ５を開けて第２不活性排ガス供給ライン１９１を経て空気に替えて燃料電池１１０から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガス（例えば酸素含有量約１０容量％以下）を酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部へ送り加湿せず燃料電池１１０の空気極１１４に供給する。
すなわち、図４（Ｂ）〜（Ｃ）に示すように、燃料電池１１０から排出される未反応ガスをバーナ１６０で燃焼して得られた不活性排ガスを燃焼排ガスライン１９３に設置された熱交換器ＨＥＸで温水と熱交換した後、空気ポンプ１８０により吸引して、排気ダクト１８１→不活性排ガス供給ライン１９２→弁Ｖ４→空気ポンプ１８０→熱交換器ＨＥＸ→第２ガス供給ライン１９１→弁Ｖ５→酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部へ供給し、加湿せずに燃料電池１１０の空気極１１４に供給する。
反応後の不活性排ガスは第１ガス供給ライン１９０に設置された熱交換器ＨＥＸで供給側の不活性排ガスと熱交換した後、弁Ｖ３および排気ダクト１８１を経て本システム１００Ｃの外部へ排出される。
図４（Ｂ）〜（Ｃ）中の弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ３および弁Ｖ５は開、弁Ｖ４（３ポート弁）は排気ダクト１８１側が開になっている。第１ガス供給ライン１９０に備えられた弁Ｖ６は閉になっている。
【００６７】
酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部や第２不活性排ガス供給ラインなどに残存する残存空気を消費し、電池電流、改質燃料ガス、空気ポンプ出力などが低下し、そしてセル電圧（Ｖ）が第１電圧下限値（例えば、約０．３Ｖ／セル）に達したことを検知しても、燃料電池システム１００Ｃの内部負荷への電力の供給を行ってそのまま運転を継続する。
【００６８】
このようにして電気化学的反応を継続させると、酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部や第２不活性排ガス供給ライン１９１などに残存する残存空気が消費され、セル電圧が低下する。
そして、セル電圧が第１電圧下限値よりさらに低い第２電圧下限値（例えば、約０．１Ｖ／セル）に達したことを検知したら、燃料電池システム１００Ｃの内部負荷への電力供給を停止し、図４（Ｄ）に示すように、弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ３、弁Ｖ５を閉じ、弁４は空気供給側を開けて、第１ガス供給ライン１９０に備えられた弁Ｖ６は閉じたまま、空気ポンプ１８０を停止し、反応ガスの燃料電池１１０への供給を停止し、そしてセル電圧が０あるいは０近傍になったら燃料電池システム１００Ｃの運転を停止する。
このように弁Ｖ３、弁Ｖ５、弁Ｖ６を閉じたので系外からの空気の侵入を確実に遮断でき、電極の劣化を防止できる。セル電圧が０あるいは０近傍になったら燃料電池システム１００Ｃの運転を停止するので転極を防止できる。
【００６９】
（第４の実施の形態）
図５（Ａ）〜（Ｄ）は、第４の実施の形態の本発明の燃料電池システムの停止方法を模式的に説明する説明図である。
図５（Ａ）〜（Ｄ）において、図１（Ａ）〜（Ｄ）、図７、８の符号と同一符号の部分は、図１（Ａ）〜（Ｄ）、図７、８で説明した同一符号の部分と同一機能をもつ部分である。
【００７０】
図５（Ａ）〜（Ｄ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ｄは、不活性排ガス供給ライン１９２が排気ダクト１８１と弁Ｖ４を連結するのではなく、不活性排ガス供給ライン１９２が燃焼排ガスライン１９３と弁Ｖ４とを連結するように設置されている以外は図１（Ａ）〜（Ｄ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ａと同じに構成されている。
【００７１】
図５（Ａ）は、本発明の燃料電池システムの運転中の反応ガスおよび燃焼排ガスの流れを説明する説明図である。
図５（Ａ）中の弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ３および弁Ｖ６は開、弁Ｖ４（３ポート弁）は空気供給側が開、弁Ｖ５は閉になっている。
図５（Ａ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ｄの運転中の反応ガスおよび燃焼排ガスの流れは、図１（Ａ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ａと同じであるので説明を省略する。
【００７２】
運転して外部出力および燃料電池システム１００Ｄの内部負荷（余剰電力ヒータ、補機動力など）に対応する電力を供給していた本発明の燃料電池システム１００Ｄに停止命令がだされた後、燃料電池１１０の出力が燃料電池システム１００Ｄの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力を停止（ＯＦＦ）する。
そして、燃料電池システム１００Ｄの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま第１ガス供給ライン１９０に備えられた弁Ｖ６を閉じ、弁Ｖ５を開けて第２不活性排ガス供給ライン１９１を経て空気に替えて燃料電池１１０から排出される未反応ガスを燃焼して得られた不活性排ガス（例えば酸素含有量約１０容量％以下）を酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部へ送り加湿せず燃料電池１１０の空気極１１４に供給する。
すなわち、図５（Ｂ）〜（Ｃ）に示すように、燃料電池１１０から排出される未反応ガスをバーナ１６０で燃焼して得られた不活性排ガスを燃焼排ガスライン１９３に設置された熱交換器ＨＥＸで温水と熱交換した後、空気ポンプ１８０により吸引して、不活性排ガス供給ライン１９２→弁Ｖ４→空気ポンプ１８０→熱交換器ＨＥＸ→第２ガス供給ライン１９１→弁Ｖ５→酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部へ供給し、加湿せずに燃料電池１１０の空気極１１４に供給する。
反応後の不活性排ガスは第１ガス供給ライン１９０に設置された熱交換器ＨＥＸで供給側の不活性排ガスと熱交換した後、弁Ｖ３および排気ダクト１８１を経て本システム１００Ｄの外部へ排出される。
図５（Ｂ）〜（Ｃ）中の弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ３および弁Ｖ５は開、弁Ｖ４（３ポート弁）は燃焼排ガスライン１９３側が開になっている。第１ガス供給ライン１９０に備えられた弁Ｖ６は閉になっている。
【００７３】
酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部や第２不活性排ガス供給ライン１９１などに残存する残存空気を消費し、電池電流、改質燃料ガス、空気ポンプ出力などが低下し、そしてセル電圧（Ｖ）が第１電圧下限値（例えば、約０．３Ｖ／セル）に達したことを検知しても、燃料電池システム１００Ｄの内部負荷への電力の供給を行ってそのまま運転を継続する。
【００７４】
このようにして電気化学的反応を継続させると、酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部や第２不活性排ガス供給ライン１９１などに残存する残存空気が消費され、セル電圧が低下する。
そして、セル電圧が第１電圧下限値よりさらに低い第２電圧下限値（例えば、約０．１Ｖ／セル）に達したことを検知したら、燃料電池システム１００Ｄの内部負荷への電力供給を停止し、図５（Ｄ）に示すように、弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ３、弁Ｖ５を閉じ、弁４は空気供給側を開けて、第１ガス供給ライン１９０に備えられた弁Ｖ６は閉じたまま、空気ポンプ１８０を停止し、反応ガスの燃料電池１１０への供給を停止し、そしてセル電圧が０あるいは０近傍になったら燃料電池システム１００Ｄの運転を停止する。
このように弁Ｖ３、弁Ｖ５、弁Ｖ６を閉じたので系外からの空気の侵入を確実に遮断でき、電極の劣化を防止できる。セル電圧が０あるいは０近傍になったら燃料電池システム１００Ｄの運転を停止するので転極を防止できる。
【００７５】
第４の実施の形態の本発明の燃料電池システム１００Ｄは、第１〜３の実施の形態のように不活性排ガス供給ライン１９２が排気ダクト１８１と弁Ｖ４を連結するので排気ダクト１８１中に仕切を設ける必要があったが、不活性排ガス供給ライン１９２を燃焼排ガスライン１９３と弁Ｖ４とを連結するように設置したので、排気ダクト１８１中に仕切を設ける必要がなくなり、排気ダクト１８１の構成を簡素化できコスト低減できるとともに、排気ダクト１８１を経て空気が侵入するのを防止でき、電極の劣化を防止できる。
【００７６】
（第５の実施の形態）
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、第５の実施の形態の本発明の燃料電池システムの停止方法を模式的に説明する説明図である。
図６（Ａ）〜（Ｃ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ｅは、排気ダクト１８１と空気ポンプ１８０を連結する不活性排ガス供給ライン１９２が設けられており、また、一端が燃焼排ガスライン１９３と連結され、他端が空気極１１４で使用された不活性排ガスを排気ダクト１８１へ送るラインに設置した弁Ｖ４（３ポート弁）に連結された第２不活性排ガス供給ライン１９４が設置されており、そして空気極１１４で使用された不活性排ガスを排気ダクト１８１へ送るラインに弁Ｖ３が設置されておらず、空気ポンプ１８０は逆転フロー可能な空気ポンプが使用されている以外は図１（Ａ）〜（Ｄ）に示した本発明の燃料電池システム１００Ａと同じに構成されている。
【００７７】
図６（Ａ）は、本発明の燃料電池システムの運転中の反応ガスおよび燃焼排ガスの流れを説明する説明図である。
本発明の燃料電池システム１００Ｅは、図６（Ａ）に示すように、排気ダクト１８１と空気ポンプ１８０を連結する不活性排ガス供給ライン１９２が設けられており、また、一端が燃焼排ガスライン１９３と連結され、他端が空気極１１４で使用された不活性排ガスを排気ダクト１８１へ送るラインに設置した弁Ｖ４（３ポート弁）に連結された第２不活性排ガス供給ライン１９４が設置されており、そして空気極１１４で使用された不活性排ガスを排気ダクト１８１へ送るラインに弁Ｖ３が設置されておらず、空気ポンプ１８０は逆転フロー可能な空気ポンプが使用されている。
図６（Ａ）中の弁Ｖ１、弁Ｖ２および弁Ｖ６は開、弁Ｖ４（３ポート弁）は排気ダクト１８１側が開、弁Ｖ５は閉になっている。
【００７８】
炭化水素系原燃料ガスは脱硫器１５２によって脱硫され、水蒸気と混合されて改質装置１５９（改質器１５４、変成器１５６およびＣＯ除去器１５８を備えている）により改質されてＣＯ濃度１０ｐｐｍ以下とされた改質ガスは、改質ガス加湿タンク１７２にてバブリングして加湿されて燃料極（アノード）１２２へ供給され、燃料極（アノード）１２２にて発電に寄与しなかった未反応の燃料は、燃料電池１１０から排出されてバーナ１６０へ供給される。
【００７９】
改質装置１５９にはバーナ１６０が設けられており、改質装置１５９の起動時には、このバーナ１６０に脱硫した原燃料ガスが供給されて昇温し、本システム１００Ｅが安定的に運転できるようになると、バーナ１６０への原燃料ガスの供給をストップし、燃料電池１１０から排出される未反応の燃料をバーナ１６０に供給することで、改質装置１５９へ熱を供給する。
空気ポンプ１８０により吸引された空気は空気極（カソード）１１４から排出された空気と熱交換器ＨＥＸで熱交換して加熱された後、第１ガス供給ライン１９０および弁Ｖ６を経て酸化剤ガス加湿タンク１６６にてバブリングして加湿されてから空気極（カソード）１１４へ供給され、一方、空気極（カソード）１１４の排ガスは弁Ｖ４（３ポート弁）を経て、熱交換器ＨＥＸにて供給側の空気と熱交換してから、排気ダクト１８１を経て本システム１００Ｅの外部へ排出される。
【００８０】
バーナ１６０で燃焼した後の燃焼排ガスである不活性排ガスは、まだ大きな熱量をもっているため、燃焼排ガスライン１９３に設置した熱交換器ＨＥＸにて図示しない貯湯タンク１６２内の温水と熱交換してから、排気ダクト１８１を経て本システム１００Ｅの外部へ排出される。
そして、この温水は燃料電池１１０の空気極（カソード）１１４からの排ガスと熱交換し、さらに燃料極（アノード）１２２からの排ガスとも熱交換して図示しない貯湯タンク１６２に戻る。
【００８１】
燃料極１２２に水素を含む燃料ガス、空気極１１４に空気などの酸素を含む酸化剤ガスを供給すると、燃料極１２２では、水素分子を水素イオン（プロトン）と電子に分解する燃料極反応、空気極１１４では、酸素と水素イオンと電子から水を生成する前記の電気化学反応がそれぞれ行われ、燃料極から空気極に向かって外部回路を移動する電子により電力が負荷に供給されるとともに、空気極側に水が生成される。
【００８２】
本発明の燃料電池システム１００Ｅは、空気ポンプ１８０の回転を逆転させて燃焼排ガスライン１９３からの燃焼排ガスである不活性排ガスを必要量だけ吸い込み、第２不活性排ガス供給ライン１９４から弁４（燃焼排ガスライン１９３側を開）を経て空気極（カソード）１１４へ供給し、空気極（カソード）１１４で使用された不活性排ガスを酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部へ送り、第２ガス供給ライン１９１→弁５→熱交換器ＨＥＸ→空気ポンプ１８０→不活性排ガス供給ライン１９２→排気ダクト１８１を経て外部へ排気する不活性排ガス供給ラインが構成されている。
前記不活性排ガスをこの不活性排ガス供給ラインを経て空気極（カソード）１１４へ供給し、空気極（カソード）１１４で使用された不活性排ガスを酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部に供給する際は、弁４は燃焼排ガスライン１９３側を開け、空気ポンプ１８０の回転を逆転させ、弁Ｖ５を開け、第１ガス供給ライン１９０の弁Ｖ６を閉じる。
前記の弁Ｖ４、弁６および弁Ｖ５は、燃料電池１１０の空気極１１４へ不活性排ガスを供給するための供給弁としても作用する。
【００８３】
運転して外部出力および燃料電池システム１００Ｅの内部負荷（余剰電力ヒータ、補機動力など）に対応する電力を供給していた本発明の燃料電池システム１００Ｅに停止命令がだされた後、燃料電池１１０の出力が燃料電池システム１００Ｄの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力を停止（ＯＦＦ）する。
そして、図６（Ｂ）に示すように、燃料電池システム１００Ｅの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、弁４は燃焼排ガスライン１９３側を開け、空気ポンプ１８０の回転を逆転させ、弁Ｖ５を開け、第１ガス供給ライン１９０の弁Ｖ６を閉じ、前記不活性排ガスを前記不活性排ガス供給ラインを経て空気極（カソード）１１４へ供給し、空気極（カソード）１１４で使用された不活性排ガスを酸化剤ガス加湿タンク１６６の気相部に供給し、第２ガス供給ライン１９１→弁５→熱交換器ＨＥＸ→空気ポンプ１８０→不活性排ガス供給ライン１９２→排気ダクト１８１を経て外部へ排気する。
【００８４】
そして第２不活性排ガス供給ライン１９４や空気極（カソード）１１４などに残存する残存空気を消費し、電池電流、改質燃料ガス、空気ポンプ出力などが低下し、そしてセル電圧（Ｖ）が第１電圧下限値（例えば、約０．３Ｖ／セル）に達したことを検知しても、燃料電池システム１００Ｅの内部負荷への電力の供給を行ってそのまま運転を継続する。
【００８５】
このようにして電気化学的反応を継続させると、第２不活性排ガス供給ライン１９４や空気極（カソード）１１４などに残存する残存空気が消費され、セル電圧が低下する。
そして、セル電圧が第１電圧下限値よりさらに低い第２電圧下限値（例えば、約０．１Ｖ／セル）に達したことを検知したら、燃料電池システム１００Ｅの内部負荷への電力供給を停止し、図６（Ｃ）に示すように、弁Ｖ１、弁Ｖ２、弁Ｖ５を閉じ、弁４は燃焼排ガス供給ライン１９３側を開にし、第１ガス供給ライン１９０に備えられた弁Ｖ６は閉じたまま、空気ポンプ１８０を停止し、反応ガスの燃料電池１１０への供給を停止し、そしてセル電圧が０あるいは０近傍になったら燃料電池システム１００Ｅの運転を停止する。
このように、弁Ｖ４は燃焼排ガス供給ライン１９３側を開にし、弁Ｖ５、弁Ｖ６を閉じたので系外からの空気の侵入を確実に遮断でき、電極の劣化を防止できる。セル電圧が０あるいは０近傍になったら燃料電池システム１００Ｅの運転を停止するので転極を防止できる。
【００８６】
第５の実施の形態の本発明の燃料電池システム１００Ｅは、空気極（カソード）１１４で使用された空気あるいは不活性排ガスを排気ダクト１８１を経て外部に排出するラインに弁３を設置する必要がないのでコスト低減できる。
【００８７】
なお、上記実施形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００８８】
上記実施形態においては、燃料電池１１０から排出される未反応ガスをバーナ１６０で燃焼して改質反応に必要な熱を供給するとともに、得られた燃焼排ガスを不活性排ガスとして使用した例を示したが、不活性排ガスを得る方法はこれに限定されず、燃料電池１１０から排出される未反応ガスを別に設置した燃焼装置を用いて燃焼して不活性排ガスを得る方法、触媒燃焼器などの燃焼器で生成する微量の酸素を含む（１０容量％以下）燃焼排ガスを使用する方法、燃焼排ガスを酸素除去装置で処理して燃焼排ガス中の酸素を低減して不活性排ガスとして使用する方法などを用いることもできる。
【００８９】
また、上記実施形態においては、いずれも、燃料電池システムの運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部を停止し、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、前記不活性排ガスを酸化剤ガスに替えて酸化剤ガス加湿タンクあるいは酸化剤ガス加湿タンクの気相部に供給して加湿して、あるいは加湿せずに燃料電池の空気極に供給して残存する酸化剤ガスを消費させ、燃料電池の電圧が予め設定された電圧下限値に達したことを検知した後、運転を停止する例を示したが、燃料電池システムの運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の少なくとも一部を停止し、停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、前記のようにして燃料電池システムの運転を停止することによっても本発明の目的を達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池システムの運転を停止する際に、燃料電池の出力が燃料電池システムの内部負荷に対応する出力になった時に外部出力の全部あるいは少なくとも一部を停止し、燃料電池システムの内部負荷に対応する電気化学的反応を継続させたまま、あるいは停止しなかった外部出力に対応する電気化学的反応を継続させたまま、前記不活性排ガスを前記酸化剤ガスに替えて燃料電池の空気極に供給して残存する酸化剤ガスを消費させ、燃料電池の電圧が予め設定された電圧下限値に達したことを検知した後、運転を停止するように構成したので、触媒のシンタリングによる有効面積の減少、触媒溶出、触媒担持カーボンの腐食などに起因する電極の劣化を防止し、電池の特性劣化を防止しつつ、残留酸素を充分に消費して効率よく運転停止できる上、セル間でバラツキが生じることがなく、小型化可能で、高い電池性能を長期にわたり維持できるという顕著な効果を奏するため、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は、第１の実施の形態の本発明の燃料電池システムの停止方法を模式的に説明する説明図である。
【図２】（イ）は、本発明の燃料電池システムの停止時の電池電圧と不活性排ガス供給および不活性排ガス供給経路切り替え、第１電圧下限検知、第２電圧下限検知などを説明する説明図であり、（ロ）は、本発明の燃料電池システムの停止時の外部電力、内部負荷、電池電流、改質燃料ガス、空気ポンプ、不活性排ガスのＯＮ−ＯＦＦなどを説明する説明図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、第２の実施の形態の本発明の燃料電池システムの停止方法を模式的に説明する説明図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、第３の実施の形態の本発明の燃料電池システムの停止方法を模式的に説明する説明図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は、第４の実施の形態の本発明の燃料電池システムの停止方法を模式的に説明する説明図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、第５の実施の形態の本発明の燃料電池システムの停止方法を模式的に説明する説明図である。
【図７】従来の家庭用燃料電池コージェネレーションシステムを模式的に説明する説明図である。
【図８】図７に示した従来の家庭用燃料電池コージェネレーションシステムであって固体高分子形燃料電池を備えた燃料電池システムの主要部の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９２】
１００Ａ〜Ｅ  燃料電池システム
１５９  改質装置
１１０  燃料電池
１６０  バーナ
１６６  酸化剤ガス加湿タンク
１７２  改質ガス加湿タンク
１４４  空気極
１２２  燃料極
１８０  空気ポンプ
１９０  第１ガス供給ライン
１９１  第２ガス供給ライン
１９２  不活性排ガス供給ライン
１９４  第２不活性排ガス供給ライン
ＨＥＸ  熱交換器
Ｖ１〜６  弁
【図１】
2008091103.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008091103.tif 000007
【図６】
2008091103.tif 000008
【図７】
2008091103.tif 000009
【図８】
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