(57)【要約】【課題】この発明は、燃料電池システムに関し、残留水素と空気とを反応させた後にアノードに残留する水を低減することを目的とする。【解決手段】燃料電池スタック１内部のアノードに、水素系置換用空気供給ライン６、管路２３、管路２０を経由して空気を供給する。アノード、気液分離器７、管路２０、水素循環ポンプ４、管路２０、アノードを辿る循環経路が備えられる。水素循環ポンプ４を運転し、供給した空気とアノードの水素を循環させて、アノードを窒素に置換する。水素循環ポンプ４の運転によりアノードの窒素を含むガスが循環し、ガスがアノードに生成された水を搬送し、搬送された水が気液分離器７において回収される。【選択図】図１
2008041395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池のアノードに空気を供給する空気供給機構と、
前記アノードに連通するガス循環経路と、
前記アノード内のガスを前記ガス循環経路において循環させる循環機構と、
前記ガス循環経路を循環するガスから水を回収する気液分離機構と、
前記燃料電池の運転停止時に、前記空気供給機構を制御して前記アノードに空気を供給し、該空気の供給後に該アノードの水素の置換に必要な時間よりも長く、前記循環機構により前記ガス循環経路内のガスを流動させる循環制御手段と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記アノードに供給される空気は、前記アノードの水素を窒素に置換しうる量の空気を含む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】
前記循環制御手段は、前記空気の供給によって前記アノードに生成される水が前記気液分離機構に全て回収されるのに必要な時間、前記循環機構を運転状態とすることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記アノードにおける水素の窒素への置換が完了したことを検知する検知手段と、
前記検知がなされた後、前記検知後に前記アノードに残留する水が前記気液分離機構に全て回収されるのに必要な時間が経過した後で前記循環機構を停止することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池と、
前記燃料電池のアノードに空気を供給する空気供給機構と、
前記アノードに連通するガス循環経路と、
前記アノード内のガスを前記ガス循環経路において循環させる循環機構と、
前記ガス循環経路を循環するガスから水を回収する気液分離機構と、
前記アノードの残留水を推定する残留水推定手段と、
前記燃料電池の運転停止時に、前記空気供給機構を制御して前記アノードに空気を供給し、該空気の供給後に前記残留水推定手段が推定した残留水量に対応する時間、前記循環機構によってガス循環経路内のガスを流動させる制御手段と、
を有す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】
この発明は、燃料電池システムに係り、特に、燃料電池停止後のアノードの水管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許第２５４１２８８号公報に開示されているように、燃料電池の運転停止時に、アノードに空気を供給し、アノードの残留水素を空気と反応させる燃料電池システムが知られている。上記従来のシステムによれば、燃料電池の運転停止後に、水素が残存しているアノードに空気が供給される。その後、アノードにおいて水素と空気が反応して水素が減少するとともに、水素が窒素に置換される。これにより、システムの停止時に、アノードに残留する水素量を減少させることができる。
【０００３】
【特許文献１】特許第２５４１２８８号公報
【特許文献２】特許第２８８７３４６号公報
【特許文献３】特開２００３−３３１８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のシステムでは、残留水素と空気の反応により生成された水がアノードに残留したまま、次回の始動が行われる場合がある。この場合には、アノードへの水素の供給が、残留した水によって阻害される。従って、燃料電池の次回の始動を円滑に行えなくなる場合がある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、残留水素と空気とを反応させた後にアノードに残留する水を低減することが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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池のアノードに空気を供給する空気供給機構と、
前記アノードに連通するガス循環経路と、
前記アノード内のガスを前記ガス循環経路において循環させる循環機構と、
前記ガス循環経路を循環するガスから水を回収する気液分離機構と、
前記燃料電池の運転停止後に、前記空気供給機構を制御して前記アノードに空気を供給し、該空気の供給後に該アノードの水素の置換に必要な時間よりも長く、前記循環機構により前記ガス循環経路内のガスを流動させる循環制御手段と、
を有することを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記アノードに供給される空気は、前記アノードの水素を窒素に置換しうる量の空気を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記循環制御手段は、前記空気の供給によって前記アノードに生成される水が前記気液分離機構に全て回収されるのに必要な時間、前記循環機構を運転状態とすることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明において、
前記アノードにおける水素の窒素への置換が完了したことを検知する検知手段と、
前記検知がなされた後、前記検知後に前記アノードに残留する水が前記気液分離機構に全て回収されるのに必要な時間が経過した後で前記循環機構を停止することを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、
燃料電池と、
前記燃料電池のアノードに空気を供給する空気供給機構と、
前記アノードに連通するガス循環経路と、
前記アノード内のガスを前記ガス循環経路において循環させる循環機構と、
前記ガス循環経路を循環するガスから水を回収する気液分離機構と、
前記アノードの残留水を推定する残留水推定手段と、
前記燃料電池の運転停止後に、前記空気供給機構を制御して前記アノードに空気を供給し、該空気の供給後に前記残留水推定手段が推定した残留水量に対応する時間、前記循環機構によってガス循環経路内のガスを流動させる制御手段と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、燃料電池の運転停止後に、残留水素と空気の反応により水素の低減を行った後、水素と空気の反応に伴ってアノードに生成された水を、気液分離機構に回収することができる。このため、アノードに残留する水を低減することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、アノード内の水素を窒素に置換してアノード内を不活性ガスである窒素で満たすとともに、アノードに生成される水の低減を行うことができる。
【００１３】
第３の発明によれば、残留水素と空気の反応による生成水の気液分離機構への回収率を向上させ、水がアノードに残留するのを避けることができる。
【００１４】
第４の発明によれば、アノードの水素の置換の完了を検知し、水の生成反応の完了を検知することができる。そして、検知の後、循環機構の運転時間を計測し、アノードに残留する水を気液分離機構で回収するのに必要な時間が経過したら循環機構を停止する。これにより、循環機構の運転が必要以上に長くなることを避け、水がアノードに残留するのを避けることができる。
【００１５】
第５の発明によれば、燃料電池の運転停止後に、残留水素と空気の反応により水素の低減を行った後、ガス循環経路でガスを流動させることにより、水素低減によってアノードに生成された水を気液分離機構に回収することができる。そして、アノードの残留水量を推定することにより、ガス循環経路内のガス流動をこの残留水量に応じて行うようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステムの構成］
図１は、実施の形態１の燃料電池システムの構成を説明するための図である。本実施の形態のシステムは、例えば車両などに搭載した状態で用いることができる。
【００１７】
このシステムは、燃料電池スタック１を備えている。燃料電池スタック１は、内部に複数の燃料電池セル（図示せず）を有する。燃料電池セルは、電解質膜を有する。電解質膜を境界に、燃料電池の一方の側にアノード、他方の側にカソードが設けられる。アノードとカソードは、それぞれ、電極、触媒層などを備える。燃料電池セルの運転時には、アノードには水素が供給され、カソードには空気が供給される。この水素および空気が燃料電池セル内部で反応し、電力が発生する。
【００１８】
発電の最中には、アノードの触媒層において水素が反応し、水素イオンと電子が生成される。水素イオンは、電解質膜を通過してカソードへと移動する。電子は、アノードの電極内部を移動し、隣接する他の燃料電池セルのカソードへと到達する。カソードでは、空気（酸素）が水素イオンおよび電子と反応し、水が生成される。なお、燃料電池セルの構造および発電時の反応に関する更なる詳細については、多くの文献が開示されているため、説明を省略する。
【００１９】
燃料電池スタック１は、水素供給口３１を備えている。前述したアノードは、水素供給口３１に連通している。水素供給口３１は、管路２０に連通している。管路２０は、水素圧力センサ１０を備える。水素圧力センサ１０を用いることにより、アノードの圧力を検知できる。
【００２０】
管路２０は、水素入口弁３に連通している。水素入口弁３により、管路２０への水素流入経路を開閉することができる。水素入口弁３は、水素調圧弁２に連通している。水素調圧弁２は、水素で充填された水素供給源１７に連通している。水素調圧弁２は、水素供給源１７の高圧な水素を、適当な圧力に減圧して供給する。
【００２１】
燃料電池スタック１は、水素排気口３２を備えている。アノードは、水素供給口３１に連通するとともに、水素排気口３２にも連通している。水素排気口３２は、気液分離器７に連通している。気液分離器７は、水素排気口３２から流入してくるガスに含まれる水を分離することができる。ガスには、水素の余剰分と、アノード内の水および窒素とが混合して含まれている。気液分離器７は、排気弁８を備える。排気弁８を開くことにより、ガスから分離した水を排出することができる。
【００２２】
気液分離器７は、管路２３に連通している。気液分離器７から管路２３へ、水分離が行われたガスが流入する。管路２３は、水素濃度センサ９を備える。水素濃度センサ９により、管路２３を流れるガスの水素濃度を検知することができる。管路２３は水素循環ポンプ４の吸入口に連通している。水素循環ポンプ４は、管路２３から吸入したガスを、管路２０に吐出する。その結果、水素排気口３２から流出したガスは、水素供給口３１に循環される。
【００２３】
燃料電池スタック１は、空気供給口３３を備えている。前述したカソードは、空気供給口３３に連通している。空気供給口３３は、管路２５に連通している。管路２５は、加湿モジュール１２に連通している。加湿モジュール１２は、エアコンプレッサ１１に連通している。エアコンプレッサ１１はエア吸気口１５から空気を吸入し、加湿モジュール１２に供給する。加湿モジュール１２は、供給された空気を加湿し、管路２５へ流出する。
【００２４】
燃料電池スタック１は、空気排気口３４を備えている。カソードは、空気供給口３３に連通すると共に、空気排気口３４にも連通している。空気排気口３４は、管路２６に連通している。管路２６へは、カソードから排気されるガスが、空気排気口３４を通って流入する。管路２６は、カソードの圧力を検知する空気圧力センサ１３を備える。管路２６は、加湿モジュール１２に連通している。
【００２５】
加湿モジュール１２は、管路２６より流入するガスから、水を取り入れることができる。この水は、前述した、管路２５へ流出する空気の加湿に利用される。加湿モジュール１２は、空気調圧弁１４に連通する。空気調圧弁１４は、加湿モジュール１２側の圧力を適切に調節しつつ、カソードから排気されるガスをエア排気口１６に排出する。
【００２６】
管路２５からは、水素系置換用空気供給ライン６が分岐している。水素系置換用空気供給ライン６は、空気供給弁５を介して管路２３に連通する。空気供給弁５を開くことで、水素系置換用空気供給ライン６からアノードに連通する経路が形成される。
【００２７】
図２は、実施の形態１の燃料電池システムを、燃料電池ハイブリッド車に搭載した場合の構成を示す図である。燃料電池スタック１には、発電した電力を外部に供給するための導電線５１が接続される。導電線５１は、車両の駆動機構５２へ接続される。また、導電線５１は、コンバータを介してバッテリー５５に接続されている。状況に応じ、バッテリー５５が充電される。
【００２８】
［実施の形態１のシステムの動作］
以下、図１を参照して、本実施形態の燃料電池システムの動作について説明する。
【００２９】
（運転時の動作）
運転時には、水素入口弁３が開状態となる。これにより、水素供給源１７に貯留されている水素が、管路２０、水素供給口３１を通ってアノードへと供給される。エアコンプレッサ１１が駆動されることにより、エア吸気口１５から空気が吸入される。
【００３０】
吸入された空気は、エアコンプレッサ１１から吐出され、加湿モジュール１２に至る。加湿モジュール１２は、空気に対して加湿を行い、管路２５へと流出する。空気供給弁５は、運転時には閉状態とされる。管路２５を通った空気は、空気供給口３３を通ってカソードへと到達する。このようにして、カソードに空気が供給される。
【００３１】
アノードに供給された水素と、カソードに供給された空気により、燃料電池セルで前述した反応が生じる。これにより、発電を行うことができる。
【００３２】
（停止時の動作）
（操作者より）燃料電池システムの停止が要求された場合、まず、水素入口弁３を閉じて、水素供給源１７からの水素供給を停止する。このときアノードおよび管路２０、２３（循環系路）の内部には水素が消費されずに残留している。本実施例では、この水素を低減するために、システム停止要求があっても、引き続き水素循環ポンプ４とエアコンプレッサ１１を継続して作動させ、燃料電池で発電反応を生じさせる（水素消費制御）。
【００３３】
更に、アノード内の水素を不活性ガスに置換するため、水素残留量が所定値以下になった時点で、水素系置換用空気供給ライン６の空気供給弁５を開弁して、残留水素量に対応する量の空気をアノードに供給する。目標量の空気を供給後、空気供給弁５を閉じると共に、引き続き水素循環ポンプ４の運転を継続して、循環系路内でガスを流動させ、アノードでの残留水素と空気の反応を促進する。アノードでは残留水素と空気中の酸素の酸化反応により、水が生成し、次第にアノードでは窒素の濃度が上昇して窒素置換が行われる。
【００３４】
アノードが窒素に置換された後、生成された水はアノードに残留する。この水が、アノードへの水素の供給を阻害し、次回の燃料電池システムの始動を円滑に行えなくする恐れがある。よって、これを防止するために、本実施形態では、水素の置換後に、水素循環ポンプ４の運転を継続し、ガス及び水を流動させることにより、アノードに残留する水を気液分離器７で回収する。
【００３５】
具体的には、水素循環ポンプ４が運転されることにより、アノードに残留した窒素を含むガスが、アノードに連通する循環経路（アノード→気液分離器７→管路２３→水素循環ポンプ４→管路２０→アノード）を循環する。循環経路をガスが循環する際、このガスに付随してアノードに残留する水が搬送される。搬送された水は、気液分離器７に到達した際に回収される。その結果、水素の置換後にアノードに残留する水を低減することができる。
【００３６】
［実施の形態１における具体的処理］
以下、図３を参照して、本実施形態の燃料電池システムが行う具体的処理を説明する。この処理は、図１に示した燃料電池システムが備えるECU（Electronic Control Unit、図示せず）によって実行され、燃料電池システムを停止する際に実行される。
【００３７】
図３は、本実施形態の燃料電池システムが行う具体的処理を示すフローチャートである。この処理は、一例として、燃料電池システムが車両に搭載された状態を想定したものである。
【００３８】
図３に示す処理においては、先ず、システムメインスイッチがオフになっているか否かが判別される（ステップ１０１）。燃料電池システムが、車両以外に搭載されている場合には、当該システムが停止状態への移行を開始したか否かなどの情報により、上記の判断を下すことができる。
【００３９】
システムメインスイッチがオフになっていると判別された場合には、水素消費制御が行われる（ステップ１０２）。具体的には、アノードの水素を低減する処理が行われる。先ず、水素入口弁３が閉状態となり、水素の供給が停止される。その後、残留する水素と空気が前述した反応を生ずる。反応に伴い、アノードの水素が減少し、アノードの圧力が低下する。この水素の減少により、置換に要する時間が短縮される。反応により生じた電力は、本実施の形態では、バッテリー５５へと充電するか、あるいは、水素循環ポンプ４またはエアコンプレッサ１１に供給されるものとする。
【００４０】
その後、水素消費が完了しているか否かが判別される（ステップ１０３）。具体的には、水素圧力センサ１０の検知によってアノードの圧力が所定の閾値よりも低くなっているか否かが判別され、圧力が当該閾値を下回った場合には水素消費制御完了の成立が認められる。この閾値は、水素消費制御における水素低減量の目標値に応じて、適宜定めることができる。水素消費が完了したと判別されるまでは、水素消費制御が継続される。
【００４１】
水素消費が完了したと判別された場合には、アノード空気置換制御が行われる（ステップ１０４）。具体的には、アノードの水素を窒素に置換する処理が行われる。アノードに対して、残留する水素が全て反応するように空気を供給する。空気中の酸素の比率は約５分の１（約２１％）であるため、水素の２．５倍の量の空気が供給されることにより、必要な酸素量が供給される。ここで供給される空気量は、実質的に全ての水素がアノード触媒上で空気と反応し、残存水素が実質的に零となるような量である。
【００４２】
空気が供給される際には、先ず、空気供給弁５が開状態とされ、エアコンプレッサ１１がONとされる。これにより、エアコンプレッサ１１がエア吸気口１５から吸入した空気が、水素系置換用空気供給ライン６を通ってアノードに供給される。
【００４３】
アノードに空気が供給されると、アノードの圧力が上昇する。水素圧力センサ１０の検知により、圧力の上昇分が検知され、アノードに供給された空気の量が算出される。十分な空気が供給されたものと判別されたら、空気の供給が停止される。具体的には、空気供給弁５が閉じられ、エアコンプレッサ１１がOFFとされる。
【００４４】
その後、水素循環ポンプ４がONとされる。これにより、水素と空気が、アノードおよびアノードに連通する循環経路の中を混合しながら循環する。アノードの触媒層における、水素と酸素の酸化反応が促進されて、水が生成される。水素濃度センサ９によって、循環する混合ガスの水素濃度が検知される。反応が進むにつれ、水素濃度および酸素濃度が低下する。
【００４５】
その後、アノードの置換が完了しているか否かが判別される（ステップ１０５）。具体的には、水素濃度センサ９の検知によって、アノードの水素濃度が零となっているか否かが判別される。水素濃度が零であると判別された場合には、置換が終了したと判断することができ、水の生成反応が終了したと判断することができる。なお、水素濃度センサ９を用いる代わりに、アノード側の圧力や、水素循環ポンプ４の駆動時間に基づいて、この判断を行っても良い。その場合には、水素濃度センサ９をシステムから省くことができる。
【００４６】
続いて、ECUが備えるパージタイマがリセットされ（ステップ１０６）、パージタイマのカウントUpが開始される（ステップ１０７）。置換完了後も、引き続いて水素循環ポンプ４が運転されることにより、アノードのガスが循環する。循環するガスにより、アノードに残存する水が搬送されて気液分離器７に回収され、水のパージが行われる。この間、パージタイマが、水素循環ポンプ４の運転時間をカウントする。
【００４７】
その後、パージタイマによりカウントされた値が、予め実験などにより定められたt_PWよりも大きいか否かが判別される（ステップ１０８）。このt_PWの値は、置換の完了後にアノードに残留する水がすべて気液分離器７に回収されるまでの時間に相当する。この値は、例えば、実験で求めた測定値に基づいて、固定値として定めることができる。
【００４８】
パージタイマのカウント値がt_PWよりも大きいと判別された場合には、置換によりアノードに生成された水が、全て気液分離器７に回収されたと判断することができる。その後、燃料電池システムにおけるその他の運転終了処理（ステップ１０９）が行われた後、一連の処理が終了する。
【００４９】
以上の処理によれば、燃料電池の運転停止後に、水素の置換を行った後、置換によってアノードに生成された水を気液分離器７で回収することができる。このため、本実施形態によれば、アノードに残留する水を低減することができ、燃料電池の始動が妨げられる恐れを少なくすることができる。
【００５０】
更に、上記の処理によれば、置換によって生成される水が気液分離器７に全て回収されるのに必要な時間、水素循環ポンプ４を運転状態とする。これにより、置換によって生成される全ての水を気液分離器７に回収することができ、アノードに水が残留するのを確実に避けることができる。
【００５１】
また、上記の処理によれば、水の生成反応の終了を検知した後にパージタイマをリセットしてカウントを開始する。その後、カウントの値が、アノードに残留する水を気液分離器７で回収するのに必要な時間に相当するt_PWを超えたら、水素循環ポンプ４を停止する。これにより、水素循環ポンプ４の運転時間を、必要最小限とすることができる。このため、水素循環ポンプ４の運転に用いられるエネルギーを最小限にし、アノードに水が残留するのを防ぐことができる。
【００５２】
なお、上述した実施の形態１においては、アノードに空気を供給する機構が、前記第１の発明における「空気供給機構」に、アノードに連通する循環経路が、前記第１の発明における「ガス循環経路」にそれぞれ相当する。また、水素循環ポンプ４が、前記第１の発明における「循環機構」に、気液分離器７が前記第１の発明における「気液分離機構」にそれぞれ相当する。
【００５３】
また、上述した具体的処理におけるステップ１０４からステップ１０５までの処理、および水素循環ポンプ４の運転および停止に関する処理が前記第１の発明における「循環制御手段」に相当する。また、水素濃度センサ９が、前記第４の発明における「検知手段」に相当する。
【００５４】
［本発明の変形例］
次に、本発明の変形例について説明する。
【００５５】
（第１変形例）
実施の形態１においては、水素の置換の完了を検知して、置換完了後にアノードに残留する水を気液分離器７で回収するのに必要な時間だけ、水素循環ポンプ４を運転させることとしている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、置換完了の検知を行わずに、水素循環ポンプ４の運転を行うようにしてもよい。
【００５６】
具体的には、アノード空気置換制御（ステップ１０４）において水素循環ポンプ４を運転状態とした後、パージタイマのリセットおよびカウントUpを開始する。その後、実験値などに基づいて定められた水の回収の終了予想時間が経過するまで、水素循環ポンプ４を運転状態とする。この終了予想時刻は、アノードに生成される水が全て回収される時間を実験などにより求め、更に他の変動要因を考慮して必要に応じて補正を加えた上で、所定の値に定めることができる。
【００５７】
このようにすることで、置換の完了を検知することなく、アノードへの水の残留を避けることができる。このため、実施の形態１に比較して水素循環ポンプ４の運転が余分に行われる場合があるものの、置換完了の検知を省略することができ、システムの処理を簡略化することができる。
【００５８】
（第２変形例）
実施の形態１においては、ステップ１０８におけるt_PWの値を、予め実験などにより求めた固定値としている。よって、置換完了時にアノードに残留している水の量が、種々の要因により一定とならない場合には、確実にアノードの水を回収するために、変動要因を考慮してt_PWの値を大きい値とする。
【００５９】
しかし、t_PWの値を大きくして余裕を持たせると、アノードの水の回収が完了しているにも係らず、パージタイマのカウントがt_PWを超えるまで水素循環ポンプ４が運転され続ける場合が起こり得る。このように、水素循環ポンプ４の運転が必要以上に長く行われる可能性がある。
【００６０】
これに対応するために、第２変形例として、t_PWの値を変動値とし、置換が行われる度にアノードに残留する水の量に対応した最適値を算出して、水素循環ポンプ４の運転時間を決定するような処理を行うことができる。具体的には、実施の形態１に更に温度センサを設けた構成において、先ず、ステップ１０３から１０４へ移行する際に、アノード側の水素濃度、圧力、燃料電池の温度（水素ガスの温度）を測定する。続いて、水素濃度、圧力、アノード側の系の体積から、この系内に残存している水素量を算出する。この水素量に基づいて、置換によって生成する水の量を算出する。
【００６１】
また、燃料電池の温度とアノード側の系の体積から、この系に存在する水蒸気量を算出することができる（この場合には、当該系が水蒸気飽和状態にあると考えることができる）。この水蒸気量を、上記算出した生成水量に加えることで、系内の全体の残存水量が得られる。全体の残存水量に対して、凝縮せずに水蒸気のまま存在するであろう水量を考慮して所定の係数（例えば、０．７程度）を乗ずることにより、置換後に液体としてアノードに残留する水量を推定する。
【００６２】
その後、推定した水量、水素循環ポンプ４の能力などに基づく循環経路内の循環流量、および気液分離器の回収能力に基づいて、t_PWの値を定めることができる。このようにすることで、水素循環ポンプ４の運転時間を、実施の形態１に比べて必要最小限に抑えることができる。
【００６３】
なお、上述した第２変形例における、アノードの残留水量を推定する方法が、前記第５の発明の「残留水推定手段」に、エアコンプレッサ１１の駆動によるアノードへの空気供給の処理、および推定した水量などに基づいて定めたt_PWに従って水素循環ポンプ４を駆動させる処理が、前記第５の発明の「制御手段」にそれぞれ相当する。
【００６４】
（第３変形例）
実施の形態１においては、置換完了後にアノードに残留する水を気液分離器７で全て回収するのに必要な時間、水素循環ポンプ４を運転させることとしている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６５】
アノードに残留する水が低減すれば、燃料電池システムの始動性が低下する恐れが少なくなる。よって、アノードの水素が窒素に置換されるのに必要な時間に基づいて、この時間よりも長く水素循環ポンプ４を運転状態とするような処理を行うようにしてもよい。
【００６６】
このようにすることで、実施の形態１のように全ての水を除去する迄には至らないものの、置換によって生成された水が気液分離器７に回収されるため、アノードに残留する水を減少させることができる。これにより、燃料電池の始動性が妨げられる恐れを少なくすることができる。
【００６７】
（その他の変形例）
実施の形態１では、水素消費制御（ステップ１０２）の際に、アノードに残留した水素を発電に利用している。しかし、例えば、排気弁８を開いて外部に排出することにより、アノードの水素を減少させることができる。この場合には、アノードの水素を、図示しない希釈機構を用いて希釈した後に、排気弁８から排気する。このようにすることで、反応による水素の消費を待つ時間が短縮され、アノード空気置換制御（ステップ１０４）への移行を迅速に行うことができる。
【００６８】
また、実施の形態１では、アノード空気置換制御（ステップ１０４）において、水素圧力センサ１０の値を参照して、アノードに供給される空気が置換必要量に至ったことを確認している。これ以外の方法として、例えば、エア吸気口１５とエアコンプレッサ１１との間にエアフローメータを取り付け、流通する空気の量を検知することによって、アノードへの空気の供給量を検知することができる。
【００６９】
また、エアコンプレッサ１１の駆動時間と空気吐出量との相関を基にして、駆動時間を調整することにより、アノードへの空気の供給量を調節することができる。必要に応じ、これらの手段から最適な方法を選択することにより、または、これらの手段を併用することにより、空気の供給量をより容易に、正確に把握することができる。また、ステップ１０２およびステップ１０３の処理を省略し、制御を簡略化することも可能である。
【００７０】
なお、実施の形態１では、アノードの水素を不活性ガスである窒素に置換して、アノードを含む系内を窒素で満たす場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。アノードに対して空気を供給して水素を低減するシステムであれば、本発明の思想に基づいて、アノードの残留水を低減し、システムの次回の運転が円滑に行われるようにすることができる。
【００７１】
また、実施の形態１では、システムメインスイッチがＯＦＦ状態か否かの確認後、水素消費制御を行った後、アノードへの空気供給を行った。しかしながら、本発明におけるアノードへの空気供給のタイミングはこれに限られない。例えば、燃料電池の停止要求後の運転停止処理中、または、燃料電池が運転停止状態となる前に、アノードへの空気供給が開始されるようなシステムであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１の燃料電池システムの構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１の燃料電池システムが、車両に搭載された様子を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
燃料電池スタック            １            水素循環ポンプ              ４
空気供給弁                  ５            水素系置換用空気供給ライン  ６
気液分離器                  ７            水素濃度センサ              ９
水素圧力センサ              １０          エアコンプレッサ            １１
空気圧力センサ              １３          管路                        ２０
管路                        ２３
水素供給口                  ３１          水素排気口                  ３２
空気供給口                  ３３          空気排気口                  ３４
【図１】
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【図２】
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【図３】
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