(57)【要約】【課題】効率良く燃料電池スタック内部をパージングできる燃料電池システムおよび燃料電池システムの稼動停止方法を提供する。【解決手段】燃焼熱を生成する熱源部２４を具備して、熱源部２４で生成された燃焼熱を利用した触媒反応によって、燃料から改質ガスを生成する改質装置２０と、アノード電極およびカソード電極を内部に具備して、アノード電極に供給された改質ガスとカソード電極に供給された酸化剤とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを生成する燃料電池スタック１０と、燃料電池システムの稼動停止時、燃料電池スタック１０への改質ガスおよび酸化剤の供給を遮断して、熱源部２４で生成されて排出される排気ガスを燃料電池スタック１０内部に供給するパージング装置３０とを含んで構成される。【選択図】図２
2008071729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼熱を生成する熱源部を具備して、前記熱源部で生成された前記燃焼熱を利用した触媒反応によって、燃料から改質ガスを生成する改質装置と；
アノード電極およびカソード電極を内部に具備して、前記アノード電極に供給された前記改質ガスと前記カソード電極に供給された酸化剤とを電気化学的に反応させて、電気エネルギーを生成する燃料電池スタックと；
燃料電池システムの稼動停止時、前記燃料電池スタックへの前記改質ガスおよび前記酸化剤の供給を遮断して、前記熱源部で生成される排気ガスを前記燃料電池スタック内部に供給するパージング装置と；
を含んで構成されることを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記パージング装置は、
前記改質装置と共有する前記熱源部と；
前記熱源部に酸化剤を供給する空気調節器と；
を備え、
前記燃料電池システムの稼動停止時、前記空気調節器は、供給量を調節した前記酸化剤を前記熱源部に供給して、
前記熱源部は、供給された前記酸化剤によって前記燃料を完全燃焼させることにより、前記排気ガスを生成することを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記パージング装置は、前記熱源部で生成される前記排気ガス中の水蒸気を凝縮するための凝縮器をさらに含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池スタックは、加湿を必要としない高分子電解質膜を具備することを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
加湿を必要としない前記高分子電解質膜は、燐酸を含有する電解質膜を含むことを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池スタックは、加湿の必要な高分子電解質膜を具備することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
加湿の必要な前記高分子電解質膜は、ナピオン電解質膜を含むことを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記熱源部の排気口、前記改質ガスが排出される前記改質装置の流出口および前記燃料電池スタックのアノード電極側流入口を連通する経路上に設置される第１流路開閉器と；
前記熱源部の前記排気口および前記燃料電池スタックのカソード電極側流入口を連通する経路上に設置される第２流路開閉器と；
を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記第１流路開閉器および前記第２流路開閉器は、３−ポートバルブで構成されることを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記熱源部の前記排気口側に設置されて、前記燃料電池システムの駆動時、前記熱源部の前記排気ガスを排出するための第３流路開閉器をさらに含むことを特徴とする、請求項８または９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記空気調節器は、
燃料電池制御器によって制御され、前記燃料電池スタックに前記酸化剤を供給し、
前記空気調節器に隣接して設置される第４流路開閉器は、前記燃料電池システムの稼動停止時、前記燃料電池スタックへの前記酸化剤供給を遮断して、前記熱源部へ前記酸化剤を供給することを特徴とする、請求項２〜１０のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
熱源部から生成される燃焼熱を利用した触媒反応によって、燃料から改質ガスを生成する改質装置と；
アノード電極およびカソード電極を内部に具備して、前記改質装置から供給される前記改質ガスと空気調節器から供給される酸化剤とを電気化学的に反応させて、電気エネルギーを生成する燃料電池スタックと；
前記熱源部の排気口、前記改質ガスが排出される前記改質装置の流出口および前記燃料電池スタックのアノード電極側流入口を連通する経路上に設置される第１流路開閉器と；
前記熱源部の前記排気口および前記燃料電池スタックのカソード電極側流入口を連通する経路上に設置される第２流路開閉器と；
を具備する燃料電池システムの稼動停止方法において、
前記燃料電池スタックの稼動停止時、前記第１流路開閉器を制御することにより、前記燃料電池スタックの前記アノード電極に供給される前記改質ガスを遮断して、前記第２流路開閉器を制御することにより、前記燃料電池スタックの前記カソード電極に供給される前記酸化剤を遮断する遮断段階と；
前記空気調節器によって供給量を調節した前記酸化剤を前記熱源部に供給して、前記熱源部に供給された前記燃料を前記熱源部で完全燃焼することにより、排気ガスを生成する前記燃料の完全燃焼段階と；
前記第１流路開閉器および前記第２流路開閉器の中で、少なくともいずれか一つを介して、前記熱源部の前記排気口から排出される前記排気ガスを、前記燃料電池スタックの前記アノード電極側流入口または／および前記カソード電極側流入口に供給する前記燃料電池スタックへの前記排気ガス供給段階と；
を含むことを特徴とする、燃料電池システムの稼動停止方法。
【請求項１３】
前記燃料の完全燃焼段階と前記燃料電池スタックへの前記排気ガス供給段階との間に、前記熱源部の前記排気口側に設置される凝縮器を通じて、前記熱源部から排出される前記排気ガス中の水蒸気を凝縮する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の燃料電池システムの稼動停止方法。
【請求項１４】
前記燃料電池スタックの稼動停止時において、前記熱源部に供給される前記酸化剤量は、前記空気調節器によって調節され、
前記空気調節器は、燃料電池制御器によって制御されることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の燃料電池システムの稼動停止方法。
【請求項１５】
前記燃料電池スタックは、加湿を必要としない高分子電解質膜を具備することを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれかに記載の燃料電池システムの稼動停止方法。
【請求項１６】
加湿を必要としない前記高分子電解質膜は、燐酸を含有する電解質膜を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の燃料電池システムの稼動停止方法。
【請求項１７】
前記燃料電池スタックは、加湿の必要な高分子電解質膜を具備することを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれかに記載の燃料電池システムの稼動停止方法。
【請求項１８】
加湿の必要な前記高分子電解質膜は、ナピオン電解質膜を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池システムの稼動停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関し、特に、燃料電池システムの稼動停止時、燃料電池スタック内部に残存する反応物を除去することで、燃料電池システムの性能を維持して寿命を向上することができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの稼動停止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）は、メタノールや水素などの化学燃料のエネルギーを直接電気エネルギーに代える発電システムであり、低公害と高効率の利点を備える。特に、燃料電池は、貯蔵および運送が容易な石油エネルギー、天然ガス、メタノールなどのエネルギー源を利用して電気エネルギーを生成することができるため、次世代エネルギー源として注目されている。
【０００３】
このような燃料電池は、使用される電解質（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）の種類によって、燐酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、高分子電解質型燃料電池、アルカリ燃料電池などに区分される。これらの燃料電池は、基本的に同じ原理によって作動されるが、使用される燃料の種類、触媒、電解質、運転温度などに応じて、区分される。
【０００４】
高分子電解質型燃料電池は、水素イオン交換特性を備える高分子膜を電解質として用いる燃料電池である。高分子電解質型燃料電池は、他の形態の燃料電池に比べて、電流密度が大きいために高出力特性を備え、かつ構造が簡単で速い始動および応答特性、優秀な耐久性を備える。また、高分子電解質型燃料電池は、水素以外にもメタノールや天然ガスを燃料として使うことができるため、自動車の動力源、分散型現地設置用発電機、軍需用非常電源、宇宙船用電源などの多様な分野に利用される可能性を備える。
【０００５】
図１は、一般的な高分子電解質型燃料電池システムを示す概略図である。図１に示すように、従来の高分子電解質型燃料電池システムは、燃料電池スタック１００のアノード電極に供給される水素とカソード電極に供給される酸化剤とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを生成する。
【０００６】
水素は、水素供給システムから供給されてよい。水素供給システムは、水素を直接供給する装置や、化学燃料を改質して水素を含む改質ガスを供給する改質装置などで構成される。一方、酸化剤は、空気（酸化剤）供給システムから供給されてよい。空気供給システムは、酸素を含有する空気を供給する空気ポンプや、送風機などの装置で構成される。
【０００７】
従来の高分子電解質型燃料電池システムでは、燃料電池システムの稼動停止時、燃料電池スタック１００のアノード電極側流動流路（ｆｌｏｗ  ｆｉｅｌｄ）およびカソード電極側流動流路に残存する水気が、燃料電池スタック１００の温度下降によって凝縮されることにより、アノード電極の金属触媒およびカソード電極の金属触媒を濡らすことがある。また、アノード電極およびカソード電極に残存する燃料および反応物によって、アノード電極の金属触媒およびカソード電極の金属触媒が被毒されることがある。
【０００８】
したがって、従来の高分子電解質型燃料電池システムでは、燃料電池システムの稼動停止時、第１バルブＰ１および第２バルブＰ２を閉めて、第３バルブＰ３および第４バルブＰ４と排圧調節バルブＰ５、排圧調節バルブＰ６を開いて、燃料電池スタック１００に一定の圧力の窒素ガスを供給することで、燃料電池スタック１００内部に不活性雰囲気を形成して、燃料電池スタック１００内部に残存する空気、燃料、反応物および水気を除去する。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１４６０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述の従来の高分子電解質型燃料電池システムは、窒素ガスのような不活性ガスを貯蔵するための別途の貯蔵手段を設置しなければならないため、追加的な設備が必要となる。結果的に、携帯を目的とする燃料電池システムの重さと体積を増加させることになるため、利便性の観点などから相応しくない。また、燃料電池システムを車両に用いる場合、不活性ガスを搭載することが規定に違反するので、車両用燃料電池システムでは、パージングのための別の手段を講じなければならないという困難さがある。
【００１１】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、燃料電池システムの稼動停止時、別途に不活性ガス貯蔵手段を設けることなく、燃料電池スタック内部を効率的にパージングすることにより、電極触媒に損傷を与える残留物を効率良く除去することができ、燃料電池システムの安全性を高めて寿命を延長することができる燃料電池システム、および燃料電池システムの稼動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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、燃焼熱を生成する熱源部を具備して、熱源部で生成された燃焼熱を利用した触媒反応によって燃料から改質ガスを生成する改質装置と、アノード電極およびカソード電極を内部に具備して、アノード電極に供給された改質ガスとカソード電極に供給された酸化剤とを電気化学的に反応させて、電気エネルギーを生成する燃料電池スタックと、燃料電池システムの稼動停止時、燃料電池スタックへの改質ガスおよび酸化剤の供給を遮断して、熱源部で生成される排気ガスを燃料電池スタック内部に供給するパージング装置とを含んで構成される燃料電池システムが提供される。
【００１３】
パージング装置は、改質装置と共有する熱源部と、熱源部に酸化剤を供給する空気調節器とを備え、燃料電池システムの稼動停止時、空気調節器は、供給量を調節した酸化剤を熱源部に供給して、熱源部は、供給された酸化剤によって燃料を完全燃焼させることにより、排気ガスを生成することができる。
【００１４】
パージング装置は、熱源部で生成される排気ガス中の水蒸気を凝縮するための凝縮器をさらに含むことができる。
【００１５】
燃料電池スタックは、加湿を必要としない高分子電解質膜を具備することができる。
【００１６】
加湿を必要としない高分子電解質膜は、燐酸を含有する電解質膜を含むことができる。
【００１７】
燃料電池スタックは、加湿の必要な高分子電解質膜を具備することができる。
【００１８】
加湿の必要な高分子電解質膜は、ナピオン電解質膜を含むことができる。
【００１９】
燃料電池システムは、熱源部の排気口、改質ガスが排出される改質装置の流出口および燃料電池スタックのアノード電極側流入口を連通する経路上に設置される第１流路開閉器と、熱源部の排気口および燃料電池スタックのカソード電極側流入口を連通する経路上に設置される第２流路開閉器を含むことができる。これにより、燃料電池システムの稼動停止時、第１流路開閉器によって、熱源部の排気口と燃料電池スタックのアノード電極側流入口とが連通されることにより、熱源部からの排気ガスが燃料電池スタックに供給されてよい。そして、第１流路開閉器によって、改質装置の流出口と燃料電池スタックのアノード電極側流入口とが遮断されることにより、燃料電池スタックのアノード電極に対する改質装置からの改質ガスの供給が遮断されてよい。また、第２流路開閉器によって、熱源部の排気口と燃料電池スタックのカソード電極側流入口とが連通されることにより、熱源部からの排気ガスが燃料電池スタックに供給されてよい。そして、第２流路開閉器によって、燃料電池スタックのカソード電極に対する酸化剤の供給が遮断されてよい。この時、第２流路開閉器は、第４流路開閉器とともに、空気調節器の流出口と燃料電池スタックのカソード電極側流入口との連通を遮断して、空気調節器から燃料電池スタックのカソード電極への酸化剤供給を遮断できる。
【００２０】
第１流路開閉器および第２流路開閉器は、３−ポートバルブで構成されてよい。
【００２１】
熱源部の排気口側に設置されて、燃料電池システムの駆動時、熱源部の排気ガスを排出するための第３流路開閉器をさらに含むことができる。
【００２２】
空気調節器は、燃料電池制御器によって制御され、燃料電池スタックに酸化剤を供給でき、空気調節器に隣接して設置される第４流路開閉器は、燃料電池システムの稼動停止時、燃料電池スタックへの酸化剤供給を遮断して、熱源部へ酸化剤を供給することができる。
【００２３】
本発明によれば、燃料電池システムは、熱源部の排気口および燃料電池スタックのアノード電極側流入口の連通、改質装置の流出口および燃料電池スタックのアノード電極側流入口の連通を制御する第１流路開閉器と、熱源部の排気口および燃料電池スタックのカソード電極側流入口の連通を制御する第２流路開閉器とを備える。そして、熱源部、空気調節器などでパージング装置を構成する。これにより、燃料電池システムの稼動停止時において、第１流路開閉器によって、燃料電池スタックのアノード電極に改質装置から改質ガスが供給されることを遮断し、第２流路開閉器によって、燃料電池スタックのカソード電極に空気調節器から酸化剤が供給されることを遮断できる。そして、第１流路開閉器は、熱源部の排気口および燃料電池スタックのアノード電極側流入口を連通し、第２流路開閉器は、熱源部の排気口および燃料電池スタックのカソード電極側流入口を連通する。これにより、燃料電池システムの稼動停止時に熱源部による燃料の完全燃焼によって排出される排気ガスが、第１流路開閉器および第２流路開閉器のうち、少なくとも一つを介して、燃料電池スタックに供給されて、燃料電池スタック内部を当該排気ガスでパージングできる。従って、本発明は、別途に装置を設けることなく、燃料電池システム内部で生成される排気ガスを利用して、燃料電池スタック内部に残存する燃料、反応物および水気などを効果的に除去できるため、燃料電池システムの性能および寿命を向上できる。また、本発明によれば、燃料電池システムに具備される熱源部および空気調節器を用いてパージング装置を構成するので、別途に装置を設ける必要がないため、携帯用装置に用いられる燃料電池システムの体積および重量を低減することができる。
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によれば、熱源部から生成される燃焼熱を利用した触媒反応によって、燃料から改質ガスを生成する改質装置と、アノード電極およびカソード電極を内部に具備して、改質装置から供給される改質ガスと空気調節器から供給される酸化剤とを電気化学的に反応させて、電気エネルギーを生成する燃料電池スタックと、熱源部の排気口、改質ガスが排出される改質装置の流出口および燃料電池スタックのアノード電極側流入口を連通する経路上に設置される第１流路開閉器と、熱源部の排気口および燃料電池スタックのカソード電極側流入口を連通する経路上に設置される第２流路開閉器とを具備する燃料電池システムの稼動停止方法において、燃料電池スタックの稼動停止時、第１流路開閉器を制御することにより、燃料電池スタックのアノード電極に供給される改質ガスを遮断して、第２流路開閉器を制御することにより、燃料電池スタックのカソード電極に供給される酸化剤を遮断する遮断段階と、空気調節器によって供給量を調節した酸化剤を熱源部に供給して、熱源部に供給された燃料を熱源部で完全燃焼することにより、排気ガスを生成する燃料の完全燃焼段階と、第１流路開閉器および第２流路開閉器の中で、少なくともいずれか一つを介して、熱源部の排気口から排出される排気ガスを、燃料電池スタックのアノード電極側流入口または／およびカソード電極側流入口に供給する燃料電池スタックへの排気ガス供給段階とを含む燃料電池システムの稼動停止方法が提供される。
【００２５】
燃料の完全燃焼段階と燃料電池スタックへの排気ガス供給段階との間に、熱源部の排気口側に設置される凝縮器を通じて、熱源部から排出される排気ガス中の水蒸気を凝縮する段階をさらに含むことができる。
【００２６】
燃料電池スタックの稼動停止時において、熱源部に供給される酸化剤量は、空気調節器によって調節されてよく、空気調節器は、燃料電池制御器によって制御されてよい。
【００２７】
燃料電池スタックは、加湿を必要としない高分子電解質膜を具備することができる。
【００２８】
加湿を必要としない高分子電解質膜は、燐酸を含有する電解質膜を含むことができる。
【００２９】
燃料電池スタックは、加湿の必要な高分子電解質膜を具備することができる。
【００３０】
加湿の必要な高分子電解質膜は、ナピオン電解質膜を含むことができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように本発明によれば、パージング用不活性気体のための貯蔵容器を設置する必要がなく、最小限の部品追加と回路ロジッグの変更だけで、燃料電池システムの稼動停止時、燃料電池スタックに残存する燃料および反応物を効果的に除去できる。また、本発明によれば、電極表面への水蒸気凝縮を防止して、燃料電池システムの寿命を延長することができるという長所がある。さらに、本発明によれば、携帯を目的とする燃料電池システムの重さおよび体積を減少させて、利便性を向上することができるという長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３３】
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係るパージング装置を具備した燃料電池システムを示すブロック図である。
【００３４】
図２を参照すると、本発明の実施形態の燃料電池システムは、燃料電池システムの駆動中において運転（稼動）を停止する際、急な駆動中断によって起こりえる触媒あるいは燃料電池スタック部品の損傷を防ぐために、燃料電池システムに具備される特定装置から発生する排出物を、別の装置へ供給することを特徴とする。この急な駆動中断によって起こりえる触媒あるいは燃料電池スタック部品の損傷とは、稼動を急に中断した時に起こる燃料電池スタックの温度降下によって、電極触媒が水蒸気で濡れることや、燃料電池スタック内に残存する燃料、反応物によって、電極触媒等が被毒されることである。ここで、特定装置は、燃焼熱を発生する熱源部を具備した改質装置や、燃料電池システムに具備される別の燃焼装置を含む。特定装置から排出される排出物は、燃焼ガス、すなわち排気ガスを含む。別の装置は、燃料電池スタックや改質装置の改質反応部を含む。このために、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池スタック１０、改質装置２０およびパージング装置３０を具備する。
【００３５】
燃料電池スタック１０は、アノード電極に供給される改質ガス中の水素とカソード電極に供給される空気（酸化剤）中の酸素とを電気化学的に反応させて、電気エネルギーを発生する。燃料電池スタック１０は、水素イオン交換特性を備える高分子膜を電解質として用いる高分子電解質型燃料電池で具現されることが望ましい。特に、燃料電池スタック１０は、加湿の必要な高分子電解質膜、例えばナピオン電解質膜を具備する高分子電解質型燃料電池で具現されることがさらに望ましい。本発明の実施形態において、燃料電池スタック１０は、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を間において配置されるアノード電極およびカソード電極とを備える膜−電極アセンブリを複数積層することにより、構成される。
【００３６】
改質装置２０は、燃料電池スタック１０のアノード電極に改質ガスを供給する装置であり、改質部２２および熱源部２４を具備する。
【００３７】
改質部２２は、所定の形状のハウジングで構成され、当該ハウジング内には、改質触媒が設置される。改質部２２は、改質触媒による触媒反応によって、燃料および水を水蒸気改質する改質反応器などで具現することができる。
【００３８】
熱源部２４は、改質部２２に隣接するように配置される所定の形状のハウジングで構成され、当該ハウジング内には、燃焼触媒が設置される。熱源部２４は、燃焼触媒および酸化剤（空気）によって燃料を燃焼させて熱を発生する燃焼反応器などで具現することができる。
【００３９】
また、熱源部２４は、改質部２２に隣接するように配置され、内部にバーナーを備える所定の形状のハウジングで具現することができる。つまり、改質部２２には、水および燃料が供給され、熱源部２４には、燃料および酸化剤が供給される。熱源部２４は、酸化剤および燃焼触媒によって、燃料を燃焼することにより、燃焼熱を生成する。そして、熱源部２４で生成された燃焼熱が改質部２２に供給される。改質部２２は、この燃焼熱を利用して、燃料および水を改質触媒によって触媒反応させて、水素を豊富に含む改質ガスを生成する。
【００４０】
パージング装置３０は、燃料電池システムの稼動停止時、燃料電池スタック１０のアノード電極およびカソード電極に不活性ガスを供給して、燃料電池スタック１０内部をパージングするための装置である。パージング装置３０は、空気調節器２６および熱源部２４を備える。ここで、パージング装置３０の熱源部２４は、改質装置２０と共有される。
【００４１】
燃料電池システムの稼動停止時、すなわち、パージング装置３０を駆動する時、熱源部２４は、燃料電池スタック１０に不活性ガスを供給するために、燃料を完全燃焼させる完全燃焼反応器として作動する。つまり、熱源部２４は、燃料電池システムの稼動停止時において、パージング装置３０の駆動に応じて、供給された燃料を完全燃焼して、窒素、水蒸気および二酸化炭素などから構成される排気ガスを生成する。空気調節器２６は、熱源部２４に供給された燃料を完全燃焼するために、供給量を調節した空気（酸化剤）を熱源部２４に供給する。
【００４２】
上述の空気調節器２６は、既存の燃料電池システムに具備される空気ポンプや送風機などの空気供給システムで具現することができる。空気調節器２６は、燃料電池システムの稼動停止時、燃料電池制御器４０の制御に応じて、供給量を調節して、熱源部２４に空気（酸化剤）を供給することができる。燃料電池制御器４０は、燃料電池システム全般を制御するための手段であり、マイクロプロセッサーなどで具現することができる。また、空気調節器２６は、燃料電池システムの駆動時には、燃料電池スタック１０のカソード電極、熱源部２４に酸化剤を供給する。
【００４３】
空気調節器２６は、窒素と酸素を９９％以上含有する空気を熱源部２４に供給する時、熱源部２４に供給される燃料供給量の当量割合に相応する空気を供給するための装置である。つまり、空気調節器２６は、熱源部２４に供給される燃料量に対応した空気量（酸化剤量）を熱源部２４に供給することができる。この空気調節器２６を利用すると、熱源部２４に供給された燃料を完全燃焼することができるので、空気調節器２６から熱源部２４に供給された空気中の酸素をすべて除去して、熱源部２４から排出される排気ガスを窒素、水蒸気および二酸化炭素のみで構成することができる。つまり、熱源部２４で完全燃焼によって生成された排気ガスは、不活性ガスで構成される。ここで、水蒸気は、熱源部２４の燃焼反応による燃焼生成物である。
【００４４】
また、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池システムの稼動停止時、上述したパージング装置３０を利用して燃料電池スタック１０内部を浄化するために、第１流路開閉器３２、第２流路開閉器３４、第３流路開閉器３６および第４流路開閉器３８を具備する。
【００４５】
第１流路開閉器３２は、改質部２２（改質装置２０）の流出口、熱源部２４の排気口および燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口を連通する経路上に設置される。つまり、第１流路開閉器３２は、改質部２２の流出口および燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口、熱源部２４の排気口および燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口を連通したり、遮断する装置である。ここで、改質部２２の流出口から改質部２２で生成される改質ガスが排出され、熱源部２４の排気口から熱源部２４で生成される排気ガスが排出される。燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口とは、流体をアノード電極に供給するための入口であり、例えば改質部２２で生成された改質ガスをアノード電極に供給する。燃料電池システムの稼動停止時、第１流路開閉器３２は、改質部２２の流出口と燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口との連通を遮断して、熱源部２４の排気口と燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口とを連通する。これにより、熱源部２４からの排気ガスを、燃料電池スタック１０の浄化のために燃料電池スタック１０内部（アノード電極側）に供給することができる。ここで、排気ガスは、熱源部２４で化学燃料を空気（酸化剤）によって完全燃焼させた時に得られ、窒素、水蒸気および二酸化炭素などを含む。
【００４６】
第２流路開閉器３４は、熱源部２４の排気口および燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口を連通する経路上に設置される。つまり、第２流路開閉器３４は、熱源部２４の排気口および燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口を連通したり、遮断する装置である。ここで、燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口とは、流体をカソード電極に供給するための入口であり、例えば空気調節器２６から排出される酸化剤（空気）をカソード電極に供給する。また、第２流路開閉器３４は、以下で説明する第４流路開閉器３８に連通されるため、第２流路開閉器３４は、燃料電池システムの稼動停止時、第４流路開閉器３８とともに燃料電池スタック１０への酸化剤供給を遮断する。そして、第２流路開閉器３４は、燃料電池システムの稼動停止時、熱源部２４の排気口と燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口とを連通することで、熱源部２４からの排気ガスを、燃料電池スタック１０の浄化のために燃料電池スタック１０内部（カソード電極側）に供給することができる。
【００４７】
第３流路開閉器３６は、熱源部２４の排気口に隣接するように設置される。燃料電池システムの駆動時、第３流路開閉器３６は、熱源部２４で生成されて排出される不完全燃焼の排気ガスを排出できる。また、第３流路開閉器３６は、燃料電池システムの稼動停止時、熱源部２４で生成されて排出される完全燃焼の排気ガスを燃料電池スタック１０に供給するように作動することができる。つまり、第３流路開閉器３６は、燃料電池システムの駆動時において熱源部２４で生成された不完全燃焼の排気ガスを大気中に排出したり、燃料効率向上のために、別の燃料として改質部２２に供給することもできる。一方、第３流路開閉器３６は、燃料電池システムの稼動停止時において熱源部２４で生成された完全燃焼の排気ガスを、第１流路開閉器３２、第２流路開閉器３４を介して、燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口、カソード電極側流入口に供給する。このため、第３流路開閉器３６は、第１流路開閉器３２および第２流路開閉器３４と熱源部２４との間に配置され、燃料電池システムの稼動停止時では、第１流路開閉器３２と熱源部２４を連通し、第２流路開閉器３４と熱源部２４を連通する。そして、第３流路開閉器３６は、燃料電池システムの駆動時では、第１流路開閉器３２と熱源部２４を遮断し、第２流路開閉器３４と熱源部２４を遮断して、熱源部２４から排出される不完全燃焼の排気ガスが燃料電池スタック１０に供給されないようにする。
【００４８】
第４流路開閉器３８は、熱源部２４の空気流入口側に設置される。言い換えると、第４流路開閉器３８は、空気調節器２６に隣接して配置される。第４流路開閉器３８は、燃料電池システムの稼動停止時、空気調節器２６から供給される空気（酸化剤）を熱源部２４に供給するように作動し、燃料電池システムの駆動時では、空気調節器２６から供給される空気（酸化剤）を燃料電池スタック１０のカソード電極側に供給するように作動する。つまり、第４流路開閉器３８は、空気調節器２６の酸化剤（空気）を流出する流出口、熱源部２４の空気流入口および第２流路開閉器３４を連通する経路上に設置される。これにより、第４流路開閉器３８は、空気調節器２６の流出口および熱源部２４の空気流入口の連通、空気調節器２６の流出口および第２流路開閉器３４の連通を制御する装置として作動する。よって、燃料電池システムの駆動時では、第４流路開閉器３８は、第２流路開閉器３４とともに、空気調節器２６の流出口と燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口とを連通して、燃料電池スタック１０のカソード電極に酸化剤を供給する。一方、燃料電池システムの稼動停止時では、第４流路開閉器３８は、第２流路開閉器３４とともに、空気調節器２６の流出口と燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口とを遮断して、カソード電極への酸化剤の供給を遮断する。そして、第４流路開閉器３８は、熱源部２４の空気流入口と空気調節器２６の流出口を連通して、熱源部２４に酸化剤を供給する。ここで、熱源部２４の空気流入口とは、空気調節器２６から空気（酸化剤）が供給される熱源部２４の流入口である。
【００４９】
上述の第１流路開閉器３２〜第４流路開閉器３８は、互いに連結される配管の構造を単純化するために、３−ポートバルブで具現されてよく、燃料電池制御器４０によって制御されることが望ましい。つまり、第１流路開閉器３２、第２流路開閉器３４、第３流路開閉器３６、第４流路開閉器３８は、燃料電池制御器４０に電気的に接続される。一方、上述の第４流路開閉器３８は、第２流路開閉器３４とともに、一つの４−ポートバルブで具現されてもよい。この場合、４−ポートバルブは、燃料電池システムの稼動停止時、空気調節器２６を通過する空気を燃料電池スタック１０に供給しないで、熱源部２４のみに供給するように作動する。ここで、３−ポートバルブ、４−ポートバルブは、流体（酸化剤または燃料）の流れを制御する装置である。３−ポートバルブとは、３方向の口を備えて、各口によって各部材を連通する装置である。４−ポートバルブは、４方向の口を備えて、各口によって各部材を連通する装置である。従って、第４流路開閉器３８が第２流路開閉器３４とともに一つの４−ポートバルブで具現されるということは、４−ポートバルブの第４流路開閉器３８によって、第２流路開閉器３４の役割を代用できるということである。この時、第４流路開閉器３８は、熱源部２４の排気口および燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口の連通、空気調節器２６の流出口および燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口の連通、空気調節器２６の流出口および熱源部２４の空気流入口の連通を制御することができる。
【００５０】
以下、本発明の第１実施形態の作用効果について詳細に説明する。まず、燃料電池システムの駆動時、燃料電池制御器４０の制御に応じて、第１流路開閉器３２は、改質部２２の流出口と燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口とを連通する。これにより、改質部２２で生成された改質ガスが燃料電池スタック１０のアノード電極に供給される。そして、第１流路開閉器３２は、熱源部２４の排気口と燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口とを遮断する。これにより、熱源部２４から排出される不完全燃焼の排気ガスが燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口に供給されない。燃料電池システムの駆動時において、熱源部２４では、燃料を完全に燃焼しない場合があるため、不完全燃焼の排気ガスが生成される。一方、燃料電池制御器４０の制御に応じて、第２流路開閉器３４は、第４流路開閉器３８とともに、空気調節器２６の流出口と燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口とを連通する。これにより、空気調節器２６から酸化剤（空気）が燃料電池スタック１０のカソード電極に供給される。そして、第２流路開閉器３４は、熱源部２４の排気口と燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口とを遮断する。これにより、熱源部２４から排出される不完全燃焼の排気ガスが燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口に供給されない。
【００５１】
この時、第３流路開閉器３６は、燃料電池制御器４０の制御に応じて、熱源部２４から排出される不完全燃焼排気ガスを外部に排出する、または、別の燃料として当該不完全燃焼排気ガスを改質部２２に供給する。また、第４流路開閉器３８は、燃料電池制御器４０の制御に応じて、空気調節器２６の流出口と熱源部２４の空気流入口とを連通して、熱源部２４に酸化剤を供給する。そして、第４流路開閉器３８は、第２流路開閉器３４とともに、空気調節器２６の流出口と燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口とを連通して、燃料電池スタック１０のカソード電極に酸化剤を供給する。このように、燃料電池スタック１０のアノード電極に供給された改質ガスの水素と、カソード電極に供給された酸化剤の酸素とが反応して、電気エネルギーが生成される。
【００５２】
次に、燃料電池システムの稼動停止時には、パージング装置３０が駆動され、熱源部２４は、空気調節器２６によって量を調節された酸化剤を供給される。熱源部２４は、当該酸化剤とともに、供給された燃料を完全燃焼して排気ガスを生成する（完全燃焼排気ガス）。燃料電池システムの稼動停止時、燃料電池制御器４０の制御に応じて、第１流路開閉器３２は、改質部２２の流出口と燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口とを遮断する。これにより、改質部２２で生成された改質ガスが燃料電池スタック１０のアノード電極に供給されない。そして、第１流路開閉器３２は、熱源部２４の排気口と燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口とを連通する。これにより、熱源部２４から排出される完全燃焼の排気ガスが燃料電池スタック１０のアノード電極側流入口に供給される。一方、燃料電池制御器４０の制御に応じて、第２流路開閉器３４は、第４流路開閉器３８とともに、空気調節器２６の流出口と燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口とを遮断する。これにより、空気調節器２６から排出される酸化剤（空気）が燃料電池スタック１０のカソード電極に供給されない。そして、第２流路開閉器３４は、熱源部２４の排気口と燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口とを連通する。これにより、熱源部２４から排出される完全燃焼の排気ガスが燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口に供給される。
【００５３】
この時、第３流路開閉器３６は、燃料電池制御器４０の制御に応じて、第１流路開閉器３２と熱源部２４を連通し、第２流路開閉器３４と熱源部２４を連通する。これにより、熱源部２４から排出される完全燃焼の排気ガスが、第１流路開閉器３２、第２流路開閉器３４を介して燃料電池スタック１０に供給される。また、第４流路開閉器３８は、燃料電池制御器４０の制御に応じて、空気調節器２６の流出口と熱源部２４の空気流入口とを連通して、空気調節器２６によって供給量を調節された酸化剤を熱源部２４に供給する。そして、第４流路開閉器３８は、第２流路開閉器３４とともに、空気調節器２６の流出口と燃料電池スタック１０のカソード電極側流入口とを遮断して、燃料電池スタック１０のカソード電極に酸化剤を供給しない。
【００５４】
以上より、燃料電池システムの稼動停止時、熱源部２４で燃料が完全燃焼されることにより生成される排気ガス（水蒸気、窒素および二酸化炭素で構成される）が、第１流路開閉器３２、第２流路開閉器３４の少なくともいずれかを介して、燃料電池スタック１０に供給されるので、当該排気ガスによって、燃料電池スタック１０内部をパージングできる。この際、第１流路開閉器３２、第２流路開閉器３４両方を介して、当該排気ガスを燃料電池スタック１０に供給する方が効率良く燃料電池スタック１０内部をパージングできる。これにより、燃料電池システムの稼動停止時において、燃料電池スタック１０内部に残存する燃料、反応物、水気など、燃料電池スタック１０に悪影響を及ぼす物質を効果的に除去できる。従って、本発明の第１実施形態によると、燃料電池システムの性能および寿命を向上できる。さらに、別途の装置を設けないで、燃料電池システムに具備される空気調節器２６、熱源部２４よりパージング装置３０を構成するため、携帯用燃料電池システムの小型化を実現できる。
【００５５】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係るパージング装置を具備した燃料電池システムを示すブロック図である。本発明の第２実施形態は、第１実施形態と同じ構成要素を備えるため、以下では同じ構成要素には同じ符号を付して詳細な説明を略する。
【００５６】
図３を参照すると、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムは、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムと対比した時、熱源部２４の排気口側に配置される凝縮器２８をさらに具備する。凝縮器２８によって、熱源部２４で生成されて排出される完全燃焼の排気ガス中における水蒸気を凝縮でき、凝縮された排気ガス（窒素）を利用して、稼動停止された燃料電池スタック１０ａを浄化することができる。このために、燃料電池システムは、燃料電池スタック１０ａ、改質装置２０およびパージング装置３０ａを具備する。
【００５７】
燃料電池スタック１０ａは、加湿を必要としない高分子電解質膜を具備する高分子電解質型燃料電池で具現されることが望ましく、例えば、燐酸を含有した電解質膜を具備する高分子電解質型燃料電池で具現されることがさらに望ましい。本発明の実施形態において、燃料電池スタック１０ａは、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を間において配置されるアノード電極およびカソード電極とを備える膜−電極アセンブリを複数積層することにより、構成される。
【００５８】
パージング装置３０ａは、熱源部２４、空気調節器２６ａ、凝縮器２８を具備する。熱源部２４は、改質装置２０と共有される。空気調節器２６ａは、空気量（酸化剤量）を調節して、熱源部２４に供給する。凝縮器２８は、熱源部２４から排出される完全燃焼の排気ガス中における水蒸気を凝縮する。
【００５９】
空気調節器２６ａは、既存の空気供給システムで具現されるとともに、この空気供給システムを制御するために、燃料電池制御器４０ａの少なくとも一部機能や、フリップフロップを利用した論理回路を含むように具現することができる。
【００６０】
凝縮器２８は、排気ガス中の水蒸気を凝縮して除去する装置である。凝縮器２８は、水蒸気の熱エネルギーを吸収して凝縮する装置や、水蒸気を吸い込んで除去する装置などで具現することができる。例えば、凝縮器２８は、復水器、表面復水器または表面凝縮器などで具現することができる。凝縮器２８は、第１流路開閉器３２および第２流路開閉器３４と第３流路開閉器３６との間に配置される。これにより、凝縮器２８は、第１流路開閉器３２、第２流路開閉器３４に連通され、第３流路開閉器３６の制御によって、熱源部２４の排気口と連通される。よって、燃料電池システムの稼動停止時、凝縮器２８は、第３流路開閉器３６によって、熱源部２４の排気口に連通されることにより、完全燃焼された排気ガスを供給される。そして、凝縮器２８は、完全燃焼された排気ガス中の水蒸気を凝縮することにより除去して、水蒸気を含まない不活性の排気ガスを第１流路開閉器３２、第２流路開閉器３４に供給する。燃料電池システムの駆動時では、第３流路開閉器３６は、熱源部２４の排気口と凝縮器２８とを遮断する。これにより、熱源部２４から排出される不完全燃焼の排気ガスが、凝縮器２８に供給されない。
【００６１】
従って、本発明の第２実施形態では、第１実施形態と比較して加湿を必要としない電解質膜を燃料電池スタック１０ａに用いるため、凝縮器２８によって、熱源部２４から排出される排気ガスの水蒸気を凝縮して除去する。これにより、本発明の第２実施形態では、当該電解質膜が水気で濡れることを防止できる。また、燃料電池スタック１０ａのアノード電極およびカソード電極の金属触媒が水気で濡れることを防止できる。本発明の第２実施形態における作用効果は、上述の第１実施形態と同じであるので、詳細な説明を略する。また、本発明の第１実施形態にも、凝縮器２８を備えて、排気ガス中の水蒸気を除去することにより、アノード電極およびカソード電極の金属触媒が水気で濡れることを防止できる。図３を参照すると、本発明の第２実施形態では、第４流路開閉器が具備されないため、第２流路開閉器３４は、空気調節器２６ａの流出口、熱源部２４の排気口、燃料電池スタック１０ａのカソード電極側流入口を連通するように設置される。そして、空気調節器２６ａの流出口と熱源部２４の空気流入口は、直接連通される。このため、燃料電池システムの稼動停止時では、空気調節器２６ａによって量を調節された酸化剤が、直接熱源部２４に供給される。
【００６２】
（燃料電池システムの稼動停止方法）
上述の燃料電池システムの稼動停止時の作動原理を、図３および図４を参照して説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの稼動（運転）停止方法を説明するためのフローチャートである。図４では、本発明の第２実施形態を記載する図３を参照して説明するが、以下で説明する作動原理は、図２の本発明の第１実施形態にも当てはまる。まず、燃料電池システムの稼動停止時、燃料電池スタック１０ａのアノード電極に供給される改質ガスおよびカソード電極に供給される酸化剤の供給が遮断される（Ｓ１０）。
【００６３】
本段階（Ｓ１０）は、燃料電池システムの全般的な動作を制御する燃料電池制御器４０ａによって、第１流路開閉器３２および第２流路開閉器３４を制御することで実施される。つまり、燃料電池制御器４０ａの制御によって、第１流路開閉器３２は、改質部２２の流出口とアノード電極側流入口との連通を遮断して、改質ガスが改質部２２から燃料電池スタック１０ａのアノード電極に供給されないようにする。そして、燃料電池制御器４０ａの制御によって、第２流路開閉器３４は、空気調節器２６ａの流出口とカソード電極側流入口との連通を遮断して、酸化剤が空気調節器２６ａから燃料電池スタック１０ａのカソード電極に供給されないようにする。一方、本段階（Ｓ１０）において、図２のように、燃料電池システムに第４流路開閉器（図示せず）が設置された場合、第２流路開閉器３４は、第４流路開閉器とともに、空気調節器２６ａの流出口とカソード電極側流入口との連通を遮断する。
【００６４】
次に、パージング装置３０ａの熱源部２４に供給された燃料を完全燃焼するために、空気調節器２６ａから熱源部２４に供給される空気量（酸化剤量）が、燃料電池制御器４０ａによって制御される。つまり、燃料電池制御器４０ａは、熱源部２４に供給された燃料量を感知して、燃料量に応じた酸化剤の量を設定できる。そして、燃料電池制御器４０ａによって設定された酸化剤量に応じて、空気調節器２６ａが酸化剤量を調節できる。その後、空気調節器２６ａによって供給量が調節された酸化剤が熱源部２４に供給されることにより、熱源部２４は、供給された酸化剤とともに、供給された燃料を完全燃焼して排気ガス（窒素、水蒸気および二酸化炭素から構成される）を生成する（Ｓ２０）。
【００６５】
一方、本段階（Ｓ２０）では、図２のように、燃料電池システムに第４流路開閉器（図示せず）が設置された場合、空気調節器２６ａによって流量が調節された空気が、燃料電池スタック１０ａに供給されず、熱源部２４に供給されるように燃料電池制御器４０ａが第４流路開閉器の状態を制御することができる。
【００６６】
次に、熱源部２４で生成されて排出される排気ガス中における水蒸気が、凝縮器２８を介して凝縮される（Ｓ３０）。
【００６７】
本段階（Ｓ３０）で排気ガス内の水蒸気を凝縮することによって、熱源部２４の燃焼反応によって生成された水蒸気が、加湿を必要としない高分子電解質膜を具備した燃料電池スタック１０ａに供給されることを防止できる。
【００６８】
一方、燃料電池システムの燃料電池スタック１０ａが、図２のように加湿を必要とする高分子電解質膜を具備した燃料電池スタック１０に代替される場合、本段階（Ｓ３０）は、凝縮器２８と一緒に省略されてよい。しかし、本発明の第１実施形態の燃料電池システムに凝縮器２８が具備されると、燃料電池スタック１０のカソード電極およびアノード電極の金属触媒が、排気ガス中の水蒸気によって濡れることを効果的に抑制できる。
【００６９】
次に、熱源部２４から排出されて、凝縮器２８によって水蒸気が凝縮された排気ガスが、燃料電池スタック１０ａのアノード電極側流入口および／またはカソード電極側流入口に供給される（Ｓ４０）。
【００７０】
本段階（Ｓ４０）では、実質的に窒素と二酸化炭素から構成される排気ガスによって、稼動停止された燃料電池スタック１０ａがパージングされる。燃料電池スタック１０ａは、稼動停止時、窒素、二酸化炭素などのような不活性ガスによってパージングされることで、内部に残存する余剰水気やその他の残余燃料、反応物を除去することができる。
【００７１】
（燃料電池スタックの概略）
図５は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムに適用できる燃料電池スタックの概略図である。図５を参照すると、高分子膜を電解質として用いる高分子電解質型燃料電池スタック１０は、複数の単位電池を含んで構成される。単位電池は、基本的に、高分子電解質膜１と、高分子電解質膜１の両面に接合されるアノード電極２およびカソード電極３を含んで構成される。
【００７２】
高分子電解質膜１、アノード電極２およびカソード電極３から構成される単位電池の基本構造は、膜−電極アセンブリと呼ばれる。アノード電極２およびカソード電極３は、電気化学的反応性、イオン伝導性、電子伝導性、燃料伝達性、副生成物伝達性、界面安全性などの特性向上のために、金属触媒層２ａ、金属触媒層３ａと拡散層（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌａｙｅｒ、２ｂ、３ｂ）をそれぞれ含んで構成されることが望ましい。ここで、アノード電極２は、金属触媒層２ａ、拡散層２ｂを備え、カソード電極３は、金属触媒層３ａ、拡散層３ｂを備える。
【００７３】
また、燃料電池スタック１０は、アノード電極２に燃料を供給するための流動流路（ｆｌｏｗ  ｆｉｅｌｄ、ａ１）が設置される第１プレート５ａと、カソード電極３に酸化剤を供給するための流動流路ａ２が設置される第２プレート５ｂを具備する。
【００７４】
第１プレート５ａと第２プレート５ｂは、両面に流動流路ａ１、流動流路ａ２を備える一つのバイポーラープレート（ｂｉｐｏｌａｒ  ｐｌａｔｅ、５）として製作されてもよい。つまり、バイポーラープレート５の一面に流動流路ａ１が形成され、バイポーラープレート５の他面に流動流路ａ２が形成される。バイポーラープレート５は、燃料電池スタック１０の中央に配置され、第１プレート５ａと第２プレート５ｂは、燃料電池スタック１０の両端で対向するように配置される。一対のエンドプレード６ａ、エンドプレード６ｂの間で、複数の単位電池（膜−電極アセンブリ）が積層されて、締結手段７によって締結される場合、これらのバイポーラープレート５、第１プレート５ａ、第２プレート５ｂ、ガスケット（ｇａｓｋｅｔ、４）は、積層される単位電池の間に介在されるように設置される。
【００７５】
以下、燃料電池スタック１０の作動原理を説明する。
【００７６】
アノード電極２に水素含有燃料、すなわち改質ガスが供給されて、カソード電極３に酸化剤が供給されると、アノード電極側金属触媒層２ａから生成された水素イオンは、高分子電解質膜１を介してカソード電極３に移動する。カソード電極側金属触媒層３ａでは、アノード電極２から供給される水素イオン、酸化剤中の酸素および電子が反応して水を生成する。一方、アノード電極側金属触媒層２ａから生成された電子は、外部回路を通じてカソード電極３に移動しながら、化学反応によって得られた自由エネルギーの変化量を、電気エネルギーに転換する。
【００７７】
全体反応式は、下記の反応式１である。
アノード電極側での反応  Ｈ２（ｇ）→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード電極側での反応  １／２Ｏ２（ｇ）＋２Ｈ＋＋２ｅ―→Ｈ２Ｏ（ｌ）
全体での反応  Ｈ２（ｇ）＋１／２Ｏ２（ｇ）→Ｈ２Ｏ（ｌ）
・・・・・・（反応式１）
【００７８】
上記反応式１の反応気体の圧力は、常圧で８気圧まで可能であり、一般的に、高分子電解質膜１の両方が、いずれも同じように維持される。上記反応式１で、ｇは、気体状態であることを示し、ｌは、液体状態であることを示す。
【００７９】
上述の実施形態で説明した燃料電池スタックの構造は、加湿を要するナピオン電解質膜を具備した高分子電解質型燃料電池スタックに適用できるだけでなく、加湿を要さない燐酸を含有する電解質膜を具備した燃料電池スタックにも適用することができる。
【００８０】
本発明は、燃料電池システムの稼動停止時、燃料電池スタックに残存する燃料、反応物および水気を除去して、燃料電池システムの駆動中断による温度低下のような現象に起因する問題などを防止して、燃料電池システムの寿命を延長することができる。ここで、燃料電池システムの駆動中断による温度低下のような現象に起因する問題とは、例えば、アノード電極およびカソード電極の金属触媒表面への水蒸気凝縮、加湿を必要としない燐酸型高分子電解質膜表面への水蒸気凝縮である。また、本発明の実施形態が解決できる別の問題とは、残存反応物および残存燃料によるアノード電極およびカソード電極の金属触媒の被毒などである。
【００８１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】一般的な高分子電解質型燃料電池システムの概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るパージング装置を具備する燃料電池システムを示すブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るパージング装置を具備する燃料電池システムを示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの稼動（運転）停止方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る燃料電池システムに適用できる燃料電池スタックの概略図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０、１０ａ      燃料電池スタック
２０      改質装置
２２      改質部
２４      熱源部
２６      空気調節器
２８      凝縮器
３０、３０ａ      パージング装置
３２、３４、３６、３８      流路開閉器
【図１】
2008071729.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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