(57)【要約】【課題】  燃料電池システムの停止時における掃気を短時間で効率よく行い、燃料電池スタック内の残留水を除去して、低温環境下での使用における凍結を防止する。【解決手段】  燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池スタック１に、酸化剤ガスとして空気を供給する空気側供給流路１０１には、燃料電池スタック１内の酸化剤ガス流路との間を開閉する入口バルブ１２が設けられる。空気排出流路１０２に設けた分岐路１０３には、真空ポンプ１３と真空容器１４が設けられ、予め真空容器１４内を真空ポンプ１３で減圧しておき、停止時に切り替えバルブ１５を分岐路１０３側に切り替えて、入口バルブ１２を閉じ、真空容器１４と燃料電池スタック１を連通させて、酸化剤ガス流路内を減圧掃気し、酸化剤ガス流路内の残留水を水蒸気として排出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池スタックを備える燃料電池システムの掃気方法であって、
上記燃料電池スタックの停止時に、上記燃料電池スタック内の酸化剤ガス流路を、予め大気圧より低い圧力に減圧した減圧部に連通させて、上記酸化剤ガス流路内の残留水を除去することを特徴とする燃料電池システムの掃気方法。
【請求項２】
上記燃料電池スタックの停止前に真空ポンプを作動させて上記減圧部となる容積室内を予め減圧し、上記燃料電池スタックへのガス供給を停止した後、上記燃料電池スタック内の酸化剤ガス流路を、上記容積室に連通させて、上記酸化剤ガス流路内のガスを真空吸引する請求項１に記載の燃料電池システムの掃気方法。
【請求項３】
燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックに反応ガスを供給するための供給ガス流路および反応後のガスを排出するための排出ガス流路と、
酸化剤ガス側の供給ガス流路に設けられて上記燃料電池スタック内の酸化剤ガス流路との間を開閉する入口バルブと、
酸化剤ガス側の排出ガス流路に設けた分岐路と、
該分岐路に設けられて上記酸化剤ガス流路内を大気圧より低い圧力に減圧可能な減圧部を有する減圧手段と、
上記燃料電池スタックの停止時に、上記入口バルブを閉じた状態で上記燃料電池スタックと上記減圧部とを連通させることにより、上記酸化剤ガス流路内の残留水を排出する減圧掃気手段とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
上記分岐路に上記減圧手段を構成する真空ポンプを設置するとともに、上記排出ガス流路および上記分岐路の通路切り替えを行う切り替えバルブを設けた請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
上記減圧掃気手段は、上記燃料電池スタックの停止時に、上記切り替えバルブを上記分岐路側に切り替えて上記燃料電池スタックを上記分岐路に連通させることにより、上記酸化剤ガス流路内のガスを真空吸引する請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
上記減圧手段が、上記減圧部として上記分岐路の上記真空ポンプ上流側に配置される容積室を備える請求項４または５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
上記減圧掃気手段は、上記切り替えバルブを上記排出ガス流路側に切り替えた状態で上記真空ポンプを作動させて上記容積室内を減圧し、次いで、上記切り替えバルブを上記分岐路側に切り替えて、上記酸化剤ガス流路内のガスを上記容積室内に真空吸引する請求項６に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応を利用して発電する燃料電池システムの掃気方法およびシステム構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、複数のセルを積層した燃料電池スタックに、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスを供給して化学反応させることにより電気エネルギーを発生させている。基本単位となるセルは、一般に、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly)と呼ばれる膜電極接合体を燃料ガス側セパレータ、酸化剤側セパレータで挟んだ構造であり、アノード電極に供給される水素がイオン化して電解質膜を透過しカソード電極に供給される酸素と反応して水を生成する。
【０００３】
燃料電池は発電の際に水を生成することから、生成水を排出または分離回収する必要がある。例えば、特許文献１、２には、生成水を吸引ポンプを用いて貯水室から外部に排出、または回収タンクに回収処理する方法が開示されている。また、特許文献３には、燃料電池の下流側に吸引ポンプを、上流側に供給ガス圧力制御手段を設けて圧力制御し、排出を行う装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２７３２５１号公報
【特許文献２】特開２００６−４９０３２号公報
【特許文献３】特開２００２−３３１１０号公報
【０００４】
一方、氷点以下の低温環境下では、生成水が燃料電池内に保持されたまま運転停止をした場合、水の凍結により始動が困難になるという問題がある。このため、運転停止時に燃料電池内を掃気して、残留水を排出することが行われている。
【０００５】
燃料電池の停止後の掃気（燃料電池内の排水）方法としては、特許文献４〜６に記載されるように、各々の目的に応じた種々の方法が提案されている。例えば、特許文献４のシステムは、停止中の燃料電池内部の水の凍結を防止するために、燃料電池を停止処理する時に乾燥ガスを供給する制御を行っている。また、この際に電解質膜の加湿状態を維持する目的で、両極に乾燥ガスを供給し微少発電を行いつつ余剰の水分を除去する方法が開示されている。
【特許文献４】特開２００４−１１１１９６号公報
【特許文献５】特開２００５−２０９６０９号公報
【特許文献６】特開２００５−３１７２２４号公報
【０００６】
特許文献５には、酸化剤の乾燥ガスを流す発電停止時の掃気工程において、燃料電池スタック内の電解質膜面内の残留水分布を均一にする目的で、酸化剤ガスの通流方向逆転機構を設けた装置が開示されている。酸化剤の乾燥ガス、特に高温ガスを用いるとともに通流方向を逆転させて流すことで、掃気能力の向上を図っている。
【０００７】
また、特許文献６に開示されている燃料電池システムでは、燃料電池内の残留水を効率的に除去するために、燃料電池内で温めた掃気ガスを供給している。このシステムでは、燃料電池を冷却する冷媒温度の調節バルブを設け、燃料電池の負荷をチェックして、負荷の少ない時に冷媒の温度を上げて燃料電池を昇温させておくことで、エネルギー消費を低減している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献４〜６に記載されるこれら従来技術では、短時間内に燃料電池スタック内の残留水を排水できないという問題点があった。特に、燃料電池面内に残留水の分布が生じやすい流路構造である場合には、残留水を排水するために掃気ガスの供給量が増加したり、長時間の掃気により部分的な乾燥が生じる不具合がある。上記特許文献では、水分を除去する一方で水を生成したり、通流方向や冷媒流量を制御するといった対策が取られているものの、排水時間の短縮に十分な効果があるとはいえず、装置構成や制御も複雑になりやすい。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、燃料電池システムの停止時における掃気を短時間で効率よく行い、燃料電池スタック内の残留水を除去して、低温環境下にて使用されても凍結のおそれのない燃料電池システム、およびその掃気方法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】
【００１０】
請求項１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池スタックを備える燃料電池システムの掃気方法であり、燃料電池スタックの停止時に、燃料電池スタック内の酸化剤ガス流路を予め大気圧より低い圧力に減圧した減圧部に連通させて、酸化剤ガス流路内の残留水を除去することを特徴とする。
【００１１】
予め大気圧より低い圧力に減圧した減圧部を設けておき、燃料電池スタックの停止時に、燃料電池スタックと連通させることで、燃料電池スタック内を容易に減圧することができる。これにより、酸化剤ガス流路の残留水を瞬時に水蒸気に状態変化させることができるので、掃気ガスを用いる従来技術のように残留水の分布や圧損による流量の違いの影響を受けることがない。また、予め減圧させることで、運転停止時に減圧のための電力が不要である。よって、流路全体を効率的に、ごく短時間で掃気することができる。
【００１２】
請求項２の掃気方法では、燃料電池スタックの停止前に真空ポンプを作動させて上記減圧部となる容積室内を予め減圧し、燃料電池スタックへのガス供給を停止した後、燃料電池スタック内の酸化剤ガス流路を、上記減圧部に連通させて、上記酸化剤ガス流路内のガスを真空吸引する。
【００１３】
好適には、真空ポンプに接続される容積室を設けて予め減圧しておき、運転停止時に、燃料電池スタックの酸化剤ガス流路と連通させることで、容易に減圧掃気できる。運転停止時に真空ポンプを作動させる電力が不要であり、効率よく運転できる。
【００１４】
請求項３の発明において、燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに反応ガスを供給するための供給ガス流路および反応後のガスを排出するための排出ガス流路を備えている。酸化剤ガス側の供給ガス流路には、燃料電池スタック内の酸化剤ガス流路との間を開閉する入口バルブが設けてあり、酸化剤ガス側の排出ガス流路には分岐路が設けられて、該分岐路に、酸化剤ガス流路内を大気圧より低い圧力に減圧可能な減圧部を有する減圧手段が設けられる。減圧掃気手段は、燃料電池スタックの停止時に、入口バルブを閉じた状態で燃料電池スタックと減圧手段とを連通させることにより、酸化剤ガス流路内の残留水を排出する。
【００１５】
掃気ガスを用いる従来技術では、燃料電池面内に残留水の分布があったり、流路形状により圧損が生じて部分的に流量の違いが生じることが原因で、残留水を短時間に効率よく排水することができなかった。これに対して本発明は、燃料電池スタック内を大気圧より低い圧力とすることで沸点を下げ、残留水を通常より低い温度で水蒸気に状態変化させるので、瞬間的に掃気することができ、燃料電池面内の残留水分布や流路形状による圧損の影響を受けることがない。また、分岐路に減圧手段を設けたので、予め減圧部を減圧させておくことが可能であり、停止時に減圧側へ切り替えて減圧部と連通させることで容易に掃気できる。
【００１６】
よって、酸化剤ガス流路内に部分的に残留水が残ったり、完全に排水させるために掃気時間が長くなったりすることがなく、ごく短時間に効率よく排水することができ、低温環境下にて使用されても凍結のおそれのない燃料電池システムを実現できる。
【００１７】
請求項４の発明では、分岐路に減圧手段を構成する真空ポンプを設置するとともに、排出ガス流路および分岐路の通路切り替えを行う切り替えバルブを設けている。
【００１８】
具体的には、減圧手段として真空ポンプを用いることができる。真空ポンプを設置した分岐路を排出ガス流路に連結し、分岐路側に通路切り替えを行って燃料電池スタック内と連通させることで、容易に酸化剤ガス流路を減圧することができる。
【００１９】
請求項５の発明において、減圧掃気手段は、燃料電池スタックの停止時に、切り替えバルブを分岐路側に切り替えて燃料電池スタックを分岐路に連通させることにより、酸化剤ガス流路内のガスを真空吸引する。
【００２０】
通常運転時には、切り替えバルブを排出ガス流路側としておき、運転停止時に分岐路側に切り替えると、燃料電池スタックの酸化剤ガス流路が直ちに減圧され、水蒸気となった残留水を含むガスを速やかに排出することができる。
【００２１】
請求項６の発明では、減圧手段に、減圧部として、分岐路の真空ポンプ上流側に配置される容積室を設ける。
【００２２】
真空ポンプを作動させて、その上流側に位置する容積室内を減圧してから、切り替えバルブを分岐路側に切り替えると、燃料電池スタックの酸化剤ガス流路が容積室に連通して減圧される。運転停止時に真空ポンプを作動させなくても、容易に酸化剤ガス流路を減圧して掃気を行うことができる。
【００２３】
請求項７の発明において、減圧掃気手段は、切り替えバルブを排出ガス流路側に切り替えた状態で真空ポンプを作動させて容積室内を減圧し、次いで、切り替えバルブを分岐路側に切り替えて、酸化剤ガス流路内のガスを容積室内に真空吸引する。
【００２４】
具体的には、通常運転状態で真空ポンプを作動させて、容積室内のみを減圧しておく。運転停止時には、切り替えバルブを分岐路側に切り替えるのみで、予め減圧された容積室に燃料電池スタックの酸化剤ガス流路を連通させ、容易に減圧掃気することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１に、本発明の第１実施形態における燃料電池システムの全体構成図を示す。本実施形態の燃料電池システムは、例えば燃料電池自動車に適用されるもので、図１に示すように、燃料電池スタック１と、酸化剤ガスとなる空気を供給するための供給ガス流路である空気側供給流路１０１および排出ガス流路である空気側排出流路１０２、燃料ガスとなる水素を供給するための供給ガス流路である水素側供給流路２０１および排出ガス流路である水素側排出流路２０２を備えている。
【００２６】
空気側供給流路１０１には、エアポンプ１１、エアポンプ１１と燃料電池１の間に位置して流路を開閉する入口バルブとしての空気入口バルブ１２が設けられている。空気側排出流路１０２は、途中分岐して分岐路１０３となっており、減圧手段を構成する真空ポンプ１３が設置されている。減圧手段については詳細を後述する。水素側供給流路２０１および水素側排出流路２０２には、水素の供給圧力を調整するための圧力調整バルブ２２、２３がそれぞれ設けられている。
【００２７】
燃料電池スタック１は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生するものである。燃料電池スタック１の電気出力はＤＣ／ＤＣコンバータ３に送られ、電圧調整の後、２次電池５の充電やこれと並列に接続された負荷４の駆動等に用いられる。負荷４は、自動車駆動用のモータや各種補機類であり、使用状況によって必要な電力が変化する。また、負荷４を含む燃料電池システム全体を制御する制御装置２が設けられる。
【００２８】
本実施形態では燃料電池スタック１として、多数のセルを積層して電気的に直列接続した固体高分子電解質膜型燃料電池を用いている。基本単位構造となるセルは、通常公知の構成で、電解質膜の両側面に電極が配置されたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly ）と呼ばれる膜電極接合体を、水素側セパレータおよび空気側セパレータの間に挟んだ構成を有している。ＭＥＡは、ナフィオンに代表される高分子電解質膜の両面に触媒層が形成され、さらにガス拡散層で両面を挟んで一体化されている。ＭＥＡを挟持する空気側セパレータおよび水素側セパレータは、例えばカーボン材または導電性金属よりなる板状部材であり、ガス拡散層との間にそれぞれ空気流路および水素流路を形成している。
【００２９】
図２（ａ）は、空気側セパレータ構造の一例を示す図であり、セパレータＳの板面に形成された多数のランドＬの間に、酸化剤ガス流路としての空気流路Ａが形成される。セパレータＳには、図の右辺中央から左辺方向へ延びる仕切り壁Ｗが形成され、全体が略Ｕ字状の流路となっている。このＵ字状の流路の両端は、仕切り壁Ｗの上方がガス入口となって空気側供給流路１０１に連通し、下方がガス出口となって空気側排出流路１０２に連通する。水素側セパレータに形成される水素流路も同様の構造を有している。
【００３０】
上記図１の空気側供給流路１０１および水素側供給流路２０１から、燃料電池スタック１に空気および水素が供給されると、各セル内のこれら空気流路Ａおよび水素流路にガスが導入され、ＭＥＡの両電極において下記の電気化学反応が起こる。
アノード電極（水素流路側）  Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- ・・・（１）
カソード電極（空気流路側）  ２Ｈ+ ＋１／２Ｏ2  +＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ・・・（２）
反応に用いられなかった未反応空気および未反応水素は、上記図１の空気側排出流路１０２および水素側排出流路２０２から排出される。未反応水素は、通常、循環再利用される。
【００３１】
上記式（２）のように、空気流路Ａ側では、発電の際の化学反応により水分が発生する。図２（ａ）に示したようなセパレータ構造では、セパレータＳに形成される空気流路Ａが屈曲しているために、従来の掃気ガスを流通させる掃気処理では、流路全体を均一に掃気することが難しい。そのため、図２（ｂ）に示すように、例えば、流路屈曲部の通路外縁部に残留水がある場合（図中、●で示す）、掃気ガスが通過しないために、水分を除去することができない。
【００３２】
本発明では、この水分を効率よく短時間に燃料電池スタック１から排出するために、空気流路Ａ内を大気圧より低い圧力に減圧することのできる減圧手段と、減圧手段を作動させて発電停止時に空気流路Ａ内の水分を排出する減圧掃気手段を設けている。
【００３３】
具体的には、減圧手段として、空気側排出流路１０２の分岐路１０３に真空ポンプ１３を設けるとともに、その上流側に減圧部となる容積室としての真空容器１７を設けている。容積室と真空ポンプ１３の間には真空出口バルブ１６が設けられる。また、燃料電池スタック１からの排出路を空気側排出流路１０２と分岐路１０３のいずれかに切り替える切り替えバルブ１５を設け、その上流に排出ガスの逆流を防止するための逆止弁１４を設けている。
【００３４】
減圧掃気手段を構成する制御装置２は、真空ポンプ１３を駆動するとともに、燃料電池スタック１への空気入口バルブ１２、真空容器１７出口の真空出口バルブ１６、排出路を切り替える切り替えバルブ１５を操作して、空気流路Ａ内の水分を排出する。制御装置２は、負荷４の運転状況に応じて適時に真空ポンプ１３を駆動する一方、燃料電池スタック１の発電停止時には、空気入口バルブ１２と真空出口バルブ１６を閉じ、切り替えバルブ１５を分岐路１０３側に切り替えて、燃料電池スタック１内の空気流路Ａを減圧した真空容器１７に連通させることにより、燃料電池スタック１内を掃気する。
【００３５】
次に、制御装置２における減圧掃気手段としての動作を、図３のフローチャートにより図４のタイムチャートを参照しながら説明する。図３のステップＳ１〜Ｓ４の処理は、燃料電池スタック１が通常の発電運転を継続している時に実行される処理であり、ステップＳ５〜Ｓ１４の処理は、燃料電池スタック１の発電停止時に実行される処理である。ステップＳ１において、制御装置２は、まず、燃料電池スタック１の通常発電運転が継続している時に、負荷４を運転するための必要負荷電力と燃料電池スタック１にて発生する発電電力とを比較し、必要負荷電力＜発電電力であるかどうかを判定する。
【００３６】
ステップＳ１が肯定判定された場合、すなわち、必要負荷電力より発電電力の方が小さい時には、ステップＳ２へ進み、ステップＳ１が否定判定された場合には、肯定判定されるまでこのステップＳ１を繰り返す。ステップＳ２では、真空出口バルブ１６を開いて真空ポンプ１３を駆動する。通常運転時には、切り替えバルブ１５が空気側排出流路１０２側に切り替えられ、分岐路１０３への入口が遮断されているので、真空容器１７の出口側から吸引することで内部の圧力が低下する。
【００３７】
次いで、ステップＳ３で真空容器１７内の圧力を所定の真空圧力Ｐ０と比較し、真空容器１７内の圧力≦所定の真空圧力Ｐ０となったかどうかを判定する。ステップＳ３が肯定判定されたら、ステップＳ４で真空ポンプ１３を停止する。ステップＳ３が否定判定された場合は、肯定判定されるまでこのステップＳ４を繰り返す。
【００３８】
ここでいう真空とは、空間の状態が大気圧より低い減圧状態にあることを指し、所定の真空圧力Ｐ０は、燃料電池スタック１の各セル内のガスを十分吸引可能な圧力Ｐ０に設定する。このように、本実施形態では、通常発電運転中に真空容器１７内の圧力を予め減圧しておくことによって、発電停止後に真空用ポンプ１３の駆動用電力が不必要になる利点がある。
【００３９】
図４のタイムチャートにおいて、ｔONは真空ポンプ１０３の作動を開始した時点であり、時間経過に伴い真空容器１７の圧力（真空容器内圧力）は、初期圧力から徐々に低下していく。ｔOFF の時点で、真空容器内圧力がＰ０に到達すると、真空ポンプ１０３の作動が停止され、真空容器内圧力はＰ０に維持される。その間、燃料電池スタック１は通常発電中であり、分岐路１０３との連通は遮断されているので、燃料電池スタック１の各セルの圧力（燃料電池セル内圧力）は、一定のまま変化しない。
【００４０】
その後、ステップＳ５において、イグニッションスイッチ（ＩＧＮ．）の停止信号を検出したら、ステップＳ６に進み、エアポンプ１１を停止して燃料電池スタック１へのガス供給を停止する。さらにステップＳ７において、空気入口バルブ１２を閉じ、ステップＳ８において、真空出口バルブ１６を閉じることによって燃料電池スタック１内を密閉した後、ステップＳ９へ進む。
【００４１】
ステップＳ９では、排気出口切りかえバルブ１５を分岐路１０３側に切り替える。これにより、燃料電池スタック１において各セルの空気流路Ａが、予め減圧されている真空容器１７と連通する。燃料電池スタック１の入口側および真空容器１７の出口側は遮断されているので、空気流路Ａ内のガスがより低圧の真空容器１７に吸引され、圧力が低下する。これに伴い水の沸点が降下するために、空気流路Ａの水分が蒸発する。
【００４２】
図５は水の状態変化を示す相図である。燃料電池スタック１内が大気圧である時、図示する通常の燃料電池作動温度範囲（例えば７０〜８０℃）では、水は液体状態であるが、空気流路Ａ内が大気圧から圧力低下するのに伴い、水の沸点が降下していくので、通常よりも低い温度で水分が蒸発可能となる。言い換えれば、作動温度範囲で気体となる圧力まで減圧することで（例えば３０〜５０ｋＰａ）、空気流路Ａの水分を水蒸気として除去できる。
【００４３】
この減圧掃気により、空気流路Ａ内の残留水をごく短時間に水蒸気に変化させて、空気流路Ａ内の空気とともに真空容器１７に吸引除去することができる。吸引された空気は、切り替えバルブ１５の上流に設けた逆止弁１４により、逆流が防止される。また、発電時には水分とともに反応熱が発生するが、水分の蒸発時に気化熱が奪われて温度が低下するので、燃料電池スタック１の放熱機能を併せ有する。
【００４４】
ステップＳ１０で、燃料電池スタック１のセル内圧力（空気流路Ａ圧力）と真空容器１７内の圧力とを比較し、セル内圧力＝真空容器内圧力となったかどうかを判定する。ステップＳ１０が肯定判定されたら、吸入が完了もしくは蒸発と凝縮が平衡に達したと判断して、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１０が否定判定された場合には、肯定判定されるまでこのステップＳ１０を繰り返す。
【００４５】
そして、次回の運転時の最適な始動を確保するために、ステップＳ１１において、切り替えバルブ１５を切り替えて分岐路１０３との連通を再び遮断し、燃料電池スタック１の排気出口を空気側排出流路１０２とする。その後、ステップＳ１２にて入口バルブ１２を開放し、ステップＳ１３にてエアポンプ１１を作動させる。これにより、減圧されていた燃料電池スタック１内に空気を導入し、空気流路Ａ内を掃気して減圧掃気処理を終了する（ステップＳ１４）。
【００４６】
図４のタイムチャートにおいて、ｔ１は排気出口の切り替えバルブ１５を、真空容器１７側に切り替えた時点である。時間経過に伴い、燃料電池スタック１の各セルの圧力（燃料電池セル内圧力）が徐々に低下していく一方、真空容器１７の圧力（真空容器内圧力）は、上昇していく。ｔ２の時点で、燃料電池セル内圧力と真空容器内圧力とが平衡圧力Ｐ１に達すると、切り替えバルブ１５が再び排気側に切り替えられるが、逆止弁１４があるために、燃料電池セル内圧力と真空容器内圧力は、平衡圧力Ｐ１を維持する。ｔ３の時点でエアポンプ１１を作動させると、燃料電池スタック１内に空気が導入され、燃料電池セル内圧力が徐々に上昇する。
【００４７】
ステップＳ１０で、セル内圧力（空気流路Ａ内圧力）と真空容器１７内圧力とを比較し、セル内圧力＝真空容器１７内圧力となったかどうかを判定する。ステップＳ１０が肯定判定されたら、吸入が完了もしくは蒸発と凝集が平衡に達したと判断して、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１０が否定判定された場合には、肯定判定されるまでこのステップＳ１０を繰り返す。
【００４８】
そして、次回の運転時の最適な始動を確保するために、ステップＳ１１において、排気出口切りかえバルブを排気側に切りかえた後、ステップＳ１２にて供給ガス入口バルブを開放する。そして、ステップＳ１３にてエアポンプ１１を作動させ、減圧されていた燃料電池スタック１内に空気を通して掃気することによって、減圧掃気を終了する（ステップＳ１４）。
【００４９】
以上の操作によって、燃料電池スタック１内の残留水をごく短時間に効率よく排出できるので、低温環境下で使用されても凍結等による不具合が生じない。これにより、従来の掃気ガスによる掃気処理では、例えば１０分程度かかっていた処理時間を、例えば数秒程度と大幅に短縮することができる。しかも、流路構造によらず全体を均一に掃気できるので、残留水が除去できずに残ったり、逆に乾燥しすぎたりすることがない。また、通常運転中に真空ポンプ１３により真空容器内を予め減圧しておくことで、運転停止時に真空ポンプ１３を駆動する必要がなく、短時間に効率よく燃料電池スタック１内の排水を行うことができる。
【００５０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明が適用される燃料電池システムは、上記図１の構成に限定されるものではなく、燃料電池スタック１のセパレータＳ形状や、反応ガスの供給流路、排出流路構成等を変更することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料電池システムの全体概略構成図である。
【図２】（ａ）は、燃料電池スタックのセパレータ構造の一例を示す図、（ｂ）は、燃料電池スタックの発電により空気流路内に生じる残留水の分布の一例を示す図である。
【図３】第１実施形態の制御装置における減圧掃気処理のフローチャートである。
【図４】真空容器内の圧力と燃料電池スタックの空気流路圧力の時間変化を示すタイムチャートである。
【図５】水の相図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  燃料電池スタック
１０１  空気側供給流路（供給ガス流路）
１０２  空気側排出流路（排出ガス流路）
２０１  水素側供給流路（供給ガス流路）
２０２  水素側排出流路（排出ガス流路）
１１  エアポンプ
１２  入口バルブ
１３  真空ポンプ（減圧手段）
１４  逆止弁
１５  切り替えバルブ
１６  真空出口バルブ
１７  真空容器（容積室；減圧手段）
２  制御装置（減圧掃気手段）
２１  水素タンク
２２  圧力調整バルブ
２３  圧力調整バルブ
３  ＤＣ／ＤＣコバータ
４  負荷
５  二次電池
【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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