(57)【要約】【課題】固体高分子電解質膜の劣化を防止しつつ、燃料電池の再始動をスムーズに行うことができる燃料電池の停止方法および停止装置を提供する。【解決手段】燃料電池１と、燃料電池１にガスを供給する供給通路１６に設けられ、前記ガスを加湿する加湿器１９と、加湿器１９をバイパスするバイパス通路２０と、加湿器１９とバイパス通路２０とを切り換える三方弁１８とを備えた燃料電池の停止装置である。加湿器１９を通過した加湿ガスをアイドル時よりも多い流量で前記燃料電池１に供給する第１の停止ガス供給手段２２と、加湿器１９をバイパスした非加湿ガスを前記加湿ガスよりも少ない流量で前記燃料電池１に供給する第２の停止ガス供給手段２２とを備えている。燃料電池１を停止する時に、前記三方弁１８を制御して、前記加湿ガスまたは非加湿ガスを前記燃料電池１に供給可能とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を停止する時に、加湿ガスをアイドル時よりも多い流量で燃料電池に供給し、
続いて、非加湿ガスを前記加湿ガスよりも少ない流量で燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池の停止方法。
【請求項２】
燃料電池と、燃料電池にガスを供給する供給通路に設けられ、前記ガスを加湿する加湿器と、加湿器をバイパスするバイパス通路と、加湿器とバイパス通路とを切り換える切換弁とを備えた燃料電池の停止装置において、
加湿器を通過した加湿ガスをアイドル時よりも多い流量で前記燃料電池に供給する第１の停止ガス供給手段と、
加湿器をバイパスした非加湿ガスを前記加湿ガスよりも少ない流量で前記燃料電池に供給する第２の停止ガス供給手段とを備え、
燃料電池を停止する時に、前記切換弁を制御して、前記加湿ガスまたは非加湿ガスを前記燃料電池に供給可能としたことを特徴とする燃料電池の停止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の停止方法および停止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池１には、図３に示したように、固体高分子電解質膜２とその両側の電極（アノード電極とカソード電極）３，４とで構成された膜電極構造体７を、一対のセパレータ５，６で挟持して燃料電池セル８を構成し、この燃料電池セル８を複数積層（スタック）させた構造のものがある。両セパレータ５、６には、反応ガスである燃料ガスや酸化剤ガスを供給するためのガス通路孔９、１０や、冷却媒体（例えば冷却水）を供給するための冷却媒体通路孔１１が形成してある。なお、符号１２は、シール部材を示している。
【０００３】
上記のように構成した燃料電池セル８においては、前記ガス通路孔９を通してアノード電極３に燃料ガス（例えば、水素ガス）を供給すると、該アノード電極３で水素がイオン化され、この水素イオンが固体高分子電解質膜２を介してカソード電極４側に移動する。この間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。カソード電極４においては酸化剤ガス（例えば、酸素を含む空気）が供給されているため、水素イオン、電子、及び酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、この生成された水が燃料電池１のガス通路孔９，１０内に残留した状態で発電を停止すると、低温環境下では燃料電池１内に残留した水（残留水）が凍結してしまい、燃料電池１の再始動に支障が出る虞がある。よって、燃料電池１での発電を停止する際には、空気や不活性ガス等のパージ用ガスを前記ガス通路孔９，１０に供給して、ガス通路孔９，１０内の残留水を除去するパージ処理を行うことが検討されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０２−３３８６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池１の再始動をスムーズに行うためには、ガス通路孔９，１０内の残留水１３を除去するのみでは必ずしも十分ではない。この点について図４を用いて説明する。図４は図３に示した燃料電池の拡大説明図である。同図に示したように、発電をした燃料電池１内には、ガス通路孔９（１０）の残留水１３の他に、電極３（４）内にも残留水１４が存在している。したがって、単にガス通路孔９，１０にパージ用ガスを供給して残留水１３を除去するのみでは、電極３，４内の残留水１４が低温環境下において凍結してしまい、燃料電池１の再始動に支障が出る虞があるという問題がある。
【０００７】
また、これらの残留水１３，１４を除去するために大流量の乾燥パージガスをガス通路９，１０に長時間供給してパージ処理を行うことが考えられる。
ところが、このようにパージを行うと、固体高分子電解質膜２が含有する水分１５も除去されてしまい、固体高分子電解質膜２を劣化させる虞があるという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、固体高分子電解質膜の劣化を防止しつつ、燃料電池の再始動をスムーズに行うことができる燃料電池の停止方法および停止装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１に係る発明は、燃料電池を停止する時に、加湿ガス（例えば、実施の形態における加湿器１９を通過する酸化剤ガス）をアイドル時よりも多い流量で燃料電池に供給し、続いて、非加湿ガス（例えば、実施の形態におけるバイパス通路２０を通過する酸化剤ガス）を前記加湿ガスよりも少ない流量で燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池の停止方法である。
【０００９】
この発明によれば、燃料電池を停止する時に、まず、加湿ガスをアイドル時よりも多い流量で燃料電池に供給することで、燃料電池のガス通路孔の残留水（例えば、実施の形態における残留水１３）を吹き飛ばして除去する。このとき、供給しているガスは加湿ガスであるため、燃料電池の電極やその内側に配される固体高分子電解質膜は乾燥せず、該電極内の残留水（例えば、実施の形態における残留水１４）や、固体高分子電解質膜が含有する水分（例えば、実施の形態における水分１５）はそのまま保持される。そして次に、非加湿ガスを燃料電池に供給することで、電極を乾燥させて電極内の残留水を除去する。このとき、非加湿ガスを前記加湿ガスよりも少ない流量で供給するため、前記固体高分子電解質膜が含有する水分はそのまま保持させつつ、電極内の残留水を除去することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、燃料電池と、燃料電池にガスを供給する供給通路に設けられ、前記ガスを加湿する加湿器と、加湿器をバイパスするバイパス通路と、加湿器とバイパス通路とを切り換える切換弁（例えば、実施の形態における三方弁１８）とを備えた燃料電池の停止装置において、加湿器を通過した加湿ガスをアイドル時よりも多い流量で前記燃料電池に供給する第１の停止ガス供給手段（例えば、実施の形態におけるＥＣＵ２２）と、加湿器をバイパスした非加湿ガスを前記加湿ガスよりも少ない流量で前記燃料電池に供給する第２の停止ガス供給手段（例えば、実施の形態におけるＥＣＵ２２）とを備え、燃料電池を停止する時に、前記切換弁を制御して、前記加湿ガスまたは非加湿ガスを前記燃料電池に供給可能としたことを特徴とする燃料電池の停止装置である。
【００１１】
この発明によれば、燃料電池を停止する時に、前記切換弁を制御して、加湿器を通過した加湿ガスをアイドル時よりも多い流量で燃料電池に供給することで、燃料電池のガス通路孔の残留水を除去する。このとき、供給しているガスは加湿ガスであるため、燃料電池の電極内の残留水や、固体高分子電解質膜が含有する水分はそのまま保持される。そして次に、切換弁を制御して、前記加湿器をバイパスした非加湿ガスを燃料電池に供給することで、電極内の残留水を除去する。このとき、非加湿ガスを前記加湿ガスよりも少ない流量で供給するため、固体高分子電解質膜が含有する水分をそのまま保持させつつ、電極内の残留水を除去することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、従来技術で説明した部材と同様の部材については、同一の番号を付して適宜その説明を省略する。
図１は本実施の形態の燃料電池の停止装置を示す概略構成図である。燃料電池１は、図３で説明したように、燃料電池セル８を複数積層（スタック）された構造となっており、それぞれの電極３，４に反応ガス（燃料ガス、酸化剤ガス）を供給することで発電がなされる。
【００１３】
以下、酸化剤ガスを燃料電池１に供給、排出する構成について説明する。
前記燃料電池１には、前記カソード電極４に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給通路１６と、前記カソード電極４から酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出通路２１とが接続されている。
本実施の形態においては、酸化剤ガス供給通路１６に供給するパージ用ガスに、反応ガスである酸化剤ガス（空気）を用いている。
【００１４】
前記酸化剤ガス供給通路１６には、その上流側にコンプレッサ１７が設けられている。前記コンプレッサ１７を制御することにより、酸化剤ガスの流量を調整して前記供給通路１６に供給することができる。前記コンプレッサ１７の下流側には加湿器１９が設けられ、該加湿器１９を通過する前記供給通路１６内の酸化剤ガスが加湿される。
【００１５】
そして、前記コンプレッサ１７と前記加湿器１９の間には、三方弁１８が設けられている。この三方弁１８は、前記酸化剤ガス供給通路１６に加えて、前記加湿器１９を迂回するように設けられたバイパス通路２０にも接続されている。前記三方弁１８を制御することにより、酸化剤ガスの流通路が、加湿器１９を通過する供給通路１６ａと、バイパス通路２０との間で切換えられる。したがって、前記供給通路１６ａを流通する酸化剤ガスは、加湿された状態で燃料電池１に供給され、前記バイパス通路２０を流通する酸化剤ガスは、加湿されずに（非加湿で）燃料電池１に供給される。
前記コンプレッサ１７と三方弁１８とは、ＥＣＵ（制御装置）２２に接続され、該ＥＣＵ２２によりコンプレッサ１７や三方弁１８が制御される。
【００１６】
前記酸化剤ガス排出通路２１には前記加湿器１９が接続されている。前記加湿器１９は、その内部に前記排出通路２１と供給通路１６とを仕切る水分透過膜（図示せず）を備えており、該透過膜を介して排出通路２１と供給経路１６をそれぞれ流通する酸化剤ガス間で水分交換を行えるようにしている。
また、前記燃料電池１に燃料ガスを供給・排出する構成については、上述した酸化剤ガスを供給・排出する構成と同様であるため、図示と説明を省略する。
【００１７】
図２は本実施の形態における燃料電池１の停止装置のフローチャートである。まず、燃料電池１の発電停止命令がＥＣＵ２２に伝達されると、ステップＳ０２で、ＥＣＵ２２は三方弁１８を制御して、加湿器１９を通過する供給通路１６ａに酸化剤ガスの流通路を切り換える。そして、ステップＳ０４で、コンプレッサ１７を制御して、酸化剤ガスの流量をアイドル時（発電時）よりも増加させてガス供給通路１６ａに供給する。この酸化剤ガスは、加湿器１９を通過する際に加湿され、燃料電池１のガス通路孔１０に供給される。
【００１８】
このように、加湿された酸化剤ガス（加湿ガス）をアイドル時よりも多い流量で燃料電池１に供給することで、ガス通路孔１０の残留水１３（図４参照）を吹き飛ばして除去する。上述したように、ガス通路孔１０に供給している酸化剤ガスは加湿されているため、燃料電池１のカソード電極４やその内側に配される固体高分子電解質膜２は乾燥せず、カソード電極４内の残留水１４や、固体高分子電解質膜２が含有する水分１５はそのまま保持される。そして、カソード電極４を通過した酸化剤ガスは、前記残留水１３を含んだ状態でガス排出通路２１に排出される。この酸化剤ガスは、前記ガス排出通路２１の加湿器１９内に流入し、加湿器１９内の水分透過膜を介して前記ガス供給通路１６ａの酸化剤ガスに水分を供給した後、外部に放出される。
【００１９】
そして、ステップＳ０６で、ステップＳ０４の制御を、ガス通路孔１０内から残留水１３を除去するため予め定めた第１の設定時間継続して行う。
次に、ステップＳ０８で、ＥＣＵ２２は三方弁１８を制御して、バイパス通路２０に酸化剤ガスの流通路を切り換える。ついで、ステップＳ１０で、コンプレッサ１７を制御して、酸化剤ガスの流量をステップＳ０４の時よりも減少させる。これにより、コンプレッサ１７から酸化剤ガス供給通路１６ａに供給される酸化剤ガスは前記加湿器１９を迂回するバイパス通路２０を流通して、加湿されずに燃料電池１に供給される。
【００２０】
このように、加湿されていない酸化剤ガス（非加湿ガス）を燃料電池１に供給することで、カソード電極４を乾燥させてカソード電極４内の残留水１４を除去する。また、上述したように、この非加湿ガスは前記加湿された酸化剤ガスよりも少ない流量で供給されているため、カソード電極４やその内側に配される固体高分子電解質膜２の急激な乾燥が防止できる。したがって、前記カソード電極４より内側に配される固体高分子電解質膜２が含有する水分１５はそのまま保持させつつ、カソード電極４内の残留水１４を除去することができる。
そして、ステップＳ１２で、ステップＳ１０の制御を、カソード電極４内の残留水１４を除去するために予め定めた第２の設定時間継続して行った後、一連の処理を終了する。
【００２１】
以上、カソード電極４側のパージ処理について説明したが、アノード電極３側のパージ処理も図２に示した処理に従って行うことができる。アノード電極３側のパージ用ガスとしては、窒素などの不活性ガスを用いることが好ましい。
【００２２】
本発明は、燃料電池を搭載した燃料電池車両において好適に用いることができるが、適用対象は燃料電池車両に限られない。また、実施の形態においては、固体高分子電解質型（ＰＥＭ型）の燃料電池について説明したが、これに限らず、例えば、リン酸型、溶融炭酸塩型、酸化物固体電解質型の燃料電池について適用してもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または請求項２記載の発明によれば、固体高分子電解質膜が含有する水分をそのまま保持させつつ、ガス通路や電極内の残留水を除去することができるため、固体高分子電解質膜の劣化を防止しつつ、燃料電池の再始動をスムーズに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の燃料電池の停止装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における燃料電池の停止装置のフローチャートである。
【図３】固体電解質型の燃料電池の一例を示す断面図である。
【図４】図３の燃料電池の拡大説明図である。
【符号の説明】
１  燃料電池
１６  ガス供給通路
１８  三方弁
１９  加湿器
２０  バイパス通路
２２  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
2004152600.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004152600.tif 000006