(57)【要約】【課題】簡単な構成にてシステム停止時における高濃度の水素の排出を防止する。【解決手段】少なくとも燃料ガス及び酸化剤ガスを含む複数の流体が供給されて発電する燃料電池スタック１と、燃料電池スタック１の流体入口側に設けられ各流体を燃料電池スタック１に供給すると共に、燃料電池スタックの流体出口側に設けられ当該燃料電池スタックを通過した各流体を排出する各系と、燃料電池スタック１の流体入口側の各流体供給流路及び前記燃料電池スタックの流体出口の各流体排出流路に設けられたシャット弁５，８，１１，１６，２０，２２，２４，２６とを備え、通常運転時には各シャット弁を開状態にしておく。システムの運転停止時に、各シャット弁５，８，１１，１６，２０，２２，２４，２６を閉じ、各流体を各流体供給流路のシャット弁と各流体排出流路のシャット弁との間に閉じ込めた後に、徐々に各流体を排出する。【選択図】      図１
2004296340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも燃料ガス及び酸化剤ガスを含む複数の流体が供給されて発電する燃料電池スタックと、
前記各流体ごとに、前記燃料電池スタックの流体入口側に設けられ各流体を前記燃料電池スタックに供給する流体供給流路と、前記燃料電池スタックの流体出口側に設けられ当該燃料電池スタックを通過した各流体を排出する流体排出流路とを有する複数の流体供給系と、
前記各流体供給流路及び前記各流体排出流路に設けられたシャット弁とを備え、
システムの運転停止時に前記各シャット弁を閉じ、各流体を各流体供給流路のシャット弁と各流体排出流路のシャット弁との間に閉じ込めた後に、徐々に各流体を排出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記流体として、前記燃料電池スタックの温度を調整するための冷却水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】
各流体を各流体供給流路のシャット弁と各流体排出流路のシャット弁との間に閉じ込めている間に、前記燃料電池スタックに放電抵抗を接続して、前記燃料電池スタックの残留電圧を放電させ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４】
電力を放電及び充電する二次電池を更に備え、
各流体を各流体供給流路のシャット弁と各流体排出流路のシャット弁との間に閉じ込めている間に、徐々に各流体を排出するために使用する電力が前記二次電池に充電されているか否かを判定し、各流体の排出開始を通知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５】
前記燃料電池スタックの周囲に空気を供給するベンチレーション用のブロアと、
前記ブロアから前記燃料電池スタックの周囲を介して供給される空気と、前記流体排出流路を介して排出された燃料ガスとを混合して、燃料ガスを希釈する混合器と
を更に備え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６】
前記混合器として、システムの通常運転時に前記燃料電池スタックから排出された燃料ガスを燃焼させる燃焼器を用いることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記ブロアから供給された空気を、前記燃焼器を迂回させて排出する流路を更に備える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】
各流体供給流路のシャット弁と各流体排出流路のシャット弁との間に閉じ込められている各流体の圧力に基づいて、前記ブロアの回転数を決定することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池スタックから排出された燃料ガスを前記燃料電池スタックの燃料ガス入口に戻す循環流路に燃料循環ポンプを更に備え、
燃料ガスを徐々に排出して燃料ガス圧力が略大気圧まで低下した後に、前記燃料循環ポンプにより外気を取り込んで、前記循環流路、燃料ガスの前記流体供給流路及び前記流体排出流路内の燃料ガスを空気に置換し、燃料ガスを前記ブロアの空気により希釈することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池スタックの流体出口側に、連続的に開度が変更可能な開度可変弁を更に備えることを特徴とする請求項１の燃料電池システム。
【請求項１１】
各流体供給流路のシャット弁と各流体排出流路のシャット弁との間に閉じ込められている各流体の圧力に基づいて、前記開度可変弁の開度を決定して、徐々に各流体を排出することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
各流体供給流路のシャット弁と各流体排出流路のシャット弁との間に閉じ込められている各流体の圧力に基づいて、各流体の圧力の差が許容値内となるように前記開度可変弁の開度を決定して、徐々に各流体を排出することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
燃料ガス、酸化剤ガスの少なくとも一方を、加湿水を用いて加湿する加湿器と、
前記加湿器に加湿水を循環させる加湿水循環流路と、
前記加湿器の加湿水入口及び加湿水出口の前記加湿水循環流路にそれぞれ設けられた加湿水用シャット弁とを更に備え、
システムの運転停止時に前記各加湿水用シャット弁を閉じ、加湿水を各加湿水用シャット弁間に閉じ込め、前記各流体を徐々に排出すると共に、徐々に加湿水を排出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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池スタックに水素や空気などの複数種類の流体を供給して発電させるための燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃料ガスとして水素を使用して発電する燃料電池スタックを備えた燃料電池システムにおいて、システムの緊急停止時に、水素遮断弁の遮断作動に先立って、窒素供給弁を開作動させることにより、水素の希釈を確実に行う技術が下記の特許文献１などにて知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２９３５２２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の燃料電池システムでは、水素希釈が遅れない利点がある反面、窒素ボンベを持たなければならず、システム全体で高コストとなったり、例えば車両搭載時のレイアウト上の問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、システム停止時において、簡単な構成で、高濃度の水素が一度に大量に排出されることを防止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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、少なくとも燃料ガス及び酸化剤ガスを含む複数の流体が供給されて発電する燃料電池スタックと、前記各流体ごとに、前記燃料電池スタックの流体入口側に設けられ各流体を前記燃料電池スタックに供給する流体供給流路と、前記燃料電池スタックの流体出口側に設けられ当該燃料電池スタックを通過した各流体を排出する流体排出流路とを有する複数の流体供給系と、前記各流体供給流路及び前記各流体排出流路に設けられたシャット弁とを備え、通常運転時には各シャット弁を開状態にしておく。
【０００７】
そして、この燃料電池システムでは、システムの運転停止時に、前記各シャット弁を閉じ、各流体を各流体供給流路のシャット弁と各流体排出流路のシャット弁との間に閉じ込めた後に、徐々に各流体を排出することで、上述の課題を解決する。
【０００８】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムによれば、システムの運転停止時に、燃料電池スタックの流体入口及び流体出口に設けられたシャット弁を閉じることで各流体を各シャット弁間に閉じこめた後に、各流体を徐々に排出するので、例えば燃料ガスを希釈するための窒素ボンベ等を用いることなく、簡単な構成で、高濃度の水素が一度に大量に排出されることを防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
本発明は、例えば図１に示すように構成された燃料電池システムに適用される。
【００１１】
［燃料電池システムの構成］
この燃料電池システムは、図１に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池スタック１を備える。この燃料電池スタック１は、例えば、固体高分子電解質膜を挟んで空気極と水素極とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層して構成されている。本例においては、燃料電池スタック１が発電反応を発生させるための燃料ガスとして水素ガスを水素極に供給すると共に、酸化剤ガスとして酸素を含む空気を空気極に供給する燃料電池システムについて説明する。
【００１２】
この燃料電池システムでは、燃料電池スタック１に空気を供給して燃料電池スタック１から排出された空気を燃焼器２に導く空気系、燃料電池スタック１に水素ガスを供給して燃料電池スタック１から排出された水素ガスを燃焼器２に導く水素ガス系、燃料電池スタック１に供給する空気及び水素ガスを加湿する加湿用純水を循環させる加湿用純水系、燃料電池スタック１の温度調整をする冷却水を循環させる冷却水系を備える。この燃料電池システムでは、燃料電池スタック１の発電を制御するに際して、空気、水素ガス、加湿用純水、冷却水の各流体の流量及び圧力をコントロールユニット３により制御する。
【００１３】
空気系は、空気供給流路Ｌ１に、空気コンプレッサ４、空気加湿器入口シャット弁５及び加湿器６が設けられ、燃料電池スタック１の空気排出側の空気排出流路Ｌ２に、空気調圧弁７、空気スタック出口シャット弁８及び燃焼器２が設けられて構成されている。この空気系は、燃料電池システムの通常運転時において、コントロールユニット３により空気コンプレッサ４の回転数や空気調圧弁７の開度が調整されることで、燃料電池スタック１に供給する空気流量及び空気圧力が調整され、空気コンプレッサ４により外気を取り込んで加湿器６に空気を導き、加湿した状態の空気を燃料電池スタック１に供給し、燃料電池スタック１から排出された空気を燃焼器２に導く。
【００１４】
また、この空気系は、燃料電池システムの緊急停止時において、空気加湿器入口シャット弁５及び空気スタック出口シャット弁８の動作がコントロールユニット３により制御される。
【００１５】
水素ガス系は、水素供給流路Ｌ３に、水素タンク９、水素調圧弁１０、水素加湿器入口シャット弁１１及び加湿器６が設けられる。この水素ガス系は、燃料電池システムの通常運転時において、水素タンク９に貯蔵した水素を水素ガスとして燃料電池スタック１に導く。このとき、水素ガス系は、コントロールユニット３により水素調圧弁１０の開度が調整されることで、水素圧力及び水素流量が調整される。
【００１６】
また、この水素ガス系は、燃料電池スタック１の水素排出側に、燃料電池スタック１から排出された水素ガスを再度燃料電池スタック１に戻す水素循環流路Ｌ４、燃料電池システムの緊急停止時に燃焼器２に水素ガスを排出するための水素排出流路Ｌ５、水素ガスのパージをするためのパージ流路Ｌ６が設けられて構成されている。水素循環流路Ｌ４には、水素循環系シャット弁１２、水素循環ポンプ１３が設けられ、更に分岐した外気吸い込み流路Ｌ７に外気吸い込み弁１４が設けられている。また、水素排出流路Ｌ５には、水素排出用開度可変弁１５、水素スタック出口シャット弁１６が設けられ、パージ流路Ｌ６には、パージ弁１７が設けられている。
【００１７】
このような水素ガス系は、燃料電池システムの通常運転時において、コントロールユニット３により水素循環ポンプ１３が駆動されて水素ガスの再利用が行われると共に、必要に応じてパージ弁１７が開状態とされる。また、この水素ガス系は、燃料電池システムの緊急停止時において、水素スタック出口シャット弁１６、水素循環系シャット弁１２及び外気吸い込み弁１４の動作がコントロールユニット３により制御される。
【００１８】
加湿用純水系は、純水循環流路Ｌ８に、加湿純水タンク１８、加湿純水ポンプ１９、純水加湿器入口シャット弁２０、加湿器６、純水排出用開度可変弁２１、純水加湿器出口シャット弁２２が設けられて構成されている。この加湿用純水系は、燃料電池システムの通常運転時において、コントロールユニット３により加湿純水ポンプ１９の回転数及び純水排出用開度可変弁２１の開度が調整されて、加湿純水タンク１８に蓄積した加湿用純水を加湿器６に送ることで、燃料電池スタック１に供給する空気及び水素ガスを加湿させる。また、この加湿用純水系は、燃料電池システムの緊急停止時において、純水加湿器入口シャット弁２０及び純水加湿器出口シャット弁２２の動作がコントロールユニット３により制御される。
【００１９】
冷却水系は、冷却水循環流路Ｌ９に、スタック冷却水ポンプ２３、冷却水スタック入口シャット弁２４、燃料電池スタック１、冷却水排出用開度調整弁２５、冷却水スタック出口シャット弁２６、冷却水ラジエータバイパス用三方弁２７、ラジエータ２８及び送風ファン２９が設けられて構成されている。この冷却水系は、燃料電池システムの通常運転時において、コントロールユニット３によりスタック冷却水ポンプ２３の駆動量、及び冷却水排出用開度調整弁２５の開度、冷却水ラジエータバイパス用三方弁２７の動作、送風ファン２９の駆動量が調整されて、スタック冷却水ポンプ２３から燃料電池スタック１に供給する冷却水温度が適正な値に調整される。また、この冷却水系は、燃料電池システムの緊急停止時において、冷却水スタック入口シャット弁２４及び冷却水スタック出口シャット弁２６の動作がコントロールユニット３により制御される。
【００２０】
また、この燃料電池システムでは、燃料電池スタック１を収容するスタック収容部１Ａを有し、当該スタック収容部１Ａ内の温度及び湿度等を調整して、燃料電池スタック１の周囲の温度及び湿度を適切な値にすべく、燃料電池スタック１の周囲に空気を供給して換気をするための換気系を備える。この換気系は、空気流路Ｌ１０に、スタックベンチレーションブロア３０、スタック収容部１Ａ、及びベンチレーションブロアライン三方弁３１が設けられて構成されている。この換気系は、燃料電池システムの通常運転時において、スタックベンチレーションブロア３０の駆動量を調整すると共に、スタック収容部１Ａを介して排出された空気を大気に排出するようにベンチレーションブロアライン三方弁３１を動作させる。
【００２１】
更に、この燃料電池システムでは、図２に示すように、燃料電池スタック１に放電抵抗４１が接続可能とされ、更に燃料電池スタック１と並列にコンバータ４２及び二次電池４３が接続されている。この燃料電池システムでは、通常運転時において、燃料電池スタック１にて発電した電力をコンバータ４２で取り出して、図示しない駆動モータや補機類等の負荷に供給すると共に、必要に応じて二次電池４３を充放電させる。
【００２２】
このように構成された燃料電池システムの通常運転時において、コントロールユニット３は、空気供給流路Ｌ１に設けられた空気スタック入口圧力センサ５１、水素供給流路Ｌ３に設けられた水素スタック入口圧力センサ５２、純水循環流路Ｌ８に設けられた純水加湿器入口圧力センサ５３、冷却水循環流路Ｌ９に設けられた冷却水スタック入口圧力センサ５４からのセンサ信号を読み込むと共に、空気コンプレッサ４、水素循環ポンプ１３、加湿純水ポンプ１９、スタック冷却水ポンプ２３及びスタックベンチレーションブロア３０の回転数を監視する。そして、コントロールユニット３では、燃料電池スタック１に要求される発電電力に応じて、各センサからのセンサ信号を参照して、空気、水素ガス、加湿用純水、冷却水の各流体の流量及び圧力を制御する制御信号を各部に送る。
【００２３】
また、このコントロールユニット３は、燃料電池システムが何らかの理由により緊急停止した場合、燃料電池システムを停止する緊急停止処理を実行する。なお、この緊急停止処理の詳細については後述する。
【００２４】
［緊急停止処理］
つぎに、上述したように構成された燃料電池システムにおける緊急停止処理の処理手順について図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２５】
コントロールユニット３では、燃料電池システムが何らかの理由で緊急停止した際にステップＳ１以降の処理を開始し、先ず、ステップＳ１においては、空気加湿器入口シャット弁５、水素加湿器入口シャット弁１１、空気スタック出口シャット弁８、水素スタック出口シャット弁１６、純水加湿器入口シャット弁２０、純水加湿器出口シャット弁２２、冷却水スタック入口シャット弁２４及び冷却水スタック出口シャット弁２６を同時に閉止することで、ステップＳ１を開始した時点の運転状態とほぼ同じ圧力で、各シャット弁間の流路内に各流体を閉じ込める。なお、この緊急停止処理では、通常運転時と同様にパージ弁１７も閉状態となっている。
【００２６】
このようにステップＳ１の処理を行うと、図４に示すように、例えば時刻ｔ１にて緊急停止した場合に、各シャット弁５，８，１１，１６，２０，２２，２４，２６を閉状態にすることにより各流体を閉じ込めた状態となり、水素圧力、空気圧力、スタック冷却水圧力及び加湿用純水圧力が、通常運転時と略同値の一定値となる。
【００２７】
次のステップＳ２においては、放電抵抗４１を燃料電池スタック１に対して接続状態にして、放電抵抗４１により燃料電池スタック１に残留した電圧（残留電圧）を放電させて低下させる。これは、燃料電池スタック１の発電を停止したにも拘わらず燃料電池スタック１に残留電圧が存在する状態を長時間放置した場合に、燃料電池スタック１内の高分子膜の劣化を抑制するためである。このように残留電圧が存在する状態が長時間に亘る場合としては、例えば二次電池４３が後述の緊急停止処理を実行する程に電力が充電されていない場合に、緊急停止処理を行うために外部電源が利用可能な場所に移動するための時間が必要とされる場合である。
【００２８】
次のステップＳ３においては、コントロールユニット３により、後述の動作モードを実行するための電力が二次電池４３に充電されているか否かを判定することで、各系内の流体間の差圧を予め設定した許容値以内に抑えながら、水素を排出する動作モード（水素排出モード）の開始が可能か否かを判定する。水素排出モードの開始が可能でないと判定した場合にはステップＳ４に処理を進める一方で、水素排出モードの開始が可能であると判定した場合にはステップＳ５に処理を進める。
【００２９】
ステップＳ４においては、コントロールユニット３により、水素排出モードを実行するための外部電源を供給させるように運転者に通知して、運転者に二次電池４３の充電を促して、ステップＳ３に処理を戻す。
【００３０】
また、ステップＳ５においては、コントロールユニット３により水素排出モードの開始が可能であることを運転者に通知し、この通知に応じて運転者により水素排出モードの開始を許可する指示がなされた場合にステップＳ６に移行する。ここで、水素排出モードの開始が可能であることを運転者に通知するときには、例えば図示しない表示機構や放音機構等を利用し、水素排出モードの開始を許可する指示は、例えば図示しないボタン等の操作機構の操作を検出する。なお、このように水素排出モードの開始を許可する指示を運転者に促す場合のみならず、二次電池４３に充分な電力が充電されている場合には自動的にステップＳ６以降の処理に移行しても良い。
【００３１】
ステップＳ６においては、コントロールユニット３により、空気スタック入口圧力センサ５１、水素スタック入口圧力センサ５２、純水加湿器入口圧力センサ５３及び冷却水スタック入口圧力センサ５４からのセンサ信号を読み込み、各センサ信号に応じた各圧力値から、空気調圧弁７、水素排出用開度可変弁１５、純水排出用開度可変弁２１、冷却水排出用開度調整弁２５の開度、スタックベンチレーションブロア３０の回転数を決定して駆動させる。このようにスタックベンチレーションブロア３０の回転数を決定することで、コントロールユニット３では、ベンチレーションブロアライン三方弁３１を介して燃焼器２に供給する空気流量を決定して、水素排出時に水素を希釈するための空気流量を決定する。
【００３２】
次のステップＳ７においては、コントロールユニット３により、ベンチレーションブロワライン三方弁３１を、大気に対して閉状態とすると共に燃焼器２に対して開状態とするように制御する。その後、ステップＳ７においては、水素スタック出口シャット弁１６を開状態にして、水素加湿器入口シャット弁１１から水素スタック出口シャット弁１６までの流路内及び水素循環流路Ｌ４内の水素ガスを、ステップＳ６にて駆動した水素排出用開度可変弁１５の開度にて燃焼器２に送る。これにより、燃焼器２内では、水素スタック出口シャット弁１６を介して送られた水素を、ベンチレーションブロアライン三方弁３１を介して供給された空気で混合して希釈する。このとき、燃焼器２は、水素ガスを空気で混合する混合器として機能する。
【００３３】
次のステップＳ８においては、コントロールユニット３により、空気スタック出口シャット弁８、純水加湿器出口シャット弁２２及び冷却水スタック出口シャット弁２６を開状態にすると共に、空気スタック入口圧力センサ５１、水素スタック入口圧力センサ５２、純水加湿器入口圧力センサ５３及び冷却水スタック入口圧力センサ５４からのセンサ信号を参照して、各流体の圧力差が許容値以内となるように空気調圧弁７、純水排出用開度可変弁２１及び冷却水排出用開度調整弁２５の開度を調整する。これにより、空気系の空気は燃焼器２に排出開始され、冷却水系の冷却水はラジエータ２８等に排出開始され、加湿用純水系の加湿用純水は加湿純水タンク１８に排出開始される。
【００３４】
ここで、ステップＳ８は、ステップＳ７と略同時に実行されることで、図４の時刻ｔ２以降に示すように、水素を水素排出用開度可変弁１５及び水素スタック出口シャット弁１６を介して燃焼器２に排出することによる水素圧力の低下と略同じ傾きにて空気圧力、冷却水圧力及び加湿用純水圧力を低下させるように、各センサ信号を参照しながらコントロールユニット３により制御する。また、コントロールユニット３では、各流体の圧力差が許容差圧内となるように各弁の開度を制御する。
【００３５】
次のステップＳ９においては、コントロールユニット３により、水素スタック入口圧力センサ５２からのセンサ信号を監視して、図４に示すように各流体を排出し続けることで各流体の圧力が徐々に低下し、同図の時刻ｔ３にて水素ガス圧力が大気圧まで低下したことを検出すると、ステップＳ１０に処理を進める。
【００３６】
ステップＳ１０においては、コントロールユニット３により、空気スタック出口シャット弁８、純水加湿器出口シャット弁２２及び冷却水スタック出口シャット弁２６を閉状態に制御することで、水素ガス系以外の燃料電池スタック１の流体出口及び加湿器６の流体出口における流体の移動を停止させる。
【００３７】
次のステップＳ１１においては、水素ガス系内の残留水素の空気への置換を開始する。
【００３８】
ステップＳ１２においては、コントロールユニット３により、水素循環系シャット弁１２を閉状態にすると共に、外気吸い込み弁１４を開状態にする。
【００３９】
次のステップＳ１３においては、コントロールユニット３により、水素循環ポンプ１３を起動開始することで、外気吸い込み弁１４からの空気の取り込んで水素から空気への置換をする。このとき、コントロールユニット３では、水素ガス系と、空気系、冷却水系及び加湿用純水系との差圧が許容差圧以内に収まる範囲の揚程、且つスタックベンチレーションブロア３０から燃焼器２に送られる空気で燃焼器２に送られた水素が可燃域以下にまで希釈可能な空気流量となるように水素循環ポンプ１３を駆動させる。
【００４０】
次のステップＳ１４においては、コントロールユニット３により、水素スタック入口圧力センサ５２からのセンサ信号を参照し、他の系の圧力との差圧を許容差圧以内にするように水素ガス系の圧力を調節するために、水素排出用開度可変弁１５の開度を調節する。
【００４１】
次のステップＳ１５においては、コントロールユニット３により、ステップＳ１３にて水素ガス系を空気に置換開始してからの一定時間後、水素循環ポンプ１３の駆動を停止して、水素スタック出口シャット弁１６を閉状態にすることで処理を終了する。ここで、一定時間は、水素ガス系の容積及び空気置換時の水素循環ポンプ１３の流量から求めた時間としている。
【００４２】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した燃料電池システムによれば、システムの緊急停止時に、燃料電池スタック１の流体入口及び流体出口に設けられたシャット弁５，８，１１，１６，２０，２２，２４，２６を閉じることで各流体を各シャット弁間に閉じ込めた後に、各流体の圧力を徐々に低くしながら排出すると共に、スタックベンチレーションブロア３０から燃焼器２に空気を送るようにしたので、可燃性のある水素を徐々に燃焼器２に排出しながら空気にて希釈することができる。したがって、この燃料電池システムによれば、例えば水素を希釈するための窒素ボンベ等を用いることなく、簡単な構成で、高濃度の水素が一度に大量に排出されることを防止することができる
また、この燃料電池システムによれば、各シャット弁５，８，１１，１６，２０，２２，２４，２６を同時に閉じるようにしたので、各流体を通常運転中の圧力と略同じ状態で閉じこめて、各流体の圧力を許容差圧以内に保持しながら各流体を排出させることができ、各流体の圧力低下の仕方が異なることに起因する燃料電池スタック１の破損を防止することができる。
【００４３】
更に、この燃料電池システムによれば、冷却水循環流路Ｌ９に冷却水スタック入口シャット弁２４及び冷却水スタック出口シャット弁２６を設けて、水素ガス系及び空気系と同様に冷却水を排出して圧力低下させるようにしたので、冷却水と水素や空気との差圧に起因する燃料電池スタック１の破損を防止することができ、緊急停止時の燃料電池スタック１に対する信頼性をより向上させることができる。
【００４４】
更にまた、この燃料電池システムによれば、各流体を各系内に閉じ込めている間に放電抵抗４１を燃料電池スタック１に接続して、燃料電池スタック１の残留電圧を低下させるので、例えば二次電池４３が使用不可となっている場合等、水素を排出するために時間を要する場合であっても、燃料電池スタック１の高分子膜の劣化を防止することができる。
【００４５】
更にまた、この燃料電池システムによれば、ステップＳ５以降の水素排出モードを行うことが可能であることを運転者に通知することができるので、運転者に水素排出モードを行う場所やタイミングを選択させることができる。
【００４６】
更にまた、この燃料電池システムによれば、燃焼器２を、スタックベンチレーションブロア３０からの空気と水素ガス系からの水素ガスとを混合する混合器として使用することができ、他のブロア等を追加することなく、より簡単な構成で確実に水素ガスを希釈して排出することができ、システムの低コスト化、レイアウト性の向上を実現しつつ、システムの緊急停止に対する信頼性をより向上させることができる。
【００４７】
更にまた、この燃料電池システムによれば、混合器として、通常運転時のパージを行う際に使用する水素ガスの燃焼器２を用いることができ、新たに混合器を追加することなく、より簡単な構成で確実に水素ガスを希釈して排出することができ、システムの低コスト化、レイアウト性の向上を実現しつつ、システムの緊急停止に対する信頼性をより向上させることができる。
【００４８】
更にまた、この燃料電池システムによれば、通常運転時にはスタックベンチレーションブロア３０からの空気を燃焼器２に対して迂回させて大気排出するバイパス流路を設けたので、通常運転時にスタックベンチレーションブロア３０からの空気によって燃焼器２の温度を低下させることなく、燃焼器２の燃焼性能を低下させることを防止することができる。
【００４９】
更にまた、この燃料電池システムによれば、シャット弁５，８，１１，１６，２０，２２，２４，２６を閉じた状態での各流体の圧力を参照して、スタックベンチレーションブロア３０の回転数を決定して燃焼器２に供給する最適な空気流量を決定することができ、スタックベンチレーションブロア３０の消費電力を最小限に抑制することができる。
【００５０】
更にまた、この燃料電池システムによれば、水素ガス系の水素圧力が大気圧近傍まで低下した後に、水素循環ポンプ１３を駆動して外気吸い込み弁１４から空気を取り込むことで水素ガス系の水素を空気に置換し、置換された水素ガスを燃焼器２にて空気で希釈するので、燃料電池スタック１内に水素が残存するのを確実に抑制することができ、残留水素による燃料電池スタック１の劣化を抑制することができる。
【００５１】
更にまた、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１の流体出口側に連続的に開度調整が可能な空気調圧弁７、水素排出用開度可変弁１５、冷却水排出用開度調整弁２５を設けると共に、加湿器６の流体出口側に純水排出用開度可変弁２１を設けるので、各弁の開度を大きくして各流体を排出させることができ、短時間で各流体を排出することができる。
【００５２】
更にまた、この燃料電池システムによれば、シャット弁５，８，１１，１６，２０，２２，２４，２６を閉じた状態での各流体の圧力を参照して、各弁７，１５，２１，２５の開度を決定するので、緊急停止状態となる直前での運転状態に拘わらず、排出する水素ガス濃度を確実に可燃域以下に希釈し、且つ短時間で水素ガスの排出を完了することができる。
【００５３】
更にまた、この燃料電池システムによれば、各流体を微量づつ徐々に排出する際に、各流体の圧力を参照しながら、それぞれの流体間の差圧を許容値以内とするように各弁７，１５，２１，２５の開度を調節するので、差圧による燃料電池スタック１や加湿器６の破損をより確実に防止することができる。
【００５４】
更にまた、この燃料電池システムによれば、純水循環流路Ｌ８に純水加湿器入口シャット弁２０及び純水加湿器出口シャット弁２２を設けて、水素ガス系及び空気系と同様に加湿用純水を排出して圧力低下させるようにしたので、加湿用純水と水素や空気との差圧に起因する加湿器６の破損を防止することができ、システムの緊急停止時の加湿器６に対する信頼性をより向上させることができる。
【００５５】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００５６】
すなわち、上述した実施形態では、水素ガスの供給も停止しなければならない緊急停止時に特に効果的であることを説明したが、ステップＳ１〜ステップＳ１５の処理を通常停止時にも行っても良いのは勿論である。
【００５７】
また、上述した実施形態では、燃料電池スタック１に供給する流体が、水素ガス、空気、加湿用純水及び冷却水である場合について説明したが、これに限らず、燃料電池スタック１に供給される流体が、水素ガス及び酸化剤ガスのみの場合であっても、上述の緊急停止処理を行うことにより同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した燃料電池システムの電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明を適用した燃料電池システムにおいて、緊急停止処理を行うときの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明を適用した燃料電池システムにおいて、緊急停止処理を行ったときの水素ガス圧力、空気圧力、冷却水圧力及び加湿用純水圧力の時間的な変化を示す図である。
【符号の説明】
１  燃料電池スタック
１Ａ  スタック収容部
２  燃焼器
３  コントロールユニット
４  空気コンプレッサ
５  空気加湿器入口シャット弁
６  加湿器
７  空気調圧弁
８  空気スタック出口シャット弁
９  水素タンク
１０  水素調圧弁
１１  水素加湿器入口シャット弁
１２  水素循環系シャット弁
１３  水素循環ポンプ
１４  外気吸い込み弁
１５  水素排出用開度可変弁
１６  水素スタック出口シャット弁
１７  パージ弁
１８  加湿純水タンク
１９  加湿純水ポンプ
２０  純水加湿器入口シャット弁
２１  純水排出用開度可変弁
２２  純水加湿器出口シャット弁
２３  スタック冷却水ポンプ
２４  冷却水スタック入口シャット弁
２５  冷却水排出用開度調整弁
２６  冷却水スタック出口シャット弁
２７  冷却水ラジエータバイパス用三方弁
２８  ラジエータ
２９  送風ファン
３０  スタックベンチレーションブロア
３１  ベンチレーションブロアライン三方弁
４１  放電抵抗
４２  コンバータ
４３  二次電池
５１  空気スタック入口圧力センサ
５２  水素スタック入口圧力センサ
５３  純水加湿器入口圧力センサ
５４  冷却水スタック入口圧力センサ
Ｌ１  空気供給流路
Ｌ２  空気排出流路
Ｌ３  水素供給流路
Ｌ４  水素循環流路
Ｌ５  水素排出流路
Ｌ６  パージ流路
Ｌ７  外気吸い込み流路
Ｌ８  純水循環流路
Ｌ９  冷却水循環流路
Ｌ１０  空気流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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