(57)【要約】【課題】  燃料オフガスを燃焼する燃焼器が使用できない場合に、燃料オフガスを安全に排出する。【解決手段】  燃料電池１のアノード１ａの下流に、燃焼用パージ弁４１と非常用パージ弁５０を設ける。燃焼用パージ弁は、燃焼器４０へ燃料オフガスを導入する。非常用パージ弁５０の下流には、ノーマルオープンのパージ弁７と並列にバイパス配管５１を設け、パージ弁７及びバイパス配管５１の下流に希釈ブロア９を設ける。燃焼器が高温となって利用できない場合や、酸化剤オフガスを燃焼器へ供給できない場合、燃焼用パージ弁４１を閉じて非常用パージ弁５０を開く。燃料オフガスは、非常用パージ弁５０、バイパス配管５１を介して希釈ブロア９に供給され、周囲の空気で希釈されて水素の可燃濃度未満となってシステム外部へ排出される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
酸化剤ガス供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池から燃料オフガスを排出する燃料ガス排出手段と、
前記燃料電池から酸化剤オフガスを排出する酸化剤ガス排出手段と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガス排出手段および前記酸化剤ガス排出手段の下流に設置され前記燃料ガス排出手段から排出される燃料オフガスを酸化剤オフガスとともに燃焼させる燃焼器と、
前記燃料ガス排出手段と前記燃焼器との間から分岐された経路に設置され燃料オフガスを周囲から吸込む空気で希釈してシステム外に排出する希釈手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給しない状態でアノードに燃料ガスを供給するよう制御する場合に前記希釈手段を用いることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃焼器への燃料オフガスの供給経路を遮断する遮断手段を有し、前記希釈手段使用時には前記遮断手段により燃焼器への燃料オフガスを遮断することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記希釈手段は、前記燃焼器の排出口とは異なる排出口を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料ガス排出手段は、通常運転時であっても少なくとも燃焼器で燃料オフガスを全て燃焼しきれない場合、燃焼器が過度な高温となっている場合、あるいはこれらの場合が予想される場合には、燃料オフガスは燃焼器に排出せずに希釈手段に排出することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料ガス排出手段は、前記希釈手段に排出する燃料オフガスの流量を調整可能な流量調整手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記流量調整手段は、燃料電池システムのアノード圧力異常時に燃料ガスを排出するシャットオフ弁で構成される非常用パージ弁と、
前記希釈手段に供給する燃料オフガスの流量を調整する燃料ガスパージ手段と、
を備え、
前記非常用パージ弁と前記燃料ガスパージ手段とを直列に配置したことを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料ガスパージ手段は、全開時には前記非常用パージ弁と同等以上の流量係数を有し、且つ全閉時においても所定流量の燃料オフガスを排出できる連通部を設けたシャットオフ弁であることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料ガスパージ手段は、前記非常用パージ弁と同等以上の流量係数を有するシャットオフ弁と該シャットオフ弁と並列に配置されたバイパス配管とで構成されたことを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記流量調整手段は、非常用パージ弁と、燃料ガスパージ手段とを備え、前記非常用パージ弁と燃料ガスパージ手段とを並列に配置したことを特徴とする請求項７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、燃料電池システムに係り、特に燃料オフガスの処理を改善した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。
【０００３】
ところで、固体高分子型燃料電池には、電気化学反応で消費される水素流量より多量の水素を燃料極（アノード）入口に供給し、燃料極出口から排出される未反応の水素ガスを含む燃料オフガスを燃料極入口に再循環させる燃料オフガス循環型のものがある。
【０００４】
この燃料オフガス循環型燃料電池においては、空気極（カソード）から燃料極へ空気や水蒸気がリークし、運転を継続すると、燃料ガス中の窒素濃度及び水蒸気濃度が高まる現象が起きる。また、水素貯蔵装置から供給される水素中にも不純物が含まれる場合があり、これらの不純物は、水素のように電気化学反応により消費されることなく燃料ガス中に蓄積する。
【０００５】
これらの現象が起きると、燃料電池の発電性能が低下して好ましくないので、ある程度運転を継続した後には、不純物を多く含む燃料ガスを燃料ガス循環路から外部の燃焼器へ排出し、燃焼器で燃料オフガスを空気とともに燃焼させている（例えば、特許文献１、２）。
【特許文献１】特開平８−０７８０３０号公報（第６ページ、図１）
【特許文献２】特開２００２−２１６８１５号公報（第５ページ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の燃焼器を備えた燃料電池システムにおいて、燃焼器の高温時や大量のオフガスがある場合、あるいは十分な酸化剤オフガスを供給できない場合など、燃料オフガスを燃焼器で処理できない場合には、水素濃度の高い燃料オフガスを外部に放出することになるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するため、燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、酸化剤ガス供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池から燃料オフガスを排出する燃料ガス排出手段と、前記燃料電池から酸化剤オフガスを排出する酸化剤ガス排出手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料ガス排出手段および前記酸化剤ガス排出手段の下流に設置され前記燃料ガス排出手段から排出される燃料オフガスを酸化剤オフガスとともに燃焼させる燃焼器と、前記燃料ガス排出手段と前記燃焼器との間から分岐された経路に設置され燃料オフガスを周囲から吸込む空気で希釈してシステム外に排出する希釈手段と、を備えたことを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料オフガスを周囲の空気で希釈してシステム外に排出する希釈手段を備えたことにより、燃焼器が使えない場合でも燃料オフガスを可燃濃度未満に希釈して排出することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に説明する各実施例は、特に限定されないが、燃料電池車両に好適な燃料電池システムである。
【実施例１】
【００１０】
図２は、本発明に係る燃料電池システムの実施例１の構成を説明するシステム構成図である。図２において、燃料電池（燃料電池本体、燃料電池スタックとも呼ばれる）１は、特に限定されないが内部加湿型であり、アノード１ａ、カソード１ｂ、電解質膜１ｃ、多孔質のセパレータ１ｄ，１ｅ、純水により反応ガスを加湿するための純水極１ｆ、１ｇ、純水極１ｇと冷却水流路１ｉを分離するセパレータ１ｈ、及び燃料電池温度を適正にたもつための冷却水流路１ｉを備えている。
【００１１】
燃料電池１は、アノード１ａに燃料ガス（ここでは水素ガス）が、カソード１ｂに酸化剤ガス（ここでは空気）が供給され、以下に示す電極反応が進行され、電力が発電される。
【００１２】
（化１）
アノード（水素極）：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-                   …（１）
カソード（酸素極）：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋(1/2)Ｏ2 →Ｈ2Ｏ       …（２）
〔燃料ガス供給〕
アノード１ａへの水素供給は、水素タンク２から水素タンク元弁３、減圧弁３０１、水素供給弁４を通じてなされる。水素タンク２から供給される高圧水素は、減圧弁３０１で機械的に所定の中間圧力まで減圧され、水素供給弁４で中間圧力が所望の水素圧まで減圧制御されてアノード１ａへ供給される。
【００１３】
エゼクタ５及び水素循環ポンプ８は、水素供給弁４から供給される新規水素とアノード１ａで消費されなかった水素とを混合してアノード１ａに供給する再循環を行わせるための燃料ガス循環装置として設置されている。水素循環ポンプ８はエゼクタ５が作動しない水素流量の領域で水素循環機能を補うために設置されている。
【００１４】
アノード１ａの水素圧は、水素圧力制御手段２３が圧力センサ６ａで検出した圧力をフィードバックして水素供給弁４を駆動することによって制御される。水素圧を一定に制御することによって、燃料電池が消費した分だけの水素が自動的に補われる。
【００１５】
〔酸素供給〕
カソード１ｂへの空気はコンプレッサ１０から供給される。カソード１ｂの空気圧は、カソード入口に設けられた圧力センサ６ｂで検出される。空気圧力制御手段２２は、圧力センサ６ｂが検出した圧力をフィードバック制御して空気調圧弁１１を駆動することによって、カソード空気圧を所望の値に制御する。空気調圧弁１１はバタフライ弁である。
【００１６】
〔燃料ガス排出〕
シャットオフ弁で構成される水素パージ弁７、非常用パージ弁５０、およびバイパス配管５１は、燃料オフガス（アノードオフガス）を希釈ブロア９へ排出する流量を調整する。
【００１７】
水素パージ弁７は、非常用パージ弁５０と同等以上の流量係数を有しており、アノード圧力異常時でも水素の排出を妨げない構成としてある。尚、水素パージ弁７はノーマルオープン、非常用パージ弁５０はノーマルクローズである。
【００１８】
希釈ブロア９（希釈手段）は、非常用パージ弁５０の後段に並列に配置されたパージ弁７及びバイパス配管５１から排出される水素を含んだガスを可燃濃度未満の水素濃度となるように空気で希釈して車外へ排出する。
【００１９】
燃焼器４０は、燃焼触媒により水素を燃焼させる構成としてあり、システム通常運転時に燃焼用パージ弁４１から排出される水素を、空気調圧弁１１から排出される酸化剤オフガスを用いて自発的に燃焼させる。尚、燃焼用パージ弁４１はノーマルクローズである。
【００２０】
燃料オフガスの排出は、以下の（１）から（４）に示すような場合に行われる。（１）水素循環機能を確保するために、水素系内に蓄積した窒素を排出する。（２）セル電圧を回復させるために、ガス流路に詰まった水詰まりを吹き飛ばす。（３）燃料電池の劣化を防止するために、起動時にアノード１ａのみガスを供給してカソード１ｂの酸素を電力消費させるカソード酸素消費制御（燃料電池のアノード・カソード間電圧を制限するための動作という意味でVoltage Limited Device，ＶＬＤ制御とも呼ぶ）を行いつつ水素系内のガスを水素置換する。また停止時にもカソード酸素消費制御を行う。（４）燃料電池システムのアノード圧力異常時には、アノードの圧力を速やかに低減させる。
【００２１】
上記（１）〜（３）のように水素を排出する際には、燃焼用パージ弁４１を閉じたまま非常用パージ弁５０を開き、且つ水素パージ弁７を閉じることにより、バイパス配管５１から比較的小流量の燃料オフガスを希釈ブロア９に排出する。バイパス配管５１はオリフィスを有する、あるいは細い管で構成する。
【００２２】
上記（４）は、アノードの圧力を速やかに低減させるために非常用パージ弁５０および水素パージ弁７を開き、比較的大流量の水素を排出する。
【００２３】
なお、上記（１）（２）は通常運転時においては、燃焼用パージ弁４１を開き、燃焼器４０で燃料オフガスを処理させ、希釈ブロア９を停止させることもできる。この場合、希釈ブロア９を運転することによる燃費の悪化を最小限に抑制することができる。
【００２４】
その際、燃料電池１からは運転条件により様々なガス割合の酸化剤オフガスが排出されるが、特に酸化剤オフガスが低温、高湿度の場合には、燃焼触媒の活性が十分でなく未燃水素を排出する可能性がある。
【００２５】
そのような燃焼器で燃焼不良ないしは過度な高温燃焼を生じる可能性がある場合には、コントローラ３０により水素パージ弁７により水素を排出すると同時に希釈ブロア９を作動させて可燃濃度以下に希釈して排出して、安全を確保することができる。
【００２６】
〔純水系〕
純水極１ｆ、１ｇが使用する加湿用の純水は、純水タンク１３から純水ポンプ１２により供給される。空気圧、水素圧、純水圧は、発電効率や水収支を考慮して設定されるとともに、電解質膜１ｃやセパレータ１ｄ，１ｅに歪みを生じないように所定の差圧に管理される。純水極１ｆ、１ｇに供給された純水の一部は、多孔質のセパレータ１ｄ，１ｅを介してアノードの水素、カソードの空気をそれぞれ加湿する。純水の残部は、純水シャット弁１４ｄを介して純水タンク１３へ戻る。
【００２７】
純水回収制御手段２５は、純水回収弁１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び純水シャット弁１４ｄを駆動することによって、燃料電池１の純水極１ｆ、１ｇ及び純水系配管内の純水をコンプレッサ１０がカソード１ｂに供給する空気圧で純水タンク１３へ回収する。純水が純水極１ｆ、１ｇに残ったままの状態で燃料電池システムを停止すると、氷点下においては純水が凍結膨張して燃料電池１が破損する可能性があるため、純水を純水タンク１３へ回収する。尚、純水タンク１３内部で純水が凍結しても、純水タンク１３が破損しないように構造上の工夫がされている。
【００２８】
純水シャット弁１４ｄは、純水配管への水素リークを抑制する開閉弁である。燃料電池システムの起動、停止時に、純水が純水極１ｆ、１ｇに循環していない状態で水素をアノード１ａへ供給する場合に、純水回収弁１４ｂ及び純水シャット弁１４ｄを閉じることによって、純水配管への水素リークを抑制することができる。
【００２９】
〔冷却水系〕
燃料電池１内部の冷却水流路１ｉへの冷却水は、冷却水ポンプ１５により供給される。三方弁１６は、冷却水の流路をラジエタ１７方向とラジエタバイパス方向に切り替えや分流する。ラジエタファン１８は、走行風によるラジエタ１７の冷却が十分でないときに、ラジエタ１７へ風を通過させて冷却水を冷やす。冷却水の温度は、冷却水温度制御手段２４が温度センサ１９で検出した冷却水温度をフィードバックして三方弁１６とラジエタファン１８を駆動することによって調整される。
【００３０】
〔電気系〕
パワーマネージャー２０は、燃料電池１から電力を取り出して図示しない車両駆動モータなどの負荷装置へ電力を供給する。
【００３１】
カソード酸素消費制御手段２６は、燃料電池システムの起動時及び停止時に、コンプレッサ１０での空気供給を停止させ、電圧センサ２１で検出された燃料電池電圧および経過時間に応じて、燃料電池１から電力を取り出して、カソード１ｂの酸素を消費させるカソード酸素消費制御に用いる。
【００３２】
〔制御系〕
燃料電池システム全体の制御は、システム全体のシーケンスを制御するシーケンスコントローラ３０の下に、カソード１ｂの空気圧力を制御する空気圧力制御手段２２，アノード１ａの水素圧力を制御する水素圧力制御手段２３，冷却水温度を制御する冷却水温度制御手段２４，低温環境下での燃料電池停止時に純水を純水タンク１３へ回収するように制御する純水回収制御手段２５，燃料電池の起動時及び停止時にカソード１ｂの酸素消費を制御するカソード酸素消費制御手段２６を備えている。
【００３３】
〔カソード酸素消費制御（ＶＬＤ制御）〕
燃料電池１の電解質膜１ｃには反応触媒としてプラチナ触媒が用いられる。プラチナ触媒は高価であるため、一般的には微細な炭素を担体とし、炭素表面にプラチナ触媒を塗布して反応面積を大きくすることにより、少量のプラチナ触媒でも反応効率を高められるようにしている。
【００３４】
一方、安全性の観点からは、システム停止時においてカソード１ｂには酸化剤ガスを供給せずにアノード１ａ内に燃料ガスを保持する場合、電解質膜１ｃを介して水素がカソード１ｂに透過して、カソード１ｂで可燃混合気を形成する可能性あるため、アノード１ａはシステム停止時には空気で置換できるようにシステムを構成することが望ましい。
【００３５】
しかしながら、このような燃料電池システムにあっては、燃料電池システムの起動時、停止時、放置時にカソード１ｂとアノード１ａが図１に示すような状態になると、カソード１ｂで電解質膜表面にＰｔ触媒を担持する炭素と水とが反応して炭素被毒が起こり、電解質膜及び電極触媒が劣化するという問題がある。
【００３６】
この現象を図１を参照して、さらに詳しく説明する。図１（ａ）は、燃料電池の起動／停止時のセル内の様子を説明する模式図である。図１（ｂ）の左側は、起動／停止時に炭素被毒が発生する条件を説明する表である。
【００３７】
燃料電池システムの運転停止時に、カソードとアノードにそれぞれ酸素と水素が残った状態で負荷の接続を切り離して放置したとき、また、起動時にアノードに水素を供給し始めたときには、アノードは水素と酸素が混在した状態となる。
【００３８】
このとき、アノードからカソードへプロトン（Ｈ+ ）が移動し、移動したプロトンとカソードの酸素が反応して水が生成される。この反応では電子（ｅ- ）が必要とされるが、負荷が接続されていないため負荷電流は停止し、アノードからカソードへ電子が負荷を通じて移動できない。そのため、カソードに存在する水と電解質膜上の触媒担持炭素とが反応して、二酸化炭素とプロトンと電子が生成する。こうして生成された電子がカソード水生成反応に使われる。このとき電解質膜上の炭素が奪われて、電解質膜が劣化する。
【００３９】
アノードでは水素が存在する領域と空気が存在する領域とが混在している。アノードの水素が存在する領域では、水素が解離してプロトンと電子が生じる。アノードの空気が存在する領域では、酸素と、カソードから移動したプロトンと、水素のプロトン化で生じた電子とが反応して水が生成される。
【００４０】
燃料電池の開放端電圧が高いと電子の移動が起こりすくなり、これらの化学反応が促進されて電解質膜触媒担体の炭素被毒が激しくなる。
【００４１】
以上を纏めると、燃料電池の停止時及び停止後の放置時には、カソードに空気（酸素）が残っていること、アノードに水素が残っていて外部から空気（酸素）が流入してくること、電力取り出しが停止していること、開放端電圧が高いことにより、電解質膜状のプラチナ触媒担体の炭素が被毒を起こす条件が成立する。
【００４２】
また、燃料電池の起動時には、カソードに空気（酸素）が外部から入ってきていること、アノードに水素供給が開始され、空気（酸素）と水素とが混ざっていること、アノードに水素が満たされるまで電力取り出しが停止していること、開放端電圧が高いことにより、電解質膜状のプラチナ触媒担体の炭素が被毒を起こす条件が成立する。
【００４３】
電解質膜の触媒担持炭素の被毒は、燃料電池出力のＩ−Ｖ特性に影響を及ぼす。即ち同一出力電流を取り出したときに炭素被毒したものは被毒しないものより出力電圧が低下し、大きな発電電力を得ることができなくなる。
【００４４】
炭素被毒を抑制する方法として、カソードの酸素を速やかに除去することが有効であり、そのためにはアノードに水素のみを供給して、燃料電池１から比較的低負荷電力を取り出すことにより、カソード内の酸素を消費するカソード酸素消費制御を行うことが有効である。カソード内の酸素が除去された時点でそれ以上の炭素被毒を起こす可能性はなくなる。この際、酸化剤オフガスが無いのでアノードから排出した水素を燃焼する燃焼器が使えないため、本実施例は希釈ブロア９により燃料オフガスを希釈する。
【００４５】
その際、燃焼器４０に通じる燃焼用パージ弁４１を閉じること、また、排出口を燃焼器４０用、希釈ブロア９用を個別に隔離して設けることで、希釈ガスがカソード１ｂへ逆流すること防止し、カソード１ｂの酸素を短時間で消費させて、電解質膜上の炭素の被毒を緩和させることができる。
【００４６】
つまり、希釈ブロア９は燃焼器排気配管４２とは個別の排出口を備えており、希釈ブロアを運転してもカソード内のガス流れには影響を与えないため、カソード酸素消費制御する場合に、空気調圧弁１１を介してのカソード内への空気の流れ込みを防止して、カソード内の酸素消費時間が長引くことを防止できる。
【００４７】
また、カソード１ｂはガス流量が小流量から大流量までの状況があるため、ガスの圧力損失を低減し、且つバルブをコンパクトな仕様とする場合は、空気調圧弁１１をバタフライ弁とすることが望ましい。
【００４８】
しかし、バタフライ弁では全閉の場合でも完全にはガスの閉じきりが行えず、出入りで圧力差が生じる場合にはガス流れが生じるため、この観点からも希釈ブロア９の排出口は燃焼器排気配管４２と個別とすることが望ましい。
【００４９】
次に、図４の状態遷移図を参照して、本実施例における燃料電池運転停止時の制御シーケンスを説明する。この運転停止制御シーケンスは、コントローラ３０と、空気圧力制御手段２２，水素圧力制御手段２３，純水回収制御手段２５，及びカソード酸素消費制御手段２６の協動により実行され、ガス流路の水詰まりを防止するための水回収処理と、炭素被毒防止のためのカソード酸素消費処理とを含んでいる。
【００５０】
まず、状態Ａの通常運転状態からキーＳＷがＯＦＦされると、状態Ｂのアイドル運転状態となる。状態Ｂでカソード１ｂとアノード１ａの圧力がアイドル時の設定圧力になると、状態Ｃへ進み排水素を希釈する希釈ブロア９が作動される。希釈ブロア９の回転が立ち上がると状態Ｄへ遷移する。状態Ｄではパージ弁７が閉じられ、非常用パージ弁５０が開かれる。非常用パージ弁５０から排出された水素は、バイパス配管５１を通って希釈ブロア９に供給される。希釈ブロア９で希釈された水素は車外へ排出される。非常用パージ弁５０の動作後状態Ｅへ移り、状態Ｅではパワーマネージャー２０への電力取出指令を絶つことで燃料電池１からの電力取出が停止される。電力取り出しが停止すると状態Ｆへ移る。
【００５１】
次いで状態Ｆで純水ポンプ１２を停止後、状態Ｇでカソード空気圧を純水回収に必要な圧力に設定する。このときアノード水素圧もカソード空気圧と同様の圧力に設定して、燃料電池１の電解質膜１ｃへ差圧をつけないようにする。状態Ｈでは純水回収弁１４ａ、１４ｂを開くことによって、純水回収弁１４ａから燃料電池１側の純水を空気圧で回収する。純水回収に必要な時間が経過後に、状態Ｉで純水回収弁１４ｂを閉じて純水回収弁１４ｃを開けることによって純水回収弁１４ａから純水タンク１３側の純水を回収する。回収に必要な時間が経過後に、状態Ｊで純水回収弁１４ａが閉じられて純水回収が終了する。
【００５２】
次いで、状態Ｋではコンプレッサ１０が停止され、空気調圧弁１１が全閉にされる。状態Ｌで再び燃料電池１から電力が取り出され、カソード１ｂの酸素が消費される。カソード酸素消費に必要な時間が経過して、電圧センサ２１が検出する燃料電池電圧が所定値以下に下がるとカソード１ｂの酸素が完全に消費されたと判断し、状態Ｍで電力取り出しを停止する。
【００５３】
このように運転停止時にカソード酸素を消費することによって、燃料電池開放端電圧を立てないようにする。状態Ｎで水素タンク元弁３を閉じて水素供給が停止される。水素系内の水素が非常用パージ弁５０、バイパス配管５１から希釈ブロア９へ排出されて、圧力センサ６ａが検出するアノード水素圧力が大気圧程度まで下がったら、状態Ｏで希釈ブロア９を停止させ、状態Ｐで燃料電池パワープラントシステムの停止が完了する。
【実施例２】
【００５４】
図３（ａ）は、本発明の実施例２を示す図である。図示した部分以外は、図２に示した実施例１と同様である。
【００５５】
本実施例の水素パージ弁７は、全開時には非常用パージ弁と同等以上の流量係数を有し、且つ全閉時でも所定流量の燃料オフガスを排出できる連通部を内蔵したシャットオフ弁としている。このため、実施例１のバイパス配管５１を省略することができ、部品点数の増加を抑制しつつ部品信頼性を確保してシステムをコンパクトに構成することができる。
【実施例３】
【００５６】
図３（ｂ）は、本発明の実施例３の要部を説明する部分構成図である。図示した部分以外は、図２に示した実施例１と同様である。
【００５７】
本実施例では、非常用パージ弁５０と水素パージ弁７とを並列に配置してあり、常用時での水素排出時および非常時での水素排出時にそれぞれ、作動させるバルブは１つとなるため、システム制御を簡素化することができる。
【実施例４】
【００５８】
図３（ｃ）は、本発明の実施例４の要部を説明する部分構成図である。図示した部分以外は、図２に示した実施例１と同様である。
【００５９】
本実施例では、水素パージ弁７を燃料オフガス排出流量を調整可能な流量調整弁としたため、実施例１の非常用パージ弁５０及びバイパス配管５１を不要とし、システム構成およびシステム制御を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】（ａ）起動／停止時の燃料電池の模式図である。（ｂ）起動／停止時の炭素被毒条件とその解決手段を示す表である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの実施例１の構成を説明するシステム構成図である。
【図３】（ａ）実施例２の要部を説明する部分構成図、（ｂ）実施例３の要部を説明する部分構成図、（ｃ）実施例４の要部を説明する部分構成図である。
【図４】実施例１の燃料電池システムにおける運転停止時の状態遷移図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…燃料電池 
２…水素タンク 
３…水素タンク元弁 
３０１…減圧弁 
４…水素供給弁 
５…エゼクタ 
６a、６b…圧力センサ 
７…パージ弁
８…水素循環ポンプ
９…希釈ブロア
１０…コンプレッサ
１１…空気調圧弁
１２…純水ポンプ
１３…純水タンク
１４a、１４b、１４c…純水回収弁
１４d…純水シャット弁
１５…冷却水ポンプ
１６…三方弁
１７…ラジエタ
１８…ラジエタファン
１９…温度センサ
２０…パワーマネージャー
２１…電圧センサ
２２…空気圧力制御手段
２３…水素圧力制御手段
２４…冷却水温度制御手段
２５…純水回収手段
２６…カソード酸素消費手段
３０…コントローラ
４０…燃焼器
４１…燃焼用パージ弁
４２…燃焼器排気配管
５０…非常用パージ弁
５１…バイパス配管
【図１】
2005158554.tif 000003
【図２】
2005158554.tif 000004
【図３】
2005158554.tif 000005
【図４】
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