(57)【要約】【課題】  不活性ガス貯蔵用の高圧ガスボンベやその付帯設備を必要としない簡便で小型化が可能な不活性ガス生成装置及びこれを用いた燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システム１は、パージ用の不活性ガスを供給する不活性ガス生成装置５を備える。不活性ガス生成装置５は、酸素還元触媒を有する空気極５１と、還元剤酸化触媒を有する還元剤極５３と、空気極５１と還元剤極５３の間に挟持された電解質５２と、空気極５１と還元剤極５３とを電気的に接続する接続回路９を備える。コントローラ２０は、不活性ガスが必要な場合、空気極５１に空気を供給し、還元剤極５３に還元剤としての水素を供給し、空気極５１にて空気中に含まれる酸素を電気化学的に水に還元することにより空気から酸素を除去した不活性ガスを生成して、燃料電池本体４へ供給する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素還元触媒を有する空気極と、
還元剤酸化触媒を有する還元剤極と、
前記空気極と前記還元剤極の間に挟持された電解質と、
前記空気極と前記還元剤極とを電気的に接続する回路と、
を備えて成り、
前記空気極に空気を供給し、前記還元剤極に還元剤を供給し、前記空気極にて空気中に含まれる酸素を電気化学的に水に還元することにより空気から酸素を除去した不活性ガスを生成することを特徴とする不活性ガス生成装置。
【請求項２】
前記還元剤は、水素であることを特徴とする請求項１記載の不活性ガス生成装置。
【請求項３】
前記不活性ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段を備え、
該酸素濃度計測手段で計測した酸素濃度に応じて前記空気極への空気供給量を制御する手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の不活性ガス生成装置。
【請求項４】
前記酸素濃度計測手段で計測した酸素濃度が所定濃度以上のときには前記不活性ガスを不活性ガス利用装置に供給せずに排出することを特徴とする請求項３記載の不活性ガス生成装置。
【請求項５】
前記空気極と前記還元剤極との電位差を計測する電位差計測手段を有し、
該電位差計測手段により計測された電位差に応じて前記空気極への空気供給量を制御する手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の不活性ガス生成装置。
【請求項６】
前記電位差計測手段による電位差が所定値以上のときには、生成した不活性ガスを不活性ガス利用装置へ供給せず排出することを特徴とする請求項５記載の不活性ガス生成装置。
【請求項７】
上流側の不活性ガス発生装置の空気極排ガス及び還元剤極排ガスをそれぞれ下流側の不活性ガス生成装置に供給するように、空気供給配管ならびに還元剤ガス供給配管に対して直列に複数の不活性ガス生成装置が設置されており、前記複数の不活性ガス生成装置のうち上流に近い装置の空気極と還元剤極の電気的接続が負荷装置であり、該負荷装置が空気を前記空気極に供給するファンの動力源であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の不活性ガス生成装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７の何れか１項に記載の不活性ガス生成装置をパージガス供給源とし、該パージガス供給源から供給する不活性ガスを用いて、燃料電池本体およびまたは該燃料電池本体に燃料ガスを供給する燃料ガス配管内に残留した残留ガスをパージすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
前記不活性ガス生成装置が生成した不活性ガスの酸素濃度が所定濃度以上のときには、前記燃料電池本体の空気極を前記不活性ガスでパージし、前記燃料電池本体の燃料極及び前記燃料ガス配管は前記不活性ガスによるパージを行わないことを特徴とする請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記不活性ガス生成装置の空気極と還元剤極の電位差が所定値以上のときには、前記燃料電池本体の空気極のみに前記不活性ガスを供給することを特徴とする請求項８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、空気から酸素を除去して不活性ガスを生成する不活性ガス生成装置、及びこの不活性ガス生成装置をパージガス源として用い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】
燃料電池を停止させる場合、配管系や燃料電池本体内部の残留ガスを、不活性ガスでパージすることが望ましい。この理由としては、主に二つ挙げることができる。
【０００４】
第一の理由は安全の問題である。すなわち、水素が残留した配管系や燃料電池本体内部の空間に外部から空気が侵入した場合、燃焼や爆発が起こる可能性があるためである。
【０００５】
第二の理由は燃料電池の劣化防止のためである。燃料電池内部に水素および空気が残留した状態で無負荷状態に置かれると、燃料極と空気極の間には開回路電圧に近い電位差が生じる。この時、空気極は高電位となるため、空気極側の触媒やガス拡散層などの電池構成部品の腐食が進行する。
【０００６】
このような理由により、従来から燃料電池システムにおいては残留ガスを不活性ガスでパージすることが行われている。しかしながら、この方法では不活性ガスを貯蔵しておくための高圧ガスボンベやその付帯設備を必要とするため、発電装置の容積増加が避けられない。また、不活性ガスの充填や高圧ボンベの交換を定期的実施する必要があり、コストがかかるだけでなく取扱いに慣れた人員を必要とする。そのため、近年注目されている車載用燃料電池等の移動体および可搬体用としての利用や、家庭用小型燃料電池等での利用には適さない。
【０００７】
上記問題の解決策としては、燃料電池の停止時にダミー抵抗を水素極と空気極の間に接続し、水素極残留水素を素早く空気で置換する方法が特許文献１に開示されている。
【０００８】
また特許文献２は、水素燃焼器にて水素と空気を反応させて得た不活性ガスにより、燃料電池内及び配管内に残留した残留ガスをパージする燃料電池のパージ方法を開示している。
【０００９】
さらに特許文献３では、銅（Ｃｕ），鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ）等の遷移金属の酸化反応により、空気中に含まれる酸素を除去しパージガスとして用いる方法が提案されている。この方法で得られるパージガスには水素が存在することがないため、少なくとも空気極側には必ず供給することができる。
【特許文献１】ＵＳ２００２−０７６５８３（FIG.１）
【特許文献２】特開２００２−０５０３７２号公報（第３頁、図１）
【特許文献３】特開２００２−２８００３８号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１記載の方法では、残留水素を空気で置換するため、必ずしも安全の問題が解消されたとは言い難い。また、不活性ガスで置換していないため、燃料電池の劣化防止効果も十分でなく、燃料電池の劣化防止を効果的なものにするには水素極の置換をわずか０．０５秒以下で完了させることが望ましい。従って、そのためには空気を高速で供給し得る能力を持つブロワが必要となるという問題点があった。
【００１１】
また、特許文献２記載の方法では、水素と空気中の酸素をそれぞれ過不足なく反応させることが困難であり、実際には水素燃焼器で反応しきれない水素や酸素の一方もしくは両方が水素燃焼器を通過したガス中に存在する。もしこのガス中に水素が存在する場合は燃料電池の空気極側へは供給できず、酸素が存在する場合は燃料電池の水素極側へ供給できず、両者が存在する場合はどちらにも供給できない。従って、ガスの水素濃度および酸素濃度の両者をモニターする必要が生じるという問題点があった。
【００１２】
さらに、特許文献３記載の方法では、遷移金属の酸化反応は３００〔℃〕以上の高温下で行われるため、遷移金属を加熱する手段を必要とするという問題点があった。また、酸化した遷移金属を還元再生させる必要があるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決するため、酸素還元触媒を有する空気極と、還元剤酸化触媒を有する還元剤極と、前記空気極と前記還元剤極の間に挟持された電解質と、前記空気極と前記還元剤極とを電気的に接続する回路と、を備えて成り、前記空気極に空気を供給し、前記還元剤極に還元剤を供給し、前記空気極にて空気中に含まれる酸素を電気化学的に水に還元することにより空気から酸素を除去した不活性ガスを生成することを要旨とする不活性ガス生成装置である。
【００１４】
また本発明は、上記不活性ガス生成装置をパージガス供給源とし、該パージガス供給源から供給する不活性ガスを用いて、燃料電池本体およびまたは該燃料電池本体に燃料ガスを供給する燃料ガス配管内に残留した残留ガスをパージすることを要旨とする燃料電池システムである。
【００１５】
空気の成分（乾燥空気の体積比）としては、窒素（Ｎ2 ）が７８．０８４〔％〕、酸素（Ｏ2 ）が２０．９８４〔％〕、アルゴン（Ａｒ）が０．９８３〔％〕、二酸化炭素（ＣＯ2 ）が約３３０〔ｐｐｍ〕、ネオン（Ｎｅ）が１８．２〔ｐｐｍ〕、（以下略）含まれている（岩波理化学辞典参照）。この空気中の酸素を水素等の還元剤で還元して除去すれば、残りのガスは、不活性ガスとして利用できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る不活性ガス生成装置によれば、不活性ガス貯蔵のための高圧ガスボンベ及びその付帯設備を設けることなく、不活性ガス利用装置に不活性ガスを供給することができるという効果がある。
【００１７】
本発明に係る不活性ガス生成装置を用いた燃料電池システムによれば、不活性ガスを貯蔵しておくための高圧ガスボンベやその付帯設備を必要とせず、燃料電池システムを小型軽量化することができるという効果がある。
【００１８】
本発明に係る燃料電池システムによれば、不活性ガスを供給するためのガスボンベの交換や充填を必要とせず、取り扱いが容易となり保守性が向上するという効果がある
また、不活性ガス生成装置から得られた不活性ガスに水素に代表される還元剤が含まれるときは、燃料電池およびその配管内の酸素が滞留している箇所には供給できないが、本発明では不活性ガスに還元剤が含まれることはない。従って、酸素が滞留している箇所には無条件で供給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】
【００１９】
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、以下に示す各実施例は、特に限定されないが燃料電池車両に好適な実施例である。
【実施例１】
【００２０】
図１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１に示すように、本発明の燃料電池システム１は、高圧水素タンク等の水素供給手段２と、空気供給手段としての空気ブロワ３と、燃料電池本体４と、空気極５１と電解質５２と還元剤極５３を備えた不活性ガス生成装置５と、不活性ガス生成装置５で生成された不活性ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段である酸素濃度計７と、燃料電池本体４の空気極と燃料極との電位差を計測する燃料電池電圧計８と、不活性ガス生成装置５の空気極５１と還元剤極５３とを接続する接続回路９と、水素圧力調整弁１１と、三方弁１２，１５と、開閉弁１３，１６，１８，１９と、パージ弁１４と、空気圧力調整弁１７と、コントローラ２０とを備えている。
【００２１】
不活性ガス生成装置５の空気極５１は、酸素還元触媒を有し、還元剤極５３は還元剤酸化触媒を有する。空気極５１と還元剤極５３との間には、電解質５２が挟持されている。そして不活性ガス生成装置５には、空気極５１と還元剤極５３とを電気的に接続する抵抗器や導線等の接続回路９が設けられている。
【００２２】
水素供給手段２は、高圧水素タンク、液化水素タンク及び蒸発器、水素吸蔵材料タンク、燃料改質器、ボロハイドライド（ＢＨ4-）水素発生器等を用いて、燃料電池本体４および不活性ガス生成装置へ水素（還元剤）を供給するものである。
【００２３】
水素供給手段２から供給される水素は、水素圧力調整弁１１で圧力が調整されて、三方弁１２の入口に供給される。三方弁１２の各出口には、不活性ガス生成装置５の還元剤極５３，または開閉弁１３を介して燃料電池本体４のアノードが接続されている。三方弁１２の切替により、水素供給手段２から選択的に不活性ガス生成装置５または燃料電池本体４に水素を供給できるようになっている。
【００２４】
空気ブロワ３の出口には、三方弁１５の入口が接続され、三方弁１５の各出口には、それぞれ不活性ガス生成装置５の空気極５１または開閉弁１６を介して燃料電池本体４のカソードが接続されている。三方弁１５の切替により、空気ブロワ３から選択的に不活性ガス生成装置５または燃料電池本体４に空気を供給できるようになっている。
【００２５】
コントローラ２０は、酸素濃度計７の検出値、燃料電池電圧計８の検出値を入力して、空気ブロワ３、水素圧力調整弁１１、パージ弁１４、空気圧力調整弁１７、三方弁１２，１５、開閉弁１３，１６，１８，１８を制御することにより、燃料電池の通常運転、燃料電池の始動時及び運転終了時のパージを制御する。
【００２６】
尚、特に限定されないが、コントローラ２０は、本実施例では、ＣＰＵと、プログラムＲＯＭと、作業用ＲＡＭと、入出力インタフェースを備えたマイクロプロセッサで構成されている。
【００２７】
燃料電池システム１は、不活性ガス生成装置５に空気および還元剤としての水素を供給し、不活性ガス生成装置５で空気中の酸素を還元消費することで、窒素及びアルゴンを主成分とする不活性ガスを生成する。
【００２８】
得られた不活性ガスは、燃料電池システム１の起動時及び停止時に、燃料電池本体４に供給され、燃料電池本体４及び燃料ガス供給配管に滞留しているガスを不活性ガスで置換する。そのため、不活性ガスが必要なときに不活性ガスを生成することとなり、不活性ガスを貯蔵しておくための高圧ガスボンベやその付帯設備を必要とせず、燃料電池システムの小型化が可能となる。
【００２９】
不活性ガス生成装置５に供給される空気は、空気ブロワ３より三方弁１５を経て不活性ガス生成装置５の空気極５１に供給される。この空気ブロワ３は燃料電池本体４の運転時に燃料電池本体４に空気を供給するものと兼用される。従って、新たに空気ブロワを設置する必要がなく、システムの小型化を図ることができる。
【００３０】
不活性ガス生成装置５において空気中の酸素を還元する還元剤は、水素供給手段２より水素圧力調整弁１１および三方弁１２を経て不活性ガス生成装置５の還元剤極５３に供給される。このように不活性ガス生成装置５に供給する還元剤に燃料電池本体４の燃料ガスとして使用される水素を用いるため、不活性ガス生成装置用の還元剤を貯蔵しておくための新たな貯蔵設備を必要とせず、燃料電池システムの小型化が可能となる。
【００３１】
不活性ガス生成装置５の空気極５１および還元剤極５３ではそれぞれ下記式の反応が進行する。
【００３２】
（化１）
空気極        １／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ       …  （１）
還元剤極      Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ-                    …  （２）
式（１）で必要となる電子（ｅ- ）は、空気極５１と還元剤極５３は接続回路９にて接続されているため式（２）で得られる電子が供給される。また、式（１）で必要となるプロトン（水素イオン、Ｈ+  ）は空気極５１と還元剤極５３の間に電解質５２が挟持されているため、式（２）で得られるプロトンが供給される。
【００３３】
還元剤極５３には、水素が水素圧力調整弁１１で調整された圧力でかかっているので、（２）式で水素が消費された分、自動的に供給される。
【００３４】
空気極５１では、式（１）の反応により空気中の酸素が消費され、窒素を主成分とした不活性ガスが生成される。なお、式（１）の反応により生成した水は水蒸気として不活性ガスに含有される。もし、燃料電池本体４が固体高分子型燃料電池である場合、この水蒸気により固体高分子型電解質膜が加湿され乾燥を抑制することができる。
【００３５】
空気極５１や還元剤極５３は、それぞれ酸素還元触媒、水素酸化触媒を有する。これらの触媒には、固体高分子型燃料電池やリン酸型燃料電池に使用されている白金担持カーボンや白金黒が特に有効である。一般に、白金担持カーボンは少ない使用量で大きな表面積を得ることができるため白金使用量の低減に有効である反面、カーボン腐食の問題がある。本発明における不活性ガス生成装置は、その構成が燃料電池と類似しているが燃料電池よりもはるかに小型であるため、白金黒を使用したとしてもその使用量は少なく、不活性ガス生成装置そのものの耐久性を考慮すれば白金黒の使用がより望ましい。
【００３６】
電解質５２は、プロトンを伝導する物質であればいずれも適用できる。従って、リン酸等の各種酸性溶液や、ナフィオンに代表されるパーフルオロスルホン酸型イオン交換樹脂などの固体高分子電解質を用いることができる。高分子電解質膜を使用した場合、不活性ガス生成装置５を薄型にできるため、小型化に有効である。不活性ガス生成装置の耐久性を求める場合は高分子電解質膜の膜厚を厚くするか、酸性溶液を使用することが望ましい。
【００３７】
不活性ガス生成装置５により生成された不活性ガス中の酸素濃度は、酸素濃度計７により計測され、その濃度に応じて空気極５１への空気供給量を制御する。すなわち、酸素濃度が検知されない場合は、不活性ガス生成装置５における酸素消費能力に余力があるが、酸素濃度が既定値以上を示した場合は不活性ガス生成装置５の酸素消費能力が限界を超えているため、開閉弁１８を閉じガスを燃料電池本体４の空気極側のみに供給すると同時に、空気供給量を減少するように制御する。
【００３８】
燃料電池本体４の電圧は、燃料電池電圧計８によって計測され、この電圧が既定値以下に達したとき不活性ガスによるパージが完了したと判断できる。
【００３９】
次に、上記構成の燃料電池システムにおけるコントローラ２０による停止操作を図２のフローチャートを参照して説明する。尚、以下のフローチャートを参照した説明では、説明を簡略化するために、開閉弁１３，１６，１８，１９、水素圧力調整弁１１、空気圧力調整弁１７、パージ弁１４は、符号で区別することにし、これらを単にバルブと呼ぶことにする。
【００４０】
燃料電池本体４の発電を停止した時点での各弁の状態（初期状態）は、図２に示したように、バルブ１１，１３，１４，１６，１７は開、バルブ１８，１９は閉、三方弁１２，１５は燃料電池側に導通の状態である。
【００４１】
まず、ステップＳ１０１において、コントローラ２０は、バルブ１９を開、バルブ１３，１６を閉、三方弁１２，１５を不活性ガス生成装置５側に切り替える操作を実施し、空気ならびに水素を不活性ガス生成装置５に供給する。この時点で不活性ガス生成装置５を通過したガスは、酸素を含んでいる可能性が高いので、バルブ１８は閉じたままとし、不活性ガス生成装置５の空気極５１で生成された不活性ガスは燃料電池本体４の空気極側のみに供給する。
【００４２】
次いで、ステップＳ１０２にてコントローラ２０は、酸素濃度計７の検出値を読み込み、不活性ガス生成装置５で生成した不活性ガスの酸素濃度が既定値１００〔ｐｐｍ〕以下であるか判定する。
【００４３】
ステップＳ１０２の判定結果が「ＮＯ」である場合は、不活性ガス生成装置５の酸素除去能力が限界を超えていると判断し、ステップＳ１０７に進み、空気ブロワ３の空気供給量を減少し、再びステップＳ１０２に戻る。
【００４４】
ここで、生成した不活性ガスの酸素濃度が既定値以上であったとしても、その濃度は空気中の酸素濃度よりは低いため、このガスを燃料電池本体４の空気極に供給することで空気極内の酸素濃度を低下することができ、燃料電池本体の空気極が高電位に晒される時間を短縮することができる。
【００４５】
また生成した不活性ガスの酸素濃度が既定値以上である場合、燃料電池本体４の水素極に供給しないため水素極内での水素と酸素の混合を回避できる。
【００４６】
ステップＳ１０２の判定結果が「ＹＥＳ」である場合は、不活性ガス生成装置５により酸素が十分に除去されていると判断し、ステップＳ１０３に進む。
【００４７】
ステップＳ１０３では、バルブ１８を開き、不活性ガス生成装置５により生成された不活性ガスを燃料電池本体４の水素極側にも供給を開始する。
【００４８】
続いてステップＳ１０４に進み、再度酸素濃度計７の検出値を読み込んで酸素濃度が既定値１００〔ｐｐｍ〕以下であるか判定する。
【００４９】
ステップＳ１０４の判定結果が「ＮＯ」である場合は、コントローラ２０は不活性ガス生成装置５の酸素除去能力が限界を超えていると判断し、ステップＳ１０８に進みバルブ１８を閉じることで燃料電池本体４の水素極側への不活性ガス供給を停止し、続いてステップＳ１０９にて空気ブロワ３の空気供給量を減少した後、ステップＳ１０２に戻る。
【００５０】
このように、生成した不活性ガスの酸素濃度に応じて不活性ガス生成装置の空気極に供給する空気量を制御しているので、生成した不活性ガスの酸素濃度を低濃度に抑えることができる。
【００５１】
ステップＳ１０４の判定結果が「ＹＥＳ」である場合は、コントローラ２０はステップＳ１０５に進み、燃料電池電圧計８により燃料電池本体４の電圧が０．２〔Ｖ／セル〕以下であるか判定する。
【００５２】
ステップＳ１０５の判定結果が「ＮＯ」である場合は、コントローラ２０は燃料電池本体４の不活性ガスによるパージが不十分であると判断し、再びステップＳ１０４に戻る。
【００５３】
ステップＳ１０５の判定結果が「ＹＥＳ」である場合は、コントローラ２０は燃料電池本体４は不活性ガスにより十分にパージされたと判断し、ステップＳ１０６に進む。
【００５４】
ステップＳ１０６では、コントローラ２０は、空気ブロワ３を停止し、バルブ１１，１３，１４，１６，１７，１８，１９を閉じる操作を行う。この操作が完了することで、空気および水素の不活性ガス生成装置５への供給が停止されると同時に、燃料電池本体４に不活性ガスが封入された状態で終了する。
【実施例２】
【００５５】
図３は、本発明に係る燃料電池システムの実施例２の構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、上流側の不活性ガス発生装置５の空気極排ガス及び還元剤極排ガスをそれぞれ下流側の不活性ガス生成装置６に供給するように、空気供給配管ならびに還元剤ガス供給配管に対して直列に複数の不活性ガス生成装置５，６が設置されており、不活性ガス生成装置のうち上流に近い装置５の空気極５１と還元剤極５３の電気的接続が負荷装置であり、該負荷装置が空気を空気極５１に供給するファン２１の動力源であることを特徴とする。
【００５６】
不活性ガス生成装置５の空気極５１は、酸素還元触媒を有し、還元剤極５３は還元剤酸化触媒を有する。空気極５１と還元剤極５３との間には、電解質５２が挟持されている。そして不活性ガス生成装置５には、空気極５１と還元剤極５３との間に負荷装置である小型空気ブロワ２１が設けられている。
【００５７】
不活性ガス生成装置６の空気極６１は、酸素還元触媒を有し、還元剤極６３は還元剤酸化触媒を有する。空気極６１と還元剤極６３との間には、電解質６２が挟持されている。そして不活性ガス生成装置６には、空気極６１と還元剤極６３とを電気的に接続する抵抗器や導線等の接続回路９が設けられている。
【００５８】
燃料電池本体４の停止後および起動前に不活性ガス生成装置５および６に空気および還元剤を供給し、空気中の酸素を還元消費することで不活性ガスを生成する。得られた不活性ガスは燃料電池本体４に供給され、燃料電池本体４に滞留しているガスを不活性ガスで置換する。
【００５９】
不活性ガス生成装置５および６に供給される空気は、小型空気ブロワ２１より不活性ガス生成装置５の空気極５１に供給される。空気極５１から排出された空気は、不活性ガス生成装置６の空気極６１に供給される。この小型空気ブロワ２１は不活性ガス生成装置専用の小型のものであるため、燃料電池本体４の運転時に燃料電池本体４に空気を供給する空気ブロワ３とは異なり、実施例１のように空気ブロワ３を不活性ガス生成装置への供給を兼用した場合に生じる騒音の問題や要求する空気量に比べて過大な電力消費が解消される。
【００６０】
また、小型空気ブロワ２１の動力源を上流側不活性ガス生成装置５により生じる電力を用いるため、エネルギー効率を高めることができる。この場合上流側不活性ガス生成装置５では空気中の酸素を完全に消費することが困難であるが、消費しきれなかった酸素は下流側不活性ガス生成装置６で消費することができる。
【００６１】
下流側不活性ガス生成装置６の空気極６１と還元剤極６３は接続回路９により接続されているが、空気極６１にて酸素が完全に消費されきっていない場合は、空気極６１と還元剤極６３の間に電位差が生じる。この電位差は下流側不活性ガス生成装置の電位差計２２にて計測され、コントローラ２０は、その電位差に応じて小型空気ブロワ２１による空気の供給量を制御する。すなわち、電位差が生じていない場合は不活性ガス生成装置５および６における酸素消費能力に余力があるが、電位差が既定値以上を示した場合は不活性ガス生成装置５および６の酸素消費能力が限界を超えているため、小型空気ブロワ２１による空気供給量を減少するようにコントローラ２０が制御する。その他の構成は実施例１と同様である。
【００６２】
次に、上記構成の燃料電池システムの停止操作を図４のフローチャートを参照して説明する。燃料電池本体４の発電を停止した時点（初期状態）での各バルブの状態は、図４に示した通りであり、バルブ１１，１３，１４，１６，１７は開、バルブ１８，１８は閉、三方弁１２は、燃料電池側である。
【００６３】
まず、ステップＳ２０１において、コントローラ２０は、バルブ１９を開、バルブ１３，１６を閉、三方弁１２を不活性ガス生成装置５側に切り替え、小型空気ブロワ２１を始動させる操作を実施し、空気ならびに水素を不活性ガス生成装置５及び６に供給する。この時点で不活性ガス生成装置５，６を通過したガスは、酸素を含んでいる可能性が高いので、バルブ１８は閉じたままとし、燃料電池本体４の空気極側のみに供給する。
【００６４】
ステップＳ２０２にて、コントローラ２０は、電位差計２２の検出値を読み込み、電位差計２２が示す電位差が既定値０．１〔Ｖ〕以下であるか判定する。
【００６５】
ステップＳ２０２の判定結果が「ＮＯ」である場合は、コントローラ２０は不活性ガス生成装置５および６の酸素除去能力が限界を超えていると判断し、ステップＳ２０７に進み、小型空気ブロワ２１の空気供給量を減少し、再びステップＳ２０２に戻る。
【００６６】
ステップＳ２０２の判定結果が「ＹＥＳ」である場合は、コントローラ２０は不活性ガス生成装置５および６により酸素が十分に除去されていると判断し、ステップＳ２０３に進む。
【００６７】
このように本実施例では、不活性ガス生成装置６の空気極６１と還元剤極６３の電位差測定は、生成した不活性ガスの酸素濃度計測の代替手段となるため、生成した不活性ガスの酸素濃度に応じて不活性ガス生成装置の空気極に供給する空気量を制御して不活性ガスの酸素濃度を低濃度に抑えることができる効果があるだけでなく、定期的な検定・校正が必要な酸素濃度計測器を使用しないためメンテナンスが簡便になる。
【００６８】
ステップＳ２０３では、コントローラ２０はバルブ１８を開き、不活性ガス生成装置５および６により生成された不活性ガスを燃料電池本体４の水素極側にも供給を開始する。
【００６９】
続いてステップＳ２０４に進み、コントローラ２０は、再度電位差計２２の検出値を読み込み、電位差計２２が示す電位差が既定値０．１〔Ｖ〕以下であるか判定する。
【００７０】
ステップＳ２０４の判定結果が「ＮＯ」である場合は、コントローラ２０は不活性ガス生成装置５および６の酸素除去能力が限界を超えていると判断し、ステップＳ２０８に進みバルブ１８を閉じることで燃料電池本体４の水素極側への不活性ガス供給を停止し、続いてステップＳ２０９にて小型空気ブロワ２１の空気供給量を減少した後、ステップＳ２０２に戻る。
【００７１】
ステップＳ２０４の判定結果が「ＹＥＳ」である場合は、コントローラ２０はステップＳ２０５に進み、燃料電池電圧計８の検出値を読み込み、燃料電池電圧計８により燃料電池本体４の電圧が０．２〔Ｖ／セル〕以下であるか判定する。
【００７２】
ステップＳ２０５の判定結果が「ＮＯ」である場合は、コントローラ２０は、燃料電池本体４は不活性ガスによるパージが不十分であると判断し、再びステップＳ２０４に戻る。
【００７３】
ステップＳ２０５の判定結果が「ＹＥＳ」である場合は、コントローラ２０は燃料電池本体４は不活性ガスにより十分にパージされたと判断し、ステップＳ２０６に進む。
【００７４】
ステップＳ２０６では、コントローラ２０は、小型空気ブロワ２１を停止させ、バルブ１１，１３，１４，１６，１７，１９を閉じる操作を行う。これらの操作を完了することで、空気および水素の供給が停止されると同時に燃料電池本体４に不活性ガスが封入された状態で終了する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの実施例１の構成を示すシステム構成図である。
【図２】実施例１の燃料電池システムにおける起動操作の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る燃料電池システムの実施例２の構成を示すシステム構成図である。
【図４】実施例２の燃料電池システムにおける起動操作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１…燃料電池システム
２…水素供給手段
３…空気ブロワ
４…燃料電池本体
５…不活性ガス生成装置
７…酸素濃度計
８…燃料電池電圧計
９…電気的接続
１１…水素圧力調整弁
１２，１５…三方弁
１３，１６，１８，１９…開閉弁
１４…パージ弁
１７…空気圧力調整弁
２０…コントローラ
【図１】
2005235490.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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