(57)【要約】【課題】  パージ専用の配管や不活性ガスのボンベ或いはパージ用の蒸気や燃焼排ガスを生成することを必要としない燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムの停止方法を提供する。【解決手段】  固体高分子型燃料電池本体１の発電を停止させ、固体高分子型燃料電池本体１を前記冷却手段４０により冷却し、温度検出手段（温度センサ１０）で検出する固体高分子型燃料電池本体１の温度が発電時よりも低い予め設定した所定の温度まで低下した時点で冷却手段４０を含む燃料電池発電システムを停止させる。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質となる高分子膜の両面に燃料極および酸化剤極を構成するガス拡散電極を配置し、水素を主成分とする燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により電力を発生する固体高分子型燃料電池本体と、
前記固体高分子型燃料電池本体の温度を検出する温度検出手段と、
前記固体高分子型燃料電池本体を冷却する冷却手段と、
前記固体高分子型燃料電池本体の発電を停止させ、次いで前記冷却手段により固体高分子型燃料電池本体を冷却し、前記温度検出手段で検出する固体高分子型燃料電池本体の温度が発電時よりも低い予め設定した所定の温度まで低下した時点で前記冷却手段を含む燃料電池発電システムを停止させる制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記燃料電池発電システムは電力貯蔵手段を備え、前記電力貯蔵手段に貯蔵した電力により冷却手段を作動させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記固体高分子型燃料電池本体から排出される排燃料ガスラインに、空気吸込み防止手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記空気吸込み防止手段は、前記排燃料ガスラインに配置した遮断弁で構成したことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記空気吸込み防止手段は、前記排燃料ガスラインに配置した水トラップで構成したことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
前記空気吸込み防止手段は、前記排燃料ガスラインおよび排酸化剤ガスラインの排燃料ガスおよび排酸化剤ガスを触媒により燃焼反応させる燃焼器で構成したことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
前記排燃料ガスラインは、前記空気吸込み防止手段をバイパスするバイパスラインへ排燃料ガスを排出可能とするライン切換手段を備え、前記ライン切換手段は、固体高分子型燃料電池本体の発電作動中は排燃料ガスラインをバイパスラインに接続し、固体高分子型燃料電池本体の発電停止後は排燃料ガスラインを前記空気吸込み防止手段に接続することを特徴とする請求項３または請求項５に記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
前記冷却手段は、前記固体高分子型燃料電池本体の内部に形成された冷媒流路に冷媒を流通させることで固体高分子型燃料電池本体を冷却するよう構成したことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一つに記載の燃料電池発電システム。
【請求項９】
前記冷却手段は、前記固体高分子型燃料電池本体の内部に形成された酸化剤ガス流路に冷却した気体を流通させることで固体高分子型燃料電池本体を冷却するよう構成したことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一つに記載の燃料電池発電システム。
【請求項１０】
電解質となる高分子膜の両面に燃料極および酸化剤極を構成するガス拡散電極を配置し、水素を主成分とする燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により電力を発生する固体高分子型燃料電池本体と、前記固体高分子型燃料電池本体の温度を検出する温度検出手段と、前記固体高分子型燃料電池本体を冷却する冷却手段と、を備えた燃料電池発電システムの停止方法であり、
前記固体高分子型燃料電池本体の発電を停止させ、
前記固体高分子型燃料電池本体を前記冷却手段により冷却し、
前記温度検出手段で検出する固体高分子型燃料電池本体の温度が発電時よりも低い予め設定した所定の温度まで低下した時点で前記冷却手段を含む燃料電池発電システムを停止させることを特徴とする燃料電池発電システムの停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムの停止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から固体高分子型燃料電池発電システムの停止時、燃料ガス系に燃料ガスが残存している場合に、燃料電池本体の常温までの温度低下につれて燃料ガス系に空気（酸素）が吸込まれると、燃料極において水素と吸込まれた酸素が直接燃焼反応を起こして高分子膜を破損あるいは焼失する虞があり、これを防止するため、不活性ガスや水により燃料ガス系をパージ（置換）することが一般的である（特許文献１〜４参照）。
【０００３】
特許文献１では、水または加湿した不活性ガスにより燃料電池本体をパージするものであり、特許文献２では、燃料ガス系を水蒸気でパージした後に空気でパージするものである。また、特許文献３では、燃料ガスを酸化剤ガスにより燃焼させた燃焼排ガスにより燃料電池本体をパージするものであり、特許文献４では、運転温度が２００℃程度の高温であるが故の危険性や材料の寿命に鑑み、発電停止後に冷却システムを稼動して降温する方法が採用されている。
【特許文献１】特開平６−２５１７８８号公報
【特許文献２】特開２００２−８７０１号公報
【特許文献３】特開２０００−１６４２３３号公報
【特許文献４】特開２００１−４３８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例では、不活性ガスや水で燃料電池本体をパージするものであるため、パージ専用の配管を増設する必要があることに加え、不活性ガスである窒素のボンベをシステム内に保有する必要があり、また、パージ用の蒸気を生成するために余分なエネルギーが必要である等の不具合があった。
【０００５】
また、燃焼排ガスを燃料電池本体に送る場合には、その排ガス中に二酸化炭素や一酸化炭素が含まれることも少なくないため、再起動時に一時的な出力低下を招くといった不具合があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、パージ専用の配管や不活性ガスのボンベ或いはパージ用の蒸気や燃焼排ガスを生成することを必要としない燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムの停止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】
【０００７】
本発明は、制御手段により、固体高分子型燃料電池本体の発電を停止させ、固体高分子型燃料電池本体を前記冷却手段により冷却し、温度検出手段で検出する固体高分子型燃料電池本体の温度が発電時よりも低い予め設定した所定の温度まで低下した時点で冷却手段を含む燃料電池発電システムを停止させるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明では、制御手段により、固体高分子型燃料電池本体の発電を停止させ、固体高分子型燃料電池本体を前記冷却手段により冷却し、温度検出手段で検出する固体高分子型燃料電池本体の温度が発電時よりも低い予め設定した所定の温度まで低下した時点で冷却手段を含む燃料電池発電システムを停止させるため、発電停止後にガス拡散電極近傍に滞留している水蒸気を含む燃料ガスおよび酸化剤ガスが冷却により凝縮して水となって触媒の近傍およびガス拡散電極内部に付着・浸透され、凝縮水が作られた後は、ガス流路に残っているガスの温度がさらに低下して圧力が低下して燃料電池本体の外部より燃料ガス系に空気が吸込まれた場合でも燃焼反応を生じる触媒表面及び近傍の水の存在により燃焼反応を生じることを防止できる。また、冷媒の温度ではなく、温度が最も高い燃料電池本体内部の温度を温度検出手段により監視し、発電時よりも低い予め設定した所定の温度まで低下した時点で冷却手段を含む燃料電池発電システムを停止させるため、燃料電池本体内部で確実に凝縮を促進させてから停止することができる。また、燃料電池本体の温度を予め設定した所定の温度まで下げてからシステムを停止するので、従来の停止方法に比較してその後の自然放熱による温度低下量を小さくでき、外部からの空気吸込み量を少なくできる。
【０００９】
システム停止後は、触媒表面およびその近傍に存在する水により、燃料電池本体内部の燃料ガス系に存在する水素が酸化剤ガス系に、あるいはその逆に、酸化剤ガス系に存在する酸素が燃料ガス系に、高分子膜内部を拡散移動した場合にも、燃焼反応が生じなくできる。また、ガス拡散電極内部の気孔内に凝縮した水により、ガス拡散電極の内部まで空気が吸込まれて拡散することを防止して燃焼反応を阻止できる。
【００１０】
以上のように、燃焼反応により高分子膜を破損あるいは焼失する懸念がなくなり、パージレスで燃料電池発電システムを停止させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムの停止方法を各実施形態に基づいて説明する。先ず、図１〜図５により燃料電池本体の構成を説明する。
【００１２】
燃料電池本体は、図１に示すように、パーフルオロカーボンスルホン酸膜等のシート状の高分子膜３１を白金などの触媒を有する一対の薄板状に形成されたガス拡散電極すなわち燃料極３２Ａと酸化剤極３２Ｂとで狭持し、膜電極複合体３２を構成する。この膜電極複合体３２は、図２に示すように、高分子膜３１は燃料極３２Ａと酸化剤極３２Ｂに供給される反応ガスの混合を防ぐ役割もあるため、その面積は通常電極の面積より大きい。また、後述するセパレータ３３に設けた貫通孔と呼応して、高分子膜３１にも同様に貫通孔３４（３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ）を備える。膜電極複合体３２から電流を取り出すためには、反応ガスである燃料ガス（水素を主成分とするガス）及び酸化剤ガス（空気）を各電極にそれぞれ供給する必要がある。燃料ガスは、一般的には都市ガスなどの炭化水素系燃料を改質したものを利用することが多く、水素を主成分としている。燃料極３２Ａでは、下記に示す、
Ｈ2  →  ２Ｈ++２ｅ-
化学反応を生じさせる。
【００１３】
ガス拡散電極内部を拡散してきた燃料ガス中に存在する水素（Ｈ2）が燃料極４３Ａ（触媒）に到達し、そこで電子（ｅ-）を手放してプロトン（Ｈ+）となる。プロトンは先述の高分子膜３１の内部を燃料極３２Ａ側から酸化剤極３２Ｂ側に移ることができるが、電子は高分子膜３１内部を移動できないために、図１のように、外部回路を通って酸化剤極３２Ｂに移る。自動車用の燃料電池に関しては、近年、純水素（Ｈ2）を供給することが多いが、メタノールやガソリンなどの炭化水素系燃料を改質して得られた水素リッチな燃料ガスを供給することも少なくない。
【００１４】
一方、酸化剤極３２Ｂでは、上記のように外部回路を通ってきた電子（ｅ-）が加わり、下記に示す、
２Ｈ++２ｅ-+１/２Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ
化学反応を生じさせる。
【００１５】
燃料極３２Ａから高分子膜３１内を通過してきたプロトンと、外部回路を移動してきた電子と、酸化剤ガス（空気）内の酸素（Ｏ2）が反応して水（Ｈ2Ｏ）ができる。これを生成水と呼ぶ。生成水はその大部分が未反応ガス中に蒸発しそのまま排出される。その際、各ガス拡散電極３２Ａ、３２Ｂの内部には水分が溜まりやすく、その水分によりガスの拡散が阻害されて性能の低下をもたらすので、水が溜まりにくい構造やガスが拡散しやすい構造が必要である。また、同時に集電体としての機能を持った部品が各電極３２Ａ、３２Ｂに接した状態で存在しなければならない。これらの反応ガスを各電極３２Ａ、３２Ｂに混合しないようにそれぞれ供給し、かつ集電体としての機能を持った部品をセパレータ３３と呼ぶ。
【００１６】
前記セパレータ３３は、２種類の反応ガスを混合させないため、ガスが透過しにくい材料であることが好ましく、導電性も必要であるため、例えば金属やカーボンを主体とした材料が用いられる。セパレータ３３は通常、酸化剤ガス用の流路が片面に、もう片面には酸化剤極３２Ｂにおける電気化学反応で生じた熱を冷却するための冷媒用の流路（冷媒流路）がそれぞれ設けられていることが多い。無論、片面のみに流路が形成されている形状でも構わない。また、冷媒は純水や純水に不凍液成分を添加したものが用いられる。図３に示すように、セパレータ３３には、膜電極複合体と同様に、それぞれにガスまたは冷媒を分配させかつ合流させるためのマニホールドと呼ばれる貫通孔３４（３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ）が存在する。ここでは、燃料ガス用貫通孔、酸化剤ガス用貫通孔、冷媒用貫通孔をそれぞれ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃとしている。２つの酸化剤ガス用貫通孔３４Ｂ同士を連絡するように、酸化剤ガスが流れるための酸化剤ガス流路３５Ｂが複数存在する。また、酸化剤ガス流路３５Ｂの間は凸状でリブ部３６Ｂと呼ばれる。このリブ部３６Ｂが膜電極複合体３２と接触してセパレータ３３が集電機能を果たす。また、ここでは図示しないが、燃料ガスセパレータ３３Ａは片面のみに燃料ガス流路３５Ａが存在する構成となっている。
【００１７】
図４に示すように、単位電池３７は、膜電極複合体３２と、燃料極３２Ａ及び酸化剤極３２Ｂの両外側に存在する２つのセパレータ３３（３３Ａ、３３Ｂ）及び燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒をシールするためのパッキン３８から構成される。また上述のマニホールドと呼ばれる貫通孔３４（３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ）は、膜電極複合体３２及びセパレータ３３でそれぞれ同一の位置に重なるように存在する。マニホールドは各セパレータ３３に流体を供給するための集合管という意味であり、このような貫通孔という仕様に限らず、セパレータの外部を覆うように存在する空間を有する囲い部品とする場合もある。１つの膜電極複合体３２が生じる起電力（電圧）は１V以下と小さいため、複数の単位電池３７を積層し電気的直列に接続して、図５に示すように、スタック３９を構成し、起電力（電圧）を高くする。固体高分子型燃料電池の本体は、通常このこのスタック３９を指す。
【００１８】
（第１実施形態）
図６〜図９は、本発明を適用した燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムの停止方法に係る第１実施形態を示し、図６は第１実施形態の第１実施例に係る燃料電池発電システムのシステム構成図、図７は第１実施例の停止方法を示す概略フローチャート、図８は第１実施形態の第２実施例に係る燃料電池発電システムのシステム構成図、図９は第２実施例の停止方法を示す概略フローチャートである。
【００１９】
第１実施形態の第１実施例に係る燃料電池発電システムは、図６に示すように、燃料電池本体１に水素を主成分とする燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するための供給配管２Ａ、２Ｂと、燃料電池本体１から排燃料ガスおよび排酸化剤ガスを排出するための排出配管３Ａ、３Ｂとが夫々接続される。供給配管２Ａおよび２Ｂには、燃料電池発電システムの停止時に燃料電池本体１への燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止する遮断弁２Ｃ、２Ｄが装備されている。
【００２０】
また、燃料電池本体１には、前述のように、冷媒が通過するための冷媒流路３５Ｃが設けられていることが多く、その冷媒流路３５Ｃとつながったループ状の冷媒通路４、冷媒を流すための動力源となるポンプ５、冷媒の放熱を促進し温度を下げるための熱交換器６から構成した冷却手段４０を備える。ポンプ５により燃料電池本体１に供給された冷媒は、燃料電池本体１内部の冷媒流路３５Ｃを通過する際に電極反応による発熱分を冷却する。燃料電池本体１を通過した冷媒は温度が上昇して熱交換器６に至り、熱交換器６でファン７を駆動させて外気と熱交換させて冷媒の放熱を促進させてその温度を下げる。温度が下がった冷媒はポンプ５を通過して再び燃料電池本体１に供給される。ポンプ５およびファン７は制御コントローラ８により必要に応じて回転数を制御される。この冷却手段４０により、燃料電池本体１の温度は約６０℃から９０℃程度の範囲に制御される。
【００２１】
燃料電池発電システムは、燃料電池本体１とは別の電源９を備え、燃料電池本体１の発電停止後は、前記冷媒用のポンプ５及びファン７を電源９からの給電により作動可能としている。
【００２２】
制御コントローラ８は、燃料電池発電システムの起動制御や運転制御および停止制御するものであり、燃料電池本体１の発電中においては、燃料電池本体１より給電され、例えば、燃料電池本体１の内部に設けた温度センサ１０からの信号に基づいてポンプ５やファン７を制御する。また、燃料電池発電システムの停止制御中において、燃料電池本体１が発電停止された後は、電源９からの給電により、燃料電池本体１の内部の温度センサ１０からの信号に基づいてポンプ５やファン７を制御する。なお、電源９の動力源の仕様は、外部電源や別の燃料電池等でもよい。
【００２３】
本発明の第１の実施例における燃料電池発電システムの停止方法を図７の制御フローチャートに基づき説明する。
【００２４】
外部から燃料電池発電システムの停止指令が入力されると、制御コントローラ８は、ステップＳ１で、供給配管２Ａ、２Ｂの遮断弁２Ｃ、２Ｄを閉じて燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止する。制御コントローラ８は燃料電池本体１の発電出力（ＤＣ出力）を監視し、燃料電池本体１からの発電出力（ＤＣ出力）がなくなった状態で発電停止と判断し、ステップＳ２へ進む。
【００２５】
ステップＳ２では、制御コントローラ８は電源９よりの給電により制御を継続し、冷却手段４０の作動を開始させる。なお、発電中から冷却手段４０を作動させている場合は、その冷却手段４０の作動を継続させ、ステップＳ３へ進む。冷却手段４０を作動させる動力源は、ここでは燃料電池本体１と別の電源９を使用する。
【００２６】
冷却手段４０の作動により、燃料電池本体１では、発電停止後にガス拡散電極近傍に滞留している水蒸気を含む燃料ガス並びに酸化剤ガスは、電源９による冷却手段４０の冷却により前記水蒸気が凝縮して触媒の近傍およびガス拡散電極内部に水が生成される。このため、凝縮水が作られた後、外気への放熱によりガス流路３５Ａ、３５Ｂに残っているガスの温度が更に低下してその圧力が低下し、燃料電池本体１の外部より燃料ガス流路３５Ａに空気が吸込まれた場合でも、触媒表面及び近傍に生成水が存在すので燃焼反応を生じさせることがない。
【００２７】
ステップＳ３では、燃料電池本体１の内部に設けた温度センサ１０の温度を監視し、温度センサ１０の温度が運転温度よりも低い所定の温度まで到達した場合に、制御コントローラ８は冷却手段４０のポンプ５およびファン７を停止させる。前記降温させる目標温度としての所定の温度は、飽和水蒸気の分圧曲線に基づいて決定する。
【００２８】
最後に、ステップＳ４において、燃料電池発電システム内の存在する全ての機器を停止させて、燃料電池発電システム全体を停止完了させる。燃料電池発電システム全体の停止完了後は、その後の放熱により燃料電池本体１内部のガス温度および圧力が低下して外部から空気が吸込むことがあっても、触媒表面及び近傍に生成水が存在すので燃焼反応を生じさせることがない。
【００２９】
以上のように、第１実施例の燃料電池発電システムの停止方法では、発電停止後にガス拡散電極近傍に滞留している水蒸気を含む燃料ガス並びに酸化剤ガスは、電源９により作動する冷却手段４０の冷却により、前記水蒸気が凝縮され、触媒の近傍及びガス拡散電極内部に凝縮水が生じるために、凝縮水が作られた後、外気への放熱によりガス流路３５Ａに残っているガスの温度が更に低下して圧力が低下し、燃料電池本体１の外部より燃料ガス流路３５Ａに空気が吸込まれた場合でも、燃焼反応を生じる触媒表面及び近傍に凝縮水が存在すので燃焼反応が生じなくなる。
【００３０】
また、燃料電池本体１の内部に設けた温度センサ１０に基づいて冷却手段４０を制御しているので、冷媒の温度ではなく一番温度の高い燃料電池本体１内部の温度を感知して上記凝縮を確実に促進した状態を把握した状態で停止制御することができる。
【００３１】
また、燃料電池本体１の温度を下げてからシステムを停止するので、従来の停止方法に比較して自然放熱によるガス温度低下量が小さくなり、外部からの空気吸込み量が少なくなる。
【００３２】
更に、電池本体１内部における燃料ガス流路３５Ａに存在する水素が酸化剤ガス流路３５Ｂに、あるいはその逆で酸化剤ガス流路３５Ｂに存在する酸素が燃料ガス流路３５Ａに、それぞれ高分子膜の内部を拡散して移動した場合にも、前記のように触媒表面及び近傍に存在する凝縮水により燃焼反応が生じなくなる。
【００３３】
また、ガス拡散電極内部の気孔内に凝縮した水によりガス拡散電極の内部まで空気が拡散して導入されることが困難となる。
【００３４】
結果として、燃焼反応を防止でき高分子膜を破損あるいは焼失する懸念がなくなり、パージレスの燃料電池発電システムの停止方法を実現できる。
【００３５】
第１実施形態の第２の実施例に係る燃料電池発電システムは、図８に示すように、第１実施例におけるシステム構成と基本的には同じであるが、冷却手段４０を作動させる動力源として、電力貯蔵手段である２次電池１１を用いることを特徴としている。前記２次電池１１は、通常運転中に燃料電池本体１からの電力により充電され、燃料電池本体１に対する負荷が急激に上昇した場合等には、２次電池１１より電力を補うよう給電するよう構成している。
【００３６】
また、第２実施例では、燃料電池本体１に接続し、水素を主成分とする燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するための供給配管２Ａ、２Ｂと、排燃料ガスおよび排酸化剤ガスを排出するための排出配管３Ａ、３Ｂが何れも第１実施例におけるシステム構成と比べて逆としており、冷媒の流れとは概略並行流に構成している。
【００３７】
その他の構成は、第１実施例と同様であり、供給配管２Ａ、２Ｂに設ける遮断弁２Ｃ、２Ｄの構成や燃料電池本体１の発電出力（ＤＣ出力）の検出も、同様の構成としている。
【００３８】
本発明の第２実施例における燃料電池発電システムの停止方法を図９の制御フローチャートで示す。この制御フローチャートは第１実施例における停止方法と全く同じであるが、冷却手段４０（ポンプ５およびファン７）を作動させる動力源に関しては、この実施例では、電力貯蔵手段である２次電池１１よりの給電により実行する。
【００３９】
本実施例の燃料電池発電システムの停止方法においては、第１実施例と比較して、冷媒ポンプ５やファン７の動力源が電源９から電力貯蔵手段である２次電池１１に代わったので、２次電池１１の充放電に加えて燃料電池本体１の発電が停止した後にも、冷却手段４０を作動させることが可能となる。
【００４０】
また、燃料電池本体１の発電中では、セル内部におけるガス入口付近のガス雰囲気は未飽和状態であるために高分子膜内部のみならず触媒近傍やガス拡散電極内部に存在する生成水も少ないのが一般的であるが、本実施例では、ガスの流れと冷媒の流れを概略並行流としたことにより、前記ガス入口付近に比較的温度の低い冷媒が流れてガスの凝縮が促進され、セル内部における生成水の分布を均一化させることができる。
【００４１】
なお、上記実施例では、電力貯蔵手段として２次電池１１を用いるものについて説明したが、図示しないが、電力貯蔵手段としてキャパシタを用いるものであってもよい。
【００４２】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００４３】
（ア）固体高分子型燃料電池本体１の発電を停止させ、固体高分子型燃料電池本体１を前記冷却手段４０により冷却し、温度検出手段（温度センサ１０）で検出する固体高分子型燃料電池本体１の温度が発電時よりも低い予め設定した所定の温度まで低下した時点で冷却手段４０を含む燃料電池発電システムを停止させるため、発電停止後にガス拡散電極近傍に滞留している水蒸気を含む燃料ガスおよび酸化剤ガスが冷却により凝縮して水となって触媒の近傍およびガス拡散電極内部に付着・浸透され、凝縮水が作られた後は、ガス流路３５Ａに残っているガスの温度がさらに低下して圧力が低下して燃料電池本体１の外部より燃料ガス流路３５Ａに空気が吸込まれた場合でも燃焼反応を生じる触媒表面及び近傍の水の存在により燃焼反応を生じることがなくなる。
【００４４】
また、冷媒の温度ではなく、温度が最も高い燃料電池本体１内部の温度を温度検出手段（１０）により監視し、発電時よりも低い予め設定した所定の温度まで低下した時点で冷却手段４０を含む燃料電池発電システムを停止させるため、燃料電池本体１内部で確実に凝縮を促進させてから停止することができる。また、燃料電池本体１の温度を予め設定した所定の温度まで下げてからシステムを停止するので、従来の停止方法に比較してその後の自然放熱による温度低下量を小さくでき、外部からの空気吸込み量を少なくできる。
【００４５】
システム停止後は、触媒表面およびその近傍に存在する水により、燃料電池本体１内部の燃料ガス流路３５Ａに存在する水素が酸化剤ガス流路３５Ｂに、あるいはその逆に、酸化剤ガス流路３５Ｂに存在する酸素が燃料ガス流路３５Ａに、高分子膜内部を拡散移動した場合にも、燃焼反応が生じなくできる。また、ガス拡散電極内部の気孔内に凝縮した水により、ガス拡散電極の内部まで空気が吸込まれて拡散することを防止して燃焼反応を阻止できる。以上のように、燃焼反応により高分子膜を破損あるいは焼失する懸念がなくなり、パージレスで燃料電池発電システムを停止させることができる。
【００４６】
（イ）図８に示す第２実施例のように、燃料電池発電システムに二次電池１１やキャパシタ等の電力貯蔵手段を備えて、電力貯蔵手段に貯蔵した電力により冷却手段４０を作動させることにより、燃料電池本体１における発電が完全に停止した場合においても冷却手段４０を作動させることが可能となり、より安全性と信頼性の高いパージレスの燃料電池発電システムの停止方法を実現できる。
【００４７】
（ウ）冷却手段４０として、固体高分子型燃料電池本体１の内部に形成された冷媒流路３５Ｃに冷媒を流通させることで固体高分子型燃料電池本体１を冷却するよう構成したため、固体高分子型燃料電池本体１の内部を効果的に冷却でき、上記した効果（ア）を実現できる。
【００４８】
（第２実施形態）
図１０〜図１３は、本発明を適用した燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムの停止方法に係る第２実施形態を示し、図１０は燃料電池発電システムのシステム構成図、図１１は第１実施例の停止方法を示す概略フローチャート、図１２は第２実施例の停止方法を示す制御フローチャート、図１３は第３実施例の停止方法を示す制御フローチャートである。本実施形態においては、燃料ガスの排出管路に空気吸込み防止手段を設けて停止後の燃料電池発電システムへの空気の吸込みを阻止するようにしたものである。なお、第１実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００４９】
本実施形態における燃料電池発電システムは、図１０に示すように、燃料電池本体１の排燃料ガスの排出配管３Ａに、空気吸込み防止手段として遮断弁１２を備える。また、第１実施形態と同様に、燃料電池本体１内部には上記燃料ガスおよび酸化剤ガスが流れるガス流路３５Ａ、３５Ｂに加えて、冷媒が流通するための冷媒流路３５Ｃを有し、この冷媒流路３５Ｃに冷媒を流通させる冷却手段４０（冷媒ループ４、ポンプ５、熱交換器６、ファン７）を備える。
【００５０】
また、燃料電池本体１の発電停止後の動力源として電力貯蔵手段であるキャパシタ１３を備え、キャパシタ１３からの出力を動力源として、燃料電池本体１の発電停止後に、前記冷媒用のポンプ５、ファン７、および遮断弁１２を作動可能としている。制御コントローラ８は、燃料電池本体１の内部に設けられた温度センサ１０からの信号に基づいてポンプ５やファン７を制御する。また、ここでは電力貯蔵手段としてキャパシタ１３を使用したが、電力貯蔵手段の仕様は２次電池等でもよい。
【００５１】
本発明の第１実施例における燃料電池発電システムの停止方法を図１１の制御フローチャートに基づき説明する。
【００５２】
外部から燃料電池発電システムの停止指令が入力されると、制御コントローラ８は、ステップＳ１で、供給配管２Ａ、２Ｂの遮断弁２Ｃ、２Ｄを閉じて燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止する。制御コントローラ８は燃料電池本体１の発電出力（ＤＣ出力）を監視し、燃料電池本体１からの発電出力（ＤＣ出力）がなくなった状態で発電停止と判断し、ステップＳ５へ進む。
【００５３】
ステップＳ５では、排燃料ガスの排出配管３Ａに備えた遮断弁１２を閉止し、ステップＳ２へ進む。遮断弁１２を閉じることにより、燃料電池本体１の燃料ガス流路３５Ａは、その内部に燃料ガスを収容した状態で外部と遮断される。この際の燃料ガス流路３５Ａ中の燃料ガスは、ステップＳ１で示すように、発電出力を発生しない程度に濃度が低下した燃料ガスである。
【００５４】
ステップＳ２では、制御コントローラ８は電力貯蔵手段であるキャパシタ１３よりの給電により制御を継続し、冷却手段４０の作動を開始させる。なお、発電中から冷却手段４０を作動させている場合は、その冷却手段４０の作動を継続させ、ステップＳ３へ進む。冷却手段４０を作動させる動力源は、ここでは燃料電池本体１と別の電力貯蔵手段であるキャパシタ１３を使用する。
【００５５】
冷却手段４０の作動により、燃料電池本体１では、発電停止後にガス拡散電極近傍に滞留している水蒸気を含む燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電力貯蔵手段であるキャパシタ１３による電池本体１の冷却により前記水蒸気から凝縮して触媒の近傍およびガス拡散電極内部に水が生成される。本実施例の場合には、燃料ガス流路３５Ａは供給配管２Ａと排出配管３Ａとの遮断弁２Ｃ、１２により遮断されているため、凝縮水が作られた後、外気への放熱によりガス流路３５Ａに残っているガスの温度が更に低下して圧力が低下しても、燃料電池本体１の外部より燃料ガス流路３５Ａに空気が吸込まれることが防止されている。従って、空気が吸込まれて燃焼反応が生じることはなく、例え吸込まれても、触媒表面及び近傍に生成水が存在すので燃焼反応を生じさせることがない。
【００５６】
ステップＳ３では、燃料電池本体１の内部に設けた温度センサ１０の温度を監視し、温度センサ１０の温度が運転温度よりも低い所定の温度まで到達した場合に、制御コントローラ８は冷却手段４０のポンプ５およびファン７を停止させる。前記降温させる目標温度としての所定の温度は、飽和水蒸気の分圧曲線に基づいて決定する。
【００５７】
最後に、ステップＳ４において、燃料電池発電システム内の存在する全ての機器を停止させて、燃料電池発電システム全体を停止完了させる。燃料電池発電システム全体の停止完了後は、燃料ガス流路３５Ａは供給配管２Ａと排出配管３Ａとの遮断弁２Ｃ、１２により遮断されているため、その後の自然放熱により燃料電池本体１内部のガス温度および圧力が低下した場合でも、外部から空気が吸込まれることがない。
【００５８】
この実施例においては、排出配管３Ａに設けた遮断弁１２を先ず閉じて後に冷却手段４０を作動させるようにしたものについて説明したが、図１２に示す第２実施例のように、冷却手段４０の作動後に遮断弁１２を閉じるようにしてもよく、また、図１３に示す第３実施例のように、冷却手段４０の作動中に遮断弁１２を閉じるようにしてもよい。
【００５９】
以上のように、本実施形態の燃料電池発電システムの停止方法では、排燃料ガスの排出配管３Ａに遮断弁１２を備えて、燃料電池発電システム全体を停止した後の外気の吸込みを阻止するようにしているため、冷却手段４０による冷却およびその後の放熱により燃料電池本体１内部のガス温度および圧力が低下した場合でも、外部から空気が吸込むことがなくなる。このため、更に信頼性の高い燃料電池発電システムの停止方法とすることができる。
【００６０】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ウ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００６１】
（エ）固体高分子型燃料電池本体１から排出される排燃料ガスライン（排出配管３Ａ）に、空気吸込み防止手段としての遮断弁１２を設けたため、燃料電池本体１の発電停止後の冷却時および燃料電池発電システムの完全停止後の自然放熱による温度低下時における燃料電池本体１の燃料ガス流路３５Ａへの空気の吸込みを防止でき、パージレスでより安全性の高い燃料電池発電システムの停止方法を実現できる。
【００６２】
（第３実施形態）
図１４〜図１５は、本発明を適用した燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムの停止方法に係る第３実施形態を示し、図１４は燃料電池発電システムのシステム構成図、図１５は燃料電池発電システムの停止方法を示す概略フローチャートである。本実施形態においては、排燃料ガスの排出管路に空気吸込み防止手段としての水トラップを設けて停止後の燃料電池本体への空気の吸込みを阻止するようにしたものである。なお、第１および第２実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００６３】
本実施形態における燃料電池発電システムは、図１４に示すように、燃料電池本体１の排燃料ガスの排出配管３Ａに、ライン切替え手段としての三方弁１４と空気吸込み防止手段としての水トラップ１５を備える。前記三方弁１４は、制御コントローラ８により、通常発電時には水トラップ１５をバイパスするバイパス配管３Ｃを排燃料ガス排出配管３Ａに接続するが、燃料電池本体１の発電停止時には切換えて空気吸込み防止手段である水トラップ１５を経由する配管３Ｄに接続する。前記水トラップ１５は、水を溜めた容器１５Ａを備え、排燃料ガスは三方弁１４に連なる配管３Ｄにより水トラップ１５に溜められた水内に放出され、その後に水面上の空間を経由して別の配管３Ｅを経由して排出されるよう構成している。従って、燃料電池本体１の燃料ガス流路３５Ａの圧力が低下した場合には、三方弁１４を経由して排出配管３Ａ内に溜めた水が吸込まれるようにして外部からの空気の吸込みを防ぐようにしている。
【００６４】
また、第１実施形態と同様に、燃料電池本体１内部には上記燃料ガス及び酸化剤ガスが流れるガス流路３５Ａ、３５Ｂに加えて、冷媒が通過するための冷媒流路３５Ｃを有し、この冷媒流路３５Ｃに冷媒を流通させる冷却手段４０（冷媒ループ４、ポンプ５、熱交換器６、ファン７）を備える。
【００６５】
また、燃料電池本体１とは別の電力貯蔵手段として２次電池１１を備え、その２次電池１１からの出力を動力源として、燃料電池本体１の発電停止後の、前記冷却手段４０の冷媒用のポンプ５およびファン７を作動させる。制御コントローラ８は、燃料電池本体１の内部に設けた温度センサ１０からの信号に基づいてポンプ５やファン７、三方弁１４を制御する。また、ここでは電力貯蔵手段として２次電池１１を使用したが、電力貯蔵手段の仕様はキャパシタ等でもよい。
【００６６】
本実施形態における燃料電池発電システムの停止方法を図１５の制御フローチャートに基づき説明する。
【００６７】
外部から燃料電池発電システムの停止指令が入力されると、制御コントローラ８は、ステップＳ１で、供給配管２Ａ、２Ｂの遮断弁２Ｃ、２Ｄを閉じて燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止する。制御コントローラ８は燃料電池本体１の発電出力（ＤＣ出力）を監視し、燃料電池本体１からの発電出力（ＤＣ出力）がなくなった状態で発電停止と判断し、ステップＳ２へ進む。
【００６８】
ステップＳ２では、制御コントローラ８は電力貯蔵手段としての二次電池１１よりの給電により制御を継続し、冷却手段４０の作動を開始させる。なお、発電中から冷却手段４０を作動させている場合は、その冷却手段４０の作動を継続させ、ステップＳ３へ進む。冷却手段４０を作動させる動力源は、ここでは燃料電池本体１と別の電力貯蔵手段としての二次電池１１を使用する。
【００６９】
冷却手段４０の作動により、燃料電池本体１では、発電停止後にガス拡散電極近傍に滞留している水蒸気を含む燃料ガス並びに酸化剤ガスは、電力貯蔵手段としての二次電池１１により作動する冷却手段４０の冷却により前記水蒸気が凝縮して触媒の近傍およびガス拡散電極内部に水が生成される。このため、凝縮水が作られた後、外気への放熱によりガス流路３５Ａに残っているガスの温度が更に低下して圧力が低下し、燃料電池本体１の外部より燃料ガス流路３５Ａに空気が吸込まれた場合でも、触媒表面及び近傍に生成水が存在すので燃焼反応を生じさせることがない。
【００７０】
ステップＳ３では、燃料電池本体１の内部に設けた温度センサ１０の温度を監視し、温度センサ１０の温度が運転温度よりも低い所定の温度まで到達した場合に、制御コントローラ８は冷却手段４０のポンプ５およびファン７を停止させ、ステップＳ６へ進む。前記降温させる目標温度としての所定の温度は、飽和水蒸気の分圧曲線に基づいて決定する。
【００７１】
ステップＳ６では、排燃料ガスの排出配管３Ａに備えたライン切換手段１４により、通常発電時の排燃料ガスのバイパス配管３Ｃから水トラップ１５を有する配管３Ｄに切替え、ステップＳ４へ進む。
【００７２】
最後に、ステップＳ４において、燃料電池発電システム内の存在する全ての機器を停止させて、燃料電池発電システム全体を停止完了させる。自然放熱等により燃料電池本体１の温度が更に低下して燃料ガス流路３５Ａの圧力が更に低下した場合には、三方弁１４に連なる水トラップ１５に溜めた水が吸込まれ、外部からの空気の吸込みが防止される。
【００７３】
以上のように、本実施形態の燃利用電池発電システムの停止方法では、排燃料ガスの排出配管３Ａに三方弁１４からなるライン切替え手段を設け、通常使用時である発電中においては、空気吸込み防止手段である水トラップ１５を通過せずに排燃料ガスを排出するので、排出配管３Ａは低圧損であり燃料ガス流路３５Ａの圧力変動も抑えることができる。
【００７４】
また、燃料電池発電システムの停止時においては、空気吸込み防止手段としての水トラップ１５が排出配管３Ａに接続され、自然放熱等により燃料電池本体１の温度が更に低下して燃料ガス流路３５Ａの圧力が更に低下した場合でも、三方弁１４に連なる水トラップ１５に溜めた水が吸込まれ、外部からの空気の吸込みを防止できる。
【００７５】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ウ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
【００７６】
（オ）固体高分子型燃料電池本体１から排出される排燃料ガスライン（排出配管３Ａ）に、空気吸込み防止手段としての水トラップ１５を設けたため、燃料電池本体１の発電停止後の冷却時および燃料電池発電システムの完全停止後の自然放熱による温度低下時に水トラップ１５の水が吸込まれて、燃料電池本体１の燃料ガス流路３５Ａへの空気の吸込みを防止でき、パージレスでより安全性の高い燃料電池発電システムの停止方法を実現できる。
【００７７】
（カ）排燃料ガスライン（排出配管３Ａ）は、空気吸込み防止手段としての水トラップ１５をバイパスするバイパスライン３Ｃへ排燃料ガスを排出可能とするライン切換手段（三方弁１４）を備え、前記ライン切換手段（三方弁１４）は、固体高分子型燃料電池本体１の発電作動中は排燃料ガスライン３Ａをバイパスライン３Ｃに接続し、固体高分子型燃料電池本体１の発電停止後は排燃料ガスライン３Ａを前記空気吸込み防止手段（水トラップ１５）に接続するため、通常発電時には前記空気吸込み防止手段を備えたライン３Ｄ、３Ｅを通過しないために圧力損失が増大せずに効率の高い燃料電池発電システムにおける停止方法が実現できる。
【００７８】
（第４実施形態）
図１６は、本発明を適用した燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムの停止方法に係る第４実施形態を示す燃料電池発電システムのシステム構成図である。本実施形態においては、排燃料ガスの排出管路に空気吸込み防止手段としての触媒燃焼器を設けて停止後の燃料電池本体への空気の吸込みを阻止するようにしたものである。なお、第１〜３実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００７９】
本実施形態における燃料電池発電システムは、図１４に示すように、燃料電池本体１の排燃料ガスおよび排酸化剤ガスの排出配管３Ａ、３Ｂに、空気吸込み防止手段として触媒燃焼器１６を備える。触媒燃焼器１６には、燃焼時に発生する熱を再利用するよう熱交換器１７を併設している。
【００８０】
前記触媒燃焼器１６は、通常発電時は、燃料電池本体１からそれぞれ排出される排燃料ガスおよび排酸化剤ガス中に含まれる少量の水素と酸素を内部で予混合した後に触媒部で燃焼反応させて燃焼ガスとして排出するよう機能する。従って、触媒燃焼器１６の下流には燃焼ガスが存在し、燃料電池発電システムの停止後の、燃料電池本体１の冷却および自然放熱による温度低下による、燃料ガス流路３５Ａの圧力低下に際しては、先ず、燃焼ガスが触媒燃焼器１６を経由して燃料ガス流路３５Ａに吸込まれ、次いで、空気を吸込まれるようにしている。燃焼ガス中に一酸化炭素が含まれる場合には、触媒通過時に酸化して不活性な二酸化炭素に変換し、燃焼ガス中に未燃焼の水素が含まれている場合には、触媒通過時に酸化して水として吸込むようにしている。
【００８１】
また、第１実施形態と同様に、燃料電池本体１内部には上記燃料ガス及び酸化剤ガスが流れるガス流路３５Ａ、３５Ｂに加えて、冷媒が通過するための冷媒流路３５Ｃを有し、この冷媒流路３５Ｃに冷媒を流通させる冷却手段４０（冷媒ループ４、ポンプ５、熱交換器６、ファン７）を備える。
【００８２】
また、燃料電池本体１とは別の電力貯蔵手段としてキャパシタ１３を備え、そのキャパシタ１３からの出力を動力源として、燃料電池本体１の発電停止後の、前記冷却手段４０の冷媒用のポンプ５およびファン７を作動させる。制御コントローラ８は、燃料電池本体１の内部に設けた温度センサ１０からの信号に基づいてポンプ５やファン７を制御する。また、ここでは電力貯蔵手段としてキャパシタ１３を使用したが、電力貯蔵手段の仕様は２次電池等でもよい。
【００８３】
本実施形態における燃料電池発電システムの停止方法は、第１実施形態における停止方法と同じであり、冷却手段４０の作動により、燃料電池本体１では、発電停止後にガス拡散電極近傍に滞留している水蒸気を含む燃料ガス並びに酸化剤ガスは、電力貯蔵手段としてのキャパシタ１３による冷却手段４０の冷却により前記水蒸気が凝縮して触媒の近傍およびガス拡散電極内部に水が生成される。このため、凝縮水が作られた後、外気への放熱によりガス流路３５Ａに残っているガスの温度が更に低下して圧力が低下した際には、燃料電池本体１の触媒燃焼器１６を経由して、先ず、燃焼ガスが触媒燃焼器１６を経由して燃料ガス流路３５Ａに吸込まれ、燃焼反応を生じさせることがない。
【００８４】
また、燃料電池発電システム全体を停止完了後の自然放熱等により燃料電池本体１の温度が更に低下して燃料ガス流路３５Ａの圧力が更に低下した場合には、引き続き触媒燃焼器１６下流の燃焼ガスが吸込まれる。触媒燃焼器１６下流に溜まっていた燃焼ガスがなくなった時点では外部より燃料ガス流路３５Ａに空気が吸込まれるが、触媒表面及び近傍に生成水が存在すので燃焼反応を生じさせることがない。
【００８５】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ウ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
【００８６】
（キ）固体高分子型燃料電池本体１から排出される排燃料ガスライン（排出配管３Ａ）および排酸化剤ガスライン（排出配管３Ｂ）の排燃料ガスおよび排酸化剤ガスを触媒により燃焼反応させる燃焼器１６により空気吸込み防止手段を構成したため、燃料電池本体１の発電停止後の冷却時および燃料電池発電システムの完全停止後の自然放熱による温度低下時には、先ず、燃焼ガスが触媒燃焼器１６を経由して燃料ガス流路３５Ａに吸込まれ、燃焼ガス中に一酸化炭素が含まれる場合には、触媒通過時に酸化して不活性な二酸化炭素に変換し、燃焼ガス中に未燃焼の水素が含まれている場合には、触媒通過時に酸化して水として吸込む。従って、燃料電池本体１の燃料ガス流路３５Ａへの空気の吸込みを防止でき、パージレスでより安全性の高い燃料電池発電システムの停止方法を実現できる。
【００８７】
（第５実施形態）
図１７〜図１８は、本発明を適用した燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムの停止方法に係る第５実施形態を示し、図１７は燃料電池発電システムのシステム構成図、図１８は燃料電池発電システムの停止方法を示す概略フローチャートである。本実施形態においては、停止後の燃料電池本体の酸化剤ガス流路に冷却した気体を供給することで燃料電池本体の冷却を促進するものである。なお、第１〜４実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００８８】
本実施形態における燃料電池発電システムは、図１７に示すように、車両用冷房装置４１と併設される。車両用冷房装置４１としては、冷媒を循環する冷媒ループ１９、冷媒の蒸発により熱交換（吸熱）させる蒸発器２０、蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機２１、圧縮した冷媒を凝縮させ熱交換（放熱）させる凝縮器２２、凝縮した冷媒を貯留する受液器２３、および膨張弁２４からなる冷却サイクルを構成している。冷房用ブロア２５から供給された冷房用空気は、冷房用空気ライン２６を経由して蒸発器２０に導かれ、そこで冷却された後に冷房用空気ライン２６を経由して車室内に冷気として放出される。前記冷却サイクルおよび冷房用ブロア２５は、燃料電池発電システムで発電された電力により作動され、燃料電池本体１の発電停止時には、前記冷却サイクルが電力貯蔵手段としての二次電池１１の電力により作動する。
【００８９】
ブロア１８からの酸化剤ガスを燃料電池本体１に供給する供給管路２Ｂには、通常は開弁されている遮断弁２Ｄが配置され、遮断弁２Ｄの前後は、蒸発器２０前後の冷房用空気ライン２６に分岐ライン２７Ａ、２７Ｂを介して接続される。蒸発器２０の入口側と遮断弁２Ｄ上流側とを接続する分岐ライン２７Ａには通常は閉成した遮断弁２８が配置され、他方の分岐ライン２７Ｂと冷房用空気ライン２６との接続部には三方弁２９を配置する。三方弁２９は、通常時は冷房用空気ライン２６を連通させ、切換作動時には、蒸発器２０の出口を酸化剤ガスの供給管路２Ｂに連通させる。前記ブロア１８は、燃料電池発電システムで発電された電力により作動され、燃料電池本体１の発電停止時には、電力貯蔵手段としての二次電池１１の電力により作動する。また、遮断弁２Ｄ、２８および三方弁２９も、電力貯蔵手段としての二次電池１１の電力により作動する。
【００９０】
燃料電池発電システムが発電作動している通常運転時には、燃料電池本体１はブロア１８より供給配管２Ｂおよび遮断弁２Ｄを経由して酸化剤ガスとして空気が直接供給され、冷房装置４１は冷房用ブロア２５から冷房用空気ライン２６を経由して供給された空気を蒸発器２０で冷却し、三方弁２９および冷房用空気ライン２６を経由して車室内に冷房用として供給される。その際、遮断弁２８は閉、遮断弁２Ｄは開、三方弁２９は冷房用空気ライン２６を連通状態としている。
【００９１】
また、燃料電池本体１の内部には熱電対３０を設け、熱電対３０により測定した燃料電池本体１の温度は制御コントローラ８に入力される。制御コントローラ８は、燃料電池本体１の発電停止後において、燃料電池本体１の内部に設けた熱電対３０からの信号に基づいて遮断弁２８、２Ｄおよび三方弁２９を切換え作動させ、冷却手段４２としての冷却サイクルを作動させる。また、ここでは電力貯蔵手段として２次電池１１を使用したが、電力貯蔵手段の仕様はキャパシタ等でもよい。
【００９２】
本実施形態における燃料電池発電システムの停止方法を図１８の制御フローチャートに基づき説明する。
【００９３】
外部から燃料電池発電システムの停止指令が入力されると、制御コントローラ８は、ステップＳ１で、供給配管２Ａ、２Ｂの遮断弁２Ｃ、２Ｄを閉じて燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止する。制御コントローラ８は燃料電池本体１の発電出力（ＤＣ出力）を監視し、燃料電池本体１からの発電出力（ＤＣ出力）がなくなった状態で発電停止と判断し、ステップＳ７へ進む。冷房用ブロア２５および冷却サイクルは作動を停止される。
【００９４】
ステップＳ７では、制御コントローラ８は電力貯蔵手段としての二次電池１１よりの給電により制御を継続し、遮断弁２８を開き、三方弁２９は冷房用空気ライン２６を遮断し蒸発器２０出口を供給配管２Ｂに連通させるよう切換え、ステップＳ２へ進む。
【００９５】
ステップＳ２では、制御コントローラ８は電力貯蔵手段としての二次電池１１よりの給電により冷却サイクルを作動させ、ブロア１８を起動させ、ステップＳ３へ進む。冷却サイクルにおける冷媒は、電力貯蔵手段である２次電池１１からの電力により循環する。ブロア１８よりの酸化剤ガスは、分岐ライン２７Ａおよび遮断弁２８を経由して蒸発器２０に供給され、蒸発器２０で冷却された後、三方弁２９および分岐ライン２８Ｂを経由して供給配管２Ｂに戻され、燃料電池本体１の酸化剤ガス流路３５Ｂに供給される。供給された酸化剤ガスは蒸発器２０により冷却されており、酸化剤ガス流路３５Ｂから燃料電池本体１を冷却する。なお、冷却する時の酸化剤ガス流量は、通常発電時と比較して少ない方が好ましい。
【００９６】
冷却手段４２の作動により、燃料電池本体１では、発電停止後にガス拡散電極近傍に滞留している水蒸気を含む燃料ガスは水蒸気が凝縮して触媒の近傍およびガス拡散電極内部に水が生成される。このため、凝縮水が作られた後、ガス流路３５Ａに残っているガスの温度が低下して圧力が低下し、燃料電池本体１の外部より燃料ガス流路３５Ａに空気が吸込まれた場合でも、触媒表面及び近傍に生成水が存在すので燃焼反応を生じさせることがない。
【００９７】
ステップＳ３では、燃料電池本体１の内部に設けた熱電対３０の温度を監視し、熱電対３０の温度が運転温度よりも低い所定の温度まで到達した場合に、制御コントローラ８は冷却手段４２としての冷却サイクルおよびブロア１８を停止し、遮断弁２８を遮断し、三方弁２９を冷房用空気ライン２６が開通されるよう切換え、ステップＳ４へ進む。この場合、各バルブ２８、２９を切換えた後に冷却手段４２を停止してもよい。前記降温させる目標温度としての所定の温度は、飽和水蒸気の分圧曲線に基づいて決定する。
【００９８】
最後に、ステップＳ４において、燃料電池発電システム内の存在する全ての機器を停止させて、燃料電池発電システム全体を停止完了させる。燃料電池発電システム全体の停止完了後は、その後の放熱により燃料電池本体１内部のガス温度および圧力が低下して外部から空気が吸込むことがあっても、触媒表面及び近傍に生成水が存在すので燃焼反応を生じさせることがない。
【００９９】
以上のように、本実施形態では、冷却サイクルにより冷やされた酸化剤ガスが燃料電池本体１を冷却する冷却手段４２を用いる構成により燃料電池本体１を冷却するものであり、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０１００】
また、冷却手段４２として、燃料電池本体１の冷媒流路３５Ｃを通過する冷却水や不凍液などの冷媒による冷却手段４０を備えない燃料電池発電システムに特に適用できるが、冷却水や不凍液などの冷媒による冷却手段４０を備えた燃料電池発電システムに採用することもできる。そして、冷却水や不凍液などの冷媒による冷却手段４０を備えた燃料電池発電システムに併用した場合は、燃料電池本体１の冷却が更に促進されてより短時間で燃料電池発電システム全体を停止させることができる。
【０１０１】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ウ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
【０１０２】
（ク）冷却手段４２として、固体高分子型燃料電池本体１の内部に形成された酸化剤ガス流路３５Ｂに冷却した気体を流通させることで固体高分子型燃料電池本体１を冷却するよう構成したため、燃料電池本体１における酸化剤ガス流路３５Ｂがまず先に冷却され、次に膜電極複合体やセパレータなどの部品が冷却されることになり、膜電極複合体における触媒の近傍やガス拡散電極内部の気孔内に凝縮水が溜まり前記した第１実施形態の効果（ア）を確実に実現させる。冷却した気体は、車両冷房用の冷媒サイクルにおける熱交換により冷却された空気を用いることにより容易に得ることができる。また、第１〜４実施形態における冷却手段４０と併用することにより燃料電池本体１の冷却が更に促進されてより一層短時間で燃料電池発電システム全体を停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】固体高分子型燃料電池の膜電極複合体の断面図。
【図２】固体高分子型燃料電池の膜電極複合体の平面図。
【図３】固体高分子型燃料電池のセパレータ(酸化剤ガス側）の平面図。
【図４】固体高分子型燃料電池の単位電池の断面図。
【図５】固体高分子型燃料電池スタックの断面図。
【図６】本発明の第１実施形態の第１実施例に係る燃料電池発電システムのシステム構成図。
【図７】第１実施形態の第１実施例の停止方法を示す概略フローチャート。
【図８】第１実施形態の第２実施例に係る燃料電池発電システムのシステム構成図。
【図９】第１実施形態の第２実施例の停止方法を示す概略フローチャート。
【図１０】本発明の第２実施形態の燃料電池発電システムのシステム構成図。
【図１１】第２実施形態の第１実施例の停止方法を示す概略フローチャート。
【図１２】第２実施形態の第２実施例の停止方法を示す概略フローチャート。
【図１３】第２実施形態の第３実施例の停止方法を示す概略フローチャート。
【図１４】本発明の第３実施形態の燃料電池発電システムのシステム構成図。
【図１５】第３実施形態の燃料電池発電システムの停止方法を示す概略フローチャート。
【図１６】本発明を適用した燃料電池発電システムの停止方法に係る第４実施形態を示す燃料電池発電システムのシステム構成図。
【図１７】本発明の第５実施形態の燃料電池発電システムのシステム構成図。
【図１８】第５実施形態の燃料電池発電システムの停止方法を示す概略フローチャート。
【符号の説明】
【０１０４】
１  燃料電池本体
２Ａ  燃料ガスの供給配管
２Ｂ  酸化剤ガスの供給配管
２Ｃ、２Ｄ、２８  遮断弁
３Ａ  排燃料ガスの排出配管
３Ｂ  排酸化剤ガスの排出配管
８  制御コントローラ
９  電源
１０  温度検出手段としての温度センサ
１１  電力貯蔵手段としての２次電池
１２  空気吸込み防止手段としての遮断弁
１３  電力貯蔵手段としてのキャパシタ
１４、２９  三方弁
１５  空気吸込み防止手段としての水トラップ
１６  空気吸込み防止手段としての触媒燃焼器
３０  温度検出手段としての熱電対
４０、４２  冷却手段
【図１】
2005093374.tif 000003
【図２】
2005093374.tif 000004
【図３】
2005093374.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005093374.tif 000012
【図１１】
2005093374.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005093374.tif 000015
【図１４】
2005093374.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2005093374.tif 000018
【図１７】
2005093374.tif 000019
【図１８】
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