(57)【要約】【課題】燃料電池システムの停止中に燃料電池の酸化を防止する燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素が供給される燃料極２と、空気が供給される空気極３の間に固体高分子電解質膜３０を備えた燃料電池と、燃料極２に水素を供給する水素供給装置４と、空気極３に空気を供給するエアコンプレッサ５を備えた燃料電池システムにおいて、純水を貯留する純水タンク６と、燃料極２と空気極３に純水を封入する遮断弁７〜１０を備える。燃料電池システム停止時は燃料極２の水素を空気極３へ移動させて、酸素を消費し、その後、燃料極２と空気極３に純水を封入して燃料電池システムを停止する。【選択図】        図１
2005276669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素が供給される燃料極と、酸化剤が供給される酸化剤極との間に電解質膜を備えた燃料電池と、
前記燃料極に水素を供給する水素供給手段と、
前記酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムの停止操作時に、前記燃料極と前記酸化剤極に液体をそれぞれ供給する液体供給手段と、
前記液体供給手段から供給された前記液体を前記燃料極と前記酸化剤極内にそれぞれ封入する封入手段と、
前記水素が少なくとも前記電解質膜を通過し、前記酸化剤極内の前記酸化剤と反応して前記酸化剤がほぼ無くなり、かつ前記燃料極と前記酸化剤極に液体が封入された状態で前記燃料電池システムを停止する燃料電池システム停止手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池の発電電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記燃料電池システム停止手段は、前記燃料電池の発電電圧が或る所定電圧まで下がった後に、前記燃料電池システムを停止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３】
前記燃料電池と接続し、前記燃料電池に電力を供給する外部電力供給手段と、
前記燃料極の前記水素を前記外部電力供給手段によって供給される前記電力による化学反応によって前記酸化剤極に移動させる水素移動手段と、を備え、
前記燃料電池システム停止手段は、少なくとも前記水素移動手段によって前記酸化剤極を水素雰囲気にした後に、前記燃料電池システムを停止することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池システム停止手段は、前記酸化剤供給手段から前記燃料極に前記酸化剤の供給を停止し、
前記水素極から前記酸化剤極へ前記水素を移動させて前記酸化剤を消費し、前記酸化剤極を水素雰囲気とし、
前記燃料電池の発電電圧が或る所定電圧まで下がった後に、前記封入手段によって前記燃料極と前記水素極に前記液体を封入することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池システム停止手段は、前記酸化剤供給手段から前記燃料極に前記酸化剤の供給を停止し、
前記封入手段によって前記液体を前記酸化剤極に封入し、
前記水素極から前記酸化剤極へ前記水素を移動させて前記酸化剤を消費し、前記酸化剤極を水素雰囲気とし、
前記燃料電池の発電電圧が前記或る所定電圧まで下がった後に、前記水素供給手段からの水素供給を停止し、
前記燃料極に前記液体を封入することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記液体供給手段によって供給される前記液体は、不凍液であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記液体供給手段によって供給される前記液体は、炭化水素系水溶液であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料極から前記液体を排出し、前記水素供給手段によって前記水素を前記燃料極に供給した後に、前記酸化剤極から前記液体を排出し、前記酸化剤供給手段によって前記酸化剤を前記酸化剤極に供給する燃料電池システム起動手段を備えることを特徴とする請求項１から６にいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料極から前記液体を排出し、前記水素供給手段によって前記水素を前記燃料極に供給した後に、前記酸化剤極から前記液体を排出し、前記酸化剤供給手段によって前記酸化剤を前記酸化剤極に供給し、前記酸化剤極に残存する前記炭化水素系水溶液を燃焼させる燃料電池システム起動手段を備えることを特徴とする請求項７に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関するものであり、特に燃料電池システムの停止、起動に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムにおいて、燃料電池を停止する際には、酸化剤極に空気が残り、空気中に含まれる酸素によって酸化剤極を酸化する恐れがあった。その酸化を防ぐために燃料電池システムの停止時に、酸化剤極の空気を除去し、その代わりに水素雰囲気とした後に燃料電池システムを停止し、酸化剤極の酸化を防止するものが、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１８２４５６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の発明では、燃料電池システムの停止中に外部から空気が燃料電池内にリークし、燃料電池内に封入された水素と反応し、また空気中の酸素が燃料極または酸化剤極を酸化するといった問題点がある。また、燃料電池内に封入した水素が外部へリークし、燃料電池内に水素を封入するのが困難であるといった問題点がある。
【０００４】
本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、燃料電池システムの停止中に燃料電池内に空気が入り、燃料極または酸化剤極の酸化を防止し、更に、燃料電池内に封入した水素が外部へリークするのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、水素が供給される燃料極と、酸化剤が供給される酸化剤極との間に電解質膜を備えた燃料電池と、燃料極に水素を供給する水素供給手段と、酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの停止操作時に燃料極と酸化剤極に液体をそれぞれ供給する液体供給手段と、供給された液体を燃料極と酸化剤極内に封入する封入手段とを備える。そして、燃料極の水素が酸化剤極へ移動し、酸化剤極内の酸化剤と反応して酸化剤がほぼ無くなり、かつ燃料極と酸化剤極に液体が封入された状態で燃料電池システムを停止する燃料電池システム停止手段を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、燃料電池システムを停止する際に、酸化剤極の空気中の酸素を酸化剤極から除去した後に、燃料極と酸化剤極に液体を封入して停止させるので、燃料電池システムの停止中に外部より空気が燃料電池内にリークし難くなり、燃料電池内の酸化を防ぎ、燃料電池の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の燃料電池システムの第１実施形態の構成を図１のブロック図を用いて説明する。この実施形態は、水素と酸化剤である空気中の酸素によって発電する燃料電池１と、燃料電池１の燃料極２に水素を供給する水素供給手段である例えば水素ボンベなどの水素供給装置４と、燃料電池１の酸化剤極である空気極３に外部より空気を供給する酸化剤供給手段であるエアコンプレッサ５と、燃料電池１に供給する純水を貯留する液体供給手段である純水タンク６を備える。燃料電池１の電圧を検出する電圧検出手段である電圧センサ１７を備える。
【０００８】
燃料電池１は固体高分子型燃料電池であり、その構成について図２の構成図を用いて説明する。固体高分子型燃料電池は、高分子電解質膜３０の両側にガス拡散層３２ａ、３２ｂを設け、高分子電解質膜３０とガス拡散層３２ａ、３２ｂの間にそれぞれ触媒層３１ａ、３１ｂを備える。なお触媒として白金などが使用される。高分子電解質膜３０とガス拡散層３２ａ、３２ｂと触媒層３１ａ、３１ｂを総合して膜電極複合体３３と呼ぶ。なお、燃料極２をガス拡散層３２ａと触媒層３１ａで構成し、空気極３をガス拡散層３２ｂと触媒層３１ｂで構成する。膜電極複合体３３を挟持するように水素ガス流路３５ａ、酸化剤（空気）ガス流路３５ｂをそれぞれ片面に設けたセパレータ３４備える。燃料電池１は、膜電極複合体３３とセパレータ３４を積層し構成される。
【０００９】
セパレータ３４は、図示しない水素マニホールド３６ａと、空気マニホールド３６ｂから水素ガス流路３５ａ、酸化剤ガス流路３５ｂを介してガス拡散層３２ａ、３２ｂにそれぞれ水素、空気を供給するだけでなく、膜電極複合体３３で生じた電流を膜電極複合体３３と接するリブ部３７ａ、３７ｂによって集電する役割も備えている。そのためセパレータ３４は導電性物質、例えば黒鉛を使用する。
【００１０】
また、水素と空気が混ざると発電効率が下がり、また燃料電池１を劣化させる恐れがあり、これを防止するために高分子電解質膜３０とセパレータ３４の間には、ガスケット３８を備える。
【００１１】
燃料電池１の燃料極２には水素供給装置４から水素供給流路１１を介して水素が供給される。一方、空気極３にはエアコンプレッサ５から空気供給流路１２を介して空気が供給される。そして、燃料電池１の発電によって発生した排出ガスは燃料極２、空気極３からそれぞれ燃料極排出流路１３、空気極排出流路１４から外部へ排出される。なお、水素供給流路１１、空気供給流路１２にはそれぞれ燃料極２と、空気極３と水素供給装置４とエアコンプレッサ５を遮断する遮断弁７、８を備える。また、燃料極排出流路１３、空気極排出流路１４にはそれぞれ燃料極２、空気極３と外部を遮断する遮断弁９、１０を備える。更に、燃料極排出流路１３には、排出ガスの一部を再び燃料極２へ循環させる排出ガス循環流路１５が分岐しており、排出ガス循環流路１５の途中には、循環用の循環ポンプ１６と、排出ガスの循環量を調整する調整バルブ２０を備える。
【００１２】
純水タンク６には、純水が蓄えられており、水素供給流路７、空気供給流路１２をそれぞれ介して、燃料極２、空気極３へ純水を供給する。また、燃料極２と空気極３への純水の供給は遮断弁１８、１９によって制御される。
【００１３】
更に、エアコンプレッサ５の運転や遮断弁７〜１０の開閉などを制御し、本発明の燃料電池システムを制御するコントローラ５０を備える。
【００１４】
次にコントローラ５０によって制御される燃料電池システムの停止方法（燃料電池停止手段）について図３のフローチャートを用いて説明する。
【００１５】
ステップＳ３０１では、燃料電池１の運転停止が図示しない検出手段によって検出されると、エアコンプレッサ５を停止し、空気極３への空気供給を停止する。そのため、燃料極２の水素と空気極３に残留した空気中の酸素が反応し、発電を行い空気極３の酸素は消費される。また、高分子電解質膜１０を水素がクロスオーバーし、空気極３の酸素は消費される。これにより燃料電池１での発電電力が減少し、それに伴って燃料電池１の電圧も低下する。
【００１６】
ステップＳ３０２では、電圧センサ１７によって燃料電池１の電圧を検出し、その電圧から燃料電池セルの電圧Ｖを算出し、その電圧Ｖが或る所定電圧となってから２０秒経過後に水素供給装置４からの水素供給を停止する。ここでは或る所定電圧を０．２Ｖとする。この制御によって燃料極２と空気極３の電位差は、ほぼ０Ｖとなっている。また、空気極３には酸素の代わりに水素が多く存在し、つまり水素雰囲気となっている。なお、ここでは、０．２Ｖとなってから２０秒経過後に水素供給装置４からの水素供給を停止したが、この条件以外でも良く、燃料極２と空気極３間の電位差がほぼ０Ｖとなる条件であれば良い。
【００１７】
ステップＳ３０３では、遮断弁１９を開き、遮断弁１０を閉じて、空気極３に純水タンク６から空気極３、すなわち空気流路、及びガス拡散層に水を純水を供給する。
【００１８】
ステップＳ３０４では、遮断弁８、１９を閉じて、純水の封入を完了する。なお、純水の供給は空気極３に純水が満たされる時間だけ行う。この時間は予め実験などで設定する。また、流量を検出し、遮断弁８、１９を閉じても良い。
【００１９】
ステップＳ３０５では、遮断弁１８を開き、遮断弁９を閉じて、燃料極２に純水タンク６から燃料極２、すなわち空気流路、及びガス拡散層に水を純水を供給する。
【００２０】
ステップＳ３０６では、遮断弁７、１８を閉じて、純水の封入を完了する。なお、純水の供給は燃料極２に純水が満たされる時間だけ行う。この時間は予め実験などで設定する。また、流量を検出し、遮断弁７、１８を閉じても良い。
【００２１】
以上の制御によって、燃料電池１停止時に燃料極２、及び空気極３に水素と純水を封入し、停止中に燃料電池１の反応を防ぎ、更に外部から空気などの侵入を防ぐことができる。
【００２２】
次にコントローラ５０によって制御される燃料電池システムの起動方法（燃料電池システム起動手段）について図４のフローチャートを用いて説明する。
【００２３】
ステップＳ４０１では、図示しない運転スイッチなどによる起動動作により燃料電池システムの起動が確認されると、遮断弁７、９を開き燃料極２に封入した純水を外部へ排出する。
【００２４】
ステップＳ４０２では、純水が外部へ排出されると、水素供給装置４から水素を燃料極２へ供給を開始する。
【００２５】
ステップＳ４０３では、遮断弁８、１０を開き空気極３に封入した純水を外部へ排出する。
【００２６】
ステップＳ４０４では、純水が外部へ排出されると、エアコンプレッサ５を起動し、外部より空気極３へ空気を供給する。以上のように燃料電池システム起動時には、まず燃料極２の純水を外部へ排出し、水素を燃料極２へ供給し、その後空気極３の純水を外部へ排出し、空気を空気極３へ供給し、発電を開始するので、ガス拡散層の酸化を防ぐことができる。なお、排出された純水は図示しない気液分離装置などで純水を分離し、純水タンク６に再び蓄えても良い。
【００２７】
本発明の第１実施形態の効果について説明する。
【００２８】
第１実施形態によると、燃料電池システムの停止時に、空気極３の空気中の酸素を消費した後に燃料極２と空気極３に純水タンク６から純水を供給し、遮断弁７〜１０によって燃料極２と空気極３を遮断するので、燃料電池システム停止中に外部より空気が侵入し空気中の酸素による燃料極２と空気極３の酸化を防ぐことができ、燃料電池１の劣化を防ぐことができる。また、燃料極２と空気極３から外部へ水素がリークするのを防ぐことができる。
【００２９】
電圧センサ１７によって燃料電池１の電圧を検出し、その電圧が或る所定電圧よりも低くなった後に、純水を封入し、燃料電池システムを停止させるので、空気極３内の酸素が確実に除去（消費）され、空気極３の酸素による酸化を更に防ぐことができる。
【００３０】
次に本発明の第２実形態について図５のブロック図を用いて説明する。この実施形態では、第１実施形態の純水タンク６に代えて不凍液であるエチレングリコール水溶液を蓄えた水溶液タンク２１を備える。その他の構成については第１実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。この構成によって氷点下時にも液体を凍結させずに燃料電池システムを停止することができる。
【００３１】
次にコントローラ５０によって制御される燃料電池システムの停止方法（燃料電池停止手段）について図６のフローチャートを用いて説明する。
【００３２】
ステップＳ６０１では、燃料電池１の運転停止が図示しない検出手段によって検出されると、エアコンプレッサ５を停止し、空気極３への空気供給を停止する。
【００３３】
ステップＳ６０２では、遮断弁１９を開き、遮断弁１０を閉じて、空気極３に水溶液タンク２１から濃度３０％のエチレングリコール水溶液を供給する。この濃度によりエチレングリコール水溶液は−２０℃程度まで凍結しない。
【００３４】
ステップＳ６０３では、遮断弁８、１９を閉じる。これによって空気極３へエチレングリコール水溶液を封入する。なお、このエチレングリコール水溶液濃度は、３０％に限るものではなく、状況に応じて、氷点下時に水溶液が凍結しない濃度であれば良い。なお、エチレングリコール水溶液の供給は空気極３にエチレングリコール水溶液が満たされる時間だけ行う。この時間は予め実験などで設定する。また、流量を検出し、遮断弁８、１９を閉じても良い。
【００３５】
ステップＳ６０１において空気極３への空気供給を停止した後は、燃料極２の水素と空気極３に残留した空気中の酸素が反応し、発電を行い空気極３の酸素は消費される。また、高分子電解質膜１０を水素がクロスオーバーし、空気極３の酸素は消費される。これらによって燃料電池１の発電電力が減少し、それに伴って燃料電池１の電圧も低下する。ステップＳ６０４では、電圧センサ１７によって燃料電池１の電圧を検出し、その電圧から燃料電池セルの電圧Ｖを算出し、その電圧Ｖが或る所定電圧となってから２０秒経過後に水素供給装置４からの水素供給を停止する。ここでは或る所定電圧を０．２Ｖとする。この制御によって燃料極２と空気極３の電位差は、ほぼ０Ｖとなっている。また、空気極３には酸素の代わりに水素が多く存在し、つまり水素雰囲気となっている。なお、ここでは、０．２Ｖとなってから２０秒経過後に水素供給装置４からの水素供給を停止したが、この条件以外でも良く、燃料極２と空気極３間の電位差がほぼ０Ｖとなる条件であれば良い。ステップＳ６０２においてエチレングリコール水溶液を空気極３へ供給することにより空気極３の空気、つまり酸素を少なくすることができるので、素早く電圧Ｖが小さくなり、燃料電池システムを素早く停止させることができる。
【００３６】
ステップＳ６０５では、遮断弁１８を開き、遮断弁９を閉じて、燃料極２に水溶液タンク２１から濃度３０％のエチレングリコール水溶液を供給する。
【００３７】
ステップＳ６０６では、遮断弁７、１８を閉じる。これによって燃料極２へエチレングリコール水溶液を封入する。エチレングリコール水溶液の供給は空気極３にエチレングリコール水溶液が満たされる時間だけ行う。この時間は予め実験などで設定する。また、流量を検出し、遮断弁７、１８を閉じても良い。
【００３８】
この実施形態の起動方法については、第１実施形態の図４に示す制御と同じ制御なので、ここでの説明は省略する。なお、この実施形態では、純水の代わりにエチレングリコール水溶液を外部へ排出する。
【００３９】
第２実施形態ではエチレングリコール水溶液を使用したが、この代わりにエタノール水溶液を使用しても良い。この場合エタノール水溶液の濃度は例えば５０％とすることで、エチレングリコールと同様に、燃料電池１の凍結を防ぐことができる。更に、エタノール水溶液を使用すると、起動時に空気極３でエタノール水溶液を排出する際に、エタノール水溶液が燃焼反応を起こし、燃料電池１を暖機することができる。
【００４０】
また、第１実施形態で純水の代わりにエチレングリコール水溶液、またはエタノール水溶液を使用しても良い。
【００４１】
本発明の第２実施形態の効果について説明する。
【００４２】
第２実施形態では、第１実施形態の効果に加えて不凍液であるエチレングリコール水溶液を燃料極２と空気極３に封入することで、氷点下となった場合でも燃料電池１内でエチレングリコール水溶液が凍ることがないので、燃料電池１に封入した液体の凍結時の体積膨張を防ぐことができ、燃料電池１の劣化を防ぐことができる。
【００４３】
また、空気極３にエチレングリコール水溶液を封入した後に空気極３を水素雰囲気とするので、空気極３に残存する酸素を少なくすることができ、燃料電池システムの停止時間を短縮することができる。
【００４４】
また、エタノール水溶液を使用する場合には、起動時に空気によって空気極３をパージする際に、残留するエタノールが空気中の酸素によって燃焼し、その熱によって燃料電池１を暖機することができる。また、燃料電池１内の付着した一酸化炭素をエタノールの燃焼により燃焼（酸化）し、二酸化炭素を生成するので、燃料電池１の一酸化炭素による劣化を防ぐことができる。
【００４５】
次に、本発明の第３実施形態について、図７のブロック図を用いて説明する。この実施形態では、第１実施形態に加えて外部電力供給手段である外部電力供給装置２２を備え、その外部電力供給装置２２を燃料電池１に接続する。なお、外部電力供給装置２２は例えば鉛蓄電池などの二次電池である。その他の構成については第１実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。この構成によって、燃料電池１に外部から電力を供給し、燃料極２の水素をプロトンとして高分子電解質膜３０を通過させ、空気極３で再び水素を生成する。
【００４６】
次にコントローラ５０によって制御される燃料電池システムの停止方法（燃料電池停止手段）について図８のフローチャートを用いて説明する。
【００４７】
ステップＳ８０１では、燃料電池１の運転停止が図示しない検出手段によって検出されると、エアコンプレッサ５を停止し、空気極３への空気供給を停止する。
【００４８】
ステップ８０２では、外部電力供給装置２２を燃料電池１に電気的に接続し、燃料電池１に電流を流す。ここでは、外部電力供給装置２２のプラス極を燃料電池１の燃料極２に、マイナス極を空気極３に接続する。これにより、燃料極２に存在する水素が
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-    式（１）
の反応により、プロトンとなり、このプロトンは高分子電解質膜を通過する。そして、空気極３において、
２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2    式（２）
の反応により、水素が生成する。すなわち水素ポンプの原理を利用し、水素を空気極３に移動する。そのため、空気極３で生成した水素と空気極３に存在した空気中の酸素が反応して水を生成し、酸素が消費される（ステップＳ８０２が水素移動手段を構成する）。
【００４９】
ステップＳ８０２による水素の移動、または水素のクロスオーバーによって移動した水素が空気極３で酸素と反応し、酸素が消費されるので、燃料電池１の電圧が低下する。ステップＳ８０３では、電圧センサ１７によって燃料電池１の電圧を検出し、その電圧から燃料電池セルの電圧Ｖを算出し、その電圧Ｖが或る所定電圧となってから５秒経過後に、外部電力供給装置２２と燃料電池１の電気的接続を切断し、水素ポンプの原理による空気極３への水素移動を停止する。ここでは或る所定電圧を０．２Ｖとする。また、水素供給装置４から燃料極２への水素供給を停止する。この制御によって燃料極２と空気極３の電位差は、ほぼ０Ｖとなっている。なお、ここでは、０．２Ｖとなってから５秒経過後に水素供給装置４からの水素供給を停止したが、この条件以外でも良く、燃料極２と空気極３間の電位差がほぼ０Ｖとなる条件であれば良い。
【００５０】
ステップＳ８０４からステップＳ８０７の制御は第１実施形態のステップＳ３０３からステップＳ３０６までの制御と同じ制御なので、ここでの説明は省略する。
【００５１】
また、この実施形態の起動方法については、第１実施形態の図４に示す制御と同じ制御なので、ここでの説明は省略する。
【００５２】
本発明の第３実施形態の効果について説明する。
【００５３】
第３実施形態は、第１実施形態の効果に加えて、燃料電池１に外部電力供給装置４を接続し、燃料電池１に電流を流すことで燃料極２から水素ポンプの原理によって水素を空気極３へ移動させることによって、空気極３での酸素を素早く消費することができるので、燃料電池システムの停止動作時間を短くすることができ、空気中の酸素による酸化をより防ぐことができ、燃料電池１の劣化をより防ぐことができる。
【００５４】
次に本発明の第４実施形態について、図９のブロック図を用いて説明する。この実施形態では、第３実施形態の純水タンク６に代えてエチレングリコール水溶液を蓄えた水溶液タンク２１を備える。その他の構成については第３実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。この構成によって、氷点下時にも液体を凍結させずに燃料電池システムを停止することができ、燃料電池システムを停止するまでの時間を短縮することができる。
【００５５】
次にコントローラ５０によって制御される燃料電池システムの停止方法（燃料電池停止手段）について図１０のフローチャートを用いて説明する。
【００５６】
ステップＳ１００１では、燃料電池１の運転停止が図示しない検出手段によって検出されると、エアコンプレッサ５を停止し、空気極３への空気供給を停止する。
【００５７】
ステップＳ１００２では、遮断弁１９を開き、遮断弁１０を閉じて、空気極３に水溶液タンク２１から濃度３０％のエチレングリコール水溶液を供給する。
【００５８】
ステップＳ１００３では、遮断弁８、１９を閉じる。これによって空気極３へエチレングリコール水溶液を封入する。なお、このエチレングリコール水溶液濃度は、３０％に限るものではなく、状況に応じて、氷点下時に水溶液が凍結しない濃度であれば良い。なお、エチレングリコール水溶液の供給は空気極３にエチレングリコール水溶液が満たされる時間だけ行う。この時間は予め実験などで設定する。また、流量を検出し、遮断弁８、１９を閉じても良い。
【００５９】
ステップＳ１００４では、外部電力供給装置２２を燃料電池１に電気的に接続し、燃料電池１に電流を流す。ここでは、外部電力供給装置２２のプラス極を燃料電池１の燃料極２に、マイナス極を空気極３に接続する。そして、ステップＳ８０２で詳しく説明した水素ポンプの原理により、燃料極２の水素を空気極３へ移動し、空気極３の酸素を消費する。
【００６０】
ステップＳ１００４において空気極３で水素と酸素が反応し、酸素が消費されるので、燃料電池１の電圧が低下する。ステップＳ１００５では、電圧センサ１７によって燃料電池１の電圧を検出し、その電圧から燃料電池セルの電圧Ｖを算出し、その電圧Ｖが或る所定電圧となってから５秒経過後に、外部電力供給装置２２と燃料電池１の電気的接続を切断し、水素ポンプの原理による空気極３への水素移動を停止する。ここでは或る所定電圧を０．２Ｖとする。また、水素供給装置４からの水素供給を停止する。この制御によって燃料極２と空気極３の電位差は、ほぼ０Ｖとなっている。なお、ここでは、０．２Ｖとなってから５秒経過後に水素供給装置４からの水素供給を停止したが、この条件以外でも良く、燃料極２と空気極３間の電位差がほぼ０Ｖとなる条件であれば良い。
【００６１】
ステップＳ１００６では、遮断弁１８を開き、遮断弁９を閉じて、燃料極２に水溶液タンク２１から濃度３０％のエチレングリコール水溶液を供給する。
【００６２】
ステップＳ１００７では、遮断弁７、１８を閉じる。これによって燃料極２へエチレングリコール水溶液を封入する。エチレングリコール水溶液の供給は空気極３にエチレングリコール水溶液が満たされる時間だけ行う。この時間は予め実験などで設定する。また、流量を検出し、遮断弁７、１８を閉じても良い。
【００６３】
この実施形態の燃料電池システムの起動方法については、第２実施形態の制御と同じ制御なので、ここでの説明は省略する。
【００６４】
第４実施形態ではエチレングリコール水溶液を使用したが、この代わりにエタノール水溶液を使用しても良い。
【００６５】
また、第３実施形態で純水の代わりにエチレングリコール水溶液、またはエタノール水溶液を使用しても良い。
【００６６】
本発明の第４実施形態の効果について説明する。
【００６７】
第４実施形態では、第２実施形態の効果に加えて、燃料電池１に外部電力供給装置４を接続し、燃料電池１に電流を流すことで燃料極２から水素ポンプの原理によって水素を空気極３へ移動させることによって、空気極３での酸素を素早く消費することができるので、燃料電池システムの停止動作時間を短くすることができ、空気中の酸素による酸化をより防ぐことができ、燃料電池１の劣化をより防ぐことができる。
【００６８】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
燃料電池、特に高分子電解質膜を使用した分野において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の燃料電池の詳細図である。
【図３】本発明の第１実施形態の燃料電池システム停止動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態の燃料電池システム起動動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態の燃料電池システム停止動作を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３実施形態の燃料電池システム停止動作を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第４実施形態の燃料電池システム停止動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
１      燃料電池
２      燃料極
３      空気極（酸化剤極）
４      水素供給装置（水素供給手段）
５      エアコンプレッサ（酸化剤供給手段）
６      純水タンク（液体供給手段）
７      遮断弁（封入手段）
８      遮断弁（封入手段）
９      遮断弁（封入手段）
１０    遮断弁（封入手段）
１７    電圧センサ（電圧検出手段）
２１    水溶液タンク（液体供給手段）
【図１】
2005276669.tif 000003
【図２】
2005276669.tif 000004
【図３】
2005276669.tif 000005
【図４】
2005276669.tif 000006
【図５】
2005276669.tif 000007
【図６】
2005276669.tif 000008
【図７】
2005276669.tif 000009
【図８】
2005276669.tif 000010
【図９】
2005276669.tif 000011
【図１０】
2005276669.tif 000012