(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜と、前記電解質膜の両側にそれぞれ設けられるカソード側電極とアノード側電極と、
前記カソード側電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路及び前記アノード側電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路を有し、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記酸化剤ガス流路に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料ガス流路に掃気ガスとして空気を供給する掃気ガス供給装置と、
制御装置と、
を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記燃料電池の運転停止後に、前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出部と、
前記掃気ガス供給装置による前記燃料ガス流路の掃気を開始させる掃気制御部と、
を有し、
前記電圧検出部は、前記燃料電池の運転停止後に前記酸化剤ガス流路に残留する空気が前記電解質膜を透過して前記燃料ガス流路にリークする一方、前記燃料ガス流路に残存する水素が前記電解質膜を透過して前記酸化剤ガス流路にリークすることによって惹起する電圧の上昇を経た後前記上昇した電圧が下降して所定の設定電圧未満に至った際に前記掃気制御部に燃料ガス流路の掃気処理を開始させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記酸化剤ガス供給装置は、エアコンプレッサの下流に加湿器を備える一方、
前記燃料ガス供給装置は、前記燃料ガスを前記燃料ガス流路に循環供給するためのエゼクタを備え、
前記掃気ガス供給装置は、前記エアコンプレッサの出口と前記加湿器の入口との間で分岐し、且つ前記エゼクタの下流に接続される分岐流路を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は、炭化水素系の固体高分子電解質膜を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
固体高分子電解質膜と、前記電解質膜の両側にそれぞれ設けられるカソード側電極とアノード側電極と、
前記カソード側電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路及び前記アノード側電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路を有し、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記酸化剤ガス流路に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料ガス流路に掃気ガスとして空気を供給する掃気ガス供給装置と、
制御装置と、
を備える燃料電池システムの掃気方法であって、
前記燃料電池の運転停止後に、前記燃料ガスの供給を停止し前記燃料電池の電圧を検出する工程と、
前記燃料電池の運転停止後に前記酸化剤ガス流路に残留する空気が前記電解質膜を透過して前記燃料ガス流路にリークする一方、前記燃料ガス流路に残存する水素が前記電解質膜を透過して前記酸化剤ガス流路にリークすることによって惹起する電圧の上昇を経た後前記上昇した電圧が下降して所定の設定電圧未満に至った際に掃気制御部に前記掃気ガス供給装置による前記燃料ガス流路の掃気を開始させる工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの掃気方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池と、燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料ガス流路に掃気ガスとして空気を供給する掃気ガス供給装置と、制御装置とを備える燃料電池システム及びその掃気方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス）をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の発電セルは、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００４】
この種の燃料電池では、発電時に、カソード側電極に水が生成される一方、アノード側電極に前記水が逆拡散している。このため、発電停止時には、カソード側電極及びアノード側電極から残留水を排出する必要がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムでは、燃料ガス及び酸化剤ガスを電気化学的に反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池の燃料極側に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系と、前記燃料電池の酸化剤極側に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系と、前記酸化剤ガスの加湿を行う加湿手段と、前記燃料ガス供給系と前記酸化剤ガス供給系とを開閉可能に接続する連通手段とを備え、システム運転停止時に、前記燃料電池の燃料極側への燃料ガスの供給を停止するとともに、通常発電時に供給する酸化剤ガスよりも乾燥した酸化剤ガスを酸化剤極側へ供給し、その後、乾燥した酸化剤ガスを前記連通手段を通じて燃料極側にも供給した後、運転を停止することを特徴としている。
【０００６】
これにより、システム運転停止時には、先ず、燃料電池の燃料極側への燃料ガスの供給を停止するとともに、酸化剤極側に乾燥した空気等の酸化剤ガスを供給して、酸化剤極側の触媒層内に含有する水分量を減らすようにし、その後、燃料極側にも空気等の酸化剤ガスを供給して燃料極側を酸化剤ガスに置換してから運転を停止させることで、停止時の劣化はもとより、保管時の劣化も抑制できる、としている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−８６０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の特許文献１では、燃料電池の運転停止直後に、毎回、アノード側電極（燃料極）に対して空気による掃気が行われているため、掃気頻度が高くなり、前記アノード側電極が劣化するおそれがある。しかも、空気掃気後に起動させる際、アノード側電極に起動時劣化が発生するという問題がある。
【０００９】
さらに、アノード側電極を空気掃気する際、コンプレッサ等からの騒音が発生するとともに、エネルギ効率が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、アノード側電極の劣化を有効に抑制するとともに、エネルギ効率を向上させることが可能な燃料電池システム及びその掃気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】
【００１１】
本発明は、カソード側電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路及びアノード側電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路を有し、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記酸化剤ガス流路に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料ガス流路に掃気ガスとして空気を供給する掃気ガス供給装置と、制御装置とを備える燃料電池システム及びその掃気方法に関するものである。
【００１２】
本発明では、制御装置は、燃料電池の運転停止後に、前記燃料電池の電圧を検出する電圧検出部と、検出された前記電圧が一旦下降した後、上昇してさらに下降することにより設定電圧以下になった際、掃気ガス供給装置による燃料ガス流路の掃気を開始させる掃気制御部とを有している。
【００１４】
さらに、酸化剤ガス供給装置は、エアコンプレッサの下流に加湿器を備える一方、燃料ガス供給装置は、燃料ガスを燃料ガス流路に循環供給するためのエゼクタを備え、掃気ガス供給装置は、前記エアコンプレッサの出口と前記加湿器入口との間で分岐し、且つ前記エゼクタの下流に接続される分岐流路を備えることが好ましい。
【００１５】
さらにまた、燃料電池は、炭化水素系の固体高分子電解質膜を備えることが好ましい。
【００１６】
また、本発明では、燃料電池の運転停止後に、前記燃料ガスの供給を停止し前記燃料電池の電圧を検出する工程と、検出された前記電圧が一旦下降した後、上昇してさらに下降することにより設定電圧以下になった際、掃気ガス供給装置による燃料ガス流路の掃気を開始させる工程とを有している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、燃料電池の運転停止後に、前記燃料ガスの供給を停止し前記燃料電池の電圧が検出され、検出された前記電圧が一旦下降した後、上昇してさらに下降することにより設定電圧以下になった際、燃料ガス流路の掃気が開始されている。すなわち、燃料電池の運転停止後には、燃料ガスの供給が停止されるため、前記燃料電池の電圧が低下する一方、時間の経過に伴って、酸化剤ガス流路に残存する酸化剤ガスと、燃料ガス流路に残存する燃料ガスとが、電解質膜を透過して互いにリーク（クロスリーク）する。
【００１９】
このため、カソード側電極及びアノード側電極では、反応により電位が発生し、燃料電池の電圧が上昇する。そして、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路の燃料ガスが消費されるとともに、カソード側の電位とアノード側の電位とが互いに近似する方向に変化して燃料電池の電圧が低下する。次いで、酸化剤ガス流路及び前記燃料ガス流路は、酸化剤ガス（空気）に置換される。
【００２０】
従って、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路が酸化剤ガスに良好に置換された際、すなわち、燃料電池の電圧が設定電圧以下に十分に低下した際、前記酸化剤ガス流路及び前記燃料ガス流路の空気による掃気が開始される。これにより、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路に反応が惹起することがなく、カソード側電極の高電位によるダメージ等、電解質膜・電極構造体の劣化を有効に阻止することができる。
【００２１】
一方、燃料電池の運転停止から比較的短時間で、前記燃料電池の起動が開始されると、燃料ガス流路が酸化剤ガスに良好に置換されておらず、前記燃料ガス流路の空気掃気が行われない。従って、燃料ガス流路の掃気頻度が低減され、空気掃気によるアノード側電極の劣化を良好に抑制することが可能になる。その際、燃料ガス流路の掃気頻度が低下するため、燃料電池が起動される時のアノード側電極の劣化も抑制することができる。
【００２２】
しかも、燃料ガス流路を空気掃気するためのコンプレッサ等の使用頻度が低減されるため、前記コンプレッサからの騒音の発生が抑制されるとともに、エネルギ効率の低下を抑制することが可能になる。さらに、燃料電池の運転停止から燃料ガス流路の空気掃気までの間に、燃料ガス流路の水分が冷却されて凝縮水が発生し易い。従って、燃料ガス流路を空気掃気する際、この燃料ガス流路内に残存する凝縮水が確実に排出され、低温起動時の起動性が有効に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１０の概略構成図である。
【００２６】
燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、後述する燃料ガス流路３６に掃気ガスとして空気を供給する掃気ガス供給装置１８と、前記燃料電池システム１０全体の制御を行うコントローラ（制御装置）２０とを備える。
【００２７】
燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池２２を積層して構成される。各燃料電池２２は、固体高分子電解質膜２４をカソード側電極２６とアノード側電極２８とで挟持した電解質膜・電極構造体３０を備え、前記電解質膜・電極構造体３０を一対のセパレータ３２ａ、３２ｂで挟持する。電解質膜・電極構造体３０とセパレータ３２ａとの間には、カソード側電極２６に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路３４が形成されるとともに、前記電解質膜・電極構造体３０とセパレータ３２ｂとの間には、アノード側電極２８に燃料ガスを供給する燃料ガス流路３６が形成される。
【００２８】
固体高分子電解質膜２４は、ガス透過性が抑制された電解質膜を使用する。例えば、特開２００７−２６８８８号公報に開示されているように、炭化水素系の電解質膜であり、窒素原子及びスルホン酸基を有し、主鎖がフェニレン結合である構成単位を含むスルホン化ポリアリーレンからなる電解質膜が採用される。この電解質膜は、ガス透過性が抑制されているため、停止後に酸化剤ガス流路３４及び燃料ガス流路３６のガス濃度が平衡状態に至るのに、フッ素系の膜に対して長い時間を要する。
【００２９】
燃料電池スタック１２の積層方向一端部には、空気（酸素含有ガス）等の酸化剤ガスを酸化剤ガス流路３４に供給するための酸化剤ガス入口連通孔３８ａと、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス流路３４から排出するための酸化剤ガス出口連通孔３８ｂとが形成される。燃料電池スタック１２の積層方向他端部には、水素含有ガス等の燃料ガスを燃料ガス流路３６に供給するための燃料ガス入口連通孔４０ａと、前記燃料ガスを前記燃料ガス流路３６から排出するための燃料ガス出口連通孔４０ｂとが形成される。
【００３０】
酸化剤ガス供給装置１４は、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ４２を備え、前記エアコンプレッサ４２が空気供給流路４４に配設される。空気供給流路４４には、加湿器４６が配設されるとともに、前記空気供給流路４４は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに連通する。
【００３１】
酸化剤ガス供給装置１４は、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに連通する空気排出流路４８を備える。この空気排出流路４８には、エアコンプレッサ４２から空気供給流路４４を通って燃料電池スタック１２に供給される空気の圧力を調整するための背圧制御弁５０が設けられる。
【００３２】
燃料ガス供給装置１６は、高圧水素（水素含有ガス）を貯留する水素タンク５２を備え、この水素タンク５２は、水素供給流路５４を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４０ａに連通する。この水素供給流路５４には、水素遮断弁５６とエゼクタ５８とが設けられる。燃料ガス出口連通孔４０ｂには、オフガス流路６０が連通するとともに、前記オフガス流路６０に水素循環路６２が連通し、前記水素循環路６２は、エゼクタ５８に連通する。オフガス流路６０には、パージ弁６４が配設される。
【００３３】
エゼクタ５８は、水素タンク５２から供給される水素ガスを、水素供給流路５４を通って燃料電池スタック１２に供給するとともに、燃料電池スタック１２で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素循環路６２から吸引して、再度、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスとして供給する。
【００３４】
掃気ガス供給装置１８は、エアコンプレッサ４２と加湿器４６との間に位置して空気供給流路４４に連結される空気分岐流路６８を備える。空気分岐流路６８には、遮断弁７０が配置されるとともに、前記空気分岐流路６８は、燃料電池スタック１２とエゼクタ５８との間に位置して水素供給流路５４に連結される。
【００３５】
燃料電池スタック１２には、車両駆動用モータやエアコンプレッサ等のスイッチ付き負荷６７と、前記燃料電池スタック１２の電圧（燃料電池スタック１２全体の電圧、各燃料電池２２毎のセル電圧又は複数の燃料電池２２のセル電圧の平均電圧）を検出する電圧センサ６９とが接続される。
【００３６】
コントローラ２０は、エアコンプレッサ４２、背圧制御弁５０、水素遮断弁５６、エゼクタ５８及びパージ弁６４の他、電圧センサ６９及びイグニッションスイッチ７１と電気的に接続される。
【００３７】
コントローラ２０は、燃料電池システム１０の停止後に、燃料電池スタック１２の電圧、燃料電池２２のセル電圧又は複数のセル電圧の平均（以下、単に燃料電池スタック１２の電圧という）を検出する電圧検出部７２と、検出された前記電圧が一旦下降した後、上昇してさらに下降することにより設定電圧以下になった際、掃気ガス供給装置１８による燃料ガス流路３６の掃気を開始させる掃気制御部７４としての機能を有する。
【００３８】
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、本発明の第１の実施形態に係る掃気方法との関連で、図２に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【００３９】
先ず、燃料電池システム１０のイグニッションスイッチ７１がオフされて、燃料電池スタック１２の運転が停止されるととともに、負荷６７が遮断された後（ステップＳ１）、ステップＳ２に進んで、水素遮断弁５６が閉じられて水素の供給が遮断される。
【００４０】
次に、ステップＳ３に進んで、エアコンプレッサ４２の駆動作用下に燃料電池スタック１２に空気が供給され、この空気は、酸化剤ガス流路３４に導入されてカソード掃気が行われる。そして、エアコンプレッサ４２の駆動が一端停止される一方、燃料電池スタック１２では、この燃料電池スタック１２の電圧が電圧センサ６９を介して検出される（ステップＳ４）。
【００４１】
ここで、燃料電池スタック１２が運転を停止された後に、経過時間と共に変化するスタック電圧が、図３に示されている。具体的には、燃料電池スタック１２の運転が停止した時点（Ｔ０）では、図４に示すように、酸化剤ガス流路３４には、酸素と窒素とを含む空気が存在する一方、燃料ガス流路３６には、燃料ガスである水素が存在している。
【００４２】
このため、各燃料電池２２では、反応が行われており、酸素及び水素が消費されている。そして、水素の供給が停止されているため、燃料電池スタック１２の電圧は、一旦下降している。
【００４３】
次いで、各燃料電池２２では、酸化剤ガス流路３４に残存する空気が、電解質膜・電極構造体３０を透過して燃料ガス流路３６にリークする一方、この燃料ガス流路３６に残存する水素が、前記電解質膜・電極構造体３０を透過して前記酸化剤ガス流路３４にリークする（図５参照）。従って、酸化剤ガス流路３４及び燃料ガス流路３６で反応が惹起し、カソード側電極２６及びアノード側電極２８の電位が上昇するため、燃料電池スタック１２の電圧は、経過時間Ｔ１以降に上昇を開始する（図３参照）。
【００４４】
経過時間Ｔ２以降では、カソード側電極２６の電位とアノード側電極２８の電位とが、互いに近似する方向に変化するため、燃料電池スタック１２の電圧は、この経過時間Ｔ２から下降する。そして、経過時間Ｔ３では、図６に示すように、酸化剤ガス流路３４及び燃料ガス流路３６内のガスは、空気に置換された状態となる。
【００４５】
このように、燃料ガス流路３６内の燃料ガス（水素）が空気と置換された状態における燃料電池スタック１２の電圧ＶＳが、前記燃料ガス流路３６の空気掃気処理を開始するための電圧閾値に設定する。この電圧ＶＳは、実質的に０．３Ｖ〜０．６Ｖ、好ましくは、０．４Ｖ〜０．５Ｖに設定される。
【００４６】
これにより、ステップＳ５において、検出された燃料電池スタック１２の電圧（ＦＣ電圧）が、設定電圧（ＶＳ）未満であると判断されると（ステップＳ５中、ＹＥＳ）、ステップＳ６に進んで、掃気処理が行われる。この掃気処理では、エアコンプレッサ４２が駆動されるとともに、遮断弁７０及びパージ弁６４が開放される。
【００４７】
このため、エアコンプレッサ４２から空気供給流路４４に導入される空気は、燃料電池スタック１２の各酸化剤ガス流路３４に導入される一方、空気分岐流路６８を通って前記燃料電池スタック１２の各燃料ガス流路３６に導入される。従って、酸化剤ガス流路３４及び燃料ガス流路３６には、空気による掃気が行われる。そして、エアコンプレッサ４２が停止され、遮断弁７０及びパージ弁６４が閉じられて燃料電池システム１０全体が停止される（ステップＳ７）。なお、酸化剤ガス流路３４の空気による掃気（カソード掃気）は、ステップＳ３のみで行ってもよく、また、ステップＳ３での掃気を削除してステップＳ６のみで行ってもよい。
【００４８】
この場合、第１の実施形態では、燃料電池スタック１２の運転停止後に、前記燃料電池スタック１２の電圧が検出され、検出された前記電圧が一旦下降した後、上昇してさらに下降することにより設定電圧以下になった際、燃料ガス流路３６の空気掃気が開始されている。すなわち、燃料ガス流路３６内の燃料ガスが空気に置換されるとともに、酸化剤ガス流路３４内のガスが空気に置換された状態で（図６参照）、前記燃料ガス流路３６及び前記酸化剤ガス流路３４に対して空気による掃気が開始されている。
【００４９】
このため、酸化剤ガス流路３４及び燃料ガス流路３６では、ガスの反応が惹起されることがなく、カソード側電極２６及びアノード側電極２８の劣化を確実に阻止することができる。例えば、経過時間Ｔ１の状態（図５参照）で、燃料ガス流路３６の空気による掃気を行うと、図７に示すように、酸化剤ガス流路３４の入口側でカソード側電極２６が、高電位によるダメージを惹起するおそれがある。
【００５０】
従って、酸化剤ガス流路３４内及び燃料ガス流路３６内が空気に置換された後に、空気による掃気を行うことにより、電解質膜・電極構造体３０の劣化を有効に阻止することが可能になるという効果が得られる。
【００５１】
一方、燃料電池スタック１２の運転停止から比較的短時間で、すなわち、燃料電池スタック１２の電圧が設定電圧以上である際に（ステップＳ５中、ＮＯ）、前記燃料電池スタック１２の起動が開始されると（ステップＳ８中、ＹＥＳ）、燃料ガス流路３６及び酸化剤ガス流路３４が酸化剤ガスに良好に置換されておらず、前記燃料ガス流路３６の空気掃気が行われない。
【００５２】
このため、燃料ガス流路３６の掃気頻度が低減され、空気掃気によるアノード側電極２８の劣化を良好に抑制することが可能になる。その際、燃料ガス流路３６の掃気頻度が低下するため、燃料電池スタック１２が起動される際のアノード側電極２８の劣化を抑制することもできる。
【００５３】
しかも、燃料ガス流路３６を空気掃気するためのエアコンプレッサ４２の使用頻度が低減されている。これにより、エアコンプレッサ４２からの騒音の発生が抑制されるとともに、前記エアコンプレッサ４２を駆動させるための電力が削減され、エネルギ効率の低下を抑制することが可能になる。
【００５４】
さらに、燃料電池スタック１２の運転停止から燃料ガス流路３６の空気掃気までの間に、前記燃料ガス流路３６に残存する水分が冷却されて凝縮水が発生し易い。従って、燃料ガス流路３６を空気掃気する際、この燃料ガス流路３６内に残存する凝縮水が確実に排出され、低温起動時の起動性が有効に向上するという利点がある。
【００５５】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システム８０の概略構成図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
燃料電池システム８０を構成するコントローラ８２は、燃料電池スタック１２の運転停止後に、前記燃料電池スタック１２のガス濃度を検出するガス濃度検出部８４と、検出された前記ガス濃度に基づいて燃料ガス流路３６に残存する燃料ガスが空気に置換されたと判断された際、掃気ガス供給装置１８による前記燃料ガス流路３６の掃気を開始させる掃気制御部７４とを有する。燃料電池スタック１２には、例えば、オフガス流路６０に水素濃度センサ８６が配置される。
【００５７】
このように構成される燃料電池システム８０の掃気方法について、図９に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【００５８】
先ず、前述したステップＳ１〜ステップＳ３と同様に、ステップＳ１１〜ステップＳ１３が行われた後、水素濃度センサ８６からの検出信号に基づいて、ガス濃度検出部８４は、燃料電池スタック１２の燃料ガス流路３６の水素ガス濃度を検出する（ステップＳ１４）。
【００５９】
運転停止後の燃料電池スタック１２では、図１０に示すように、燃料ガス流路３６に残留する水素ガス濃度が経過時間と共に低下している。これは、第１の実施形態において説明したように、燃料電池スタック１２の運転停止後に、残存水素（燃料ガス）と残存空気（酸化剤ガス）とが反応するとともに、前記水素及び前記空気のクロスリークが惹起するからである。
【００６０】
そして、経過時間Ｔ３に至ると、燃料ガス流路３６に残存する水素ガス濃度がほぼ０となり（ステップＳ１５中、ＹＥＳ）、ステップＳ１６に進んで、掃気処理が行われた後、燃料電池システム８０が停止される（ステップＳ１７）。
【００６１】
また、燃料ガス流路３６に残留する水素ガス濃度が０に至る前に、燃料電池スタック１２が起動されると（ステップＳ１８中、ＹＥＳ）、掃気処理が行われず、燃料電池システム１０は起動処理に移行する。
【００６２】
このように、第２の実施形態では、燃料ガス流路３６の空気掃気が行われる際に、この燃料ガス流路３６に燃料ガスが残存することがなく、不要な反応が惹起することを阻止することができる。これにより、電解質膜・電極構造体３０の劣化を良好に阻止することが可能になる。
【００６３】
しかも、燃料ガス流路３６の掃気頻度が低下するため、特に、アノード側電極２８の劣化を抑制するとともに、騒音の発生やエネルギ効率の低下を抑制することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６４】
なお、第２の実施形態では、燃料ガス流路３６が、燃料ガスから空気に置換されたことを検出するために、水素濃度センサ８６を用いているが、これに限定されるものではなく、他の残存ガス、酸素、窒素の状態を検出することにより、前記燃料ガス流路３６の空気置換を検出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る掃気方法を説明するフローチャートである。
【図３】運転停止後のスタック電圧と経過時間との説明図である。
【図４】運転停止直後の燃料電池の残存ガスの説明図である。
【図５】運転停止後、前記燃料電池内のクロスリークの説明図である。
【図６】運転停止後、前記燃料電池内が空気置換された状態の説明図である。
【図７】前記クロスリークの状態で空気掃気を行った際の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る掃気方法を説明するフローチャートである。
【図１０】運転停止後の残留水素ガス濃度と経過時間との説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０、８０…燃料電池システム        １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス供給装置            １６…燃料ガス供給装置
１８…掃気ガス供給装置              ２０、８２…コントローラ
２２…燃料電池                      ２４…固体高分子電解質膜
２６…カソード側電極                ２８…アノード側電極
３０…電解質膜・電極構造体          ３４…酸化剤ガス流路
３６…燃料ガス流路                  ４２…エアコンプレッサ
４４…空気供給流路                  ４６…加湿器
４８…空気排出流路                  ５０…背圧制御弁
５２…水素タンク                    ５４…水素供給流路
５６…水素遮断弁                    ５８…エゼクタ
６０…オフガス流路                  ６２…水素循環路
６４…パージ弁                      ６８…空気分岐流路
６９…電圧センサ                    ７０…遮断弁
７２…電圧検出部                    ７４…掃気制御部
８４…ガス濃度検出部                ８６…水素濃度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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