(57)【要約】【課題】停止時おける電解質膜の劣化の抑制や、起動時における電極触媒層の劣化の抑制など行うことができ、また、パージなどに要する不活性ガス（窒素ガス等）の量を低減することができる燃料電池発電システム及びその運転方法を提供する。【解決手段】例えば、発電運転を停止するとき、冷却管６９などによる燃料電池本体３３の冷却を行って燃料電池本体３３内に結露を生じさせ、酸素ボンベ３５などによる酸素ガスの供給を停止し、且つ、水素ボンベ３５などによる水素ガスの供給を停止した後、温度計７３による冷却水入口温度ｃ（即ち燃料電池本体３３）の温度計測値が２０℃まで低下した時点で、窒素ボンベ３７から燃料電池本体内のカソード側へ窒素ガスを供給して燃料電池本体内のカソード側からの酸素ガスの排出を行い、且つ、窒素ボンベ３６から燃料電池本体内のアノード側へ窒素ガスを供給して燃料電池本体３３内のアノード側からの水素ガスの排出を行う。【選択図】図１
2007273276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体内に結露を生じさせるように前記燃料電池本体を冷却する急冷手段を備え、且つ、
前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより、前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段を備えたこと、
或いは、この酸化剤ガスパージ手段と、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給することにより、前記燃料電池本体内のアノード側から前記燃料ガスを排出する燃料ガスパージ手段とを備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより、前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項３】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより、前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段を備えたこと、
或いは、この酸化剤ガスパージ手段と、前記燃料電池本体の燃料ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給することにより、前記燃料電池本体内のアノード側から前記燃料ガスを排出する燃料ガスパージ手段とを備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項４】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
送電系統の負荷遮断後に前記燃料電池本体に電気的な負荷をかける負荷手段を備え、
且つ、前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給する他の不活性ガス供給手段とを備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、
発電運転を停止するとき、前記急冷手段による前記燃料電池本体の冷却を行って前記燃料電池本体内に結露を生じさせ、
前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
温度計測手段による前記燃料電池本体の温度計測値が所定値まで低下した時点で、
前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御する、
或いは、前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行うように制御する制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項６】
請求項２に記載の燃料電池発電システムにおいて、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御する制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項７】
請求項３に記載の燃料電池発電システムにおいて、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
前記酸化剤ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御する、
或いは、前記酸化剤ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の燃料ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行うように制御する制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項８】
請求項４に記載の燃料電池発電システムにおいて、
発電運転を停止するとき、送電系統の負荷を遮断し、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
前記燃料電池本体の出口側を閉じた状態で、前記負荷手段により前記燃料電池本体に負荷をかけて前記燃料電池本体内に残留している燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを消費し、この水素と酸素の消費分だけ、前記不活性ガス供給手段により前記燃料電池本体内のアノード側とカソード側とに前記不活性ガスを供給するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項９】
請求項５〜７の何れか１項に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段では、
酸化剤ガスパージのみを行う場合には、前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給を停止し、
酸化剤ガスパージ及び燃料ガスパージを行う場合には、前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が１％以下になった時点で燃料ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給を停止するように制御することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項１０】
請求項５〜７の何れか１項に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段では、
酸化剤ガスパージのみを行う場合には、前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給を停止し、
酸化剤ガスパージ及び燃料ガスパージを行う場合には、前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給と燃料ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給とを停止するように制御することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項１１】
請求項８に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段では、前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で前記不活性ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止するように制御することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項１２】
請求項５〜８の何れか１項に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段では、発電運転を開始するとき、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を開始した後、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を開始するように制御することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段では、前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の酸素を含む濃度となり、且つ、前記燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の水素を含む濃度となった時点で前記燃料電池本体を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すように制御することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項１４】
請求項５〜８の何れか１項に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体に温調水を流通させて前記燃料電池本体を発電運転温度に保持する温調水送給手段を備え、
前記制御手段では、発電運転を開始するとき、前記燃料電池本体が前記温調水送給手段によって前記発電運転温度に保持する前の低温状態のときから、前記燃料電池本体への前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスの供給と前記酸化剤ガス供給手段からの酸化剤ガスの供給とを開始して前記燃料電池本体の発電を開始するように制御することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項１５】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段と、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のアノード側から前記燃料ガスを排出する燃料ガスパージ手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行う一方、
前記燃料電池本体のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で前記酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、前記燃料電池本体のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が１％以下になった時点で前記燃料ガスパージ手段による前記燃料ガスの供給を停止するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項１６】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段と、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のアノード側から前記燃料ガスを排出する燃料ガスパージ手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行う一方、
前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給と酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給とを停止するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項１７】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
発電運転を開始するとき、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を開始した後、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を開始するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段では、前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の酸素を含む濃度となり、且つ、前記燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の水素を含む濃度となった時点で前記燃料電池本体を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すように制御することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項１９】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池本体に温調水を流通させて前記燃料電池本体を発電運転温度に保持する温調水送給手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
発電運転を開始するとき、前記燃料電池本体が前記温調水送給手段によって前記発電運転温度に保持する前の低温状態のときから、前記燃料電池本体への前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスの供給と前記酸化剤ガス供給手段からの酸化剤ガスの供給とを開始して前記燃料電池本体の発電を開始するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２０】
請求項１に記載の燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を停止するとき、前記急冷手段による前記燃料電池本体の冷却を行って前記燃料電池本体内に結露を生じさせ、
前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
温度計測手段による前記燃料電池本体の温度計測値が所定値まで低下した時点で、
前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御する、
或いは、前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行うことを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項２１】
請求項２に記載の燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項２２】
請求項３に記載の燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
前記酸化剤ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御する、
或いは、前記酸化剤ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の燃料ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行うことを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項２３】
請求項４に記載の燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を停止するとき、送電系統の負荷を遮断し、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
前記燃料電池本体の出口側を閉じた状態で、前記負荷手段により前記燃料電池本体に負荷をかけて前記燃料電池本体内に残留している燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを消費し、この水素と酸素の消費分だけ、前記不活性ガス供給手段により前記燃料電池本体内のアノード側とカソード側とに前記不活性ガスを供給することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項２４】
請求項２０〜２２の何れか１項に記載の燃料電池発電システムの運転方法において、
酸化剤ガスパージのみを行う場合には、前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給を停止し、
酸化剤ガスパージ及び燃料ガスパージを行う場合には、前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が１％以下になった時点で燃料ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給を停止することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項２５】
請求項２０〜２２の何れか１項に記載の燃料電池発電システムの運転方法において、
酸化剤ガスパージのみを行う場合には、前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給を停止し、
酸化剤ガスパージ及び燃料ガスパージを行う場合には、前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給と燃料ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給とを停止することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項２６】
請求項２３に記載の燃料電池発電システムの運転方法において、
前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で前記不活性ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項２７】
請求項２０〜２３の何れか１項に記載の燃料電池発電システムの運転方法において、
発電運転を開始するとき、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を開始した後、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を開始することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の燃料電池発電システムの運転方法において、
前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の酸素を含む濃度となり、且つ、前記燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の水素を含む濃度となった時点で前記燃料電池本体を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すことを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項２９】
請求項２０〜２３に記載の何れか１項に記載の燃料電池発電システムの運転方法において、
前記燃料電池本体に温調水を流通させて前記燃料電池本体を発電運転温度に保持する温調水送給手段を備えており、
発電運転を開始するとき、前記燃料電池本体が前記温調水送給手段によって前記発電運転温度に保持する前の低温状態のときから、前記燃料電池本体への前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスの供給と前記酸化剤ガス供給手段からの酸化剤ガスの供給とを開始して前記燃料電池本体の発電を開始することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項３０】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段と、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のアノード側から前記燃料ガスを排出する燃料ガスパージ手段とを備えた燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行う一方、
前記燃料電池本体のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で前記酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、前記燃料電池本体のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が１％以下になった時点で前記燃料ガスパージ手段による前記燃料ガスの供給を停止することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項３１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段と、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のアノード側から前記燃料ガスを排出する燃料ガスパージ手段とを備えた燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行う一方、
前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給と酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給とを停止することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項３２】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を開始するとき、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を開始した後、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を開始することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の燃料電池発電システムの運転方法において、
前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の酸素を含む濃度となり、且つ、前記燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の水素を含む濃度となった時点で前記燃料電池本体を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すことを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項３４】
燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池本体に温調水を流通させて前記燃料電池本体を発電運転温度に保持する温調水送給手段とを備えた燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を開始するとき、前記燃料電池本体が前記温調水送給手段によって前記発電運転温度に保持する前の低温状態のときから、前記燃料電池本体への前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスの供給と前記酸化剤ガス供給手段からの酸化剤ガスの供給とを開始して前記燃料電池本体の発電を開始することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【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及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）発電システムは、固体高分子電解質膜をアノード（水素極）側とカソード（酸素極）側の一対の電極膜で挟んで構成されたセルを、セパレータを介して複数積層することにより、燃料電池本体（ＰＥＦＣスタック）を構成し、この燃料電池本体の各セルのアノード側とカソード側とに燃料ガスと酸化剤ガスとを供給することにより、これらの反応ガスを前記燃料電池本体の各セルで電気化学的に反応させて発電するものである。
【０００３】
そして、かかる燃料電池発電システムでは、従来、一般的に発電運転を停止するときには、燃料電池本体への燃料ガスの供給と酸化剤ガスの供給とを同時に停止した後、バルブを閉じて燃料電池本体を封じ切りとし、燃料電池本体を自然放熱によって冷却するという方法を採用している。また、起動時（発電運転を開始するとき）には、燃料電池本体の温度を発電運転温度（例えば６０℃）まで上昇させた後、燃料電池本体へ燃料ガスと酸化剤ガスとを同時に供給して発電を開始するという方法を採用している。
【０００４】
また、発電運転を停止するときには、窒素パージを行うという方法も一般的に採用されている。図１０は窒素パージを採用した従来の燃料電池発電システムの構成図である。図１０に示す燃料電池発電システムでは、図中に実線の矢印で示すように燃料電池本体（ＦＣスタック）１へ、燃料ガスとして水素ボンベ２から水素ガスを供給し、酸化剤ガスとして酸素ボンベ３から酸素ガスを供給することにより、これらの反応ガスを燃料電池本体１の各セルで電気化学的に反応させて発電する。そして、発電運転を停止するときには、水素ボンベ２からの水素ガスの供給と酸素ボンベ３からの酸素ガスの供給とを停止した後、図中に点線の矢印で示すように窒素ボンベ４，５から燃料電池本体１内のアノード側とカソード側とにそれぞれ窒素ガスを供給することにより、前記アノード側に残留している水素ガスと前記カソード側に残留している酸素ガスとを排出する。なお、詳細な説明は省略するが、図１０において、６，７，８，９はマスフローコントローラ、１０，１１は圧調弁、１２，１３は加湿器、１４，１５はドレインポット、１６は水素濃度計、１７は酸素濃度計、１８，１９，２０，２１，２２，２３は開閉弁である。
【０００５】
【特許文献１】特表２０００−５１２０６９号公報
【特許文献２】特開平６−３３３５８６号公報
【特許文献３】特許第２５４２０９６号公報
【特許文献４】特公昭６１−１７３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の運転方法には次のような問題点がある。
（１）  停止時に燃料電池本体を封じ切りにして燃料電池本体内に反応ガスを残したままにすると、固体高分子電解質膜の劣化を加速させてしまう。この劣化は、停止中に水素イオンが固体高分子電解質膜を介してカソード側へ移動することにより、カソード側で過酸化水素が発生し、この過酸化水素が固体高分子電解質膜を損傷することによって生じるものと考えられる。
（２）  また、停止時に燃料電池本体内に反応ガスを残したままの状態で、起動時に燃料電池本体の温度を発電運転温度まで上げると、固体高分子電解質膜の劣化を更に加速させてしまう。
（３）  一方、窒素パージを行う場合には、上記のような固体高分子電解質膜の劣化は低減されるものの、図１０のようにシステム全体を窒素パージすると多量の窒素が必要になるため、窒素ボンベの必要本数も増えてシステムの容積が大きくなる。
（４）  また、窒素パージでは乾燥した窒素を供給するため、燃料電池本体内が低湿度状態となり、固体高分子電解質膜の劣化を加速させてしまう。
（５）  起動時に水素ガスと酸素ガスを同時に供給又は水素ガスよりも先に酸素ガス酸化剤ガスを供給すると、電極触媒層の劣化が促進される。つまり、停止中にアノード側に酸素進入があって水素／酸素混合状態となっているとき、起動時にカソード側に酸素ガスが供給されると、一次的に燃料電池本体の発電電圧（セル電圧）が理論起電力（１．２Ｖ）以上の過電圧になる可能性がある。セル電圧が１．２Ｖ以上になると、電極触媒層中のカーボン粉末の酸化が進むため、電極触媒層の劣化が促進される。
【０００７】
従って本発明は上記の事情に鑑み、停止時おける電解質膜の劣化の抑制や、起動時における電極触媒層の劣化の抑制など行うことができ、また、パージなどに要する不活性ガス（窒素ガス等）の量を低減することができる燃料電池発電システム及びその運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する第１発明の燃料電池発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体内に結露を生じさせるように前記燃料電池本体を冷却する急冷手段を備え、且つ、
前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより、前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段を備えたこと、
或いは、この酸化剤ガスパージ手段と、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給することにより、前記燃料電池本体内のアノード側から前記燃料ガスを排出する燃料ガスパージ手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、第２発明の燃料電池発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより、前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、第３発明の燃料電池発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより、前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段を備えたこと、
或いは、この酸化剤ガスパージ手段と、前記燃料電池本体の燃料ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給することにより、前記燃料電池本体内のアノード側から前記燃料ガスを排出する燃料ガスパージ手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、第４発明の燃料電池発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
送電系統の負荷遮断後に前記燃料電池本体に電気的な負荷をかける負荷手段を備え、
且つ、前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給する他の不活性ガス供給手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、第５発明の燃料電池発電システムは、第１発明の燃料電池発電システムにおいて、発電運転を停止するとき、前記急冷手段による前記燃料電池本体の冷却を行って前記燃料電池本体内に結露を生じさせ、
前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
温度計測手段による前記燃料電池本体の温度計測値が所定値まで低下した時点で、
前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御する、
或いは、前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行うように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、第６発明の燃料電池発電システムは、第２発明の燃料電池発電システムにおいて、発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、第７発明の燃料電池発電システムは、第３発明の燃料電池発電システムにおいて、発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
前記酸化剤ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御する、
或いは、前記酸化剤ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の燃料ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行うように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、第８発明の燃料電池発電システムは、第４発明の燃料電池発電システムにおいて、発電運転を停止するとき、送電系統の負荷を遮断し、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
前記燃料電池本体の出口側を閉じた状態で、前記負荷手段により前記燃料電池本体に負荷をかけて前記燃料電池本体内に残留している燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを消費し、この水素と酸素の消費分だけ、前記不活性ガス供給手段により前記燃料電池本体内のアノード側とカソード側とに前記不活性ガスを供給するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、第９発明の燃料電池発電システムは、第５〜第７発明の何れかの燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段では、
酸化剤ガスパージのみを行う場合には、前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給を停止し、
酸化剤ガスパージ及び燃料ガスパージを行う場合には、前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が１％以下になった時点で燃料ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給を停止するように制御することを特徴とする。
【００１７】
また、第１０発明の燃料電池発電システムは、第５〜第７発明の何れかの燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段では、
酸化剤ガスパージのみを行う場合には、前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給を停止し、
酸化剤ガスパージ及び燃料ガスパージを行う場合には、前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給と燃料ガスパージ手段による前記不活性ガスの供給とを停止するように制御することを特徴とする。
【００１８】
また、第１１発明の燃料電池発電システムは、第８発明の燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段では、前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で前記不活性ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止するように制御することを特徴とする。
【００１９】
また、第１２発明の燃料電池発電システムは、第５〜第８発明の何れかの燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段では、発電運転を開始するとき、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を開始した後、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を開始するように制御することを特徴とする。
【００２０】
また、第１３発明の燃料電池発電システムは、第１２発明の燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段では、前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の酸素を含む濃度となり、且つ、前記燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の水素を含む濃度となった時点で前記燃料電池本体を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すように制御することを特徴とする。
【００２１】
また、第１４発明の燃料電池発電システムは、第５〜第８発明の何れかの燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体に温調水を流通させて前記燃料電池本体を発電運転温度に保持する温調水送給手段を備え、
前記制御手段では、発電運転を開始するとき、前記燃料電池本体が前記温調水送給手段によって前記発電運転温度に保持する前の低温状態のときから、前記燃料電池本体への前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスの供給と前記酸化剤ガス供給手段からの酸化剤ガスの供給とを開始して前記燃料電池本体の発電を開始するように制御することを特徴とする。
【００２２】
また、第１５発明の燃料電池発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段と、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のアノード側から前記燃料ガスを排出する燃料ガスパージ手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行う一方、
前記燃料電池本体のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で前記酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、前記燃料電池本体のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が１％以下になった時点で前記燃料ガスパージ手段による前記燃料ガスの供給を停止するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、第１６発明の燃料電池発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段と、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のアノード側から前記燃料ガスを排出する燃料ガスパージ手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行う一方、
前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給と酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給とを停止するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、第１７発明の燃料電池発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
発電運転を開始するとき、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を開始した後、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を開始するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、第１８発明の燃料電池発電システムは、第１７発明の燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段では、前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の酸素を含む濃度となり、且つ、前記燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の水素を含む濃度となった時点で前記燃料電池本体を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すように制御することを特徴とする。
【００２６】
また、第１９発明の燃料電池発電システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池本体に温調水を流通させて前記燃料電池本体を発電運転温度に保持する温調水送給手段とを備えた燃料電池発電システムにおいて、
発電運転を開始するとき、前記燃料電池本体が前記温調水送給手段によって前記発電運転温度に保持する前の低温状態のときから、前記燃料電池本体への前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスの供給と前記酸化剤ガス供給手段からの酸化剤ガスの供給とを開始して前記燃料電池本体の発電を開始するように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、第２０発明の燃料電池発電システムの運転方法は、第１発明の燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を停止するとき、前記急冷手段による前記燃料電池本体の冷却を行って前記燃料電池本体内に結露を生じさせ、
前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
温度計測手段による前記燃料電池本体の温度計測値が所定値まで低下した時点で、
前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御する、
或いは、前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行うことを特徴とする。
【００２８】
また、第２１発明の燃料電池発電システムの運転方法は、第２発明の燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御することを特徴とする。
【００２９】
また、第２２発明の燃料電池発電システムの運転方法は、第３発明の燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
前記酸化剤ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御する、
或いは、前記酸化剤ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の燃料ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行うことを特徴とする。
【００３０】
また、第２３発明の燃料電池発電システムの運転方法は、第４発明の燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を停止するとき、送電系統の負荷を遮断し、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、
前記燃料電池本体の出口側を閉じた状態で、前記負荷手段により前記燃料電池本体に負荷をかけて前記燃料電池本体内に残留している燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを消費し、この水素と酸素の消費分だけ、前記不活性ガス供給手段により前記燃料電池本体内のアノード側とカソード側とに前記不活性ガスを供給することを特徴とする。
【００３１】
また、第２４発明の燃料電池発電システムの運転方法は、第２０〜第２２発明の何れかの燃料電池発電システムの運転方法において、
酸化剤ガスパージのみを行う場合には、前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、
酸化剤ガスパージ及び燃料ガスパージを行う場合には、前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が１％以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給を停止することを特徴とする。
【００３２】
また、第２５発明の燃料電池発電システムの運転方法は、第２０〜第２２発明の何れかの燃料電池発電システムの運転方法において、
酸化剤ガスパージのみを行う場合には、前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、
酸化剤ガスパージ及び燃料ガスパージを行う場合には、前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給と酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給とを停止することを特徴とする。
【００３３】
また、第２６発明の燃料電池発電システムの運転方法は、第２３発明の燃料電池発電システムの運転方法において、
前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で前記不活性ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止することを特徴とする。
【００３４】
また、第２７発明の燃料電池発電システムの運転方法は、第２０〜第２３発明の何れかの燃料電池発電システムの運転方法において、
発電運転を開始するとき、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を開始した後、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を開始することを特徴とする。
【００３５】
また、第２８発明の燃料電池発電システムの運転方法は、第２７発明の燃料電池発電システムの運転方法において、
前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の酸素を含む濃度となり、且つ、前記燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の水素を含む濃度となった時点で前記燃料電池本体を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すことを特徴とする。
【００３６】
また、第２９発明の燃料電池発電システムの運転方法は、第２０〜第２３発明の何れかの燃料電池発電システムの運転方法において、
前記燃料電池本体に温調水を流通させて前記燃料電池本体を発電運転温度に保持する温調水送給手段を備えており、
発電運転を開始するとき、前記燃料電池本体が前記温調水送給手段によって前記発電運転温度に保持する前の低温状態のときから、前記燃料電池本体への前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスの供給と前記酸化剤ガス供給手段からの酸化剤ガスの供給とを開始して前記燃料電池本体の発電を開始することを特徴とする。
【００３７】
また、第３０発明の燃料電池発電システムの運転方法は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段と、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のアノード側から前記燃料ガスを排出する燃料ガスパージ手段とを備えた燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行う一方、
前記燃料電池本体のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で前記酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、前記燃料電池本体のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が１％以下になった時点で前記燃料ガスパージ手段による前記燃料ガスの供給を停止することを特徴とする。
【００３８】
また、第３１発明の燃料電池発電システムの運転方法は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のカソード側から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガスパージ手段と、前記燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給することにより前記燃料電池本体内のアノード側から前記燃料ガスを排出する燃料ガスパージ手段とを備えた燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、前記酸化剤ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段から前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行う一方、
前記燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給と酸化剤ガスパージ手段による前記酸化剤ガスの供給とを停止することを特徴とする。
【００３９】
また、第３２発明の燃料電池発電システムの運転方法は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池発電システムの運転方法であって、発電運転を開始するとき、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を開始した後、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を開始することを特徴とする。
【００４０】
また、第３３発明の燃料電池発電システムの運転方法は、第３２発明の燃料電池発電システムの運転方法において、
前記燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の酸素を含む濃度となり、且つ、前記燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の水素を含む濃度となった時点で前記燃料電池本体を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すことを特徴とする。
【００４１】
また、第３４発明の燃料電池発電システムの運転方法は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体のアノード側へ前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池本体のカソード側へ前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池本体に温調水を流通させて前記燃料電池本体を発電運転温度に保持する温調水送給手段とを備えた燃料電池発電システムの運転方法であって、
発電運転を開始するとき、前記燃料電池本体が前記温調水送給手段によって前記発電運転温度に保持する前の低温状態のときから、前記燃料電池本体への前記燃料ガス供給手段からの燃料ガスの供給と前記酸化剤ガス供給手段からの酸化剤ガスの供給とを開始して前記燃料電池本体の発電を開始することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
第１発明の燃料電池発電システムによれば、急冷手段によって燃料電池本体内に結露を生じさせることにより、燃料電池本体の電解質膜を湿潤に保つことができるようになるため、停止時に酸化剤ガスパージ手段や燃料ガスパージ手段から乾燥した不活性ガスを燃料電池本体内に供給して燃料電池本体内に残留している燃料ガスや酸化剤ガスの排出を行っても、電解質膜の劣化を抑制することができる。
【００４３】
第２発明の燃料電池発電システムによれば、停止時に酸化剤ガスパージ手段によって、燃料電池本体内のカソード側にだけ不活性ガスを供給して、燃料電池本体内のカソード側からの電解質膜を劣化させる酸化剤ガス（酸素）の排出のみを行うことができるため、電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、パージに必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。
【００４４】
第３発明の燃料電池発電システムによれば、燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給して、燃料電池本体内のカソード側から酸化剤ガスを排出することや、燃料電池本体の燃料ガス入口から、直接、燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給して、燃料電池本体内のアノード側から燃料ガスを排出することができるため、電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、パージ領域が燃料電池本体のみとなることにより、パージに必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。
【００４５】
第４発明の燃料電池発電システムによれば、負荷手段によって燃料電池本体内に残留している燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素）を消費することができ、この消費量の分だけ燃料電池本体内に不活性ガスを供給すればよいため、電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。
【００４６】
第５発明の燃料電池発電システム又は第２０発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、発電運転を停止するとき、急冷手段による燃料電池本体の冷却を行って燃料電池本体内に結露を生じさせ、酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、温度計測手段による前記燃料電池本体の温度計測値が所定値まで低下した時点で、酸化剤ガスパージ手段から燃料電池本体内のカソード側にだけ不活性ガスを供給して燃料電池本体内のカソード側からの酸化剤ガスの排出を行うように制御する、或いは、酸化剤ガスパージ手段から燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給して燃料電池本体内のカソード側からの酸化剤ガスの排出を行い、且つ、燃料ガスパージ手段から燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給して燃料電池本体内のアノード側からの燃料ガスの排出を行うため、燃料電池本体の電解質膜を湿潤に保つことができ、乾燥した不活性ガスを燃料電池本体内に供給して燃料電池本体内に残留している燃料ガスや酸化剤ガスの排出を行っても、電解質膜の劣化を抑制することができる。
【００４７】
第６発明の燃料電池発電システム又は第２１発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、発電運転を停止するとき、酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給を停止した後、酸化剤ガスパージ手段から燃料電池本体内のカソード側にだけ不活性ガスを供給して燃料電池本体内のカソード側からの酸化剤ガスの排出だけを行うため、電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、パージに必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。
【００４８】
第７発明の燃料電池発電システム又は第２２発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、発電運転を停止するとき、前記酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、前記燃料ガス供給手段による前記燃料ガスの供給を停止した後、前記酸化剤ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のカソード側にだけ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行うように制御する、或いは、前記酸化剤ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の酸化剤ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のカソード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のカソード側からの前記酸化剤ガスの排出を行い、且つ、前記燃料ガスパージ手段により、前記燃料電池本体の燃料ガス入口から、直接、前記燃料電池本体内のアノード側へ前記不活性ガスを供給して前記燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行うため、電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、パージ領域が燃料電池本体のみとなることにより、パージに必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。
【００４９】
第８発明の燃料電池発電システム又は第２３発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、発電運転を停止するとき、送電系統の負荷を遮断し、酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給を停止した後、燃料電池本体の出口側を閉じた状態で、負荷手段により燃料電池本体に負荷をかけて燃料電池本体内に残留している燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを消費し、この水素と酸素の消費分だけ、不活性ガス供給手段により燃料電池本体内のアノード側とカソード側とに不活性ガスを供給するため、電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。
【００５０】
第９発明の燃料電池発電システム又は第２４発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、酸化剤ガスパージのみを行う場合には、燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による不活性ガスの供給を停止し、酸化剤ガスパージ及び燃料ガスパージを行う場合には、燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による不活性ガスの供給を停止し、且つ、燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が１％以下になった時点で燃料ガスパージ手段による不活性ガスの供給を停止するため、必要最小限の不活性ガス量で燃料ガス（水素）や酸化剤ガス（酸素）をパージすることができる。このため、より効果的に電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。
【００５１】
第１０発明の燃料電池発電システム又は第２５発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、酸化剤ガスパージのみを行う場合には、燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による不活性ガスの供給を停止し、酸化剤ガスパージ及び燃料ガスパージを行う場合には、燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による不活性ガスの供給と燃料ガスパージ手段による不活性ガスの供給とを停止するため、必要最小限の不活性ガス量で燃料ガス（水素）や酸化剤ガス（酸素）をパージすることができる。このため、より効果的に電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。しかも、水素濃度や酸素濃度の計測値と電解質膜の劣化速度との関係よりも、発電電圧の計測値と電解質膜の劣化速度の関係のほうがより確実性が高いため、水素濃度や酸素濃度の計測値に基づくよりも、発電電圧の計測値に基づいて不活性ガスの供給を停止するほうが、より確実に上記の効果を得ることができる。
【００５２】
第１１発明の燃料電池発電システム又は第２６発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で不活性ガス供給手段による酸化剤ガスの供給を停止するため、不活性ガスの供給量を必要最小限とすることができる。より効果的に電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。
【００５３】
第１２発明の燃料電池発電システム又は第２７発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、発電運転を開始するとき、燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給を開始した後、酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給を開始するため、水素の欠乏状態を回避して、燃料電池本体の発電電圧が一時的に過電圧になるのを防止することができるため、燃料電池本体内の電極触媒層の劣化を抑制することができる。
【００５４】
第１３発明の燃料電池発電システム又は第２８発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の酸素を含む濃度となり、且つ、燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の水素を含む濃度となった時点で燃料電池本体を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すため、燃料ガス（水素）や酸化剤ガス（酸素）が不足することなく、適切なタイミングで燃料電池本体を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すことができる。
【００５５】
第１４発明の燃料電池発電システム又は第２９発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、発電運転を開始するとき、燃料電池本体が温調水送給手段によって発電運転温度に保持する前の低温状態のときから、燃料電池本体への燃料ガス供給手段からの燃料ガスの供給と酸化剤ガス供給手段からの酸化剤ガスの供給とを開始して燃料電池本体の発電を開始するため、燃料電池本体の温度を発電運転温度まで上昇させてから燃料ガスと酸化剤ガスを供給して発電を開始する場合に比べて、電解質膜の劣化を抑制することができる。
【００５６】
第１５発明の燃料電池発電システム又は第３０発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、発電運転を停止するとき、酸化剤ガス供給手段による前記酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給を停止した後、酸化剤ガスパージ手段から燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給して燃料電池本体内のカソード側からの酸化剤ガスの排出を行い、且つ、燃料ガスパージ手段から燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給して燃料電池本体内のアノード側からの燃料ガスの排出を行う一方、燃料電池本体のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による酸化剤ガスの供給を停止し、燃料電池本体のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が１％以下になった時点で燃料ガスパージ手段による前記燃料ガスの供給を停止するため、必要最小限の不活性ガス量で燃料ガス（水素）や酸化剤ガス（酸素）をパージすることができる。このため、より効果的に電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。
【００５７】
第１６発明の燃料電池発電システム又は第３１発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、発電運転を停止するとき、酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給を停止し、且つ、燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給を停止した後、酸化剤ガスパージ手段から燃料電池本体内のカソード側へ不活性ガスを供給して燃料電池本体内のカソード側からの酸化剤ガスの排出を行い、且つ、燃料ガスパージ手段から燃料電池本体内のアノード側へ不活性ガスを供給して燃料電池本体内のアノード側からの前記燃料ガスの排出を行う一方、燃料電池本体の発電電圧の計測値が０．１Ｖ以下になった時点で酸化剤ガスパージ手段による酸化剤ガスの供給と酸化剤ガスパージ手段による酸化剤ガスの供給とを停止するため、必要最小限の不活性ガス量で燃料ガス（水素）や酸化剤ガス（酸素）をパージすることができる。このため、より効果的に電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。しかも、水素濃度や酸素濃度の計測値と電解質膜の劣化速度との関係よりも、発電電圧の計測値と電解質膜の劣化速度の関係のほうがより確実性が高いため、水素濃度や酸素濃度の計測値に基づくよりも、発電電圧の計測値に基づいて不活性ガスの供給を停止するほうが、より確実に上記の効果を得ることができる。
【００５８】
第１７発明の燃料電池発電システム又は第３２発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、発電運転を開始するとき、燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給を開始した後、酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給を開始するため、水素の欠乏状態を回避して、燃料電池本体の発電電圧が一時的に過電圧になるのを防止することができるため、燃料電池本体内の電極触媒層の劣化を抑制することができる。
【００５９】
第１８発明の燃料電池発電システム又は第３３発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、燃料電池本体内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の酸素を含む濃度となり、且つ、燃料電池本体内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の水素を含む濃度となった時点で燃料電池本体を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すため、燃料ガス（水素）や酸化剤ガス（酸素）が不足することなく、適切なタイミングで燃料電池本体を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すことができる。
【００６０】
第１９発明の燃料電池発電システム又は第３４発明の燃料電池発電システムの運転方法によれば、発電運転を開始するとき、燃料電池本体が温調水送給手段によって発電運転温度に保持する前の低温状態のときから、燃料電池本体への燃料ガス供給手段からの燃料ガスの供給と酸化剤ガス供給手段からの酸化剤ガスの供給とを開始して燃料電池本体の発電を開始するため、燃料電池本体の温度を発電運転温度まで上昇させてから燃料ガスと酸化剤ガスを供給して発電を開始する場合に比べて、電解質膜の劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００６２】
＜実施の形態例１＞
図１は本発明の実施の形態例１に係る固体高分子形燃料電池発電システムの構成図、図２は前記固体高分子形燃料電池発電システムの起動停止運転の手順を示すチャート、図３は前記固体高分子形燃料電池発電システムの停止時の手順を示すフローチャート、図４はセル電圧と固体高分子電解質膜の劣化速度との関係を示すグラフ、図５は反応ガス濃度と固体高分子電解質膜の劣化速度との関係を示すグラフである。
【００６３】
図１に示すように、本実施の形態例１の固体高分子形燃料電池発電システムは水中航行体３１内などの海水中や淡水中の閉空間３２に設けられており、発電部である燃料電池本体３３の他、燃料ガス供給手段としての水素ボンベ３４、酸化剤ガス供給手段としての酸素ボンベ３５、燃料ガスパージ手段としての窒素ボンベ３６、酸化剤ガスパージ手段としての窒素ボンベ３７、制御手段としてのコントローラ４０などを備えている。
【００６４】
燃料電池本体３３は、固体高分子電解質膜をアノード（水素極）側とカソード（酸素極）側の一対の電極膜で挟んで構成されたセルを、セパレータを介して複数積層することによって構成されたＰＥＦＣスタックであり、このＰＥＦＣスタックの各セルのアノード側とカソード側に燃料ガス（図示例では水素ガス）と酸化剤ガス（図示例では酸素ガス）とをそれぞれ供給することにより、これらの反応ガスをＰＥＦＣスタックの各セルで電気化学的に反応させて発電するものである。カソード側の電極膜は外側のカーボンペーパ（解散層）と内側（電解質膜側）の電極触媒層とから構成されている。この電極触媒層はカーボン粉に白金触媒を担持したものを、固体高分子電解質膜と同じ材料をバンイダとして用いることにより結合した構造となっている。アノード側の電極膜も、同様に外側のカーボンペーパ（解散層）と内側（電解質膜側）の電極触媒層とから構成されている。
【００６５】
燃料電池本体３３の燃料ガス入口３８には燃料ガス供給ライン３９の下流端が接続され、燃料ガス供給ライン３９の上流端には水素ボンベ３４が接続されている。水素ボンベ３４には水素ガスが加圧状態で貯留されており、この水素ガスが、燃料ガス供給ライン３９に設けられたマスフローコントローラ４１、圧調弁４２、加湿器４３及び開閉弁４４を介して燃料電池本体３３の燃料ガス入口３８から、燃料電池本体３３内のアノード側へ燃料ガスとして供給される。マスフローコントローラ４１では水素ガスの供給開始や供給停止及び供給量の調整を行う。圧調弁４２では背圧調整を行う。加湿器４３では水素ガスを加湿する。このため燃料電池本体３３には水分を含んだ水素ガスが供給されることになる。開閉弁４４は、その他の開閉弁４５，４６，４７とともに停止時に燃料電池本体３３を封じ切る（反応ガスの出入口を閉じる）ためのものである。
【００６６】
燃料電池本体３３の酸化剤ガス入口４８には酸化剤ガス供給ライン４９の下流端が接続され、酸化剤ガス供給ライン４９の上流端には酸素ボンベ３５が接続されている。酸素ボンベ３５には酸素ガスが加圧状態で貯留されており、この酸素ガスが、酸化剤ガス供給ライン４９に設けられたマスフローコントローラ５０、圧調弁５１、加湿器５２及び開閉弁４５を介して燃料電池本体３３の酸化剤ガス入口４８から、燃料電池本体３３内のカソード側へ酸化剤ガスとして供給される。マスフローコントローラ５０では酸素ガスの供給開始や供給停止及び供給量の調整を行う。圧調弁５１では背圧調整を行う。加湿器５２では酸素ガスを加湿する。このため燃料電池本体３３には水分を含んだ酸素ガスが供給されることになる。
【００６７】
燃料電池本体３３の燃料ガス出口５３には燃料ガス排出ライン５４の上流端が接続され、燃料ガス排出ライン５４の下流端は閉空間３２の外側に通じている。燃料電池本体３３内で発電に使用されずに残った水素ガスは、燃料ガス出口５３から、燃料ガス排出ライン５４に設けられた開閉弁４６及びドレインポット５５を介して閉空間３２外の海水中又は淡水中に排出される。ドレインポット５５では水素ガス中に含まれている水分を除去する。
【００６８】
燃料電池本体３３の酸化剤ガス出口５６には酸化剤ガス排出ライン５７の上流端が接続され、酸化剤ガス排出ライン５７の下流端は閉空間３２の外側に通じている。燃料電池本体３３内で発電に使用されずに残った酸素ガスは、酸化剤ガス出口５６から、酸化剤ガス排出ライン５７に設けられた開閉弁４７及びドレインポット５８を介して閉空間３２外の海水中又は淡水中に排出される。ドレインポット５８では水素ガス中に含まれている水分を除去する。なお、未使用の水素ガスと酸素ガスは排ガス処理器で反応させて水にした後に閉空間３２外へ排出してもよい。
【００６９】
また、燃料ガス供給ライン３９のマスフローコントローラ４１と圧調弁４２の間にはパージガス供給ライン５９の下流端が接続され、パージガス供給ライン５９の上流端には窒素ボンベ３６が接続されている。従って、窒素ボンベ３６に加圧状態で貯留されているパージガス（不活性ガス）としての窒素ガスは、パージガス供給ライン５９に設けられたマスフローコントローラ６０及び開閉弁６１と、燃料ガス供給ライン３９の圧調弁４２、加湿器４３及び開閉弁４４とを介して燃料電池本体３３の燃料ガス入口３８から、燃料電池本体３３内のアノード側に供給される。その結果、燃料電池本体３３内のアノード側に残留している水素ガスが、燃料ガス出口５３から、燃料ガス排出ライン４６の開閉弁４６及びドレインポット５５を介して閉空間３２外へ排出される。マスフローコントローラ６０では窒素ガスの供給開始や供給停止及び供給量の調整を行う。なお、窒素ガスの供給開始や供給停止は開閉弁６１の開閉によって行うようにしてもよい。
【００７０】
酸化剤ガス供給ライン４９のマスフローコントローラ５０と圧調弁５１の間はパージガス供給ライン６２の下流端が接続され、パージガス供給ライン６２の上流端には窒素ボンベ３７が接続されている。従って、窒素ボンベ３７に加圧状態で貯留されているパージガス（不活性ガス）としての窒素ガスは、パージガス供給ライン６２に設けられたマスフローコントローラ６３及び開閉弁６４と、酸化剤ガス供給ライン４９の圧調弁５１、加湿器５２及び開閉弁４５とを介して燃料電池本体３３の酸化剤ガス入口４８から、燃料電池本体３３内のカソード側に供給される。その結果、燃料電池本体３３内のカソード側に残留している酸素ガスが、酸化剤ガス出口５６から、酸化剤ガス排出ライン５７の開閉弁４７及びドレインポット５８を介して閉空間３２外へ排出される。マスフローコントローラ６３では窒素ガスの供給開始や供給停止及び供給量の調整を行う。なお、窒素ガスの供給開始や供給停止は開閉弁６４の開閉によって行うようにしてもよい。
【００７１】
燃料電池本体３３の冷却水（温調水）の出入口７５，７６には冷却水循環ライン７４の両端が接続されており、この冷却水循環ライン７４には温調水送給手段としての温調水タンク６５、温調水ポンプ６６及び開閉弁６７が設けられている。温調水タンク６５では、図示しない熱交換器などを備えており、燃料電池本体３３の冷却水出口７５から排出される冷却水（温調水）を一旦貯留するとともに閉空間３２外の海水又は淡水或いはその他の冷媒との熱交換によって所定の温度（例えば６０℃）に調整する。温調水ポンプ６６は温調水タンク６５に貯留されている冷却水を、冷却水入口７６から燃料電池本体３３内へ供給する。
【００７２】
そして、冷却水循環ライン７４には急冷手段としての冷却管６９が、開閉弁６７をバイパスするようにして接続されている。冷却管６９は本体部が閉空間３２の外側（海水中又は淡水中）に位置し、一端が開閉弁６７の上流側に開閉弁６８を介して接続され、他端が開閉弁６７の下流側に接続されている。
【００７３】
また、燃料ガス排出ライン５４には排ガス中の水素濃度を計測する水素濃度計７０が設置され、酸化剤ガス排出ライン５７には排ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度計７１が設けられ、燃料電池本体３３には燃料電池本体３３の発電電圧（セル電圧）を計測する電圧計７２が設けられ、冷却水循環ライン７４には燃料電池本体３３に流入する冷却水の温度（冷却水入口温度）を計測する温度計７３が設けられており、これらの水素濃度計７０、酸素濃度計７１、電圧計７２及び温度計７３の計測信号はコントローラ４０に入力されるようになっている。
【００７４】
コントローラ４０では、これらの各計測信号などに基づいて本固体高分子形燃料電池発電システムの各機器を制御することにより、図２のチャートに示すような起動停止運転を行う。以下に、このコントローラ４０による固体高分子形燃料電池発電システムの起動停止運転の手順について説明する。
【００７５】
はじめに、起動時（発電運転を開始するとき）の手順について説明する。例えば時刻Ｔ１に起動スイッチの操作などによって起動モードになると、まず、マスフローコントローラ４１の流量調整により、水素ボンベ３４から燃料電池本体３３内のアノード側への水素ガスの供給を開始し（即ち燃料電池本体３３へ供給する水素ガス流量ｄを最低流量とし）、その後、時刻Ｔ２にマスフローコントローラ５０の流量調整により、酸素ボンベ３５から燃料電池本体３３内のカソード側への酸素ガスの供給も開始する（即ち燃料電池本体３３への酸素ガス流量ｅも最低流量とする）。なお、酸素ガスの供給を開始するタイミングは、例えば水素濃度計７０による水素濃度の計測値が所定濃度（例えば３０％）以上になったとき、或いは水素ガスの供給を開始してから所定時間（水素ガスの濃度が前記所定濃度になると推定される時間）が経過したときとする。また、時刻Ｔ１で温調水ポンプ６６も起動して冷却水の循環も開始する。
【００７６】
その後、水素濃度計７０による水素ガスの濃度計測値が７０％以上になり、且つ、酸素濃度計７１による酸素ガスの濃度計測値も７０％以上になったとき（時刻Ｔ３：水素濃度が７０％になるタイミングと酸素濃度が７０％になるタイミングは一致しなくてもよい）、即ち水素量と酸素量が最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上になったとき、送電系統と燃料電池本体３３とをつなぐ遮断器を閉じることによって燃料電池本体３３を送電系統の負荷へ接続し、電力調整をして図示しない電流計で計測される負荷電流値ａが最低負荷電流値（図示例では１．２[規格化Ａ]）となるまで上昇させる。
【００７７】
また、このときの燃料電池本体３３の発電による発熱によって、冷却水出口温度ｂ及び冷却水入口温度ｃも上昇する。時刻Ｔ４において、温度計７３による冷却水入口温度ｃの計測値が定格運転時の燃料電池本体３３の発電運転温度（図示例では６０℃）に達した時点で温調水タンク６５における温調を開始することにより、冷却水入口温度ｃを発電運転温度（６０℃）に保持する。冷却水出口温度ｂの値は冷却水の流量によって決まるが、温調水ポンプ６６におけるエネルギー消費があまり高くならないようにするため、図示例では冷却水入口温度ｃよりも多少高めの値になるよう設定されている。
【００７８】
また、この時刻Ｔ４において、マスフローコントローラ４１，５０の流量調整により、燃料電池本体３３のアノード側とカソード側に供給する水素ガス流量ｄと酸素ガス流量ｅを定格流量になるまで増やすとともに、電力調整をして負荷電流値ａも定格電流値となるまで上昇させる。時刻Ｔ５では水素ガス流量ｄ及び酸素ガス流量ｅが定格流量となって負荷電流値ａも定格電流値となり、以後、この定格発電状態が維持される。
【００７９】
次に、停止時（発電運転を停止するとき）の手順について説明する。なお、この手順については図２のフローチャートも参照して説明する。定格発電状態において（ステップＳ１）、例えば時刻Ｔ６において停止スイッチの操作などにより停止モードになると、マスフローコントローラ４１，５０の流量調整により、燃料電池本体３３のアノード側とカソード側に供給する水素ガス流量ｄと酸素ガス流量ｅを最低流量となるまで減少させるとともに、電力調整をして負荷電流値ａも最低負荷電流値（例えば１．２[規格化Ａ]）なるまで低下させる（ステップＳ２）。負荷電流ａの低下、即ち発電による発熱の低下に応じて、冷却水入口温度ｃ及び冷却水出口温度ｂも低下する。時刻Ｔ７において、電流計で計測される負荷電流値ａが最低負荷電流値になると、遮断器を開放して送電系統の負荷遮断を行う（燃料電池本体３３を送電系統の負荷から切り離す）。
【００８０】
この負荷遮断と同時又は負荷遮断から所定時間経過後の時刻Ｔ８において、まず、マスフローコントローラ４１の流量調整により、燃料電池本体３３へ供給する水素ガス流量ｄをゼロにする（即ち燃料電池本体３３への水素ガスの供給を停止する：ステップＳ４）。
【００８１】
また、この時刻Ｔ８において、温調水タンク６５における温調を停止するとともに開閉弁６７を閉じて開閉弁６８を開けることにより、冷却水を冷却管６９に流通させて海水又は淡水により急冷、即ち燃料電池本体３３を急冷して燃料電池本体３３内の水素ガスに含まれる水分や酸素ガスに含まれる水分を凝縮させる。その結果、燃料電池本体３３内に結露を生じる。なお、急冷を開始するタイミングは負荷遮断後であればよく、必ずしも水素ガスの供給停止と同時（時刻Ｔ８）でなくてもよい。
【００８２】
そして、時刻Ｔ９において、温度計７３による冷却水入口温度ｃの計測値が２０℃まで低下すると（ステップＳ５）、燃料電池本体３３内に十分に結露が生じたと判断して、マスフローコントローラ５０の流量調整により、燃料電池本体３３へ供給する酸素ガス流量ｅをゼロにする（即ち燃料電池本体３３への酸素ガスの供給を停止する：ステップＳ６）とともに、マスフローコントローラ６０，６３の流量調整又は開閉弁６１，６４を開くことにより、窒素ボンベ３６，３７から燃料電池本体３３内のアノード側とカソード側への窒素ガス（パージガス）の供給を開始する（ステップＳ７）。その結果、当該窒素ガスにより、燃料電池本体３３内のアノード側とカソード側にそれぞれ残留していた水素ガスと酸素ガスが、燃料電池本体３３内から、燃料ガス排出ライン５４と酸化剤ガス排出ライン５７を介して排出される。なお、酸素ガスの供給を停止するタイミングは必ずしも窒素ガスの供給開始と同時（時刻Ｔ９）に限らず、水素ガスの供給停止後であればよい。
【００８３】
その後、時刻Ｔ１０において、水素濃度計７０による水素濃度の計測値及び酸素濃度計７１による酸素濃度計測値が１％以下になると、若しくは、電圧計７２によるセル電圧の計測値が０．１Ｖ以下になると、又は、水素濃度計７０による水素濃度の計測値及び酸素濃度計７１による酸素濃度計測値が１％以下になり且つ電圧計７２によるセル電圧の計測値が０．１Ｖ以下になると、マスフローコントローラ６０，６３の流量調整又は開閉弁６１，６４を閉じることにより、窒素ボンベ３６，３７から燃料電池本体３３内のアノード側とカソード側への窒素ガス（パージガス）の供給を停止する（ステップＳ８）。窒素ガスの供給停止後は、開閉弁４４，４５，４６，４７を閉じて燃料電池本体３３を封じ切りとする。
【００８４】
以上のように、本実施の形態例１の固体高分子形燃料電池発電システムによれば、発電運転を停止するとき、冷却管６９などによる燃料電池本体３３の冷却を行って燃料電池本体３３内に結露を生じさせ、酸素ボンベ３５などによる酸素ガスの供給を停止し、且つ、水素ボンベ３５などによる水素ガスの供給を停止した後、温度計７３による冷却水入口温度ｃ（即ち燃料電池本体３３）の温度計測値が２０℃まで低下した時点で、窒素ボンベ３７から燃料電池本体３３内のカソード側へ窒素ガスを供給して燃料電池本体３３内のカソード側からの酸素ガスの排出を行い、且つ、窒素ボンベ３６から燃料電池本体３３内のアノード側へ窒素ガスを供給して燃料電池本体３３内のアノード側からの水素ガスの排出を行うため、燃料電池本体３３の固体高分子電解質膜を湿潤に保つことができ、乾燥した窒素ガスを燃料電池本体３３内に供給して燃料電池本体３３内に残留している水素ガスや酸素ガスの排出を行っても、固体高分子電解質膜の劣化を抑制することができる。
【００８５】
また、本実施の形態例１の固体高分子形燃料電池発電システムによれば、燃料電池本体３３の発電電圧（セル電圧）の計測値が０．１Ｖ／ｃｅｌｌ以下なった時点で窒素ボンベ３７などによる窒素ガスの供給と窒素ボンベ３６などによる窒素ガスの供給とを停止するため、必要最小限の不活性ガス量で水素ガスや酸素ガスをパージすることができる。このため、より効果的に固体高分子電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。つまり、固体高分子電解質膜の劣化を低減する観点からはできるだけ不活性ガスの供給量を多くして水素ガスや酸素ガスを排出することが望ましいが、不活性ガスの供給量を低減する観点からはできるだけ早く不活性ガスの供給を停止することが望ましい。これに対して図４に示すように、発電電圧（セル電圧）が０．１Ｖ／ｃｅｌｌ以下になると、固体高分子電解質膜の劣化速度はほとんど低下しなくなる。そこで、発電電圧（セル電圧）が０．１Ｖ／ｃｅｌｌ以下になった時点で不活性ガスの供給を停止することが、最も効果的であり、不活性ガスの供給量を必要最小限にすることができる。
【００８６】
また、本実施の形態例１の固体高分子形燃料電池発電システムによれば、燃料電池本体３３内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が１％以下になった時点で窒素ボンベ３７などによる窒素ガスの供給を停止し、且つ、燃料電池本体３３内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が１％以下になった時点で窒素ガス３６などによる窒素ガスの供給を停止するため、必要最小限の不活性ガス量で燃料ガス（水素）や酸化剤ガス（酸素）をパージすることができる。このため、より効果的に固体高分子電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。つまり、固体高分子電解質膜の劣化を低減する観点からはできるだけ不活性ガスの供給量を多くして水素ガスや酸素ガスを排出することが望ましいが、不活性ガスの供給量を低減する観点からはできるだけ早く不活性ガスの供給を停止することが望ましい。これに対して図５に示すように、酸素濃度や水素濃度が１％以下になると、固体高分子電解質膜の劣化速度はほとんど低下しなくなる。そこで、酸素濃度や水素濃度が１％以下になった時点で不活性ガスの供給を停止することが、最も効果的であり、不活性ガスの供給量を必要最小限にすることができる。
【００８７】
なお、水素濃度や酸素濃度の計測値は比較的バラツキが大きいため、水素濃度や酸素濃度の計測値と電解質膜の劣化速度との関係よりも、発電電圧の計測値と電解質膜の劣化速度の関係のほうがより確実性が高く、水素濃度や酸素濃度の計測値に基づくよりも、発電電圧の計測値に基づいて不活性ガスの供給を停止するほうが、より確実に上記の効果を得ることができる。
【００８８】
また、本実施の形態例１の固体高分子形燃料電池発電システムによれば、発電運転を開始するとき、水素ボンベ３４などによる水素ガスの供給を開始した後、酸素ボンベ３５などによる酸素ガスの供給を開始するため、水素の欠乏状態を回避して、燃料電池本体３３の発電電圧（セル電圧）が一時的に過電圧になるのを防止することができるため、燃料電池本体３３内の電極触媒層の劣化を抑制することができる。
【００８９】
また、本実施の形態例１の固体高分子形燃料電池発電システムによれば、燃料電池本体３３内のカソード側から排出されるガス中の酸素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の酸素を含む濃度となり、且つ、燃料電池本体３３内のアノード側から排出されるガス中の水素濃度の計測値が、最低負荷時の理論消費量の１．４倍以上の量の水素を含む濃度となった時点で燃料電池本体３３を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すため、水素ガスや酸素ガスが不足することなく、適切なタイミングで燃料電池本体３３を送電系統の負荷に接続して最低負荷電流を流すことができる。
【００９０】
また、本実施の形態例１の固体高分子形燃料電池発電システムによれば、発電運転を開始するとき、燃料電池本体３３が温調水タンク６５などよって発電運転温度に保持する前の低温状態のときから、燃料電池本体３３への水素ボンベ３４からの水素ガスの供給と酸素ボンベ３５からの酸素ガスの供給とを開始して燃料電池本体３３の発電を開始するため、燃料電池本体３３の温度を発電運転温度まで上昇させてから水素ガスと酸素ガスを供給して発電を開始する場合に比べて、固体高分子電解質膜の劣化を抑制することができる。
【００９１】
＜実施の形態例２＞
図６は本発明の実施の形態例２に係る固体高分子形燃料電池発電システムの構成図、図７は前記固体高分子形燃料電池発電システムの起動停止運転の手順を示すチャートである。図６において、上記実施の形態例１（図１参照）と同様の部分については同一の符号を付し、ここでの詳細な説明を省略する。
【００９２】
図６に示すように、本実施の形態例２の固体高分子形燃料電池発電システムでは、パージガス供給ライン６２の窒素ボンベ３７、マスフローコントローラ６３及び開閉弁６４のみが設けられており、燃料電池本体３３内のカソード側にだけ窒素ガスを供給して酸素ガスのパージだけを行うようになっている。また、燃料電池本体３３の急冷するための冷却管６９や開閉弁６７，６８は設けられていない。その他の構成は上記実施の形態例１（図１参照）と同様である。
【００９３】
図７に基づき、コントローラ４０による本固体高分子形燃料電池発電システムの起動停止運転の手順について説明すると、起動時及び定格時については上記実施の形態例１の場合（図２参照）と同様である。停止時については、燃料電池本体３３の急冷を行わないため、酸素ガスの供給を停止した時刻Ｔ７から所定時間経過後の時刻Ｔ９において、水素ガスの供給を停止するとともに、マスフローコントローラ６３の流量調整又は開閉弁６４を開くことにより、窒素ボンベ３７から燃料電池本体３３内のカソード側にだけ窒素ガスの供給を開始する。なお、水素ガスの供給停止は窒素ガスの供給開始と同じタイミングでなくてもよいこと（酸素ガスの供給停止後であればよいこと）は、上記実施の形態例１の場合と同様である。
【００９４】
その後、時刻Ｔ１０において、酸素濃度計７１による酸素濃度計測値が１％以下になると、若しくは、電圧計７２によるセル電圧の計測値が０．１Ｖ以下になると、又は、酸素濃度計７１による酸素濃度計測値が１％以下になり且つ電圧計７２によるセル電圧の計測値が０．１Ｖ以下になると、マスフローコントローラ６３の流量調整又は開閉弁６４を閉じることにより、窒素ボンベ３７から燃料電池本体３３内のカソード側への窒素ガス（パージガス）の供給を停止する。窒素ガスの供給停止後は、開閉弁４４，４５，４６，４７を閉じて燃料電池本体３３を封じ切りとする。
【００９５】
以上のように、本実施の形態例２の固体高分子形燃料電池発電システムによれば、発電運転を停止するとき、酸素ボンベ３５などによる酸素ガスの供給を停止し、且つ、水素ボンベ３４などによる水素ガスの供給を停止した後、窒素ボンベ３７から燃料電池本体３３内のカソード側にだけ窒素ガスを供給して燃料電池本体３３内のカソード側からの酸素ガスの排出だけを行うため、固体高分子電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、パージに必要な窒素ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。
【００９６】
なお、本実施の形態例２においても、起動時の手順や、停止時において窒素ガスの供給を停止するタイミングなどについては、上記実施の形態例１の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００９７】
＜実施の形態例３＞
図８は本発明の実施の形態例３に係る固体高分子形燃料電池発電システムの構成図である。図８において、上記実施の形態例１（図１参照）と同様の部分については同一の符号を付し、ここでの詳細な説明を省略する。
【００９８】
図８に示すように、本実施の形態例３の固体高分子形燃料電池発電システムでは、パージガス供給ライン５９の下流端が、燃料電池本体３３の燃料ガス入口３８に接続され、パージガス供給ライン６２の下流端が、燃料電池本体３３の酸化剤ガス入口４８に接続されている。即ち、窒素ボンベ３６の窒素ガスが、燃料ガス供給ライン３９を介さずに燃料電池本体３３の燃料ガス入口３８から、直接、燃料電池本体３３内のアノード側へ供給し、また、窒素ボンベ３７の窒素ガスが、酸化剤ガス供給ライン４９を介さずに燃料電池本体３３の酸化剤ガス入口４８から、直接、燃料電池本体３３内のカソード側へ供給することより、燃料電池本体３３内のアノード側とカソード側から水素ガスと酸素ガスを排出する構成となっている。また、燃料電池本体３３の急冷するための冷却管６９や開閉弁６７，６８は設けられていない。その他の構成は上記実施の形態例１（図１参照）と同様である。
【００９９】
コントローラ４０による本固体高分子形燃料電池発電システムの起動停止運転の手順は、上記実施の形態例１の場合（図２参照）と同様である。但し、燃料電池本体３３の急冷を行わないため、停止時については、酸素ガスの供給を停止した時刻Ｔ７から所定時間経過後の時刻Ｔ９において、水素ガスの供給を停止するとともに、マスフローコントローラ６０，６３の流量調整又は開閉弁６１，６４を開くことにより、窒素ボンベ３６，３７から燃料電池本体３３内のアノード側とカソード側に窒素ガスの供給を開始する。なお、水素ガスの供給停止は窒素ガスの供給開始と同じタイミングでなくてもよいこと（酸素ガスの供給停止後であればよいこと）は上記実施の形態例１の場合と同様である。また、窒素ガスの供給を停止するタイミングは上記実施の形態例１の場合と同様である。窒素ガスの供給停止後は、開閉弁４４，４５，４６，４７を閉じて燃料電池本体３３を封じ切りとする。
【０１００】
以上のように、本実施の形態例３の固体高分子形燃料電池発電システムによれば、発電運転を停止するとき、酸素ボンベ３５などによる酸素ガスの供給を停止し、且つ、水素ボンベ３４などによる水素ガスの供給を停止した後、窒素ボンベ３７などにより、燃料電池本体３３の酸化剤ガス入口４８から、直接、燃料電池本体３３内のカソード側へ窒素ガスを供給して燃料電池本体３３内のカソード側からの酸素ガスの排出を行い、且つ、窒素ボンベ３６などにより、燃料電池本体３３の燃料ガス入口３８から、直接、燃料電池本体３３内のアノード側へ窒素ガスを供給して燃料電池本体３３内のアノード側からの水素ガスの排出を行うため、固体高分子電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、パージ領域が燃料電池本体３３のみとなることにより、パージに必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。
【０１０１】
なお、本実施の形態例３においても、起動時の手順や、停止時において窒素ガスの供給を停止するタイミングなどについては、上記実施の形態例１の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０２】
＜実施の形態例４＞
図９は本発明の実施の形態例４に係る固体高分子形燃料電池発電システムの構成図である。図９において、上記実施の形態例１（図１参照）と同様の部分については同一の符号を付し、ここでの詳細な説明を省略する。
【０１０３】
図９に示すように、本実施の形態例４の固体高分子形燃料電池発電システムでは、送電系統の負荷遮断後に燃料電池本体３３に電気的な負荷をかける負荷手段として、外部負荷（電気抵抗）８２が、スイッチ８１を介して燃料電池本体３３に接続されている。なお、燃料電池本体３３の急冷するための冷却管６９や開閉弁６７，６８は設けられていない。その他の構成は上記実施の形態例１（図１参照）と同様である。
【０１０４】
コントローラ４０による本固体高分子形燃料電池発電システムの起動停止運転の手順は、上記実施の形態例１の場合（図２参照）と同様である。但し、停止時については、燃料電池本体３３の急冷を行わないため、酸素ガスの供給を停止した時刻Ｔ７から所定時間経過後の時刻Ｔ９において、水素ガスの供給を停止する。そして、同時刻Ｔ９において、燃料電池本体３３の出口側の開閉弁４６，４７を閉じるとともに、スイッチ８１を閉じて外部負荷８を燃料電池本体３３に接続し、且つ、マスフローコントローラ６０，６３の流量調整又は開閉弁６１，６４を開くことにより、窒素ボンベ３６，３７から燃料電池本体３３内のアノード側とカソード側に窒素ガスの供給を開始する。このとき、燃料電池本体３３内のアノード側では残留水素ガスが発電により消費されて圧力が低下した分だけ、窒素ガスが供給され、同様に燃料電池本体３３のカソード側でも残留酸素ガスが発電により消費されて圧力が低下した分だけ、窒素ガスが供給される。なお、水素ガスの供給停止は窒素ガスの供給開始と同じタイミングでなくてもよいこと（酸素ガスの供給停止後であればよいこと）は上記実施の形態例１の場合と同様である。
【０１０５】
なお、本実施の形態例４では、窒素ガスによって燃料電池本体３３内から水素ガスや酸素ガスを排出するのではなく、発電により消費された水素ガスや酸素ガスの分だけ窒素ガスが燃料電池本体３３内に供給されるため、パージガス供給ライン５９，６２、窒素ボンベ３６，３７、マスフローコントローラ６０，６３及び開閉弁６１，６４はパージ手段ではなく、不活性ガス供給手段として機能することになる。
【０１０６】
窒素ガスの供給を開始後、時刻Ｔ１０において、電圧計７２によるセル電圧の計測値が０．１Ｖ以下になると、マスフローコントローラ６０，６３の流量調整又は開閉弁６１，６４を閉じることにより、窒素ボンベ３６，３７から燃料電池本体３３内のアノード側とカソード側への窒素ガス（パージガス）の供給を停止する。窒素ガスの供給停止後は、開閉弁４４，４５も閉じて燃料電池本体３３を封じ切りとする。
【０１０７】
以上のように、本実施の形態例４の固体高分子形燃料電池発電システムによれば、発電運転を停止するとき、送電系統の負荷を遮断し、酸素ボンベ３５などによる酸素ガスの供給を停止し、且つ、水素ボンベ３４などによる水素ガスの供給を停止した後、燃料電池本体３３の出口側を開閉弁４６，４７で閉じた状態で、外部負荷８２により燃料電池本体３３に負荷をかけて燃料電池本体３３内に残留している水素ガスと酸素ガスとを消費し、この水素と酸素の消費分だけ、窒素ボンベ３６，３７などにより燃料電池本体３３内のアノード側とカソード側とに窒素ガスを供給するため、固体高分子電解質膜の劣化を抑制することができ、且つ、必要な不活性ガスの量を低減することができて、発電システムの容積を小さくすることができる。
【０１０８】
また、本実施の形態例３においても、起動時の手順や、停止時において窒素ガスの供給を停止するタイミングなどについては、上記実施の形態例１の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０９】
なお、上記実施の形態例１の固体高分子形燃料電池発電システムは、水中航行体などの閉空間に設ける場合に限らず、定置用にも適用することができる。この場合には燃料電池本体３３を急冷するための冷媒として水道水などを用いればよい。また、上記実施の形態例２，３，４の固体高分子形燃料電池発電システムは、水中航行体などの閉空間に設ける場合にも適用することができる。
【０１１０】
また、上記実施の形態例１，３，４は適宜組み合わせてもよい。例えば、実施の形態例１と実施の形態例３又は４とを組み合わせて、急冷により燃料電池本体３３内に結露を生じさせるとともに、燃料電池本体３３の温度（冷却水入口温度ｃ）が２０℃になった時点で燃料ガス入口３８及び酸化剤ガス入口４８から直接燃料電池本体３３内に窒素ガスを供給する、又は、外部負荷８２によって消費された水素ガスや酸素ガスの分だけ窒素ガスを燃料電池本体３３内へ供給するようにしてもよく、実施の形態例３，４を組み合わせることにより、外部負荷８２によって消費された水素ガスや酸素ガスの分だけ、燃料ガス入口３８及び酸化剤ガス入口４８から直接燃料電池本体３３内に窒素ガスを供給するようにしてもよい。
【０１１１】
また、上記実施の形態例１，２，３も適宜組み合わせることができる。例えば、実施の形態例１と実施の形態例２又は３とを組み合わせて、急冷により燃料電池本体３３内に結露を生じさせるとともに、燃料電池本体３３の温度（冷却水入口温度ｃ）が２０℃になった時点で酸化剤ガス入口４８から燃料電池本体３３内のカソード側にだけ窒素ガスを供給する、又は、燃料ガス入口３８及び酸化剤ガス入口４８から、直接、燃料電池本体３３内に窒素ガスを供給するようにしてもよく、実施の形態２，３を組み合わせることにより、酸化剤ガス入口４８から、直接、燃料電池本体３３内のカソード側にだけ窒素ガスを供給するようにしてもよい。
【０１１２】
また、上記では燃料ガスとして水素ガスを用い、酸化剤ガスとして酸素ガスを用いるが、これに限定するものではなく、本発明は燃料ガスとして改質ガスなどの水素含有ガスを用い、酸化剤ガスとして空気などの酸素含有ガスを用いる場合にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は燃料電池発電システム及びその運転方法に関するものであり、特に固体高分子形燃料電池発電システムの燃料電池本体（ＰＥＦＣスタック）における固体高分子電解質膜や電極膜を保護する場合に適用して有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の実施の形態例１に係る固体高分子形燃料電池発電システムの構成図である。
【図２】前記固体高分子形燃料電池発電システムの起動停止運転の手順を示すチャートである。
【図３】前記固体高分子形燃料電池発電システムの停止時の手順を示すフローチャートである。
【図４】セル電圧と固体高分子電解質膜の劣化速度との関係を示すグラフである。
【図５】反応ガス濃度と固体高分子電解質膜の劣化速度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態例２に係る固体高分子形燃料電池発電システムの構成図である。
【図７】前記固体高分子形燃料電池発電システムの起動停止運転の手順を示すチャートである。
【図８】本発明の実施の形態例３に係る固体高分子形燃料電池発電システムの構成図である。
【図９】本発明の実施の形態例４に係る固体高分子形燃料電池発電システムの構成図である。
【図１０】窒素パージを採用した従来の燃料電池発電システムの構成図である。
【符号の説明】
【０１１５】
３１  水中航行体
３２  閉空間
３３  燃料電池本体
３４  水素ボンベ
３５  酸素ボンベ
３６，３７  窒素ボンベ
３８  燃料ガス入口
３９  燃料ガス供給ライン
４０  コントローラ
４１  マスフローコントローラ
４２  開閉弁
４３  加湿器
４４，４５，４６，４７  開閉弁
４８  酸化剤ガス入口
４９  酸化剤ガス供給ライン
５０  マスフローコントローラ
５１  開閉弁
５２  加湿器
５３  燃料ガス出口
５４  燃料ガス排出ライン
５５  ドレインポット
５６  酸化剤ガス出口
５７  酸化剤ガス排出ライン
５８  ドレインポット
５９  パージガス供給ライン
６０  マスフローコントローラ
６１  開閉弁
６２  パージガス供給ライン
６３  マスフローコントローラ
６４  開閉弁
６５  温調水タンク
６６  温調水ポンプ
６７，６８  開閉弁
６９  冷却管
７０  水素濃度計
７１  酸素濃度計
７２  電圧計
７３  温度計
７４  冷却水循環ライン
７５  冷却水出口
７６  冷却水入口
８１  スイッチ
８２  外部負荷
【図１】
2007273276.tif 000003
【図２】
2007273276.tif 000004
【図３】
2007273276.tif 000005
【図４】
2007273276.tif 000006
【図５】
2007273276.tif 000007
【図６】
2007273276.tif 000008
【図７】
2007273276.tif 000009
【図８】
2007273276.tif 000010
【図９】
2007273276.tif 000011
【図１０】
2007273276.tif 000012