(57)【要約】【課題】燃料電池の運転停止時に残留水素を低減または除去するにあたり、膜電極接合体の劣化を低減または防止すること。【解決手段】残留水素低減処理において、制御部５０は、第１および第２アノード封止弁Ｖ１、Ｖ２を封止し、冷媒用ポンプＰ３の吐出量を増大させて冷媒配管３１０を循環する冷媒流量を増大させる。制御部５０は、初期冷媒温度Ｔｉと温度センサ５２を介して検出される冷媒温度Ｔｃとの差が判定値Ｔｒ未満となるまで増大させた冷媒流量を維持する。この結果、燃料電池１０の内部温度が低下し、アノードに存在する水蒸気が凝縮して水滴となり、膜電極接合体が十分な湿潤状態とされ、続く電流掃引時における膜電極接合体の劣化を低減または防止することができる。【選択図】図１
2009129879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
膜電極接合体を備える燃料電池と、
前記燃料電池の運転停止に際して、前記燃料電池のアノードにおける残留水素を低減または除去する残留水素低減処理手段と、
前記残留水素低減処理時に、前記燃料電池の膜電極接合体を湿潤状態に保つ湿潤維持手段とを備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記残留水素低減処理は、前記燃料電池から電流を掃引することにより実行され、
前記湿潤維持手段は、前記燃料電池の内部温度を低下させることにより、前記膜電極接合体を湿潤状態に維持する燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記湿潤維持手段は、冷媒を循環させて前記燃料電池を冷却するための冷却手段を備え、前記冷却手段による前記冷媒循環量を増大させて前記燃料電池の内部温度を低下させる燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池システムはさらに、
前記燃料電池のカソードに酸化ガスを供給するための酸化ガス供給器を備え、
前記湿潤維持手段は、前記酸化ガス供給器による前記酸化ガスの供給量を増大させて前記燃料電池の内部温度を低下させる燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記湿潤維持手段は、前記燃料電池のアノードに湿潤ガスを提供する湿潤ガス供給器を備え、前記湿潤維持手段は、前記湿潤ガス供給器によって前記湿潤ガスを供給することによって前記膜電極接合体を湿潤状態に維持する燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池の運転停止時における燃料電池システムの制御方法であって、
燃料電池の膜電極接合体を湿潤状態に維持し、
前記燃料電池のアノードにおける残留水素を低下させる
制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池の運転停止時における燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムでは、燃料電池の運転停止後、すなわち、燃料電池に対する燃料ガス供給停止後においても、アノードに残留する水素が酸化ガスと反応し、起電反応を引き起こすことが知られている。この起電反応により発生した電力は外部負荷によって消費されないため、膜電極接合体のアノードとカソードとの間の電位差は増大し、高電位によって電解質膜、および触媒が劣化するという問題がある。
【０００３】
この問題を解決するために、例えば、燃料電池の運転を停止する際に、アノードに残留する残留水素を消費する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−１３４７４１号公報
【０００４】
しかしながら、残留水素の消費処理は、一般的に、運転終了後の水素濃度または水素量が低い環境下において実行されるため、膜電極接合体のアノード側における水素濃度分布は一様でない。したがって、膜電極接合体の一部では、起電反応に寄与する水素が不足し、電解質膜および触媒層を構成する炭素が起電反応のために消費され、電解質膜および触媒層が劣化するという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、燃料電池の運転停止時に残留水素を低減または除去するにあたり、膜電極接合体の劣化を低減または防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は以下の種々の態様を採る。
【０００７】
本発明の第１の態様は、燃料電池システムを提供する。本発明の第１の態様は、膜電極接合体を備える燃料電池と、前記燃料電池の運転停止に際して、前記燃料電池のアノードにおける残留水素を低減または除去する残留水素低減処理手段と、前記残留水素低減処理時に、前記燃料電池の膜電極接合体を湿潤状態に保つ湿潤維持手段とを備える。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、残留水素低減処理時に、燃料電池の膜電極接合体を湿潤状態に保つことができるので、燃料電池の運転停止時に残留水素を低減または除去するにあたり、膜電極接合体の劣化を低減または防止することができる。
【０００９】
本発明の第１の態様において、前記残留水素低減処理は、前記燃料電池から電流を掃引することにより実行され、前記湿潤維持手段は、前記燃料電池の内部温度を低下させることにより、前記膜電極接合体を湿潤状態に維持しても良い。この場合には、内部温度が低下することによって燃料電池内部の水蒸気が膜電極接合体で凝縮し、膜電極接合体を十分な湿潤状態とすることができる。
【００１０】
本発明の第１の態様において、前記湿潤維持手段は、冷媒を循環させて前記燃料電池を冷却するための冷却手段を備え、前記冷却手段による前記冷媒循環量を増大させて前記燃料電池の内部温度を低下させても良い。この場合には、冷媒循環量の増大によって、燃料電池の内部温度を低下させることができる。
【００１１】
本発明の第１の態様はさらに、前記燃料電池のカソードに酸化ガスを供給するための酸化ガス供給器を備え、前記湿潤維持手段は、前記酸化ガス供給器による前記酸化ガスの供給量を増大させて前記燃料電池の内部温度を低下させても良い。この場合には、酸化ガス量の増大によって、燃料電池の内部温度を低下させることができる。
【００１２】
本発明の第１の態様において、前記湿潤維持手段は、前記燃料電池のアノードに湿潤ガスを提供する湿潤ガス供給器を備え、前記湿潤維持手段は、前記湿潤ガス供給器によって前記湿潤ガスを供給することによって前記膜電極接合体を湿潤状態に維持しても良い。この場合には、燃料電池内における水蒸気量の増大によって、膜電極接合体を湿潤状態に維持することができる。
【００１３】
本発明の第２の態様は、燃料電池の運転停止時における燃料電池システムの制御方法を提供する。本発明の第２の態様は、燃料電池の膜電極接合体を湿潤状態に維持し、前記燃料電池のアノードにおける残留水素を低下させることを備える。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様と同様の利点を得ることができる。本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様と同様にして種々の態様にて実現され得る。さらに、本発明の第２の態様は、コンピュータプログラム、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤＤといったコンピュータ読み取り可能媒体に記録されたコンピュータプログラムとしても実現され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る燃料電池システムについて、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
【００１６】
第１の実施例：
図１は第１の実施例に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す説明図である。第１の実施例に係る燃料電池システムＦＣ１は、燃料電池１０、水素源２０、酸化ガスブロワーＰ２、熱交換器３０、負荷４０、および制御部５０を備えている。
【００１７】
燃料電池１０は、燃料ガスが供給されるアノードおよび酸化ガスが供給されるカソードを有する。本実施例では、固体高分子型の燃料電池が用いられ、燃料電池１０は、電解質膜のそれぞれの面上に、アノード触媒層およびカソード触媒層を備える膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を備えている。なお、アノード触媒層およびカソード触媒層に加えて、アノードガス拡散層、およびカソードガス拡散層を備えていても良い。
【００１８】
電解質層は、固体高分子電解質膜、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を含むフッ素系樹脂からなるプロトン伝導性のイオン交換膜によって形成することができる。各触媒層は、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金、あるいは白金と他の金属からなる合金を含む。各触媒層は電解質層の表面に塗布されることによって形成されても良く、あるいは、各ガス拡散層に触媒金属を担持させることによって、各ガス拡散層と一体に形成されても良い。各ガス拡散層は、導電性及びガス透過性を有する部材、例えば、カーボン製多孔体、カーボンペーパを用いることができる。
【００１９】
燃料電池１０は、アノードに燃料ガス供給部１０ａおよび燃料オフガス排出部１０ｂ、カソードに酸化ガス供給部１０ｃおよび酸化オフガス排出部１０ｄを備えている。燃料電池１０はさらに、冷媒供給部１０ｅおよび冷媒排出部１０ｆを備えている。
【００２０】
水素源２０は、燃料ガスである水素を供給するための水素貯蔵部であり、本実施例では、高圧水素タンクが用いられる。この他に、水素貯蔵合金、カーボンナノチューブを用いた水素貯蔵部、液体水素を貯蔵する水素貯蔵部が用いられても良い。
【００２１】
燃料電池１０の燃料ガス供給部１０ａと水素源２０とは燃料ガス供給管１１０によって接続されている。燃料ガス供給管１１０には、圧力制御弁２１、第１アノード封止弁Ｖ１および圧力センサ５１が備えられている。圧力制御弁２１は、水素源２０から燃料電池１０に供給される燃料ガスの圧力を所定の圧力に調整する。第１アノード封止弁Ｖ１は、開弁状態にて燃料電池１０に対する燃料ガスの供給を許容し、閉弁状態にて燃料電池１０に対する燃料ガスの供給を停止する。
【００２２】
燃料電池１０の燃料オフガス排出部１０ｂには燃料オフガス排出管１１１が接続されている。燃料オフガス排出管１１１には第２アノード封止弁Ｖ２が備えられている。第２アノード封止弁Ｖ２は、開弁状態にて燃料電池１０からの燃料オフガスの排出を許容し、閉弁状態にて燃料電池１０からの燃料オフガスの排出を停止する。燃料ガス供給管１１０における第１アノード封止弁Ｖ１の下流部と燃料オフガス排出管１１１における第２アノード封止弁Ｖ２の上流部とには、燃料ガス循環用管１１２が接続されている。したがって、アノードに対して燃料オフガスを再投入することが可能である。燃料ガス循環用管１１２には、燃料オフガス排出管１１１から流入する燃料オフガスを燃料ガス供給管１１０へ再投入するための燃料ガス循環ポンプＰ１が備えられている。
【００２３】
燃料電池１０の酸化ガス供給部１０ｃには、酸化ガス供給管１２０が接続されており、酸化ガスブロワーＰ２と燃料電池１０は、酸化ガス供給管１２０を介して接続されている。燃料電池１０の酸化オフガス排出部１０ｄには、酸化オフガス排出管１２１が接続されている。酸化オフガス排出管１２１には、酸化ガスブロワーＰ２と協働してカソード圧力を調整するために用いられるカソード弁Ｖ３が備えられている。
【００２４】
燃料電池１０の図示しない出力端子には、アノードにおける残留水素濃度または残留水素量を低減または除去する際、すなわち、アノードにおける残留水素を消費するための発電時に用いられる負荷４０が接続されている。燃料電池１０の端子と負荷４０との間には負荷を接続または切り離すためのスイッチ５３が配置されている。なお、負荷４０は、燃料電池１０を稼働するための補機、例えば、酸化ガスブロワーＰ２であっても良い。また、補機に代えて発電された電力を蓄電する二次電池が接続されても良い。
【００２５】
燃料電池１０の冷媒供給部１０ｅおよび冷媒排出部１０ｆと熱交換器３０とは冷媒配管３１０を介して接続されている。燃料電池１０の冷媒排出部１０ｆと熱交換器３０との間における冷媒配管３１０には冷媒温度を検出するための温度センサ５２および冷媒配管３１０内の冷媒を循環させるための冷媒用ポンプＰ３が配置されている。
【００２６】
制御部５０は入力される要求出力に応じて燃料電池システムＦＣ１の動きを制御し、図示しないＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェースを備えている。制御部５０には、図示しない入出力インターフェースを介して、第１、第２アノード封止弁Ｖ１、Ｖ２、カソード弁Ｖ３、圧力センサ５１、温度センサ５２、スイッチ５３、燃料ガス循環ポンプＰ１、酸化ガスブロワーＰ２、冷媒用ポンプＰ３がそれぞれ制御用信号線を介して接続されている。
【００２７】
燃料電池システムＦＣ１の動作について簡単に説明する。水素源２０に貯蔵されている高圧水素は、圧力制御弁２１によって所定の圧力に減圧された後、燃料ガス供給管１１０および燃料ガス供給部１０ａを介して燃料電池１０のアノードに供給される。なお、通常運転時には、第１アノード封止弁Ｖ１、第２アノード封止弁Ｖ２は、制御部５０によってそれぞれ開弁状態、閉弁状態とされている。燃料ガス供給部１０ａを介して燃料電池内に供給された燃料ガスのうち、起電反応に供されなかった燃料ガスを含む燃料オフガス（アノードオフガス）は、燃料オフガス排出部１０ｂおよび燃料オフガス排出管１１１の一部を介して、燃料ガス循環用管１１２に流動する。燃料ガス循環用管１１２に流動した燃料オフガスは、燃料ガス循環ポンプＰ１によって燃料ガス供給管１１０へと導かれ、水素源からの水素と共に燃料電池１０に再投入される。
【００２８】
なお、燃料オフガス排出部１０ｂの直ぐ下流に更なる弁を設け、通常運転時は、当該弁を閉弁状態とすることで燃料オフガスを燃料電池１０の内部に止めて運転するようにしても良い。この場合には、定期的に当該弁および第２アノード封止弁Ｖ２が開弁状態とされ、不純物濃度の高い燃料オフガスが燃料オフガス排出管１１１を介して大気中に放出される。なお、燃料オフガスを燃料電池１０の内部に止めて運転する場合には、第２アノード封止弁Ｖ２は、開弁状態、閉弁状態のいずれであっても良い。
【００２９】
燃料電池１０のカソードへは、酸化ガスブロワーＰ２によって取り込まれた大気（空気）が酸化ガス供給管１２０および酸化ガス供給部１０ｃを介して供給される。燃料電池１０運転時におけるカソード圧力は、酸化ガスブロワーＰ２の吐出量およびカソード弁Ｖ３の開弁角度を調整することによって、調整することができる。
【００３０】
アノードに供給された水素は、アノード触媒層によって水素イオン（プロトン）ど電子とに分離とされ、水素イオンは膜電極接合体を介してカソードに移動し、電子は外部回路を介してカソード触媒層へと移動する。カソードに移動した水素イオンは、カソード触媒層において、カソードに供給された酸素および外部回路を経由した電子と反応し、水が生成される。この一連の反応によって、負荷を駆動するための電流を得ることができる。
【００３１】
冷媒配管３１０内の冷媒は、燃料電池１０内で起電反応に伴い発生した熱の一部を奪い、熱交換器３０において熱の一部を放出する。すなわち、冷媒用ポンプＰ３によって、燃料電池１０と熱交換器３０との間で冷媒が循環させられることによって、燃料電池１０は所定温度に冷却（または維持）される。
【００３２】
燃料電池システムＦＣ１における残留水素低減処理について図２〜図５を参照して説明する。図２は残留水素低減処理に際して実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図３は残留水素低減処理開始前における燃料電池内部の状態を模式的に示す説明図である。図４は残留水素低減処理における湿潤処理実行後の燃料電池内部の状態を模式的に示す説明図である。図５は残留水素低減処理における電流掃引処理実行後の燃料電池内部の状態を模式的に示す説明図である。
【００３３】
残留水素低減処理は、燃料電池システムＦＣ１における燃料電池１０の運転停止時に実行され、いわゆる間欠運転が実行される燃料電池システムＦＣ１において一般的に実行される。制御部５０は、要求出力が基準要求出力未満となるまで待機し（ステップＳ１００：Ｎｏ）、要求出力が基準要求出力未満になると(ステップＳ１００：Ｙｅｓ)、第１アノード封止弁Ｖ１および第２アノード封止弁Ｖ２を閉弁させる。また、制御部５０は、燃料ガス循環ポンプＰ１を作動させる。この結果、燃料電池１０のアノードは、外部から遮断され、アノードから排出されたアノードガスは燃料ガス循環用管１１２によって形成される循環系内で循環流動する。基準要求出力とは、例えば、燃料電池１０の稼働を必要とせず、二次電池等の他の蓄電手段によって供給可能な要求出力（要求電力）を意味する。すなわち、燃料電池１０の運転を停止可能な要求出力である。
【００３４】
このとき、燃料電池１０の内部は、図３に示すように、カソード側に酸素、アノード側に残留水素が存在する状態である。膜電極接合体を形成する電解質膜１００、アノード触媒層１００ａおよびカソード触媒層１００ｃは、通常の湿潤状態にある。
【００３５】
制御部５０は、第１および第２アノード封止弁Ｖ１、Ｖ２を封止すると、冷媒流量を増大させると共に冷却液温度を検出し、初期冷媒温度Ｔｉとして記録する（ステップＳ１２０）。具体的には、制御部５０は、冷媒用ポンプＰ３の吐出量を増大させて冷媒配管３１０を循環する冷媒流量を増大させると共に、温度センサ５２を介して検出した冷媒温度を初期冷媒温度Ｔｉとしてメモリに格納する。
【００３６】
制御部５０は、初期冷媒温度Ｔｉと温度センサ５２を介して検出される冷媒温度Ｔｃとの差が判定値Ｔｒ未満となるまで待機する（ステップＳ１３０：Ｎｏ）。ここで、判定値Ｔｒは、燃料電池１０のアノードに存在する水蒸気が凝縮して水滴となるために要求される温度差である。水蒸気は、図４に示すように膜電極接合体（主には、アノード触媒層１００ａ）上で凝縮し、湿潤部１０２として示すように膜電極接合体が十分な湿潤状態とされる。なお、判定値Ｔｒとしては、温度差に代えて、判定温度を用いても良い。判定温度は、例えば、通常の燃料電池運転時における稼働温度を基準として、水蒸気の凝縮が期待できる温度とすれば良い。
【００３７】
制御部５０は、初期冷媒温度Ｔｉと冷媒温度Ｔｃとの差が判定値Ｔｒが未満になると（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）、冷媒流量を通常流量に戻す（ステップＳ１４０）。具体的には、制御部５０は、冷媒用ポンプＰ３の吐出量を通常の吐出量に戻す。
【００３８】
制御部５０は、酸化ガスブロワーＰ２の吐出量を増大させると共にカソード弁Ｖ３を閉弁状態または適当な開弁状態に調整して、カソード圧力Ｐｃを所定圧力まで増大させる（ステップＳ１５０）。この結果、図４に示すように膜電極接合体を介してカソードからアノードへと移動する酸化ガス量が増大される（いわゆる、クロスオーバー量を増大させることができる）ので、酸化ガスによってアノードにおける水素濃度を低減することができる。また、アノードに存在する酸化ガス量が増大することによって、次第に膜電極接合体の両側（アノードおよびカソード側）に同一のガス種が存在するようになる。
【００３９】
制御部５０はスイッチ５３を閉じて、燃料電池１０の端子と負荷４０とを接続し、燃料電池１０から電流を掃引する（ステップＳ１６０）。この結果、起電反応が生じ、アノードに残留する水素が消費される。したがって、カソードからの酸化ガスのクロスオーバーと併せて、膜電極接合体の両側（アノードおよびカソード側）に同一のガス種が存在することとなり、次第に起電反応が停止する。よって、膜電極接合体の劣化の要因となる部分電池化、局所的な高電圧の発生を抑制または防止することができる。
【００４０】
なお、一般的に、燃料電池１０停止時にアノードに残留する水素量は少なく、膜電極接合体上では水素濃度が高い部分と低い部分とが混在しており、水素の分布が一様でない。したがって、従来の構成では、電流掃引時、水素濃度が低い部分では、存在しなくなった水素に代えて、アノード触媒層１００ａ、電解質膜１００を構成する炭素が消費されてしまう。
【００４１】
しかしながら、本実施例では、燃料電池１０の内部温度を低下させることによって、アノード内の水蒸気を凝縮させて、図４に示すようにアノード触媒層１００ａ、電解質膜１００を十分な湿潤状態に保っている。この結果、主としてアノード触媒層１００ａが十分な湿潤状態とされているため、水素量が少ない部分であっても図５に示すように水が分解されてプロトンが生成される。この結果、アノード触媒層１００ａ、電解質膜１００を構成する炭素の消費、すなわち、膜電極接合体の劣化を抑制または防止することができる。
【００４２】
制御部５０は、圧力センサ５１によって検出されるアノード圧力Ｐａが判定圧力Ｐａref未満になるまで電流掃引を継続し（ステップＳ１７０：Ｎｏ）、アノード圧力Ｐａが判定圧力Ｐａref未満になると（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、スイッチ５３を開いて電流掃引を停止する（ステップＳ１８０）。ここで、判定圧力Ｐａrefは、アノード内の水素濃度（あるいは、残留水素量）が十分に低く（少なく）なった状態におけるアノードの圧力である。すなわち、圧力に基づいて、アノードにおける残留水素量が十分に少なくなったか、あるいは所定量以下になったか否かを判定する。
【００４３】
制御部５０は、酸化ガスブロワーＰ２の吐出量を減少させると共にカソード弁Ｖ３を閉弁状態または適当な開弁状態に調整して、カソード圧力Ｐｃを通常圧力へと変更して（ステップＳ１９０）、本処理ルーチンを終了する。
【００４４】
以上説明したように、本実施例に係る燃料電池システムＦＣ１によれば、アノードに残留する残留水素を消費するための電流掃引に先立って、電流掃引中において膜電極接合体（電解質膜および触媒層）を湿潤状態に維持するための湿潤維持処理を実行する。具体的には、燃料電池１０（アノード）の温度を低下させることによって、アノードに存在する水蒸気を凝縮させて、膜電極接合体を十分に湿潤させる。この結果、水素濃度（水素分布）が低い部分においても、起電反応において水が消費されるに過ぎず、アノード触媒、膜電極接合体を構成する炭素の消費、すなわち、電解質膜、膜電極接合体の劣化を抑制または防止することができる。
【００４５】
なお、本実施例における湿潤維持とは、水素低減処理中に膜電極接合体の劣化を抑制または防止するために求められる湿潤状態に維持するための処理を意味し、電気掃引中に継続することによって膜電極接合体を湿潤状態に維持しても良く、あるいは、電気掃引前に膜電極接合体を十分な湿潤状態として、終了しても良い。なお、十分な湿潤状態とは、水素低減処理中に消費される水の量を考慮した上で、膜電極接合体の劣化を低減または防止することができる状態を意味する。
【００４６】
第２の実施例：
第２の実施例に係る燃料電池システムＦＣ２について説明する。図６は第２の実施例に係る燃料電池システムＦＣ２の構成を模式的に示す説明図である。第２の実施例に係る燃料電池システムＦＣ２は、加湿源６０を備える点において、構成上、第１の実施例に係る燃料電池システムＦＣ１と異なる。なお、第２の実施例に係る燃料電池システムＦＣ２におけるその他の構成は、第１の実施例に係る燃料電池システムＦＣ１の構成と同様であるから、第１の実施例に係る燃料電池システムＦＣ１に対する符号と同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
本実施例に係る燃料電池システムＦＣ２では、残留水素低減処理における湿潤処理の実行に際して、制御部５０は、冷媒流量を増大させる代わりに加湿源６０から加湿ガスをアノードに供給させる。アノードにおける水蒸気量を増大させることによって、膜電極接合体上において凝縮する水分量を増大させて、膜電極接合体を十分な湿潤状態とする。
【００４８】
第２の実施例によれば、冷媒流量を増大させることなく、水素低減処理時において、アノードにおける膜電極接合体、すなわち、主にアノード触媒層１００ａおよび電解質膜１００を十分な湿潤状態に維持することができる。また、加湿ガスを供給するので、膜電極接合体の湿潤状態の予測がより容易になり、膜電極接合体の湿潤状態の管理精度を向上させることができる。また、電流掃引時（水素消費時）においても継続して実行することによって、膜電極接合体を湿潤状態に維持することができる。
【００４９】
その他の実施例：
（１）上記各実施例では、電流掃引に際して、補機を駆動させているが、補機に代えて二次電池、キャパシタといった蓄放電手段を用いても良い。すなわち、充電レベルの低い充放電手段を燃料電池１０に接続することによって、電流掃引が実現される。また、補機としては、酸化ガスブロワーＰ２に限られず、燃料ガス循環ポンプＰ１等他の補機類であっても良い。さらに、電流掃引によって得られる電流は、補機を作動させる電流の全部または一部として用いられても良い。
【００５０】
（２）第１の実施例では、冷媒流量を増大させることによって燃料電池１０の温度を低下させたが、酸化ガスブロワーＰ２による酸化ガス供給量を増大させることによって燃料電池１０の温度を低下させても良い。カソードとアノードとは膜電極接合体を介して隣接しているので、カソードを流れる酸化ガスによってアノードの熱を奪い、アノード温度を低下させても良い。電流掃引中においてもアノード温度の低減処理を継続する場合には、酸化ガスブロワーＰ２を駆動する一部または全部の電流に電流掃引を割り当てても良い。
【００５１】
（３）上記実施例では、冷媒温度に基づいて、膜電極接合体上に水蒸気が凝縮するための燃料電池１０の内部温度の低下を検出しているが、予め実験的に求めておいた、冷媒量増大からの時間によって燃料電池１０の内部温度の低下を判定しても良い。また、燃料電池温度、雰囲気温度、停止前の運転時間といった複数のパラメータに基づいて、予め定められた時間を補正するようにしても良い。
【００５２】
（４）燃料電池１０の内部温度を低下させる他の手法として、例えば、燃料電池１０に投入される直前に燃料ガス温度を低下させても良い。具体的には、燃料ガス供給部１００ａ近傍に、熱交換器を備えることによって実現される。
【００５３】
（５）上記実施例では、アノード圧力Ｐａを検出することによって、残留水素量が十分に少なくなった否かを判定しているが、電流掃引からの時間によって判定しても良い。すなわち、一般的な条件下において、電流掃引からアノードの残留水素量の低減が期待されるまで時間を予め定めておき、この予め定められた時間に基づいて判定が実行されても良い。さらに、残留水素低減処理時における燃料電池温度、雰囲気温度、停止前の運転時間といった複数のパラメータに基づいて、予め定められた時間を補正するようにしても良い。
【００５４】
（６）上記各実施例における燃料電池システムＦＣ１、ＦＣ２は、自動車、二輪車等の移動体に搭載して、あるいは、間欠運転を伴う接地型の燃料電池システムとして用いられ得る。
【００５５】
以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１の実施例に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す説明図である。
【図２】残留水素低減処理に際して実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】残留水素低減処理開始前における燃料電池内部の状態を模式的に示す説明図である。
【図４】残留水素低減処理における湿潤処理実行後の燃料電池内部の状態を模式的に示す説明図である。
【図５】残留水素低減処理における電流掃引処理実行後の燃料電池内部の状態を模式的に示す説明図である。
【図６】第２の実施例に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…燃料電池
１０ａ…燃料ガス供給部
１０ｂ…燃料オフガス排出部
１０ｃ…酸化ガス供給部
１０ｄ…酸化オフガス排出部
１０ｅ…冷媒供給部
１０ｆ…冷媒排出部
２０…水素源
２１…圧力制御弁
３０…熱交換器
４０…負荷
５０…制御部
５１…圧力センサ
５２…温度センサ
５３…スイッチ
６０…加湿源
１００…電解質膜
１００ａ…アノード触媒層
１００ｃ…カソード触媒層
１０２…湿潤部
１１０…燃料ガス供給管
１１１…燃料オフガス排出管
１１２…燃料ガス循環用管
１２０…酸化ガス供給管
１２１…酸化オフガス排出管
３１０…冷媒配管
ＦＣ１…第１の実施例に係る燃料電池システム
ＦＣ２…第２の実施例に係る燃料電池システム
Ｐ１…燃料ガス循環ポンプ
Ｐ２…酸化ガスブロワー
Ｐ３…冷媒用ポンプ
Ｖ１…第１アノード封止弁
Ｖ２…第２アノード封止弁
Ｖ３…カソード弁
【図１】
2009129879.tif 000003
【図２】
2009129879.tif 000004
【図３】
2009129879.tif 000005
【図４】
2009129879.tif 000006
【図５】
2009129879.tif 000007
【図６】
2009129879.tif 000008