(57)【要約】【課題】燃料電池のメンテナンス時における安全性の向上。【解決手段】メンテナンス時には、整備者は、燃料ガス供給配管３２，燃料ガス排出配管３３，酸化ガス供給配管３５、酸化ガス排出配管３６を、手動ポンプ２００の連通孔２０２，２０４，２０６，２０８にそれぞれ接続する。手動ポンプ２００を繰り返し動作させ、燃料電池１０に残留する燃料ガスおよび酸化ガスを、燃料電池１０と触媒を備える手動ポンプ２００との間で循環させることにより、燃料電池１０に残留する燃料ガスおよび酸化ガスが、燃料電池１０内ではなく手動ポンプ２００内で反応する。この結果、燃料電池１０に残留する燃料ガスおよび酸化ガスの濃度を素早く低下させることができ、燃料電池１０の電圧は迅速に低下される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料ガス供給口と、燃料ガス排出口と、酸化ガス供給口と、酸化ガス排出口と、を備える燃料電池と、
前記燃料ガス供給口と前記燃料ガス排出口の少なくとも一方および前記酸化ガス供給口と前記酸化ガス排出口の少なくとも一方に連結するための連結部材と、
前記連結部材内に設けられた触媒と、を備え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であって、
前記連結部材は、更に、ガスを前記燃料電池と前記連結部材との間で循環させる循環手段を備える、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の燃料電池システムであって、
前記連結部材は、
前記燃料ガス供給口に接続するための第１の接続部材と、
前記燃料ガス排出口に接続するための第２の接続部材と、
前記酸化ガス供給口に接続するための第３の接続部材と、
前記酸化ガス排出口に接続するための第４の接続部材と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３の燃料電池システムであって、
前記第１の接続部材および前記第２の接続部材の一方は、前記循環手段による前記燃料電池からのガスの流入時に開く第１の弁を備え、他方は、前記循環手段による前記ガスの前記燃料電池への流出時に開く第２の弁を備え、前記第３の接続部材および前記第４の接続部材の一方は、前記循環手段による前記燃料電池からのガスの流入時に開く第３の弁を備え、他方は、前記循環手段による前記燃料電池からのガスの流出時に開く第４の弁を備える、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池システムであって、
前記連結部材は、更に、前記第１の接続部材と前記第２の接続部材とのいずれか一方と、前記第３の接続部材と前記第４の接続部材のいずれか一方と連結された２つの入口と、開放された出口とを有する流路を内部に備え、
前記触媒は、前記流路内に設けられている、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載の燃料電池システムであって、
前記第１の弁は、前記第１の接続部材に設けられており、
前記第２の弁は、前記第２の接続部材に設けられている、燃料電池システム。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６いずれか記載の燃料電池システムであって、
前記第３の弁は、前記第４の接続部材に設けられており、
前記第４の弁は、前記第３の接続部材に設けられている、燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７いずれか記載の燃料電池システムであって、
前記触媒は、前記連結部材の内側全面に設けられている、燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８いずれか記載の燃料電池システムであって、
前記燃料ガス供給口に接続され、前記燃料ガスを前記燃料電池へ供給するための燃料ガス供給配管と、
前記燃料ガス排出口に接続され、前記燃料ガスを前記燃料電池から排出するための燃料ガス排出配管と、
前記酸化ガス供給口に接続され、前記酸化ガスを前記燃料電池へ供給するための供給配管と、
前記酸化ガス排出口に接続され、前記酸化ガスを前記燃料電池から排出するための排出配管と、を備え、
前記第１の接続部材は、前記燃料ガス供給配管に設けられた第１の配管側接続部材と接続され、
前記第２の接続部材は、前記燃料ガス排出配管に設けられた第２の配管側接続部材と接続され、
前記第３の接続部材は、前記酸化ガス供給配管に設けられた第３の配管側接続部材と接続され、
前記第４の接続部材は、前記酸化ガス排出配管に設けられた第４の配管側接続部材と接続される、燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料ガス供給口と、燃料ガス排出口と、酸化ガス供給口と、酸化ガス排出口と、を備える燃料電池とが設けられた燃料電池の点検に用いられる電圧低下装置であって、
前記燃料ガス供給口と前記燃料ガス排出口の少なくとも一方および前記酸化ガス供給口と前記酸化ガス排出口の少なくとも一方に連結するための連結部材と、
前記連結部材内に設けられた触媒と、を備える電圧低下装置。
【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し、特に、燃料電池の動作停止時に燃料電池の劣化を抑制し、燃料電池の電圧を迅速に低下させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素などの燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池が広く利用されている。燃料電池は安定した発電を維持するために定期的な点検が必要とされている。燃料電池の点検時、作業安全を確保する観点から、燃料電池の電圧を迅速に低下させる必要がある。
【０００３】
燃料電池の電圧低下を促進させる方法としては、例えば、燃料電池の発電停止時に燃料電池のアノード側に不活性ガスを供給することにより、燃料電池内に残留する燃料ガスを燃料電池の外部へ掃き出す方法や、抵抗回路を設けて放電を促進させる方法がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６５０２８号公報
【特許文献２】特開２００６−１７２８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料電池のアノード側に不活性ガスを供給する方法では、不活性ガスの供給に手間がかかり、燃料電池内に残留する燃料ガスの燃料電池外部への掃き出しに時間がかかるという問題や、不活性ガスを供給するための構成を付加する必要があるという問題、また、アノード側に不活性ガスを供給することでカソード異常電位が発生し触媒が劣化するという問題が生じる。
【０００６】
また、抵抗回路を設ける方法では、燃料電池の電圧低下促進のためだけに抵抗回路を付加しなければならず、燃料電池の燃費や発電効率の低下を招くおそれがあるという問題が生じる。
【０００７】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池のメンテナンス時における安全性の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
適用例１の燃料電池システムは、燃料ガス供給口と、燃料ガス排出口と、酸化ガス供給口と、酸化ガス排出口と、を備える燃料電池と、前記燃料ガス供給口と前記燃料ガス排出口の少なくとも一方および前記酸化ガス供給口と前記酸化ガス排出口の少なくとも一方に連結するための連結部材と、前記連結部材内に設けられた触媒と、を備える。
【００１０】
適用例１の燃料電池システムによれば、燃料電池内に残留する燃料ガスおよび酸化ガスを、燃料電池外部の連結部材内に設けられた触媒を用いて反応させることができる。よって、燃料電池内に残留する燃料ガスおよび酸化ガスの濃度低下を促進させることができる。よって、燃料電池の電圧を効率的に低下させることができ、メンテナンス時における安全性を向上できる。
【００１１】
適用例１の燃料電池システムは、更に、ガスを前記燃料電池と前記連結部材との間で循環させる循環手段を備える。
【００１２】
適用例１の燃料電池システムによれば、燃料電池と連結部材との間でガスを循環させることができる。従って、燃料電池内に残留する燃料ガスおよび酸化ガスを効率的に連結部材内部で反応させることができ、燃料電池の電圧を迅速に低下させることができる。
【００１３】
適用例１の燃料電池システムは、前記連結部材は、前記燃料ガス供給口に接続するための第１の接続部材と、前記燃料ガス排出口に接続するための第２の接続部材と、前記酸化ガス供給口に接続するための第３の接続部材と、前記酸化ガス排出口に接続するための第４の接続部材と、を備える。
【００１４】
適用例１の燃料電池システムによれば、連結部材が全給排口と連結しているため、燃料電池内に残留する燃料ガスおよび酸化ガスを効率的に連結部材内で反応させることができる。
【００１５】
適用例１の燃料電池システムは、前記第１の接続部材および前記第２の接続部材の一方は、前記循環手段による前記燃料電池からのガスの流入時に開く第１の弁を備え、他方は、前記循環手段による前記燃料電池へのガスの流出時に開く第２の弁を備え、前記第３の接続部材および前記第４の接続部材の一方は、前記循環手段による前記燃料電池からのガスの流入時に開く第３の弁を備え、他方は、前記循環手段による前記燃料電池へのガスの流出時に開く第４の弁を備える。
【００１６】
適用例１の燃料電池システムによれば、燃料ガス供給口および排出口の一方から燃料ガスを流入させ、酸化ガスの供給口および排出口の一方から酸化ガスを流入させて、連結部材内で反応させた後、燃料ガス供給口および排出口の他方および酸化ガスの供給口および排出口の他方から反応後のガスを燃料電池へ流出して、ガスを燃料電池と連結部材との間で循環させることができる。従って、燃料電池内部の圧力のバランスを適正に保ちつつ燃料電池の電圧低下を促進できる。
【００１７】
適用例１の燃料電池システムにおいて、前記連結部材は、更に、前記第１の弁と前記第３の弁とに連結された２つの入口と、開放された出口とを有する流路を内部に備え、前記触媒は、前記流路内に設けられている。
【００１８】
適用例１の燃料電池システムによれば、燃料電池から連結部材へ流入する燃料ガスおよび酸化ガスが触媒の設けられた流路を通過する。従って、燃料ガスおよび酸化ガスと触媒との接触時間を増加できるため、燃料ガスと酸化ガスの燃焼効率を向上できる。従って、燃料電池電圧低下を促進できる。
【００１９】
適用例１の燃料電池システムは、前記第１の弁は、前記第１の接続部材に設けられており、前記第２の弁は、前記第２の接続部材に設けられている。
【００２０】
適用例１の燃料電池システムによれば、燃料電池において、燃料ガスの濃度が比較的高い燃料ガス供給口近傍のガスを連結部材に流入させて酸化ガスと反応させた後に、燃料ガスの濃度が比較的低い燃料ガス排出口から燃料電池内部へ戻すことができる。従って、燃料電池の起動時におけるカソードの異常電位の発生を抑制でき、カソード側触媒の劣化を抑制できる。
【００２１】
適用例１の燃料電池システムは、前記第３の弁は、前記第４の接続部材に設けられており、前記第４の弁は、前記第３の接続部材に設けられている。
【００２２】
適用例１の燃料電池システムによれば、連結部材内部で燃料ガスと酸化ガスとが反応して生成された比較的湿度の高いガスを、酸化ガス供給口から燃料電池内部へ流入させることができる。従って、燃料電池において、比較的湿度の低い酸化ガス供給口近傍の電解質膜の乾燥を抑制できるため、電解質膜の劣化を抑制できる。
【００２３】
適用例１の燃料電池システムは、前記触媒は、前記連結部材の内側全面に設けられている。
【００２４】
適用例１の燃料電池システムによれば、燃料ガスおよび酸化ガスと連結部材内部の触媒との接触面積を増加させることができる。従って、連結部材において燃料ガスと酸化ガスとを効率的に反応させることができ、燃料電池の電圧低下を促進できる。
【００２５】
適用例１の燃料電池システムは、前記燃料ガス供給口に接続され、前記燃料ガスを前記燃料電池へ供給するための燃料ガス供給配管と、前記燃料ガス排出口に接続され、前記燃料ガスを前記燃料電池から排出するための燃料ガス排出配管と、前記酸化ガス供給口に接続され、前記酸化ガスを前記燃料電池へ供給するための供給配管と、前記酸化ガス排出口に接続され、前記酸化ガスを前記燃料電池から排出するための排出配管と、を備え、前記第１の接続部材は、前記燃料ガス供給配管に設けられた第１の配管側接続部材と接続され、前記第２の接続部材は、前記燃料ガス排出配管に設けられた第２の配管側接続部材と接続され、前記第３の接続部材は、前記酸化ガス供給配管に設けられた第３の配管側接続部材と接続され、前記第４の接続部材は、前記酸化ガス排出配管に設けられた第４の配管側接続部材と接続される。
【００２６】
適用例１の燃料電池システムによれば、配管に連結部材と接続するための接続部材が設けられているため、簡易な構成で燃料電池と連結部材とを接続できる。よって、燃料電池システムの大型化および費用の増大を抑制できる。
【００２７】
［適用例２］
本発明の適用例２の電圧低下装置は、燃料ガス供給口と、燃料ガス排出口と、酸化ガス供給口と、酸化ガス排出口と、を備える燃料電池とが設けられた燃料電池の点検に用いられ、前記燃料ガス供給口と前記燃料ガス排出口の少なくとも一方および前記酸化ガス供給口と前記酸化ガス排出口の少なくとも一方に連結するための連結部材と、前記連結部材内に設けられた触媒と、を備える。
【００２８】
適用例２の電圧低下装置によれば、燃料電池内に残留する燃料ガスおよび酸化ガスを、燃料電池外部の連結部電圧低下装置内に設けられた触媒を用いて反応させることができる。よって、燃料電池内に残留する燃料ガスおよび酸化ガスの濃度低下を促進させることができ、燃料電池の電圧を効率的に低下させることができる。従って、メンテナンス時における安全性を向上できる。
【００２９】
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
Ａ．第１実施例：
Ａ１−１．システム構成：
図１は、第１実施例における燃料電池のメンテナンス時の構成を例示する説明図である。第１実施例において、燃料電池のメンテナンス時、手動ポンプを燃料電池に接続して燃料電池の電圧低下を促進させる。燃料電池１０は、水素と酸素の電気化学反応によって発電するセルの積層体である。各セルは、電解質膜を挟んで燃料極（以下、アノードと称する）と空気極（以下、カソードと称する）とを配置した構成となっている。本実施例では、ナフィオン（登録商標）などの固体高分子膜を電解質膜として利用する固体高分子型のセルを用いるものとしたが、これに限らず、種々のタイプを利用可能である。
【００３１】
燃料電池１０は、燃料ガス供給口５０、燃料ガス排出口５１、酸化ガス供給口６０および酸化ガス排出口６１を備える。燃料ガス供給口５０には燃料ガス供給配管３２が接続され、燃料ガス排出口５１には燃料ガス排出配管３３が接続され、酸化ガス供給口６０には酸化ガス供給配管３５が接続され、酸化ガス排出口６１には酸化ガス排出配管３６が接続されている。燃料ガス供給配管３２は、燃料電池１０への燃料ガスの供給に用いられ、燃料ガス排出配管３３は、燃料電池１０からの燃料ガスの排出に用いられる。また、酸化ガス供給配管３５は、燃料電池１０への酸化ガスの供給に用いられ、酸化ガス排出配管３６は、燃料電池１０からの酸化ガスの排出に用いられる。
【００３２】
手動ポンプ２００は、シリンダ２０１，連通孔２０２，２０４，２０６，２０８，ピストン２２０およびピストンを矢印Ｐのように可動させるためのハンドル２３０と、触媒２１０を備える。触媒２１０は、板状のカーボンに白金を担持することにより構成されている。
【００３３】
図２を参照して第１実施例の配管の詳細構成について説明する。図２は、第１実施例における通常動作時の配管について例示する平面図である。燃料ガス供給配管３２は、一端が燃料ガス供給口５０に接続されており、他端は、図示しない高圧水素タンクに接続されており、高圧水素タンクから燃料電池１０への燃料ガスの供給に用いられる。燃料ガス供給配管３２には、接続部材１００が設けられており、燃料ガス供給配管３２は、燃料ガス供給配管３２ａと燃料ガス供給配管３２ｂとが接続部材１００により接続されることにより構成されている。
【００３４】
燃料ガス排出配管３３は、一端が燃料ガス排出口５１に接続されており、他端は燃料ガス供給配管３２および外気に連通されている。燃料ガス排出配管３３には、接続部材１１０が設けられており、燃料ガス排出配管３３は、燃料ガス排出配管３３ａと燃料ガス排出配管３３ｂとが接続部材１１０により接続されることにより構成されている。
【００３５】
酸化ガス供給配管３５は、一端が酸化ガス供給口６０に接続されており、他端が外気に連通されている。酸化ガス供給配管３５には、接続部材１２０が設けられており、酸化ガス供給配管３５は、酸化ガス供給配管３５ａと酸化ガス供給配管３５ｂとが接続部材１２０により接続されることにより構成されている。
【００３６】
燃料ガス供給配管３２は、一端が酸化ガス排出口６１に接続されており、他端が外気に連通されている。酸化ガス排出配管３６には、接続部材１３０が設けられており、酸化ガス排出配管３６は、酸化ガス排出配管３６ａと酸化ガス排出配管３６ｂとが接続部材１３０により接続されることにより構成されている。
【００３７】
燃料ガス供給配管３２は、自在に曲げたり撓めたりできる管である。このような管は、フレキシブルチューブとも呼ばれる。第１実施例では、燃料ガス供給配管３２は、ゴム製のフレキシブルチューブにより構成されている。燃料ガス供給配管３２は金属製のフレキシブルチューブを用いて構成しても良い。
【００３８】
図３は、第１実施例における燃料ガス供給配管３２の接続部材１００を例示する斜視図である。燃料ガス供給配管３２の接続部材１００は、雄型継手１０１と雌型継手１０３とから構成されている。接続部材１００の雄型継手１０１は、燃料ガス供給配管３２ａと連結する貫通孔が形成された突状部１０２を有しており、雌型継手１０３は、燃料ガス供給配管３２ｂと連結する貫通孔が形成された溝部１０４を有する。突状部１０２の周囲には、図示しないガスケットが設けられている。燃料ガス供給配管３２ａと燃料ガス供給配管３２ｂは、雄型継手１０１の突状部１０２が雌型継手１０３の溝部１０４に挿入され嵌合されることにより接続される。
【００３９】
燃料ガス排出配管３３、酸化ガス供給配管３５、酸化ガス排出配管３６は、燃料ガス供給配管３２と同一のフレキシブルチューブにより構成されている。また、燃料ガス排出配管３３の接続部材１１０は、接続部材１００と同様に、雄型継手１１１と雌型継手１１３とから構成されている。また、酸化ガス供給配管３５の接続部材１２０は、接続部材１００と同様に、雄型継手１２１と雌型継手１０３とから構成されており、酸化ガス排出配管３６の接続部材１３０は、接続部材１００と同様に、雄型継手１３１と雌型継手１３３とから構成されている。
【００４０】
図４は、第１実施例における手動ポンプの連通孔を例示する説明図である。連通孔２０２には、燃料ガス供給配管３２と接続するための接続部材２５２が設けられている。接続部材２５２は、燃料ガス供給配管３２に設けられている接続部材１００の雌型継手１０３と同一の構造を有する。具体的には、図４に示すとおり、接続部材２５２は、ガスを流通させるための貫通孔が形成された溝部１０４を有する。
【００４１】
手動ポンプ２００の連通孔２０４，２０６および２０８には、接続部材２５２と同一の接続部材が設けられている。
【００４２】
メンテナンス時には、整備者は、接続部材１００、１１０，１２０，１３０の接続を外して燃料ガス供給配管３２、燃料ガス排出配管３３，酸化ガス供給配管３５、酸化ガス排出配管３６を分割するとともに、燃料ガス供給配管３２ａ，燃料ガス排出配管３３ａ，酸化ガス供給配管３５ａ、酸化ガス排出配管３６ａを、手動ポンプ２００の連通孔２０２，２０４，２０６，２０８にそれぞれ接続する。燃料ガス供給配管３２，燃料ガス排出配管３３、酸化ガス供給配管３５，酸化ガス排出配管３６は、フレキシブルチューブであるので、図１に示すように、柔軟に曲げることができる。
【００４３】
連通孔２０２の接続部材２５２と燃料ガス供給配管３２ａの雄型継手１１１とが嵌合されると、燃料ガス排出配管３３ａを介して燃料ガス排出口５１と手動ポンプ２００とが連通される。同様に、連通孔２０４の接続部材２５２と燃料ガス排出配管３３ａの雄型継手１１１とが嵌合されると、燃料ガス排出配管３３ａを介して燃料ガス排出口５１と手動ポンプ２００とが連通される。連通孔２０６の接続部材２５２と酸化ガス供給配管３５ａの雄型継手１２１とが嵌合されると、酸化ガス供給配管３５ａを介して酸化ガス供給口６０と手動ポンプ２００とが連通される。連通孔２０８の接続部材２５２と酸化ガス排出配管３６ａの雄型継手１３１とが嵌合されると、酸化ガス排出配管３６ａを介して酸化ガス排出口６１と手動ポンプ２００とが連通される。このように、燃料電池１０に接続された、燃料ガスおよび酸化ガスを流通するための各配管３２，３３，３５，３６を手動ポンプ２００に連結することにより、新たに燃料ガスおよび酸化ガスの燃料電池１０への流入がなくなる。
【００４４】
手動ポンプ２００を繰り返し動作させ、燃料電池１０に残留する燃料ガスおよび酸化ガスを、燃料電池１０と触媒を備える手動ポンプ２００との間で循環させることにより、燃料電池１０に残留する燃料ガスおよび酸化ガスが、燃料電池１０内ではなく手動ポンプ２００内で反応する。この結果、燃料電池１０に残留する燃料ガスおよび酸化ガスの濃度を素早く低下させることができ、燃料電池１０の電圧は迅速に低下される。
【００４５】
Ａ２．メンテナンス時のポンプ動作について：
図５を参照して、メンテナンス時のポンプ動作ついて具体的に説明する。図５（ａ）は、第１実施例における燃料ガスおよび酸化ガス流入時の状態を表す説明図である。図５（ｂ）は、第１実施例における反応後のガス流出時の状態を表す説明図である。図５（ａ）および図５（ｂ）には、円Ｙで示す部分の拡大図を併せて示す。手動ポンプ２００の連通孔２０２には、燃料ガス供給配管３２ａから手動ポンプ２００への流体の移動時にのみ開く逆止弁３０２が設けられている。連通孔２０８にも逆止弁３０２が設けられている。また、連通孔２０４には、手動ポンプ２００から燃料ガス排出配管３３ａへの流体の移動時にのみ開く逆止弁３０４が設けられている。連通孔２０６にも逆止弁３０４が設けられている。各バルブは予め閉じられている。
【００４６】
図５（ａ）に示すように、整備者がハンドル２３０を引いてピストン２２０が矢印Ｐ方向に移動すると、手動ポンプ２００内部の圧力が低下し、連通孔２０２と２０８設けられている逆止弁３０２が開く。この際、連通孔２０４，２０６に設けられた逆止弁３０４は、図５（ａ）に示すように開弁しない。この結果、燃料ガス供給口５０および酸化ガス排出口６１から燃料電池に残留する燃料ガスおよび酸化ガスが手動ポンプ２００に流入する。手動ポンプ２００に流入した燃料ガスおよび酸化ガスは内部に設けられている触媒２１０と反応して消費され、窒素ガス（Ｎ2)などの不活性なガスを含む混合ガスが生成される。なお、混合ガスには、触媒と反応しきらなかった燃料ガスや酸化ガスが含まれる。
【００４７】
図５（ｂ）に示すように、整備者はハンドル２３０を押してピストン２２０が矢印Ｑ方向に押し戻されると、手動ポンプ２００内部の圧力が上昇し、連通孔２０４と２０６に設けられている逆止弁３０４が開くとともに、連通孔２０２と２０８に設けられている逆止弁３０２が閉じる。この結果、混合ガスが燃料ガス排出口５１および酸化ガス供給口６０から燃料電池１０に流入する。
【００４８】
ハンドル２３０を手動でＰ方向とＱ方向に繰り返し動かすことにより、ピストン２２０が移動し、燃料電池１０に残留する燃料ガスおよび酸化ガスが手動ポンプ２００に流入して触媒と反応し消費される。この反応により生成された不活性なガスを燃料電池１０に戻すことにより、燃料電池１０内部が長時間、負圧となることを抑制している。
【００４９】
図６を参照して、本発明の手動ポンプが用いられる燃料電池システムの一例について説明する。図６は。第１実施例における燃料電池システムを例示する説明図である。燃料電池システム１０００は、燃料電池１０と、燃料ガス循環系と、酸化ガス供給系と、排気系とから構成されている。燃料ガス循環系は、高圧水素タンク２０，水素ポンプ４５、燃料ガス供給配管３２，燃料ガス排出配管３３を備える。酸化ガス供給系は、フィルタ４０、コンプレッサ４１、加湿器４２、酸化ガス供給配管３５を備える。排気系は、マフラ４３、希釈器４４、酸化ガス排出配管３６，配管３７を備える。
【００５０】
燃料電池１０と高圧水素タンク２０は、燃料ガス供給配管３２を介して接続されており、燃料ガス供給配管３２には、シャットバルブ２１、２４と減圧バルブ２３と、接続部材１００とが設けられている。燃料ガス供給配管３２は、燃料ガス供給配管３２ａと燃料ガス供給配管３２ｂとが接続部材１００により接続されることにより構成されている。燃料電池１０のアノードには、燃料ガス供給配管３２を介して高圧水素タンク２０から水素が供給される。高圧水素タンク２０に高圧で貯蔵された水素は、その出口に設けられたシャットバルブ２１、減圧バルブ２３によって燃料電池１０に供給される水素の圧力が調整される。
【００５１】
また、燃料電池１０に接続されている燃料ガス排出配管３３には、水素ポンプ４５、接続部材１１０、シャットバルブ２５、逆止弁２８および水素ポンプ４５が設けられており、排出管３４には排出バルブ２６が設けられている。排出管３４は希釈器４４と接続されている。燃料ガス排出配管３３は、燃料ガス排出配管３３ａと燃料ガス排出配管３３ｂとが接続部材１１０により接続されることにより構成されている。アノードからの排気（以下、アノードオフガスと称する）は、燃料ガス排出配管３３に供給される。排出管３４に設けられた排出バルブ２６が閉じられている間は、アノードオフガスは、燃料ガス供給配管３２を介して再び燃料電池１０に循環される。燃料ガス供給配管３２を介して循環させることにより、発電で消費されずにアノードオフガスに残留している水素を有効活用することができる。アノードオフガスの循環中、水素は発電に使用される一方、水素以外の不純物、例えば、カソードからの電解質膜を透過してきた窒素などは消費されずに残留するため、アノードオフガス中の不純物の濃度が徐々に増大する。この状態で、排出バルブ２６が開かれると、アノードオフガスは、排出管３４を通り、希釈器４４で空気によって希釈された後、外部に排出され不純物の循環量が低減する。但し、この際、水素も同時に排出されるため、排出バルブ２６の開弁頻度は、極力抑えることが燃費向上の観点から好ましい。
【００５２】
燃料電池１０とフィルタ４０とは、酸化ガス供給配管３５を介して接続されている。酸化ガス供給配管３５には、フィルタ４０側から順にコンプレッサ４１、加湿器４２、接続部材１２０が設けられている。酸化ガス供給配管３５は、酸化ガス供給配管３５ａと酸化ガス供給配管３５ｂとが接続部材１２０により接続されることにより構成されている。フィルタ４０から吸入され、コンプレッサ４１で圧縮された空気が、加湿器４２で加湿され、酸化ガス供給配管３５から燃料電池１０のカソードに供給される。
【００５３】
また、燃料電池１０は、酸化ガス排出配管３６により外部と接続されている。酸化ガス排出配管３６には、マフラ４３、希釈器４４が設置されている。酸化ガス排出配管３６は、酸化ガス排出配管３６ａと酸化ガス排出配管３６ｂとが接続部材１３０によって接続され構成されている。カソードからの排気（以下、カソードオフガスと称する）は、酸化ガス排出配管３６、マフラ４３を通じて外部に排出される。
【００５４】
燃料電池１０には冷却水循環用の流路が形成されている。冷却水は、ポンプ４６によって、冷却用の配管３７を流れ、ラジエータ８０で冷却されて燃料電池１０を循環し燃料電池１０を冷却する。
【００５５】
以上説明したい第１実施例の燃料電池システムによれば、燃料電池と触媒を備えるシリンダとを連結させることができる。よって、燃料電池に残留する燃料ガスおよび酸化ガスをシリンダ内の触媒で燃焼させて消費させることができ、燃料電池内の燃料ガスおよび酸化ガスの濃度を効率的に低下させることができる。よって、燃料電池の電圧低下を促進できる。
【００５６】
また、第１実施例の燃料電池システムによれば、手動ポンプ２００を用いて、燃料電池１０に残留する燃料ガスおよび酸化ガスを、燃料電池１０と触媒を備える手動ポンプ２００との間で循環させることにより、燃料電池１０に残留する燃料ガスおよび酸化ガスを、燃料電池１０内ではなく手動ポンプ２００内でより多く迅速に反応させることができる。従って、燃料電池１０に残留する燃料ガスおよび酸化ガスの濃度を素早く低下させることができ、燃料電池１０の電圧を迅速に低下させることができる。
【００５７】
また、従来、停止後に酸化ガス、窒素ガスがアノードにリークし、起動時にカソードに異常電位が発生し、燃料ガス供給口近傍のカソード側触媒が他の部位に比べ劣化するという問題があった。第１実施例の燃料電池システムによれば、メンテナンス時には、燃料ガス供給口から手動ポンプへ燃料ガスを流入させ、触媒で反応した後の混合ガスを燃料ガス排出口から燃料電池１０に流入させているため、劣化を抑制すると同時に、触媒の劣化部位を燃料ガス排出口近傍のカソード側にできる。よって、触媒の劣化部位を分散させることができ、耐久性を向上できる。
【００５８】
また、従来、外気から取り入れた酸化ガスは乾燥しているため、燃料電池では、酸化ガス供給口側の電解質膜は乾燥しやすい傾向にある。第１実施例の燃料電池システムによれば、酸化ガス排出口から手動ポンプへ酸化ガスを流入させ、触媒で反応した後の高湿度の混合ガスを酸化ガス供給口から燃料電池１０に流入させているため、酸化ガス供給口側の電解質膜の乾燥を抑制することができ、電解質膜の耐久性を向上できる。
【００５９】
Ｂ．第２実施例：
第２実施例では、手動ポンプの内部に触媒を設けた流路を形成し、燃料電池１０から流入する燃料ガスおよび酸化ガスが流路を通過するように構成することにより、効率的に燃料ガスおよび酸化ガスを反応させ、燃料電池の電圧低下を促進する。
【００６０】
図７は、第２実施例における手動ポンプの動作を例示する説明図である。第２実施例の手動ポンプ２００ａは、第１実施例の手動ポンプ２００の構成に、更に筒状に構成された流路２８０を設けた構成を有する。流路２８０は、燃料ガス供給口５０に連結されている連通孔２０２と、酸化ガス排出口６１に連結されている連通孔２０６との２つの入口２８１，２８２と、手動ポンプ２００ａ内部で開放された出口２８３とを有する。流路２８０の内側には、触媒２１０ａが設けられている。
【００６１】
整備者によりハンドル２３０が引かれピストン２２０が移動されると、連通孔２０２，２０８に設けられている逆止弁３０２が開く。この結果、燃料ガス供給口５０および酸化ガス排出口６１から燃料電池に残留する燃料ガスおよび酸化ガスが手動ポンプ２００内の流路２８０に流入する。流路２８０に流入した燃料ガスおよび酸化ガスは流路２８０内側に設けられている触媒２１０ａと反応して消費され、窒素ガス（Ｎ2)などを含む不活性なガスが生成される。生成された不活性なガスは、流路２８０の出口２８３から２８０内部に流出される。
【００６２】
整備者によりハンドル２３０が押されピストン２２０が矢印Ｑ方向に押し戻されると、連通孔２０４と２０６に設けられている逆止弁３０４が開くとともに、連通孔２０２と２０８に設けられている逆止弁３０２が閉じる。この結果、生成された不活性なガスが燃料ガス排出口５１および酸化ガス供給口６０から燃料電池１０に流入する。
【００６３】
以上説明した第２実施例の燃料電池システムでは、手動ポンプに流入した燃料ガスおよび酸化ガスは、流路を通過するため、長時間触媒に接する。よって、手動ポンプ内で効率的に燃料ガスと酸化ガスとを反応させることができ、燃料電池１０内での燃料ガスおよび酸化ガスと触媒との反応を抑制できる。従って、燃料電池の電圧低下を促進でき、メンテナンス時における作業者の安全性を向上できる。
【００６４】
Ｃ．変形例
（１）第１実施例では、手動ポンプのシリンダ内部に板状に形成された触媒２１０を配置しているが、例えば手動ポンプのシリンダの内側全面に触媒を設けてもよい。図８は、変形例における手動ポンプの動作を例示する説明図である。本変形例の手動ポンプ２００ｂは、第１実施例の手動ポンプ２００の構成とは、触媒の配置以外は同一の構成を備える。第３実施例では、触媒２１０ｂが、シリンダ２０１の内側全面に設けられている。
【００６５】
本変形例によれば、燃料電池１０から流入した燃料ガスおよび酸化ガスの、触媒と接する面積が増加するため、燃料ガスと酸化ガスとの燃焼量を増加できる。従って、燃料電池１０に残留する燃料ガスと酸化ガスとの濃度低下を促進でき、燃料電池１０内の触媒の劣化を抑制できる。
【００６６】
（２）第１実施例および第２実施例では、配管４本すべてを手動ポンプに連結しているが、例えば、手動ポンプに連結する配管を２本としてもよい。この場合、燃料ガス供給配管３２，燃料ガス排出配管３３のいずれか一方、酸化ガス供給配管３５、酸化ガス排出配管３６のいずれか一方を手動ポンプに連結し、燃料電池から手動ポンプへのガスの流入、手動ポンプから燃料電池へのガスの流出を同一配管により行えばよい。
【００６７】
（３）第１実施例および第２実施例では、燃料ガス供給配管および酸化ガス排出配管３６からガスを手動ポンプに流入させ、燃料ガス排出配管３３および酸化ガス供給配管３５からガスを流出させているが、ガスの流入・流出を行う配管はどのような組み合わせでも良い。例えば、アノード排出配管から流入し、カソード排出配管からから流出としてもよい。
【００６８】
（４）第１実施例では、燃料電池１０と手動ポンプとを連結するために配管を分割しているが、例えば、ポンプが燃料ガス供給口、燃料ガス排出口、酸化ガス供給口、酸化ガス排出口と接続するための部材を予め備えていても良い。この場合、配管を給排口から外してポンプを直接給排口に連結すればよい。
【００６９】
（５）第１実施例および第２実施例では、循環部材として手動ポンプを用いているが、電動ポンプを用いても良い。ただし、安全性の観点からは手動ポンプの方が好ましい。
【００７０】
（６）手動ポンプの連通孔に設けられている逆止弁は、配管が接続されると開閉可能となるように構成してもよい。
【００７１】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】第１実施例における燃料電池のメンテナンス時の構成を例示する説明図。
【図２】第１実施例における通常動作時の配管について例示する平面図。
【図３】第１実施例における燃料ガス供給配管の接続部材を例示する斜視図。
【図４】第１実施例における手動ポンプの連通孔を例示する説明図。
【図５】第１実施例における手動ポンプの動作を例示する説明図。
【図６】第１実施例における燃料電池システムの構成を例示する説明図。
【図７】第２実施例における手動ポンプの動作を例示する説明図。
【図８】変形例における手動ポンプの動作を例示する説明図。
【符号の説明】
【００７３】
１０…燃料電池
３２、３２ａ、３２ｂ…燃料ガス供給配管
３３、３３ａ、３３ｂ…燃料ガス排出配管
３５、３５ａ、３５ｂ…酸化ガス供給配管
３６、３６ａ、３６ｂ…酸化ガス排出配管
５０…燃料ガス供給口
５１…燃料ガス排出口
６０…酸化ガス供給口
６１…酸化ガス排出口
１００…接続部材
１０１、１１１、１２１、１３１…雄型継手
１０２…突状部
１０３、１１３、１３３…雌型継手
１０４…溝部
１１０、１２０、１３０…接続部材
２００、２００ａ、２００ｂ…手動ポンプ
２０１…シリンダ
２０２、２０４、２０６、２０８…連通孔
２１０、２１０ａ、２１０ｂ…触媒
２２０…ピストン
２３０…ハンドル
２５２…接続部材
２８０…流路
２８１…入口
２８３…出口
３０２、３０４…逆止弁
【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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