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JP5504293B2 - 燃料電池システムの運転停止方法および燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システムの運転停止方法および燃料電池システム Download PDF

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JP5504293B2 JP2012010599A JP2012010599A JP5504293B2 JP 5504293 B2 JP5504293 B2 JP 5504293B2 JP 2012010599 A JP2012010599 A JP 2012010599A JP 2012010599 A JP2012010599 A JP 2012010599A JP 5504293 B2 JP5504293 B2 JP 5504293B2
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Description

本発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムおよびその運転停止方法に関する。
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス、例えば水素ガス）をアノード電極に供給し、酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス、例えば空気）をカソード電極に供給して、電気化学反応により、直流の電流エネルギを得るものである。
燃料電池として、例えば、固体高分子形燃料電池が知られている。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、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly；ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持している。一方のセパレータと膜電極接合体との間には、アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路が形成されるとともに、他方のセパレータと膜電極接合体との間には、カソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路が形成されている。
ところで、燃料電池の停止時には、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給が停止されるものの、燃料電池の燃料ガス流路内に燃料ガスが残留し、燃料電池の酸化剤ガス流路内に酸化剤ガスが残留した状態となっている。このため、特に、燃料電池の停止期間が長くなると、残留した燃料ガスや酸化剤ガスが電解質膜を透過して、電極の触媒や触媒支持体を劣化させ、燃料電池の寿命を低減させるおそれがある。
そこで、例えば、特許文献１に開示された燃料電池システムは、水素（燃料ガス）および空気（酸化剤ガス）を反応させる燃焼器を備え、燃料電池の停止時には、燃焼器からの酸素が消費された空気（窒素ガス）を燃料電池のカソード（酸化剤ガス流路）およびアノード（燃料ガス流路）に供給する技術が知られている。
特表２００７−５０６２４３号公報
谷本一美、永井功、「蓄電池・燃料電池研究の新展開 低炭素社会の実現を目指して 実用化近づく固体高分子形燃料電池の課題への取組み」、産総研ＴＯＤＡＹ、２００９年８月１日、第９巻、第８号、ｐ．１２−１３
しかしながら、特許文献１に開示された燃料電池システムは、燃焼器や燃焼器に燃料ガスを供給するための弁（燃料不活性弁）などが必要となりシステム構成が複雑となる。
また、燃料電池の起動時に、アノードガスを窒素ガスから水素ガスへ切り替える際、カソード側が部分的に高電位状態になることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
特許文献１に開示された燃料電池システムは、燃料電池の停止時にアノード（燃料ガス流路）を窒素ガス（酸素が消費された空気）で置換しているため、燃料電池の起動時において、アノード（燃料ガス流路）に水素ガスを供給すると、カソード側が部分的に高電位状態になることにより、電極の触媒や触媒支持体を劣化させ、燃料電池の寿命を低減させるおそれがある。
そこで、本発明は、燃料電池の劣化を抑制する燃料電池システムの運転停止方法および燃料電池システムを提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、アノード側に供給される燃料ガスおよびカソード側に供給される酸素を含む空気である酸化剤ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給路および燃料ガス供給装置と、前記燃料電池からの燃料排ガスを排出する燃料排ガス排出路と、前記燃料排ガスを前記燃料電池のアノード側へ再循環させる燃料排ガス再循環路と、前記燃料排ガス再循環路の作動状態を制御する燃料排ガス再循環装置と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路と、前記燃料電池からの酸化剤排ガスを排出する酸化剤排ガス排出路と、前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させる酸化剤排ガス再循環路と、前記酸化剤排ガス再循環路の作動状態を制御する酸化剤排ガス再循環路制御装置と、前記酸化剤ガス供給路を封止する酸化剤ガス供給路封止装置と、前記酸化剤排ガス排出路における前記酸化剤排ガス再循環路との接続部の下流部を封止する酸化剤排ガス排出路封止装置と、を備える燃料電池システムの運転停止方法であって、前記燃料電池システムの停止の際、前記燃料電池のアノード側の圧力を、運転停止後の前記燃料電池のアノード側の前記燃料ガスの保有量を維持可能な所定圧力まで上昇させるアノード圧上昇工程と、前記燃料ガスの供給を停止し、前記燃料排ガス再循環装置を作動させて前記燃料排ガスを前記燃料電池のアノード側へ再循環させ、前記酸化剤排ガス排出路封止装置により前記酸化剤排ガス排出路を封止し、前記酸化剤排ガス再循環路制御装置により前記酸化剤排ガス再循環路を作動させて前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させ、前記燃料電池を発電させる第１の工程と、前記燃料排ガス再循環装置による前記燃料排ガスの再循環を停止し、前記酸化剤排ガス再循環路制御装置による前記酸化剤排ガスの再循環を停止し、前記燃料電池の発電を停止させ、前記酸化剤ガス供給路封止装置により前記酸化剤ガス供給路を封止する第２の工程と、を有することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法である。
このような構成によれば、燃料電池のアノード側は、燃料ガスが封入され、燃料電池のカソード側は、酸素が消費された酸化剤排ガスが封入された状態で、燃料電池システムを停止することができる。これにより、燃料電池の停止期間が長くなっても、電極の触媒や触媒支持体の劣化を抑制することができる。また、燃料電池システムの起動時には、アノード側に燃料ガスがある状態となっており、起動時のカソード高電位が発生せず、触媒の劣化を抑制することができる。なお、「停止の際」とは、例えば、燃料電池システムの停止指令を検出した際である。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、アノード側に供給される燃料ガスおよびカソード側に供給される酸素を含む空気である酸化剤ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給路および燃料ガス供給装置と、前記燃料電池からの燃料排ガスを排出する燃料排ガス排出路と、前記燃料排ガスを前記燃料電池のアノード側へ再循環させる燃料排ガス再循環路と、前記燃料排ガス再循環路の作動状態を制御する燃料排ガス再循環装置と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路と、前記燃料電池からの酸化剤排ガスを排出する酸化剤排ガス排出路と、前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させる酸化剤排ガス再循環路と、前記酸化剤排ガス再循環路の作動状態を制御する酸化剤排ガス再循環路制御装置と、前記酸化剤ガス供給路における前記酸化剤排ガス再循環路との接続部の上流部を封止する酸化剤ガス供給路封止装置と、前記酸化剤排ガス排出路における前記酸化剤排ガス再循環路との接続部の下流部を封止する酸化剤排ガス排出路封止装置と、を備える燃料電池システムの運転停止方法であって、前記燃料電池システムの停止の際、前記燃料電池のアノード側の圧力を、運転停止後の前記燃料電池のアノード側の前記燃料ガスの保有量を維持可能な所定圧力まで上昇させるアノード圧上昇工程と、前記燃料ガスの供給を停止し、前記燃料排ガス再循環装置を作動させて前記燃料排ガスを前記燃料電池のアノード側へ再循環させ、前記酸化剤ガス供給路封止装置により前記酸化剤ガス供給路を封止し、前記酸化剤排ガス排出路封止装置により前記酸化剤排ガス排出路を封止し、前記酸化剤排ガス再循環路制御装置により前記酸化剤排ガス再循環路を作動させて前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させ、前記燃料電池を発電させる第１の工程と、前記燃料排ガス再循環装置による前記燃料排ガスの再循環を停止し、前記酸化剤排ガス再循環路制御装置による前記酸化剤排ガスの再循環を停止し、前記燃料電池の発電を停止させる第２の工程と、を有することを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法である。
また、前記燃料電池システムの運転停止方法において、前記燃料ガス供給装置は、遮断弁と、前記遮断弁の下流に設けられる開閉装置と、前記遮断弁と開閉装置とを接続する配管である中間圧領域配管と、を有し、前記アノード圧上昇工程において、前記遮断弁により前記燃料ガスの供給を停止した後、前記中間圧領域配管内の前記燃料ガスを前記燃料電池のアノード側に供給し、前記燃料電池のアノード側の圧力が前記所定圧力以上になると、前記第１の工程において、前記開閉装置を閉塞して、前記中間圧領域配管から前記燃料電池のアノード側への前記燃料ガスの供給を遮断することが好ましい。
このような構成によれば、燃料電池のアノード側は、燃料ガスが封入され、燃料電池のカソード側は、酸素が消費された酸化剤排ガスが封入された状態で、燃料電池システムを停止することができる。これにより、燃料電池の停止期間が長くなっても、電極の触媒や触媒支持体の劣化を抑制することができる。また、燃料電池システムの起動時には、アノード側に燃料ガスがある状態となっており、起動時のカソード高電位が発生せず、触媒の劣化を抑制することができる。加えて、酸化剤ガス供給路封止装置および酸化剤排ガス排出路封止装置により酸化剤ガス供給路および酸化剤排ガス排出路を封止した状態で、酸化剤排ガスを再循環させながら酸化剤排ガス中の酸素を消費させるので、より確実に酸素を消費させることができる。
また、前記燃料電池システムの運転停止方法において、前記第１の工程において、前記燃料電池のカソード側に残存する前記酸化剤ガスの酸素が消費されたと判断されると、前記第１の工程を終了して前記第２の工程を実行することが好ましい。
このような構成によれば、封止された燃料電池のカソード側の酸素量を低減させ、燃料電池の停止期間が長くなっても、電極の触媒や触媒支持体の劣化を抑制することができる。
また、前記燃料電池システムの運転停止方法において、前記第１の工程において、前記燃料電池のアノード側における圧力であるアノード圧力が所定値未満となると、前記第１の工程を終了して前記第２の工程を実行することが好ましい。
アノード圧力が低下することによりアノードの燃料不足が発生してアノードの電位が上昇し燃料電池の触媒が劣化するおそれがあるが、前記の構成によれば、アノード圧力が所定値未満となると第１の工程を終了し、燃料電池の発電を終了させるので、燃料電池の触媒が劣化することを抑止することができる。
また、前記燃料電池システムの運転停止方法において、前記第１の工程において、前記燃料電池のセル電圧が所定値未満となると、前記第１の工程を終了して前記第２の工程を実行することが好ましい。
このような構成によれば、アノードの燃料不足が発生しているおそれをセル電圧を監視することにより検知して、アノードの燃料不足を抑止して、燃料電池の触媒が劣化することを抑止することができる。
また、前記燃料電池システムの運転停止方法において、前記第１の工程において、前記燃料電池の総電圧が所定値未満となると、前記第１の工程を終了して前記第２の工程を実行することが好ましい。
このような構成によれば、再循環する酸化剤排ガス中の酸素が十分に消費されたことを、燃料電池の総電圧が所定値未満となるとにより検知して、第２の工程を実行することができるので、燃料電池のカソード側は、酸素が十分に消費された酸化剤排ガスが封入された状態で、燃料電池システムを停止することができる。
また、前記燃料電池システムの運転停止方法において、前記第１の工程において、前記燃料電池を発電させる際、前記燃料電池の発電電圧を制御する電圧制御を実行することが好ましい。
また、前記燃料電池システムの運転停止方法において、前記電圧制御時において、前記燃料電池の発電電流が所定の最大発電電流未満となるように制御することが好ましい。
また、前記燃料電池システムの運転停止方法において、前記電圧制御時において、前記燃料電池の発電電圧の変化幅が所定の最大変化幅未満となるように制御することが好ましい。
このような構成によれば、アノードの電位が上昇することを抑制し、燃料電池の触媒が劣化することを抑止することができる。
また、前記燃料電池システムの運転停止方法において、前記電圧制御時において、前記燃料電池の発電電圧が一定電圧を所定時間、保持するように制御することが好ましい。
このような構成によれば、効率よく再循環する酸化剤排ガス中の酸素濃度を効率よく低減させることができる。
また、前記燃料電池システムの運転停止方法において、前記電圧制御時において、前記燃料電池の発電電流が所定の閾値以下となった時から所定時間が経過すると前記第１の工程を終了して前記第２の工程を実行することが好ましい。
このような構成によれば、再循環する酸化剤排ガス中の酸素を十分に消費させることができるので、燃料電池のカソード側は酸素が十分に消費された酸化剤排ガスが封入された状態で燃料電池システムを停止することができる。
また、前記燃料電池システムの運転停止方法において、前記第１の工程において、前記酸化剤排ガス再循環路制御装置は、前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させることが好ましい。
このような構成によれば、燃料電池の面内と積層方向へ均等に流体を流すことができるので、局所的に電位が上昇することを抑制し、燃料電池の触媒が劣化することを抑止することができる。
また、前記燃料電池システムの運転停止方法において、前記燃料電池システムは、前記燃料排ガス排出路および前記酸化剤排ガス排出路が接続される希釈器と、前記酸化剤ガス供給路から希釈器に前記酸化剤ガスを供給するバイパス路と、前記バイパス路の作動状態を制御するバイパス路制御装置と、を更に備え、前記第２の工程の後に、前記バイパス路制御装置を作動させて前記酸化剤ガスを前記希釈器に導入して掃気する掃気工程を更に有することが好ましい。
このような構成によれば、燃料電池のカソード側が封止された状態のまま希釈器を掃気して、燃料電池システムの運転停止処理を終了させることができる。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、アノード側に供給される燃料ガスおよびカソード側に供給される酸素を含む空気である酸化剤ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、前記燃料電池からの燃料排ガスを排出する燃料排ガス排出路と、前記燃料排ガスを前記燃料電池のアノード側へ再循環させる燃料排ガス再循環路と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路と、前記燃料電池からの酸化剤排ガスを排出する酸化剤排ガス排出路と、前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させる酸化剤排ガス再循環路と、を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池の停止指令を検出した際、前記燃料電池のアノード側の圧力を、運転停止後の前記燃料電池のアノード側の前記燃料ガスの保有量を維持可能な所定圧力まで上昇させ、前記燃料ガスの供給を停止し、前記燃料排ガスを前記燃料電池のアノード側へ再循環させ、前記酸化剤排ガス排出路を封止し、前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させ、前記燃料電池を発電させる再循環発電手段と、前記燃料排ガスの再循環を停止し、前記酸化剤排ガスの再循環を停止し、前記燃料電池の発電を停止させ、前記燃料電池のカソード側を封止する封止手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システムである。
このような構成によれば、燃料電池のアノード側は、燃料ガスが封入され、燃料電池のカソード側は、酸素が消費された酸化剤排ガスが封入された状態で、燃料電池システムを停止することができる。これにより、燃料電池の停止期間が長くなっても、電極の触媒や触媒支持体の劣化を抑制することができる。また、燃料電池システムの起動時には、アノード側に燃料ガスがある状態となっており、起動時のカソード高電位が発生せず、触媒の劣化を抑制することができる。
本発明によれば、燃料電池の劣化を抑制する燃料電池システムの運転停止方法および燃料電池システムを提供することができる。
第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 第１実施形態に係る燃料電池システムの運転停止処理のフローチャートである。 第１実施形態に係る燃料電池システムの運転停止処理のタイムチャートである。 第２実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 第２実施形態に係る燃料電池システムの運転停止処理のフローチャートである。 第２実施形態に係る燃料電池システムの運転停止処理のタイムチャートである。
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
≪第１実施形態に係る燃料電池システム≫
まず、第１実施形態に係る運転停止方法が実施される燃料電池システムＳの構成について、図１を用いて説明する。
図１に示す燃料電池システムＳは、例えば、図示しない燃料電池車（移動体）に搭載されている。
燃料電池システムＳは、燃料電池スタック１０（燃料電池）と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を給排するカソード系と、アノード系からの燃料排ガスおよびカソード系からの酸化剤排ガスを燃料電池システムＳの外へ排気する希釈排気系と、燃料電池スタック１０の出力端子（図示せず）に接続され、燃料電池スタック１０の発電電力を負荷に供給する電力供給系と、これらを電子制御する制御手段であるＥＣＵ８０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。なお、燃料ガス、酸化剤ガスの具体的種類はこれに限定されるものではない。
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば数十〜数百枚）の固体高分子型の単セル（燃料電池）が積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly；膜電極接合体）と、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソード（電極）とを備えている。
アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体と、これに担持され、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）と、を含んでいる。
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１０ａ（燃料ガス流路）、カソード流路１０ｃ（酸化剤ガス流路）として機能している。また、このようなアノード流路１０ａ、カソード流路１０ｃは、特に単セルの全面に水素、空気を供給するべく、複数に分岐、合流等しており、その流路断面積は極小となっている。
そして、アノード流路１０ａを介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１０ｃを介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１０と後記する負荷７２とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
２Ｈ２→４Ｈ+＋４ｅ- ……（１）
Ｏ２＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ２Ｏ ……（２）
このように燃料電池スタック１０が発電すると、水分（水蒸気）がカソードで生成され、カソード流路１０ｃから排出される酸化剤排ガスは多湿となる。
＜アノード系＞
アノード系は、図示しない水素タンクと、遮断弁２１と、エゼクタ２２と、水素ポンプ２３と、アノードパージ弁２４と、を備えている。
水素タンク（図示せず）から、配管３１ａ、遮断弁２１、配管３１ｂ、エゼクタ２２、配管３１ｃを介して、アノード流路１０ａの入口に接続する燃料ガス供給路が形成されている。そして、水素タンクの水素（燃料ガス）が、燃料ガス供給路（配管３１ａ、遮断弁２１、配管３１ｂ、エゼクタ２２、配管３１ｃ）を通って、アノード流路１０ａに供給されるようになっている。
遮断弁２１は、常閉型の遮断弁であり、ＥＣＵ８０により開閉が制御されるようになっている。ＥＣＵ８０は、燃料電池システムＳの運転時（燃料電池スタック１０の発電時）、遮断弁２１を開弁するようになっている。
エゼクタ２２は、水素タンク（図示せず）からの水素（燃料ガス）をノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧によって配管３３の燃料排ガスを吸引するものである。なお、エゼクタ２２は、ＥＣＵ８０により開閉が制御されるようになっている。
アノード流路１０ａの出口は、配管３２ａおよび配管３３を介して、エゼクタ２３の吸気口に接続されている。そして、アノード流路１０ａから排出された燃料排ガスは、配管３２ａおよび配管３３を通って、エゼクタ２２に向かい、燃料排ガス（水素）が循環するようになっている。
なお、燃料排ガスは、アノードにおける電極反応で消費されなかった水素、及び、水蒸気を含んでいる。また、配管３３には、燃料排ガスに含まれる水分（凝縮水（液体）、水蒸気（気体））を分離・回収する気液分離器（図示せず）が設けられている。
また、アノード流路１０ａの出口と接続された配管３２ａから分岐する配管３４ａは、水素ポンプ２３の吸込口と接続され、水素ポンプ２３の吐出口は、配管３４ｂを介して配管３１ｃと接続され、アノード流路１０ａの出口から配管３２ａ、配管３４ａ、水素ポンプ２３、配管３４ｂ、配管３１ｃを介してアノード流路１０ａの入口に接続する燃料排ガス再循環路が形成されている。
水素ポンプ２３は、ＥＣＵ８０により運転が制御され、配管３２ａからの燃料排ガスを圧縮し、配管３１ｃへ圧送することができるようになっている。
配管３２ａは、アノードパージ弁２４、配管３２ｂを介して、後記する希釈器６０に接続され、燃料排ガス排出路が形成されている。
アノードパージ弁２４は、常閉型の遮断弁であり、ＥＣＵ８０により開閉が制御されるようになっている。ＥＣＵ８０は、燃料電池スタック１０の発電が安定していないと判定された場合、所定開弁時間にて、アノードパージ弁２４を開弁するようになっている。
＜カソード系＞
カソード系は、インテイク４１と、エアポンプ４２と、加湿器４３と、入口封止弁４４と、出口封止弁４５と、ＣＰＣＶ（Cathode Purge Control Valve；カソード背圧弁）４６と、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation；排気再循環）弁４７と、を備えている。
外気を取り込むインテイク４１から、配管５１ａ、エアポンプ４２、配管５１ｂ、加湿器４３、配管５１ｃ、入口封止弁４４、配管５１ｄを介して、カソード流路１０ｃの入口に接続する酸化剤ガス供給路が形成されている。そして、インテイク４１から取り込まれた空気（酸化剤ガス）が、酸化剤ガス供給路（配管５１ａ、エアポンプ４２、配管５１ｂ、加湿器４３、配管５１ｃ、入口封止弁４４、配管５１ｄ）を通って、カソード流路１０ｃに供給されるようになっている。
エアポンプ４２は、ＥＣＵ８０により運転が制御され、配管５１ａからの空気を圧縮し、配管５１ｂへ圧送することができるようになっている。
加湿器４３は、水分透過性を有する複数の中空糸膜（図示せず）を備えている。そして、加湿器４３は、中空糸膜（図示せず）を介して、カソード流路１０ｃに向かう空気（配管５１ｃから配管５１ｄに流れる空気）とカソード流路１０ｃから排出された多湿の酸化剤排ガス（配管５２ｂから配管５２ｃに流れる酸化剤排ガス）とを水分交換させ、カソード流路１０ｃに向かう空気を加湿するようになっている。
入口封止弁４４は、ＥＣＵ８０により開閉が制御されるようになっている。
カソード流路１０ｃの出口は、配管５２ａ、出口封止弁４５、配管５２ｂ、加湿器４３、配管５２ｃ、ＣＰＣＶ４６、配管５２ｄを介して、後記する希釈器６０に接続され、酸化剤排ガス排出路が形成されている。
出口封止弁４５は、ＥＣＵ８０により開閉が制御されるようになっている。
ＣＰＣＶ４６は、例えばバタフライ弁で構成され、その開度がＥＣＵ８０によって制御されることで、カソード流路１０ｃにおける空気の圧力を制御するものである。詳細には、ＣＰＣＶ４６の開度が小さくなると、カソード流路１０ｃにおける空気の圧力が上昇し、体積流量当たりにおける酸素濃度（体積濃度）が高くなる。逆に、ＣＰＣＶ４６の開度が大きくなると、カソード流路１０ｃにおける空気の圧力が下降し、体積流量当たりにおける酸素濃度（体積濃度）が低くなる。
また、カソード流路１０ｃの出口と接続された配管５２ａから分岐する配管５３ａは、ＥＧＲ弁４７の一端と接続され、ＥＧＲ弁４７の他端は、配管５３ｂを介して配管５１ａと接続され、カソード流路１０ｃの出口から配管５２ａ、配管５３ａ、ＥＧＲ弁４７、配管５３ｂ、配管５１ａ、エアポンプ４２、配管５１ｂ、加湿器４３、配管５１ｃ、入口封止弁４４、配管５１ｄを介してカソード流路１０ｃの入口に接続する酸化剤排ガス再循環路が形成されている。
ＥＧＲ弁４７は、常閉型の遮断弁であり、ＥＣＵ８０により開閉が制御されるようになっている。なお、入口封止弁４４、出口封止弁４５、ＥＧＲ弁４７を全て閉弁することにより、カソード流路１０ｃを封止することができるようになっている。
＜希釈排気系＞
希釈排気系は、希釈器６０と、バイパスバルブ６１と、オリフィス６２と、アシストバルブ６３と、を備えている。
エアポンプ４２の吐出口と接続された配管５１ｂは、配管６４ａ、バイパスバルブ６１、配管６４ｂ、配管５２ｄを介して希釈器６０と接続する流路が形成されている。即ち、燃料電池スタック１０のカソード流路１０ｃをバイパスして、エアポンプ４２から希釈器６０に空気を送ることができるようになっている。
また、エアポンプ４２の吐出口と接続された配管５１ｂは、配管６５ａ、オリフィス６２ｂ、配管６５ｂ、アシストバルブ６３、配管６５ｃを介して希釈器６０と接続する流路が形成されている。
バイパスバルブ６１およびアシストバルブ６３は、常閉型の遮断弁であり、ＥＣＵ８０により開閉が制御されるようになっている。
希釈器６０は、酸化剤排ガス排出路の配管５２ｄからの酸化剤排ガス、または、開弁したバイパスバルブ６１を介して供給される空気を用いて、燃料排ガス排出路の配管３２ｂからの燃料排ガスを希釈して排出することができるようになっている。なお、開弁したアシストバルブ６３を介して希釈器６０に供給される空気は、希釈器６０内に気流を発生させ、燃料排ガスと酸化剤排ガス（空気）との希釈（混合）を促進させるようになっている。
＜電力供給系＞
電力供給系は、燃料電池スタック１０の出力端子（図示せず）に接続され、コンタクタ７１などを備え、燃料電池スタック１０の発電電力を負荷７２に供給する。
コンタクタ７１は、燃料電池スタック１０の出力端子（図示せず）と負荷７２との接続を遮断することができるようになっており、ＥＣＵ８０により制御されるようになっている。
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ８０は、燃料電池システムＳを電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮し、遮断弁２１、エゼクタ２２、水素ポンプ２３、アノードパージ弁２４、エアポンプ４２、入口封止弁４４、出口封止弁４５、ＣＰＣＶ４６、ＥＧＲ弁４７、バイパスバルブ６１、アシストバルブ６３、コンタクタ７１等の各種機器を制御するようになっている。
また、燃料電池システムＳには各種センサが設けられており、検出された信号はＥＣＵ８０に送信されるようになっている。
≪第１実施形態に係る燃料電池システムの運転停止処理≫
次に、図２および図３を用いて、第１実施形態に係る燃料電池システムＳの運転停止処理について説明する。図２は、第１実施形態に係る燃料電池システムＳの運転停止処理のフローチャートである。図３は、第１実施形態に係る燃料電池システムの運転停止処理のタイムチャートである。
運転停止処理は、図３に示すように、ＥＧＲ準備工程Ｓ１（図２におけるステップＳ１０１からＳ１０５）、ＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２（図２におけるステップＳ１０６からＳ１０９）、希釈器掃気工程Ｓ３（図２におけるステップＳ１１０，Ｓ１１１）、停止工程Ｓ４（図２におけるステップＳ１１２）の順に行う。
ＥＧＲ準備工程Ｓ１は、酸化剤排ガス再循環路を形成するとともに、後段のＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２で消費する水素の量と、運転停止後のアノード流路１０ａの水素保有量を維持するために、あらかじめ燃料電池スタック１０のアノード流路１０ａの圧力（アノード圧力）を所定圧力（圧力ＰDC）まで上昇させる工程である。
ＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２は、燃料電池スタック１０のカソード流路１０ｃに酸化剤排ガスを循環させながら発電を行った後、カソード流路１０ｃを封止する工程である。
希釈器掃気工程Ｓ３は、希釈器６０内の燃料排ガスを希釈して、掃気する工程である。
停止工程Ｓ４は、燃料電池システムＳの運転停止処理を完了して燃料電池システムＳを停止させる工程である。
ＥＣＵ８０が実行する運転停止処理について、図３を参照しつつ、図２を用いて説明する。ＥＣＵ８０は、燃料電池システムＳの停止指令（ＩＧ−ＯＦＦ）を検出すると、図２に示す運転停止処理を開始する。
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ８０は、遮断弁２１を閉弁する。なお、アノードパージ弁２４は閉弁されているものとする。
ちなみに、遮断弁２１は閉弁されているが、遮断弁２１からエゼクタ２２までの残圧によりアノード圧力を上昇させるようになっている。
そして、ＥＣＵ８０の処理は、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ８０は、ＣＰＣＶ４６を閉弁（全閉）し、ＥＧＲ弁４７を開弁し、エアポンプ４２の回転速度を所定の回転速度に制御する。
これにより、カソード流路１０ｃの出口から配管５２ａ、配管５３ａ、ＥＧＲ弁４７、配管５３ｂ、配管５１ａ、エアポンプ４２、配管５１ｂ、加湿器４３、配管５１ｃ、入口封止弁４４、配管５１ｄを介してカソード流路１０ｃの入口に接続する酸化剤排ガス再循環路が形成される。
ここで、エアポンプ４２の回転速度は、後段のＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２において、燃料電池スタック１０のカソード流路１０ｃにおける面内と積層方向へ均等に流体を流すことができる所定の流量以上となるように制御される。なお、所定の流量は、予め実験等により定められている。
また、ステップＳ１０３において、ＥＣＵ８０は、水素ポンプ２３を所定の回転速度で作動させる。
これにより、燃料電池スタック１０のアノード流路１０ａ内の水が排水され、電解質膜のアノード面に均一に水素を流すことができる。
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ８０は、燃料電池スタック１０のアノード流路１０ａの圧力（アノード圧力）が、所定の圧力ＰDC以上で有るか否かを判定する。ここで、所定の圧力ＰDCとは、後述するＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２を開始するか否かを判定する閾値である。
アノード圧力がＰDC以上でない場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１０４を繰り返す。アノード圧力がＰDC以上の場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ８０はエゼクタ２２を停止（閉）させる。
ここで、図３を参照して、ＥＧＲ準備工程Ｓ１について総括する。
停止指令（ＩＧ−ＯＦＦ）を検出すると、遮断弁２１を閉弁するが、遮断弁２１からエゼクタ２２までの残圧により、エゼクタ２２から燃料電池スタック１０のアノード流路１０ａに水素が供給され、アノード圧力が上昇するようになっている。そして、アノード圧力が所定の圧力ＰDC以上となると、エゼクタ２２を停止（閉）させ、水素の供給を終了する。
また、後段のＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２の準備として、ＣＰＣＶ４６を閉弁して酸化剤排ガス排出路を閉鎖して、ＥＧＲ弁４７を開弁して酸化剤排ガス再循環路を形成し、水素ポンプ２３およびエアポンプ４２を所定の回転速度で動作させるようになっている。
図２に戻り、ステップＳ１０２およびステップＳ１０５の処理が終了すると、ステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ８０は、所定の電圧プロファイルにしたがって燃料電池スタック１０で発電を行うように発電電圧を制御する。ここで、触媒の劣化を抑止するため、燃料電池スタック１０の発電電流が所定の最大発電電流未満となるように制御することが好ましい。また、燃料電池スタック１０の発電電圧の変化幅が所定の最大変化幅未満となるように制御することが好ましい。なお、燃料電池スタック１０で発電された電力は、負荷７２へと供給される。
ここで、電圧プロファイルによる電圧制御は、例えば、発電電圧が一定電圧（例えば、２００Ｖ）を保持するように制御するとともに、発電電流が所定の閾値以下となった時から所定時間が経過した後に終了する。なお、所定時間は、カソード流路１０ｃ内の酸素が十分に消費されるのに要する時間であり、予め実験等により定められている。
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ８０は、早期終了条件を満たしているか否かを判定する。ここで、早期終了条件とは、ステップＳ１０６で設定した電圧プロファイル制御が終了する前に、ＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２を終了させると判断するための条件である。
図３に示すように、ＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２において、アノード流路１０ａおよび燃料排ガス再循環路を循環する燃料排ガス中の水素が消費されることにより、アノード圧力が低下する。アノード圧力が低下しすぎると、アノードの燃料不足が発生してアノードの電位が上昇し、触媒が劣化するおそれがある。
このため、ＥＣＵ８０はアノード圧力を監視し、アノード圧力が所定圧力より小さくなった場合、早期終了条件を満たしていると判定する。
また、燃料電池スタック１０（燃料電池）のセル電圧が所定値より小さくなった場合、アノードの燃料不足が発生しているおそれがある。アノードの燃料不足が発生すると、アノードの電位が上昇して触媒が劣化するおそれがある。
このため、ＥＣＵ８０は燃料電池スタック１０（燃料電池）のセル電圧を監視し、セル電圧が所定値より小さくなった場合、早期終了条件を満たしていると判定する。
また、総電圧（燃料電池スタック１０の電圧）が所定電圧（例えば、電圧プロファイル制御における所定電圧）より小さくなった場合、カソード流路１０ｃ内の酸素が十分に消費されたものと考えられる。
このため、ＥＣＵ８０は燃料電池スタック１０の総電圧を監視し、総電圧が所定電圧より小さくなった場合、早期終了条件を満たしていると判定する。
いずれの早期終了条件も満たしていない場合（Ｓ１０７・Ｎｏ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１０８に進む。一方、少なくとも１つの早期終了条件を満たしている場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１０９に進む。
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ８０は、所定の電圧プロファイルが終了したか否かを判定する。
所定の電圧プロファイルが終了していない場合（Ｓ１０８・Ｎｏ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１０７に戻る。所定の電圧プロファイルが終了している場合（Ｓ１０８・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１０９に進む。
ステップＳ１０９において、ＥＣＵ８０は、入口封止弁４４、出口封止弁４５、ＥＧＲ弁４７を閉弁し、水素ポンプ２３を停止させコンタクタ７１をオフ（切断）にする。
これにより、燃料電池スタック１０と負荷７２との接続が遮断され、燃料電池スタック１０のカソード流路１０ｃが封止される。
ここで、図３を参照して、ＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２について総括する。
水素ポンプ２３を動作して燃料排ガスを燃料排ガス再循環路およびアノード流路１０ａで再循環させ、エアポンプ４２を動作して酸化剤排ガスを酸化剤排ガス再循環路およびカソード流路１０ｃで再循環させ、燃料電池スタック１０で発電することにより、再循環する酸化剤排ガス中の酸素を消費させる。そして、酸素が十分に消費されたと判断すると（電圧プロファイルの終了）、入口封止弁４４および出口封止弁４５を閉弁してカソード流路１０ｃを酸素が十分に消費された空気（窒素雰囲気）が封入された状態で封止する。また、燃料電池スタック１０の発電が終了するために、水素ポンプ２３を停止しコンタクタ７１をオフ（切断）する。
図２に戻り、ステップＳ１１０において、ＥＣＵ８０は、バイパスバルブ６１およびアシストバルブ６３を開弁し、エアポンプ４２の回転速度（掃気のための回転速度）を指令する。
ステップＳ１１１において、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１１０を処理してから（希釈器掃気工程Ｓ３を開始してから）所定時間が経過したか否かを判定する。
所定時間が経過していない場合（Ｓ１１１・Ｎｏ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１１１を繰り返す。所定時間が経過している場合（Ｓ１１１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１１２に進む。
ここで、図３を参照して、希釈器掃気工程Ｓ３について総括する。
バイパスバルブ６１およびアシストバルブ６３を開弁して、空気（酸化剤ガス）を希釈器６０に送ることにより、希釈器６０内を掃気する。なお、所定時間が経過すると掃気が完了したものとして後段の停止工程Ｓ４に進む。
図２に戻り、ステップＳ１１２において、ＥＣＵ８０は、バイパスバルブ６１およびアシストバルブ６３を閉弁し、エアポンプ４２を停止させる。
以上の運転停止処理により、燃料電池スタック１０のアノード流路１０ａは、水素（燃料ガス）を含むガスが封入され、燃料電池スタック１０のカソード流路１０ｃは、ＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２により酸素が消費された空気（窒素雰囲気）が封入された状態で、燃料電池システムＳを停止するようになっている。
燃料電池システムＳの停止期間が長くなると、アノード流路１０ａの水素の一部がカソード流路１０ｃへと透過するが、カソード流路１０ｃのガスは酸素が消費されている空気（窒素雰囲気）のため、ほとんど化学反応がおこらず、触媒や触媒支持体の劣化を抑制し、燃料電池の寿命が低減することを抑制することができる。
また、ＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２において、エアポンプ４２でカソード流路１０ｃおよび酸化剤排ガス再循環路の酸化剤排ガスを循環させながら、発電により酸素を消費させるようになっているため、均一に酸素濃度を下げることができる。このため、入口封止弁４４からカソード流路１０ｃの入口までのガスや出口封止弁４５からカソード流路１０ｃの出口までのガスも酸素を低減させることができ、カソード流路１０ｃを封止した際の封止領域内の酸素を均一に低減させることができる。
また、ＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２において、水素ポンプ２３でアノード流路１０ａおよび燃料排ガス再循環路の燃料排ガスを循環させるため、局所的なアノード燃料不足を防止し、アノード側の触媒が劣化することを抑制することができる。
また、燃料電池システムＳの起動時には、特許文献１に記載の運転停止方法では、アノード流路に窒素ガス（酸素が消費された空気）が封入されているため、非特許文献１の記載のように、カソード高電位により触媒が劣化するおそれがある。
これに対し、第１実施形態では、燃料電池スタック１０のアノード流路１０ａには、水素（燃料ガス）がある状態となっており、燃料電池システムＳの起動時のカソード高電位が発生せず、触媒の劣化を抑制することができる。
≪第２実施形態に係る燃料電池システム≫
次に、第２実施形態に係る運転停止方法が実施される燃料電池システムＳＡの構成について、図４を用いて説明する。
図４に示す燃料電池システムＳＡは、例えば、図示しない燃料電池車（移動体）に搭載されている。
第２実施形態に係る燃料電池システムＳＡ（図４参照）は、第１実施形態に係る燃料電池システムＳ（図１参照）と比較して、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を給排するカソード系に形成された酸化剤排ガス再循環路の構成が異なっている。具体的には、燃料電池システムＳＡは、燃料電池システムＳ（図１参照）の備えるＥＧＲ弁４７および配管５３ａ，５３ｂに代えて、カソード循環ポンプ４８および配管５４ａ，５４ｂを備えている。
燃料電池システムＳＡのその他の構成は、燃料電池システムＳ（図１参照）と同様であり、説明を省略する。
カソード流路１０ｃの出口と接続された配管５２ａから分岐する配管５４ａは、カソード循環ポンプ４８の吸込口と接続され、カソード循環ポンプ４８の吐出口は、配管５４ｂを介して配管５１ｄと接続され、カソード流路１０ｃの出口から配管５２ａ、配管５４ａ、カソード循環ポンプ４８、配管５４ｂ、配管５１ｄを介してカソード流路１０ｃの入口に接続する酸化剤排ガス再循環路が形成されている。
カソード循環ポンプ４８は、ＥＣＵ８０により運転が制御され、配管５２ａからの酸化剤排ガスを圧縮し、配管５１ｄへ圧送することができるようになっている。
≪第２実施形態に係る燃料電池システムの運転停止処理≫
次に、図５および図６を用いて、第２実施形態に係る燃料電池システムＳＡの運転停止処理について説明する。図５は、第２実施形態に係る燃料電池システムＳＡの運転停止処理のフローチャートである。図６は、第２実施形態に係る燃料電池システムの運転停止処理のタイムチャートである。
第２実施形態に係る燃料電池システムＳＡの運転停止処理（図５，図６参照）は、第１実施形態に係る燃料電池システムＳの運転停止処理（図２，図３参照）と比較して、ステップＳ１０２およびステップＳ１０９が、ステップＳ１０２ＡおよびステップＳ１０９Ａとなっており、異なっている。
燃料電池システムＳＡの運転停止処理のその他のステップは、燃料電池システムＳの運転停止処理（図２，図３参照）と同様であり、説明を省略する。
ＥＣＵ８０の処理は、ステップＳ１０１の後、ステップＳ１０２ＡおよびステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０２Ａにおいて、ＥＣＵ８０は、エアポンプ４２を停止させ、ＣＰＣＶ４６を閉弁（全閉）し、入口封止弁４４および出口封止弁４５を開弁し、カソード循環ポンプ４８の回転速度を所定の回転速度に制御する。
これにより、燃料電池スタック１０のカソード流路１０ｃが外部（外気）と遮断され、カソード流路１０ｃの出口から配管５２ａ、配管５４ａ、カソード循環ポンプ４８、配管５４ｂ、配管５１ｄを介してカソード流路１０ｃの入口に接続する酸化剤排ガス再循環路が形成され、酸化剤排ガスが酸化剤排ガス再循環路を循環するようになっている。
そして、ＥＣＵ８０の処理は、ステップＳ１０２ＡおよびステップＳ１０５の処理が終了すると、ステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０７において少なくとも１つの早期終了条件を満たしている場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、または、ステップＳ１０８において所定の電圧プロファイルが終了している場合（Ｓ１０８・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ８０の処理は、ステップＳ１０９Ａに進む。
ステップＳ１０９Ａにおいて、ＥＣＵ８０は、カソード循環ポンプ４８を停止させ、水素ポンプ２３を停止させ、コンタクタ７１をオフ（切断）にする。
これにより、燃料電池スタック１０と負荷７２との接続が遮断される。
そして、ＥＣＵ８０の処理は、ステップＳ１１０に進む。
以上の運転停止処理により、燃料電池スタック１０のアノード流路１０ａは、水素（燃料ガス）を含むガスが封入され、燃料電池スタック１０のカソード流路１０ｃは、ＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２により酸素が消費された空気（窒素雰囲気）が封入された状態で、燃料電池システムＳを停止するようになっており、第１実施形態に係る燃料電池システムＳの場合と同様の作用・効果を奏する。
加えて、第２実施形態に係る燃料電池システムＳＡは、入口封止弁４４および出口封止弁４５を閉弁して（ステップＳ１０２Ａ参照）、燃料電池スタック１０のカソード流路１０ｃが外部（外気）と遮断された後に、ＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２により酸素を消費させるため、外気の流入を防いで、より確実に酸素を消費させることができる。
また、第２実施形態に係る燃料電池システムＳＡは、酸化剤排ガス再循環路を短くすることができるので、再循環する酸化剤排ガスの量を少なくすることができる。即ち、再循環する酸化剤排ガス中の酸素を消費させるＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２に要する時間を短縮することができる。
≪変形例≫
なお、本実施形態（第１実施形態、第２実施形態）に係る燃料電池スステム（Ｓ，ＳＡ）は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
第１実施形態に係る燃料電池システムＳのステップＳ１０２において、出口封止弁４５を開弁したままＣＰＣＶ４６を閉弁することにより、酸化剤排ガス排出路を形成するものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、ＣＰＣＶ４６を開弁したまま出口封止弁４５を閉弁することにより（図３に示す出口封止弁４５、ＣＰＣＶ４６のタイムチャートのうち破線を参照。）、酸化剤排ガス排出路を形成する構成であってもよい。
第２実施形態に係る燃料電池システムＳＡのステップＳ１０２Ａにおいて、エアポンプ４２を停止させる（ＥＧＲ準備工程Ｓ１およびＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２においてエアポンプ４２を停止させる）ものとして説明したが、これに限られるものではない。ＥＧＲ準備工程Ｓ１およびＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２において、バイパスバルブ６１および／またはアシストバルブ６３を開弁して、エアポンプ４２を運転する構成であってもよい。なお、ＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２において発電した電力をエアポンプ４２に供給する（即ち、負荷７２として使用する）ものとしてもよい。
なお、本実施形態において、ＥＧＲディスチャージ工程Ｓ２において、燃料電池スタック１０で発電された電力は、負荷７２へと供給されるものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、燃料電池スタック１０で発電された電力を２次電池（図示せず）に供給してもよい。
Ｓ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
１０ａ アノード流路（燃料ガス流路）
１０ｃ カソード流路（酸化剤ガス流路）
２１ 遮断弁（燃料ガス供給装置）
２２ エゼクタ
２３ 水素ポンプ（燃料排ガス再循環装置）
２４ アノードパージ弁
４１ インテイク
４２ エアポンプ
４３ 加湿器
４４ 入口封止弁（酸化剤ガス供給路封止装置）
４５ 出口封止弁（酸化剤排ガス排出路封止装置）
４６ ＣＰＣＶ
４７ ＥＧＲ弁（酸化剤排ガス再循環路制御装置）
４８ カソード循環ポンプ（酸化剤排ガス再循環路制御装置）
６０ 希釈器
６１ バイパスバルブ（バイパス路制御装置）
６２ オリフィス
６３ アシストバルブ
７１ コンタクタ
７２ 負荷
８０ ＥＣＵ
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 配管（燃料ガス供給路）
３２ａ，３２ｂ 配管（燃料排ガス排出路）
３４ａ，３４ｂ 配管（燃料排ガス再循環路）
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ 配管（酸化剤ガス供給路）
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ 配管（酸化剤排ガス排出路）
５３ａ，５３ｂ 配管（酸化剤排ガス再循環路）
５４ａ，５４ｂ 配管（酸化剤排ガス再循環路）
６４ａ，６４ｂ 配管（バイパス路）

Claims (15)

  1. アノード側に供給される燃料ガスおよびカソード側に供給される酸素を含む空気である酸化剤ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
    前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給路および燃料ガス供給装置と、
    前記燃料電池からの燃料排ガスを排出する燃料排ガス排出路と、
    前記燃料排ガスを前記燃料電池のアノード側へ再循環させる燃料排ガス再循環路と、
    前記燃料排ガス再循環路の作動状態を制御する燃料排ガス再循環装置と、
    前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路と、
    前記燃料電池からの酸化剤排ガスを排出する酸化剤排ガス排出路と、
    前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させる酸化剤排ガス再循環路と、
    前記酸化剤排ガス再循環路の作動状態を制御する酸化剤排ガス再循環路制御装置と、
    前記酸化剤ガス供給路を封止する酸化剤ガス供給路封止装置と、
    前記酸化剤排ガス排出路における前記酸化剤排ガス再循環路との接続部の下流部を封止する酸化剤排ガス排出路封止装置と、
    を備える燃料電池システムの運転停止方法であって、
    前記燃料電池システムの停止の際、前記燃料電池のアノード側の圧力を、運転停止後の前記燃料電池のアノード側の前記燃料ガスの保有量を維持可能な所定圧力まで上昇させるアノード圧上昇工程と、
    前記燃料ガスの供給を停止し、前記燃料排ガス再循環装置を作動させて前記燃料排ガスを前記燃料電池のアノード側へ再循環させ、前記酸化剤排ガス排出路封止装置により前記酸化剤排ガス排出路を封止し、前記酸化剤排ガス再循環路制御装置により前記酸化剤排ガス再循環路を作動させて前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させ、前記燃料電池を発電させる第１の工程と、
    前記燃料排ガス再循環装置による前記燃料排ガスの再循環を停止し、前記酸化剤排ガス再循環路制御装置による前記酸化剤排ガスの再循環を停止し、前記燃料電池の発電を停止させ、前記酸化剤ガス供給路封止装置により前記酸化剤ガス供給路を封止する第２の工程と、を有する
    ことを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。
  2. アノード側に供給される燃料ガスおよびカソード側に供給される酸素を含む空気である酸化剤ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
    前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給路および燃料ガス供給装置と、
    前記燃料電池からの燃料排ガスを排出する燃料排ガス排出路と、
    前記燃料排ガスを前記燃料電池のアノード側へ再循環させる燃料排ガス再循環路と、
    前記燃料排ガス再循環路の作動状態を制御する燃料排ガス再循環装置と、
    前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路と、
    前記燃料電池からの酸化剤排ガスを排出する酸化剤排ガス排出路と、
    前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させる酸化剤排ガス再循環路と、
    前記酸化剤排ガス再循環路の作動状態を制御する酸化剤排ガス再循環路制御装置と、
    前記酸化剤ガス供給路における前記酸化剤排ガス再循環路との接続部の上流部を封止する酸化剤ガス供給路封止装置と、
    前記酸化剤排ガス排出路における前記酸化剤排ガス再循環路との接続部の下流部を封止する酸化剤排ガス排出路封止装置と、
    を備える燃料電池システムの運転停止方法であって、
    前記燃料電池システムの停止の際、前記燃料電池のアノード側の圧力を、運転停止後の前記燃料電池のアノード側の前記燃料ガスの保有量を維持可能な所定圧力まで上昇させるアノード圧上昇工程と、
    前記燃料ガスの供給を停止し、前記燃料排ガス再循環装置を作動させて前記燃料排ガスを前記燃料電池のアノード側へ再循環させ、前記酸化剤ガス供給路封止装置により前記酸化剤ガス供給路を封止し、前記酸化剤排ガス排出路封止装置により前記酸化剤排ガス排出路を封止し、前記酸化剤排ガス再循環路制御装置により前記酸化剤排ガス再循環路を作動させて前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させ、前記燃料電池を発電させる第１の工程と、
    前記燃料排ガス再循環装置による前記燃料排ガスの再循環を停止し、前記酸化剤排ガス再循環路制御装置による前記酸化剤排ガスの再循環を停止し、前記燃料電池の発電を停止させる第２の工程と、を有する
    ことを特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。
  3. 前記燃料ガス供給装置は、
    遮断弁と、
    前記遮断弁の下流に設けられる開閉装置と、
    前記遮断弁と開閉装置とを接続する配管である中間圧領域配管と、を有し、
    前記アノード圧上昇工程において、
    前記遮断弁により前記燃料ガスの供給を停止した後、前記中間圧領域配管内の前記燃料ガスを前記燃料電池のアノード側に供給し、
    前記燃料電池のアノード側の圧力が前記所定圧力以上になると、前記第１の工程において、
    前記開閉装置を閉塞して、前記中間圧領域配管から前記燃料電池のアノード側への前記燃料ガスの供給を遮断する
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムの運転停止方法乃至。
  4. 前記第１の工程において、前記燃料電池のカソード側に残存する前記酸化剤ガスの酸素が消費されたと判断されると、前記第１の工程を終了して前記第２の工程を実行する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転停止方法。
  5. 前記第１の工程において、前記燃料電池のアノード側における圧力であるアノード圧力が所定値未満となると、前記第１の工程を終了して前記第２の工程を実行する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転停止方法。
  6. 前記第１の工程において、前記燃料電池のセル電圧が所定値未満となると、前記第１の工程を終了して前記第２の工程を実行する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転停止方法。
  7. 前記第１の工程において、前記燃料電池の総電圧が所定値未満となると、前記第１の工程を終了して前記第２の工程を実行する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転停止方法。
  8. 前記第１の工程において、前記燃料電池を発電させる際、前記燃料電池の発電電圧を制御する電圧制御を実行する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転停止方法。
  9. 前記電圧制御時において、前記燃料電池の発電電流が所定の最大発電電流未満となるように制御する
    ことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システムの運転停止方法。
  10. 前記電圧制御時において、前記燃料電池の発電電圧の変化幅が所定の最大変化幅未満となるように制御する
    ことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システムの運転停止方法。
  11. 前記電圧制御時において、前記燃料電池の発電電圧が一定電圧を所定時間、保持するように制御する
    ことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システムの運転停止方法。
  12. 前記電圧制御時において、前記燃料電池の発電電流が所定の閾値以下となった時から所定時間が経過すると前記第１の工程を終了して前記第２の工程を実行する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システムの運転停止方法。
  13. 前記第１の工程において、前記酸化剤排ガス再循環路制御装置は、前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させる
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転停止方法。
  14. 前記燃料電池システムは、
    前記燃料排ガス排出路および前記酸化剤排ガス排出路が接続される希釈器と、
    前記酸化剤ガス供給路から希釈器に前記酸化剤ガスを供給するバイパス路と、
    前記バイパス路の作動状態を制御するバイパス路制御装置と、を更に備え、
    前記第２の工程の後に、前記バイパス路制御装置を作動させて前記酸化剤ガスを前記希釈器に導入して掃気する掃気工程を更に有する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの運転停止方法。
  15. アノード側に供給される燃料ガスおよびカソード側に供給される酸素を含む空気である酸化剤ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
    前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、
    前記燃料電池からの燃料排ガスを排出する燃料排ガス排出路と、
    前記燃料排ガスを前記燃料電池のアノード側へ再循環させる燃料排ガス再循環路と、
    前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路と、
    前記燃料電池からの酸化剤排ガスを排出する酸化剤排ガス排出路と、
    前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させる酸化剤排ガス再循環路と、
    を備える燃料電池システムであって、
    前記燃料電池の停止の際、前記燃料電池のアノード側の圧力を、運転停止後の前記燃料電池のアノード側の前記燃料ガスの保有量を維持可能な所定圧力まで上昇させ、前記燃料ガスの供給を停止し、前記燃料排ガスを前記燃料電池のアノード側へ再循環させ、前記酸化剤排ガス排出路を封止し、前記酸化剤排ガスを前記燃料電池のカソード側へ再循環させ、前記燃料電池を発電させる再循環発電手段と、
    前記燃料排ガスの再循環を停止し、前記酸化剤排ガスの再循環を停止し、前記燃料電池の発電を停止させ、前記燃料電池のカソード側を封止する封止手段と、を備える
    ことを特徴とする燃料電池システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013216156A1 (de) * 2013-08-14 2015-02-19 Robert Bosch Gmbh Vereinfachung des elektrischen Systems von Brennstoffzellen durch Verarmung der Kathodenversorgung
KR102164379B1 (ko) * 2013-12-31 2020-10-12 두산중공업 주식회사 천연가스이용 연료전지
JP2016012461A (ja) 2014-06-27 2016-01-21 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの停止方法
FI125775B (en) 2014-06-30 2016-02-15 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Method and system for preventing reverse current degeneration in fuel cells
JP6133365B2 (ja) * 2014-08-01 2017-05-24 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの運転方法
JP2016096047A (ja) 2014-11-14 2016-05-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP6335947B2 (ja) * 2016-02-12 2018-05-30 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの停止制御方法
JP6400044B2 (ja) 2016-05-30 2018-10-03 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及びその運転停止方法
KR101884533B1 (ko) * 2016-12-15 2018-08-01 주식회사 현대케피코 공기차단밸브 모듈과 그 제어 방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6939633B2 (en) 2003-09-17 2005-09-06 General Motors Corporation Fuel cell shutdown and startup using a cathode recycle loop
JP4806913B2 (ja) * 2004-09-16 2011-11-02 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2007323863A (ja) * 2006-05-30 2007-12-13 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び燃料電池の停止方法
JP5186867B2 (ja) * 2007-10-03 2013-04-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5333713B2 (ja) * 2008-04-07 2013-11-06 日産自動車株式会社 燃料電池システム、燃料電池システムに用いるプログラム、及び情報記録媒体。
US20100035098A1 (en) * 2008-08-06 2010-02-11 Manikandan Ramani Using chemical shorting to control electrode corrosion during the startup or shutdown of a fuel cell
WO2010056224A1 (en) * 2008-11-12 2010-05-20 Utc Power Corporation Homogenous gas in shut down fuel cells
WO2010065017A1 (en) * 2008-12-04 2010-06-10 Utc Power Corporation Determining duration of fuel cell shutdown hydrogen stabilization by counting coulombs

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