JP2001229951A

JP2001229951A - 移動体用燃料電池システム

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Publication number: JP2001229951A
Application number: JP2000038405A
Authority: JP
Inventors: Yasukazu Iwasaki; 靖和岩崎
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2001-08-24
Anticipated expiration: 2020-02-16
Also published as: JP3928319B2

Abstract

(57)【要約】【課題】移動体用燃料電池システムにおいて、システ
ム停止時に燃料電池の燃料極側と水素分離膜の２次側か
ら構成される水素循環系の残留水素濃度を水素分離膜の
温度が水素脆化温度以下になる前に、短時間のうちに極
めて低い水素濃度に低減する。【解決手段】システムの停止時に、燃料電池100の燃
料極側と水素分離膜106の２次側から構成される水素循
環系HLPに水蒸気を循環させながら残留水素による発電
を行った後、当該水素循環系に水蒸気を循環させながら
バッテリ401から燃料電池100に電圧を印加し、僅かに残
存する残留水素を燃料電池の燃料極から空気極に電気化
学的に輸送することにより、水素循環系内の残留水素濃
度を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体用燃料電池
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の水素分離器を採用する燃料電池シ
ステムには、図５に示す構成のものが知られている。こ
の従来の燃料電池システムにおいて、１００は燃料電
池、１０１はメタノール１０２を水１０３を用いて水蒸
気改質し、水素リッチなガス１０４を生成する改質器、
１０５は水素リッチなガス１０４から水素を分離する水
素分離器、１０６はパラジウムを主成分とする水素分離
膜、１０８は水素リッチなガス１０４から水素分離器１
０５によって大部分の水素が分離された排ガス１０７を
燃焼させる燃焼器である。

【０００３】水素分離器１０５で精製された純水素１１
０は加湿器１１１で水蒸気が加えられ、燃料電池１００
の燃料極に送られ、燃料電池１００の燃料極で水素の一
部が消費され、凝縮器１１２で水蒸気が回収され、ポン
プ１１２により水素分離器１０５に戻される。すなわち
水素循環系ＨＬＰが構成されている。

【０００４】一方、コンプレッサ１２０により空気１２
１は燃料電池１００の空気極に送られ、ここで一部の酸
素が消費され、凝縮器１２３で水蒸気が回収された後、
燃焼器１０８に送られ、ここで排ガス１０７を燃焼させ
るのに用いられる。凝縮器１１２，１２３で回収された
水蒸気は液体の水として水タンク１３１に回収される。

【０００５】メタノールタンク１３０内のメタノール並
びに水タンク１３１内の水はポンプ１３２，１３３によ
って蒸発器１０９に送られ、燃焼器１０８で発生した熱
によって気化され、改質器１０１に送られる。なお、燃
焼器１０８で発生した熱は蒸発器１０９で用いられる
他、改質器１０１内での吸熱反応の熱源や水素分離膜１
０６の保温等に利用される。そして燃焼器１０８で発生
する熱量が不足している場合には、メタノールタンク１
３０内のメタノールを燃焼器１０８に送り燃料の不足分
を補う場合もある。燃料電池１００の運転圧力は圧力セ
ンサ１４０の信号に基づき、システム全体をコントロー
ルするコントローラ（図示せず）により制御される。

【０００６】次に従来の燃料電池システムを停止する方
法について説明する。水素分離膜１０６の１次側を窒素
パージするために、メタノール及び水の蒸発器１０９へ
の供給を停止し、バルブ３００を開いて外部に設けられ
た窒素供給装置により供給される窒素を系内に導入し、
蒸発器１０９の蒸気発生側、改質器１０１、水素分離器
１０５における水素分離膜１０６の１次側（Ｉ）、燃焼
器１０８、蒸発器１０９の熱源側の順にパージし、水素
やメタノールを不活性ガスで置換する。

【０００７】また水素分離器１０５における水素分離膜
１０６の２次側（II）を窒素パージするために、バルブ
３０１を閉じ、バルブ３０３を排気のために開き、バル
ブ３０２を開き、外部に設けられた窒素供給装置により
供給される窒素を水素循環系ＨＬＰ内に導入し、ポンプ
１１２、水素分離膜１０６の２次側（II）、加湿器１１
１、燃料電池１００の燃料極、凝縮器１１２の順にパー
ジし、水素を不活性ガスで置換する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の燃料電池システムでは、次のような技術的課題が
残されていた。水素分離器を採用した燃料電池システム
では、水素分離膜としてパラジウムを主とする合金膜を
用いているため、システム停止の際に、水素分離膜の温
度が例えば、１７０〜２００℃という水素脆化温度以下
になる前に、極めて低濃度（数百ｐｐｍ以下）にまで速
やかに水素を除去する必要がある。

【０００９】この水素除去は、オンサイトの燃料電池発
電プラントであれば不活性ガスである窒素ガスでパージ
することにより技術的に容易に行うことができる。しか
しその場合、窒素ガスの消費量が多いため、消費する窒
素ガスのコスト、窒素ボンベの交換あるいは液体窒素の
充填等の保守作業コスト等が問題となる。水素分離膜を
有していない燃料電池システムであっても、不活性ガス
パージを必要とする燃料電池を使用している場合であれ
ば同様に問題である。

【００１０】そこで、消費する窒素の量を節約するため
に、あるいは保守作業を低減するために、種々の提案が
なされている。例えば前者では特開平９−４５３５１号
公報に記載された技術があり、後者では特開平６−２０
３８６４号公報に記載された技術がある。しかしなが
ら、燃料電池自動車に供される移動体用燃料電池システ
ムでは、スペースの制約が非常に厳しく、システム停止
のたびに大量に消費される窒素ガスをボンベに抱えて車
載することは非常に困難であり、上述したような窒素パ
ージを必要としない燃料電池システムが切望されてい
る。

【００１１】水素分離膜を有しない燃料電池システムで
あれば、例えば特開平８一１９５２１０号公報に記載さ
れているように、燃料電池の燃料極並びに空気極の入口
側並びに出口側を遮断弁により遮断し、燃料極側の遮断
された空間の、圧力調整のためのバッファタンクを設け
る提案がなされている。

【００１２】しかし水素分離膜を有する燃料電池システ
ムにおいては、水素分離膜の水素脆化を防止するために
極めて低い水素濃度にまで窒素パージすることが必要な
ため、このような遮断をかけるだけでは窒素パージを不
要にすることはできず、このような提案を移動体用燃料
電池システムに適用することはできない。

【００１３】他方、燃料電池の燃料極を不活性ガスを用
いてパージするだけでは、電極触媒に吸着している水素
があるために効果的にパージすることが困難である。こ
れを解決し、パージを効果的に行い、残留水素濃度を低
減するための方法として、不活性ガスによるパージを行
いながら余剰電力を発電し、放電抵抗回路で余剰電力を
放電することによって、残留水素を消費する方法が知ら
れている。しかしながら、この方法でも、残留水素濃度
が低減するにつれて燃料電池の残留水素の消費能力が低
下するため、システムの通常の運転を停止させた後、水
素脆化が始まる温度までシステム温度が低下する前まで
の短時間のうちに極めて低い水素濃度にまで残留水素濃
度を下げることが難しい。

【００１４】本発明はこのような従来の技術的課題に鑑
みてなされたもので、システム停止時に燃料電池の燃料
極側と水素分離膜の２次側から構成される水素循環系の
残留水素濃度を水素分離膜の温度が水素脆化温度以下に
なる前に、短時間のうちに極めて低い水素濃度に低減す
ることができる移動体用燃料電池システムを提供するこ
とを特徴とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の移動体
用燃料電池システムは、燃料を改質して水素リッチなガ
スを生成する改質器と、前記改質器によって生成した水
素リッチなガスから水素を分離する水素分離器と、前記
水素分離器で分離された水素と酸素を含むガスとを用い
て発電する燃料電池と、前記燃料電池によって発電され
た電力を貯蔵するバッテリと、前記燃料電池によって発
電された電力と前記バッテリに貯蔵されている電力を制
御する電力制御器と、前記水素分離器と前記燃料電池と
から構成される水素循環系の循環ポンプと、当該システ
ム停止時に、前記水素循環系に水蒸気を循環させながら
当該水素循環系内の残留水素による発電を行った後、当
該水素循環系に水蒸気を循環させながら前記バッテリか
ら前記燃料電池に電圧を印加して当該水素循環系の残留
水素を前記燃料電池の燃料極側から空気極側に電気化学
的に輸送することにより、前記水素循環系内の残留水素
濃度を低減する残留水素パージ手段を備えたものであ
る。

【００１６】請求項１の発明の移動体用燃料電池システ
ムでは、システムの停止時に、残留水素パージ手段が、
燃料電池の燃料極側と水素分離膜２次側から構成される
水素循環系に水蒸気を循環させながら残留水素による発
電を行った後、当該水素循環系に水蒸気を循環させなが
らバッテリから燃料電池に電圧を印加し、僅かに残存す
る残留水素を燃料電池の燃料極から空気極に電気化学的
に輸送することにより、水素循環系内の残留水素濃度を
低減する。これにより、水素循環系の残留水素濃度を、
水素分離膜の温度が水素脆化温度以下になる前に短時間
のうちに極めて低い水素濃度に低減する。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１の移動体用燃
料電池システムにおいて、前記残留水素パージ手段が前
記残留水素による発電電力を前記バッテリに充電するも
のであり、システム停止時に残留水素による発電電力を
バッテリに充電することによりエネルギ効率を高める。

【００１８】請求項３の発明は、請求項１の移動体用燃
料電池システムにおいて、余剰電力を放電する放電抵抗
回路を備え、前記残留水素パージ手段が前記残留水素に
よる発電電力を前記放電抵抗回路に放電するものであ
り、残留水素による発電電力を速やかに消費させること
により残留水素濃度を速やかに低減する。

【００１９】請求項４の発明は、請求項１の移動体用燃
料電池システムにおいて、余剰電力を放電する放電抵抗
回路を備え、前記残留水素パージ手段が前記バッテリの
充電状態に応じて、前記残留水素による発電電力の当該
バッテリへの充電と前記放電抵抗回路への放電とを切り
替えるものであり、システム停止時にバッテリの充電状
態に応じて残留水素による発電電力のバッテリへの充電
と放電抵抗回路への放電とを切り替えることによってエ
ネルギ効率を改善し、かつ残留水素濃度を速やかに低減
する。

【００２０】請求項５の発明は、請求項１の移動体用燃
料電池システムにおいて、前記残留水素パージ手段が前
記バッテリから前記燃料電池に電圧を印加させ、水素の
電気化学的輸送を一定時間行うものであり、システム停
止時に、残留水素濃度が水素分離膜に影響を与えない程
度まで低減するのに必要な一定時間だけ水素の電気化学
的輸送を行うことにより、バッテリのエネルギロスを最
低限度に抑える。

【００２１】請求項６の発明は、請求項１又は５の移動
体用燃料電池システムにおいて、前記残留水素パージ手
段が前記燃料電池の電流電圧特性から前記水素循環系の
残留水素濃度が所望の濃度以下になったことを判断した
ときに、前記バッテリから前記燃料電池への電圧印加を
停止し、水素の電気化学的輸送を停止するものであり、
バッテリのエネルギロスを最低限度に抑える。

【００２２】請求項７の発明は、請求項１〜６の移動体
用燃料電池システムにおいて、前記空気極の入口側及び
出口側それぞれに遮断手段を備え、前記残留水素パージ
手段が前記水素循環系の残留水素濃度を低減させた後、
前記燃料電池の空気極を水蒸気でパージし、しかる後に
前記空気極の入口側並びに出口側を前記遮断手段により
遮断するものである。

【００２３】請求項７の発明の移動体用燃料電池システ
ムでは、システム停止時に、残留水素パージ手段が水素
循環系の余剰水素による余剰発電を終了させた後、ある
いは燃料電池による水素の電気化学的輸送が終了した後
に、燃料電池の空気極を水蒸気によってパージし、さら
に燃料電池の空気極の入口側並びに出口側を遮断手段に
より遮断する。これにより、燃料電池の燃料極側の閉じ
た空間である水素循環系と、燃料電池の空気極側とを共
に水蒸気で満たされて閉じた空間として保持し、システ
ムの温度が低下して水蒸気が凝縮した際に、燃料電池の
燃料極側も空気極側も同程度の減圧状態にして燃料電池
のイオン伝導膜への差圧の発生を抑える。

【００２４】請求項８の発明は、請求項１の移動体用燃
料電池システムにおいて、前記水素分離器の入口側並び
に出口側を遮断する遮断手段と、前記燃料電池の燃料極
側を大気開放する開放手段とを備え、前記残留水素パー
ジ手段が前記水素循環系の残留水素の電気化学的輸送が
終了した後、前記水素循環系の前記水素分離器の入口側
並びに出口側を前記遮断手段により遮断し、前記燃料電
池の燃料極を前記大気開放手段により大気開放するもの
である。

【００２５】請求項８の発明の移動体用燃料電池システ
ムでは、システム停止時に、残留水素パージ手段が水素
循環系の残留水素の電気化学的輸送を終了させた後、水
素循環系の水素分離器の入口側並びに出口側を遮断手段
により遮断し、燃料電池の燃料極を大気開放手段により
大気開放する。これにより、システムの温度が低下して
水蒸気が凝縮しても、燃料電池の燃料極並びに空気極側
の圧力をほぼ空気圧のまま保持させ、燃料電池のイオン
伝導膜への差圧の発生を抑える。

【００２６】請求項９の発明は、請求項１〜８の移動体
用燃料電池システムにおいて、前記水素分離器の改質ガ
ス側の入口側及び出口側を遮断する遮断手段を備え、前
記残留水素パージ手段が当該システムの停止時に前記遮
断手段により前記水素分離器の改質ガス側の入口側並び
に出口側を遮断するものである。

【００２７】請求項１０の発明は、請求項９の移動体用
燃料電池システムにおいて、前記残留水素パージ手段が
前記水素分離器の改質ガス側の入口側並びに出口側を遮
断する前に、前記水素分離器の改質ガス側を水蒸気でパ
ージするものである。

【００２８】請求項９及び１０の発明の移動体用燃料電
池システムでは、システム停止時に残留水素パージ手段
が水素分離器の改質ガス側の入口側並びに出口側を遮断
するが、その前に水素分離器の改質ガス側を水蒸気でパ
ージする。これにより、従来のように外部の窒素供給装
置から窒素を供給してこの部分の水素をパージする必要
をなくし、移動体用のシステムとして小型化を図る。

【００２９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、水素循環系の
残留水素濃度を、水素分離膜の温度が水素脆化温度以下
になる前に短時間のうちに極めて低い水素濃度に低減す
ることができる。

【００３０】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、システム停止時に残留水素による余剰
電力をバッテリに充電することにより、システム停止時
に残留水素による発電電力をバッテリに充電ことがで
き、エネルギ効率を高めることができる。

【００３１】請求項３の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、システム停止時に余剰電力を放電抵抗
回路に放電することにより、残留水素による発電電力を
速やかに消費させることにより残留水素濃度を速やかに
低減することができる。

【００３２】請求項４の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、システム停止時にバッテリの充電状態
に応じて残留水素による余剰電力のバッテリへの充電と
放電抵抗回路への放電とを切り替えることができ、エネ
ルギ効率の改善し、かつ残留水素濃度を速やかに低減す
ることができる。

【００３３】請求項５の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、システム停止時に残留水素濃度が水素
分離膜に影響を与えない程度まで低減するのに必要な一
定時間だけ水素の電気化学的輸送を行うことにより、バ
ッテリのエネルギロスを最低限度に抑えることができ
る。

【００３４】請求項６の発明によれば、請求項１又は５
の発明の効果に加えて、システム停止時に、燃料電池の
電流電圧特性から水素循環系の残留水素濃度が所望の濃
度以下になったことを判断したときにバッテリから燃料
電池への電圧印加を停止し、水素の電気化学的輸送を停
止することにより、バッテリのエネルギロスを最低限度
に抑えることができる。

【００３５】請求項７の発明によれば、請求項１〜６の
発明の効果に加えて、システム停止時に燃料電池の燃料
極側の閉じた空間である水素循環系と燃料電池の空気極
側が共に水蒸気で満たされて閉じた空間として保持で
き、システムの温度が低下して水蒸気が凝縮した際に、
燃料電池の燃料極側も空気極側も同程度の減圧状態とな
り、燃料電池のイオン伝導膜への差圧の発生を抑えるこ
とができる。

【００３６】請求項８の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、システム停止時にシステムの温度が低
下して水蒸気が凝縮しても燃料電池の燃料極並びに空気
極側の圧力がほぼ空気圧のまま保持することができ、燃
料電池のイオン伝導膜への差圧の発生を抑えることがで
きる。

【００３７】請求項９及び１０発明によれば、請求項１
〜８の発明の効果に加えて、システム停止時に従来のよ
うに外部の窒素供給装置から窒素を供給してこの部分の
水素をパージする必要がなく、移動体用のシステムとし
て小型化が図れる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の
構成を示している。第１の実施の形態の移動体用燃料電
池システムは、図５に示した従来例と同様の基本的な構
成を備えている。したがって、以下、図５に示した従来
例と共通する要素には同一の符号を付すことにより、重
複する説明は省略する。

【００３９】第１の実施の形態の特徴は、従来例におけ
る窒素ガスにより水素をパージする窒素パージ系統の要
素であるバルブ３００〜３０３を削除し、これに代え
て、システム停止時に余剰水素による余剰発電電力を放
電消費させるための放電抵抗回路４００、電力調整器４
０２、そして水素分離器１０５の改質ガス側の入口及び
出口を遮断する遮断弁４１０，４１１を設けた点にあ
る。

【００４０】電力調整器４０２は燃料電池１００の発電
電力、バッテリ４０１の充電並びに放電、移動体の走行
用モータの走行電力あるいは回生電力、放電抵抗回路４
００への余剰電力の放電などの電力配分を最適に制御す
る。

【００４１】次に、上記の構成の移動体用燃料電池シス
テムのシステム停止時の動作について、図１のブロック
図及び図２のシーケンス図を用いて説明する。水素分離
膜１０６の１次側（Ｉ）では、システムが停止すると
（ステップＳ０）、メタノールの蒸発器１０９への供給
が停止する。すると水蒸気によって、蒸発器１０９、改
質器１０１、水素分離器１０５における水素分離膜１０
６の１次側（Ｉ）が順に水蒸気でパージされ、水素やメ
タノールが追い出される（ステップＳ１１）。

【００４２】水蒸気によるパージが充分なされたところ
で、蒸発器１０９への水の供給を停止して水蒸気パージ
を停止し（ステップＳ１２）、この後、水素分離器１０
５の入口、出口それぞれに設けられた遮断弁４１０、４
１１を遮断し、水素分離膜１０６の１次側（Ｉ）を水蒸
気で置換された状態で閉じ込める（ステップＳ１３）。

【００４３】これと並行して、水素分離膜１０６の２次
側（II）、すなわち水素循環系ＨＬＰでは、次のように
して不活性ガスパージが行われる。水素分離膜１０６の
２次側の水素循環系ＨＬＰを運転しながら、水素循環系
の余剰水素を用いて燃料電池１００で余剰電力を発電す
る。電力調整器４０２は、余剰電力がバッテリ４０１に
充電可能な程度の電圧であり、かつバッテリ４０１が過
充電にならない条件下では、余剰電力をバッテリ４０１
に充電し、バッテリ４０１が満充電の場合又は余剰電力
が充電可能なほどの電圧ではない条件下では、放電抵抗
回路４００に余剰電力を放電させる（ステップＳ２
１）。

【００４４】水素循環系ＨＬＰの残留水素は徐々に低下
していき、ある程度低下したところで電力調整器４０２
がバッテリ４０１の電圧を、燃料電池１００の燃料極側
から空気極側に水素を電気化学的に輸送するように印加
すると、速やかに極めて低い水素濃度にまで低減される
（ステップＳ２２）。なお、この電気化学的ポンピング
の技術については、例えば、米国特許明細書第４，６７
１，０８０に、またその改良案として、特開平５−２４
２８５０号公報に記載された技術を採用している。この
技術の原理は、電解質膜にバッテリ４０１から電圧を印
加して、余剰水素により燃料極に発生した水素イオンを
電解質膜を通して空気極側に移動させ、空気極側で触媒
の介在下に酸素と反応させて消費させるものである。

【００４５】こうして水素分離膜１０６の１次側（Ｉ）
並びに２次側（II）の水素濃度が充分に低減した後、循
環ポンプ１１２を停止させ、またシステムの全要素を停
止させる。これにより水素分離膜１０６の温度が水素脆
化温度以下に降温する。この際、水素分離膜１０６の１
次側並びに２次側は共に水蒸気が閉じ込められた閉じた
空間であるため、温度が下がり水蒸気が凝縮する際には
同様の減圧状態となり、差圧の発生が抑えられ、差圧に
よる水素分離膜１０６の損傷が防止される。

【００４６】なお、水素循環系ＨＬＰの残留水素濃度が
どの程度低減したかは、余剰電力を発電している際には
燃料電池１００の電流電圧特性から、また電気化学的に
水素を輸送している際には電気化学的水素ポンプとして
の電流電圧特性から推定することが可能である。そこ
で、上記の実施の形態では以上の操作をあらかじめ設定
した一定時間行わせる仕組みにしているが、水素濃度に
対応した電流電圧特性を実験的に決定し、そのデータを
ルックアップデータテーブルにしてコントローラに組み
込んでおき、実際の電流電圧特性を計測し、このデータ
テーブルを参照して対応する水素濃度を推定し、それが
所定値以下になればシステムを最終的に停止させる仕組
みにしてもよい。

【００４７】このようにして、第１の実施の形態の移動
体用燃料電池システムでは、窒素のような不活性ガスを
流して水素等のガスを不活性ガスで置換していた従来の
不活性ガスパージに対して、水素分離膜の２次側におい
ては水蒸気を循環させながら水素を消費させ、また選択
的電気化学的に輸送する方法を採用することによって同
様の効果を得ることができる。したがって、従来のよう
に大量に不活性ガスが充填されたボンベを移動体に搭載
する必要はなくなり、不活性ガスボンベの交換といった
保守も不要となる。

【００４８】次に、本発明の第２の実施の形態につい
て、図３に基づいて説明する。第２の実施の形態では、
図１に示した第１の実施の形態の構成に加え、燃料電池
１００の空気極の入口並びに出口に遮断弁５００、５０
１を設けたことを特徴とする。その他の構成は、図１に
示した第１の実施の形態と共通する。

【００４９】第２の実施の形態の移動体用燃料電池シス
テムでは、システム停止時に、図２に示したシーケンス
に従い、水素循環系ＨＬＰの余剰水素による余剰発電が
終了した後、あるいは燃料電池１００による水素の電気
化学的輸送が終了した後、コンプレッサ１２０を停止
し、燃料電池１００の空気極を加湿器１２２を用いて水
蒸気でパージした後、遮断弁５００，５０１を閉じて燃
料電池１００の空気極に水蒸気を閉じ込める。

【００５０】このようにしてシステムを停止すると、燃
料電池１００の燃料極側の閉じた空間である水素循環系
ＨＬＰと、燃料電池１００の空気極側が共に水蒸気で満
たされて閉じた空間として保持されるため、システムの
温度が低下し水蒸気が凝縮した際に、燃料電池１００の
燃料極側も空気極側も同程度の減圧状態となり、燃料電
池１００のイオン伝導膜への差圧の発生を抑え、その差
圧による損傷を防止することができる。

【００５１】次に第３の実施例について、図４に従って
説明する。第３の実施の形態の移動体用燃料電池システ
ムは、図１に示した第１の実施の形態の構成に加え、水
素分離器１０５の２次側（II）の入口並びに出口に遮断
弁６００、６０１を設け、また燃料電池１００の水素循
環系ＨＬＰと空気極とを接続する開放弁６０２を設けた
ことを特徴とする。その他の構成は、図１に示した第１
の実施の形態と共通する。

【００５２】この第３の実施の形態では、システム停止
時に、図２に示したシーケンスに従い燃料電池１００に
よる水素の電気化学的輸送が終了した後、遮断弁６０
０、６０１を閉じる。そして循環ポンプ１１２を停止
し、システム要素の停止が終了した後、開放弁６０２を
開いて燃料電池１００の燃料極側を空気極側に接続し、
空気極側配管を通じて大気開放する。

【００５３】これにより、システムの温度が低下して水
蒸気が凝縮しても、燃料電池１００の燃料極並びに空気
極側の圧力は大気圧のまま保持され、差圧が発生しなく
なる。

【００５４】なお、上記の各実施の形態において、各構
成要素は次のように変更することが可能である。全ての
実施の形態において、水とメタノールを例に説明した
が、これに限定される訳ではなく、メタノールの他、メ
タン、ガソリン、ジメチルエーテルなど、改質によって
水素リッチなガスを生成し得る燃料であればよく、また
液体でも気体でもかまわないし、水やこれらの燃料から
なる混合物であってもよい。また水蒸気改質を例に説明
したが、部分酸化でもこれらを同時に行うオートサーマ
ルであっても、これらを状況に応じて使い分ける併用型
であつてもよい。

【００５５】また全ての実施の形態において、水素分離
膜１０６の１次側を閉じた空間として遮断する遮断弁４
１０を改質器１０１と水素分離器１０５との間に設けた
が、これに限定される訳ではなく、蒸発器１０９と改質
器１０１との間に設けてもよいし、燃料ポンプ１３２，
１３３と蒸発器１０９との間に設けてもよい。そして燃
料ポンプ１３２，１３３と蒸発器１０９との間に遮断弁
４１０を設ける場合、ポンプを逆回転させるなどによ
り、蒸発器１０９より水やメタノールの液体をタンク１
３０，１３１側に回収してから遮断するようにしてもよ
い。

【００５６】また第３の実施の形態において、燃料電池
１００の燃料極側を、開放弁６０２を開いて空気極側に
接続して大気開放するようにしたが、これに限定される
訳ではなく、例えば、空気極側配管の大気開放部に絞り
を設けてもよい。また燃料極側を空気極側に接続せず
に、開放弁６０２で直接大気開放してもよいし、さらに
絞りを併用してもよい。また燃料極側を空気極側に接続
し、かつ空気極側を大気開放せずに遮断弁で閉じ込めて
もよい。さらにまた、燃料極側を空気極側に接続する開
放弁６０２の位置は、燃料電池１００の燃料極出口に設
ける例を説明したが、水素分離膜１０６を遮断する遮断
弁６００，６０１で切り離された水素循環系ＨＬＰのど
こであってもよいし、また接続される空気極側も燃料電
池１００の空気極に空間的に繋がっている場所であれば
どこでもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。

【図２】上記の実施の形態のシステム停止時の動作のシ
ーケンス図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。

【図４】本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。

【図５】従来例の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１００燃料電池１０１改質器１０５水素分離器１０６水素分離膜１０８燃焼器１０９蒸発器４００放電抵抗回路４０１バッテリ４０２電力調整器４１０遮断弁４１１遮断弁５０１遮断弁５０２遮断弁６００遮断弁６０１遮断弁６０２開放弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を改質して水素リッチなガスを生成
する改質器と、前記改質器によって生成した水素リッチなガスから水素
を分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離された水素と酸素を含むガスとを
用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池によって発電された電力を貯蔵するバッテ
リと、前記燃料電池によって発電された電力と前記バッテリに
貯蔵されている電力を制御する電力制御器と、前記水素分離器と前記燃料電池とから構成される水素循
環系の循環ポンプと、当該システム停止時に、前記水素循環系に水蒸気を循環
させながら当該水素循環系内の残留水素による発電を行
った後、当該水素循環系に水蒸気を循環させながら前記
バッテリから前記燃料電池に電圧を印加して当該水素循
環系の残留水素を前記燃料電池の燃料極側から空気極側
に電気化学的に輸送することにより、前記水素循環系内
の残留水素濃度を低減する残留水素パージ手段を備えて
成る移動体用燃料電池システム。
【請求項２】前記残留水素パージ手段は、前記残留水
素による発電電力を前記バッテリに充電することを特徴
とする請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項３】余剰電力を放電する放電抵抗回路を備
え、前記残留水素パージ手段は、前記残留水素による発
電電力を前記放電抵抗回路に放電することを特徴とする
請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項４】余剰電力を放電する放電抵抗回路を備
え、前記残留水素パージ手段は、前記バッテリの充電状
態に応じて、前記残留水素による発電電力の当該バッテ
リへの充電と前記放電抵抗回路への放電とを切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体用燃料電池シ
ステム。
【請求項５】前記残留水素パージ手段は、前記バッテ
リから前記燃料電池に電圧を印加させ、水素の電気化学
的輸送を一定時間行うことを特徴とする請求項１に記載
の移動体用燃料電池システム。
【請求項６】前記残留水素パージ手段は、前記燃料電
池の電流電圧特性から前記水素循環系の残留水素濃度が
所望の濃度以下になったことを判断したときに、前記バ
ッテリから前記燃料電池への電圧印加を停止し、水素の
電気化学的輸送を停止することを特徴とする請求項１又
は５に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項７】前記空気極の入口側及び出口側それぞれ
に遮断手段を備え、前記残留水素パージ手段は、前記水
素循環系の残留水素濃度を低減させた後、前記燃料電池
の空気極を水蒸気でパージし、しかる後に前記空気極の
入口側並びに出口側を前記遮断手段により遮断すること
を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の移動体用
燃料電池システム。
【請求項８】前記水素分離器の入口側並びに出口側を
遮断する遮断手段と、前記燃料電池の燃料極側を大気開
放する開放手段とを備え、前記残留水素パージ手段は、
前記水素循環系の残留水素の電気化学的輸送が終了した
後、前記水素循環系の前記水素分離器の入口側並びに出
口側を前記遮断手段により遮断し、前記燃料電池の燃料
極を前記大気開放手段により大気開放することを特徴と
する請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項９】前記水素分離器の改質ガス側の入口側及
び出口側を遮断する遮断手段を備え、前記残留水素パー
ジ手段は、当該システムの停止時に前記遮断手段により
前記水素分離器の改質ガス側の入口側並びに出口側を遮
断することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載
の移動体用燃料電池システム。
【請求項１０】前記残留水素パージ手段は、前記水素
分離器の改質ガス側の入口側並びに出口側を遮断する前
に、前記水素分離器の改質ガス側を水蒸気でパージする
ことを特徴とする請求項９に記載の移動体用燃料電池シ
ステム。