JP4830852B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、燃料電池に冷却水を搬送する冷却水配管に設けられ、冷却水を圧送する冷却水ポンプと、燃料電池に接続され、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、燃料電池と、燃料ガス供給配管とに接続され、燃料電池から排出された燃料ガスを、燃料ガス供給配管に循環させる燃料ガス循環配管と、燃料ガス循環配管に設けられ、燃料電池から排出された燃料ガスを燃料ガス供給配管に圧送する燃料ガスポンプと、を備え、燃料電池の運転停止後に、燃料電池から排出された燃料ガスを、燃料ガスポンプで圧送する燃料電池システムに関する。

燃料電池は、高効率と優れた環境特性を有する電池として近年脚光を浴びている。燃料電池は、一般的に、燃料ガスである水素に、酸化剤ガスである空気中の酸素を化学反応させて、電気エネルギを作りだしている。そして、水素と酸素とが電気化学反応した結果、水が生成される。

燃料電池の種類には、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、アルカリ型、固体高分子型等がある。この中でも、常温で起動しかつ起動時間が速い等の利点を有する固体高分子型の燃料電池を使用した燃料電池システムが注目されている。このような燃料電池システムは、例えば、車両、特に、電気自動車等の動力源として用いられている。

燃料電池システムでは、例えば、寒冷地の屋外等の低温環境下で燃料電池の停止状態が長く続くと、燃料電池システム内に残留する生成水等の水分により、燃料電池システム内のバルブやポンプ等が凍結する可能性がある。そこで、従来より、燃料電池システム内におけるバルブやポンプ等の凍結を防止する種々の方法が開発・提案されている。

例えば、特許文献１には、燃料電池からの電力の供給を遮断し、外気温度を検出し、外気温度に応じて反応ガス流路に、反応ガスを供給することで、反応ガス流路内の水を排出し、燃料電池を運転停止する燃料電池運転方法が記載されている。

特開２００４−１９３１０２号公報

ところで、燃料電池システムにおいて、燃料電池の運転時には、燃料電池から排出された燃料ガスは、水素ポンプ等の燃料ガスポンプで圧縮され、圧縮された燃料ガスを燃料電池へ圧送して再利用される。燃料電池の運転時には、燃料電池から排出された燃料ガスには水分が含まれているため、燃料電池システム内のバルブ等に水が残留する場合がある。そのため、燃料電池の運転停止後に、燃料ガスポンプを駆動させて、燃料ガスを圧送することにより乾燥処理することが行われている。

ここで、乾燥処理中に、燃料電池から排出される燃料ガスには、燃料電池システム内に残留する水分が吸収される。そのため、燃料電池から排出された燃料ガスに含まれる水分が、燃料ガスポンプ内で凝結して結露する場合がある。そして、例えば、低温環境下で燃料電池の停止状態が続く場合には、燃料ガスポンプが凍結する可能性がある。

そこで、本発明の目的は、燃料電池の運転停止後に、燃料ガスポンプ内での水分の結露を抑制して、燃料電池から排出された燃料ガスを、燃料ガスポンプで圧送する燃料電池システムを提供することである。

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池に冷却水を搬送する冷却水配管に設けられ、冷却水を圧送する冷却水ポンプと、燃料電池に接続され、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、燃料電池と、燃料ガス供給配管とに接続され、燃料電池から排出された燃料ガスを、燃料ガス供給配管に循環させる燃料ガス循環配管と、燃料ガス循環配管に設けられ、燃料電池から排出された燃料ガスを燃料ガス供給配管に圧送する燃料ガスポンプと、を備え、燃料電池の運転停止後に、燃料電池から排出された燃料ガスを、燃料ガスポンプで圧送する燃料電池システムであって、燃料電池の運転停止後に、冷却水ポンプで冷却水を圧送して燃料電池を冷却し、燃料電池温度を燃料ガスポンプ温度より低下させることを特徴とする。

本発明に係る燃料電池システムは、冷却水ポンプを停止した後に、燃料ガスポンプを停止することを特徴とする。

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池温度が燃料ガスポンプ温度より低下した後に、冷却水ポンプを停止して、燃料ガスポンプを停止することを特徴とする。

本発明に係る燃料電池システムは、冷却水配管に設けられ、燃料電池から排出された冷却水を冷却するラジエタを有し、燃料電池の運転停止後に、ラジエタで冷却された冷却水を圧送して、燃料電池を冷却することを特徴とする。

上記における本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の運転停止後に、燃料電池温度を燃料ガスポンプ温度よりも低下させることにより、燃料ガスポンプ内での水分の結露を抑制して、燃料電池から排出された燃料ガスを、燃料ガスポンプで圧送することができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、燃料電池システム１０の構成を示す図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１２と、ラジエタ１４等を備える冷却水系統と、燃料ガス供給装置１６等を備える燃料ガス系統と、酸化剤ガス供給装置１８等を備える酸化剤ガス系統と、制御部２０と、を含んで構成される。

燃料電池１２は、水素等の燃料ガスと、酸素等の酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する機能を有している。燃料電池１２、例えば、固体高分子型の燃料電池１２は、複数個の単セルを積み重ねて組み立てたスタックを含んで構成される。ここで、単セルは、電解質膜の両側にそれぞれ触媒層が積層され、各々の触媒層にガス拡散層が積層された膜電極接合体に、更に、セパレータが積層されて組み立てられる。そして、このようなスタックの両側に集電板を設けることにより、集電板から電流を取り出すことができる。

電解質膜は、アノード極側で発生した水素イオンをカソード極側まで移動させる機能等を有している。電解質膜の材料は、化学的に安定であるフッ素系樹脂、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸のイオン交換膜が使用される。パーフルオロカーボンスルホン酸のイオン交換膜としては、ナフィオン膜（デュポン社の登録商標）等を用いることができる。

触媒層は、アノード極側での水素の酸化反応やカソード極側での酸素の還元反応を促進する機能を有している。そして、触媒層は、触媒と触媒の担体とを含んで構成される。触媒は、反応させる電極面積を大きくするため、一般的に粒子状にして、触媒の担体に付着して使用される。触媒には、水素の酸化反応や酸素の還元反応について、小さい活性化過電圧を有する白金族元素である白金等が使用される。触媒の担体としては、カーボン材料、例えば、カーボンブラック等が使用される。

ガス拡散層は、燃料である水素や酸化剤である酸素を触媒層に拡散させる機能や、電子を移動させる機能等を有している。そして、ガス拡散層には、導電性を有する材料であるカーボン繊維織布、カーボン紙等を使用することができる。そして、膜電極接合体は、電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層とを積層し、ヒートプレス等することにより製造することができる。

セパレータは、膜電極接合体のガス拡散層に積層され、隣設する単セルにおける燃料ガスである水素と酸化剤である空気とを分離する機能を有している。また、セパレータは、一方の単セルと他方の単セルとを電気的に接続する機能を有している。セパレータは、例えば、チタンシートやステンレスシート等をプレス加工することにより成形することができる。

燃料電池システム１０の冷却水系統は、燃料電池１２に冷却水を循環させて搬送する冷却水配管２２を備える。冷却水配管２２は、燃料電池１２へ冷却水を供給する冷却水供給配管２２ａと、燃料電池１２から冷却水を排出する冷却水排出配管２２ｂと、冷却水供給配管２２ａと冷却水排出配管２２ｂとに接続される冷却水バイパス配管２２ｃと、を含んで構成される。ここで、冷却水には、ロングライフクーラント（ＬＯＮＧ ＬＩＦＥ ＣＯＯＬＡＮＴ）等を含めることができる。

ラジエタ１４は、冷却水の熱を外部に放熱する機能を有しており、冷却水配管２２に設けられ、冷却水供給配管２２ａと冷却水排出配管２２ｂとに接続される。冷却水排出配管２２ｂで搬送される燃料電池１２から排出された冷却水を、ラジエタ１４へ流入させることにより、燃料電池１２から排出された冷却水の熱を放熱させて、燃料電池１２から排出された冷却水を冷却することができる。ラジエタ１４で冷却された冷却水は、冷却水供給配管２２ａで搬送され、燃料電池１２へ供給される。

冷却水ポンプ２４は、冷却水を加圧して圧送する機能を有しており、冷却水配管２２に設けられる。冷却水ポンプ２４により冷却水を圧送して循環させることにより、燃料電池１２を冷却することができる。冷却水ポンプ２４は、冷却水供給配管２２ａまたは冷却水排出配管２２ｂに設けることができる。冷却水ポンプ２４には、例えば、モータの回転により駆動するポンプ等が用いられる。そして、冷却水ポンプ２４の始動及び停止等は、制御部２０の制御に基づいて行われる。

冷却水温度センサ２６は、冷却水の温度を測定する機能を有しており、冷却水排出配管２２ｂに設けられる。冷却水温度センサ２６を冷却水排出配管２２ｂに設けることにより、燃料電池１２から排出された冷却水の温度を測定することができる。冷却水温度センサ２６には、例えば、熱電対等の温度センサを用いることができる。そして、冷却水温度センサ２６で測定された冷却水温度データは、制御部２０へ送られる。

ここで、燃料電池１２の運転停止後には、燃料電池１２から排出された冷却水の温度を、燃料電池温度として用いることができる。燃料電池１２の運転停止後には、燃料電池１２の発電が停止しているので、燃料電池１２から排出された冷却水の冷却水温度と燃料電池温度とは、略同じとなるからである。勿論、燃料電池１２の所定部位に温度センサ等を設けて、燃料電池温度を測定してもよい。

冷却水切替バルブ２８は、燃料電池１２から排出された冷却水における流れの方向を切り替える機能を有しており、冷却水排出配管２２ｂと冷却水バイパス配管２２ｃとに接続される。冷却水切替バルブ２８は、制御部２０の制御に基づいて、燃料電池１２から排出された冷却水の流れを、ラジエタ１４側または冷却水バイパス配管２２ｃ側へ切り替えることができる。例えば、燃料電池１２をより冷却する場合には、制御部２０の制御に基づいて、冷却水切替バルブ２８をラジエタ１４側に切り替えることにより、燃料電池１２から排出された冷却水をラジエタ１４へ流入させて、ラジエタ１４で冷却された冷却水を燃料電池１２に供給することができる。一方、燃料電池１２の冷却を抑える場合には、制御部２０の制御に基づいて、冷却水切替バルブ２８を冷却水バイパス配管２２ｃ側に切り替えることにより、燃料電池１２から排出された冷却水を冷却水バイパス配管２２ｃに流入させて燃料電池１２に供給することができる。冷却水切替バルブ２８には、例えば、三方弁等を用いることができる。

燃料電池システム１０の燃料ガス系統は、燃料電池１２に接続され、燃料電池１２のアノードに燃料ガスを搬送して供給するための燃料ガス供給配管３０と、燃料電池１２と燃料ガス供給配管３０とに接続され、燃料電池１２のアノードから排出された燃料ガスを搬送して、燃料ガス供給配管３０に循環させるための燃料ガス循環配管３２とを備える。

燃料ガス供給装置１６は、水素等の燃料ガスを供給する機能を有しており、燃料ガス供給配管３０と接続される。燃料ガス供給装置１６は、例えば、高圧水素タンク等の高圧燃料ガスタンクにより構成することができる。勿論、燃料ガス供給装置１６は、水素吸蔵合金または改質器等により構成されてもよい。また、燃料ガス供給装置１６からの燃料ガスの供給／停止を制御する遮断弁３６と、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ３８と、燃料ガスの圧力調整を行う燃料ガス用圧力調整弁４０と、燃料電池１２の燃料ガス供給口を開閉する遮断弁（図示せず）等とが、燃料ガス供給配管３０に設けられる。

燃料ガスポンプ４２は、燃料電池１２から排出された燃料ガスを燃料ガス供給配管３０に圧送する機能を有しており、燃料ガス循環配管３２に設けられる。燃料ガスポンプ４２により、燃料電池１２のアノードを通過する際に圧力損失を受けた燃料ガスを圧縮して、適度なガス圧まで昇圧させて、燃料ガス供給配管３０に還流させることができる。そして、燃料電池１２から排出された燃料ガスは、燃料ガス供給装置１６から供給される燃料ガスと、燃料ガス供給配管３０で合流し、燃料電池１２に供給されて再利用される。燃料ガスポンプ４２には、例えば、モータの回転により駆動されるポンプ等が用いられる。そして、燃料ガスポンプ４２の始動及び停止等は、制御部２０の制御に基づいて行うことができる。

燃料ガス温度センサ４４は、燃料ガス温度を測定する機能を有しており、燃料ガス循環配管３２に設けられる。また、燃料ガス温度センサ４４を、燃料ガスポンプ４２における燃料ガスの排出側に設けることにより、燃料ガスポンプ４２から排出された燃料ガスの温度を測定することができる。燃料ガス温度センサ４４には、例えば、熱電対等の温度センサが用いられる。そして、燃料ガス温度センサ４４で測定された燃料ガス温度データは、制御部２０へ送られる。

ここで、燃料ガスポンプ４２から排出された燃料ガスの温度を、燃料ガスポンプ温度として用いることができる。燃料ガスポンプ４２から排出された燃料ガスの温度と、燃料ガスポンプ温度とは、略同じとなるからである。勿論、燃料ガスポンプ４２の所定部位に温度センサ等を設けて、燃料ガスポンプ温度を測定してもよい。

燃料ガスを排出する遮断弁（図示せず）と、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ４８と、燃料ガス供給配管３０で搬送される燃料ガスが、燃料ガス循環配管３２側に逆流することを防止する逆止弁５０等とが、燃料ガス循環配管３２に設けられる。また、燃料ガス循環配管３２には、燃料ガス循環系統から排気された燃料ガスを水素濃度低減装置等の希釈器（図示せず）を介して車外に排気するための燃料ガス排気配管５２が分岐される。燃料ガス排気配管５２には排気弁５３が設置されており、排気弁５３を開閉することで、燃料電池１２内の循環を繰り返して不純物濃度が増した燃料ガスを外部に排出し、新規の燃料ガスを導入して燃料電池１２の電圧の低下を防止することができる。

燃料電池システム１０の酸化剤ガス系統には、燃料電池１２のカソードに酸化剤ガスを搬送して供給する機能を有する酸化剤ガス供給配管５４と、燃料電池１２のカソードから排出される酸化剤ガスを搬送する機能を有する酸化剤ガス排出配管５６とを備える。

酸化剤ガス供給装置１８は、圧縮空気等の酸化剤ガスを供給する機能を有しており、酸化剤ガス供給配管５４に接続される。酸化剤ガス供給装置１８は、例えば、大気から取り込んだ空気に含まれる粉塵等を除去するエアフィルタ５８と、モータによって駆動され、空気を圧送する圧送手段としての機能を有するポンプまたはエアコンプレッサ６０とを含んで構成される。

加湿器６２は、酸化剤ガス供給配管５４と酸化剤ガス排出配管５６とに接続されて、酸化剤ガス供給装置１８と燃料電池１２との間に配置され、燃料電池１２の電気化学反応で生じた生成水によって高湿潤状態となった酸化剤ガスと、大気より取り込んだ低湿潤状態の酸化剤ガスとの間で水分交換を行う機能を有している。そして、加湿器６２により、大気より取り込んだ低湿潤状態の酸化剤ガスを加湿することができる。

酸化剤ガス用圧力調整弁６４は、酸化剤ガス供給配管５４または酸化剤ガス排出配管５６に配置され、カソードの酸化剤ガス圧力を調圧する機能を有している。酸化剤ガス用圧力調整弁６４には、一般的に、空気等のガスの調圧に用いられる電磁弁等を用いることができる。また、酸化剤ガスの圧力を検出する圧力センサ６６等が、酸化剤ガス供給配管５４または酸化剤ガス排出配管５６に設けられる。そして、酸化剤ガス排出配管５６を流れる酸化剤ガスは、例えば、気液分離器やマフラ等を経由して車外に排気される。

外気温度センサ６８は、外気温度を測定する温度測定手段としての機能を有し、燃料電池システム１０に設けられる。外気温度センサ６８には、例えば、熱電対等を使用することができる。外気温度センサ６８で測定された外気温度データは、制御部２０へ送られる。

制御部２０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、燃料電池システム１０の各部動作の制御を実行する。制御部２０は、各配管等に配置された冷却水温度センサ２６、燃料ガス温度センサ４４、外気温度センサ６８等の温度センサ、圧力センサ３８、４８、６６からのセンサ信号を受け取り、燃料電池１２の運転状態（例えば、電力負荷）に応じて、各モータを駆動して冷却水ポンプ２４、燃料ガスポンプ４２やエアコンプレッサ６０等の回転数を調整する。そして、制御部２０は、更に、冷却水切替バルブ２８等の各種の弁の開閉制御又は弁開度の調整などを行う。制御部２０は、各ポンプ、温度センサや圧力センサ等の各センサ、切替弁等の各弁と、例えば、図示されない電気ケーブル等で接続される。

次に、燃料電池システム１０の動作について説明する。

燃料電池１２の運転停止後に、燃料電池１２から排出された燃料ガスを燃料ガスポンプ４２で圧送して乾燥処理が行われる。まず、燃料ガス供給装置１６から供給される燃料ガスは、燃料ガス供給配管３０で搬送されて燃料電池１２へ供給される。そして、燃料電池１２から排出された燃料ガスは、燃料ガス循環配管３２で搬送され、燃料ガスポンプ４２により圧送されて燃料ガス供給配管３０へ還流される。燃料電池１２から排出された燃料ガスは、燃料ガス循環配管３２または燃料ガス循環配管３２に設けられたバルブ等の中に残留した水蒸気等の水分を吸収するので、燃料ガス循環配管３２または燃料ガス循環配管３２に設けられたバルブ等が乾燥処理される。

制御部２０は、冷却水温度センサ２６から送られた冷却水温度データと、燃料ガス温度センサ４４から送られた燃料ガス温度データとを受信し、冷却水温度と燃料ガス温度とを比較する。そして、燃料電池１２から排出された冷却水の温度が、燃料ガスポンプ４２から排出された燃料ガスの温度より高い場合には、制御部２０は、燃料電池温度が燃料ガスポンプ温度より高いと判断する。

制御部２０は、燃料電池温度が燃料ガスポンプ温度より高い場合には、冷却水ポンプ２４を駆動させる。冷却水は、冷却水ポンプ２４により圧送されて燃料電池１２へ供給されるので、燃料電池１２が冷却されて燃料電池温度が低下する。また、冷却水ポンプ２４は、燃料電池１２の運転時よりも、モータをより高速で回転させて駆動させることが好ましい。それにより、冷却水の循環がより速くなるため、燃料電池１２の冷却速度をより速くすることができる。

ここで、制御部２０は、冷却水切替バルブ２８をラジエタ１４側に切り替えて、燃料電池１２から排出された冷却水をラジエタ１４へ流れるようにすることが好ましい。燃料電池１２から排出された冷却水がラジエタ１４で冷却されるので、燃料電池１２の冷却速度をより速くすることができる。また、この時、ラジエタ１４のファンは、回転させることが好ましい。これにより、燃料電池１２の冷却速度を更に速くすることができる。

燃料ガスポンプ４２は、燃料電池１２の運転時より、モータをより高速で回転して駆動させることが好ましい。それにより、燃料ガスポンプ４２は、モータの排熱等で加熱されるので、燃料ガスポンプ温度の低下を抑えることができる。

燃料電池１２は冷却水により冷却されるため、燃料電池温度は、燃料ガスポンプ温度より低下する。それにより、燃料電池１２と、燃料ガス供給配管３０と、燃料ガス循環配管３２とを循環する水分を含んだ燃料ガスは、燃料電池１２内で水分が凝結し、燃料ガスポンプ４２内での水分の凝結が抑制される。

燃料電池温度が燃料ガスポンプ温度より低下して、燃料電池温度が、例えば、外気温度センサ６８で測定された外気温度近傍まで低下した後に、冷却水ポンプ２４を制御部２０で制御して停止する。燃料電池温度は、燃料ガスポンプ温度より低いため、燃料電池１２から排出された燃料ガスに含まれる水分は、燃料電池１２内で凝結し、燃料ガスポンプ４２内での結露が抑制される。

ここで、燃料ガスポンプ４２を駆動させた状態で、冷却水ポンプ２４を停止することが好ましい。冷却水ポンプ２４を停止した状態でも燃料ガスポンプ４２を駆動させることで、冷却水ポンプ２４を停止することにより燃料電池温度が多少上昇した場合でも、燃料ガスポンプ温度を燃料電池温度よりも高く保つことができるからである。そして、制御部２０は、冷却水ポンプ２４を停止した後に、燃料ガスポンプ４２を停止する。

なお、上記構成では、燃料電池１２の運転停止後において、燃料電池温度が燃料ガスポンプ温度より高いときに、冷却水ポンプ２４を駆動させて燃料電池１２を冷却させる場合を示したが、勿論、燃料電池１２の運転停止後において、燃料電池温度が燃料ガスポンプ温度より低い場合でも、冷却水ポンプ２４を駆動させて燃料電池１２を冷却させてもよい。燃料電池温度が燃料ガスポンプ温度より低い場合でも、冷却水ポンプ２４を駆動させて燃料電池１２を冷却させることにより、より確実に燃料電池温度を燃料ガスポンプ温度より低く保つことができる。

図２は、燃料電池１２の運転停止後における燃料電池温度と燃料ガスポンプ温度との変化（燃料電池１２の運転停止時：燃料電池温度＞燃料ガスポンプ温度）を示す図であり、図２（Ａ）は、燃料電池１２の運転停止後に、冷却水ポンプ２４を駆動させないで燃料電池１２を冷却させた場合を示す図であり、図２（Ｂ）は、燃料電池１２の運転停止後に、冷却水ポンプ２４を駆動させて燃料電池１２を冷却させた場合を示す図である。図２において、横軸に、燃料電池１２の運転停止時からの時間経過を取り、縦軸に、燃料電池温度と燃料ガスポンプ温度を取り、燃料電池温度の時間に対する変化を実線で示し、燃料ガスポンプ温度の時間に対する変化を破線で示した。なお、図２では、燃料電池１２の運転停止時において、燃料電池温度が、燃料ガスポンプ温度より高い場合を示す。

燃料電池１２の運転停止後に、冷却水ポンプ２４を駆動させないで燃料電池１２を冷却した場合には、図２（Ａ）に示すように、燃料電池温度は緩やかに低下する。そして、燃料電池温度は燃料ガスポンプ温度よりも高くなるため、燃料ガスに含まれる水分は、燃料電池１２内よりも燃料ガスポンプ４２内でより多く凝結する。

燃料電池１２の運転停止後に、冷却水ポンプ２４を駆動させて燃料電池１２を冷却させた場合には、図２（Ｂ）に示すように、冷却水ポンプ２４を駆動させないで燃料電池１２を冷却した場合と比較して、燃料電池温度がより速く低下する。それにより、燃料電池温度は、燃料ガスポンプ温度より低くなり、燃料ガスに含まれる水分は、燃料電池１２内で凝結する。その結果、燃料ガスポンプ４２内における水分の凝結が抑制される。

図３は、燃料電池１２の運転停止後における燃料電池温度と燃料ガスポンプ温度との変化（燃料電池１２の運転停止時：燃料電池温度＜燃料ガスポンプ温度）を示す図であり、図３（Ａ）は、燃料電池１２の運転停止後に、冷却水ポンプ２４を駆動させないで燃料電池１２を冷却させた場合を示す図であり、図３（Ｂ）は、燃料電池１２の運転停止後に、冷却水ポンプ２４を駆動させて燃料電池１２を冷却させた場合を示す図である。図３において、横軸に、燃料電池１２の運転停止時からの時間経過を取り、縦軸に、燃料電池温度と燃料ガスポンプ温度を取り、燃料電池温度の時間に対する変化を実線で示し、燃料ガスポンプ温度の時間に対する変化を破線で示した。なお、図３では、燃料電池１２の運転停止時において、燃料電池温度が、燃料ガスポンプ温度より低い場合を示す。

燃料電池１２の運転停止後に、冷却水ポンプ２４を駆動させないで燃料電池１２を冷却させた場合には、図３（Ａ）に示すように、燃料電池温度は緩やかに低下する。燃料ガスポンプ４２は、一般的に、燃料電池１２より熱容量が小さいため、燃料電池１２の冷却速度より燃料ガスポンプ４２の冷却速度のほうが速くなる。そのため、燃料電池１２の運転停止時において、燃料電池温度が、燃料ガスポンプ温度より低い場合でも、燃料電池１２の運転停止時から所定時間経過後において、燃料電池温度が燃料ガスポンプ温度よりも高くなる場合がある。その結果、燃料ガスに含まれる水分は、燃料電池１２内よりも燃料ガスポンプ４２内でより多く凝結する。

燃料電池１２の運転停止後に、冷却水ポンプ２４を駆動させて燃料電池１２を冷却させた場合には、図３（Ｂ）に示すように、冷却水ポンプ２４を駆動させないで燃料電池１２を冷却させた場合と比較して、燃料電池温度がより速く低下する。そのため、燃料電池１２の運転停止時において燃料電池温度が燃料ガスポンプ温度より低い場合でも、冷却水ポンプ２４を駆動させて燃料電池１２を冷却させることにより、より確実に燃料電池温度を燃料ガスポンプ温度より低く保つことができる。それにより、燃料ガスに含まれる水分は、燃料電池１２内で凝結する。その結果、燃料ガスポンプ４２内における水分の凝結が抑制される。

上記構成によれば、燃料電池の運転停止後に、冷却水ポンプにより冷却水を圧送して燃料電池を冷却し、燃料電池温度を燃料ガスポンプ温度より低下させることで、燃料ガスポンプ内での水分の結露を抑制し、燃料電池から排出された燃料ガスを燃料ガスポンプで圧送して、乾燥処理することができる。そして、燃料ガスポンプ内での水分の結露が抑制されるため、低温環境下で燃料電池の停止状態が長く続く場合でも、燃料ガスポンプの凍結を抑えることができる。

上記構成によれば、燃料電池の運転停止後において、冷却水ポンプを停止した後に、燃料ガスポンプを停止することにより、より確実に燃料電池温度を燃料ガスポンプ温度より低下させることができる。

上記構成によれば、燃料電池の運転停止後に、ラジエタで冷却された冷却水を圧送して燃料電池を冷却することにより、燃料電池をより速く冷却して、燃料電池温度を燃料ガスポンプ温度より低下させることができる。

本発明の実施の形態において、燃料電池システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態において、燃料電池の運転停止後における燃料電池温度と燃料ガスポンプ温度との変化（燃料電池の運転停止時：燃料電池温度＞燃料ガスポンプ温度）を示す図である。 本発明の実施の形態において、燃料電池の運転停止後における燃料電池温度と燃料ガスポンプ温度との変化（燃料電池の運転停止時：燃料電池温度＜燃料ガスポンプ温度）を示す図である。

符号の説明

１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池、１４ ラジエタ、１６ 燃料ガス供給装置、１８ 酸化剤ガス供給装置、２０ 制御部、２２ 冷却水配管、２２ａ 冷却水供給配管、２２ｂ 冷却水排出配管、２２ｃ 冷却水バイパス配管、２４ 冷却水ポンプ、２６ 冷却水温度センサ、２８ 冷却水切替バルブ、３０ 燃料ガス供給配管、３２ 燃料ガス循環配管、３６ 遮断弁、３８，４８，６６ 圧力センサ、４０ 燃料ガス用圧力調整弁、４２ 燃料ガスポンプ、４４ 燃料ガス温度センサ、５０ 逆止弁、５２ 燃料ガス排気配管、５３ 排気弁、５４ 酸化剤ガス供給配管、５６ 酸化剤ガス排出配管、５８ エアフィルタ、６０ エアコンプレッサ、６２ 加湿器、６４ 酸化剤ガス用圧力調整弁、６８ 外気温度センサ。

Claims (4)

1. 燃料電池に冷却水を搬送する冷却水配管に設けられ、冷却水を圧送する冷却水ポンプと、
   燃料電池に接続され、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、
   燃料電池と、燃料ガス供給配管とに接続され、燃料電池から排出された燃料ガスを、燃料ガス供給配管に循環させる燃料ガス循環配管と、
   燃料ガス循環配管に設けられ、燃料電池から排出された燃料ガスを燃料ガス供給配管に圧送する燃料ガスポンプと、
   を備え、
   燃料電池の運転停止後に、燃料電池から排出された燃料ガスを、燃料ガスポンプで圧送する燃料電池システムであって、
   燃料電池の運転停止後に、冷却水ポンプで冷却水を圧送して燃料電池を冷却し、燃料電池温度を燃料ガスポンプ温度より低下させることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   冷却水ポンプを停止した後に、燃料ガスポンプを停止することを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   燃料電池温度が燃料ガスポンプ温度より低下した後に、冷却水ポンプを停止して、燃料ガスポンプを停止することを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の燃料電池システムであって、
   冷却水配管に設けられ、燃料電池から排出された冷却水を冷却するラジエタを有し、
   燃料電池の運転停止後に、ラジエタで冷却された冷却水を圧送して、燃料電池を冷却することを特徴とする燃料電池システム。

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