(57)【要約】【課題】長期間にわたる連続発電運転でも、発電性能の低下を大幅に抑制できる固体高分子形燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】水素ガス１の流通経路を直列ループ状にするように接続したサブスタック１１１，１１２に水素ガスボンベ１３０をそれぞれ接続した燃料電池１１０と、ボンベ１３０とサブスタック１１１，１１２との間を断接するバルブ１０１，１０２と、サブスタック１１１，１１２同士の間を断接するバルブ１０３，１０４と、水素ガス１の流通方向最上流側と最下流側とのサブスタック１１１，１１２を運転時間に基づいて切り換えるようにバルブ１０１〜１０４を制御しながら、電圧計１４１，１４２からの情報に基づいて、燃料電池１１０への水素ガス１の供給を一旦停止した後に、水素ガス１を再び供給するようにバルブ１０１，１０２を制御する制御装置１４０とを備えた。【選択図】図１
2010140700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルと燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成されたセパレータとを交互に複数積層した固体高分子形燃料電池と、
前記固体高分子形燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記固体高分子形燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と
を備えている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記固体高分子形燃料電池が、前記セルと前記セパレータとを交互に複数積層したサブスタックを、前記燃料ガスの流通経路を直列ループ状にするように複数接続したものであり、
前記燃料ガス供給手段が、前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの燃料ガス受入口にそれぞれ接続されると共に、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路にそれぞれ配設された燃料ガス用気液分離手段と、
前記燃料ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記燃料ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する燃料ガス用最上流位置切換手段と、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続する燃料ガス用最下流位置切換手段と、
運転時間、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの送給量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の水分量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の圧損値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記燃料ガスの排出口部分の圧力値、のうちの少なくとも一つを計測する燃料ガス用切換時期確認手段と、
前記燃料ガス用切換時期確認手段からの情報に基づいて、前記燃料ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記燃料ガス用最上流位置切換手段を制御すると共に、前記燃料ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記燃料ガス用最下流位置切換手段を制御する第一の制御手段と
を備え、さらに、
前記燃料ガス供給手段から前記固体高分子形燃料電池への前記燃料ガスの供給量を調整する燃料ガス供給量調整手段と、
前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの電圧値、運転時間、のうちの少なくとも一つを計測する燃料ガス用回復作動タイミング確認手段と、
前記燃料ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池への前記燃料ガスの供給量を減少又は前記燃料ガスの供給を停止するように前記燃料ガス供給量調整手段を制御した後、前記燃料ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記サブスタックの内部圧力を計測する内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池へ前記燃料ガスを前記減少前又は前記停止前の供給量で再び供給するように前記燃料ガス供給量調整手段を制御する第二の制御手段と
を備えていることを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項２】
固体高分子電解質膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルと燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成されたセパレータとを交互に複数積層した固体高分子形燃料電池と、
前記固体高分子形燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記固体高分子形燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と
を備えている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記固体高分子形燃料電池が、前記セルと前記セパレータとを交互に複数積層したサブスタックを、前記酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように複数接続したものであり、
前記酸化ガス供給手段が、前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの酸化ガス受入口にそれぞれ接続されると共に、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路にそれぞれ配設された酸化ガス用気液分離手段と、
前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最上流位置切換手段と、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最下流位置切換手段と、
運転時間、前記酸化ガス供給手段からの前記酸化ガスの送給量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の水分量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の圧損値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの排出口部分の圧力値、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用切換時期確認手段と、
前記酸化ガス用切換時期確認手段からの情報に基づいて、前記酸化ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段を制御すると共に、前記酸化ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御する第一の制御手段と
を備え、さらに、
前記酸化ガス供給手段から前記固体高分子形燃料電池への前記酸化ガスの供給量を調整する酸化ガス供給量調整手段と、
前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの電圧値、運転時間、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用回復作動タイミング確認手段と、
前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池への前記酸化ガスの供給量を減少又は前記酸化ガスの供給を停止するように前記酸化ガス供給量調整手段を制御した後、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記サブスタックの内部圧力を計測する内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池へ前記酸化ガスを前記減少前又は前記停止前の供給量で再び供給するように前記酸化ガス供給量調整手段を制御する第二の制御手段と
を備えていることを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項３】
請求項１に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記固体高分子形燃料電池が、さらに、前記酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように前記サブスタックを複数接続したものであり、
前記酸化ガス供給手段が、前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの酸化ガス受入口にそれぞれ接続されると共に、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路にそれぞれ配設された酸化ガス用気液分離手段と、
前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最上流位置切換手段と、
前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最下流位置切換手段と、
運転時間、前記酸化ガス供給手段からの前記酸化ガスの送給量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の水分量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の圧損値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの排出口部分の圧力値、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用切換時期確認手段と
を備え、さらに、
前記酸化ガス供給手段から前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックへの前記酸化ガスの供給量を調整する酸化ガス供給量調整手段と、
前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの電圧値、運転時間、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用回復作動タイミング確認手段と
を備えると共に、
前記第一の制御手段が、さらに、前記酸化ガス用切換時期確認手段からの情報に基づいて、前記酸化ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段を制御すると共に、前記酸化ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御するものであり、
前記第二の制御手段が、さらに、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池への前記酸化ガスの供給量を減少又は前記酸化ガスの供給を停止するように前記酸化ガス供給量調整手段を制御した後、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池へ前記酸化ガスを前記減少前又は前記停止前の供給量で再び供給するように前記酸化ガス供給量調整手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項４】
請求項１又は請求項３に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料ガス供給手段よりも単位時間当たりに多くの燃料ガスを前記固体高分子形燃料電池に供給可能な燃料ガス補助供給手段を備えると共に、
前記第二の制御手段が、前記燃料ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへの前記燃料ガスの供給量を減少又は前記燃料ガスの供給を停止するように前記燃料ガス供給量調整手段を制御した後、前記燃料ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへ前記燃料ガスを前記減少前又は前記停止前よりも多くの供給量で供給するように前記燃料ガス供給量調整手段及び前記燃料ガス補助供給手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記第二の制御手段が、前記燃料ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへ前記燃料ガスを前記減少前又は前記停止前よりも多くの供給量で供給するように前記燃料ガス供給量調整手段及び前記燃料ガス補助供給手段を制御した後、さらに、前記燃料ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへ前記燃料ガスを前記減少前又は前記停止前の供給量で供給するように前記燃料ガス供給量調整手段及び前記燃料ガス補助供給手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項６】
請求項２又は請求項３に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記酸化ガス供給手段よりも単位時間当たりに多くの酸化ガスを前記固体高分子形燃料電池に供給可能な酸化ガス補助供給手段を備えると共に、
前記第二の制御手段が、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへの前記酸化ガスの供給量を減少又は前記酸化ガスの供給を停止するように前記酸化ガス供給量調整手段を制御した後、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへ前記酸化ガスを前記減少前又は前記停止前よりも多くの供給量で供給するように前記酸化ガス供給量調整手段及び前記酸化ガス補助供給手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記第二の制御手段が、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへ前記酸化ガスを前記減少前又は前記停止前よりも多くの供給量で供給するように前記酸化ガス供給量調整手段及び前記酸化ガス補助供給手段を制御した後、さらに、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへ前記酸化ガスを前記減少前又は前記停止前の供給量で供給するように前記酸化ガス供給量調整手段及び前記酸化ガス補助供給手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項８】
請求項１又は請求項３に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記第一の制御手段が、前記燃料ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該燃料ガスの流通方向最上流側に位置させるように前記燃料ガス用最上流位置切換手段及び前記燃料ガス用最下流位置切換手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項９】
請求項２又は請求項３に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記第一の制御手段が、前記酸化ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該酸化ガスの流通方向最上流側に位置させるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項１０】
請求項１又は請求項３に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記第一の制御手段が、前記燃料ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該燃料ガスの流通方向最下流側に位置させるように前記燃料ガス用最上流位置切換手段及び前記燃料ガス用最下流位置切換手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項１１】
請求項２又は請求項３に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記第一の制御手段が、前記酸化ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該酸化ガスの流通方向最下流側に位置させるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項１２】
請求項１，３，４，５，８，１０のいずれか一項に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料ガスが、濃度９９％以上の水素ガスである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【請求項１３】
請求項２，３，６，７，９，１１のいずれか一項に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記酸化ガスが、濃度９９％以上の酸素ガスである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池発電システムに関し、特に、水素ガスを燃料ガスとして用いる場合や、酸素ガスを酸化ガスとして用いる場合に適用すると、極めて有効である。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を導電性及びガス透過性を有する燃料極及び酸化極で挟んだセルと、水素ガスを含有する燃料ガスの流路及び酸素ガスを含有する酸化ガスの流路をそれぞれ形成されると共に導電性を有するセパレータとを交互に複数積層して積層方向両端側を一対の集電板及びエンドフランジで挟み込んで構成されている。
【０００３】
このような固体高分子形燃料電池を備えた固体高分子形燃料電池発電システムにおいては、固体高分子形燃料電池の上記エンドフランジに形成された燃料ガス受入口及び酸化ガス受入口から燃料ガス及び酸化ガスをそれぞれ供給すると、当該燃料ガス及び当該酸化ガスが各上記セパレータの各上記流路内をそれぞれ流通して、前記水素ガス及び前記酸素ガスが上記セルで電気化学的に反応し、上記集電板から電力を取り出すことができるようになっている。
【０００４】
そして、使用済みの上記燃料ガス及び上記酸化ガスは、上記電気化学反応に伴って生じた生成水と共に各上記流路を流通して、上記エンドフランジに形成された燃料ガス排出口及び酸化ガス排出口から外部へそれぞれ排出されるようになっている。
【０００５】
ここで、例えば、水素ガスそのものを燃料ガスとして使用する場合や酸素ガスそのものを酸化ガスとして使用する場合には、上記ガス排出口にドレントラップを介してブロアやエジェクタ等のガス循環装置のガス受入口を接続すると共に、当該ガス循環装置のガス送出口を上記ガス受入口に接続することにより、上記生成水と上記電気化学反応に供されなかった水素ガス及び酸素ガスとを上記ガス排出口から排出させてドレントラップで分離させた後、当該ガスを上記ガス受入口に戻して新たな上記ガスと共に再び供給するようにして、これらガスを有効利用するようにしている。
【０００６】
ところが、このようにして水素ガスそのものを燃料ガスとして使用するときや酸素ガスそのものを酸化ガスとして使用するときには、前述したようなガス循環装置を利用するため、余計に電力を消費してしまい、発電システム全体の電力効率が悪くなってしまっている。
【０００７】
そこで、例えば、下記特許文献１等においては、セルとセパレータとを交互に複数積層したサブスタックを、燃料ガス及び酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように複数（例えば２つ）接続して固体高分子形燃料電池を構成し、燃料ガス供給手段及び酸化ガス供給手段を各サブスタックの燃料ガス受入口及び酸化ガス受入口にそれぞれ接続して、これらサブスタック同士の間の上記ガスの流通経路に気液分離手段をそれぞれ配設し、上記ガス供給手段と各サブスタックの上記ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する燃料ガス用上流位置切換手段及び酸化ガス用上流位置切換手段を設けると共に、上記サブスタック同士の間の上記ガスの流通経路をそれぞれ切断又は接続する燃料ガス用下流位置切換手段及び酸化ガス用下流位置切換手段を設け、例えば、所定時間運転したら、上記ガスの流通方向上流側及び下流側に位置するサブスタックをそれぞれ切り換えるように上記位置切換手段をそれぞれ作動させることにより、前述したようなガス循環装置がなくても上記スタックから水分を排出しながら上記ガスを有効利用できるようにして、システム全体の電力効率を向上させるようにした固体高分子形燃料電池発電システムを提案している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１４７１７８号公報
【特許文献２】特開２００８−１４７１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１等に記載されている上記固体高分子形燃料電池発電システムにおいては、長期間にわたって連続して発電運転を行なっていくと、前記サブスタックに供給する前記ガスの流量や流速等の発電運転条件によっては、前記電気化学反応に伴って生じた余剰の生成水が当該サブスタックの内部から十分に排出し切れずに僅かずつ残留して前記セルの前記電極の表面を覆ってしまい、発電性能を低下させてしまう場合があった。
【００１０】
このようなことから、本発明は、長期間にわたって連続して発電運転を行なっても、発電性能の低下を大幅に抑制することができる固体高分子形燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、固体高分子電解質膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルと燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成されたセパレータとを交互に複数積層した固体高分子形燃料電池と、前記固体高分子形燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記固体高分子形燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段とを備えている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、前記固体高分子形燃料電池が、前記セルと前記セパレータとを交互に複数積層したサブスタックを、前記燃料ガスの流通経路を直列ループ状にするように複数接続したものであり、前記燃料ガス供給手段が、前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの燃料ガス受入口にそれぞれ接続されると共に、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路にそれぞれ配設された燃料ガス用気液分離手段と、前記燃料ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記燃料ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する燃料ガス用最上流位置切換手段と、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記燃料ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続する燃料ガス用最下流位置切換手段と、運転時間、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの送給量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の水分量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の圧損値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記燃料ガスの排出口部分の圧力値、のうちの少なくとも一つを計測する燃料ガス用切換時期確認手段と、前記燃料ガス用切換時期確認手段からの情報に基づいて、前記燃料ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記燃料ガス用最上流位置切換手段を制御すると共に、前記燃料ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記燃料ガス用最下流位置切換手段を制御する第一の制御手段とを備え、さらに、前記燃料ガス供給手段から前記固体高分子形燃料電池への前記燃料ガスの供給量を調整する燃料ガス供給量調整手段と、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの電圧値、運転時間、のうちの少なくとも一つを計測する燃料ガス用回復作動タイミング確認手段と、前記燃料ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池への前記燃料ガスの供給量を減少又は前記燃料ガスの供給を停止するように前記燃料ガス供給量調整手段を制御した後、前記燃料ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記サブスタックの内部圧力を計測する内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池へ前記燃料ガスを前記減少前又は前記停止前の供給量で再び供給するように前記燃料ガス供給量調整手段を制御する第二の制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
前述した課題を解決するための、第二番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、固体高分子電解質膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルと燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成されたセパレータとを交互に複数積層した固体高分子形燃料電池と、前記固体高分子形燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記固体高分子形燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段とを備えている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、前記固体高分子形燃料電池が、前記セルと前記セパレータとを交互に複数積層したサブスタックを、前記酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように複数接続したものであり、前記酸化ガス供給手段が、前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの酸化ガス受入口にそれぞれ接続されると共に、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路にそれぞれ配設された酸化ガス用気液分離手段と、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最上流位置切換手段と、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最下流位置切換手段と、運転時間、前記酸化ガス供給手段からの前記酸化ガスの送給量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の水分量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の圧損値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの排出口部分の圧力値、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用切換時期確認手段と、前記酸化ガス用切換時期確認手段からの情報に基づいて、前記酸化ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段を制御すると共に、前記酸化ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御する第一の制御手段とを備え、さらに、前記酸化ガス供給手段から前記固体高分子形燃料電池への前記酸化ガスの供給量を調整する酸化ガス供給量調整手段と、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの電圧値、運転時間、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用回復作動タイミング確認手段と、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池への前記酸化ガスの供給量を減少又は前記酸化ガスの供給を停止するように前記酸化ガス供給量調整手段を制御した後、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記サブスタックの内部圧力を計測する内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池へ前記酸化ガスを前記減少前又は前記停止前の供給量で再び供給するように前記酸化ガス供給量調整手段を制御する第二の制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
第三番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目の発明において、前記固体高分子形燃料電池が、さらに、前記酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように前記サブスタックを複数接続したものであり、前記酸化ガス供給手段が、前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの酸化ガス受入口にそれぞれ接続されると共に、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路にそれぞれ配設された酸化ガス用気液分離手段と、前記酸化ガス供給手段と前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックの前記酸化ガス受入口との間をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最上流位置切換手段と、前記固体高分子形燃料電池の接続する前記サブスタック同士の間の前記酸化ガスの前記流通経路をそれぞれ切断又は接続する酸化ガス用最下流位置切換手段と、運転時間、前記酸化ガス供給手段からの前記酸化ガスの送給量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックに流れた電流量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記セルの電圧値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の水分量、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタック内の圧損値、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの前記酸化ガスの排出口部分の圧力値、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用切換時期確認手段とを備え、さらに、前記酸化ガス供給手段から前記固体高分子形燃料電池の各前記サブスタックへの前記酸化ガスの供給量を調整する酸化ガス供給量調整手段と、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックの電圧値、運転時間、のうちの少なくとも一つを計測する酸化ガス用回復作動タイミング確認手段とを備えると共に、前記第一の制御手段が、さらに、前記酸化ガス用切換時期確認手段からの情報に基づいて、前記酸化ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段を制御すると共に、前記酸化ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを切り換えるように前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御するものであり、前記第二の制御手段が、さらに、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池への前記酸化ガスの供給量を減少又は前記酸化ガスの供給を停止するように前記酸化ガス供給量調整手段を制御した後、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池へ前記酸化ガスを前記減少前又は前記停止前の供給量で再び供給するように前記酸化ガス供給量調整手段を制御するものであることを特徴とする。
【００１４】
第四番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目又は第三番目の発明において、前記燃料ガス供給手段よりも単位時間当たりに多くの燃料ガスを前記固体高分子形燃料電池に供給可能な燃料ガス補助供給手段を備えると共に、前記第二の制御手段が、前記燃料ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへの前記燃料ガスの供給量を減少又は前記燃料ガスの供給を停止するように前記燃料ガス供給量調整手段を制御した後、前記燃料ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへ前記燃料ガスを前記減少前又は前記停止前よりも多くの供給量で供給するように前記燃料ガス供給量調整手段及び前記燃料ガス補助供給手段を制御するものであることを特徴とする。
【００１５】
第五番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第四番目の発明において、前記第二の制御手段が、前記燃料ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへ前記燃料ガスを前記減少前又は前記停止前よりも多くの供給量で供給するように前記燃料ガス供給量調整手段及び前記燃料ガス補助供給手段を制御した後、さらに、前記燃料ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへ前記燃料ガスを前記減少前又は前記停止前の供給量で供給するように前記燃料ガス供給量調整手段及び前記燃料ガス補助供給手段を制御するものであることを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
【００１６】
第六番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二番目又は第三番目の発明において、前記酸化ガス供給手段よりも単位時間当たりに多くの酸化ガスを前記固体高分子形燃料電池に供給可能な酸化ガス補助供給手段を備えると共に、前記第二の制御手段が、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへの前記酸化ガスの供給量を減少又は前記酸化ガスの供給を停止するように前記酸化ガス供給量調整手段を制御した後、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへ前記酸化ガスを前記減少前又は前記停止前よりも多くの供給量で供給するように前記酸化ガス供給量調整手段及び前記酸化ガス補助供給手段を制御するものであることを特徴とする。
【００１７】
第七番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第六番目の発明において、前記第二の制御手段が、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへ前記酸化ガスを前記減少前又は前記停止前よりも多くの供給量で供給するように前記酸化ガス供給量調整手段及び前記酸化ガス補助供給手段を制御した後、さらに、前記酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報及び前記内部圧力計測手段からの情報の少なくとも一方の情報に基づいて、前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックへ前記酸化ガスを前記減少前又は前記停止前の供給量で供給するように前記酸化ガス供給量調整手段及び前記酸化ガス補助供給手段を制御するものであることを特徴とする。
【００１８】
第八番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目又は第三番目の発明において、前記第一の制御手段が、前記燃料ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該燃料ガスの流通方向最上流側に位置させるように前記燃料ガス用最上流位置切換手段及び前記燃料ガス用最下流位置切換手段を制御するものであることを特徴とする。
【００１９】
第九番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二番目又は第三番目の発明において、前記第一の制御手段が、前記酸化ガスの流通方向最下流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該酸化ガスの流通方向最上流側に位置させるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御するものであることを特徴とする。
【００２０】
第十番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目又は第三番目の発明において、前記第一の制御手段が、前記燃料ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該燃料ガスの流通方向最下流側に位置させるように前記燃料ガス用最上流位置切換手段及び前記燃料ガス用最下流位置切換手段を制御するものであることを特徴とする。
【００２１】
第十一番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二番目又は第三番目の発明において、前記第一の制御手段が、前記酸化ガスの流通方向最上流側に位置する前記固体高分子形燃料電池の前記サブスタックを当該酸化ガスの流通方向最下流側に位置させるように前記酸化ガス用最上流位置切換手段及び前記酸化ガス用最下流位置切換手段を制御するものであることを特徴とする。
【００２２】
第十二番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一，三，四，五，八，十番目の発明のいずれかにおいて、前記燃料ガスが、濃度９９％以上の水素ガスであることを特徴とする。
【００２３】
第十三番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二，三，六，七，九，十一番目の発明のいずれかにおいて、前記酸化ガスが、濃度９９％以上の酸素ガスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムによれば、長期間にわたる連続発電運転に伴って、余剰の生成水が前記サブスタックの内部から十分に排出し切れずに僅かずつ残留して前記セルの前記電極の表面を覆って、当該サブスタックの電圧を次第に低下させてしまうような場合があっても、固体高分子形燃料電池への前記ガスの供給量を減少又は前記ガスの供給を停止した後、固体高分子形燃料電池へ前記ガスを減少前又は停止前の供給量で再び供給する回復運転を行うことによって、当該サブスタック内に残留する余剰の生成水を確実に排出することができるので、長期間にわたって連続して発電運転を行なっても、発電性能の低下を大幅に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００２６】
［第一番目の実施形態］
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第一番目の実施形態を図１〜６に基づいて説明する。図１は、固体高分子形燃料電池発電システムの主要部の燃料ガス系統の概略構成図、図２は、固体高分子形燃料電池発電システムの主要部の酸化ガス系統の概略構成図、図３は、図１の通常運転の際の作動説明図、図４は、図２の通常運転の際の作動説明図、図５は、図１の回復運転の際の作動説明図、図６は、図２の回復運転の際の作動説明図である。
【００２７】
図１，２に示すように、固体高分子形燃料電池１１０は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を導電性及びガス透過性を有する燃料極及び酸化極で挟んだセルと、燃料ガスの流路及び酸化ガスの流路をそれぞれ形成されると共に導電性を有するセパレータとを交互に複数積層して、積層方向両端側を一対の集電板及びエンドフランジで挟み込んで構成された複数（本実施形態では２つ）の第一，二のサブスタック１１１，１１２を、燃料ガスの流通経路及び酸化ガスの流通経路をそれぞれ直列ループ状にするように接続した構造となっている。
【００２８】
図１に示すように、各前記サブスタック１１１，１１２のエンドフランジに形成された各燃料ガス受入口には、燃料ガスである濃度９９％以上の水素ガス１を供給する燃料ガス供給手段である水素ガスボンベ１３０が電磁式の二方型のバルブ１０１，１０２を介してそれぞれ接続している。
【００２９】
前記第一のサブスタック１１１のエンドフランジに形成された燃料ガス排出口と前記第二のサブスタック１１２の前記燃料ガス受入口との間には、燃料ガス用気液分離手段であるドレントラップ１２１及び電磁式の二方型のバルブ１０３が介在している。前記第二のサブスタック１１２のエンドフランジに形成された燃料ガス排出口と前記第一のサブスタック１１１の前記燃料ガス受入口との間には、燃料ガス用気液分離手段であるドレントラップ１２２及び電磁式の二方型のバルブ１０４が介在している。
【００３０】
前記ドレントラップ１２１，１２２の下部には、気液分離した生成水３を外部へ排出する電磁式の二方型のバルブ１０５，１０６が設けられている。
【００３１】
他方、図２に示すように、各前記サブスタック１１１，１１２のエンドフランジに形成された各酸化ガス受入口には、酸化ガスである濃度９９％以上の酸素ガス２を供給する酸化ガス供給手段である酸素ガスボンベ２３０が電磁式の二方型のバルブ２０１，２０２を介してそれぞれ接続している。
【００３２】
前記第一のサブスタック１１１のエンドフランジに形成された酸化ガス排出口と前記第二のサブスタック１１２の前記酸化ガス受入口との間には、酸化ガス用気液分離手段であるドレントラップ２２１及び電磁式の二方型のバルブ２０３が介在している。前記第二のサブスタック１１２のエンドフランジに形成された酸化ガス排出口と前記第一のサブスタック１１１の前記酸化ガス受入口との間には、酸化ガス用気液分離手段であるドレントラップ２２２及び電磁式の二方型のバルブ２０４が介在している。
【００３３】
前記ドレントラップ２２１，２２２の下部には、気液分離した生成水３を外部へ排出する電磁式の二方型のバルブ２０５，２０６が設けられている。
【００３４】
そして、図１，２に示すように、前記第一，二のサブスタック１１１，１１２には、当該サブスタック１１１，１１２の電圧値をそれぞれ計測する電圧計１４１，１４２がそれぞれ電気的に接続されている。これら電圧計１４１，１４２は、制御装置１４０の入力部にそれぞれ電気的に接続している。この制御装置１４０の出力部は、前記バルブ１０１〜１０６，２０１〜２０６にそれぞれ電気的に接続しており、当該制御装置１４０は、燃料ガス用切換時期確認手段と酸化ガス用切換時期確認手段とを兼ねる内蔵された図示しないタイマからの情報（運転時間）及び前記電圧計１４１，１４２からの情報に基づいて、当該バルブ１０１〜１０６，２０１〜２０６の開閉を制御することができるようになっている（詳細は後述する）。
【００３５】
なお、本実施形態においては、前記バルブ１０１，１０２等により燃料ガス用最上流位置切換手段と燃料ガス供給量調整手段とを兼ねるように構成し、前記バルブ２０１，２０２等により酸化ガス用最上流位置切換手段と酸化ガス供給量調整手段とを兼ねるように構成し、前記バルブ１０３，１０４等により燃料ガス用最下流位置切換手段を構成し、前記バルブ２０３，２０４等により酸化ガス用最下流位置切換手段を構成し、前記電圧計１４１，１４２等により燃料ガス用回復作動タイミング確認手段と酸化ガス用回復作動タイミング確認手段とを兼ねるように構成し、前記制御装置１４０等により第一の制御手段と第二の制御手段とを兼ねるように構成している。
【００３６】
このようにして構成された本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム１００の作動を次に説明する。
【００３７】
前記制御装置１４０を作動させると、当該制御装置１４０は、前記バルブ１０５，１０６，２０５，２０６を閉鎖すると共に、前記バルブ１０２，１０４，２０１，２０４を閉鎖する一方、前記バルブ１０１，１０３，２０１，２０３を開放するように、これらバルブ１０１〜１０６，２０１〜２０６を制御する（図３Ａ，図４Ａ参照）。
【００３８】
これにより、水素ガスボンベ１３０内の水素ガス１が、前記バルブ１０１を経由して第一のサブスタック１１１の燃料ガス受入口へ供給されて、各前記セパレータの各前記流路内を流通すると共に、酸素ガスボンベ２３０内の酸素ガス２が、前記バルブ２０１を経由して第一のサブスタック１１１の酸化ガス受入口へ供給されて、各前記セパレータの各前記流路内を流通することにより、当該第一のサブスタック１１１において、上記水素ガス１と上記酸素ガス２とが前記セルで電気化学的に反応し、前記集電板から電力が取り出される。
【００３９】
そして、使用済みの水素ガス１（約１／２を使用された残りの約１／２）が、上記電気化学反応に伴って生じた生成水３と共に各上記流路を流通して、燃料ガス排出口から排出され、ドレントラップ１２１で当該生成水３を分離された後、前記バルブ１０３を経由して第二のサブスタック１１２の燃料ガス受入口へ供給され、各前記セパレータの各前記流路内を流通すると共に、使用済みの酸素ガス２（約１／２を使用された残りの約１／２）が、上記電気化学反応に伴って生じた生成水３と共に各上記流路を流通して、酸化ガス排出口から排出され、ドレントラップ２２１で当該生成水３を分離された後、前記バルブ２０３を経由して第二のサブスタック１１２の酸化ガス受入口へ供給され、各前記セパレータの各前記流路内を流通することにより、当該第二のサブスタック１１２において、当該水素ガス１と当該酸素ガス２とが前記セルで電気化学的に反応し、前記集電板から電力が取り出される。
【００４０】
このとき、前記第二のサブスタック１１２においては、供給された水素ガス１及び酸素ガス２（残りの約１／２）のほとんどが消費されて、前記ガス排出口から排出されるガスがほとんどないので、上記電気化学反応に伴って生じた生成水３が、前記流路内に次第に滞留し始め、発電性能が低下するようになる。
【００４１】
ここで、前記制御装置１４０は、前記タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間が経過すると、前記バルブ１０２，１０４，２０２，２０４を開放すると共に、前記バルブ１０１，１０３，２０１，２０３を閉鎖するように、当該バルブ１０１〜１０４，２０１〜２０４を制御する（図３Ｂ，図４Ｂ参照）。
【００４２】
つまり、前記制御装置１４０は、前記ガス１，２の流通方向最上流側に位置する、言い換えれば、前記ガスボンベ１３０，２３０からの全流量の前記ガス１，２の供給先を、第一のサブスタック１１１から第二のサブスタック１１２に切り換えると共に、第一のサブスタック１１１を前記ガス１，２の流通方向最下流側に位置させるように第二のサブスタック１１２から切り換えるのである。
【００４３】
これにより、水素ガスボンベ１３０からの全流量の水素ガス１が、前記バルブ１０２を経由して第二のサブスタック１１２の燃料ガス受入口へ供給されて、各前記セパレータの各前記流路内を流通すると共に、酸素ガスボンベ２３０からの全流量の酸素ガス２が、前記バルブ２０２を経由して第二のサブスタック１１２の酸化ガス受入口へ供給されて、各前記セパレータの各前記流路内を流通することにより、当該第二のサブスタック１１２において、当該流路内に滞留している生成水３を押し出しながら、上記水素ガス１と上記酸素ガス２とが前記セルで電気化学的に反応し、前記集電板から電力が取り出される。
【００４４】
そして、使用済みの水素ガス１（約１／２を使用された残りの約１／２）が、当該電気化学反応に伴って新たに生じた生成水３及び滞留していた上記生成水３と共に各上記流路を流通して、燃料ガス排出口から排出され、前記ドレントラップ１２２で当該生成水３を分離された後、前記バルブ１０４を経由して第一のサブスタック１１１の燃料ガス受入口へ供給され、各前記セパレータの各前記流路内を流通すると共に、使用済みの酸素ガス２（約１／２を使用された残りの約１／２）が、当該電気化学反応に伴って新たに生じた生成水３及び滞留していた上記生成水３と共に各上記流路を流通して、酸化ガス排出口から排出され、前記ドレントラップ２２２で当該生成水３を分離された後、前記バルブ２０４を経由して第一のサブスタック１１１の酸化ガス受入口へ供給され、各前記セパレータの各前記流路内を流通することにより、当該第一のサブスタック１１１において、当該水素ガス１と当該酸素ガス２とが前記セルで電気化学的に反応し、前記集電板から電力が取り出される。
【００４５】
このとき、前記第二のサブスタック１１２においては、前記ガスボンベ１３０，２３０からの全流量の水素ガス１及び酸素ガス２が供給されるようになるので、前記流路内に滞留している生成水３が押し出されて、電気化学反応に伴って新たに生じた生成水３と共に排出されることから、発電性能の低下が防止されるようになるものの、今度は、新たに、前記第一のサブスタック１１１において、供給された水素ガス１及び酸素ガス２のほとんどが消費されて、前記ガス排出口から排出されるガスがほとんどなくなるので、上記電気化学反応に伴って生じた生成水３が、前記流路内に次第に滞留し始め、発電性能が低下するようになる。
【００４６】
ここで、前記制御装置１４０は、前記タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間が経過すると、前記バルブ１０１，１０３，２０１，２０３を開放すると共に、前記バルブ１０２，１０４，２０２，２０４を閉鎖するように、当該バルブ１０１〜１０４，２０１〜２０４を制御する（図３Ａ，図４Ａ参照）。
【００４７】
つまり、前記制御装置１４０は、前記ガス１，２の流通方向最上流側に位置する、言い換えれば、前記ガスボンベ１３０，２３０からの全流量の前記ガス１，２の供給先を、第二のサブスタック１１２から第一のサブスタック１１１に切り換えると共に、第二のサブスタック１１２を前記ガス１，２の流通方向最下流側に位置させるように第一のサブスタック１１１から切り換える、すなわち、当初の状態に戻すのである。
【００４８】
これにより、先に説明した当初の状態の場合と同様に、水素ガスボンベ１３０からの全流量の水素ガス１が、前記バルブ１０１を経由して第一のサブスタック１１１の燃料ガス受入口へ供給されて、各前記セパレータの各前記流路内を流通すると共に、酸素ガスボンベ２３０からの全流量の酸素ガス２が、前記バルブ２０１を経由して第一のサブスタック１１１の酸化ガス受入口へ供給されて、各前記セパレータの各前記流路内を流通することにより、当該第一のサブスタック１１１において、当該流路内に滞留している生成水３を押し出しながら、当該水素ガス１と当該酸素ガス２とが前記セルで電気化学的に反応し、前記集電板から電力が取り出される。
【００４９】
そして、使用済みの水素ガス１（約１／２を使用された残りの約１／２）が、上記電気化学反応に伴って新たに生じた生成水３及び滞留していた上記生成水３と共に各上記流路を流通して、燃料ガス排出口から排出され、ドレントラップ１２１で当該生成水３を分離された後、前記バルブ１０３を経由して第二のサブスタック１１２の燃料ガス受入口へ供給され、各前記セパレータの各前記流路内を流通すると共に、使用済みの酸素ガス２（約１／２を使用された残りの約１／２）が、上記電気化学反応に伴って新たに生じた生成水３及び滞留していた上記生成水３と共に各上記流路を流通して、酸化ガス排出口から排出され、ドレントラップ２２１で当該生成水３を分離された後、前記バルブ２０３を経由して第二のサブスタック１１２の酸化ガス受入口へ供給され、各前記セパレータの各前記流路内を流通することにより、当該第二のサブスタック１１２において、当該水素ガス１と当該酸素ガス２と前記セルで電気化学的に反応し、前記集電板から電力が取り出される。
【００５０】
以下、制御装置１４０は、上述した前記バルブ１０１〜１０４，２０１〜２０４の制御を繰り返す。これにより、固体高分子形燃料電池１１０は、前記ガス１，２の流通方向最上流側及び最下流側に位置する前記サブスタック１１１，１１２が運転経過時間に対応して順次切り換えられる、すなわち、前記ガス１，２の流通方向最下流側に位置する前記サブスタック１１１，１１２を当該流通方向最上流側に位置させるように前記バルブ１０１〜１０４，２０１〜２０４が切り換え制御される（通常運転）。
【００５１】
なお、前記ドレントラップ１２１，１２２，２２１，２２２内に回収された生成水３は、前記制御装置１４０が、前記タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間経過毎に前記バルブ１０５，１０６，２０５，２０６の開閉を行うことにより、系外へ適宜排出される。
【００５２】
そして、上述したような発電運転（通常運転）を長期間にわたって連続して行っていくと、前記サブスタック１１１，１１２に供給する前記ガス１，２の流量や流速等の発電運転条件によっては、前記電気化学反応に伴って生じた余剰の生成水３が当該サブスタック１１１，１１２の内部から十分に排出し切れずに僅かずつ残留して前記セルの前記電極の表面を覆ってしまい、当該サブスタック１１１，１１２の電圧を次第に低下させてしまう場合がある。
【００５３】
このため、前記制御装置１４０は、前記電圧計１４１，１４２からの情報に基づいて、前記ガス１，２の流通方向最下流側に位置する前記サブスタック、例えば、第一のサブスタック１１１の電圧値が、当初の電圧値よりも規定値（例えば、２０ｍＶ）以上低下すると、当該第一のサブスタック１１１内に残留する余剰の生成水３を排出する回復運転を上述した通常運転と併せて行う。
【００５４】
具体的には、先に説明したように、前記流通方向最下流側に位置する第一のサブスタック１１１を当該流通方向最上流側に位置させると共に、当該流通方向最上流側に位置する第二のサブスタック１１２を当該流通方向最下流側に位置させるように前記バルブ１０１〜１０４，２０１〜２０４等が切り換えられると（図３Ａ，図４Ａ参照、通常運転）、当該流通方向最上流側に新たに位置した第一のサブスタック１１１は、先に説明したように、前記流通経路に滞留する生成水３が排出されることから、電圧が急上昇する（ただし、余剰の生成水３がすべて排出されないことから、当初の電圧値にまで回復しない）。
【００５５】
そして、上記流通方向最上流側に位置する第一のサブスタック１１１の電圧上昇速度が規定値（例えば、１ｍＶ／ｓ）以下、すなわち、第一のサブスタック１１１のそのときの状態における発電性能の略上限にまで到達すると、前記制御装置１４０は、前記電圧計１４１からの情報に基づいて、前記ガスボンベ１３０，２３０から上記流通方向最上流側に位置する第一のサブスタック１１１への前記ガス１，２の供給を停止するように前記バルブ１０１，２０１を制御して閉鎖する（図５Ａ，図６Ａ参照）。
【００５６】
これにより、前記サブスタック１１１，１１２は、新たな水素ガス１及び酸素ガス２を内部に供給されることなく発電運転を継続するため、内部の水素ガス１及び酸素ガス２が消費されて、内部の圧力が減少すると共に、電圧値が次第に低下する。
【００５７】
そして、第一のサブスタック１１１の電圧値が、前記バルブ１０１，２０１の閉鎖直前の値よりも規定値（例えば、２０ｍＶ）以上低下する、すなわち、前記サブスタック１１１，１１２内の前記ガス１，２が消費されて当該サブスタック１１１，１１２内が必要十分な程度にまで大きく減圧したら、前記制御装置１４０は、前記電圧計１４１からの情報に基づいて、前記ガスボンベ１３０，２３０からの前記ガス１，２を当該第一のサブスタック１１１へ先に供給するように前記バルブ１０１，２０１を制御して開放する（図３Ａ，図４Ａ参照）。
【００５８】
これにより、水素ガス１及び酸素ガス２は、上記第一のサブスタック１１１内に一気に流れ込むので、単位時間当たりの流量が急激に増え、当該第一のサブスタック１１１内での流速が急峻に高くなって、当該第一のサブスタック１１１内に残留している余剰の生成水３を確実に排出する（回復運転）。
【００５９】
このため、上記流通方向最上流側に位置する上記第一のサブスタック１１１は、電圧値が当初の値にまで回復するようになる。
【００６０】
他方、前記制御装置１４０は、前記電圧計１４１，１４２からの情報に基づいて、前記ガス１，２の流通方向最下流側に位置する前記サブスタック、例えば、第二のサブスタック１１２の電圧値が、当初の電圧値よりも規定値（例えば、２０ｍＶ）以上低下すると、当該第二のサブスタック１１２内に残留する余剰の生成水３を排出する回復運転を上述した通常運転と併せて行う。
【００６１】
具体的には、先に説明したように、前記流通方向最下流側に位置する第二のサブスタック１１２を当該流通方向最上流側に位置させると共に、当該流通方向最上流側に位置する第一のサブスタック１１１を当該流通方向最下流側に位置させるように前記バルブ１０１〜１０４，２０１〜２０４等が切り換えられると（図３Ｂ，図４Ｂ参照、通常運転）、当該流通方向最上流側に新たに位置した第二のサブスタック１１２は、先に説明したように、前記流通経路に滞留する生成水３が排出されることから、電圧が急上昇する（ただし、余剰の生成水３がすべて排出されないことから、当初の電圧値にまで回復しない）。
【００６２】
そして、上記流通方向最上流側に位置する第二のサブスタック１１２の電圧上昇速度が規定値（例えば、１ｍＶ／ｓ）以下、すなわち、第二のサブスタック１１２のそのときの状態における発電性能の略上限にまで到達すると、前記制御装置１４０は、前記電圧計１４２からの情報に基づいて、前記ガスボンベ１３０，２３０から上記流通方向最上流側に位置する第二のサブスタック１１２への前記ガス１，２の供給を停止するように前記バルブ１０２，２０２を制御して閉鎖する（図５Ｂ，図６Ｂ参照）。
【００６３】
これにより、前記サブスタック１１１，１１２は、上述と同様に、新たな水素ガス１及び酸素ガス２を内部に供給されることなく発電運転を継続するため、内部の水素ガス１及び酸素ガス２が消費されて、内部の圧力が減少すると共に、電圧値が次第に低下する。
【００６４】
そして、第二のサブスタック１１２の電圧値が、前記バルブ１０２，２０２の閉鎖直前の値よりも規定値（例えば、２０ｍＶ）以上低下する、すなわち、前記サブスタック１１１，１１２内の前記ガス１，２が消費されて当該サブスタック１１１，１１２内が必要十分な程度にまで大きく減圧したら、前記制御装置１４０は、前記電圧計１４２からの情報に基づいて、前記ガスボンベ１３０，２３０からの前記ガス１，２を当該第二のサブスタック１１２へ先に供給するように前記バルブ１０２，２０２を制御して開放する（図３Ｂ，図４Ｂ参照）。
【００６５】
これにより、水素ガス１及び酸素ガス２は、上記第二のサブスタック１１２内に一気に流れ込むので、単位時間当たりの流量が急激に増え、当該第二のサブスタック１１２内での流速が急峻に高くなって、当該第二のサブスタック１１２内に残留している余剰の生成水３を確実に排出する（回復運転）。
【００６６】
このため、上記流通方向最上流側に位置する上記第二のサブスタック１１２は、電圧値が当初の値にまで回復するようになる。
【００６７】
以下、前記電圧計１４１，１４２からの情報に基づいて、上述した回復運転を適宜行うことにより、長期間にわたる連続発電運転でも、前記サブスタック１１１，１１２の電圧低下を大幅に抑制することができる。
【００６８】
したがって、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム１００によれば、長期間にわたって連続して発電運転を行なっても、発電性能の低下を大幅に抑制することができる。
【００６９】
［第二番目の実施形態］
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第二番目の実施形態を図７〜１０に基づいて説明する。図７は、固体高分子形燃料電池発電システムの主要部の燃料ガス系統の概略構成図、図８は、固体高分子形燃料電池発電システムの主要部の酸化ガス系統の概略構成図、図９は、図７の回復運転の際の作動説明図、図１０は、図８の回復運転の際の作動説明図である。なお、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一番目の実施形態で説明した事項と重複する事項の説明を省略する。
【００７０】
図７に示すように、前記バルブ１０１，１０２と前記水素ガスボンベ１３０との間には、当該バルブ１０１，１０２側から当該水素ガスボンベ１３０側への水素ガス１の逆流を防止する逆止弁３０８が設けられている。前記逆止弁３０８と前記バルブ１０１，１０２との間には、前記水素ガスボンベ１３０よりも高圧、すなわち、前記水素ガスボンベ１３０よりも単位時間当たりに多くの水素ガス１を供給可能な水素ガス補助ボンベ３３０が電磁式の二方型のバルブ３０７を介して接続している。
【００７１】
図８に示すように、前記バルブ２０１，２０２と前記酸素ガスボンベ２３０との間には、当該バルブ２０１，２０２側から当該酸素ガスボンベ２３０側への酸素ガス２の逆流を防止する逆止弁４０８が設けられている。前記逆止弁４０８と前記バルブ２０１，２０２との間には、前記酸素ガスボンベ２３０よりも高圧、すなわち、前記酸素ガスボンベ２３０よりも単位時間当たりに多くの酸素ガス２を供給可能な酸素ガス補助ボンベ４３０が電磁式の二方型のバルブ４０７を介して接続している。
【００７２】
図７，８に示すように、前記バルブ３０７，４０７には、制御装置３４０の出力部がそれぞれ電気的に接続しており、当該制御装置３４０は、燃料ガス用切換時期確認手段と酸化ガス用切換時期確認手段とを兼ねる内蔵された図示しないタイマからの情報（運転時間）及び前記電圧計１４１，１４２からの情報に基づいて、前記バルブ１０１〜１０６，２０１〜２０６及び上記バルブ３０７，４０７の開閉を制御することができるようになっている（詳細は後述する）。
【００７３】
つまり、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム３００は、前述した第一番目の実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム１００に対して、前記ボンベ１３０，２３０よりも高圧で前記ガス１，２を供給可能な前記補助ボンベ３３０，４３０等をさらに設けるようにしたのである。
【００７４】
なお、本実施形態においては、前記バルブ３０７、前記逆止弁３０８、前記水素ガス補助ボンベ３３０等により燃料ガス補助供給手段を構成し、前記バルブ４０７、前記逆止弁４０８、前記酸素ガス補助ボンベ４３０等により酸化ガス補助供給手段を構成し、前記制御装置３４０等により第一の制御手段と第二の制御手段とを兼ねるように構成している。
【００７５】
このような本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム３００においては、前記制御装置３４０を作動させると、当該制御装置３４０は、前記バルブ３０７，４０７を閉鎖すると共に、前述した第一番目の実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム１００の場合と同様にして前記バルブ１０１〜１０６，２０１〜２０６を制御することにより、前述した第一番目の実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム１００の場合と同様にして発電運転（通常運転）を行う。
【００７６】
そして、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、長期間にわたって発電運転（通常運転）を行うことにより、前記電気化学反応に伴って生じた余剰の生成水３が前記サブスタック１１１，１１２の内部から十分に排出し切れずに僅かずつ残留して前記セルの前記電極の表面を覆ってしまい、当該サブスタック１１１，１１２の電圧を次第に低下してくると、前記制御装置３４０は、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、前記電圧計１４１，１４２からの情報に基づいて、前記ガス１，２の流通方向最下流側に位置する前記サブスタック、例えば、第一のサブスタック１１１の電圧値が、当初の電圧値よりも規定値（例えば、２０ｍＶ）以上低下したときに、当該第一のサブスタック１１１内に残留する余剰の生成水３を排出する回復運転を上述した通常運転と併せて行う。
【００７７】
具体的には、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、前記流通方向最下流側に位置する第一のサブスタック１１１を当該流通方向最上流側に位置させると共に、当該流通方向最上流側に位置する第二のサブスタック１１２を当該流通方向最下流側に位置させるように前記バルブ１０１〜１０４，２０１〜２０４等が切り換えられると（通常運転）、当該流通方向最上流側に新たに位置した第一のサブスタック１１１は、先に説明したように、前記流通経路に滞留する生成水３が排出されることから、電圧が急上昇する（ただし、余剰の生成水３がすべて排出されないことから、当初の電圧値にまで回復しない）。
【００７８】
そして、上記流通方向最上流側に位置する第一のサブスタック１１１の電圧上昇速度が規定値（例えば、１ｍＶ／ｓ）以下、すなわち、第一のサブスタック１１１のそのときの状態における発電性能の略上限にまで到達すると、前記制御装置３４０は、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、前記電圧計１４１からの情報に基づいて、前記ガスボンベ１３０，２３０から上記流通方向最上流側に位置する第一のサブスタック１１１への前記ガス１，２の供給を停止するように前記バルブ１０１，２０１を制御して閉鎖する。
【００７９】
これにより、前記サブスタック１１１，１１２は、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、新たな水素ガス１及び酸素ガス２を内部に供給されることなく発電運転を継続するため、内部の水素ガス１及び酸素ガス２が消費されて、内部の圧力が減少すると共に、電圧値が次第に低下する。
【００８０】
そして、第一のサブスタック１１１の電圧値が、前記バルブ１０１，２０１の閉鎖直前の値よりも規定値（例えば、２０ｍＶ）以上低下する、すなわち、前記サブスタック１１１，１１２内の前記ガス１，２が消費されて当該サブスタック１１１，１１２内が必要十分な程度にまで大きく減圧したら、前記制御装置３４０は、前記電圧計１４１からの情報に基づいて、前記ガスボンベ１３０，２３０からだけでなく前記補助ボンベ３３０，４３０からも前記ガス１，２を当該第一のサブスタック１１１へ先に供給するように前記バルブ１０１，２０１及び前記バルブ３０７，４０７を制御して開放する（図９Ａ，図１０Ａ参照）。
【００８１】
これにより、前記ガスボンベ１３０，２３０からの水素ガス１及び酸素ガス２だけでなく当該ガスボンベ１３０，２３０よりも高圧で供給可能な前記補助ボンベ３３０，４３０からの水素ガス１及び酸素ガス２が、上記第一のサブスタック１１１内に一気に流れ込むので、単位時間当たりの流量が急激に増え、当該第一のサブスタック１１１内での流速が急峻に高くなって、当該第一のサブスタック１１１内に残留している余剰の生成水３を確実に排出する。
【００８２】
そして、上記第一のサブスタック１１１の電圧値が規定値（例えば、バルブ閉鎖直前の値）を超えたら、前記制御装置３４０は、前記電圧計１４１からの情報に基づいて、前記補助ボンベ３３０，４３０からの前記ガス１，２の供給を停止するように前記バルブ３０７，４０７を制御して閉鎖し、回復運転を終える。
【００８３】
他方、前記制御装置３４０は、前記電圧計１４１，１４２からの情報に基づいて、前記ガス１，２の流通方向最下流側に位置する前記サブスタック、例えば、第二のサブスタック１１２の電圧値が、当初の電圧値よりも規定値（例えば、２０ｍＶ）以上低下すると、当該第二のサブスタック１１２内に残留する余剰の生成水３を排出する回復運転を上述した通常運転と併せて行う。
【００８４】
具体的には、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、前記流通方向最下流側に位置する第二のサブスタック１１２を当該流通方向最上流側に位置させると共に、当該流通方向最上流側に位置する第一のサブスタック１１１を当該流通方向最下流側に位置させるように前記バルブ１０１〜１０４，２０１〜２０４等が切り換えられると（通常運転）、当該流通方向最上流側に新たに位置した第二のサブスタック１１２は、先に説明したように、前記流通経路に滞留する生成水３が排出されることから、電圧が急上昇する（ただし、余剰の生成水３がすべて排出されないことから、当初の電圧値にまで回復しない）。
【００８５】
そして、上記流通方向最上流側に位置する第二のサブスタック１１２の電圧上昇速度が規定値（例えば、１ｍＶ／ｓ）以下、すなわち、第二のサブスタック１１２のそのときの状態における発電性能の略上限にまで到達すると、前記制御装置３４０は、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、前記電圧計１４２からの情報に基づいて、前記ガスボンベ１３０，２３０から上記流通方向最上流側に位置する第二のサブスタック１１２への前記ガス１，２の供給を停止するように前記バルブ１０２，２０２を制御して閉鎖する。
【００８６】
これにより、前記サブスタック１１１，１１２は、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、新たな水素ガス１及び酸素ガス２を内部に供給されることなく発電運転を継続するため、内部の水素ガス１及び酸素ガス２が消費されて、内部の圧力が減少すると共に、電圧値が次第に低下する。
【００８７】
そして、第二のサブスタック１１２の電圧値が、前記バルブ１０１，２０１の閉鎖直前の値よりも規定値（例えば、２０ｍＶ）以上低下する、すなわち、前記サブスタック１１１，１１２内の前記ガス１，２が消費されて当該サブスタック１１１，１１２内が必要十分な程度にまで大きく減圧したら、前記制御装置３４０は、前記電圧計１４２からの情報に基づいて、前記ガスボンベ１３０，２３０からだけでなく前記補助ボンベ３３０，４３０からも前記ガス１，２を当該第二のサブスタック１１２へ先に供給するように前記バルブ１０２，２０２及び前記バルブ３０７，４０７を制御して開放する（図９Ｂ，図１０Ｂ参照）。
【００８８】
これにより、前記ガスボンベ１３０，２３０からの水素ガス１及び酸素ガス２だけでなく当該ガスボンベ１３０，２３０よりも高圧で供給可能な前記補助ボンベ３３０，４３０からの水素ガス１及び酸素ガス２が、上記第二のサブスタック１１２内に一気に流れ込むので、単位時間当たりの流量が急激に増え、当該第二のサブスタック１１２内での流速が急峻に高くなって、当該第二のサブスタック１１２内に残留している余剰の生成水３を確実に排出する。
【００８９】
そして、上記第二のサブスタック１１２の電圧値が規定値（例えば、バルブ閉鎖直前の値）を超えたら、前記制御装置３４０は、前記電圧計１４２からの情報に基づいて、前記補助ボンベ３３０，４３０からの前記ガス１，２の供給を停止するように前記バルブ３０７，４０７を制御して閉鎖し、回復運転を終える。
【００９０】
つまり、前述した第一番目の実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム１００においては、回復運転を行うにあたって、前記ボンベ１３０，２３０のみから前記サブスタック１１１，１１２内へ前記ガス１，２を供給するようにしたが、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム３００においては、回復運転を行うにあたって、前記ボンベ１３０，２３０と併せて当該ボンベ１３０，２３０よりも高圧で供給可能な前記補助ボンベ３３０，４３０から前記サブスタック１１１，１１２内へ前記ガス１，２を供給するようにしたのである。
【００９１】
このため、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム３００においては、前記ボンベ１３０，２３０からの前記ガス１，２の流量等が、通常運転の際の運転条件等によって絞られているとき等のように、回復運転するに際して、十分な流量の前記ガス１，２を上記ボンベ１３０，２３０から得にくいような条件であっても、前記サブスタック１１１，１１２内に残留している余剰の生成水３を確実に排出することができる。
【００９２】
したがって、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム３００によれば、回復運転するに際して、前記ボンベ１３０，２３０から十分な流量の前記ガス１，２を得にくいような条件で、長期間にわたる連続発電運転を行なっても、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、発電性能の低下を大幅に抑制することができる。
【００９３】
［他の実施形態］
なお、前述した各実施形態では、燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、運転時間を計測する前記タイマを設け、前記制御装置１４０，３４０が、当該タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間の経過により、前記バルブ１０１〜１０６，２０１〜２０６を制御するようにしたが、他の実施形態として、例えば、以下のようにすること等によっても、前述した各実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【００９４】
（１）燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、燃料ガス供給手段からの燃料ガスの送給量や酸化ガス供給手段からの酸化ガスの送給量を計測するガス流量計測手段（例えば、マスフローメータやオリフィス式ガス流量計等）を設け、制御手段が、当該ガス流量計測手段からの情報に基づいて、燃料ガスや酸化ガスの送給量の積算値により、前記バルブ等の位置切換手段を制御するようにする。
【００９５】
（２）燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、前記サブスタックに流れる電流量を計測する電流量計測手段を設け、制御手段が、当該電流量計測手段からの情報に基づいて、前記サブスタックに流れた電流量の積算値により、前記バルブ等の位置切換手段を制御するようにする。
【００９６】
（３）燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、前記サブスタックの前記セルの電圧を計測するセル電圧計測手段を設け、制御手段が、当該セル電圧計測手段からの情報に基づいて、予め設定されたセル電圧基準値よりも小さくなったときに、前記バルブ等の位置切換手段を制御するようにする（例えば、特開２００２−１５１１２５号公報等に記載されている技術の応用）。
【００９７】
（４）燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、前記サブスタックの前記ガス流通方向下流側の水分量を計測するセル水分計測手段を設け、制御手段が、当該セル水分計測手段からの情報に基づいて、前記ガス流通方向最下流側に位置する前記サブスタックの、前記ガス流通方向下流側の水分量が、予め設定された水分量基準値よりも大きくなったときに、前記バルブ等の位置切換手段を制御するようにする。
【００９８】
（５）燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、前記サブスタック内の圧損値を計測する圧損計測手段を設け、制御手段が、当該圧損計測手段からの情報に基づいて、前記ガス流通方向最下流側に位置する前記サブスタック内の圧損が、予め設定された圧損基準値よりも大きくなったときに（前記流路内の滞留水が多くなると圧力損失が大きくなる）、前記バルブ等の位置切換手段を制御するようにする。
【００９９】
（６）燃料ガス用切換時期確認手段や酸化ガス用切換時期確認手段として、前記サブスタックの前記ガス排出口部分の圧力を計測する排出口圧力計測手段を設け、制御手段が、当該排出口圧力計測手段からの情報に基づいて、前記ガス流通方向最下流側に位置する前記サブスタックの前記ガス排出口部分の圧力が、予め設定された圧力基準値よりも小さくなったときに（前記流路内の滞留水が多くなると圧力が小さくなる）、前記バルブ等の位置切換手段を制御するようにする。
【０１００】
また、前述した各実施形態では、燃料ガス用回復作動タイミング確認手段や酸化ガス用回復作動タイミング確認手段として、前記サブスタック１１１，１１２の電圧値を計測する電圧計１４１，１４２を設け、前記制御装置１４０，３４０が、当該電圧計１４１，１４２からの情報に基づいて、前記バルブ１０１，１０２，２０１，２０２を制御するようにしたが、他の実施形態として、例えば、燃料ガス用回復作動タイミング確認手段や酸化ガス用回復作動タイミング確認手段として、運転時間を計測するタイマを設け、前記制御装置１４０，３４０が、当該タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間の経過により、前記バルブ１０１，１０２，２０１，２０２を制御すること等によっても、前述した各実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【０１０１】
また、前述した各実施形態では、燃料ガス用回復作動タイミング確認手段や酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報に基づいて、前記バルブ１０１，１０２，２０１，２０２，３０７，４０７の回復作動のすべてのタイミングを確認するようにしたが、他の実施形態として、例えば、燃料ガス用回復作動タイミング確認手段や酸化ガス用回復作動タイミング確認手段からの情報に基づいて、前記サブスタック１１１，１１２への前記ガス１，２の供給を停止するように前記バルブ１０１，１０２，２０１，２０２を制御した後、前記サブスタック１１１，１１２の内部圧力を計測する内部圧力計測手段からの情報（例えば、水素ガス１側と酸素ガス２側との差圧が規定値（例えば、５０ｋＰａ）以上、水素ガス１側又は酸素ガス２側が常圧等）に基づいて、前記サブスタック１１１，１１２への前記ガス１，２の供給を再開するように前記バルブ１０１，１０２，２０１，２０２，３０７，４０７を制御することや、さらに、上記内部圧力計測手段からの情報（例えば、水素ガス１側及び酸素ガス２側の運転圧力（例えば、２００ｋＰａ）よりもわずかに少ない規定値（例えば、１９５ｋＰａ）等）に基づいて、前記補助ボンベ３３０，４３０から前記サブスタック１１１，１１２への前記ガス１，２の供給を停止するように前記バルブ３０７，４０７を制御すること等によっても、前述した各実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【０１０２】
また、前述した各実施形態では、前記バルブ１０１，１０２，２０１，２０２，３０７，４０７の開閉制御により、回復運転における前記スタック１１１，１１２への前記ガス１，２の供給停止や供給再開を行うようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記ボンベ１３０，２３０，３３０，４３０と前記バルブ１０１，１０２，２０１，２０２との間に燃料ガス供給量調整手段や酸化ガス供給量調整手段として圧力調整バルブや流量調整バルブ等を設け、回復運転において、前記スタック１１１，１１２への前記ガス１，２の供給量を減少させるように上記圧力調整バルブや上記流量調整バルブ等を制御することにより、当該スタック１１１，１１２の内部圧力を減少させるようにして、その後、前記スタック１１１，１１２へ前記ガス１，２を減少前の供給量や減少前よりも多くの供給量で供給するように上記圧力調整バルブや上記流量調整バルブ等を制御することによっても、前述した各実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【０１０３】
このとき、前記スタック１１１，１１２内において、水素ガス１が酸素ガス２よりも２倍量で消費されることから、水素ガス１側と酸素ガス２側との間に生じる圧力差をできるだけ小さくするように、上記圧力調整バルブや上記流量調整バルブ等を制御する（水素ガス１の流量を酸素ガス２の流量よりも２倍にする）と好ましい。
【０１０４】
また、前述した各実施形態においては、前記制御装置１４０，３４０が、前記タイマからの情報に基づいて、予め設定された運転時間経過毎に前記バルブ１０５，１０６，２０５，２０６の開閉を行うことにより、前記生成水３の送出を行うようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記ドレントラップ１２１，１２２，２２１，２２２内の水位を計測する水位計測手段を設け、当該ドレントラップ１２１，１２２，２２１，２２２内の水位が規定値を超えると、制御手段が、当該水位計測手段からの情報に基づいて、前記バルブ１０５，１０６，２０５，２０６の開閉を行うことにより、前記生成水３の送出を行うようにすることや、前記サブスタック１１１，１１２に流れる電流量を計測する電流量計測手段を設け、制御手段が、当該電流量計測手段からの情報に基づいて、当該サブスタック１１１，１１２に流れた電流量の積算値により、前記バルブ１０５，１０６，２０５，２０６の開閉を行うことにより、前記生成水３の送出を行うようにすることも可能である。
【０１０５】
また、前述した各実施形態では、燃料ガス供給手段や燃料ガス補助供給手段として、濃度９９％以上の水素ガス１を充填した水素ガスボンベ１３０や水素ガス補助ボンベ３３０を適用し、酸化ガス供給手段や酸化ガス補助供給手段として、濃度９９％以上の酸素ガス２を充填した酸素ガスボンベ２３０や酸素ガス補助ボンベ３３０を適用した場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、燃料ガス供給手段や燃料ガス補助供給手段として、濃度９９％以上の水素ガス１を発生させる水素ガス発生装置や水素ガス補助発生装置や、濃度９９％以上の水素ガス１を製造する水素ガス製造装置や水素ガス補助製造装置等を適用することや、酸化ガス供給手段や酸化ガス補助供給手段として、濃度９９％以上の酸素ガス２を発生させる酸素ガス発生装置や酸素ガス補助発生装置や濃度９９％以上の酸素ガス２を製造する酸素ガス製造装置や酸素ガス補助製造装置等を適用することも可能である。
【０１０６】
また、前述した各実施形態では、水素ガス１そのものを燃料ガスとして使用すると共に、酸素ガス２そのものを酸化ガスとして使用する場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、水素ガス１そのものを燃料ガスとして使用すると共に、酸素ガス以外の成分を比較的多く含む酸化ガス（酸素ガス濃度９９％未満、例えば空気等）を使用する場合には、燃料ガス系統のみ前述した各実施形態のように構成することや、水素ガス以外の成分を比較的多く含む燃料ガス（水素ガス濃度９９％未満、例えば炭化水素の改質ガス等）を使用すると共に、酸素ガス２そのものを酸化ガスとして使用する場合には、酸化ガス系統のみ前述した各実施形態のように構成することも可能である。
【０１０７】
さらに、水素ガス１そのものを燃料ガスとして使用すると共に、酸素ガス２そのものを酸化ガスとして使用する場合であっても、燃料ガス系統及び酸化ガス系統のいずれか一方のみを前述した各実施形態のように構成することも可能である。このとき、水素ガス１側よりも酸素ガス２側の方が生成水３を多く生じやすいため、少なくとも酸化ガス系統を前記した各実施形態のように構成することが好ましい。
【０１０８】
しかしながら、燃料ガス系統及び酸化ガス系統の両方共に前述した各実施形態のように構成すれば、酸化ガス系統側よりも少ないながらも燃料ガス系統側に生じる生成水３も確実に排出することができると共に、燃料ガス系統側と酸化ガス系統側との間の差圧をできるだけ小さくすることが可能となるので、非常に好ましい。
【０１０９】
また、前述した各実施形態においては、燃料ガスの流通経路や酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように２つの前記サブスタック１１１，１１２を接続した固体高分子形燃料電池１１０の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、燃料ガスの流通経路や酸化ガスの流通経路を直列ループ状にするように３つ以上の前記サブスタックを接続した固体高分子形燃料電池の場合であっても、前述した各実施形態の場合と同様にして適用することができ、前述した各実施形態の場合と同様な効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、長期間にわたって連続して発電運転を行なっても、発電性能の低下を大幅に抑制することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第一番目の実施形態の主要部の燃料ガス系統の概略構成図である。
【図２】本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第一番目の実施形態の主要部の酸化ガス系統の概略構成図である。
【図３】図１の通常運転の際の作動説明図である。
【図４】図２の通常運転の際の作動説明図である。
【図５】図１の回復運転の際の作動説明図である。
【図６】図２の回復運転の際の作動説明図である。
【図７】本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第二番目の実施形態の主要部の燃料ガス系統の概略構成図である。
【図８】本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第二番目の実施形態の主要部の酸化ガス系統の概略構成図である。
【図９】図７の回復運転の際の作動説明図である。
【図１０】図８の回復運転の際の作動説明図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１  水素ガス
２  酸素ガス
３  生成水
１００  固体高分子形燃料電池発電システム
１０１〜１０６，２０１〜２０６  バルブ
１１０  固体高分子形燃料電池
１１１  第一のサブスタック
１１２  第二のサブスタック
１２１，１２２，２２１，２２２  ドレントラップ
１３０  水素ガスボンベ
２３０  酸素ガスボンベ
１４０  制御装置
１４１，１４２  電圧計
３００  固体高分子形燃料電池発電システム
３０７，４０７  バルブ
３０８，４０８  逆止弁
３３０  水素ガス補助ボンベ
４３０  酸素ガス補助ボンベ
３４０  制御装置
【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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【図９】
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【図１０】
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