(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池の凍結起動時に自動的に高圧運転に移行し、早期に起動を行うことを可能とする燃料電池システムを提供する。【解決手段】一対の電極間に電解質を配した電解質・電極構造体と、セパレータとが積層された燃料電池４０と、燃料電池４０の燃料ガスおよび酸化剤ガスの排出ガスを排出する反応ガス排出配管６１と、反応ガス排出配管６１の少なくとも一方の下流に凝縮水を捕集し保持する凝縮水保持部２３と、を少なくとも有する燃料電池システム１である。これにより、凍結起動時に凝縮水保持部２３に保持した凝縮水が凍結し、反応ガス排出配管６１の一部を閉塞して、高圧運転による起動が可能となる。また、燃料電池の温度が上昇し、高圧運転が不要となった場合には、凍結した凝縮水が融解して、平常運転の圧力に自然に回復する。その結果、エネルギー損失を最小限に抑制することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に電解質を配した電解質・電極構造体と、セパレータとが積層された燃料電池と、前記燃料電池の燃料ガスおよび酸化剤ガスの排出ガスを排出する反応ガス排出配管と、前記反応ガス排出配管の少なくとも一方の下流に凝縮水を捕集し保持する凝縮水保持部と、を少なくとも有する燃料電池システム。
【請求項２】
前記反応ガス排出配管の少なくとも一方の下流に、前記排出ガスの熱あるいは水分を回収する回収装置を設置し、前記凝縮水保持部を前記回収装置の上流に設置する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記回収装置は、前記燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿器である請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記凝縮水保持部が断熱材から露出している請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記凝縮水保持部は、前記反応ガス排出配管と連通するように重力方向下側に設けられた筒状の部材である請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記凝縮水保持部は、前記反応ガス排出配管の内部に設けられたメッシュ状部材からなり、
前記メッシュ状部材は、前記反応ガス排出配管中の排出ガスを全部あるいは一部を遮るように、設けられている請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給装置と、前記燃料電池に供給する前記反応ガスの反応ガス量を検出する反応ガス量検出部と、制御部をさらに備え、前記制御部は、前記反応ガス量が予め決められた所定のガス量になるよう前記反応ガス供給装置を制御する請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極間に電解質を配した電解質・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池を、水の凍結温度以下で起動させる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体高分子型の燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側に、アノード側電極およびカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持した構造を有する。そして、通常、電解質膜・電極構造体およびセパレータを所定数だけ交互に積層した燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
このとき、燃料電池のアノード側電極に供給された燃料ガス、例えば主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）の水素は、電極触媒上でイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。そして、その間に生じた電子を外部回路に取り出すことにより、直流の電気エネルギーとして利用される。一方、カソード側電極に供給された酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）は、カソード側電極で、水素イオンおよび電子と反応して水が生成される。
【０００４】
そして、この種の燃料電池では、イオン導電性を維持するために、高分子イオン交換膜からなる電解質膜を適度に加湿しておく必要がある。また、カソード側電極には、上述した反応により、生成する水が存在する。そのため、燃料電池を氷点下（水の凍結温度以下）で始動させようとすると、燃料電池内の水分が凍結しやすく、燃料電池内で電気化学反応が抑制されるという問題がある。
【０００５】
そこで、上記課題を回避するために、例えばＤｕｐｏｎｔ社製のＮＡＦＩＯＮ（登録商標）のような電解質膜を用いることにより、−２０℃の温度であっても十分なイオン伝導性を有し、燃料電池内で電気化学反応が可能であることが開示されている（例えば、特許文献１参照）。そして、特許文献１の電解質膜を用いることにより、水の凝固温度よりも低い温度から燃料電池電力発生装置の作動を開始できる方法を示している。
【０００６】
すなわち、特許文献１の燃料電池電力発生装置は、外部電気回路に対して電流を供給するために外部電気回路に接続可能な燃料電池堆積体を有し、燃料電池堆積体は、少なくとも一つの燃料電池を有している。そして、燃料電池は、正極と負極と、これらの間に挿入された水透過性イオン交換膜とを備えた膜電極組立品を具備している。このとき、膜電極組立品の少なくとも一部の温度が、水の凝固温度より低いものである。そして、この方法は、膜電極組立品の一部の温度が水の凝固温度を超過するように、堆積体から外部電気回路に電流を供給することが示されている。
【０００７】
また、水の凍結温度以下の環境において、特定の電圧下で出力電流がガス圧力によって変動し、電圧降下を生じることがなく、安定して最大電流を取り出すことができる燃料電池が開示されている（例えば、特許文献２参照）。すなわち、凍結起動時にガス圧力を通常運転条件のガス圧力より高く設定することによって、安定して取り出す限界負荷（最大出力電流）を大きくできるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２０００−５１２０６８号公報
【特許文献２】特開２００５−４４７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献１に示す燃料電池電力発生装置では、図８から分かるように、作動開始後の約４分間、水素の流れる通路が、水または氷により塞がれてしまい、水素が適切に供給できないという問題がある。具体的には、４分後に５０アンペアの負荷に接続された直後では約４５アンペアの出力が得られているが、生成水の凍結により、出力電流は約８秒で約１５アンペアまで低下してしまう。そのため、水の凝固温度以下でも、燃料電池の作動を可能にできるが、氷や生成水の凍結によって、定常の始動状態に迅速に移行することが困難である。
【００１０】
また、特許文献２に示す燃料電池によれば、ガス圧力を高くするために大きな補機動力を必要となり、補機動力によりエネルギー損失が増大する。そこで、高圧運転の時間はできるだけ短く設定するために、燃料電池が凍結状態か否かを正確に判断する必要があった。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池の凍結起動時に自動的に高圧運転に移行し、早期に起動を行うことを可能とする燃料電池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】
【００１２】
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、一対の電極間に電解質を配した電解質・電極構造体と、セパレータとが積層された燃料電池と、燃料電池の燃料ガスおよび酸化剤ガスの排出ガスを排出する反応ガス排出配管と、反応ガス排出配管の少なくとも一方の下流に凝縮水を捕集し保持する凝縮水保持部と、を少なくとも有する。
【００１３】
これにより、燃料電池の凍結状態を正確に把握でき、凍結状態においてのみ反応ガス圧力を大きくして運転を行うことが可能となる。その結果、エネルギー損失を最小限に抑制できる燃料電池システムが実現できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池によれば、凍結起動時の高圧運転を自動的に行うことが可能となり、エネルギー損失を最小限に抑制しながら、迅速に起動燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの斜視図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における燃料電池システムの凝縮水保持部の状態を説明する断面図（ｂ）同凝縮水保持部の凍結時の状態を説明する断面図
【図３】本発明の実施の形態１における燃料電池システムを構成する燃料電池の単電池の分解斜視図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの凝縮水保持部の状態を説明する断面図
【図５】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの凝縮水保持部の状態を説明する断面図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態４における燃料電池システムの凝縮水保持部の状態を説明する断面図（ｂ）図６（ａ）の反応ガス排出配管を矢印Ｘの方向から凝縮水保持部を見たときの拡大図
【図７】本発明の実施の形態５における燃料電池システムの凝縮水保持部の状態を説明する断面図
【図８】従来の燃料電池発電装置の積層体電圧と時間との関係と堆積体コア温度と時間との関係を示す特性図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、一対の電極間に電解質を配した電解質・電極構造体と、セパレータとが積層された燃料電池と、燃料電池の燃料ガスおよび酸化剤ガスの排出ガスを排出する反応ガス排出配管と、反応ガス排出配管の少なくとも一方の下流に凝縮水を捕集し保持する凝縮水保持部と、を少なくとも有する燃料電池システムである。
【００１７】
これにより、凍結起動時に凝縮水保持部に保持した凝縮水が凍結し、反応ガス排出配管の一部を閉塞して、高圧運転による起動が可能となる。また、燃料電池の温度が上昇し、高圧運転が不要となった場合には、凍結した凝縮水が融解して、平常運転の圧力に自然に回復する。その結果、エネルギー損失を最小限に抑制することが可能となる。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明において、反応ガス排出配管の少なくとも一方の下流に、排出ガスの熱あるいは水分を回収する回収装置を設置し、凝縮水保持部を回収装置の上流に設置する。これにより、回収装置に供給される上流で凝縮水を捕集することが可能となり、より効果的に凝縮水を保持することが可能となる。
【００１９】
第３の発明は、第２の発明において、回収装置は、燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿器である。これにより、回収した水をＭＥＡ（電極電解質膜接合体）の加湿水として利用できるため、燃料電池システムを簡略化できる。
【００２０】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、凝縮水保持部が断熱材から露出している。これにより、燃料電池が設置された雰囲気温度との熱交換が促進され、雰囲気温度が氷点下になった場合に、正確に凍結状態に移行することが可能となる。
【００２１】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、凝縮水保持部は、反応ガス排出配管と連通するように重力方向下側に設けられた筒状の部材である。これにより、通常運転時の排出ガスの流れを妨げることなく、効果的に凝縮水を保持することが可能となる。
【００２２】
第６の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、凝縮水保持部は、反応ガス排出配管の内部に設けられたメッシュ状部材からなり、メッシュ状部材は、反応ガス排出配管中の排出ガスを全部あるいは一部を遮るように、設けられている。これにより、通常運転時の排出ガスの流れを妨げることなく、燃料電池の停止時にガスパージによって流出する凝縮水を効果的に捕集することができる。
【００２３】
第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明において、燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給装置と、燃料電池に供給する反応ガスの反応ガス量を検出する反応ガス量検出部と、制御部をさらに備え、制御部は、反応ガス量が予め決められた所定のガス量になるよう反応ガス供給装置を制御する。これにより、凝縮水保持部の凝縮水が凍結した凍結起動時においても、十分な反応ガスを供給することが可能となり、高圧運転が可能となる
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した従来技術と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１における燃料電池システムについて、詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システム１の斜視図である。図２（ａ）は、本発明の実施の形態１における燃料電池システム１の凝縮水保持部の状態を説明する断面図で、図２（ｂ）は図２（ａ）の凝縮水保持部の凍結時の状態を説明する断面図である。また、図３は、本発明の実施の形態１における燃料電池システム１を構成する燃料電池の単電池１０の分解斜視図である。
【００２６】
図１に示すように、燃料電池システム１は、反応ガス供給配管５１や反応ガス排出配管６１や冷却水供給配管７１や冷却水排出配管８１と、燃料電池４０の、後述するガスマニホールド孔と連通して構成されている。ここで、燃料電池４０は、セルスタック２と、集電板３と、端板４とを積層してボルト用貫通孔９でボルト２２により挟持して、反応ガスは反応ガス供給継手５、反応ガス排出継手６、冷却水供給継手７、冷却水排出継手８とを介して上記各配管と接続して構成されている。このとき、セルスタック２は、一般に、要求される出力に応じて２〜２００段程度に単電池１０を積層して形成されている。
【００２７】
そして、燃料電池システム１は、これらの継手を介して、外部の配管と接続され、反応ガスおよび冷却水が供給、排出される。
【００２８】
なお、単電池１０は、図３に示すように、ＭＥＡ（電極電解質膜接合体）１１と、ガスシール１２と、セパレータ１３とにより構成されている。そして、ＭＥＡ１１は、高分子電解質膜１４の両側に触媒層１５を設け、その外側にガス拡散層１６を重ねて形成されている。このとき、高分子電解質膜１４は、水素イオンを選択的に輸送する陽イオン交換樹脂で構成され、触媒層１５は、白金などの触媒機能を有する金属を担持させたカーボン粉末を主成分として構成されている。さらに、ガス拡散層１６は、反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）の通気性と電子の伝導性を併せ持つ機能を有している。なお、以下では触媒層１５およびガス拡散層１６を電極と総称して説明する場合がある。
【００２９】
また、単電池１０のガスシール１２は、例えば環状の形状を有し、ＭＥＡ１１の両外面に、触媒層１５およびガス拡散層１６からなる電極を囲むよう配設されている。なお、ガスシール１２は、燃料ガスや酸化剤ガスが外にリークしたり、異なるガス同士が混合したりするのを防止するものである。
【００３０】
さらに、単電池１０のセパレータ１３は、ガスシール１２の外側に配置され、その両面には流路が形成されている。そして、セパレータ１３の内面（ガスシール側）に形成された流路は反応ガス（燃料ガスまたは酸化剤ガス）を触媒層１５に供給する反応ガス流路１３ａで、外面に形成された流路は冷却水を単電池１０の間に流す冷却水流路（図示せず）である。このとき、ＭＥＡ１１で発生する熱を、冷却水で回収することによって、その熱エネルギーとして利用することが可能となる。さらに、セパレータ１３は導電性を有し、隣接するＭＥＡ１１を互いに電気的に直列に接続する。
【００３１】
そして、セパレータ１３に形成された反応ガス流路１３ａと冷却水流路は、上流端が供給マニホールド孔に接続され、下流端が排出マニホールド孔に接続される。また、ＭＥＡ１１の周縁部には、セパレータ１３の各マニホールド孔に対応してマニホールド孔が設けられている。そのため、セパレータ１３およびＭＥＡ１１からなる単電池１０を積層してセルスタック２を組み立てると、各セパレータ１３および各ＭＥＡ１１のマニホールド孔が互いに繋がって連通する。これにより、反応ガスや冷却水などの流体のマニホールド（流路）が形成される。
【００３２】
上記により、本実施の形態のセルスタック２には、２つの反応ガス供給マニホールド、２つの反応ガス排出マニホールド、１つの冷却水供給マニホールドおよび１つの冷却水排出マニホールドが、その積層方向に形成される。そして、２つの反応ガス供給マニホール
ドの一端が２つの反応ガス供給口を構成し、２つの反応ガス排出マニホールドが２つの反応ガス排出口を構成する。また、冷却水供給マニホールドの一端が冷却流体供給口を構成し、冷却水排出マニホールドの一端が冷却流体排出口を構成する。これらのマニホールドは図１で示した反応ガス供給継手５、反応ガス排出継手６、冷却水供給継手７、冷却水排出継手８とそれぞれ連通されている。さらに、これらの継手は燃料電池システムの反応ガス供給配管５１や反応ガス排出配管６１や冷却水供給配管７１や冷却水排出配管８１と接続されて、燃料電池システム１の発電反応に必要な反応ガスや冷却水の供給、排出を行っている。
【００３３】
そして、本実施の形態の燃料電池システム１は、図２（ａ）に示すように、反応ガス排出配管６１と連通するように重力方向下側に、燃料電池より排出される凝縮水２６を貯留するための筒状の部材からなる凝縮水保持部２３が設けられている。ここで、凝縮水保持部２３を構成する筒状の部材は、例えばＳＵＳやエンジニアリングプラスチックなど高強度材料で構成され、貯留している凝縮水が凍結した場合にも、変形や破壊しない十分な強度を有している。
【００３４】
このとき、凝縮水保持部２３は、反応ガス排出配管６１と同等の配管径で構成され、かつ重力方向の深さは内径の、例えば５倍〜１０倍に調整されている。
【００３５】
また、凝縮水保持部２３の深さを配管径の１０倍以下に調整することにより、凝縮水が凍結して約１０％程度の体積膨張により氷になった場合でも、膨張した氷で反応ガス排出配管６１が完全に閉塞されることを未然に防止できる。
【００３６】
以下に、上記凝縮水の凍結した状態について、図２（ｂ）を用いて、具体的に説明する。
【００３７】
図２（ｂ）に示すように、凝縮水２６は凍結により氷２６ａとなると、体積膨張して反応ガス排出配管６１の内部へ突出する。これにより、自動的に反応ガス排出配管６１の連通断面積が絞られ、反応ガスの供給圧力が高まる。その結果、高圧運転による起動運転を行うことが可能となる。そして、燃料電池の温度が上昇すると、凝縮水保持部２３の氷２６ａが融解して、自然に連通断面積が絞られた絞り状態が解消され、通常運転に復帰することが可能となる。
【００３８】
本実施の形態によれば、凍結起動時に、自動的に反応ガス排出配管６１の流通断面積が絞られ、高圧運転を行うことができる。その結果、確実に、かつ急速に燃料電池システムを起動できる。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、燃料電池の内部温度が低温の状態の時のみ高圧運転を行うため、エネルギー損失を抑制した燃料電池システムを実現できる。
【００４０】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における燃料電池システムについて、図４を用いて説明する。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池システム１の凝縮水保持部の状態を説明する断面図である。ここで、図４は、図２（ａ）および図２（ｂ）と同様に断面図で示している。
【００４２】
すなわち、図４に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、凝縮水保持部２３の下流に回収装置２４を設けた点で実施の形態１とは異なる。他の構成は実施の形態２と
同様であるので、説明を省略する。
【００４３】
このとき、回収装置２４は、反応ガス排出配管６１は燃料電池から排出される凝縮水や熱を回収し、再び燃料電池に供給する機能を備えている。
【００４４】
これにより、回収装置２４に供給される上流で凝縮水を凝縮水保持部２３に貯留して、効果的に凝縮水を捕集することが可能となる。つまり、回収装置より上流に凝縮水保持部を設けることにより、回収装置によって凝縮水が回収される前に捕集できるため捕集効率が向上する。
【００４５】
なお、本実施の形態では、回収装置２４としては、排出される反応ガスから熱や水分を回収する回収装置を例に説明したが、これに限られない。例えば、中空糸膜やイオン交換膜などを用いた全熱交換方式の加湿器を用いてもよい。これにより、回収した水をＭＥＡ（電極電解質膜接合体）の加湿水として利用できるため、燃料電池システムを簡略化できる。
【００４６】
（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３における燃料電池システムについて、図５を用いて説明する。
【００４７】
図５は、本発明の実施の形態３における燃料電池システム１の凝縮水保持部の状態を説明する断面図である。ここで、図５は、図２（ａ）および図２（ｂ）と同様に断面図で示している。
【００４８】
すなわち、図５に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、反応ガス排出配管６１の周囲を被覆する断熱材２５を設け、凝縮水保持部２３の設置部分の断熱材２５を除去して露出させている点で、実施の形態２とは異なる。他の構成は実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【００４９】
これにより、反応ガス排出配管６１の温度やその伝導熱による、凝縮水保持部の温度への影響を抑制できる。そのため、凝縮水保持部２３の温度は、燃料電池システムの設置雰囲気の温度を正確に反映できる。その結果、燃料電池システムの雰囲気の正確な温度によって、貯留した凝縮水を凍結させることができる。
【００５０】
（実施の形態４）
以下に、本発明の実施の形態４における燃料電池システムについて、図６を用いて説明する。
【００５１】
図６（ａ）は本発明の実施の形態４における燃料電池システム１の凝縮水保持部の状態を説明する断面図で、図６（ｂ）は図６（ａ）の反応ガス排出配管を矢印Ｘの方向から凝縮水保持部４３を見たときの拡大図である。ここで、図６（ａ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）と同様に断面図で示している。
【００５２】
すなわち、図６（ａ）に示すように、本実施の形態の燃料電池システムでは、凝縮水保持部４３が、反応ガス排出配管の内部に設けられたメッシュ状部材で構成されている点で、実施の形態１とは異なる。このとき、メッシュ状部材からなる凝縮水保持部４３は、反応ガス排出配管の断面の全体あるいは一部に設けられ、排出ガスを全部あるいは一部を遮るように、排出ガスの流れる方向に対して、例えば直交して設けられている。なお、必ずしも凝縮水保持部４３を直交して設ける必要はなく、排出ガスの流れを阻害する角度であれば、任意である。つまり、実施の形態１の重力方向の下側に設けた筒状の部材の代わり
に、反応ガス排出配管の内部に設けたメッシュ状部材で凝縮水保持部を形成したものである。他の構成は実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【００５３】
これにより、停止時に燃料電池システムをパージすることによって流出する余剰の凝縮水の保持が容易となる。また、凍結起動時に、凝縮水保持部４３に付着している凝縮水が全て凍結した場合でも、反応ガス排出配管６１が完全に閉塞することを回避できる。その結果、通常運転時においては、排出ガスの流れを妨げることない、一方、燃料電池の停止時においては、ガスのパージにより流出する凝縮水を効果的に捕集することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、凝縮水保持部４３を反応ガス排出配管６１の下半分に設置する例を示したが、これに限らない。例えば、配管の中心部分を開放する構造のメッシュ状部材や、全面がメッシュ状部材の凝縮水保持部を設置してもよい。これにより、燃料電池システムの設置方向に依存しない、自由度の高い燃料電池システムを実現できる。
【００５５】
（実施の形態５）
以下に、本発明の実施の形態５における燃料電池について、図７を用いて説明する。
【００５６】
図７は、本発明の実施の形態５における燃料電池システムの凝縮水保持部の状態を説明する断面図である。ここで、図７は、図２（ａ）および図２（ｂ）と同様に断面図で示している。
【００５７】
すなわち、図７に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給装置と、燃料電池に供給する反応ガスの反応ガス量を検出する反応ガス流量検出部と、制御部をさらに備えた点で、実施の形態３とは異なる。構成されている。このとき、反応ガス流量を検出する反応ガス流量検出部３０は反応ガス供給配管５１の上流に設けられ、さらにその上流に反応ガス供給するための反応ガス供給装置３２が設けられている。
【００５８】
そして、制御部である制御装置３１は、反応ガス量が予め決められた所定のガス量になるよう反応ガス供給装置を制御する。つまり、制御装置３１は反応ガス流量検出部３０で検出される反応ガスの流量が常に要求された所定の流量となるように、反応ガス供給装置を制御するものである。ここで、所定の流量とは、燃料電池システムの運転条件（電流、空気利用率、燃料利用率）で決まるものである。
【００５９】
ここで、反応ガス流量検出部３０としては、一般に、熱線式流量計や超音波式流量計などを用いることができる。さらに、固定オリフィスの上下流の圧力差を測定して流量に変換（換算）して、反応ガス流量検出部３０を構成してもよい。また、反応ガス供給装置３２としては、一般に、ブロワファンやコンプレッサーなどを用いることができる。
【００６０】
上記構成により、凍結起動時に凝縮水保持部２３に保持されている凝縮水が凍結して運転圧力が上昇した場合でも、制御装置により常に反応ガスの流量を制御して反応ガスの流量を確保することができる。その結果、安定した運転動作が可能な燃料電池スステムを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の燃料電池は、燃料電池の凍結起動時に自動的に高圧運転に移行し、早期に起動を行うことが可能となるので、燃料電池などの技術分野に有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１  燃料電池システム
２  セルスタック
３  集電板
４  端板
５  反応ガス供給継手
６  反応ガス排出継手
７  冷却水供給継手
８  冷却水排出継手
９  ボルト用貫通孔
１０  単電池
１１  ＭＥＡ（電極電解質膜接合体）
１２  ガスシール
１３  セパレータ
１３ａ  反応ガス流路
１４  高分子電解質膜
１５  触媒層
１６  ガス拡散層
２２  ボルト
２３，４３  凝縮水保持部
２４  回収装置
２５  断熱材
２６  凝縮水
２６ａ  氷
３０  反応ガス流量検出部
３１  制御装置
３２  反応ガス供給装置
４０  燃料電池
５１  反応ガス供給配管
６１  反応ガス排出配管
７１  冷却水供給配管
８１  冷却水排出配管
【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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