(57)【要約】  カソード側の水詰まりを解消することが可能な燃料電池システムを、コストの増大やシステムの大型化を招かずに提供する。  燃料電池システムにおいて、制御部が、燃料電池での発電起動時の準備運転において、燃料電池への液体燃料及び酸化剤の供給をそれぞれ燃料ポンプ部及び酸化剤ポンプ部に開始させた後、酸化剤の供給開始から第１の所定時間が経過する迄に開回路電圧が所定値以上とならなかった場合、燃料電池への酸化剤の供給を酸化剤ポンプ部に停止させる第１制御を実行し、その後、酸化剤の供給停止から第２の所定時間が経過したときに、燃料電池への酸化剤の供給を酸化剤ポンプ部に再び開始させる第２制御を実行する。
2013046519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池に液体燃料を供給する燃料ポンプ部と、
前記燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤ポンプ部と、
前記燃料ポンプ部及び前記酸化剤ポンプ部を制御する制御部と、
前記燃料電池の開回路電圧を検出する電圧検出部と
を備え、前記制御部は、前記燃料電池での発電起動時の準備運転において、前記燃料電池への液体燃料及び酸化剤の供給をそれぞれ前記燃料ポンプ部及び前記酸化剤ポンプ部に開始させた後、酸化剤の供給開始から第１の所定時間が経過する迄に前記開回路電圧が所定値以上とならなかった場合、前記燃料電池への酸化剤の供給を前記酸化剤ポンプ部に停止させる第１制御を実行し、その後、酸化剤の供給停止から第２の所定時間が経過したときに、前記燃料電池への酸化剤の供給を前記酸化剤ポンプ部に再び開始させる第２制御を実行する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記開回路電圧が前記所定値以上になる迄、前記第１制御と前記第２制御とを繰り返し実行する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、酸化剤の供給開始から第１の所定時間が経過する迄に前記開回路電圧が所定値以上になった場合、前記燃料電池での通常運転を開始する、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池は、複数の単位セルが直列に接続されたセルスタックを有し、前記電圧検出部は、セルスタックの電圧、何れか１つの単位セルの電圧、又は幾つかの単位セルの積層体の電圧の少なくとも何れか１つを、前記開回路電圧として検出する、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記開回路電圧の所定値は、１つの単位セルあたりの電圧で０．７５Ｖ以上に設定されている、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池は、直接酸化型燃料電池であり、前記液体燃料は、メタノール、エタノール、蟻酸、ホルムアルデヒド、ジメチルエーテル、及びエチレングリコールよりなる群から選択される少なくとも１種類の燃料を含む、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１制御において、前記燃料電池への酸化剤の供給を前記酸化剤ポンプ部に停止させると共に、前記燃料電池への液体燃料の供給を前記燃料ポンプ部に停止させ、且つ、前記第２制御において、前記燃料電池への酸化剤の供給を前記酸化剤ポンプ部に再び開始させると共に、前記燃料電池への液体燃料の供給を前記燃料ポンプ部に再び開始させる、請求項１乃至請求項６の何れか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、燃料電池システムに関し、特に燃料電池システムにおける起動時の酸化剤供給技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、及び携帯情報端末（ＰＤＡ）などの携帯小型電子機器において、それらの電源として二次電池が用いられている。近年、これらの携帯小型電子機器において、二次電池の代わりに燃料電池を用いることが検討されている。燃料電池は、燃料の補充により連続的に発電することが可能である。従って、二次電池は充電が必要であるのに対し、燃料電池は充電が不要である。よって、携帯小型電子機器の電源として燃料電池を用いることは、携帯小型電子機器の利便性が向上することを期待させる。【０００３】
燃料電池には、使用される電解質の種類によって分類される種々のタイプが存在する。特に高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、作動温度が低く、且つ出力密度が高い。このため、車載用電源や家庭用コージェネレーションシステム用電源などの大型電源において、ＰＥＦＣが実用化されつつある。これに加えて、ＰＥＦＣは、携帯小型電子機器用の電源としても有望視されている。【０００４】
ＰＥＦＣのうち直接酸化型燃料電池（ＤＯＦＣ）は、常温で液体燃料を直接的に酸化させることにより電気エネルギーを発生させている。そして、ＤＯＦＣでは、液体燃料を水素に改質する必要がない。よって、ＰＥＦＣのなかでも特にＤＯＦＣは、改質器を備える必要がなく、従って小型化が容易である。又、ＤＯＦＣのなかでも、燃料としてメタノールを用いる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）は、エネルギー効率及び発電出力が他のＤＯＦＣより優れている。従って、ＤＭＦＣは、携帯小型電子機器用の電源として最も有望視されている。【０００５】
ＤＭＦＣなどの高分子電解質型燃料電池は、一般的に、複数の単位セルを積層することにより構成されたセルスタックを有している。各単位セルは、高分子電解質膜と、該高分子電解質膜を間に挟む様に配されたアノード及びカソードとを含んでいる。アノード及びカソードは何れも、触媒層及び拡散層を含んでいる。アノードには、燃料であるメタノールが供給され、カソードには、酸化剤である空気（酸素）が供給される。【０００６】
ＤＭＦＣのアノード及びカソードにて生じる反応は、下記反応式（１）及び（２）によってそれぞれ表される。尚、一般的に、カソードには、空気中の酸素が取り込まれる。
アノード：  ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ- （１）
カソード：  （３／２）Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  →  ３Ｈ2Ｏ  （２）【０００７】
カソード側で生じた水は、発電中にセルスタック内で蒸発するか、若しくは消費されずに残った酸素と共に燃料電池から回収されることが好ましい。しかし、カソード側で生じた水は、その一部が酸化剤の流路内に滞留したままになり易い。そして、この滞留が原因となって、燃料電池内には水詰まりが発生し易い。水詰まりが発生した場合、複数の単位セルに対して酸化剤を略均一に供給することが困難となり、その結果、燃料電池の発電性能が低下することになる。【０００８】
そこで、上述した様なカソード側の水詰まりを改善する方法が検討されている。例えば、特許文献１には、発電開始時にカソードに供給する空気量を、定格発電時にカソードに供給する空気量より大きくする技術が開示されている。具体的には、発電開始時の空気の供給量が、化学両論比に対して４〜１５倍の量に設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２７８２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示の技術では、カソードに対して多量の空気を供給する必要がある。このため、空気を供給するためのポンプの大型化や高性能化が必要である。よって、ポンプにて消費される電力の増加や、ポンプの設計に必要なコストの増大、更には燃料電池システムの大型化が生じることになる。【００１１】
そこで、本発明の目的は、カソード側の水詰まりを解消することが可能な燃料電池システムを、コストの増大やシステムの大型化を招かずに提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に液体燃料を供給する燃料ポンプ部と、燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤ポンプ部と、燃料ポンプ部及び酸化剤ポンプ部を制御する制御部と、燃料電池の開回路電圧（ＯＣＶ）を検出する電圧検出部とを備えている。制御部は、燃料電池での発電起動時の準備運転において、燃料電池への液体燃料及び酸化剤の供給をそれぞれ燃料ポンプ部及び酸化剤ポンプ部に開始させた後、酸化剤の供給開始から第１の所定時間が経過する迄にＯＣＶが所定値以上とならなかった場合、燃料電池への酸化剤の供給を酸化剤ポンプ部に停止させる第１制御を実行し、その後、酸化剤の供給停止から第２の所定時間が経過したときに、燃料電池への酸化剤の供給を酸化剤ポンプ部に再び開始させる第２制御を実行する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムによれば、コストの増大やシステムの大型化を招かずに、カソード側の水詰まりを解消することができる。【００１４】
本発明の新規な特徴を添付の特許請求の範囲に記述するが、本発明は、構成及び内容の両方に関し、本発明の他の目的及び特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明により更によく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略を示したブロック図である。
【図２】燃料電池システムが備える燃料電池の要部を模式的に示した一部切欠き図である。
【図３】燃料電池に含まれる単位セルの概略を示した拡大断面図である。
【図４】燃料電池システムに使用される発電準備制御のフローチャートである。
【図５】実施例において発電準備制御を実行した結果を、経過時間とＯＣＶとの関係により示した図である。
【図６】比較例において発電準備制御を実行した結果を、経過時間とＯＣＶとの関係により示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に液体燃料を供給する燃料ポンプ部と、燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤ポンプ部と、燃料ポンプ部及び酸化剤ポンプ部を制御する制御部と、燃料電池のＯＣＶを検出する電圧検出部とを備えている。制御部は、燃料電池での発電起動時の準備運転において、燃料電池への液体燃料及び酸化剤の供給をそれぞれ燃料ポンプ部及び酸化剤ポンプ部に開始させた後、酸化剤の供給開始から第１の所定時間が経過する迄にＯＣＶが所定値以上とならなかった場合、燃料電池への酸化剤の供給を酸化剤ポンプ部に停止させる第１制御を実行し、その後、酸化剤の供給停止から第２の所定時間が経過したときに、燃料電池への酸化剤の供給を酸化剤ポンプ部に再び開始させる第２制御を実行する。
【００１７】
ここで、準備運転にて制御部が実行する上記制御（発電準備制御）は、例えば次の様に開始される。燃料電池又は付属装置（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等）のスイッチがオフからオンに切り替えられたとき、このときに発生する信号を制御部が検知することにより、制御部が発電準備制御を開始する。
【００１８】
上記燃料電池システムにおいて、酸化剤の供給開始から第１の所定時間が経過する迄にＯＣＶが所定値以上とならなかった場合、カソード側に水詰まりが発生しており、これにより燃料電池の発電性能が低下すると考えられる。そこで、上記燃料電池システムでは、酸化剤の供給を停止させる。これにより、酸化剤の流路内に負圧が発生し、その結果、流路内の水が排出される。又、上記燃料電池システムでは、酸化剤の供給の停止後、酸化剤の供給を再び開始する。ここで、酸化剤の供給を開始した直後においては、酸化剤の流速は全ての流路において均一にならない。従って、酸化剤の流路には、一時的に、酸化剤の流速が大きい流路と、酸化剤の流速が小さい流路とが生じることになる。そして、酸化剤の流速が大きい流路では、該流路内の水が酸化剤の圧力によって排出される。斯くして、カソード側の水詰まりが解消される。又、酸化剤ポンプ部の大型化や高性能化が必要でなく、従って上記燃料電池システムは、コストの増大やシステムの大型化を招かない。
【００１９】
上記燃料電池システムの具体的構成において、制御部は、ＯＣＶが所定値以上になる迄、第１制御と第２制御とを繰り返し実行する。この具体的構成によれば、カソード側の水詰まりが効率良く解消されることになる。
【００２０】
上記燃料電池システムにおいて、制御部は、酸化剤の供給開始から第１の所定時間が経過する迄にＯＣＶが所定値以上になった場合、燃料電池での通常運転を開始する。これにより、カソード側の水詰まりが解消された状態で通常運転が開始されることになる。よって、燃料電池の発電性能の低下が抑制され、その結果、目標の出力電圧を得ることができる。
【００２１】
上記燃料電池システムの具体的構成において、燃料電池は、複数の単位セルが直列に接続されたセルスタックを有し、電圧検出部は、セルスタックの電圧、何れか１つの単位セルの電圧、又は幾つかの単位セルの積層体の電圧の少なくとも何れか１つを、ＯＣＶとして検出する。又、電圧検出部は、単位セルの電圧のうち最低の電圧を、ＯＣＶとして検出してもよい。更に、電圧検出部は、これらの電圧を組み合わせたものをＯＣＶとして検出してもよい。但し、ＯＣＶの所定値は、電圧検出部が検出する電圧の種類に応じて設定する必要がある。尚、ＯＣＶの所定値は、１つの単位セルあたりの電圧で０．７５Ｖ以上に設定することが好ましい。
【００２２】
制御部によるＯＣＶが所定値以上であるか否かの判定は、例えば次の様に実行される。電圧検出部には、該電圧検出部が検出するＯＣＶが所定値に到達したとき、これを表す到達信号を出力させる。制御部は、この到達信号の有無に基づいて、ＯＣＶが所定値以上であるか否かを判定する。
【００２３】
上記燃料電池システムにおいて、燃料電池は、直接酸化型燃料電池であり、液体燃料は、メタノール、エタノール、蟻酸、ホルムアルデヒド、ジメチルエーテル、及びエチレングリコールよりなる群から選択される少なくとも１種類の燃料を含んでいる。
【００２４】
上記燃料電池システムにおいて、第１の所定時間は、１０〜３００秒、好ましくは１５〜１２０秒、より好ましくは２０〜３０秒に設定される。第１の所定時間のこれらの設定範囲によれば、酸化剤がカソード内に十分に行き渡り、その結果、ＯＣＶが十分に上昇することになる。又、第１の所定時間の上記設定範囲によれば、カソード電位の低下を招き得る液体燃料のクロスオーバが発生し難く、その結果、ＯＣＶの低下が抑制される。
【００２５】
又、上記燃料電池システムにおいて、第２の所定時間は、１〜１８０秒、好ましくは１０〜１２０秒、より好ましくは３０〜９０秒に設定される。第２の所定時間のこれらの設定範囲によれば、負圧によって水詰まりを解消するために必要な時間が得られる。又、第２の所定時間の上記設定範囲によれば、ポンプ部の停止時間が短くて済むので、再起動に大きな電力が必要でなく、従って効率の低下が抑制される。
【００２６】
上記燃料電池システムの具体的構成において、制御部は、第１制御において、燃料電池への酸化剤の供給を酸化剤ポンプ部に停止させると共に、燃料電池への液体燃料の供給を燃料ポンプ部に停止させる。制御部は更に、第２制御において、燃料電池への酸化剤の供給を酸化剤ポンプ部に再び開始させると共に、燃料電池への液体燃料の供給を燃料ポンプ部に再び開始させる。この具体的構成によれば、液体燃料の消費や燃料ポンプ部での電力の消費を抑制することができ、その結果、ランニングコストが低減される。
【００２７】
以下、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）を備えた燃料電池システムに本発明を実施した形態について、図面に沿って具体的に説明する。
【００２８】
図１は、本実施形態に係る燃料電池システムの概略を示したブロック図である。図１に示す様に、燃料電池システム１は、ＤＭＦＣ２、燃料タンク３、燃料ポンプ部４、回収タンク５、及び酸化剤ポンプ部８を備えている。ここで、燃料タンク３は、液体燃料を貯留するタンクである。燃料ポンプ部４は、燃料タンク３に貯留されている液体燃料をＤＭＦＣ２へ送る輸送機構である。回収タンク５は、ＤＭＦＣ２からの排出物を収容するタンクである。酸化剤ポンプ部８は、酸化剤をＤＭＦＣ２内へ導入する輸送機構である。
【００２９】
液体燃料は、メタノールと水との混合物である。尚、液体燃料には、メタノールに代えて又はこれに加えて、エタノール、蟻酸、ホルムアルデヒド、ジメチルエーテル、及びエチレングリコールなどの燃料物質を用いることができる。又、液体燃料中のメタノールの濃度は、１〜８ｍｏｌ／Ｌの範囲、好ましくは２〜５ｍｏｌ／Ｌの範囲に設定される。尚、これらの設定範囲は一例であり、燃料物質の種類や燃料電池の使用状況等に応じて、液体燃料中の燃料物質の濃度を設定することができる。一方、酸化剤には、空気が用いられる。尚、酸化剤には、空気に変えて、圧縮空気、酸素、酸素を含む混合ガスなどを用いることができる。
【００３０】
図２は、ＤＭＦＣ２の要部を模式的に示した一部切欠き図である。図２に示す様に、ＤＭＦＣ２は、燃料電池ケース２ａと、該燃料電池ケース２ａ内に収納されたセルスタック１３とを有している。セルスタック１３は、複数の単位セルを、これらが直列に接続される様に積層することにより構成されている。尚、酸化剤ポンプ部８及び燃料ポンプ部４は、燃料電池ケース２ａの内外の何れに設けられていてもよい。
【００３１】
図３は、セルスタック１３を構成する各単位セルの概略を示した拡大断面図である。図３に示す様に、各単位セル２０は、水素イオン伝導性を有した高分子電解質膜２２と、該高分子電解質膜２２を間に挟む様に配されたアノード２４及びカソード２６とを有している。アノード２４には、液体燃料１０１であるメタノールが供給され、カソード２６には、酸化剤１０３である空気が供給される。
【００３２】
アノード２４は、アノード触媒層２８及びアノード拡散層３０を含んでいる。アノード触媒層２８は、高分子電解質膜２２に接した状態で該高分子電解質膜２２上に積層されている。アノード拡散層３０は、撥水性の高い材料からなるアノード撥水層３２と、撥水処理が施されたアノード多孔質基材３４とを含んでいる。アノード撥水層３２及びアノード多孔質基材３４は、この順序で、アノード触媒層２８上（高分子電解質膜２２とは反対側）に積層されている。
【００３３】
カソード２６は、カソード触媒層３８及びカソード拡散層４０を含んでいる。カソード触媒層３８は、高分子電解質膜２２の表面のうちアノード触媒層２８が接した面とは反対側の面に接した状態で、該高分子電解質膜２２上（図３の紙面において高分子電解質膜２２の下側）に積層されている。カソード拡散層４０は、撥水性の高い材料からなるカソード撥水層４２と、撥水処理が施されたカソード多孔質基材４４とを含んでいる。カソード撥水層４２及びカソード多孔質基材４４は、この順序で、カソード触媒層３８上（高分子電解質膜２２とは反対側）に積層されている。
【００３４】
高分子電解質膜２２、アノード触媒層２８、及びカソード触媒層３８によって形成される積層体は、燃料電池の発電を担っている。尚、この積層体は、ＣＣＭ（Catalyst Coated Membrane）と呼ばれている。又、アノード拡散層３０は、アノード２４に供給される液体燃料１０１を均一に分散する役割と、アノード２４にて生成される二酸化炭素１０２を円滑に排出する役割とを担っている。更に、カソード拡散層４０は、カソード２６に供給される酸化剤１０３を均一に分散する役割と、カソード２６にて生成される水１０４を円滑に排出する役割とを担っている。尚、ＣＣＭ、アノード拡散層３０、及びカソード拡散層４０によって形成される積層体は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と呼ばれている。
【００３５】
アノード２４、高分子電解質膜２２、及びカソード２６の積層方向において、アノード２４上にはアノード側セパレータ３６が積層され、更にアノード側セパレータ３６上には端板５６Ａが配置されている。又、上記積層方向において、カソード２６上（図３の紙面においてカソード２６の下側）にはカソード側セパレータ４６が積層され、更にカソード側セパレータ４６上（図３の紙面においてカソード側セパレータ４６の下側）には端板５６Ｂが配置されている。尚、セルスタック１３が複数の単位セル２０から構成される本実施形態においては、端板５６Ａ及び端板５６Ｂは、各単位セル２０に設けられるのではなく、単位セル２０の積層方向においてセルスタック１３の両端にのみ配置される。
【００３６】
端板５６Ａ及び端板５６Ｂは、ボルトやバネ等の加圧手段により、アノード側セパレータ３６及びカソード側セパレータ４６をＭＥＡへ押し付けた状態で、互いに締結されている。従って、アノード側セパレータ３６とＭＥＡとの接触面積が増大し、その結果、アノード側セパレータ３６とＭＥＡとの間に生じる電気抵抗が小さくなっている。又、カソード側セパレータ４６とＭＥＡとの接触面積が増大し、その結果、カソード側セパレータ４６とＭＥＡとの間に生じる電気抵抗が小さくなっている。
【００３７】
アノード側セパレータ３６は、アノード多孔質基材３４との接触面に形成された燃料流路４８を有している。燃料流路４８には、アノード２４に液体燃料１０１を供給するための入口と、アノード２４から二酸化炭素１０２を排出するための出口とが設けられている。燃料流路４８は、例えば、アノード多孔質基材３４に向かって開口した凹部や溝によって構成される。
【００３８】
カソード側セパレータ４６は、カソード多孔質基材４４との接触面に形成された酸化剤流路５０を有している。酸化剤流路５０には、カソード２６に酸化剤１０３を供給するための入口と、カソード２６から水１０４を排出するための出口とが設けられている。酸化剤流路５０は、例えば、カソード多孔質基材４４に向かって開口する凹部や溝によって構成される。
【００３９】
高分子電解質膜２２とアノード側セパレータ３６との間には、アノード２４を包囲するガスケット５２が設けられている。これにより、アノード２４に供給された液体燃料１０１が単位セル２０から漏れ出すことを防止している。又、高分子電解質膜２２とカソード側セパレータ４６との間には、カソード２６を包囲するガスケット５４が設けられている。これにより、カソード２６に供給された酸化剤１０３が単位セル２０から漏れ出すことを防止している。
【００４０】
図１及び図２に示す様に、ＤＭＦＣ２は更に、燃料入口５１（図１参照）、燃料出口１４、酸化剤入口１８（図２参照）、酸化剤出口１６、及び酸化剤チャンバ１７（図２参照）を有している。酸化剤入口１８は、各単位セル２０に設けられた酸化剤流路５０の入口に通じている。酸化剤チャンバ１７は、燃料電池ケース２ａ内にて酸化剤入口１８と酸化剤ポンプ部８との間に設けられている。又、図１に示す様に、ＤＭＦＣ２には、発電によって生じた電気を出力する正極外部端子６及び負極外部端子７が設けられている。
【００４１】
燃料電池システム１において燃料ポンプ部４を動作させた場合、液体燃料が、燃料タンク３からＤＭＦＣ２へ送られ、燃料入口５１からＤＭＦＣ２内へ供給される。一方、セルスタック１３からの燃料排液は、排出管１９を通じて燃料出口１４から回収タンク５へ送られる。尚、燃料排液は、排出管１９とは別の燃料排出路を通って燃料出口１４から回収タンク５へ送られてもよい。
【００４２】
燃料電池システム１において酸化剤ポンプ部８を動作させた場合、酸化剤が、酸化剤チャンバ１７内に供給される。その後、酸化剤は、酸化剤入口１８を通じてセルスタック１３の各単位セル２０に供給される。発電中に各単位セル２０に対して酸化剤が供給されると、各単位セル２０では反応が起こり、その結果、水が生成されることになる。そして、生成された水と、消費されずに残った酸化剤とが、流体となって酸化剤出口１６から排出される。その後、流体は、排出管１０９を通じて回収タンク５へ送られる。尚、流体は、排出管１０９とは別の酸化剤排出路を通って回収タンク５へ送られてもよい。
【００４３】
回収タンク５には、上述の如く燃料排液、水、及び酸化剤が、ＤＭＦＣ２からの排出物として貯留することになる。尚、この排出物には、未反応の燃料と水とが含まれている。従って、ＤＭＦＣ２からの排出物は、液体燃料として再利用することが可能である。本実施形態においては、図１に示す様に排出物を液体燃料として再利用している。具体的には、回収タンク５は、気液分離機構（図示せず）を有している。そして、該気液分離機構により、ＤＭＦＣ２からの排出物が、未反応の燃料及び水と、酸化剤や水蒸気などを含むガスとに分離される。その後、未反応の燃料及び水は、燃料タンク３から供給される液体燃料に合流し、これにより、燃料タンク３からの液体燃料と共にＤＭＦＣ２内へ導かれる。
【００４４】
図１に示す様に、燃料電池システム１は更に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９、蓄電部１０、及び制御部１１を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ９は、正極外部端子６及び負極外部端子７に接続されており、ＤＭＦＣ２から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換する。蓄電部１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９から送られる電気を蓄積する。制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ９から出力する直流電圧を調整する。又、制御部１１は、蓄電部１０を制御することにより、蓄電部１０での充放電を調整する。
【００４５】
更に、制御部１１は、燃料ポンプ部４を制御することにより、ＤＭＦＣ２への液体燃料の供給量を調整する。例えば、ＤＭＦＣ２から出力される電流が電流センサによって検出され、制御部１１は、電流センサの検出結果に基づいて燃料ポンプ部４に液体燃料の供給量を調整させる。液体燃料の供給量は、０．０１３８〜０．５５６ｃｍ3／ｍｉｎ・ｃｍ2の範囲、好ましくは０．０２７７〜０．２７８ｃｍ3／ｍｉｎ・ｃｍ2の範囲に調整される。尚、これらの調整範囲は一例であり、燃料物質の種類や燃料電池の使用状況等に応じて、液体燃料の供給量を調整することができる。
【００４６】
又、ＤＭＦＣ２を発電状態から停止状態へ切り替えた場合、そのときに発生する切替え信号に基づいて制御部１１は燃料ポンプ部４を停止させ、これによりＤＭＦＣ２への燃料の供給を止めることができる。
【００４７】
更に、制御部１１は、酸化剤ポンプ部８を制御することにより、ＤＭＦＣ２への酸化剤の供給量を調整する。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ９から出力される電圧が電圧センサによって検出され、制御部１１は、電圧センサの検出結果に基づいて酸化剤ポンプ部８に酸化剤の供給量を調整させる。酸化剤の供給量は、酸素ガス換算で、１１〜４２ｃｍ3／ｍｉｎ・ｃｍ2の範囲、好ましくは１３〜２８ｃｍ3／ｍｉｎ・ｃｍ2の範囲に調整される。尚、これらの調整範囲は一例であり、酸化剤の種類や燃料電池の使用状況等に応じて、酸化剤の供給量を調整することができる。
【００４８】
尚、制御部１１には、必要に応じて、演算部、メモリ部、判定部などが含まれていてもよい。制御部１１には、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、マイクロコンピュータ、ＭＰＵ（Micro Processing Unit：マイクロプロセッサ）、主記憶装置、補助記憶装置などを含めることができる。
【００４９】
燃料電池システム１は、電圧検出部１２（図１参照）及び時間計測部（図示せず）も備えている。電圧検出部１２は、ＤＭＦＣ２のＯＣＶを検出する。具体的には、電圧検出部１２は、ＯＣＶとして、セルスタック１３全体の電圧、何れか１つの単位セル２０の電圧、又は幾つかの単位セル２０の積層体の電圧の少なくとも何れか１つを検出する。又、電圧検出部１２は、単位セル２０の電圧のうち最低の電圧を、ＯＣＶとして検出してもよい。更に、電圧検出部１２は、これらの電圧を組み合わせたものをＯＣＶとして検出してもよい。時間計測部は、液体燃料及び酸化剤の供給が開始された時点からの経過時間、及び液体燃料及び酸化剤の供給が停止された時点からの経過時間を計測する。本実施形態においては、電圧検出部１２及び時間計測部は、制御部１１の構成に含まれている。尚、電圧検出部１２及び時間計測部は、制御部１１とは別に構成されていてもよい。
【００５０】
次に、上記燃料電池システム１において発電起動時の準備運転にて制御部１１が実行する制御（以下、「発電準備制御」と称す。）について説明する。図４は、発電準備制御に使用されるフローチャートである。
【００５１】
発電準備制御が開始されると、先ずステップＳ１００において、燃料ポンプ部４及び酸化剤ポンプ部８が制御部１１によって制御され、これにより燃料ポンプ部４及び酸化剤ポンプ部８は、ＤＭＦＣ２への液体燃料及び酸化剤の供給をそれぞれ開始する。尚、発電準備制御は、例えば次の様に開始される。ＤＭＦＣ２又は付属装置（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ９）のスイッチがオフからオンに切り替えられたとき、このときに発生する信号を制御部１１が検知することにより、制御部１１が発電準備制御を開始する。
【００５２】
次にステップＳ１０１において、ＤＭＦＣ２のＯＣＶが所定値以上であるか否かが、電圧検出部１２の検出結果に基づいて制御部１１によって判定される。ステップＳ１０１にてＯＣＶが所定値以上であると判定された場合（Ｙｅｓ判定）、制御はステップＳ１０２へ移行し、ステップＳ１０２において通常運転が開始される。一方、ステップＳ１０１にてＯＣＶが所定値以上でないと判定された場合（Ｎｏ判定）、制御はステップＳ１０３へ移行する。
【００５３】
ステップＳ１０１での判定は、例えば次の様に実行される。電圧検出部１２には、該電圧検出部１２が検出するＯＣＶが所定値に到達したとき、これを表す到達信号を出力させる。制御部１１は、この到達信号の有無に基づいて、ＤＭＦＣ２のＯＣＶが所定値以上であるか否かを判定する。尚、ステップＳ１０１の判定に用いるＯＣＶには、セルスタック１３全体の電圧を用いてもよいし、各単位セル２０の電圧を用いてもよい。又、ステップＳ１０１の判定に用いるＯＣＶとして、単位セル２０の電圧のうち最低の電圧を用いてもよい。更には、これらの電圧を組み合わせて用いてもよい。但し、ステップＳ１０１の判定に用いるＯＣＶの所定値は、該判定に用いる電圧の種類に応じて設定する必要がある。
【００５４】
ステップＳ１０３では、ステップＳ１００での液体燃料及び酸化剤の供給が開始された時点から所定時間Ｔ１が経過したか否かが、時間計測部の計測結果に基づいて制御部１１によって判定される。ステップＳ１０３にて所定時間Ｔ１が経過していないと判定された場合（Ｎｏ判定）、制御はステップＳ１０１に戻る。そして、ステップＳ１０１にて再度、ＤＭＦＣ２のＯＣＶが所定値以上であるか否かが、制御部１１によって判定される。一方、ステップＳ１０３にて所定時間Ｔ１が経過したと判定された場合（Ｙｅｓ判定）、制御はステップＳ１０４へ移行する。
【００５５】
所定時間Ｔ１は、１０〜３００秒、好ましくは１５〜１２０秒、より好ましくは２０〜３０秒である。ここで、所定時間Ｔ１が短すぎると、ＯＣＶの検出時間が短くなる。このため、酸化剤が電極内に十分に行き渡るのに必要な時間、即ちＯＣＶが十分に上昇するのに必要な時間が、得られなくなる。一方、所定時間Ｔ１が長すぎると、ＯＣＶの検出時間が長くなる。このため、メタノールクロスオーバ（ＭＣＯ）が発生し易くなる。ＭＣＯが発生すると、カソード電位が低下してＯＣＶが低下する。尚、所定時間Ｔ１は、上記範囲に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００５６】
ステップＳ１０４では、燃料ポンプ部４及び酸化剤ポンプ部８が制御部１１によって制御され、これにより燃料ポンプ部４及び酸化剤ポンプ部８は、ＤＭＦＣ２への液体燃料及び酸化剤の供給をそれぞれ停止する。その後、制御はステップＳ１０５へ移行する。
【００５７】
ステップＳ１０５では、液体燃料及び酸化剤の供給が停止された時点から所定時間Ｔ２が経過したか否かが、時間計測部の計測結果に基づいて制御部１１によって判定される。ステップＳ１０５にて所定時間Ｔ２が経過していないと判定された場合（Ｎｏ判定）、ステップＳ１０５にて再度、液体燃料及び酸化剤の供給が停止された時点から所定時間Ｔ２が経過したか否かが、制御部１１によって判定される。即ち、所定時間Ｔ２が経過していなければ、所定時間Ｔ２が経過する迄、ステップＳ１０５の判定が繰り返される。一方、ステップＳ１０５にて所定時間Ｔ２が経過したと判定された場合（Ｙｅｓ判定）、制御はステップＳ１００に移行し、以降、上述した流れと同様に制御が実行される。
【００５８】
所定時間Ｔ２は、１〜１８０秒、好ましくは１０〜１２０秒、より好ましくは３０〜９０秒である。ここで、所定時間Ｔ２が短すぎると、酸化剤の供給停止から供給再開までの時間が短くなる。このため、負圧によって水詰まりを解消するために必要な時間が得られなくなる。一方、所定時間Ｔ２が長すぎると、酸化剤の供給停止から供給再開までの時間が長くなる。このため、ポンプ部の停止時間が長くなり、従って再起動に必要な電力が大きくなり、その結果、効率が低下することになる。尚、所定時間Ｔ２は、上記範囲に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００５９】
上記発電準備制御において、液体燃料及び酸化剤の供給が開始された時点から所定時間Ｔ１が経過する迄の間にＯＣＶが所定値以上とならなかった場合、カソード側に水詰まりが発生しており、これによりＤＭＦＣ２の発電性能が低下すると考えられる。そこで、上記発電準備制御では、液体燃料及び酸化剤の供給を停止させる。これにより、酸化剤流路５０内に負圧が発生し、その結果、酸化剤流路５０内の水が排出される。又、上記発電準備制御では、液体燃料及び酸化剤の供給の停止後、液体燃料及び酸化剤の供給を再び開始する。ここで、酸化剤の供給を開始した直後においては、酸化剤の流速は全ての酸化剤流路５０において均一にならない。従って、酸化剤流路５０には、一時的に、酸化剤の流速が大きい流路と、酸化剤の流速が小さい流路とが生じることになる。そして、酸化剤の流速が大きい酸化剤流路５０では、該酸化剤流路５０内の水が酸化剤の圧力によって排出される。斯くして、カソード側の水詰まりが解消される。
【００６０】
更に、上記発電準備制御では、ＯＣＶが所定値以上になる迄、酸化剤の供給と停止とが繰り返し実行される。これにより、カソード側の水詰まりが効率良く解消されることになる。又、上記発電準備制御によれば、ＯＣＶが所定値以上になった場合にＤＭＦＣ２での通常運転が開始される。従って、カソード側の水詰まりが解消された状態で通常運転が開始されることになる。よって、ＤＭＦＣ２の発電性能の低下が抑制され、その結果、目標の出力電圧を得ることができる。尚、ＯＣＶの所定値は、１つの単位セル２０あたりの電圧で０．７５Ｖ以上に設定することが好ましい。
【００６１】
上記発電準備制御によれば、酸化剤ポンプ部８の大型化や高性能化を必要とせずにカソード側の水詰まりを解消することができる。従って、上記燃料電池システム１は、コストの増大やシステムの大型化を招かない。
【００６２】
尚、本発明の各部構成は、上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、発電準備制御に従って酸化剤の供給及び停止を実行する一方、液体燃料については供給を停止せずにそのまま維持してもよい。但し、上記実施形態の如く酸化剤の供給の停止と共に液体燃料の供給も停止することにより、液体燃料の消費や燃料ポンプ部４での電力の消費を抑制することができ、その結果、ランニングコストが低減される。
【００６３】
又、上記実施形態に係る燃料電池システム１の各部構成は、ＤＭＦＣを備えた燃料電池システムに限らず、種々の燃料電池システムに適用することができる。
【実施例】
【００６４】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。尚、以下に説明する実施例は、本発明を何ら限定するものではない。【００６５】
１．ＣＣＭの作製
（高分子電解質膜）
高分子電解質膜２２として、厚さ５０μｍの強酸性イオン交換膜（商品名「Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）１１２」、デュポン社製）を使用した。【００６６】
（アノード触媒層の形成）
アノード触媒粒子と、これを担持する導電性の担体とを含むアノード触媒担持体を調製した。アノード触媒粒子としては、平均粒径５ｎｍの白金−ルテニウム合金微粒子（Ｐｔ：Ｒｕの原子比＝１：１）を用いた。担体としては、平均一次粒子径３０ｎｍのカーボン粒子を用いた。白金−ルテニウム合金とカーボンとの合計重量に占める白金−ルテニウム合金の割合は、８０重量％とした。【００６７】
次に、強酸性イオン交換樹脂を含有する分散液（商品名「Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）５重量％溶液」、米国デュポン社製）を用意した。そして、１０ｇのアノード触媒担持体と７０ｇの分散液とを、適量の水と共に攪拌機によって攪拌し、これにより混合させた。得られた混合物を脱気して、アノード触媒層形成用インクを作製した。【００６８】
その後、エアーブラシを使用したスプレー法により、高分子電解質膜２２の一方の表面にアノード触媒層形成用インクを塗布し、これにより４０ｍｍ×９０ｍｍの長方形のアノード触媒層２８を形成した。このとき、高分子電解質膜２２は、減圧により金属板に吸着させて固定した。又、金属板の表面温度を、ヒータにより調整した。更に、アノード触媒層形成用インクを、塗布中に漸次乾燥させた。アノード触媒層２８の寸法は、マスキングにより調整した。本実施例では、アノード触媒層２８の厚みを６１μｍとした。又、アノード触媒層２８に含まれる単位面積あたりのＰｔ−Ｒｕの量は、３ｍｇ／ｃｍ2であった。【００６９】
（カソード触媒層の形成）
カソード触媒粒子と、これを担持する導電性の担体とを含むカソード触媒担持体を調製した。カソード触媒粒子としては、平均粒径３ｎｍの白金粒子を用いた。担体としては、平均一次粒子径が３０ｎｍのカーボン粒子を用いた。白金とカーボンとの合計重量に占める白金の割合は、８０重量％とした。【００７０】
次に、強酸性イオン交換樹脂を含有する分散液（商品名「Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）５重量％溶液」、米国デュポン社製）を用意した。そして、１０ｇのカソード触媒担持体と１００ｇの分散液とを、適量の水と共に攪拌機によって攪拌し、これにより混合させた。得られた混合物を脱気して、カソード触媒層形成用インクを作製した。【００７１】
その後、カソード触媒層形成用インクを、アノード触媒層２８の形成と同様の方法で、高分子電解質膜２２の表面のうちアノード触媒層２８が形成された面とは反対側の面に塗布した。これにより、４０ｍｍ×９０ｍｍの長方形のカソード触媒層３８を形成した。カソード触媒層３８に含まれる単位面積あたりの白金の量は、１ｍｇ／ｃｍ2であった。尚、アノード触媒層２８とカソード触媒層３８とは、それぞれの中心（対角線の交点）を通る１つの直線が高分子電解質膜２２の厚さ方向と平行になる様に、配置した。【００７２】
２．ＭＥＡの作製
（アノード多孔質基材の作製）
撥水処理が施されたカーボンペーパ（商品名「ＴＧＰ−Ｈ−０９０」、厚さ約３００μｍ、東レ（株）製）を用意した。そして、該カーボンペーパを、希釈されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のディスパージョン（商品名「Ｄ−１」、ダイキン工業（株）製）に１分間、浸漬させた。次いで、そのカーボンペーパを、１００℃に温度設定された熱風乾燥機中で乾燥させた。乾燥後のカーボンペーパを、電気炉によって２７０℃で２時間、焼成した。この様にして、ＰＴＦＥの含有量が１０重量％であるアノード多孔質基材３４を作製した。【００７３】
（カソード多孔質基材の作製）
カーボンクロス（商品名「ＡｖＣａｒｂ（商標）１０７１ＨＣＢ」、バラードマテリアルプロダクツ社製）を用意した。そして、該カーボンクロスに対して、アノード多孔質基材３４を作製する際に用いた処理と同様の処理を施すことにより、ＰＴＦＥの含有量が１０重量％であるカソード多孔質基材４４を作製した。【００７４】
（アノード撥水層の形成）
アセチレンブラックの粉末と、ＰＴＦＥのディスパージョン（商品名「Ｄ−１」、ダイキン工業（株）製）とを用意した。そして、これらを攪拌機によって攪拌して混合し、これにより撥水層形成用インクを作製した。尚、この撥水層形成用インクにおいて、全固形分に占めるＰＴＦＥ及びアセチレンブラックの含有量はそれぞれ、１０重量％及び９０重量％であった。【００７５】
次に、エアーブラシを使用したスプレー法により、アノード多孔質基材３４の一方の表面に撥水層形成用インクを塗布した。これにより、アノード多孔質基材３４の表面に、撥水層形成用インクの塗布膜を形成した。その後、１００℃に温度設定された恒温槽内にアノード多孔質基材３４を置き、撥水層形成用インクの塗布膜を乾燥させた。更にその後、撥水層形成用インクの塗布膜を、アノード多孔質基材３４と共に、電気炉によって２７０℃で２時間、焼成した。この様にして、アノード多孔質基材３４上にアノード撥水層３２を形成し、これによりアノード拡散層３０を作製した。【００７６】
（カソード撥水層の形成）
アノード撥水層３２の形成方法と同様の方法を用いて、カソード多孔質基材４４の一方の表面にカソード撥水層４２を形成し、これによりカソード拡散層４０を作製した。【００７７】
（ＭＥＡの作製）
抜き型を使用して、アノード拡散層３０及びカソード拡散層４０を何れも、４０ｍｍ×９０ｍｍの長方形に成形した。【００７８】
次に、アノード拡散層３０のアノード撥水層３２と、ＣＣＭのアノード触媒層２８とが接する様に、アノード拡散層３０とＣＣＭとを積層した。また、カソード拡散層４０のカソード撥水層４２と、ＣＣＭのカソード触媒層３８とが接する様に、カソード拡散層４０とＣＣＭとを積層した。【００７９】
得られた積層体を、１２５℃に温度設定された熱プレス装置を用いて、５ＭＰａの圧力で１分間、加圧した。これにより、アノード触媒層２８とアノード拡散層３０とを互いに接合させる共に、カソード触媒層３８とカソード拡散層４０とを互いに接合させた。この様にして、ＭＥＡを作製した。【００８０】
３．単位セルの作製
（ガスケットの配置）
厚み０．２５ｍｍのエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）のシートを用意し、これを５０ｍｍ×１２０ｍｍの長方形に裁断した。更に、このシートには、その中央部分をくり抜くことにより、４２ｍｍ×９２ｍｍのサイズの開口部を形成した。この様にして、２枚のガスケット５２及び５４を作製した。【００８１】
そして、一方のガスケット５２の開口部にはＭＥＡのアノードが嵌め込まれ、且つ他方のガスケット５４の開口部にはＭＥＡのカソードが嵌め込まれることとなる様に、ＭＥＡに対してガスケット５２及び５４を配置した。【００８２】
（セパレータの作製）
アノード側セパレータ３６の素材として、厚み１．５ｍｍ、サイズ５０ｍｍ×１２０ｍｍの長方形の樹脂含浸黒鉛板を準備した。そして、この黒鉛板の表面を切削することによって該表面に溝を形成し、これにより液体燃料であるメタノールをアノードに供給するための燃料流路４８を形成した。黒鉛板の一方の短辺側端部には燃料流路４８の入口を形成し、黒鉛板の他方の短辺側端部には燃料流路４８の出口を形成した。この様にして、アノード側セパレータ３６を作製した。【００８３】
カソード側セパレータ４６の素材として、厚み２ｍｍ、サイズ５０ｍｍ×１２０ｍｍの樹脂含浸黒鉛板を準備した。そして、この黒鉛板の表面を切削することによって該表面に溝を形成し、これにより酸化剤である空気をカソードに供給するための酸化剤流路５０を形成した。黒鉛板の一方の短辺側端部には酸化剤流路５０の入口を形成し、黒鉛板の他方の短辺側端部には酸化剤流路５０の出口を形成した。この様にして、カソード側セパレータ４６を作製した。【００８４】
燃料流路４８及び酸化剤流路５０である溝の断面サイズは何れも、幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍとした。又、アノード拡散層３０及びカソード拡散層４０の各部に液体燃料及び酸化剤をそれぞれ満遍なく供給するべく、燃料流路４８及び酸化剤流路５０の形状をサーペンタイン型にした。【００８５】
（単位セルの作製）
アノード側セパレータ３６は、ＭＥＡのアノード拡散層３０上に、燃料流路４８をアノード拡散層３０の方へ向けた姿勢で積層した。一方、カソード側セパレータ４６は、ＭＥＡのカソード拡散層４０上に、酸化剤流路５０をカソード拡散層４０の方へ向けた姿勢で積層した。この様にして、単位セル２０を作製した。【００８６】
４．セルスタックの作製
６個の単位セル２０を用意し、これらを積層した。そして、単位セル２０の積層方向において、単位セル２０の積層体の両端に、厚さ１ｃｍのステンレス鋼板からなる一対の端板を配置した。各端板と、これに対応するセパレータとの間には、表面に金メッキが施された厚さ２ｍｍの銅板からなる集電板と、絶縁板とを配置した。このとき、セパレータ側に集電板を配置し、端板側に絶縁板を配置した。【００８７】
その状態で、一対の端板を、ボルト、ナット、及びばねを用いて互いに締結し、これにより各単位セル２０においてアノード側セパレータ３６及びカソード側セパレータ４６をＭＥＡへ押し付けた。この様にして、サイズが５０ｍｍ×１２０ｍｍであるＤＭＦＣ用のセルスタック１３を作製した。【００８８】
５．燃料電池システムの作製
単位セル２０の酸化剤流路５０の入口は、セルスタック１３の１つの側面に沿って並んでいる。そこで、該側面が酸化剤チャンバ１７の側壁と対向する様に、セルスタック１３を燃料電池ケース２ａ内に配置した。そして、酸化剤チャンバ１７の側壁には、酸化剤入口１８となる複数の貫通孔を酸化剤流路５０の入口に対応させて設け、これにより酸化剤チャンバ１７と酸化剤流路５０とを互いに連通させた。【００８９】
次に、酸化剤をＤＭＦＣ２に供給するための構成を次のように作製した。各単位セル２０の酸化剤入口１８にシリコンチューブを差し込むと共に、これらのシリコンチューブを分岐管によって合流させ、これにより１つの流路を形成した。そして、この流路の先端を、圧縮空気を供給する高圧空気ボンベに接続した。又、この流路には、圧縮空気の流量を調節するマスフローコントローラ（堀場製作所（株）製）を設けた。尚、本実施例においては、高圧空気ボンベとマスフローコントローラとによって、酸化剤ポンプ部８が構成されている。【００９０】
ＤＭＦＣ２にて生成された水や消費されずに残った酸化剤を回収するための構成は、次のように作製した。各単位セル２０の酸化剤流路５０の出口にシリコンチューブを差し込むと共に、これらのシリコンチューブを分岐管によって合流させ、これにより１つの流路を作製した。そして、この流路の先端を酸化剤出口１６に接続した。更に、酸化剤出口１６と回収タンク５とを、別のシリコンチューブ（排出管１０９）によって接続した。【００９１】
液体燃料をＤＭＦＣ２に供給するための構成を次のように作製した。各単位セル２０の燃料流路４８の入口にシリコンチューブを差し込むと共に、これらのシリコンチューブを分岐管によって合流させ、これにより１つの流路を作製した。そして、この流路の先端を、燃料ポンプ部４に接続した。燃料ポンプ部４には、精密ポンプ（製品名「パーソナルポンプＮＰ−ＫＸ−１００」、日本精密科学（株）製）を用いた。本実施例では、燃料ポンプ部４は、燃料電池ケース２ａ外に設けた。【００９２】
ＤＭＦＣ２から排出される燃料排液を回収するための構成は、次のように作製した。各単位セル２０の燃料流路４８の出口にシリコンチューブを差し込むと共に、これらのシリコンチューブを分岐管によって合流させ、これにより１つの流路を作製した。そして、この流路の先端を、燃料出口１４に接続した。更に、燃料出口１４と回収タンク５とを、別のシリコンチューブ（排出管１９）によって接続した。【００９３】
６．条件設定
制御部１１によって燃料ポンプ部４を制御することにより、液体燃料であるメタノール水溶液の供給量を、０．０８３ｃｍ3／ｍｉｎ・ｃｍ2とした。又、制御部１１によってマスフローコントローラを制御することにより、酸化剤である空気（無加湿）の供給量を、８３．３ｃｍ3／ｍｉｎ・ｃｍ2とした。【００９４】
又、ＤＭＦＣ２の正極外部端子６及び負極外部端子７には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を介して、電子負荷装置（製品名「ＰＬＺ１６４ＷＡ」、菊水電子工業（株）製）を接続した。そして、この電子負荷装置に流れる電流の密度が２００ｍＡ／ｃｍ2で一定となる様に、ＤＭＦＣ２から出力される電流を調整した。又、ＯＣＶとして、セルスタック１３の電圧を用いた。そして、通常運転を開始するためのＯＣＶの所定値を４．５Ｖに設定した。更に、所定時間Ｔ１及びＴ２をそれぞれ、３０秒及び１分に設定した。この様な条件の下で、上述した発電準備制御を本実施例の燃料電池システムにて実行した。【００９５】
７．結果
図５は、上述した条件の下で発電準備制御を実行した結果を示した図である。図５では、経過時間に対するＯＣＶの変化が、グラフによって示されている。尚、発電準備制御は、発電を停止した状態で２４時間が経過した後に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９と電子負荷装置のスイッチをオンにして開始した。【００９６】
制御が始まって液体燃料及び酸化剤の供給が開始された後（Ｓ１００）、２０秒が経過するとＯＣＶが３．６Ｖまで上昇する一方で、その後の１０秒間は電圧が殆ど上昇しなかった。このため、液体燃料及び酸化剤の供給が開始された時点から所定時間Ｔ１（＝３０秒）が経過する迄の間にＯＣＶが所定値（＝４．５Ｖ）以上とならず（Ｓ１０３にてＹｅｓ判定）、従って液体燃料及び酸化剤の供給が停止された（Ｓ１０４）。液体燃料及び酸化剤の供給が停止された時点から所定時間Ｔ２（＝１分）が経過すると（Ｓ１０５にてＹｅｓ判定）、液体燃料及び酸化剤の２回目の供給が開始された（Ｓ１００）。【００９７】
液体燃料及び酸化剤の２回目の供給が開始された後（Ｓ１００）、２０秒が経過するとＯＣＶが４．３５Ｖまで上昇する一方で、その後の１０秒間は電圧が殆ど上昇しなかった。このため、液体燃料及び酸化剤の供給が開始された時点から所定時間Ｔ１（＝３０秒）が経過する迄の間にＯＣＶが所定値（＝４．５Ｖ）以上とならず（Ｓ１０３にてＹｅｓ判定）、従って液体燃料及び酸化剤の供給が再び停止された（Ｓ１０４）。液体燃料及び酸化剤の供給が停止された時点から所定時間Ｔ２（＝１分）が経過すると（Ｓ１０５にてＹｅｓ判定）、液体燃料及び酸化剤の３回目の供給が開始された（Ｓ１００）。【００９８】
液体燃料及び酸化剤の３回目の供給が開始された後（Ｓ１００）、２０秒が経過するとＯＣＶが５．１Ｖまで上昇した。このため、ＯＣＶが所定値（＝４．５Ｖ）以上となり（Ｓ１０１にてＹｅｓ判定）、これにより通常運転が開始された（Ｓ１０２）。そして、ＤＭＦＣ２の出力は２０Ｗに到達し、目標を達成することができた。【００９９】
（比較例）
本比較例では、上記実施例と同じ構成の燃料電池システムを用いた。又、液体燃料及び酸化剤の供給量、並びにＤＭＦＣ２から出力される電流を、上記実施例の条件と同じにした。一方、所定時間Ｔ１を無限大に設定した。【０１００】
図６は、本比較例の条件の下で発電準備制御を実行した結果を示した図である。図６では、経過時間に対するＯＣＶの変化が、グラフによって示されている。尚、発電準備制御は、発電を停止した状態で２４時間が経過した後に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９と電子負荷装置のスイッチをオンにして開始した。【０１０１】
制御が始まって液体燃料及び酸化剤の供給が開始された後（Ｓ１００）、２０秒が経過するとＯＣＶが３．６Ｖまで上昇する一方で、その後は電圧が殆ど上昇しなかった。具体的には、液体燃料及び酸化剤の供給が開始された後、１０分２０秒が経過したときのＯＣＶを測定したところ、ＯＣＶは３．８Ｖに過ぎなかった。そして、ＯＣＶは所定値に到達しなかった。【０１０２】
他の比較例として、ＯＣＶの所定値を３．６Ｖに設定した。この場合、通常運転が開始されるが、ＤＭＦＣ２の出力は１３Ｗにしかならず、目標の２０Ｗを達成することができなかった。更に発電を継続すると、一部の単位セル２０において電圧が０．２Ｖ以下にまで低下した。このため、発電を停止した。【０１０３】
比較例の結果から、燃料電池システムにおいてカソード側の水詰まりを解消せず通常運転を行うと、ＤＭＦＣ２の発電性能が低下すると共に、発電中に水詰まりが増大して継続的に発電することが困難になることが分かった。一方、実施例の結果から、カソード側の水詰まりが解消された状態で通常運転を開始することにより、ＤＭＦＣ２の発電性能の低下が抑制されることが分かった。【０１０４】
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形及び改変を包含する、と解釈されるべきものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明の燃料電池システムは、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）などの携帯小型電子機器の電源として有用である。又、本発明の燃料電池システムは、電動スクータ用電源などの用途にも応用することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１  燃料電池システム
２  ＤＭＦＣ
２ａ  燃料電池ケース
３  燃料タンク
４  燃料ポンプ部
５  回収タンク
６  正極外部端子
７  負極外部端子
８  酸化剤ポンプ部
９  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０  蓄電部
１１  制御部
１２  電圧検出部
１３  セルスタック
１４  燃料出口
１６  酸化剤出口
１７  酸化剤チャンバ
１８  酸化剤入口
１９  排出管
２０  単位セル
２２  高分子電解質膜
２４  アノード
２６  カソード
３６  アノード側セパレータ
４６  カソード側セパレータ
４８  燃料流路
５０  酸化剤流路
５１  燃料入口
１０１  液体燃料
１０２  二酸化炭素
１０３  酸化剤（空気）
１０４  水
１０９  排出管
Ｔ１，Ｔ２  所定時間
【図１】
2013046519.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013046519.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2013046519.tif 000009
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