(57)【要約】【課題】  電解質膜の乾燥促進および局所反応等の問題に適切に対応できて、燃料電池の性能安定化を図る。【解決手段】  燃料ガスと酸化剤とから電力を発生させる燃料電池１２１と、前記燃料ガスを、前記燃料電池のアノード側へ供給する燃料ガス供給手段としての燃料ガス供給配管１６１および第一の切替弁１２９と、前記酸化剤を、前記燃料電池のカソード側へ供給する酸化剤ガス供給手段としての酸化ガス供給配管１６２および第二の遮断弁１３１と、前記燃料ガスの原料を、前記燃料電池へ供給する原料ガス供給手段としての原料ガス供給配管１５１および第三の切り替え弁１４３と、前記燃料ガスの供給、前記酸化剤の供給および前記原料の供給を制御する制御部１２７とを備え、制御部１２７の制御により、前記燃料電池の発電を開始する際に、前記燃料電池のカソード側をパージする。【選択図】  図１７
2006066106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
前記燃料ガスを、前記燃料電池のアノード側へ供給する燃料ガス供給手段と、
前記酸化剤ガスを、前記燃料電池のカソード側へ供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料ガスの原料ガスを、前記燃料電池へ供給する原料ガス供給手段と、
前記燃料ガス供給手段、前記酸化剤ガス供給手段および前記原料ガス供給手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段の制御により、
前記燃料電池の発電を開始する際に、
前記酸化剤ガス供給手段および前記燃料ガス供給手段が前記燃料電池に前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを供給する前に、前記原料ガス供給手段が前記燃料電池の、少なくともカソード側を前記原料ガスでパージする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記原料ガス供給手段は、前記燃料電池内の前記カソード側をパージした後、アノード側をパージする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料ガス供給手段と前記燃料電池のカソード側との間に設けられた燃料ガス配管と、
前記燃料ガス配管の途中に設けられた燃料ガス開閉弁と、
前記酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池のアノード側との間に設けられた酸化剤ガス配管と、
前記酸化剤ガス配管の途中に設けられた酸化剤ガス開閉弁と、
前記原料ガス供給手段と、前記酸化剤ガス開閉弁と前記燃料電池のカソード側との間の前記酸化剤ガス配管の一部分に接続された原料ガス配管と、
前記原料ガス配管の途中に設けられた原料ガス開閉弁とを備えた、
請求項１または第２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池のカソード側から排出されるオフガスを排出するカソード側排出配管と、
前記カソード側排出配管の途中に設けられたカソード側オフガス開閉弁と、
前記パージを、
前記カソード側オフガス開閉弁を開け、
前記原料ガス開閉弁を所定の期間開けた後閉じる、ことにより行う、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記原料ガス供給手段と、前記燃料ガス開閉弁と前記燃料電池のアノード側との間との間の前記原料ガス配管の一部分に接続された付加原料ガス配管と、
前記付加原料ガス配管の途中に設けられた付加原料ガス開閉弁と、
前記燃料電池のアノード側から排出されるオフガスを排出するアノード側排出配管と、
前記アノード側排出配管の途中に設けられたアノード側オフガス開閉弁とを備え、
前記パージを、
前記原料ガス開閉弁を開けた後に、
さらに前記アノード側オフガス開閉弁を開け、
前記付加原料ガス開閉弁を所定の期間開ける、ことにより行う、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記酸化剤ガス供給手段および前記燃料ガス供給手段が前記燃料電池に前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを供給する動作は、
前記アノード側オフガス開閉弁を開けた後に前記燃料ガス開閉弁を開け、
次いで前記カソード側オフガス開閉弁を開けた後に前記酸化剤ガス開閉弁を開ける、ことにより、行なう、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料供給手段とを備えた燃料電池システムの起動方法であって、
前記燃料電池の発電を開始する際に、
前記燃料電池に前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを供給する前に、前記燃料電池の、少なくともカソード側を、前記燃料ガスを生成するのに用いる原料ガスでパージする、燃料電池発電システムの起動方法。
【請求項８】
前記燃料電池内の、前記カソード側をパージした後、前記アノード側をパージする、請求項７に記載の燃料電池システムの起動方法。
【請求項９】
請求項７に記載の燃料電池システムの起動方法の、前記燃料電池の発電を開始する際に、前記燃料電池に前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを供給する前に、前記燃料電池の、少なくともカソード側を、前記燃料ガスを生成するのに用いる原料ガスでパージする工程を、コンピュータにより制御するためのプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよびその起動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な固体高分子電解質型燃料電池の構成および動作について図１、２および７を参照しながら説明する。図１においては、従来の燃料電池の中でも高分子電解質型燃料電池（以降、ＰＥＦＣと称する）の基本構成を示している。燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸素含有ガスをガス拡散電極によって電気化学的に反応させるもので、電気と熱とを同時に発生させるものである。電解質１は水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜等が利用される。電解質１の両面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層２を密着して配置してある。この触媒反応層で（化学式１）と（化学式２）に示す反応が発生し、燃料電池全体としては（化学式３）に示す反応が発生する。
【０００３】
（化１）
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
（化２）
１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
（化３）
Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ
少なくとも水素を含む燃料ガス（以降、アノードガスと称する）は（化学式１）に示す反応（以降、アノード反応と称する）し、電解質１を介して移動した水素イオンは、酸素含有ガス（以降、カソードガスと称する）と触媒反応層２で（化学式２）に示す反応（以降、カソード反応と称する）により、水を生成し、このとき電気と熱を生ずる。燃料電池全体としては（式３）に示すように、水素と酸素が反応し水が発生する際に、電気と熱が利用できるのである。水素などの燃料ガスの関与する側をアノードと呼び、図ではaを付け表し、空気などの酸素含有ガスの関与する側をカソードと呼び、図ではcを付け表した。さらに触媒反応層２aと２cの外面には、ガス通気性と導電性を兼ね備えた拡散層３aと３cをこれに密着して配置する。この拡散層３aと３cと触媒反応層２a、2cにより電極４aと４cを構成する。５は電極電解質接合体（以降、ＭＥＡと称する）であり、電極４と電解質１とで形成している。ＭＥＡ５は、ＭＥＡ５を機械的に固定するとともに、隣接するＭＥＡ５同士を互いに電気的に直列に接続し、さらに電極に反応ガスを供給し、かつ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路６aと６cをＭＥＡ５に接する面に形成した一対の導電性セパレータ７aと７cを配置する。電解質１と、１対の触媒反応層２aと２cと、一対の拡散層３aと３cと、一対の電極４aと４c、一対のセパレータ７aと７cで基本の燃料電池単位（以降、セルと称する）を形成する。セパレータ７aと７cにはＭＥＡ５とは反対の面に、隣のセルのセパレータ７cと７aが接する。冷却水通路８はセパレータ７aと７cが接する側に設けられ、ここに冷却水９が流れる。冷却水９はセパレータ７aと７cを介してＭＥＡ５の温度を調整するように熱を移動させる。ＭＥＡガスケット１０はＭＥＡ５とセパレータ７aまたは７cの封止をおこない、セパレータガスケット１１はセパレータ７aと７cを封止する。
【０００４】
電解質１には固定電荷を有しており、固定電荷の対イオンとして水素イオンが存在している。電解質１には水素イオンを選択的に透過させる機能が求められるが、そのためには電解質１が水分を保持していることが必要である。電解質１は水分を含むことにより、電解質１内に固定されている固定電荷が電離し、固定電荷の対イオンである水素がイオン化し、移動できるようになるからである。
【０００５】
図２でセルを積層したものでスタックについて説明する。燃料電池セルの電圧は通常0.75v程度と低いために、セルを直列に複数個積層し、高電圧となるようにしている。集電板２１はスタックから外部に電流を取り出すためのであり、絶縁板２２はセルと外部を電気的に絶縁する。端板２３はセルを積層したスタックを締結し、機械的に保持する。
【０００６】
図３８を参照して従来の燃料電池システムを説明する。外筐体３１に燃料電池システムが納められている。ガス清浄部３２は燃料ガスから燃料電池に悪影響を与える物質を除去し、原料ガス配管３３を介して外部から燃料ガスを導く。弁３４は原料ガスの流れを制御する。燃料生成器３５は原料ガスから少なくとも水素を含む燃料ガスを生成する。燃料生成器３５から燃料ガス配管３７を介してスタック３８に燃料ガスを導びく。ブロワー３９は酸化剤ガスを吸気管４０を通してスタック３８に導く。排気管４２はスタック３８から排出された酸化剤ガスを燃料電池システムの外に排出する。スタック３８で利用されなかった燃料ガスはオフガス管４８により再び、燃料生成器３５に流れ込む。オフガス管４８からのガスは燃焼などに用いられ、原料ガスから燃料ガスを生成するための吸熱反応等に利用される。電力回路部４３は燃料電池スタック３８から電力を取り出し、制御部４４はガスや電力回路部などを制御する。ポンプ４５は冷却水入り口配管４６から燃料電池スタック３８の水経路に水を流す。燃料電池スタック３８を流れた水は冷却水出口配管４７から外部に水が運ばれる。燃料電池のスタック３８を水が流れることにより、発熱したスタック３８を一定の温度に保ちながら、発生した熱を燃料電池システム外部で利用できるようになるのである。燃料電池システムは燃料電池からなるスタック３８と、ガス清浄部３２と、燃料生成器３５と、電力回路部４３と、制御部４４とより構成されている。
【０００７】
家庭用の燃料電池システムは、燃料電池スタック３８と燃料生成器３５で構成される。燃料電池システムの性能低下が少なく、性能を長期間維持できるようにすることが必要である。また、家庭用としてメタンを主成分とする都市ガスなどの原料ガスを用いた場合、光熱費メリットおよびＣＯ2の削減効果を大きくするために、電気と熱の消費量の少ない時間帯は停止し、電気と熱の消費量の多い時間帯に運転する運転方法が有効である。
【０００８】
一般に、昼間は運転して深夜は運転を停止するＤＳＳ（Daily Start & Stop or Daily Start-up & Shut-down ）運転は光熱費メリットとＣＯ2の削減効果を大きくすることができ、燃料電池システムは、起動と停止を含む運転パターンに柔軟に対応できることが望ましい。これまでいくつかの報告がなされている。
【０００９】
例えば、これらの課題を解決方法として起動時に、システムの外部負荷接続を開始するまで別途システム内に電力消費する手段を接続し、開回路電位になるのを防いでいた（特許文献１参照）。また、システム内に開回路電圧の抑制のための放電手段を設置していた（特許文献２参照）。また、保管時にも電解質であるイオン交換膜を保水状態に保つため加湿された不活性ガスを封入して停止・保管していた（特許文献３参照）。酸素極の酸化または不純物付着を防止するため、酸素含有ガスの供給を停止した状態で発電し、酸素消費操作を行い耐久性の向上を図っていた（特許文献４参照）。また、アノードからカソードにリークする水素を用い、カソード電極の性能を向上させていた（特許文献５参照）。
【特許文献１】特開平５−２５１１０１号公報
【特許文献２】特開平８−２２２２５８号公報
【特許文献３】特開平６−２５１７８８号公報
【特許文献４】特開２００２−９３４４８号公報
【特許文献５】特開２０００−２６０４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の従来の燃料電池の停止保管方法によれば、電解質膜の乾燥促進を防止する目的で加湿不活性ガスによって燃料電池の内部を置換することを開示はしているものの、この停止保管方法には次のような改善すべき事項を有している。
【００１１】
第一に、たとえ燃料電池を外部雰囲気から遮断するよう封止しても、燃料電池を一定期間（例えば１５時間〜３日程度）保管した場合、この封止部から空気（酸素ガス）が燃料電池の内部にもれて混入する可能性がある。とりわけ特許文献３に記載の加湿不活性ガス導入法（停止直後の導入）の場合、燃料電池の内部の温度低下によって加湿不活性ガスに含有する水蒸気が結露して負圧化が促進されて、酸素ガス混入の懸念は一層高まる。そしてこのような状況下で、燃料電池の再起動時に水素リッチな燃料ガスを供給すれば、燃料電池のアノードにおいて酸素ガスと燃料ガスによる局所反応が燃料電池の破損や燃料電池の性能劣化に至りかねない。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、電解質膜の乾燥促進および局所反応等の問題に適切に対応できて、燃料電池の性能安定化を図れる燃料電池システムおよびその起動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、第１の本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
前記燃料ガスを、前記燃料電池のアノード側へ供給する燃料ガス供給手段と、
前記酸化剤ガスを、前記燃料電池のカソード側へ供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料ガスの原料ガスを、前記燃料電池へ供給する原料ガス供給手段と、
前記燃料ガス供給手段、前記酸化剤ガス供給手段および前記原料ガス供給手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段の制御により、
前記燃料電池の発電を開始する際に、
前記酸化剤ガス供給手段および前記燃料ガス供給手段が前記燃料電池に前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを供給する前に、前記原料ガス供給手段が前記燃料電池の、少なくともカソード側を前記原料ガスでパージする、燃料電池システムである。
【００１４】
また、第２の本発明は、前記原料ガス供給手段は、前記燃料電池内の前記カソード側をパージした後、アノード側をパージする、第１の本発明の燃料電池システムである。
【００１５】
また、第３の本発明は、前記燃料ガス供給手段と前記燃料電池のカソード側との間に設けられた燃料ガス配管と、
前記燃料ガス配管の途中に設けられた燃料ガス開閉弁と、
前記酸化剤ガス供給手段と前記燃料電池のアノード側との間に設けられた酸化剤ガス配管と、
前記酸化剤ガス配管の途中に設けられた酸化剤ガス開閉弁と、
前記原料ガス供給手段と、前記酸化剤ガス開閉弁と前記燃料電池のカソード側との間の前記酸化剤ガス配管の一部分に接続された原料ガス配管と、
前記原料ガス配管の途中に設けられた原料ガス開閉弁とを備えた、
第１または第２の本発明の燃料電池システムである。
【００１６】
また、第４の本発明は、前記燃料電池のカソード側から排出されるオフガスを排出するカソード側排出配管と、
前記カソード側排出配管の途中に設けられたカソード側オフガス開閉弁と、
前記パージを、
前記カソード側オフガス開閉弁を開け、
前記原料ガス開閉弁を所定の期間開けた後閉じる、ことにより行う、第３の本発明の燃料電池システムである。
【００１７】
また、第５の本発明は、前記原料ガス供給手段と、前記燃料ガス開閉弁と前記燃料電池のアノード側との間との間の前記原料ガス配管の一部分に接続された付加原料ガス配管と、
前記付加原料ガス配管の途中に設けられた付加原料ガス開閉弁と、
前記燃料電池のアノード側から排出されるオフガスを排出するアノード側排出配管と、
前記アノード側排出配管の途中に設けられたアノード側オフガス開閉弁とを備え、
前記パージを、
前記原料ガス開閉弁を開けた後に、
さらに前記アノード側オフガス開閉弁を開け、
前記付加原料ガス開閉弁を所定の期間開ける、ことにより行う、第４の本発明の燃料電池システムである。
【００１８】
また、第６の本発明は、前記酸化剤ガス供給手段および前記燃料ガス供給手段が前記燃料電池に前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを供給する動作は、
前記アノード側オフガス開閉弁を開けた後に前記燃料ガス開閉弁を開け、
次いで前記カソード側オフガス開閉弁を開けた後に前記酸化剤ガス開閉弁を開ける、ことにより、行なう、第５の本発明の燃料電池システムである。
【００１９】
また、第７の本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料供給手段とを備えた燃料電池システムの起動方法であって、
前記燃料電池の発電を開始する際に、
前記燃料電池に前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを供給する前に、前記燃料電池の、少なくともカソード側を、前記燃料ガスを生成するのに用いる原料ガスでパージする、燃料電池発電システムの起動方法。
【００２０】
また、第８の本発明は、前記燃料電池内の、前記カソード側をパージした後、前記アノード側をパージする、第７の本発明の燃料電池システムの起動方法である。
【００２１】
また、第９の本発明は、第７の本発明の燃料電池システムの起動方法の、前記燃料電池の発電を開始する際に、前記燃料電池に前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを供給する前に、前記燃料電池の、少なくともカソード側を、前記燃料ガスを生成するのに用いる原料ガスでパージする工程を、コンピュータにより制御するためのプログラムである。
【００２２】
また、第１０の本発明は、第９の本発明のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、燃料電池の内部を適切なタイミングで加湿原料ガスの雰囲気に曝すことで、電解質膜の乾燥促進および局所反応等の問題に適切に対応できて、燃料電池の性能安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池の例として、高分子電解質型燃料電池の基本構成を示している。燃料電池は、少なくとも水素を含む燃料ガスと空気などの酸素を含む酸化剤ガスをガス拡散電極によって電気化学的に反応させるもので、電気と熱とを同時に発生させるものである。電解質１は水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜等が利用させる。電解質１の両面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層２を密着して配置してある。この触媒反応層２ａと２ｃで（化学式１）と（化学式２）に示す反応が発生する。少なくとも水素を含む燃料ガスは（式１）に示す反応（以降、アノード反応と称する）し、電解質１を介して移動した水素イオンは、酸化剤ガスと触媒反応層２で（式２）に示す反応（以降、カソード反応と称する）により、水を生成し、このとき電気と熱を生ずる。水素などの燃料ガスの関与する側をアノードと呼び、図ではａを付け表し、空気などの酸化剤ガスの関与する側をカソードと呼び、図ではＣを付け表した。さらに触媒反応層２ａと２ｃの外面には、ガス通気性と導電性を兼ね備えた拡散層３ａと３ｃをそれぞれこれに密着して配置する。この拡散層３ａと触媒反応層２ａにより電極４ａを、拡散層３ｃと触媒反応層２ｃにより電極４ｃを構成する。膜電極接合体（以降、ＭＥＡと称する）５は、電極４ａと４ｃと電解質１とで形成している。ＭＥＡ５は、ＭＥＡ５を機械的に固定するとともに、隣接するＭＥＡ５同士を互いに電気的に直列に接続し、さらに電極に反応ガスを供給し、かつ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路６ａと６ｃをＭＥＡ５に接する面に形成した一対の導電性セパレータ７ａと７ｃを配置する。電解質１と、１対の触媒反応層２ａと２ｃと、一対の拡散層３ａと３ｃと、一対の電極４ａと４ｃと、一対のセパレータ７ａと７ｃで基本の燃料電池（以降、セルと称する）を形成する。セパレータ７ａと７ｃにはＭＥＡ５とは反対の面に、隣のセルのセパレータ７ｃと７ａが接する。セパレータ７ａと７ｃが接する側には冷却水通路８が設けられており、ここに冷却水９が流れる。冷却水９はセパレータ７ａと７ｃを介してＭＥＡ５の温度を調整するように熱を移動させる。ＭＥＡ５とセパレータ７ａまたは７ｃはＭＥＡガスケット１０で封止され、セパレータ７ａと７ｃはセパレータガスケット１１で封止される。
【００２５】
電解質１は固定電荷を有しており、固定電荷の対イオンとして水素イオンが存在している。電解質１には水素イオンを選択的に透過させる機能が求められるが、そのためには電解質１が水分を保持していることが必要である。電解質１は水分を含むことにより、電解質１内に固定されている固定電荷が電離し、固定電荷の対イオンである水素がイオン化し、移動できるようになるからである。
【００２６】
図２はセルを積層したものでスタックと呼ばれる。燃料電池セルの電圧は通常０．７５ｖ程度と低いために、セルを直列に複数個積層し、高電圧と成るようにしている。スタックから外部には一対の集電板２１から電流が取り出され、一対の絶縁板２２によりセルと外部を電気的に絶縁され、一対の端板２３により、セルを積層したスタックは締結され、機械的に保持される。
【００２７】
図３は、本発明の実施の形態の燃料電池システムの構成図である。燃料電池システムは外筐体３１に納められている。外部から原料ガス配管３３から取り入れられた原料ガスは、燃料電池に悪影響を与える物質を除去するガス清浄部３２で清浄化された後、清浄ガス配管３６を介して燃料生成器３５に導かれる。原料ガス配管３３の経路中には開閉弁３４が設けられており、原料ガスの流れを制御する。燃料生成器３５は、原料ガスから少なくとも水素を含む燃料ガスを生成する。３８はスタックであり、図１および図２で詳細が示される燃料電池およびスタックである。燃料生成器３５からスタック３８のアノード側には燃料ガス配管３７を介して燃料ガスが導かれる。
【００２８】
酸化剤ガスとしての空気はブロワー３９により、外部から吸気管４０を通して、分配弁５６を介して吸気管４０と接続された酸化剤ガス配管４０ａを介してスタック３８のカソード側に導かれる。スタック３８で使用されなかった酸化剤ガスは排気管４２から燃料電池システムの外に排出される。燃料電池は水分が必要なため、スタック３８に流れ込む酸化剤ガスは、加湿器４１で加湿される。スタック３８で使用されなかった燃料ガスはオフガス管４８により再び、燃料生成器３５に流れ込む。オフガス管４８からのガスは燃焼などに用いられ、原料ガスから燃料ガスを生成するための吸熱反応等に利用される。清浄ガス配管３６には分配弁６０が設けられ、吸気管４０中にも分配弁５６が設けられている。分配弁６０と分配弁５６はバイパス管５５につながっている。またバイパス管５５と、燃料ガス配管の、スタック３８と分配弁６０との間には、バイパス管６１が設けられ、バイパス管６１には開閉弁６２が設けられている。分配弁６０はガス清浄部３２で浄化された後の原料ガスを燃料生成器３５側に流すガス量と、バイパス管５５の側に流すガス量とを調節し、分配弁５６はブロワー３９から送り込まれた酸化剤ガスと、バイパス管５５から送られてきた浄化された後の原料ガスを任意の比率で混合しスタック３８に送ることができる。燃料ガス配管３７には開閉弁４９が設けられており、スタック３８の燃料ガスの供給経路のガスの流れを遮断または流量の制御をする。オフガス管４８には開閉弁５４が設けられており、スタック３８の燃料ガスの排出経路のガスの流れを遮断する。開閉弁５７は加湿器４１からスタック３８への酸化剤ガスの供給経路に設けられており、スタック３８の酸化剤ガスの供給経路のガスの流れを遮断または流量の制御をする。開閉弁５８はスタック３８から酸化剤ガスの排出経路に設けられており、スタック３８の酸化剤ガスの排出経路のガスの流れを遮断または流量の制御をする。開閉弁４９とスタック３８の燃料ガス供給経路中には圧力計５９ａが設けられており、燃料ガス供給経路およびスタック３８中の燃料ガス経路の圧力が計測される。開閉弁５７とスタック３８の酸化剤ガス供給経路中には圧力計５９ｂが設けられており、酸化剤ガス供給経路およびスタック３８中の酸化剤ガス経路の圧力が計測される。燃料電池スタック３８の電圧は電圧測定部５２で計測され、電力は電力回路部４３により取り出され、原料ガス、燃料ガス、酸化剤ガス、オフガス、冷却水の各配管に設けられた弁、各開閉弁や電力回路部などは制御部４４で制御される。ポンプ４５より、冷却水入り口配管４６から燃料電池スタック３８の水経路に水が流され、燃料電池３８を流れた水は冷却水出口配管４７から外部に水が運ばれる。燃料電池のスタック３８を水が流れることにより、発熱したスタック３８を一定の温度に保ちながら、発生した熱を燃料電池システム外部で利用できるようになるのである。
【００２９】
燃料電池システムは燃料電池からなるスタック３８と、ガス清浄部３２と、燃料生成器３５と、電力回路部４３と、制御部４４とより構成されている。
【００３０】
以上のような構成を有する燃料電池システムの基本動作を説明する。図３において、弁３４が開となり、原料ガス配管３３から原料ガスがガス清浄部３２に流れ込む。原料ガスとしては天然ガス、プロパンガスなど炭化水素系のガスを使用することが出来るが、本実施の形態としてはメタン、エタン、プロパン、ブタンガスの混合ガスである都市ガスの１３Ａを用いた。ガス清浄部３２としては、特にＴＢＭ（ターシャリブチルメルカプタン）、ＤＭＳ（ジメチルサルファイド）、ＴＨＴ（テトラヒドロチオフィン）等のガス付臭剤の除去の除去を行う部材を用いている。付臭剤などの硫黄化合物は燃料電池の触媒に吸着し、触媒毒となり反応を阻害するためである。燃料生成器３５では（化学式９）に示す反応等により、水素が生成される。同時に発生する一酸化炭素は、（化学式１０）に示されるようなシフトか反応と（化学式１１）に示されるような一酸化炭素選択酸化反応により、１０ｐｐｍ以下となるように除去される。
【００３１】
（化９）
ＣＨ3＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ（−２０３．０ＫＪ／ｍｏｌ）
（化１０）
ＣＯ＋ｎＨ2Ｏ→ｋＣＯ2＋（ｎ−ｋ）ＣＯ
（化１１）
ＣＯ＋Ｏ2→ＣＯ2
ここで、水を反応に必要な最低限量以上を入れると、水素と水分を含む燃料ガスが作成し、燃料ガス配管３７を介して燃料電池のスタック３８に流れ込む。酸化剤ガスはブロワー３９により加湿器４１を通った後、スタック３８に流れ込む。酸化剤ガスの排ガスは排気管４２により外部に排出される。加湿器４１として、温水に酸化剤ガスを流すものや、酸化剤ガス中に水を吹き込むもの等が使用できるが、本実施の形態では全熱交換型を使用した。これは、排ガス中の水と熱が加湿器４１を通過する際に、吸気管４０から運ばれ原料となる酸化剤ガス中に移動させるものである。冷却水は、ポンプ４５より冷却水入り口配管４６から燃料電池スタック３８の水経路に流された後、冷却水出口配管４７から外部に水が運ばれる。
【００３２】
本図では図示されていないが、冷却水入り口配管４５や冷却水出口配管４７には、通常給湯器などの熱を溜めるまたは利用する機器などが接続されている。燃料電池のスタック３８で発生する熱を取りだし、給湯等に利用できるようになるのである。スタック３８での発電は、電圧測定部５２で電圧が測定され、十分発電が行われていると制御部４４が判断すると、電力回路部４３により電力が取り出される。電力回路部４３ではスタック３８から取り出した直流の電力を、交流へと変換し、家庭等で利用されている電力線にいわゆる系統連係で接続される。
【００３３】
スタック３８内での燃料電池の動作を図１を用いて説明する。ガス流路６Ｃに空気などの酸素含有ガスが流れ、ガス流路６ａに水素を含む燃料ガスが流れる。燃料ガス中の水素は拡散層３ａを拡散し、触媒反応層２ａに達する。触媒反応層２ａで水素は水素イオンと電子に分けられる。電子は外部回路を通じてカソード側に移動される。水素イオンは電解質１を透過しカソード側に移動し触媒反応層２Ｃに達する。空気などの酸化剤ガス中の酸素は拡散層３Ｃを拡散し、触媒反応層２Ｃに達する。触媒反応層２Ｃでは酸素が電子と反応し酸素イオンとなり、さらに酸素イオンは水素イオンと反応し水が生成される。つまりＭＥＡ５の周囲で酸素含有ガスと燃料ガスが反応し水が生成され、電子が流れる。さらに反応時に熱が生成し、ＭＥＡ５の温度が上昇する。そのため冷却水経路８ａ、８ｃに水などを流すことにより反応で発生した熱を水で外部に運び出す。つまり、熱と電流（電気）が発生するのである。このとき、導入されるガスの湿度と反応で発生する水の量の管理が重要である。水分が少ないと電解質１が乾燥し、固定電荷の電離が少なくなるために水素の移動が減少するので、熱や電気の発生が小さくなる。一方水分が多すぎると、ＭＥＡ５の周りまたは触媒反応層２ａ、２ｃの周囲に水が溜まってしまい、ガスの供給が阻害され反応が抑制されるため、熱と電気の発生が減少してしまう（以降、この状態をフラッティングと称する。）。
【００３４】
燃料電池のセルで反応した後の動作について図３を用いて説明する。スタック３８内で使用されなかった酸化剤ガスである排ガスは加湿器４１を介し、熱と水分をブロワー３９から送られてきた酸化剤ガスに移動させた後、外部へ排出される。スタック３８内で使用されなかった燃料ガスであるオフガスはオフガス管４８により再び、燃料生成器３５に流れ込む。オフガス管４８からのガスは燃料生成器３５中では燃焼などに用いられる。原料ガスから燃料ガスを生成するための反応は（化学式６）で示されるように吸熱反応であるため、反応に必要な熱として利用されるのである。電力回路４３は燃料電池が発電を開始した後スタック３８から直流の電力を引き出す役割をする。制御部４４は燃料電池システムの他の部分の制御を最適に保つよう制御するものである。燃料電池の運転を停止したい場合は、分配弁５６と分配弁６０を動作させ、ガス浄化部３２で浄化した後の原料ガスをスタック３８へ流し込むのである。
【００３５】
なお、本実施の形態では図１において、ＭＥＡ５は以下のように作成した。すなわち、炭素粉末であるアセチレンブラック（電気化学工業（株）製のデンカブラック、粒径３５ｎｍ）を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の水性ディスパージョン（ダイキン工業（株）製のＤ１）と混合し、乾燥重量としてＰＴＦＥを２０重量％含む撥水インクを調製した。このインクを、ガス拡散層の基材となるカーボンペーパー（東レ（株）製のＴＧＰＨ０６０Ｈ）の上に塗布して含浸させ、熱風乾燥機を用いて３００℃で熱処理し、ガス拡散層（約２００μｍ）を形成した。
【００３６】
一方、炭素粉末であるケッチェンブラック（ケッチェンブラックインターナショナル（株）製のＫｅｔｊｅｎ  Ｂｌａｃｋ  ＥＣ、粒径３０ｎｍ）上にＰｔ触媒を担持させて得られた触媒体（５０重量％がＰｔ）６６重量部を、水素イオン伝導材かつ結着剤であるパーフルオロカーボンスルホン酸アイオノマー（米国Ａｌｄｒｉｃｈ社製の５重量％Ｎａｆｉｏｎ分散液）３３重量部（高分子乾燥重量）と混合し、得られた混合物を成形して触媒層（１０〜２０μｍ）を形成した。
【００３７】
上述のようにして得たガス拡散層と触媒層とを、高分子電解質膜（米国ＤｕＰｏｎｔ社のＮａｆｉｏｎ１１２膜）の両面に接合し、ＭＥＡ５を作製した。
【００３８】
つぎに、以上のように作製したＭＥＡ５の電解質１の外周部にゴム製のガスケット板を接合し、冷却水、燃料ガスおよび酸化剤ガス流通用のマニホールド穴を形成した。
【００３９】
一方、２０ｃｍ×３２ｃｍ×１．３ｍｍの外寸を有し、かつ深さ０．５ｍｍのガス流路および冷却水流路を有する、フェノール樹脂を含浸させた黒鉛板からなる導電性のセパレータ板７を用いた。
【００４０】
以上のような構成を有する本実施の形態の燃料電池システムの動作を以下に説明するとともに、これにより、本発明の燃料電池システムの停止方法の一実施の形態について、図４に示すフローチャートを用い説明する。本実施の形態では不活性ガスとして、ガス清浄部３２により清浄化された原料ガスを用いた。原料ガスの主成分はメタンガスであるので、本実施の形態中で使用する高分子電解質型の燃料電池にとっては反応性がほとんどないため不活性ガスとして扱えるのである。
【００４１】
まず、図３の燃料電池システムで発電と発熱を行う（運転工程）を実行した。（運転工程）では、原料ガスは都市ガスの１３Ａガス、酸化剤ガスとしては空気をそれぞれ用いた。燃料電池スタック３８の温度は７０℃、燃料ガス利用率（Ｕｆ）は７０％、酸素利用率（Ｕｏ）は４０％の条件とした。燃料ガスおよび空気は、それぞれ６５℃および７０℃の露点を有するように加湿し、電力回路部４３から電力としてある電圧の電流を取り出した。電流は電極の見かけ面積に対して、０．２Ａ／ｃｍ2の電流密度となるように調整した。冷却水入り口配管４６および冷却水出口配管４７には図示されていないが、貯湯タンクが取り付けてある、冷却水入り口配管４６中の水の温度は７０℃、冷却水出口配管４７中の水の温度は７５℃となるようにポンプ４５を調節した。
【００４２】
他のそれぞれの条件は以下のようにした。（運転工程）の次は（停止工程１）を行った。
【００４３】
（停止工程１）では、まずスタック３８の発電を停止した後、開閉弁４９を閉じスタック３８へ燃料ガスの供給を停止させるか、または燃料ガスのスタックへの供給の停止と同時にブロワー３９を停止させ、分配弁６０で浄化後の燃料ガスをすべてバイパス管５５に流れるようにし、分配弁５７でスタック３８に流れ込むガスはバイパス管５５からのガスがすべてになるように調節する。これにより酸化剤ガスは不活性ガスとしての原料ガスに置換されるのである。
【００４４】
次に図７に（停止工程１）のさらに具体的なフローチャートを示す。
【００４５】
図７に示すように、まずスタック３８からの電力が図示しない外部付加へ供給されなくなるよう制御を行った後（Ｓ１）、これ以上燃料ガスがスタック３８へ供給されないように開閉弁４９を閉める（Ｓ２）。開閉弁４９が閉められた後に、開閉弁５１を閉める（Ｓ３）。次いでブロワー３９の停止の前に、酸化剤ガスがこれ以上スタック３８へ供給されないように開閉弁５７を閉める（Ｓ４）。
【００４６】
次に分配弁６０および５６を切り替え、原料ガス配管３３が清浄ガス配管３６側からバイパス管５５および酸化剤ガス配管４０ａに接続するよう切り替えてから、開閉弁５７を開ける（Ｓ５）。これにより、ガス清浄部３２を通過した原料ガスが、スタック３８のカソード側へ供給され、この原料ガスによりスタック３８内の酸化剤ガスがパージされる。ここで、制御部４４は、供給される原料ガスの供給量を測定し（Ｓ６）、予め定めた値以上になるかどうかを判定する（Ｓ７）。この値に達するまで原料ガスの供給は続けられ、値以上であると判定されたら、開閉弁５７を閉じ（Ｓ８）、その後に開閉弁５８を閉じる（Ｓ９）。次いでポンプ４５を停止させてスタック３８への冷却水循環を停止する（Ｓ１０）。
【００４７】
なお、上記のＳ７の動作において、所定の値として、置換する原料ガスの供給量は、置換すべき体積に対して２〜５倍とした。これは以下の計算による。
【００４８】
置換すべき体積をＶ（Ｌ）、置換するガスの流量をｖ（Ｌ／ｍｉｎ）、酸化剤ガスの目的成分の初期濃度をｃo、ｔ（ｍｉｎ）時間後の濃度をｃとすると、（計算式１）で表されるように微小時間ｄｔの間に体積Ｖ中の濃度変化ｄｃは、微小時間ｄｔの間に置換ガスによって押し出される目的成分の量と等しくなる。
【００４９】
【数１】
2006066106.tif 000003
【００５０】
両辺に−１をかけた後、両辺の対数をとると、（計算式２）となる。
【００５１】
【数２】
2006066106.tif 000004
【００５２】
整理すると（計算式３）となり、積分を行うと（計算式４）となる。ここでｘは積分定数である。
【００５３】
【数３】
2006066106.tif 000005
【００５４】
【数４】
2006066106.tif 000006
【００５５】
（計算式４）は（計算式５）のように、書き換えられる。
【００５６】
【数５】
2006066106.tif 000007
【００５７】
ここで、ｔ＝０のとき、ｃ＝ｃoとなるので、（計算式５）に代入すると（計算式６）となる。
【００５８】
【数６】
2006066106.tif 000008
【００５９】
よって、（計算式６）を（計算式５）に代入し、（計算式７）となる。
【００６０】
【数７】
2006066106.tif 000009
【００６１】
（計算式７）で、ｖ・ｔ／Ｖ  は置換するガスの体積は置換すべき体積の何倍となるかをあらわす。２倍で８６％以上が置換され、５倍で９９．３％以上が置換されることになる。置換ガスの体積が２倍以下では、酸化剤ガスの残る量が多くなり、５倍より多くなると置換ガスが無駄になるからである。（停止工程１）では燃料ガスの供給を酸化剤ガスの供給停止よりも早く、または同時に停止させるので、燃料ガスを無駄にすることなくより燃料エネルギーあたりの発電効率を高くすることができるのである。
【００６２】
以上の（停止工程１）が終了した後、（停止工程２）へ移行する。つまり、弁３４を閉じ、原料ガスの供給を停止するのである。なお、スタック３８からの電流の引き抜きはすでに述べたように（停止工程１）のブロワー３９の停止と同じでも良いが、所定電圧で電力回路部４３を制御するようにしても良い。
【００６３】
本実施の形態ではスタック３８の単セルあたりの電圧が０．５Ｖ以上の時は電力回路部４３で電流を引き抜き、０．５Ｖ未満の時は電流を引き抜かないように制御した。（停止工程２）で停止させておくと、触媒反応層２ａは水素を含むガスで満たされるので電位は（水素電極比）０Ｖとなる。触媒反応層２ｃには不活性ガスである原料ガスが満たされているが、電解質１を介して水素が拡散してくるので電位は（水素電極比）０Ｖとなる。よって、両極とも酸化や溶解の発生する高電位になることなく、停止ができるので、劣化が少なく、長期間性能を維持できるのである。
【００６４】
さらに、（停止工程３）へ移行する。すなわち、以上の（運転工程）〜（停止工程２）までは閉状態にあった開閉弁６２を開け、さらに開閉弁５１を開けるとともに、分配弁６０および５７を、バイパス管５５および酸化剤ガス配管４０ａ側へ連通するように切り替える。これにより原料ガスがスタック３８のカソード側に供給されるとともに、バイパス管６１を介することによりアノード側にも供給するされる。次に開閉弁５１を再び閉じ、弁３４を閉じる。これにより、スタック３８内全体の内部に原料ガスが封止される。
【００６５】
（停止工程３）では圧力計５９ａと５９ｂの変化をモニタリングしている。開閉弁４９、５１、５７と５８が閉じているため、スタック３８の温度が低下するなどで、封入されているガス中の湿度成分が結露などを起こすと封入されている原料ガスの体積が減少し、スタック３８の内部が負圧になる。スタック３８の内部の圧力が負圧になると、空気等のガスが侵入しやすくなるだけでなく、電解質１や様々なガスケットが破損してしまう可能性がある。そこで、圧力計５９ａと５９ｂで計測される値が一定以上変化すると、弁３４を開き原料ガスを追加する。本実施の形態では圧力が５ＫＰａ変化したとき動作するようにした。スタック３８の内部の圧力が所定値以下となると開閉弁３４を開き、再び原料ガスを封入するのである。燃料ガスに原料ガスを追加すると水素濃度は減少するが、酸素等の高電位を示すガスの侵入を排除しているため、電極４ａおよび４ｃの電位は低いまま維持できる。これにより、電極酸化や溶解による劣化を抑えるだけでなく、圧力変化によるスタック３８の構成材料の破損も防ぐことができるので、高性能を長期間維持できるのである。
【００６６】
なお、上記の説明においては、圧力計５９ａと５９ｂによりスタック３８内の圧力を直接測定するものとして説明を行ったが、スタック３８内の温度を測定する温度計などの手段を設け、これにより得られた測定値に基づき、スタック３８の内部圧力を間接的に求めるようにしてもよい。すなわち、カソード側のパージが完了した後の温度Ｔ１から測定時の温度Ｔ２が差ΔＴが５℃程度低くなった場合、圧力が下がったとみなして、開閉弁３４を開き、再び原料ガスをスタック３８内へ封入する。
【００６７】
最後に、（停止工程３）が所定時間続いた後に、運転を再開するかどうかの判断を行う。ＤＳＳ運転のサイクルにしたがって運転を再開する場合は、再び（運転工程）へ復帰するが、長期間利用しないなどの理由により再開しない場合はシステムの主電源を切断する。
【００６８】
なお、本実施の形態では、不活性ガスとして、ガス清浄部３２で清浄化した原料ガスを用いた。これは、原料ガスを用いるため、特別な装置がなくとも作り出せることができるので便利であるが、窒素ガスボンベ等を搭載し、窒素ガスなどの不活性ガスを用いても、同じ効果が得られる。また、本実施の形態では、酸化剤ガスおよび燃料ガスの通過経路に設けた加湿器４１で、不活性ガスとしての原料ガスを加湿した。酸化剤ガスおよび燃料ガスの共通の通過経路に加湿器４１を設けたことで、一つの加湿器で異なるガスの加湿ができ、より効果的である。また、不活性ガスとしての原料ガスは加湿をした。無加湿でもスタック３８に供給する体積が比較的少なければ影響はわずかであるが、供給する体積が大きいと電解質１を乾燥させ、水素イオンの透過性を減少させてしまうので、本実施の形態では加湿した。したがって供給する体積が比較的少なければ、加湿は省略してもよい。
【００６９】
また、上記の構成において、バイパス管６１および開閉弁６２は省略した構成として、停止工程３を省く、停止工程３をカソード側のみに原料ガスを封止するものとして実施してもよい。
【００７０】
（実施の形態２）
実施の形態２の燃料電池システムの動作を以下に説明するとともに、これにより、本発明の燃料電池システムの停止方法の一実施の形態について、図５に示すフローチャートを用い説明する。基本的な構成や動作は実施の形態１と同じである。詳細な運転方法を以下に示す。（運転工程）は実施の形態１と同じである。
【００７１】
次に（停止工程１）を行った。（停止工程１）では、まずブロワー３９を停止させるとともに、分配弁６０で浄化後の燃料ガスをバイパス管５５と清浄ガス配管３６のいずれにも流れるようにし、分配弁５７の切り替えによりスタック３８に流れ込むガスは、バイパス管５５からのガスがのみになるように調節する。
【００７２】
これにより燃料ガスはスタック３８に流れたまま、スタック３８内の酸化剤ガスは不活性ガスとしての原料ガスに置換されるのである。所定時間後（停止工程２）にうつる。
【００７３】
（停止工程２）では、開閉弁５７と５８を閉じ、スタック３８内部に不活性ガスとしての原料ガスを封入する。（停止工程２）では、燃料ガスは供給されているので水素も供給されている。原料ガスは封入されているので、燃料ガスから電解質１を拡散して原料ガス側に移動した水素は触媒反応層２ｃ付近で滞留する。これにより、電極４ｃの電位はより早く、確実に下げることができるので、より確実に電極の劣化を抑えることができる。（停止工程２）はあらかじめ定められた時間行っても良いが、本実施の形態ではスタックの単セルあたりの電圧が０．１Ｖ以下となったあと、（停止工程３）にうつることとした。本実施の形態の（停止工程２）では電極４ａは常に０Ｖであるので、セルの電圧が電極４ｃの電位に等しい。電極４ｃが０．１Ｖとなると、拡散した水素で電極４ｃの電位は確実に下がったと言えるからで、燃料ガスを過不足なく利用できるので、エネルギーあたりの発電効率が高くなるのである。
【００７４】
次の（停止工程３）では開閉弁４９と５１を閉じスタック３８内に燃料ガスを封入する。本実施の形態では、燃料ガスおよび原料ガスは開閉弁４９および５１の閉止によりスタック３８内に封入されているため、（停止工程３）の状態では対流等によりガスの出入りがないので、電極４ａと４ｃの電位を低いまま保持できるため、より酸化や溶解による劣化が少ないので、より長期間性能を維持することができるのである。
【００７５】
さらに（停止工程４）にうつる。開閉弁４９、５１、５７および５８によりスタック３８は外部とガスの対流等による出入りは無いが、わずかに酸素等が外部から拡散してくる。そこで、一定時間ごとに、ガス清浄部３２により清浄化した原料ガスを、分配弁６０により、バイパス管５５と清浄ガス配管３６のいずれにも流す。ここで、開閉弁５７と５８をわずかに開き、バイパス館５５を通過した原料ガスをスタック３８に送り込み、封入してあるガスとわずかに入れ替える。清浄ガス配管３６を通過した原料ガスは燃料生成器３５に送り込まれるが、燃料生成器３５で反応が起きない構成または温度になるよう一定時間を選択することにより、原料ガスのまま燃料生成器３５を通過させることができる。ここで、開閉弁４９と５１をわずかに開き、封入してある燃料ガスを原料ガスでわずかに置き換える。これにより、封入中に外部から拡散等で侵入してきた酸素等のガス濃度を低減させることができ、電極４ａと４ｃの電位上昇を長期間抑えることができるので、長期停止中でも電極４ａと４ｃの酸化または溶解による劣化を抑制でき、長期間性能が維持することができるのである。また、上記の構成において、バイパス管６１および開閉弁６２は省略した構成としてもよい。
【００７６】
（実施の形態３）
実施の形態３の燃料電池システムの動作を以下に説明するとともに、これにより、本発明の燃料電池システムの停止方法の一実施の形態について、図６に示すフローチャートを用い説明する。基本的な構成や動作は実施の形態１または２と同じであるが、バイパス管６１および開閉弁６２は省略した構成であるものとする。
【００７７】
詳細な運転方法を以下に示す。発電および発熱を行う（運転工程）の基本条件は実施の形態１と同じである。ここで、電力回路部４３でスタック３８から引き抜かれる電流は、家庭等での電力の消費の大小に従って、制御部４４で制御される。燃料電池システムから発電される電力を消費しなくなると、スタック３８から引き抜かれる電流が減少するため、電圧が上昇する。電圧が開回路電圧０．８８Ｖを超えると電極４ｃの酸化や溶解が発生してしまうので、（停止工程１）にうつる。つまり電圧が開回路電圧０．８８Ｖを超える状態での運転を無くすことができるので、長期間性能を維持できるのである。
【００７８】
（停止工程１）は実施の形態１と同様であり、まずブロワー３９を停止させるとともに、分配弁６０で浄化後の燃料ガスをバイパス管５５と清浄ガス配管３６のいずれにも流れるようにし、分配弁５７でスタック３８に流れ込むガスはバイパス管５５からのガスがすべてになるように調節する。これにより燃料ガスはスタック３８に流れたまま、スタック３８内の酸化剤ガスは不活性ガスとしての原料ガスに置換されるのである。
【００７９】
所定時間後（停止工程２）にうつる。（停止工程２）では、パージ完了後も原料ガスを流したまま、開閉弁４９と５１を閉じ、スタック３８に燃料ガスを封止する。これにより、燃料ガスの使用を少なくすることができる。さらに（停止工程３）にうつる。開閉弁５７と５８を閉じ、スタック３８内部に不活性ガスとしての原料ガスを封入する。スタック３８内において燃料ガスから電解質１を拡散して原料ガス側に移動した水素は触媒反応層２ｃ付近で滞留する。これにより、電極４ｃの電位を確実に下げることができるので、確実に電極の劣化を抑えることができる。（停止工程３）の状態では対流等によりガスの出入りがないので、電極４ａと４ｃの電位を低いまま保持できるため、酸化や溶解による劣化が少ないので、長期間性能を維持することができるのである。さらに（停止工程４）にうつる。
【００８０】
（停止工程４）では圧力計５９ａと５９ｂの変化をモニタリングしている。開閉弁４９、５１、５７と５８が閉じているため、スタック３８の温度が低下するなどで、封入されているガス中の湿度成分が結露などを起こすと封入されている原料ガスの体積が減少し、スタック３８の内部が負圧になる。スタック３８の内部の圧力が負圧になると、空気等のガスが侵入しやすくなるだけでなく、電解質１や様々なガスケットが破損してしまう可能性がある。そこで、圧力計５９ａと５９ｂで計測される値が一定以上変化すると、開閉弁４９または５７を開き原料ガスを追加する。本実施の形態では圧力が５ＫＰａ変化したとき動作するようにした。停止中スタック３８に原料ガスを流す動作は実施の形態２と同じである。スタック３８の内部の圧力が所定値となると開閉弁４９または５７を開き、再びガスを封入するのである。燃料ガスに原料ガスを追加すると水素濃度は減少するが、酸素等の高電位を示すガスの侵入を排除しているため、電極４ａおよび４ｃの電位は低いまま維持できる。これにより、電極酸化や溶解による劣化を抑えるだけでなく、圧力変化によるスタック３８の構成材料の破損も防ぐことができるので、高性能を長期間維持できるのである。
【００８１】
なお、上記の説明においては、圧力計５９ａと５９ｂによりスタック３８内の圧力を直接測定するものとして説明を行ったが、スタック３８内の温度を測定する温度計などの手段を設け、これにより得られた測定値に基づき、スタック３８の内部圧力を間接的に求めるようにしてもよい。すなわち、カソード側のパージが完了した後の温度Ｔ１から測定時の温度Ｔ２が差ΔＴが５℃程度低くなった場合、圧力が下がったとみなして、開閉弁４９または５７を開き、再び原料ガスをスタック３８内へ封入する。
【００８２】
なお、以上の実施の形態１〜３において、スタック３８は本発明の燃料電池に相当し、燃料ガス配管３７は本発明の燃料ガス配管に相当し、開閉弁４９は本発明の燃料ガス開閉弁に相当し、これらが本発明の燃料ガス供給手段を構成する。また酸化剤ガス配管４０ａは本発明の酸化ガス配管に相当し、開閉弁５７は本発明の酸化剤開閉弁に相当し、これらが本発明の酸化剤ガス供給手段を構成する。また原料ガス配管３３，バイパス管５５は本発明の原料ガス配管に相当し、分配弁５６，６０は本発明の原料ガス開閉弁に相当し、これらが本発明の原料ガス供給手段に相当する。また制御部４４は本発明の制御手段に相当する。
【００８３】
また、オフガス管４８は本発明のアノード側排出配管に相当し、開閉弁５１は本発明のアノード側オフガス開閉弁に相当し、排気管４２は本発明のカソード側排出配管に相当し、開閉弁５８は本発明のアノード側オフガス開閉弁に相当する。また、バイパス管６１は本発明の付加原料ガス配管に相当し、開閉弁６２は本発明の付加原料ガス開閉弁に相当する。
【００８４】
また、以上の実施の形態１〜３は、以下のような発明の実施の形態にも相当するものとしてもよい。すなわち、第１の発明として、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟む一対の電極と、電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給・排出し、他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータとを具備した燃料電池と、原料ガスから燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器と、燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、燃料電池から電力を取り出す電力回路部と、燃料電池の電圧を測定する電圧測定部と、ガスや電力回路部などを制御する制御部とを有する燃料電池システムにおいて、燃料電池の停止時に、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を停止し、燃料電池内部の酸化剤ガスを燃料電池に対し不活性なガスで一部または全部を置き換える燃料電池システムとすることにより、停止中の燃料電池の内部には酸素が存在しない、または酸素が少ない状態になるので、アノード電極は水素の電位（水素電極基準約０Ｖ）、カソード極もアノードから拡散してくる水素により水素の電位となり、両極とも電位を低く保つことができるので、停止による性能低下を抑制することができるのである。
【００８５】
また、第２の発明として、特に、第１の発明の燃料電池システムを、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給経路および排出経路に遮断弁を備え、燃料電池の停止時に燃料ガスと酸化剤ガスの供給を停止し、燃料電池内部の酸化剤ガスを燃料電池に対し不活性なガスで一部または全部を置換して、遮断弁を閉じ、燃料ガスおよび燃料電池に対して不活性なガスを燃料電池内に封入できる燃料電池システムとすることにより、停止中は燃料電池内部と外部のガスの流れが遮断されているため、長期間停止させても燃料電池の電極の電位は低く保たれるので、停止による性能低下を抑制することができるのである。
【００８６】
第３の発明として、特に、第１の発明または第２の発明の燃料電池システムを酸化剤ガスおよび原料ガスの通過経路に加湿器を設け、加湿した酸化剤ガスおよび原料ガスを燃料電池に供給することができる燃料電池システムとすることにより、酸化剤ガスを一部または全部を置き換える不活性ガスとして、ガス清浄部で燃料電池に悪影響を与える成分を除去した原料ガスを使用する場合に、加湿した原料ガスを燃料電池内部に流すことができ、高分子電解質膜の乾燥を防ぐことができるので、停止中に発生する高分子電解質膜の乾燥による性能の低下を抑制することができるのである。
【００８７】
また、第４の発明として、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟む一対の電極と、電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給・排出し、他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータとを具備した燃料電池と、原料ガスから燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器と、燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、燃料電池から電力を取り出す電力回路部と、燃料電池の電圧を測定する電圧測定部と、ガスや電力回路部などを制御する制御部とを有する燃料電池システムにおいて、燃料電池の停止時に、燃料電池の電圧が０．８８Ｖを超えると燃料ガスと酸化剤ガスの供給を停止し、燃料電池内部の酸化剤ガスを燃料電池に対し不活性なガスで一部または全部を置き換える燃料電池システムの運転方法とすることにより、燃料電池の各電極の電位を必ず（水素電極基準で）０．８８Ｖ以下とすることができるので、Ｐｔなどの触媒の酸化および溶解を防ぐことができるので、性能を長期間維持することができるのである。
【００８８】
また、第５の発明として、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟む一対の電極と、電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給・排出し、他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータとを具備した燃料電池と、原料ガスから燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器と、燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、燃料電池から電力を取り出す電力回路部と、燃料電池の電圧を測定する電圧測定部と、ガスや電力回路部などを制御する制御部とを有する燃料電池システムにおいて、燃料電池の停止時に、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を同時または燃料ガスを停止した後酸化剤ガスを停止し、燃料電池内部の酸化剤ガスを燃料電池に対し不活性なガスで一部または全部を置き換える燃料電池システムの運転方法とすることにより、アノード電極は水素が満たされているので（水素電極基準）約０Ｖの電位となり、カソード電極は経路の圧力を低下させるまたはブロワーの慣性による酸化剤ガス供給があっても、不活性ガスで置き換えた後は、アノードから拡散してくる水素によりカソード電極の電位は（水素電極基準で）約０Ｖとなりので、停止を行っても性能の低下を抑制できるのである。また、燃料ガスを酸化剤ガスよりも先に停止することにより、発電に使用しない水素の使用量を最小化できるので、よりエネルギー当たりの発電効率の高い燃料電池システムが実現できるのである。
【００８９】
また、第６の発明として、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟む一対の電極と、電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給・排出し、他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータとを具備した燃料電池と、原料ガスから燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器と、燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、燃料電池から電力を取り出す電力回路部と、燃料電池の電圧を測定する電圧測定部と、ガスや電力回路部などを制御する制御部とを有する燃料電池システムにおいて、燃料電池の停止時に、酸化剤ガスの供給を停止した後、燃料ガスの供給を停止し、燃料電池内部の酸化剤ガスは燃料電池に対し不活性なガスで一部または全部を置き換える燃料電池システムの運転方法とすることにより、カソードが不活性ガスで酸化剤ガスを置き換えている少なくとも最初の間はアノードに水素が流れているので、カソードから酸素がアノードに拡散してもアノード電極の電位はまったく変化を受けず（水素電極基準）約０Ｖを維持し、カソードには十分な量の水素が拡散するので、カソード電極の電位をすばやく確実に（水素電極基準）約０Ｖに低下させることができるので、カソード電極の性能向上を確実に起こすことができるので、停止を行っても性能の低下を抑制できるのである。
【００９０】
また、第７の発明として、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟む一対の電極と、電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給・排出し、他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータと、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給経路および排出経路に遮断弁を具備した燃料電池と、原料ガスから燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器と、燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、燃料電池から電力を取り出す電力回路部と、燃料電池の電圧を測定する電圧測定部と、ガスや電力回路部などを制御する制御部とを有する燃料電池システムにおいて、燃料電池の停止時に、燃料ガスは供給を停止した後、遮断弁で燃料電池内部に燃料ガスを封入し、酸化剤ガスは供給を停止し、燃料電池内部の酸化剤ガスは燃料電池に対し不活性なガスで一部または全部を置き換えた後、遮断弁で不活性なガスを封入し、一定時間後に、燃料ガス封入部および不活性ガス封入部に不活性ガスを注入する燃料電池システムの運転方法とすることにより、停止中に燃料電池内部のガスが結露や収縮または残留している酸素と水素の反応により体積が減少して内部の圧力が負圧または、アノードとカソードの圧力に差が発生しても、燃料ガス封入部や不活性ガス封入部に不活性ガスを注入することにより、内部の圧力が負圧またはアノードとカソードの圧力差を解消することができるので、高分子電解質膜等にかかる応力をなくすことができるので、停止を行っても性能の低下を抑制できるのである。さらに、不活性ガスの注入時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの排出経路の遮断弁を開けることにより、封入ガスを不活性ガスにより入れ替えることができる。燃料電池の停止中に、ガスケットやセパレーター材を介して空気中の酸素が徐々に侵入してきても、燃料電池の外部に排出することができるのである。
【００９１】
また、第８の発明として、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟む一対の電極と、電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給・排出し、他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータと、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給経路および排出経路に遮断弁を具備した燃料電池と、原料ガスから燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器と、燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、燃料電池から電力を取り出す電力回路部と、燃料電池の電圧を測定する電圧測定部と、燃料電池の内部の圧力を測定する圧力測定部と、ガスや電力回路部などを制御する制御部とを有する燃料電池システムにおいて、燃料電池の停止時に、燃料ガスは供給を停止した後、遮断弁で燃料電池内部に燃料ガスを封入し、酸化剤ガスは供給を停止し、燃料電池内部の酸化剤ガスは燃料電池に対し不活性なガスで一部または全部を置き換えた後、遮断弁で不活性なガスを封入し、燃料電池の内部の圧力が一定以上変化した時は、燃料ガス封入部および不活性ガス封入部に不活性ガスを注入または遮断弁を開け燃料電池内部の空間を外部に開放する燃料電池システムの運転方法とすることにより、停止中に燃料電池内部のガスが結露や収縮または残留している酸素と水素の反応により体積が減少して内部の圧力が負圧または、アノードとカソードの圧力に差が発生しても、燃料ガス封入部や不活性ガス封入部に不活性ガスを注入することにより、内部の圧力が負圧またはアノードとカソードの圧力差を確実に解消することができるので、高分子電解質膜等にかかる応力をなくすことができるので、停止を行っても性能の低下を抑制できるのである。さらに、不活性ガスの注入時に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの排出経路の遮断弁を開けることにより、封入ガスを不活性ガスにより入れ替えることができ、燃料電池の停止中に、ガスケットやセパレーター材を介して空気中の酸素が徐々に侵入してきても、燃料電池の外部に排出することができるのである。
【００９２】
また、第９の発明として、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟む一対の電極と、電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給・排出し、他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータと、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給経路および排出経路に遮断弁を具備した燃料電池と、原料ガスから燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器と、燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、燃料電池から電力を取り出す電力回路部と、ガスや電力回路部などを制御する制御部とを有する燃料電池システムにおいて、燃料電池の停止時に、燃料ガスは供給を停止した後、遮断弁で燃料電池内部に燃料ガスを封入し、酸化剤ガスは供給を停止し、燃料電池内部の酸化剤ガス経路には燃料電池に対し不活性なガスを流し、燃料電池の電圧が所定の電圧になった後、遮断弁で不活性なガスを封入する燃料電池システムの運転方法とすることで、アノード電極は確実に（水素電極基準で）約０Ｖに保つことができ、電圧はカソードの電位を検出することができ、カソードの電位を所定の電位になるまで確実に不活性ガスで置き換えることができるので、停止を行っても性能の低下を抑制できるのである。
【００９３】
また、第１０の発明によれば、特に、第１〜９のいずれかの発明を、燃料電池に対して不活性なガスとして、燃料電池に悪影響を与える成分ガス清浄部で除去した原料ガスを用いる燃料電池システムまたは燃料電池システムの運転方法とすることにより、ボンベなど特別な装置を持つことなく、簡単に不活性ガスで酸化剤ガスを置換することができるので、簡単な構成で停止を行っても性能の低下を抑制できるのである。
【００９４】
（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成図である。
【００９５】
本発明の第４の実施の形態における燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う固体高分子形の燃料電池８１と、原料ガスに水を添加して改質し水素に富んだ燃料ガスを生成する燃焼生成器８２と、燃料生成器８２に水を供給する水供給手段８３と、燃料電池８１からの排出燃料ガスを燃焼する燃焼器８４と、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池８１のカソードに供給するブロア８５と、パージ用空気供給手段８６と、燃料生成器８２から送出される流体を燃料電池８１のアノードへ供給する燃料ガス供給流路と、燃料生成器８２から送出される流体を燃料電池をバイパスして排出燃焼ガスを燃焼器へ供給するための経路へ導くためのバイパス管８７への切り換えを行なう流路切換手段８８と、燃料電池８１から残余燃料ガスが排出される経路上の開閉弁８９と、原料を燃料電池８１のカソードへ供給する原料カソード供給手段８１０と、ブロア８５から燃料電池８１への空気の入口側と燃料電池１から排出される空気の出口側を開閉する開閉弁を有するカソード閉止手段８１１とを備える。なお、ここで上記原料は、天然ガスに限定されるものでなく、都市ガス、メタン、プロパン等の炭化水素、メタン、エタノール等のアルコールに例示される少なくとも炭素及び水素から構成される化合物を含むものであればいずれの材料でも構わない。ただし、アルコール等の液体原料は気化された原料ガスが好ましい。
【００９６】
また、流路切換手段８８がバイパス流路を形成し、燃料生成器８２から送出される流体をバイパス管８７へ供給するように設定された場合は燃料電池８１への燃料ガスの入口側が閉止状態となるため、流路切換手段８８と開閉弁８９とからアノード閉止手段８１２が構成される。また、燃料電池８１の内部構成は、図１，２に示すものと同様である。
【００９７】
以上のような構成を有する本実施の形態の燃料電池システムの動作を以下に説明するとともに、これにより、本発明の燃料電池システムの停止方法の一実施の形態について説明する。
【００９８】
燃料電池システムの運転時は、燃料生成器８２は約６４０℃程度の温度に維持されて天然ガスと水から水素に富んだ燃料ガスを生成し、燃料ガスは供給流路を形成した流路切換手段８８を経由して燃料電池８１へ送られる。燃料電池８１では燃料ガス中の水素とブロア８５から開放状態のカソード閉止手段を経由して供給される空気中の酸素とを用いて発電が行われ、発電で消費されなかった残余燃料ガスは開放状態の開閉弁８９を経由して燃焼器８４へ送られ燃焼され燃料生成器８２の温度維持を行うための熱源に用いられる。
【００９９】
燃料電池システムが発電を停止する際には、ブロア８５を停止して燃料電池８１のカソードへの空気供給を停止し、燃料電池８１の電圧が開回路電圧になる前に、原料カソード供給手段８１０は原料を燃料電池８１のカソードへ供給を開始する。原料が燃料電池８１のカソード内の空気をほぼ全量追い出したときにカソード閉止手段８１１を閉止状態にし、原料カソード供給手段８１０は原料を燃料電池８１のカソードへ供給するのを停止する。
【０１００】
また、流路切換手段８８はバイパス管８７側へ切り替えられ、バイパス流路を形成するとともに開閉弁８９を閉止状態にすることにより、燃料電池８１のアノードに存在する燃料ガスを封入し、燃料生成器８２への原料の供給を停止する。
【０１０１】
一方、水供給手段８３による燃料生成器８２への水の供給は継続させる。燃料生成器８２へ供給された水は燃料生成器８２の熱で水蒸気となり、燃料生成器８２内に残っている水素に富んだ燃料ガスを押し出し流路切換手段８８、バイパス管８７を経由して燃焼器８４で燃焼させる。その後、次第に水素に富んだ燃料ガスの量が減少してくため燃焼器８４での燃焼は停止するが、燃料生成器８２の余熱で水蒸気の生成は継続される。
【０１０２】
燃料生成器８２で生成された水蒸気の量が燃料生成器８２内の水素に富んだ燃料ガスを十分追い出す量に達し、かつ、燃料生成器８２の温度が４００℃程度まで低下した時、水供給手段８３による水の供給を停止してパージ用空気供給手段８６により空気を供給することにより燃料生成器８２の中の水蒸気を押し出し流路切換手段８８、バイパス管８７を経由して燃焼器８４から排出する。燃料生成器８２や各部配管内部の水蒸気を追い出し切ったときパージ用空気供給手段８６は空気の供給を停止し、燃料電池システムの停止処理を完了する。
【０１０３】
前記の４００℃という温度は燃料生成器８２に用いられる触媒がルテニウムを主成分としている場合を想定しており、触媒が高温時に空気に触れて酸化することにより性能劣化を引き起こさないためにある程度の安全率を見込んで設定した温度である。そのため安全率の設定によっては温度は変化することは当然であり、また、触媒の種類が異なればおのずと違った温度に設定されるべきである。
【０１０４】
次に、燃料電池システムを起動する場合は、流路切換手段８８はバイパス流路を形成したまま原料を燃料生成器８２、流路切換手段８８、バイパス管８７を経由して燃焼器８４へ供給し燃焼を行なう。と同時に、水供給手段３は燃料生成器８２へ水の供給を行なう。そして、燃焼器８４により燃料生成器８２が約６４０℃に加熱され、原料から水素に富んだ燃料ガスに変換される。燃料生成器８２に含まれる一酸化炭素除去部（図示せず）の温度が安定し、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度が燃料電池８１のアノード電極を劣化させない程度（約２０ｐｐｍ）まで低下した時点で、開閉弁８９を開き、流路切換手段８８は燃料ガス供給流路側へ切替えられ、燃料ガスを流路切換手段８８、燃料電池８１、開閉弁８９を経由して燃焼器８４へ供給する。
【０１０５】
同時にカソード閉止手段８１１を開放状態にし、ブロア８５は燃料電池８１のカソードへ空気の供給を開始し、燃料電池８１での発電を開始する。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態によれば、燃料電池システムの停止時において、実施の形態１〜３と同様、流路切換手段８８はバイパス流路を形成し開閉弁８９を閉止状態にして燃料電池１のアノードに燃料ガスを封入することにより、窒素を用いない場合でも燃料電池１のカソードへ空気を流入させる事無く安全に停止できるので、燃料電池８１のアノードを酸素の存在する酸化雰囲気に晒す事はない。さらに、原料カソード供給手段８１０は原料を燃料電池１のカソードへ供給しカソードの空気を追い出してから停止するため、燃料電池８１において、高分子電解質膜を介してカソードからアノードへのガス拡散が発生しても、アノードに空気が混入しないため、アノード電位が低く維持され、アノード触媒の溶出がなくなり、燃料電池システムの耐久性低下を招く事はない。
【０１０７】
かつ、上記の原料によるカソードの空気排出動作を燃料電池８１が開回路電圧に到達する以前に開始するため、カソード高電位によるカソード触媒の溶出も発生せず、燃料電池システムの耐久性低下を招かない。
【０１０８】
また、カソード閉止手段８１１を閉止状態にすることにより、原料カソード供給手段８１０により燃料電池８１のカソードへ供給した原料は封入されるため、停止期間が長くなっても外部から空気が燃料電池８１へ到達する事は無く、長期停止時を含めて燃料電池システムの耐久性の低下を招く心配はない。
【０１０９】
一方、燃料生成器８２は最初に水蒸気で内部の燃料ガスを押し出し、温度が十分低下してから空気で水蒸気を追い出すため、高温状況下で可燃性ガスを内部に滞留させる危険性もなく、停止時に内部に水を滞留させないため、次回起動時に配管中に水がたまり燃料ガスの供給を不安定にすることもない。
【０１１０】
そして起動時には、燃焼器８４での燃焼を開始した後に流路切換手段８８を燃料ガス供給流路側に切り替え、開閉弁８９を開いて、燃料電池１に封入されていた燃料ガスを燃焼器８４で燃焼させる事により、燃料電池８１に封入されていた燃料ガスを外部へ放出する事がなく、燃料ガスが外部に排出される危険性は生じない。
【０１１１】
（実施の形態５）
図９は本発明の実施の形態５における燃料電池システムの構成図である。従来例もしくは本発明の実施の形態４と同じ構成要素には同じ番号を付与している。
【０１１２】
本発明の実施の形態５における燃料電池システムは、原料を燃料電池１のアノードへ供給する原料アノード供給手段８１３をさらに備えた点が実施の形態４と異なる。
【０１１３】
以上のような構成を有する本実施の形態の燃料システムの動作を以下に説明するとともに、これにより、本発明の燃料電池システムの停止方法の一実施の形態について説明する。
【０１１４】
燃料電池システムの運転時は、燃料生成器８２は約６４０℃程度の温度に維持されて天然ガスと水から水素に富んだ燃料ガスを生成し、燃料ガスは供給流路を形成した流路切換手段８８を経由して燃料電池８１へ送られる。燃料電池８１では燃料ガス中の水素とブロア８５から開放状態のカソード閉止手段を経由して供給される空気中の酸素とを用いて発電が行われ、発電で消費されなかった残余燃料ガスは開放状態の開閉弁８９を経由して燃焼器８４へ送られ燃焼され燃料生成器８２の温度維持を行うための熱源に用いられる。
【０１１５】
燃料電池システムが発電を停止する際には、まず、ブロア８５を停止して燃料電池８１のカソードへの空気供給を停止し、燃料電池８１の電圧が開回路電圧になる前に、原料カソード供給手段８１０は原料を燃料電池８１のカソードへ供給を開始する。原料が燃料電池８１のカソード内の空気をほぼ全量追い出したときにカソード閉止手段８１１を閉止状態にし、原料カソード供給手段８１０は原料を燃料電池８１のカソードへ供給するのを停止する。
【０１１６】
次に、流路切換手段８８はバイパス管８７側へ切替えられ、バイパス流路を形成するとともに開閉弁８９を開放状態のまま維持し、アノード閉止手段８１２は原料を燃料電池１のアノードへ供給する。原料が燃料電池８１のアノード内の燃料ガスをほぼ全量追い出したときに開閉弁８９を閉止状態にし、原料アノード供給手段８１３は原料を燃料電池８１のアノードへ供給するのを停止する。
【０１１７】
一方、燃料生成器８２への原料の供給を停止し、水供給手段８３による燃料生成器８２への水の供給は継続させる。燃料生成器８２へ供給された水は燃料生成器８２の熱で水蒸気となり、燃料生成器８２内に残っている水素に富んだ燃料ガスを押し出し流路切換手段８８、バイパス管８７を経由して燃焼器８４で燃焼させる。その後次第に水素に富んだ燃料ガスの量が減少してくため燃焼器８４での燃焼は停止するが、燃料生成器８２の余熱で水蒸気の生成は継続される。
【０１１８】
燃料生成器８２で生成された水蒸気の量が燃料生成器２内の水素に富んだ燃料ガスを十分追い出す量に達し、かつ、燃料生成器８２の温度が４００℃程度まで低下した時、水供給手段８３による水の供給を停止してパージ用空気供給手段８６により空気を供給することにより燃料生成器８２の中の水蒸気を押し出し流路切換手段８８、バイパス管８７を経由して燃焼器８４から排出する。燃料生成器８２や各部配管内部の水蒸気を追い出し切ったときパージ用空気供給手段８６は空気の供給を停止し、燃料電池システムの停止生成を完了する。
【０１１９】
前記の４００℃という温度は燃料生成器８２に用いられる触媒がルテニウムを主成分としている場合を想定しており、触媒が高温時に空気に触れて酸化することにより性能劣化を引き起こさないためにある程度の安全率を見込んで設定した温度である。そのため安全率の設定によっては温度は変化することは当然であり、また、触媒の種類が異なればおのずと違った温度に設定されるべきである。
【０１２０】
次に燃料電池システムを起動する場合は、流路切換手段８８はバイパス流路を形成したまま原料を燃料生成器８２、流路切換手段８８、バイパス管８７を経由して燃焼器８４へ供給し燃焼を行なう。と同時に、水供給手段８３は燃料生成器８２へ水の供給を行なう。そして、燃焼器８４により燃料生成器８２が約６４０℃に加熱され、原料から水素に富んだ燃料ガスに変換される。燃料生成器８２に含まれる一酸化炭素除去部（図示せず）の温度が安定し、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度が燃料電池１のアノード電を劣化させない程度（約２０ｐｐｍ）まで低下した時点で、開閉弁８９を開き、流路切換手段８は燃料ガス供給流路側へ切替えられ、燃料ガスを流路切換手段８８、燃料電池８１、開閉弁８９を経由して燃焼器８４へ供給する。
【０１２１】
同時にカソード閉止手段８１１を開放状態にし、ブロア８５は燃料電池８１のカソードへ空気の供給を開始し、燃料電池８１での発電を開始する。
【０１２２】
以上のように、燃料電池システムの停止時において、アノード閉止手段８１２は原料を燃料電池８１のアノードへ供給し、原料が燃料電池８１のアノード内の燃料ガスをほぼ全量追い出したときに開閉弁８９を閉止状態にして原料を封入する事により、窒素を用いない場合でも燃料電池１のカソードへ空気を流入させる事無く安全に停止できるので、燃料電池１のアノードを酸素の存在する酸化雰囲気に晒す事はない。
【０１２３】
さらに、発電停止時の最初に原料カソード供給手段８１０は原料を燃料電池８１のカソードへ供給しカソードの空気を追い出してから停止するため、燃料電池８１が固体高分子形であり固体高分子からなる電膜を介してカソードからアノードへのガス拡散が発生しても、アノードに空気が混入しないため、燃料電池システムの耐久性低下を招く事はない。かつ、上記の原料によるカソードの空気排出動作を燃料電池８１が開回路電圧に到達する以前に開始するため、燃料電池１のカソード、アノード間に高い電位差が発生し、微弱電流がながれることによる電極の溶出も発生せず、燃料電池システムの耐久性低下を招かない。
【０１２４】
また、カソード閉止手段８１１を閉止状態にすることにより、原料カソード供給手段８１０により燃料電池８１のカソードへ供給した原料は封入されるため、停止期間が長くなっても外部から空気が燃料電池８１へ到達する事は無く、長期停止時を含めて燃料電池システムの耐久性の低下を招く心配はない。
【０１２５】
一方、燃料生成器８２は最初に水蒸気で内部の燃料ガスを押し出し、温度が十分低下してから空気で水蒸気を追い出すため、高温状況下で可燃性ガスを内部に滞留させる危険性もなく、停止時に内部に水を滞留させないため、次回起動時に配管中に水がたまり燃料ガスの供給を不安定にすることもない。
【０１２６】
そして起動時には、燃焼器８４での燃焼を開始した後に流路切換手段８８は燃料ガス供給流路を形成し開閉弁８９を開いて、燃料電池１に封入されていた燃料ガスを燃焼器８４で燃焼させる事により、燃料電池８１に封入されていた燃料ガスを外部へ放出する事がなく、燃料ガスが外部に排出される危険性は生じない。
【０１２７】
なお、以上の実施の形態４〜５において、燃料電池８１は本発明の燃料電池に相当し、燃料生成器８２は本発明の燃料生成器に相当する。また燃料生成器８２と燃料電池８１とを接続する配管は本発明の燃料ガス配管に相当し、流路切替手段は本発明の燃料ガス開閉弁に相当し、これらが本発明の燃料ガス供給手段を構成する。またカソード閉止手段８１１の空気の入口側の開閉弁は本発明の酸化剤ガス開閉弁に相当し、これと燃料電池とを接続する配管は本発明の酸化剤ガス配管に相当し、これらが本発明の酸化剤ガス供給手段を構成する。
【０１２８】
また原料カソード供給手段は本発明の原料ガス開閉弁に相当し、これと燃料電池８１とを接続する配管は本発明の原料ガス配管に相当し、これらは本発明の原料ガス供給手段を構成する。
【０１２９】
また、アノード閉止手段８１２の燃料ガスの出口側の開閉弁８９は本発明のアノード側オフガス開閉弁に相当し、これと燃料電池とを接続する配管は本発明のアノード側排出配管に相当する。またカソード閉止手段８１１の空気の出口側の開閉弁８９は本発明のカソード側オフガス開閉弁に相当し、これと燃料電池とを接続する配管は本発明のカソード側排出配管に相当する。
【０１３０】
またバイパス管８７は本発明のバイパス手段に相当し、燃焼器８４は本発明の燃焼器に相当する。
【０１３１】
なお、原料アノード供給手段８１３を本発明の付加原料ガス開閉弁として、原料アノード供給手段８１３と燃料電池８１とを接続する配管を本発明の付加原料ガス配管として用いることにより、実施の形態４，５の構成において実施の形態１の停止工程３を行わせるようにしていもよい。
【０１３２】
また、以上の実施の形態４および５は、以下のような発明の実施の形態にも相当するものである。すなわち、第１の発明として、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、原料から前記燃料ガスを生成する燃料生成器と、前記燃料生成器に空気を供給するパージ空気供給手段と、前記燃料電池のカソードに原料を供給する原料カソード供給手段と、前記燃料生成手段から前記燃料電池までの燃料ガス経路上に前記燃料電池をバイパスするバイパス手段と、前記燃料生成器から排出されるガスの経路を前記燃料ガス経路またはパイバス手段にいずれかに切替える切替手段と、前記燃料電池のアノードの入口及び出口を閉止するアノード閉止手段とを備え、前記燃料電池の発電を停止する際に前記原料カソード供給手段は前記燃料電池のカソードに原料を供給し、前記アノード閉止手段はアノードの入口及び出口を閉止し、かつ前記切替手段によりバイパス手段側に切替え、前記水供給手段により水を供給した後、前記パージ空気供給手段により空気を供給することを特徴とする燃料電池システムであってもよい。
【０１３３】
また、第２の発明として、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、原料から前記燃料ガスを生成する燃料生成器と、前記燃料生成器に水を供給する水供給手段と、前記燃料生成器に空気を供給するパージ空気供給手段と、前記燃料電池のカソードに原料を供給する原料カソード供給手段と、前記燃料電池のアノードに原料を供給する原料アノード供給手段と、前記燃料生成手段から前記燃料電池までの燃料ガス経路上に前記燃料電池をバイパスするバイパス手段と、前記燃料生成器から排出されるガスの経路を前記燃料ガス経路またはパイバス手段にいずれかに切替える切替手段とを備え、前記燃料電池の発電を停止する際に、前記原料カソード供給手段は前記燃料電池のカソードに原料を供給し、前記原料アノード供給手段が前記燃料電池のアノードに原料を供給し、かつ前記切替手段によりバイパス手段側に切替え、前記水供給手段により水を供給した後、前記パージ空気供給手段により空気を供給することを特徴とする燃料電池システムとしてもよい。
【０１３４】
また、第３の発明として、遅くとも前記燃料電池の電圧が開回路電圧に到達する以前に、前記燃料電池の停止動作を開始することを特徴とする第１または第２の発明の燃料電池システムとしてもよい。
【０１３５】
また、第４の発明として、前記原料アノード供給手段は、前記原料カソード供給手段が前記燃料電池のカソードに原料の供給を開始した後に、前記燃料電池のアノードに原料の供給を開始することを特徴とする第２の発明の燃料電池システムとしてもよい。
【０１３６】
また、第５の発明として、前記燃料電池のアノードの入口及び出口を閉止するアノード閉止手段を備え、前記アノード閉止手段は前記原料アノード供給手段が前記燃料電池のアノードに原料を供給した後、前記燃料電池のアノードの入口及び出口を閉止することを特徴とする第２から第４のいずれかの発明の燃料電池システムとしてもよい。
【０１３７】
また、第６の発明として、前記燃料電池のカソードの入口及び出口を閉止するカソード閉止手段を備え、前記カソード閉止手段は記原料カソード供給手段が前記燃料電池のカソードに原料を供給した後、前記燃料電池のカソードの入口及び出口を閉止することを特徴とする第１から第５のいずれかの発明の燃料電池システムとしてもよい。
【０１３８】
また、第７の本発明として、原料と、前記燃料電池のアノードから排出される残余燃料と、前記燃料生成器から前記バイパス手段を経由して供給される燃料との少なくとも１つを燃焼する燃焼器を備え、装置の起動時に、前記燃焼器にて燃焼が開始された後に、前記アノード閉止手段は前記燃料電池のアノードの入口及び出口を開放することを特徴とする第１、第５または第６のいずれかの発明の燃料電池システムとしてもよい。
【０１３９】
（実施の形態６）
本発明の燃料電池システムおよびその停止方法の説明に先だって、改めて、固体高分子電解質形の燃料電池の基本的な発電原理を概説すると共に、加湿原料ガスによって電解質膜の乾燥を防止する目的を理解するため、電解質膜の保水管理の必要性を説明する。
【０１４０】
燃料電池は、水素ガス等の燃料ガスをアノードに、空気等の酸化剤ガスをカソードに供
給することによりこれらを電気化学的に反応させて電気と熱を同時に生成するものである。
【０１４１】
電解質膜としては水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜が利用され、この電解質膜の両面に配置された多孔質の触媒反応層は、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分としており、アノードの触媒反応層において下記の（１２）式の反応が発生し、カソードの触媒反応層において下記の（１３）式の反応が発生し、燃料電池全体として下記の（１４）式の反応が発生する。
【０１４２】
（化１２）
Ｈ2→２Ｈ＋２ｅ-
（化１３）
１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
（化１４）
Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ
即ち、（１２）式の反応で生成した水素イオンを、電解質膜を介してアノードからカソードに輸送させると共に、外部回路を介してアノードからカソードに電子を移動させ、カソードでは酸素ガスおよび水素イオン並びに電子が（１３）式のように反応して水を生成すると共に、触媒反応による反応熱を得ることができる。
【０１４３】
このように電解質膜には水素イオンを選択的に輸送する機能が必要であり、電解質膜に保水させることによって、電解質膜に含まれる水を移動経路として、アノードからカソードに水素イオンを輸送できるイオン伝導性が発現すると考えられている。
【０１４４】
従って、水素イオン輸送能確保のため、電解質膜を保水させることが必須であり、電解質膜の乾燥化を防止して電解質膜の保水管理を適切に行うことは、電解質膜の基本性能にかかわる重要な技術事項である。
【０１４５】
次に、既存の高分子電解質形の燃料電池の構成につき図面を参照して説明する。
【０１４６】
図１０に電解質接合体（ＭＥＡ；Membrane-Electrode Assembly）を備えた固体高分子電解質形の燃料電池の断面図が示されている。
【０１４７】
水素イオン伝導性を備えたパーフルオロカーボンスルフォン酸からなる高分子電解質膜１１１の両面に、この電解質膜１１１を挟むようにアノード１１４ａおよびカソード１１４ｃが配置されている。なお、参照番号の添え字ａは水素ガス等の燃料ガス関与側のアノード１１４ａに関連するものを示しており、添え字ｃは空気等の酸化剤ガス関与側のカソード１１４ｃに関連するものを示している。
【０１４８】
アノード１１４ａおよびカソード１１４ｃは共に二層膜構造を有しており、電解質膜１１１と接触する第一層膜は、多孔質カーボンに白金等の貴金属を担持した触媒と水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなるアノード１１４ａの触媒反応層１１２ａ（以下、触媒反応層１１２ａという）およびカソード１１４ｃの触媒反応層１１２ｃ（以下、触媒反応層１１２ｃという）であり、これらの触媒反応層１１２ａ、１１２ｃの外面に密着して積層する第二層膜は、通気性と電気伝導性を兼ね備えたアノード１１４ａのガス拡散層１１３ａ（以下、ガス拡散層１１３ａという）およびカソード１１４ｃのガス拡散層１１３ｃ（以下、ガス拡散層１１３ｃという）である。
【０１４９】
なお、ＭＥＡ１１７は、電解質膜１１１およびアノード１１４ａ並びにカソード１１４ｃで構成されており、このＭＥＡ１１７は機械的に固定されると共に、互いに隣接するＭＥＡ１１７同士が電気的に直列に接続される。
【０１５０】
また、アノード１１４ａの外面に接触してアノード１１４ａに対する導電性セパレータ板１１６ａ（以下、導電性セパレータ板１１６ａという）が配置され、カソード１１４ｃの外面に接触してカソード１１４ｃに対する導電性セパレータ板１１６ｃ（以下、導電性セパレータ板１１６ｃという）が配置されている。
【０１５１】
また、アノード１１４ａおよびカソード１１４ｃに反応ガスを供給して、反応後の反応生成ガスや反応に寄与しなかった余剰の反応ガスを運び去る溝（深さ：０．５ｍｍ）からなるアノード１１４ａに対する燃料ガス流路１８ａ（以下、ガス流路１８ａという）およびカソード１１４ｃに対する酸化剤ガス流路１８ｃ（以下、ガス流路１８ｃという）が導電性セパレータ板１１６ａ、１１６ｃのＭＥＡ１１７との接触面に形成されている。
【０１５２】
こうしてＭＥＡ１１７とセパレータ板１１６ａと１１６ｃからなる燃料電池セル（単セル）２０が形成される。
【０１５３】
なお、燃料電池１２１の内部には、例えば燃料電池セル１２０が１６０セル程度積層されており、より具体的には、一方の燃料電池セル１２０の導電性セパレータ板１１６ａの外面と、他方の燃料電池セル１２０の導電性セパレータ板１１６ｃの外面とが互いに向き合って接触して隣接するように燃料電池セル１２０は積層される。
【０１５４】
また、導電性セパレータ板１１６ａとこれに隣接する導電性セパレータ１１６ｃの接触面には、導電性セパレータ板１１６ａに形成された溝（深さ：０．５ｍｍ）１１９ａと、導電性セパレータ板１１６ｃに形成された溝（深さ：０．５ｍｍ）１１９ｃとからなる冷却水通路１９が設けられている。
【０１５５】
こうして冷却水通路１１９の内部を流れる冷却水によって導電性セパレータ板１１６ａ、１１６ｃの温度調整を行い、これらの導電性セパレータ１１６ａ、１１６ｃを介してＭＥＡ１１７の温度調整を可能にしている。
【０１５６】
なお、導電性セパレータ板１１６ａ、１１６ｃとしては、例えば、２０ｃｍ×３２ｃｍ×１．３ｍｍの外寸で、フェノール樹脂を含浸させた黒鉛板が用いられる。
【０１５７】
また一方、ＭＥＡ１１７の外周部のアノード側主面およびカソード側主面にそれぞれ、環状のゴム製のアノード１１４ａの側のＭＥＡガスケット１１５ａ（以下、ＭＥＡガスケット１１５ａという）およびカソード１１４ｃの側のＭＥＡガスケット１１５ｃ（以下、ＭＥＡガスケット１１５ｃという）が設けられ、導電性セパレータ板１１６ａ、１１６ｃとＭＥＡ１１７の間を、ＭＥＡガスケット１１５ａ、１１５ｃによって封止させる。こうして、ＭＥＡガスケット１１５ａ、１１５ｃによってガス流路１１８ａ、１１８ｃを流れるガスのガス混合やガスリークが防止される。更には、ＭＥＡガスケット１１５ａ、１１５ｃの外側には冷却水通流用および燃料ガス通流用並びに酸化剤ガス通流用のマニホールド穴（図示せず）が形成されている。
【０１５８】
以上のような燃料電池を使用した燃料電池発電装置のガス供給系の構成および動作について図面を参照しながら説明する。図１１は、燃料電池発電装置の基本構成を示すブロック図である。
【０１５９】
最初に、図１１および図１２を用いて、本発明の実施の形態６の燃料電池発電装置１１００の基本構成を説明する。
【０１６０】
燃料電池発電装置１１００は主として、燃料生成器１２３に原料ガスを供給するための原料ガス供給手段１２２、燃料生成器１２３に水を供給するための第二の水供給手段１７５、原料ガス供給手段１２２から供給された原料ガスおよび第二の水供給手段１７５から供給された水から改質反応によって水素リッチな燃料ガスを生成する燃料生成器１２３、加湿器１２３に酸化剤ガス（空気）を供給するための空気供給手段としてのブロア１２８、加湿器１２４に水を供給するための第一の水供給手段１７４、ブロア１２８から供給された空気を、燃料生成器１２３から供給された熱および第一の水供給手段１７４から供給された水によって加湿させる加湿器１３４、燃料生成器１２３からアノード１１４ａに供給された燃料ガスおよび加湿器１２４からカソード１１４ｃに供給された加湿酸化剤ガスを使って発電し、および熱を生成する燃料電池１２１、原料ガス供給手段１２２および第一、第二の水供給手段１７４、１７５並びに燃料生成器１２３並びにブロア１２８並びに燃料電池１２１の適切な制御を制御する制御部１２７、燃料電池１２１で生成された電力を取り出す回路部１２５およびこの回路部１２５の電圧（発電電圧）を測定する測定部１２６等から構成されている。
【０１６１】
更に、燃料電池発電装置１１００には、後ほど詳しく説明する第一の切り替え弁１２９および第一、第二、第三の遮断弁１３０、１３１、１３２が設けられ、制御部１２７によって制御されている。なお、図１１中の点線は制御信号を示している。
【０１６２】
次に、燃料電池発電装置の通常運転時（発電時）のガス供給の動作について説明する。
【０１６３】
原料ガス供給手段１２２のガス清浄部１２２ｐにおいて原料ガスに含有する燃料電池の性能劣化物質を除去して原料ガスを清浄化させたうえで、原料ガス供給配管１６３を介して清浄化原料ガスが燃料生成器１２３に供給される。なおここでは、原料ガスにメタンガス、エタンガス、プロパンガスおよびブタンガスを含有する都市ガス１３Ａを使用するため、ガス清浄部２２ｐで都市ガス１３Ａに含まれる付臭剤のターシャリブチルメルカプタン（ＴＢＭ）およびジメチルサルファイド（ＤＭＳ）並びにテトラヒドロチオフィン（ＴＨＴ）等の不純物が吸着除去される。
【０１６４】
また一方、第二の水供給手段１７５（例えば、水供給ポンプ）から燃料生成器２３の内部に水が供給される。
【０１６５】
こうして原料ガスと水蒸気から燃料生成器１２３の改質部１２３ｅにおいて改質反応によって水素ガスリッチな燃料ガス（改質ガス）が生成される。燃料生成器１２３から送出される燃料ガスは、第一の切り替え弁１２９によって燃料ガス供給配管１６１とアノード側入口１２１ａを連通させたうえで、燃料ガス供給配管１６１を介して燃料電池１２１のアノード側入口１２１ａに供給され、アノード１１４ａにおいて（１）式の反応に利用される。なお、第一の切り替え弁１２９は、アノード側入口１２１ａと燃料生成器１２３の間の燃料ガス供給配管１６１の途中に配置されている。
【０１６６】
また、燃料電池１２１に供給された燃料ガスのうち、燃料電池１２１で発電反応に利用されなかったものはアノード側出口１２１ｂから送出されアノード排気配管１４７を介して開栓状態の第一の遮断弁１３０を通って燃料電池１２１の外部に導かれる。
【０１６７】
なお、第一の遮断弁１３０は、アノード側出口１２１ｂと水除去部１３３の間のアノード排気配管１４７の途中に配置されている。外部に導かれた残余の燃料ガスは、アノード排気配管１４７の途中の第二の逆止弁１４８（第二の逆止弁１４８は流れを許す方向）を通過すると共に、第一の逆止弁１４１によって第一の連結配管１６４の方向への逆流を防止される。そして、残余の燃料ガスは、アノード排気配管１４７に配置された水除去部１３３によって水を除去された後、燃料生成器１２３の燃焼部（図示せず）に送られて、燃焼部の内部で燃焼される。なお、この燃焼によって発生する熱は、改質反応のような吸熱反応用の熱として利用される。
【０１６８】
一方、酸化剤ガス供給手段としてのブロア１２８から酸化剤ガス供給配管１６２を介して加湿器１２４に供給された酸化剤ガス（空気）は、加湿器１２４において加湿処理された後、開栓状態の第二の遮断弁１３１を通って酸化剤ガス供給配管１６２を介して燃料電池１２１のカソード側入口１２１ｃに供給され、カソード１１４ｃにおいて（２）式の反応に利用される。なお、第二の遮断弁１３１は、加湿器１２４とカソード側入口１２１ｃの間の酸化剤ガス供給配管１６２の途中に配置されている。
【０１６９】
加湿に必要な水は、第一の水供給手段１７４（例えば、水供給ポンプ）から加湿器１２４の内部に補給され、加湿に必要な熱は、図１１中に二重線で示された燃料生成器１２３から加湿器１２４に供給されている。燃料電池１２１に供給された加湿酸化剤ガスのうち、燃料電池１２１で発電反応に利用されなかったものはカソード側出口１２１ｄから開栓状態の第三の遮断弁１３２を通って燃料電池１２１の外部に導かれ、残余の酸化剤ガスはカソード排気配管１６０を介して再び加湿器１２４へ還流されて、還流酸化剤ガス中に含まれる水および熱を加湿器１２４の内部においてブロア１２８から送られる新気の酸化剤ガスに与える。なお、第三の遮断弁１３２は、カソード側出口１２１ｄと加湿器１２４の間のカソード排気配管１６０の途中に配置されている。また加湿部１２４として、イオン交換膜を用いた全熱交換加湿器１３４と温水加湿器１３５が併用されている。
【０１７０】
なおここで、原料ガス供給手段１２２およびブロア１２８並びに第一、第二の水供給手段１７４、１７５並びに燃料生成器１２３並びに燃料電池１２１の動作並びに第一の切り替え弁１２９の切り替え動作並びに第一、第二、第三の遮断弁１３０、１３１、１３２の開閉動作は、各種機器の検知信号（例えば、温度信号）に基づいて制御部１２７によって制御されて、適切なＤＳＳ運転が実施されている。
【０１７１】
こうして、アノード１１４ａの出力端子１７２ａ（以下、出力端子１７２ａという）およびカソード１１４ｃの出力端子１７２ｃ（以下、出力端子１７２ｃという）に回路部１２５が接続されて、回路部１２５に燃料電池１２１の内部で生成された電力が取り出されて、回路部１２５の発電電圧が測定部１２６にてモニタされている。
【０１７２】
ここで、燃料生成器１２３の内部には、メタンガス等の原料ガスを、水蒸気を用いて改質する改質部１２３ｅの他、改質部１２３ｅから送出された燃料ガス中に含有される一酸化炭素ガス（ＣＯガス）の一部を変成反応によって除去するＣＯ変成部１２３ｆと、ＣＯ変成部１２３ｆから送出された燃料ガス中のＣＯガス濃度を１０ｐｐｍ以下に低下させ得るＣＯ除去部１２３ｇが備えられている。ＣＯガス濃度を所定濃度レベル以下に低減させて、燃料電池１２１の動作温度域においてＣＯガスによってアノード１１４ａに含まれる白金の被毒を防ぎ、その触媒活性の劣化が回避され得る。勿論、アノード１１４ａに白金−ルテニウム等、耐ＣＯガス性を有する触媒を使用して触媒材料の面でもＣＯガス被毒の対策を講じている。
【０１７３】
メタンガスを原料ガスの例として燃料生成器１２３の内部の反応変遷をより具体的に説明すると、次のような反応が行われる。
【０１７４】
改質部１２３ｅにおいて、（４）式に示した水蒸気改質反応によって水素ガス（約９０％）とＣＯガス（約１０％）が生成される。
【０１７５】
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （４）
続いてＣＯ変成部１２３ｆにおいて、このＣＯガスは二酸化炭素に酸化され、その濃度が約５０００ｐｐｍまで減少させられる（（５）式参照）。変成部１２３ｆの下流側のＣＯ除去部１２３ｇにおいてもＣＯガスを酸化によって排除できるが、ＣＯ除去部１２３ｇは、ＣＯガスの他、有用な水素ガスまでも酸化させるため、ＣＯ変成部１２３ｆにおいて可能な限りＣＯガス濃度を低下させる方が望ましい。
【０１７６】
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2（５）
変成部１２３ｆで除去しきれなかった残留するＣＯガスは、ＣＯ除去部１２３ｇで酸化して除去されその濃度を約１０ｐｐｍ以下まで低下させられる（（６）式参照）。こうして、燃料電池１２１に用いられる燃料ガスとして使用に耐え得るＣＯガス濃度レベルに到達できる。因みに、燃料生成器１２３の全反応式を（７）式に示しておく。
【０１７７】
ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2 （６）
ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ2 （７）
次に、燃料電池発電装置１００の起動開始時の動作について説明する。
【０１７８】
燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の温度が６４０℃以下であれば、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）において（４）式の改質反応が発生されない。このため起動開始時においては、燃料ガスから送出されるガスはアノード側入口１２１ａに導かれることなく、第一の切り替え弁１２９の切り替え動作によって燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７に、第一の連結配管１６４とこの途中に設けられた第一の逆止弁１４１を介して連通させて、燃料生成器１２３から送出されたガスを第一の逆止弁１４１（第一の逆止弁は流れを許す方向）を通してアノード排気配管１４７に導く。その後、このガスは第二の逆止弁１４８によってアノード側出口１２１ｂの方向への逆流を防止されて、水除去部１３３にて水除去された後、燃料生成器１２３の燃焼器に供給されて燃焼器の内部で燃焼させられる。これによって、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の昇温を速やかに行えて、起動開始から発電までの時間を短縮できる。
【０１７９】
更に、燃料電池発電装置１１００の起動停止時の動作について説明する。
【０１８０】
燃料電池発電装置１１００の起動停止時には、第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７に連通させ、燃料ガス供給配管１６１とアノード側入口１２１ａを遮断する。また、第一、第二、第三の遮断弁１３０、１３１、１３２をそれぞれ閉じる。これによって起動停止後、燃料ガスを燃料電池１２１のアノード１１４ａに封入でき、かつ酸化剤ガスを燃料電池１２１のカソード１４ｃに封入できる。
【０１８１】
以上、通常運転時（発電時）および起動開始時並びに運転停止時について燃料電池発電装置の基本構成のガス供給系の動作を概説したが、停止期間および発電期間を有して停止と発電を頻繁に交互に反復する燃料電池発電装置（例えば、家庭用の燃料電池発電装置）においては、燃料電池の停止期間から発電期間までの間の移行期間に燃料電池の内部を加湿した原料ガスの雰囲気に曝すことによって、燃料電池の停止時における電解質膜の乾燥化や長期保管でもたらされる酸素ガス混入に起因する燃料電池の局所燃焼という燃料電池の起動および停止の反復動作に関する技術的な課題を解消することができる。
【０１８２】
なおここで、原料ガスの加湿とは、原料ガスの露点を燃料電池の稼働温度以上になるように、原料ガスの雰囲気を維持させることをいう。
【０１８３】
以下、燃料電池の内部を、上記の移行期間に加湿原料ガスで曝すことを特徴とする燃料電池発電装置のガス供給系の構成例および動作例を説明するとともに、これにより、本発明の燃料電池システムの起動方法の一実施の形態について説明を行う。
【０１８４】
図１２は、実施の形態１に係る燃料電池発電装置の構成を示したブロック図であり、図１３および図１４は、図１２の燃料電池発電装置のガス供給動作を説明するフローチャート図である。
【０１８５】
燃料電池１２１、第一の水供給手段１７４、第二の水供給手段１７５、原料ガス供給手段１２２、燃料生成器１２３、加湿器１２４、インピーダンス測定器１７３、回路部１２５、測定部１２６および制御部１２７の構成については基本構成（図１０よび図１１参照）にて説明したものと同様である。
【０１８６】
但し、以下に説明する燃料電池発電装置は、加湿原料ガスの燃料電池１２１への導入配管および切り替え弁並びに遮断弁並びにマスフローメータ等の制御部１２７の入力センサを以下のようにした点で基本構成と相違しており、ここでは配管および切り替え弁並びに遮断弁並びにマスフローメータ等の入力センサの変更点を中心に説明する。
【０１８７】
図１２において、燃料生成器１２３の出口直後の燃料ガス供給配管１６１の途中にガス流量を測定するためのアノード１１４ａのマスフローメータ１７０ａ（以下、マスフローメータ１７０ａという）が配置されている。なお、マスフローメータ１７０ａの下流側であって燃料電池１２１のアノード側入口１２１ａの上流側の第一の切り替え弁１２９は、燃料生成器１２３から延びてアノード側入口１２１ａに連通する燃料ガス供給配管１６１の途中に配置される。
【０１８８】
また、第一の切り替え弁１２９は、図１１と同様に第一の逆止弁１４１を配置された第一の連結配管１６４を介してアノード排気配管１４７と連通される。なお、第一の連結配管１６４およびアノード排気配管１４７の接続部位の位置は、水除去部１３３と第二の逆止弁１４８の間にある。
【０１８９】
アノード出口側１２１ｂから燃料生成器１２３に延びるアノード排気配管１４７の途中に第二の切り替え弁１４２が配置され、この第二の切り替え弁１４２の下流側であって水除去部１３３の上流側には、第一の遮断弁１３０および第二の逆止弁１４８がこの順番に、アノード排気配管１４７の途中に配置されている。
【０１９０】
更に、加湿器１２４からカソード側入口１２１ｃに延びる酸化剤ガス供給配管１６２の途中には、第二の遮断弁１３１および第三の切り替え弁１４３がこの順番に設けられ、カソード側出口１２１ｄから加湿器１２１に延びるカソード排気配管１６０の途中には  第四の切り替え弁１４４および第三の遮断弁１３２がこの順番に設けられている。
【０１９１】
加えて、第三の切り替え弁１４３は、第一の循環配管１４５を介してアノード排気配管１４７の途中と連結され、第四の切り替え弁１４４は、第二の循環配管１４６を介して第二の切り替え弁１４２と連結されている。なお、第一の循環配管１４５およびアノード排気配管１４７の接続部位の位置は、水除去部１３３と第二の逆止弁１４８の間にある。
【０１９２】
また、燃料電池１２１の内部の温度を検知する温度検知手段（Ｐｔ抵抗体の熱電対が望ましい）１７１は、図１２に示すように燃料電池２１のほぼ中央付近に配置され、燃料電池セル１２０中のカソード１１４ｃの導電性セパレータ板１１６ｃの内部に埋め込まれている（図１０参照）。
【０１９３】
また、後ほど詳しく説明する燃料電池１２１の電解質膜１１１の膜抵抗（導電率）を求めるため、出力端子１７２ａ、１７２ｃに接続するインピーダンス測定器１７３が設けられている。
【０１９４】
なお、出力端子１７２ａ、１７２ｃに回路部１２５が接続されて、回路部１２５において燃料電池１２１の内部で生成された電力が取り出されて、回路部１２５の電圧（発電電圧）が測定部１２６でモニタされる。
【０１９５】
ここで、マスフローメータ１７０ａの出力信号、温度検知手段１７１の出力信号（測定部１２６を介して）および出力端子１７２ａ、１７２ｃの出力信号（インピーダンス測定器１７３を介して）は、制御部１２７に入力される。こうして、マスフローメータ１７０ａの出力信号に基づき原料ガスの流量が制御部１２７によってモニタされ、温度検知手段１７１の出力信号を測定部１２６で処理された処理信号に基づき燃料電池１２１の内部温度が制御部１２７によってモニタされ、出力端子１７２ａ、１７２ｃの出力信号をインピーダンス測定器１７３で処理された処理信号に基づき電解質膜１１１の膜抵抗が制御部１２７によってモニタされている。また、制御部１２７によって以下に説明する第一、第二、第三、第四の切り替え弁１２９、１４２、１４３、１４４の切り替え動作および第一、第二、第三の遮蔽弁１３０、１３１、１３２の開閉動作は制御されている。
【０１９６】
以下、燃料電池発電装置の停止保管動作および起動開始動作並びに発電開始可否の確認動作並びに発電動作に分けて、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給の動作を、図１２のブロック図および図１３、図１４のフローチャート図を参照しながら詳細に説明する。
【０１９７】
〔燃料電池発電装置の停止保管動作〕
燃料電池発電装置１１００の停止後、燃料電池１２１の内部を原料ガスによって充填封止の状態に保って燃料電池発電装置１１００を長期保管させる。ここで、燃料電池発電装置１１００の停止保管のため、切り替え弁および遮断弁を次のように動作させる（ステップＳ４０１）。
【０１９８】
第二の切り替え弁１４２に接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びに第四の切り替え弁１４４に接続する第三の遮断弁１３２をそれぞれ閉める。
【０１９９】
この状態で、第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管１６１をアノード側入口１２１ａと遮断させる。また、第二の切り替え弁１４２を動作させてアノード側出口１２１ｂを第一の遮断弁１３０と連通させる一方、アノード側出口１２１ｂを第二の循環配管１４６と遮断させる。更に、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを第二の遮断弁１３１と連通させる一方、カソード側入口１２１ｃを第一の循環配管１４５と遮断させる。更にまた、第四の切り替え弁１４４を動作させてカソード側出口１２１ｄを第三の遮断弁１３２と連通させる一方、カソード側出口１２１ｄを第二の循環配管１４６と遮断させる。
【０２００】
こうして燃料電池２１の内部に燃料ガスおよび酸化剤ガスを確実に封入することができる。なお、燃料電池２１の内部は燃料電池稼働温度（７０℃）以下で維持されており、通常は室温（約２０℃〜３０℃）近くに保たれている。
【０２０１】
〔燃料電池発電装置の起動開始動作〕
後ほど説明する加湿原料ガスによって燃料電池１２１の内部をパージ処理させるため、最初に燃料電池１２１の触媒に悪影響を及ぼさないような原料ガスの選定および原料ガスの清浄化処置を行う（ステップＳ４０２）。
【０２０２】
具体的には、燃料電池１２１の白金触媒を表面に吸着して、水素過電圧を上昇させることを防止する目的で、原料ガス中の不純物の除去、とりわけイオウ成分の除去は必要不可欠な清浄化処理である。また原料ガス自体の選択として、燃料電池１２１の白金触媒の活性阻害等をもたらさないガスを選定することが必要であり、この観点からメタンガス、プロパンガス、ブタンガスおよびエタンガス（またはこれらの混合ガス）の何れかのガスを使用することが望ましい。
【０２０３】
次に、燃料電池１２１の内部を、稼働温度（７０℃）まで昇温する（ステップＳ４０３）。
【０２０４】
具体的な昇温方法として、例えば、ヒータ（図示せず）または燃料電池発電装置１１００のコージェネレーション給湯器（図示せず）の貯蔵温水を使用する。なお、燃料電池１２１の内部温度は、温度検知手段１７１の検知信号に基づいて制御部２７によってモニタされ、燃料電池１２１の適切な昇温動作が制御される。
【０２０５】
ここで、燃料電池１２１の内部温度が稼働温度（７０℃）以上に達している否かを判定して（ステップＳ４０４）、昇温不足であれば（Ｓ４０４においてＮｏ）、Ｓ４０３の昇温動作を継続させ、７０℃以上に到達すれば（Ｓ４０４においてＹｅｓ）、次のステップに進む。
【０２０６】
続いて、燃料生成器１２３の内部を予備加熱させるため、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させる（ステップＳ４０５）。
【０２０７】
第二の切り替え弁１４２に接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びに第四の切り替え弁１４４に接続する第三の遮断弁１３２をそれぞれ閉める。
【０２０８】
この状態で、第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管１６１をアノード側入口１２１ａと遮断させる。また、第二の切り替え弁１４２を動作させてアノード側出口１２１ｂを第一の遮断弁１３０と連通させる一方、アノード側出口１２１ｂを第二の循環配管１４６と遮断させる。更に、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを第二の遮断弁１３１と連通させる一方、カソード側入口１２１ｃを第一の循環配管１４５と遮断させる。更にまた、第四の切り替え弁１４４を動作させてカソード側出口１２１ｄを第三の遮断弁１３２と連通させる一方、カソード側出口１２１ｄを第二の循環配管１４６と遮断させる。
【０２０９】
こうして燃料生成器１２３から送出され燃料ガス供給配管１６１を流れるガスを、第一の連結配管１６４（第一の逆止弁１４１は流れを許す方向）およびアノード排気配管１４７を通って燃料生成器１２３の燃焼部に還流させ燃焼部の内部で燃焼させる。
【０２１０】
これによって、所定温度範囲（燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）において原料ガスおよび水蒸気からＣＯガスを発生させることなく、しかも原料ガスの炭素析出をさせない温度範囲）まで燃料生成器１２３を予備加熱させる（ステップＳ４０６）。
【０２１１】
具体的な燃料生成器１２３の昇温温度の範囲として、次のような理由によって３００℃以下である。もっとも効率的に原料ガスを加熱して加湿させる点から昇温温度の範囲は、好ましくは２５０℃以上である。
【０２１２】
燃料生成器２３の温度が６４０℃を超えると、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の改質反応によって原料ガスと水蒸気から水素ガスが生成し、このような水素ガスによって燃料電池２１の内部をパージ処理した場合、発電開始とともに水素ガスによって燃料電池２１の内部で局所燃焼が発生する可能性がある。
【０２１３】
燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の温度が６４０℃以下では、改質反応によって水素ガスは発生しないものの、５００℃以上、６４０℃以下の温度の範囲内では燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）において原料ガスを炭化させて原料ガスから炭素析出させる可能性があり、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の温度を５００℃以上の温度に保っておくことも好ましくない。加えて、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の温度が３００℃以下であれば、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）においてＭＥＡ１１７の触媒毒作用を有する一酸化炭素ガスが原料ガスおよび水蒸気から発生することがない。
【０２１４】
以上の理由により燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の温度を３００℃以下に保って、この温度範囲で加湿させた原料ガスをパージ処理用ガスとして使用することが好適である。
【０２１５】
なお、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の温度は、改質温度測定部（図示せず）の検知信号に基づいて制御部１２７によってモニタされて、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の適切な昇温動作が図られる。
【０２１６】
ここで、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の温度が２５０℃〜３００℃の範囲まで昇温したか否かを判定して（ステップＳ４０７）、昇温不足であれば（Ｓ４０７においてＮｏ）、Ｓ４０６の燃料生成器１２３の予備加熱動作を継続させ、２５０℃〜３００℃の範囲まで昇温したら（Ｓ４０７においてＹｅｓ）、次のステップに進む。
【０２１７】
燃料生成器１２３の予備加熱の後、燃料生成器１２３の内部を、原料ガス供給手段１２２から供給される原料ガスの露点を燃料電池１２１の稼働温度（７０℃）以上に維持できるよう原料ガスを加湿処理できる状態に移行させる（ステップＳ４０８）。既に燃料生成器１２３は３００℃近傍まで昇温されており、加湿に要する水は第二の水供給手段１７５から燃料生成器１２３に供給できるため、これらの熱と水によって燃料生成器１２３の内部で原料ガスを加湿させることが可能である。
【０２１８】
続いて、加湿原料ガス供給のため、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させる（ステップＳ４０９）。
【０２１９】
第二の切り替え弁１４２に接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びに第四の切り替え弁１４４に接続する第三の遮断弁１３２をそれぞれ閉める。
【０２２０】
この状態で、第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７と遮断させる一方、燃料ガス供給配管１６１をアノード側入口１２１ａと連通させる。また、第二の切り替え弁１４２を動作させてアノード側出口１２１ｂを第一の遮断弁１３０と遮断させる一方、アノード側出口１２１ｂを第二の循環配管１４６と連通させる。更には、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを第二の遮断弁１３１と遮断させる一方、カソード側入口１２１ｃを第一の循環配管１４５と連通させる。更にまた、第四の切り替え弁１４４を動作させてカソード側出口１２１ｄを第三の遮断弁１３２と遮断させる一方、カソード側出口１２１ｄを第二の循環配管１４６と連通させる。
【０２２１】
上記の弁動作を行った後、燃料生成器１２３から送出された加湿原料ガスは次のようにして燃料電池１２１の内部を加湿させて外部に導かれて、燃料電池１２１の内部を加湿原料ガスの雰囲気に置換するというパージ処理が行われる（ステップＳ４１０）。
【０２２２】
原料ガス供給手段１２２から供給される原料ガスはガス清浄部１２２ｐにおいて清浄化された後、原料ガス供給配管１６３を介して燃料生成器１２３に送られて、燃料生成器１２３の内部で加湿される。その後、加湿原料ガスは、燃料生成器１２３から送出され、燃料ガス供給配管１６１を介して燃料電池１２１のアノード側入口１２１ａから燃料電池１２１の内部に流入して、アノード１１４ａが加湿原料ガスの雰囲気に曝された後、加湿原料ガスはアノード側出口１２１ｄから送出されて燃料電池１２１の外部に流出する。続いて加湿原料ガスは、第二の切り替え弁１４２によって第二の循環配管１４６の方向に向きを切り替えて、この第二の循環配管１４６を通過し、第四の切り替え弁１４４によって燃料電池カソード側出口１２１ｄの方向に向きを切り替えて再び燃料電池１２１の内部に再流入する。こうしてカソード１１４ｃが加湿原料ガスの雰囲気に曝されて、原料ガスはカソード側入口１２１ｃから送出されて燃料電池１２１の外部に再流出する。
【０２２３】
その後、原料ガスは、第三の切り替え弁１４３によって向きを切り替えて第一の循環配管１４５の方向に流れて、アノード排気配管１４７に到達する。アノード排気配管１４７に到達した原料ガスは、第一、第二の逆止弁１４１、１４８によって逆流を防止されて、水除去部１３３の方向に導かれてこの水除去部１３３において加湿原料ガスから水除去された後、燃料生成器１２３の燃焼部に送られる。
【０２２４】
すなわち加湿原料ガスは、図１２中の太い点線のように燃料電池１２１のアノード側入口１２１ａおよびアノード側出口１２１ｂ並びにカソード側出口１２１ｄ並びにカソード側入口１２１ｃの順番に通過して燃料電池１２１の周囲を環状に流れてアノード排気配管１４７に至る。燃焼部に供給された燃料ガスは、燃焼部の内部で燃焼され、この燃焼で生成した熱は燃料生成器１２３の加熱に利用される。
【０２２５】
加湿原料ガスのトータル供給量は、燃料電池１２１の内部空間のガス充填可能容積の少なくとも３倍以上必要であり、例えば、ガス充填可能容積が約１．０Ｌであれば、加湿原料ガスの流量１．５Ｌ／分でもって約５分間、これを燃料電池１２１の内部に供給すれば良く、このトータル供給量はマスフローメータ１７０ａの出力信号に基づいて制御部１２７によってモニタされている。
【０２２６】
こうして燃料電池１２１の停止期間から発電期間までの間の移行期間に燃料電池１２１の内部を加湿原料ガスに曝すことができ、停止保管中に乾燥した燃料電池１２１の電解質膜１１１を加湿できると共に、仮に停止保管中に燃料電池１２１の内部に酸素ガスが混入した場合、この酸素ガスによってもたらされる燃料ガスとの局所燃焼を未然に防止できる。
【０２２７】
更に、燃料電池１２１の停止期間から発電期間までの間の移行期間に、燃料電池１２１の内部に加湿原料ガスを導くようにしたため、燃料電池１２１の内部を長期間、加湿原料ガスの雰囲気で曝すことがなく、燃料電池の電極の撥水性が損なわれない。
【０２２８】
加えて、アノード１１４ａに燃料電池１２１の停止保管中に混入した酸素ガスが万一残留すると、ルテニウム溶出をきたして触媒機能が失われるため、アノード１１４ａを経てからカソード１１４ｃに導くという加湿原料ガスの導入経路を採用して酸化劣化され易いアノード１１４ａの酸素ガスを優先的に排除する原料ガスの供給法は、触媒劣化防止の観点から理にかなっている。
【０２２９】
また、図１２の太い点線を付して示した単一の加湿原料ガス供給経路によってアノード１１４ａとカソード１１４ｃの両方を加湿処理させることができ、ガス供給配管を簡素化できる。
【０２３０】
燃料電池１２１の内部に充分、加湿原料ガスを供給した後、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させて（ステップＳ４１１）、燃料電池発電装置１１００の燃料生成器１２３の加熱促進を図って、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の内部温度を（４）式の改質反応可能な温度（約６４０℃以上）まで速やかに昇温させる。
【０２３１】
第二の切り替え弁１４２に接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びに第四の切り替え弁１４４に接続する第三の遮断弁１３２をそれぞれ閉める。
【０２３２】
この状態で、第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管１６１をアノード側入口１２１ａと遮断させる。また、第二の切り替え弁１４２を動作させてアノード側出口１２１ｂを第一の遮断弁１３０と連通させる一方、アノード側出口１２１ｂを第二の循環配管１４６と遮断させる。更に、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを第二の遮断弁１３１と連通させる一方、カソード側入口１２１ｃを第一の循環配管１４５と遮断させる。更にまた、第四の切り替え弁１４４を動作させてカソード側出口１２１ｄを第三の遮断弁１３２と連通させる一方、カソード側出口１２１ｄを第二の循環配管１４６と遮断させる。
【０２３３】
こうして燃料生成器１２３から燃料ガス供給配管１６１に送出されるガスを、第一の連結配管１６４（第一の逆止弁１４１は流れを許す方向）およびアノード排気配管１４７を通って燃料生成器１２３の燃焼部に還流させ燃焼部の内部で燃焼させる。これによって、所定温度範囲（改質反応によって原料ガスと水蒸気から水素ガスが生成する温度範囲；６４０℃以上）まで燃料生成器１２３を加熱させる（ステップＳ４１２）。
【０２３４】
ここで、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の温度が６４０℃以上に昇温したか否かを判定して（ステップＳ４１３）、昇温不足であれば（Ｓ４１３においてＮｏ）、Ｓ４１２の加熱動作を継続させ、６４０℃以上に到達したら（Ｓ４１３においてＹｅｓ）、次のステップに進む。
【０２３５】
〔燃料電池発電装置の発電開始可否の確認動作〕
燃料生成器１２３の内部を６４０℃以上に昇温させた後、燃料電池１２１の内部温度の確認および燃料電池２１の電解質膜１１の導電率の確認を行って、燃料電池発電装置１１００の発電を開始して良いか否かを判定する。
【０２３６】
第一の確認動作として、燃料電池１２１の内部温度が稼働温度（７０℃）以上であるか否かを判定して（ステップＳ４１４）、昇温不足であれば（Ｓ４１４においてＮｏ）、Ｓ４０４の昇温動作を再実行させて、７０℃以上に昇温したら（Ｓ４１４においてＹｅｓ）、次にステップに進む。
【０２３７】
第二の確認動作として、燃料電池１２１の電解質膜１１１の導電率を求めてこの導電率：σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1以上か否かを判定して（ステップＳ４１６）、σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1未満であれば（Ｓ４１６においてＮｏ）、電解質膜１１の加湿不足であると判断してＳ４０９およびＳ４１０の動作を再実行させ（ステップＳ４１７）、σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1以上であれば（Ｓ４１６においてＹｅｓ）、次のステップに進む。
【０２３８】
ここで、図面を参照して電解質膜の導電率の算出法および電解質膜の導電率と相対湿度の関係を説明する。
【０２３９】
図１５において、横軸に実抵抗成分Ｚ’をとり、縦軸にリアクタンス成分Ｚ”をとって、燃料電池１２１（電極面積：１４４ｃｍ2）に印加する交流電流の周波数を０．１Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲で可変させて測定した燃料電池１２１の交流インピーダンスプロファイル図が示されている（交流法によるインピーダンス測定）。図１５によれば、交流インピーダンスプロファイルは周波数１ｋＨｚの交流電流において横軸（Ｚ’）と交差するため、周波数１ｋＨｚの交流電流におけるインピーダンスが電解質膜１１１の抵抗Ｒｓを示すと推定される。即ち、図１５は、交流インピーダンスを測定した所謂コールコールプロット（Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅ  ｐｌｏｔ）の模式図であり、この場合、半円と横軸の交点のうちの抵抗値の小さいもの（図１５に示されたＲｓ）が電解質膜１１の膜抵抗を意味する。
【０２４０】
制御部１２７によって制御されるインピーダンス測定器１７３（図１２参照）に接続された燃料電池１２１の出力端子１７２ａ、１７２ｃに対して、インピーダンス測定器１７３から測定用交流電圧（１ｋＨｚ）を印加する。これによって得られる燃料電池１２１の電解質膜１１１の交流インピーダンスに基づいて電解質膜１１１の導電率は推定され得る。具体的には、燃料電池セル１２０を、例えば１１０セル毎に交流電圧（１ｋＨｚ）を印加して交流インピーダンスを測定して、この測定値と電解質膜１１１の膜厚および面積から電解質膜１１の導電率を算出している。
【０２４１】
このような算出法で得られた導電率がσ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1以上であれば、図１６に基づいて次のような理由で燃料電池１２１は、発電開始可能な状態であると判定できる。
【０２４２】
図１６は、電解質膜１１の温度を８０℃に保った場合、横軸に高分子電解質膜（米国ＤｕＰｏｎｔ社のＮａｆｉｏｎ１１２の電解質膜であって膜厚は５０μｍ）の相対湿度をとり、縦軸に電解質膜の導電率をとって両者の相関関係を示すものであって、電解質膜の相対湿度に電解質膜の導電率がどのように依存するかを説明するためのものである。
【０２４３】
図１６によれば、電解質膜を乾燥させるに伴って電解質膜の導電率がゼロに漸近する一方（相対湿度：２０％近傍）、電解質膜の湿度が増せば、導電率も単調に増加するという傾向が観察される。ここで、電解質膜の性能上、充分に保水された相対湿度を５０％以上とみなすと、この相対湿度に対応する導電率は、σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1である。
【０２４４】
よって、このように電解質膜の導電率（例えば、Ｎａｆｉｏｎ１１２の電解質膜においてはσ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1）を電解質膜の保水状態を求める簡易的な指標として使用することができ、導電率に基づいて燃料電池１２１の発電開始の可否を予測し得ると言える。
【０２４５】
こうして停止期間および発電期間を有する燃料電池の発電開始時期を燃料電池の温度に基づく判定に加え、燃料電池セルの電解質膜の導電率に基づく判定を実施するため、電解質膜の保水状態を的確に予測できて燃料電池発電装置の発電開始時期の判断の信頼性が向上させることができる。
【０２４６】
〔燃料電池発電装置の発電動作〕
上記の確認動作の数値が所定値に到達した後（具体的には燃料電池１２１の温度が７０℃以上、電解質膜の導電率σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1以上）、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させて燃料電池２１を発電させる（ステップＳ４１８およびステップＳ４１９）。
【０２４７】
第二の切り替え弁１４２に接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びに第四の切り替え弁１４４に接続する第三の遮断弁１３２をすべて開栓する。
【０２４８】
この状態で第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７と遮断させる一方、燃料ガス供給配管１６１をアノード側入口１２１ａと連通させる。また、第二の切り替え弁１４２を動作させてアノード側出口１２１ｂを第一の遮断弁１３０と連通させる一方、アノード側出口１２１ｂを第二の循環配管１４６と遮断させる。そして、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを第二の遮断弁１３１と連通させる一方、カソード側入口１２１ｃを第一の循環配管１４５と遮断させる。更に、第四の切り替え弁１４４を動作させてカソード側出口１２１ｄを第三の遮断弁１３２と連通させる一方、カソード側出口１２１ｄを第二の循環配管１４６と遮断させる。
【０２４９】
このような切り替え弁および遮断弁の動作によって燃料ガス供給配管１６１を介して燃料生成器１２３から送出される水素ガスリッチな燃料ガスを燃料電池１２１のアノード側入口１２１ａに導入すると共に、アノード側出口１２１ｂから送出され、アノード１１４ａで消費されなかった残余の燃料ガスを、アノード排気配管１４７を介して燃料電池１２１の燃料生成器１２３に還流させる。
【０２５０】
一方、酸化剤ガス供給配管１６２を介して加湿器１２３から送出される加湿空気（加湿酸化剤ガス）を燃料電池１２１のカソード側入口１２１ｃに導入すると共に、カソード側出口１２１ｄから送出され、カソード１１４ｃで消費されなかった残余の酸化剤ガスを、カソード排気配管１６０を介して燃料電池１２１の加湿器１２４に還流させる。
【０２５１】
こうして燃料ガスをアノード１１４ａに供給し、酸化剤ガスをカソード１１４ｃに供給して、燃料電池１２１の内部にて水素イオンと電子を生成させて、出力端子１７２ａ、１７２ｃを介して回路部１２５に電流を取り出すことができ、測定部１２６において発電電圧がモニタされる。
【０２５２】
（実施の形態７）
以下、燃料電池１２１の内部を、停止期間から発電期間までの間の移行期間に加湿原料ガスで曝すようにした燃料電池発電装置１１００のガス供給系の他の構成例を説明するとともに、これにより、本発明の燃料電池の起動方法の一実施の形態について説明を行う。
【０２５３】
図１７は、実施の形態７に係る燃料電池発電装置の構成を示したブロック図である。
【０２５４】
燃料電池１２１、第一の水供給手段１７４、第二の水供給手段１７５、原料ガス供給手段１２２、燃料生成器１２３、加湿器１２４、インピーダンス測定器１７３、回路部１２５、測定部１２６および制御部１２７の構成については実施の形態６にて説明したものと同様である。
【０２５５】
但し、実施の形態７は、加湿原料ガスの燃料電池１２１への導入配管および切り替え弁並びに遮断弁並びにマスフローメータの配置を以下のように変更した点で実施の形態６（図１２）と相違しており、ここでは配管および切り替え弁並びに遮断弁並びにマスフローメータの変更点を中心に説明する。
【０２５６】
図１２に示された第三の切り替え弁１４３とアノード排気配管１４７を繋ぐ第一の循環配管１４５を取り除く。また、ガス清浄部１２２ｐの出口直後に第六の切り替え弁１５４を配置して、これによって清浄化原料ガスを加湿器１２４（原料ガス分岐配管１５１）に送出する場合と燃料生成器１２３に送出する場合の切り替え動作を行う。加えて、加湿部１２４の内部を通って、第三の切り替え弁１４３と第六の切り替え弁１５４とを連通させる原料ガス分岐配管１５１が設けられている。更に、第一の切り替え弁１２９の下流側であって燃料電池１２１のアノード側入口１２１ａの上流側を繋ぐ燃料ガス供給配管１６１の途中に、第五の切り替え弁１５２を追加すると共に、この第五の切り替え弁１５２とアノード排気配管１４７を繋ぐ第二の連結配管１５３を設けている。なお、第二の連結配管１５３とアノード排気配管１４７との接続部位の位置は、第二の逆止弁１４８と水除去部１３３の間にある。また、マスフローメータ１７０ａ（図１２参照）を取り除いて、ガス流量を測定するためのカソード１１４ｃのマスフローメータ１７０ｃ（以下、マスフローメータ１７０ｃという）を加湿器１２４と第三の切り替え弁１４３の間であって原料ガス分岐配管１５１の途中に配置する。
【０２５７】
以下、停止保管動作および起動開始動作並びに発電開始可否の確認動作並びに発電動作に分けて、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給動作を図１７のブロック図および図１８、図１９のフローチャート図を参照しながら詳細に説明する。
【０２５８】
〔燃料電池発電装置の停止保管動作〕
燃料電池発電装置の停止後、燃料電池１２１の内部を原料ガスによって充填封止の状態に保って長期保管する。ここで、燃料電池発電装置１１００の停止保管のため、切り替え弁および遮断弁を次のように動作させる（ステップＳ８０１）。
【０２５９】
第二の切り替え弁１４２に接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びに第四の切り替え弁１４４に接続する第三の遮断弁１３２をそれぞれ閉める。
【０２６０】
この状態で、第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１を第５の切り替え弁１５２と連通させる一方、燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７と遮断させる。また、第二の切り替え弁１４２を動作させてアノード側出口１２１ｂを第一の遮断弁１３０と連通させる一方、アノード側出口１２１ｂを第二の循環配管１４６と遮断させる。更に、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを第二の遮断弁１３１と連通させる一方、カソード側入口１２１ｃを原料ガス分岐配管１５１と遮断させる。また、第四の切り替え弁１４４を動作させてカソード側出口１２１ｄと第三の遮断弁１３２を連通させる一方、カソード側出口１２１ｄと第二の循環配管１４６を遮断させる。加えて、第５の切り替え弁１５２を動作させてアノード側入口１２１ａを第一の切り替え弁１２９と連通させる一方、アノード側入口１２１ａをアノード排気配管１２７と遮断させる。
【０２６１】
こうして燃料電池１２１の内部に燃料ガスおよび酸化剤ガスを確実に封入することができる。なお、燃料電池１２１の内部の温度は通常、室温（約２０℃〜３０℃）近くになっており、これは燃料電池稼働温度（７０℃）よりも低く保たれる。
【０２６２】
〔燃料電池発電装置の起動開始動作〕
最初に、燃料電池１２１の触媒に悪影響を及ぼさないような原料ガスの選定および原料ガスの清浄化の処置を行う（ステップＳ８０２）。原料ガス清浄化の方法および原料ガス選択の内容は実施の形態６と同様である。
【０２６３】
次に、燃料電池１２１の内部を、稼働温度（７０℃）まで昇温する（ステップＳ８０３）。なお、燃料電池１２１の内部の昇温方法は、実施の形態６で説明したものと同じである。
【０２６４】
ここで、燃料電池１２１の内部温度が稼働温度（７０℃）以上にまで到達しているか否かを判定して（ステップＳ８０４）、昇温不足であれば（Ｓ８０４においてＮｏ）、Ｓ８０３の昇温動作を継続させ、７０℃以上に到達すれば（Ｓ８０４においてＹｅｓ）、次のステップに進む。
【０２６５】
続いて、第一の水供給手段１７４から加湿器１２４に供給される水および燃料生成器１２３から加湿器１２４に供与される熱を使用して、原料ガスを加湿器１２４の内部で加湿処理できる状態に移行させる（ステップＳ８０５）。
【０２６６】
具体的には、原料ガスの加湿に温水が必要であるが、加湿器１２４においては熱源としての燃焼器がないため、加湿器１２４の外部から適宜、熱を受け取ることを要する。実施の形態７においては、図１７に二重線によって燃料生成器１２３から加湿器１２４の熱供給ラインが示されているように、燃料生成器１２３の燃焼器で発生する熱を加湿器１２４に与えることで加湿器１２４の昇温を図っている。
【０２６７】
続いて、加湿原料ガスを燃料電池１２１の内部に供給するため、各種の遮断弁および切り替え弁を以下のように動作させる（ステップＳ８０６）。
【０２６８】
第二の切り替え弁１４２に接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びに第四の切り替え弁１４４に接続する第三の遮断弁１３２をそれぞれ閉める。
【０２６９】
この状態で、第二の切り替え弁１４２を動作させてアノード側出口１２１ｂを第一の遮断弁１３０と遮断させる一方、アノード側出口１２１ｂと第二の循環配管１４６を連通させる。また、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを原料ガス分岐配管１５１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを遮断弁１３１と遮断させる。更に、第四の切り替え弁１４４を動作させてカソード側出口１２１ｄを第二の遮断弁１３１と遮断させる一方、カソード側出口１２１ｄを第二の循環配管１４６と連通させる。加えて、第五の切り替え弁１５２を動作させてアノード側入口１２１ａを第一の切り替え弁１２９と遮断させる一方、アノード側入口１２１ａをアノード排気配管１４７と連通させる。更には、第六の切り替え弁１５４を動作させてガス清浄部１２２ｐと原料ガス分岐配管１５１を連通させる一方、ガス清浄部１２２ｐを燃料生成器１２３と遮断させる。
【０２７０】
こうして清浄化原料ガスは、以下のような経路で燃料電池１２１の内部に供給され（ステップＳ８０７）、燃料電池１２１の内部を加湿原料ガスの雰囲気に置換するというパージ処理が行われる。
【０２７１】
原料ガス供給手段１２２から供給され、ガス清浄部１２２ｐで清浄化された原料ガスは、原料ガス供給配管１６３を通って第六の切り替え弁１５４によって原料ガス分岐配管１５１の方向に向けられ、原料ガス分岐配管１５１を介して加湿器１２４に流入して、加湿器１２４の内部（正確には温水加湿器）で加湿される。
【０２７２】
続いて加湿原料ガスは、第三の切り替え弁１４３によって燃料電池１２１のカソード側入口１２１ｃの方向に向きを切り替えて燃料電池１２１の内部に流入する。こうしてカソード１１４ｃを加湿原料ガスの雰囲気に曝して、この加湿原料ガスはカソード側出口１２１ｄから外部に流出する。
【０２７３】
加湿原料ガスはその後、第四の切り替え弁１４４によって第二の循環配管１４６の方向に向きを切り替えて燃料電池１２１の一辺に沿って原料ガスは第二の循環配管１４６を通過して、第二の切り替え弁１４２によって燃料電池１２１のアノード側出口１２１ｂの方向に向きを切り替えて燃料電池１２１の内部に再流入する。こうしてアノード１１４ａを加湿原料ガスの雰囲気に曝して、この加湿原料ガスはアノード側入口１２１ａから外部に再流出する。
【０２７４】
再流出後の加湿原料ガスは、第五の切り替え弁１５２によって第二の連結配管１５３の方向に向きを切り替えて、この第二の連結配管１５３を通ってアノード排気配管１４７に到達する。アノード排気配管１４７に到達した原料ガスは、第一、第二の逆止弁１４１、１４８によって逆流を防止されて、水除去部１３３の方向に導かれてこの水除去部１３３において加湿原料ガスから水除去された後、燃料生成器１２３の燃焼部に送られ、燃焼器の内部で燃焼させられる。
【０２７５】
すなわち加湿原料ガスは、図１７中の太い点線のように燃料電池１２１のカソード側入口１２１ｃおよびカソード側出口１２１ｄ並びにアノード側出口１２１ｂ並びにアノード側入口１２１ａの順番に通過して燃料電池１２１の周囲をコノ字状に流れてアノード排気配管４７１に至る。加湿原料ガスのトータル供給量は、燃料電池１２１の内部空間のガス充填可能容積の少なくとも３倍以上必要であり、例えば、ガス充填可能容積が約１．０Ｌであれば、加湿原料ガスの流量１．５Ｌ／分でもって約５分間、これを燃料電池１２１の内部に供給すれば良く、このトータル供給量はマスフローメータ７０ｃの出力信号に基づいて制御部１２７によってモニタされる。
【０２７６】
こうして燃料電池１２１の停止期間から発電期間までの間の移行期間に燃料電池１２１の内部を加湿原料ガスで曝すことができて、停止保管中に乾燥した燃料電池２１の電解質膜１１１を加湿できると共に、仮に停止保管中に燃料電池１２１の内部に酸素ガスが混入した場合、この酸素ガスによってもたらされる燃料ガスとの局所燃焼を未然に防止できる。
【０２７７】
また、燃料電池１２１の停止期間から発電期間までの間の移行期間に、燃料電池１２１の内部に加湿原料ガスを導くようにしたため、燃料電池１２１の内部を長期間、加湿原料ガスの雰囲気で曝すことがなく、燃料電池１２１の電極の撥水性が損なわれない。
【０２７８】
加えて、図１７の太い点線で示すように単一の経路によって１アノード１４ａとカソード１１４ｃの両方を加湿処理させることができ、ガス供給配管を簡素化できる。
【０２７９】
燃料電池１２１の内部に充分、加湿原料ガスを供給した後、燃料生成器１２３の加熱のため、切り替え弁および遮断弁を次のように動作させる（ステップＳ８０８）。
【０２８０】
第二の切り替え弁１４２に接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びに第四の切り替え弁１４４に接続する第三の遮断弁１３２をそれぞれ閉める。
【０２８１】
この状態で、第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管１６１を第五の切り替え弁１５２と遮断させる。また、第二の切り替え弁１４２を動作させてアノード側出口１２１ｂを第一の遮断弁１３０と連通させる一方、アノード側出口１２１ｂを第二の循環配管１４６と遮断させる。更に、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを第二の遮断弁１３１と連通させる一方、カソード側入口１２１ｃを原料ガス分岐配管１５１と遮断させる。加えて、第四の切り替え弁１４４を動作させてカソード側出口１２１ｄを第三の遮断弁１３２と連通させる一方、カソード側出口１２１ｄを第二の循環配管１４６と遮断させる。また、第五の切り替え弁１５２を動作させてアノード側入口１２１ａを第一の切り替え弁１２９と連通させる一方、アノード側入口１２１ａをアノード排気配管１４７と遮断させる。
【０２８２】
更に、第六の切り替え弁１５４を動作させてガス清浄部１２２ｐを燃料生成器１２３と連通させる一方、ガス清浄部１２２ｐを原料ガス分岐配管１５１と遮断させる。
【０２８３】
上記の弁動作を行った後、燃料生成器１２３から送出されるガスを、第一の切り替え弁１２９で切り替えられて、第一の連結配管１６４およびアノード排気配管１４７を通って（第一の逆止弁１４１は流れを許す方向）、水除去部１３３で水除去された後、燃料生成器１２３に還流させてこの燃料生成器１２３の燃焼部で燃焼できるため、燃料生成器１２３の速やかに加熱できて（ステップＳ８０９）、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の内部温度を（４）式の改質反応可能な温度（約６４０℃以上）まで昇温させることができる。
【０２８４】
ここで、燃料生成器１２３の温度が６４０℃以上に昇温したか否かを判定して（ステップＳ８１０）、昇温不足であれば（Ｓ８１０においてＮｏ）、Ｓ８０９の加熱動作を継続させ、６４０℃以上に到達したら（Ｓ８１０においてＹｅｓ）、次のステップに進む。
【０２８５】
〔燃料電池発電装置の発電開始可否の確認動作〕
燃料生成器１２３を６４０℃以上に昇温させた後、燃料電池１２１の内部温度の確認および燃料電池１２１の電解質膜１１１の導電率の確認を行って、燃料電池発電装置１１００の発電を開始して良いか否かを判定する。
【０２８６】
第一の確認動作として、燃料電池１２１の内部温度が稼働温度（７０℃）以上であるか否かを判定して（ステップＳ８１１）、昇温不足であれば（Ｓ８１１においてＮｏ）、Ｓ８０３の昇温動作を再実行させて（ステップＳ８１２）、７０℃以上に昇温したら（Ｓ８１１においてＹｅｓ）、次にステップに進む。
【０２８７】
第二の確認動作として、燃料電池１２１の電解質膜１１１の導電率を求めてこの導電率：σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1以上か否かを判定して（ステップＳ８１３）、σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1未満であれば（Ｓ８１３においてＮｏ）、電解質膜１１１の加湿不足であると判断してＳ８０６およびＳ８０７の動作を再実行させ（ステップＳ８１４）、σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1以上であれば（Ｓ８１３においてＹｅｓ）、次のステップに進む。なお、電解質膜の導電率の測定法および電解質膜の導電率と相対湿度の関係については、実施の形態６において説明したものと同様である。
【０２８８】
こうして停止期間および発電期間を有する燃料電池の発電開始時期を燃料電池の温度に基づく判定に加え、燃料電池セルの電解質膜の導電率に基づく判定を実施するため、電解質膜の保水状態を的確に予測できて燃料電池発電装置の発電開始時期の判断の信頼性が向上させることができる。
【０２８９】
〔燃料電池発電装置の発電動作〕
上記の確認動作の数値が所定値に到達した後（具体的には燃料電池１２１の温度が７０℃以上、電解質膜の導電率σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1以上）、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させて燃料電池１２１を発電させる（ステップＳ８１５およびステップＳ８１６）。
【０２９０】
第二の切り替え弁１４２に接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びに第四の切り替え弁１４４に接続する第三の遮断弁１３２をすべて開栓する。
【０２９１】
この状態で第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７と遮断させる一方、燃料ガス供給配管１６１を第五の切り替え弁１５２と連通させる。また、第二の切り替え弁１４２を動作させてアノード側出口１２１ｂを第一の遮断弁１３０と連通させる一方、アノード側出口１２１ｂを第二の循環配管１４６と遮断させる。また、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを第二の遮断弁１３１と連通させる一方、カソード側入口１２１ｃを原料ガス分岐配管１５１と遮断させる。更に、第四の切り替え弁１４４を動作させてカソード側出口１２１ｄを第三の遮断弁１３２と連通させる一方、カソード側出口１２１ｄを第二の循環配管１４６と遮断させる。加えて、第五の切り替え弁１５２を動作させてアノード側入口１２１ａを第一の切り替え弁１２９と連通させる一方、アノード側入口１２１ａをアノード排気配管１４７と遮断させる。更に、第六の切り替え弁１５４を動作させてガス清浄部１２２ｐを燃料生成器１２３と連通させる一方、ガス清浄部１２２ｐを原料ガス分岐配管１５１と遮断させる。
【０２９２】
こうして切り替え弁および遮断弁の動作によって燃料ガス供給配管１６１を介して燃料生成器１２３から水素ガスリッチな燃料ガスを燃料電池１２１のアノード側入口１２１ａに導入すると共に、アノード側出口１２１ｂから送出され、アノード１１４ａで消費されなかった残余の燃料ガスを、アノード排気配管１４７を介して燃料電池１２１の燃料生成器１２３に還流させる。
【０２９３】
一方、酸化剤ガス供給配管１６２を介して加湿器１２３から送出された加湿空気（酸化剤ガス）を燃料電池１２１のカソード側入口１２１ｃに導入すると共に、カソード側出口１２１ｄから送出され、カソード１１４ｃで消費されなかった残余の酸化剤ガスを、カソード排気配管１６０を介して燃料電池１２１の加湿器１２４に還流させる。
【０２９４】
これによって燃料ガスをアノード１１４ａに供給し、酸化剤ガスをカソード１１４ｃに供給して、燃料電池１２１の内部にて水素イオンと電子を生成させて、出力端子１７２ａ、７２ｃを介して回路部１２５に電流を取り出すことができ、測定部１２６において発電電圧がモニタされる。
【０２９５】
（実施の形態８）
以下、燃料電池１２１の内部を、停止期間から発電期間までの間の移行期間に加湿原料ガスで曝すことを特徴とする燃料電池発電装置のガス供給系の他の構成例を説明する。
【０２９６】
図２０は、実施の形態３に係る燃料電池発電装置の構成を示したブロック図である。燃料電池１２１、第一の水供給手段１７４、第二の水供給手段１７５、原料ガス供給手段１２２、燃料生成器１２３、加湿器１２４、インピーダンス測定器１７３、回路部１２５、測定部１２６および制御部１２７の構成については実施の形態６にて説明したものと同様である。
【０２９７】
実施の形態８は、加湿原料ガスの燃料電池１２１への導入配管および切り替え弁並びに遮断弁並びにマスフローメータの配置を変更した点で実施の形態６と相違しており、ここでは実施の形態６に対して導入配管および切り替え弁並びに遮断弁並びにマスフローメータの変更点を中心に説明する。
【０２９８】
実施の形態６（図１２）において使用された第二、第四の切り替え弁１４２、１４４および第一、第二の循環配管１４５、１４６を取り除く。また、ガス清浄部１２２ｐの出口直後に分流弁１５５が配置され、この分流弁１５５によって加湿器１２３の方向に流れる原料ガスの流量と燃料生成器１２３の方向に流れる原料ガスの流量の比率を決めることができる。加えて、加湿部１２４の内部を通って、第三の切り替え弁１４３と分流弁１５５とを連通させる原料ガス分岐配管１５１が設けられている。更に、またマスフローメータ１７０ａに加えて、マスフローメータ１７０ｃが加湿器１２４と第三の切り替え弁１４３の間であって原料ガス分岐配管１５１の途中に設けられている。
【０２９９】
以下、停止保管動作および起動開始動作並びに発電開始可否の確認動作並びに発電動作に分けて、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給動作を図２０のブロック図および図２１、図２２のフローチャート図を参照しながら詳細に説明していく。
【０３００】
〔燃料電池発電装置の停止保管動作〕
燃料電池発電装置１１００の停止後、燃料電池１２１の内部を原料ガスによって充填封止の状態に保って長期保管する。ここで、燃料電池発電装置１１００の停止保管のため、切り替え弁および遮断弁を次のように動作させる（ステップＳ１００１）。
【０３０１】
アノード側出口１２１ｂに接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びにカソード側出口１２１ｄに接続する第三の遮断弁１３２をそれぞれ閉める。
【０３０２】
この状態で、第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管１６１をアノード側入口１２１ａと遮断させる。また、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを第二の遮断弁１３１と連通させる一方、カソード側入口１２１ｃを原料ガス分岐配管１５１と遮断させる。
【０３０３】
こうして燃料電池１２１の内部に燃料ガスおよび酸化剤ガスを確実に封入することができる。なお、燃料電池１２１の内部は燃料電池稼働温度（７０℃）以下で維持されており、室温（約２０℃〜３０℃）近くに保たれている。
【０３０４】
〔燃料電池発電装置の起動開始動作〕
燃料電池１２１の触媒に悪影響を及ぼさないような原料ガスの選定および原料ガスの清浄化処置を行う（ステップＳ１００２）。原料ガス清浄化の方法および原料ガス選択の内容は実施の形態６と同様である。
【０３０５】
続いて、燃料電池１２１の内部を稼働温度（７０℃）まで昇温する（ステップＳ１００３）。なお、燃料電池１２１の内部の昇温方法は、実施の形態６で説明したものと同じである。
【０３０６】
ここで、燃料電池１２１の内部温度が稼働温度（７０℃）以上にまで到達しているか否かを判定して（ステップＳ１００４）、昇温不足であれば（Ｓ１００４においてＮｏ）、Ｓ１００３の昇温動作を継続させ、７０℃以上に到達すれば（Ｓ１００４においてＹｅｓ）、次のステップに進む。
【０３０７】
次に、燃料生成器１２３の内部を予備加熱させるため、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させる（ステップＳ１００５）。
【０３０８】
アノード側出口１２１ｂに接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びにカソード側出口１２１ｄに接続する第三の遮断弁１３２をそれぞれ閉める。
【０３０９】
この状態で、第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管１６１をアノード側入口１２１ａと遮断させる。また、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを第二の遮断弁１３１と連通させる一方、カソード側入口１２１ｃを原料ガス分岐配管１５１と遮断させる。更に、分流弁１５５を動作させて原料ガス供給配管１６３を流れる原料ガスを全量、燃料生成器１２３に導くように、原料ガス供給配管１６３を流れる原料ガス流量に対する燃料ガス供給配管１６１を流れる原料ガス流量の分流比率を１に設定する。
【０３１０】
こうして燃料生成器１２３から送出されるガスを、第一の切り替え弁１２９の切り替え動作によって第一の連結配管１６４を通過させ（第一の逆止弁１４１は流れを許す方向）、アノード排気配管１４７を介して、第二の逆止弁１４８によって逆流を防いで燃料生成器２３の燃焼部に還流させて燃焼部で燃焼させて、燃料生成器１２３を予備加熱させる（ステップＳ１００６）。
【０３１１】
燃料生成器１２３の予備加熱の昇温温度範囲については、実施の形態６で説明したものと同じ（燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の温度を２５０℃〜３００℃の範囲に昇温）である。
【０３１２】
ここで、燃料生成器１２３（改質部１２３ｅ）の温度が２５０℃〜３００℃の範囲まで昇温したか否かを判定して（ステップＳ１００７）、昇温不足であれば（Ｓ１００７においてＮｏ）、Ｓ１００６の燃料生成器１２３の予備加熱動作を継続させ、２５０℃〜３００℃の範囲まで昇温したら（Ｓ１００７においてＹｅｓ）、次のステップに進む。
【０３１３】
燃料生成器１２３の予備加熱の後、燃料生成器１２３および加湿器１２４において原料ガス供給手段１２２から供給される原料ガスの露点を燃料電池１２１の稼働温度（７０℃）以上に維持できるよう原料ガスを加湿処理できる状態に移行させる（ステップＳ１００８）。燃料生成器１２３は３００℃近傍まで昇温されており、加湿に必要な水は第二の水供給手段１７５から燃料生成器１２３に供給され、これによって原料ガスを燃料生成器１２３の内部で加湿できる。同時に、第一の水供給手段１７４から加湿器１２４の内部に供給される水および燃料生成器１２３から加湿器１２４に供給される熱によって原料ガスを加湿器１２４の内部で加湿できる。
【０３１４】
続いて、加湿原料ガス供給のため、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させる
（ステップＳ１００９）。
【０３１５】
第二の切り替え弁１４２に接続する第一の遮断弁１３０および第四の切り替え弁１４４に接続する第三の遮断弁１３２をそれぞれ開く。
【０３１６】
この状態で、第一の切り替え弁１２９を動作させてアノード側入口１２１ａを燃料ガス供給配管１６１と連通させる一方、アノード側入口１２１ａをアノード排気配管１４７と遮断させる。また、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを原料ガス分岐配管１５１と連通させる一方、カソード側入口１２１ｃを遮断弁１３１と遮断させる。更に、分流弁１５５を動作させて、ガス清浄部１２２ｐから送出される清浄化原料ガスを加湿器１２３と燃料生成器１２３の両方にほぼ均等に導き得るように分流比率を０．５に設定する。
【０３１７】
こうして、ガス清浄部１２２ｐから送出された加湿原料ガスは以下のようにして燃料電池１２１の内部を加湿させて外部に導かれて、燃料電池１２１の内部を加湿原料ガスの雰囲気に置換するというパージ処理が行われる（ステップＳ１０１０）。
【０３１８】
ガス清浄部１２２ｐで清浄化され原料ガス供給配管１６３を介して送出される原料ガスは、原料ガス分岐配管１５１を流れる第一の原料ガスと燃料ガス供給配管１６１を流れる第二の原料ガスにほぼ均等（分流比率：０．５）に分流される。
【０３１９】
第一の原料ガスにおいては、ガス清浄部１２２ｐから原料ガス供給配管１６３を介して送出される清浄化原料ガスは、分流弁１５５で分流され、原料ガス分岐配管１５１を通って加湿器１２４に導かれ、加湿器１２４において加湿される。その後、加湿原料ガスは、第三の切り替え弁１４３によって燃料電池１２１のカソード側入口１２１ｃに向きを切り替えて原料ガス分岐配管１５１を介してカソード１１４ｃに供給される。これによって燃料電池１２１のカソード１１４ｃを加湿原料ガスの雰囲気に曝した後、加湿原料ガスはカソード側出口１２１ｄから外部に流出する。流出後の加湿原料ガスは、カソード排気配管１６０を通って加湿部１２４に戻り、この加湿部１２４にて処理された後、適宜希釈されて大気に排出される。
【０３２０】
第二の原料ガスにおいては、ガス清浄部１２２ｐから原料ガス供給配管１６３を介して送出される清浄化原料ガスが分流弁１５５で分流されて、燃料生成器１２３に導かれ、燃料生成器１２３の内部で加湿される。その後、燃料生成器１２３から送出される加湿原料ガスは、第一の切り替え弁１２９によって燃料電池のアノード側入口１２１ａに向きを切り替えて燃料ガス供給配管１６１を介して燃料電池１２１のアノード１１４ａに供給される。これによってアノード１１４ａを加湿原料ガスの雰囲気に曝した後、加湿原料ガスはアノード出口１２１ｂから燃料電池１２１の外部に流出する。流出後の加湿原料ガスは、アノード排気配管１４７を通って水除去部１３３にて水除去された後、燃料生成器１２３の燃焼部に戻され燃焼部で燃焼されて燃料生成器１２３の加熱に利用される。
【０３２１】
ここで、加湿原料ガスのトータル供給量は、燃料電池１２１の内部空間のガス充填可能容積の少なくとも３倍以上必要であり、例えば、ガス充填可能容積が約１．０Ｌであれば、加湿原料ガスの流量１．５Ｌ／分でもって約５分間、これを燃料電池１２１の内部に供給すれば良く、このトータル供給量はマスフローメータ１７０ａおよびマスフローメータ１７０ｃの出力信号に基づいて制御部１２７でモニタされる。
【０３２２】
こうして燃料電池１２１の停止期間から発電期間までの間の移行期間に燃料電池１２１の内部を加湿原料ガスで曝すことができて、停止保管中に乾燥した燃料電池１２１の電解質膜１１１を加湿できると共に、仮に停止保管中に燃料電池の内部に酸素ガスが混入した場合、この酸素ガスによってもたらされる燃料ガスとの局所燃焼を未然に防止できる。また、燃料電池１２１の停止期間から発電期間までの間の移行期間に、燃料電池１２１の内部に加湿原料ガスを導くようにしたため、燃料電池１２１の内部を長期間、加湿原料ガスの雰囲気で曝すことがなく、燃料電池の電極の撥水性が損なわれない。加えて、第一の原料ガスと第二の原料ガスは互いに混合することなく別個独立して、燃料電池１２１のカソード１１４ｃに第一の原料ガスを通過させ、燃料電池１２１のアノード１１４ａに第二の原料ガスを通過させるように構成したため、アノード１１４ａおよびカソード１１４ｃの両方を確実に加湿処理できる。
【０３２３】
燃料電池１２１の内部に充分、加湿原料ガスを供給した後、燃料生成器１２３を加熱させるため、切り替え弁および遮断弁を次のように動作させる（ステップＳ１０１１）。
【０３２４】
アノード側出口１２１ｂに接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びにカソード側出口１２１ｄに接続する第三の遮断弁１３２をそれぞれ閉める。
【０３２５】
この状態で、第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管１６１をアノード側入口１２１ａと遮断させる。また、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを第二の遮断弁１３１と連通させる一方、カソード側入口１２１ｃを原料ガス分岐配管１５１と遮断させる。分流弁１５５を動作させて原料ガス供給配管１６３を流れる原料ガスを全量、燃料生成器１２３に導くように、原料ガス供給配管１６３を流れる原料ガス流量に対する燃料ガス供給配管１６１を流れる原料ガス流量の分流比率を１に設定する。
【０３２６】
こうして燃料生成器１２３から送出されるガスを、第一の切り替え弁１２９の切り替え動作によって第一の連結配管１６４を通過させ（第一の逆止弁１４１は流れを許す方向）、アノード排気配管１４７を介して、第二の逆止弁１４８によってアノード側出口１２１ｂの方向への逆流を防いで燃料生成器１２３の燃焼部に還流させて燃焼部で燃焼させて、燃料生成器１２３を加熱させる（ステップＳ１０１２）。
【０３２７】
ここで、燃料生成器１２３の温度が６４０℃以上に昇温したか否かを判定して（ステップＳ１０１３）、昇温不足であれば（Ｓ１０１３においてＮｏ）、Ｓ１０１２の加熱動作を継続させ、６４０℃以上に到達したら（Ｓ１０１３においてＹｅｓ）、次のステップに進む。
【０３２８】
〔燃料電池発電装置の発電開始可否の確認動作〕
燃料生成器１２３の昇温完了の後、燃料電池１２１の内部温度の確認および燃料電池１２１の電解質膜１１１の導電率の確認を行って、燃料電池発電装置１１００の発電を開始して良いか否かを判定する。
【０３２９】
第一の確認動作として、燃料電池１２１の内部温度が稼働温度（７０℃）以上であるか否かを判定して（ステップＳ１０１４）、昇温不足であれば（Ｓ１０１４においてＮｏ）、ステップＳ１００３の昇温動作を再実行させて（ステップＳ１０１５）、７０℃以上に昇温したら（Ｓ１０１４においてＹｅｓ）、次にステップに進む。
【０３３０】
第二の確認動作として、燃料電池１２１の電解質膜１１１の導電率を測定してこの導電率：σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1以上か否かを判定して（ステップＳ１０１６）、σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1未満であれば（Ｓ１０１６においてＮｏ）、電解質膜１１１の加湿不足であると判断してＳ１００９およびＳ１０１０の動作を再実行させ（ステップＳ１０１７）、σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1以上であれば（Ｓ１０１７においてＹｅｓ）、次のステップに進む。
【０３３１】
なお、電解質膜の導電率の測定法および電解質膜の導電率と相対湿度の関係については、実施の形態６において説明したものと同様である。
【０３３２】
こうして停止期間および発電期間を有する燃料電池の発電開始時期を燃料電池の温度に基づく判定に加え、燃料電池セルの電解質膜の導電率に基づく判定を実施するため、電解質膜の保水状態を的確に予測できて燃料電池発電装置の発電開始時期の判断の信頼性が向上させることができる。
【０３３３】
〔燃料電池発電装置の発電動作〕
上記の確認動作が所定値に到達した後（具体的には燃料電池１２１の内部温度が７０℃以上、電解質膜の導電率σ＝１．９３×１０-2Ｓｃｍ-1以上）、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させて燃料電池２１を発電させる（ステップＳ１０１８およびステップＳ１０１９）。
【０３３４】
アノード側出口１２１ｂに接続する第一の遮断弁１３０および第三の切り替え弁１４３に接続する第二の遮断弁１３１並びにカソード側出口１２１ｄに接続する第三の遮断弁１３２をすべて開栓する。
【０３３５】
この状態で、第一の切り替え弁１２９を動作させて燃料ガス供給配管１６１をアノード排気配管１４７と遮断させる一方、燃料ガス供給配管１６１をアノード側入口１２１ａと連通させる。また、第三の切り替え弁１４３を動作させてカソード側入口１２１ｃを第二の遮断弁１３１と連通させる一方、カソード側入口１２１ｃを原料ガス分岐配管１５１と遮断させる。加えて、分流弁１５５を動作させて原料ガス供給配管１６３を流れる原料ガスを全量、燃料生成器１２３に導くように、原料ガス供給配管１６３を流れる原料ガス流量に対する燃料ガス供給配管１６１を流れる原料ガス流量の分流比率を１に設定する。
【０３３６】
こうした切り替え弁および遮断弁の動作によって燃料ガス供給配管１６１を介して燃料生成器１２３から送出された水素ガスリッチな燃料ガスを燃料電池１２１のアノード側入口１２１ａに導入すると共に、アノード側出口１２１ｂから送出され、アノード１１４ａで消費されなかった残余の燃料ガスを、アノード排気配管１４７を介して燃料電池１２１の燃料生成器１２３に還流させる。また、酸化剤ガス供給配管１６２を介して加湿器１２３から加湿空気（酸化剤ガス）を燃料電池１２１のカソード側入口１２１ｃに導入すると共に、カソード側出口１２１ｄから送出され、カソード１１４ｃで消費されなかった残余の酸化剤ガスを、カソード排気配管１６０を介して燃料電池１２１の加湿器１２４に還流させる。
【０３３７】
これによって燃料ガスをアノード１１４ａに供給し、酸化剤ガスをカソード１１４ｃに供給して、燃料電池１２１の内部にて水素イオンと電子を生成させて、出力端子１７２ａ、７２ｃを介して回路部１２５に電流を取り出すことができ、測定部１２６において発電電圧がモニタされる。
【０３３８】
（実施例）
実施の形態６〜実施の形態８に記載の加湿原料ガスのパージ処理によってもたらされる燃料電池の性能安定化の効果を以下のような燃料電池１２１の特性評価（ＭＥＡ１７の電圧評価）によって検証した。なお、この燃料電池１２１の特性評価においては、燃料電池発電装置１１００の触媒材料として次のようなものを使用する。
【０３３９】
脱硫触媒体の材質例としてはゼオライトを使用し、改質部２３ｅの改質触媒体例としてはＲｕ／Ａｌ2Ｏ3を使用し、変成部２３ｆの変成触媒体例としてはＰｔ／ＣｅＺｒＯｘ（Ｐｔ＝２ｗｔ％、Ｃｅ：Ｚｒ＝１：１、ｘ＝３または４）を使用し、およびＣＯ除去部２３ｇのＣＯ除去触媒体例としてはＰｔ／Ａｌ2Ｏ3およびＲｕ／ゼオライトをハニカム
にしてＰｔ／Ａｌ2Ｏ3（上流側）とＲｕ／ゼオライトを１：１で使用する。
【０３４０】
また、燃料電池１２１のＭＥＡ１１７は、次のような製法で作ったものを使用する。
【０３４１】
炭素粉末であるケッチェンブラック（ケッチェンブラックインターナショナル株式会社製のＫｅｔｊｅｎ  Ｂｌａｃｋ  ＥＣ、粒径３０ｎｍ）上にＰｔ触媒を担持させて得られる触媒体（５０重量％のＰｔ）６６重量部を、水素イオン伝導材であって結着剤のパーフルオロカーボンスルフォン酸アイオノマー（米国Ａｌｄｒｉｃｈ社製の５重量％のＮａｆｉｏｎ分散液）３３重量部（高分子乾燥重量）と混合して得られる混合物を成形して触媒反応層１２ａ、１２ｃ（１０〜２０μｍ）が形成される。
【０３４２】
炭素粉末であるアセチレンブラック（電気化学工業株式会社製のデンカブラック、粒径３５ｎｍ）を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の水性ディスパージョン（ダイキン工業株式会社製のＤ１）と混合し、乾燥重量としてＰＴＦＥを２０重量％含む撥水インクを調製する。このインクを、ガス拡散層１１３ａ、１１３ｃの基材となるカーボンペーパー（東レ株式会社製のＴＧＰＨ０６０Ｈ）の上に塗布して含浸させ、熱風乾燥機を用いて３００℃で熱処理してガス拡散層１３ａ、１３ｃ（約２００μｍ）を形成する。
【０３４３】
こうして製作したガス拡散層１３ａ、１３ｃと触媒反応層１２ａ、１２ｃとを、高分子電解質膜１１１（米国ＤｕＰｏｎｔ社のＮａｆｉｏｎ１１２の電解質膜）の両面に接合し、ＭＥＡ１１７を完成させる。
【０３４４】
このような燃料電池発電装置１１００の触媒材料系において燃料電池１２１の起動（発電）停止の回数を４０００回まで行い、加湿原料ガスのパージ処理を行わない比較例と共に実施の形態６〜８に記載の加湿原料ガスのパージ処理例のＭＥＡ電圧の変化を以下の表に纏めて示している。なお、図２３に、横軸に燃料電池の起動停止回数をとり、縦軸にＭＥＡ１１７の電圧をとって、加湿原料パージ処理例（実施の形態８）と比較例におけるＭＥＡ１７の電圧変化の様子が示されている。
【０３４５】
実施の形態６〜８の加湿原料ガスによるパージ処理によれば、発電および停止の反復動作に基づく局所燃焼等が防止できるため、ＭＥＡ１１７の劣化が抑制されて起動停止回数に依存することなく長期間、燃料電池１２１の電圧が安定して維持される。
【０３４６】
これに対して比較例においては、局所燃焼等によってＭＥＡ１１７の触媒劣化が進行して、起動停止回数が１０００回以降においてＭＥＡ１１７の電圧の僅かの低下が観察され、更には、３０００回以降においてＭＥＡ１１７が破壊（穴あき）されてＭＥＡ１１７の電圧が急峻に減少している。
【０３４７】
【表１】
2006066106.tif 000010
【０３４８】
なお、上記の各実施の形態において、燃料電池発電装置１１００は本発明の燃料電池システムに相当し、燃料電池１２１は本発明の燃料電池に相当し、燃料ガス供給配管１６１は本発明の燃料ガス配管に相当し、第一の切替弁１２９は本発明の燃料ガス開閉弁に相当し、これらは本発明の燃料ガス供給手段を構成する。
【０３４９】
また、酸化ガス供給配管１６２は本発明の酸化剤ガス配管に相当し、第二の遮断弁１３１は本発明の酸化剤ガス開閉弁に相当し、これらは本発明の酸化剤ガス供給手段を構成する。
【０３５０】
また、原料ガス供給配管１５１と、第三の切り替え弁１４３と燃料電池１２１のカソード側入口との間を接続する配管とは、本発明の原料ガス配管に相当し、第三の切り替え弁１４３は本発明の原料ガス開閉弁に相当し、これらは本発明の原料ガス供給手段を構成する。
【０３５１】
また、第二の切替弁１５２は本発明のアノード側オフガス開閉弁に相当し、第二の連結配管１５３は本発明のアノード側排出配管に相当する。また第四の切替弁１４４は本発明のカソード側オフガス開閉弁に相当し、第二の循環配管１４６は本発明のカソード側排出配管に相当する。
【０３５２】
さらに第二の循環配管１４６は本発明の付加原料ガス配管に相当し、第四の切替弁１４４および第二の切替弁１４２は本発明の付加原料ガス開閉弁に相当する。また制御部１２７は本発明の制御手段に相当する。
【０３５３】
また、以上の実施の形態６〜８は、以下のような発明の実施の形態にも相当するものとしてもよい。すなわち、第１の発明として、燃料ガス流路を有する燃料電池と、原料ガスを供給する原料ガス供給手段とを備え、前記燃料電池の発電期間には、前記燃料ガス流路に前記原料ガスから生成される燃料ガスを供給することによって前記燃料電池を発電させ、停止と発電を交互に反復する燃料電池における停止期間から発電期間までの間の前記燃料電池の移行期間には、前記原料ガス供給手段から送出された原料ガスを加湿して、この加湿された原料ガスの雰囲気に前記燃料電池の内部を曝す燃料電池発電装置としてもよい。
【０３５４】
また、第２の発明として、前記燃料ガス流路に前記原料ガスを流通させることによって前記燃料電池の内部の電解質膜を前記原料ガスの雰囲気に曝す第１の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３５５】
また、第３の発明として、前記原料ガスの露点を前記燃料電池の稼働温度以上に維持できるように、前記原料ガスを加湿する第２の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３５６】
また、第４の発明として、前記原料ガス供給手段はガス清浄部を備え、前記ガス清浄部によって前記原料ガス中のイオウ成分を除去した後、前記原料ガスの雰囲気に前記燃料電池の内部を曝す第１から第３のいずれかの発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３５７】
また、第５の発明として、前記原料ガスは、メタンガス、プロパンガス、ブタンガスおよびエタンガスのうちの何れかのガスである第４の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３５８】
また、第６の発明として、前記原料ガス供給手段から供給される前記原料ガスと水蒸気とから前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器を備え、前記移行期間に前記原料ガス供給手段から送出された原料ガスを、前記燃料生成器の内部で加湿する際に、前記燃料生成器において前記原料ガスを炭化させる下限温度よりも低く、前記燃料生成器の温度を維持する第１の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３５９】
また、第７の発明として、前記燃料生成器の温度を３００℃以下に維持する第６の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３６０】
また、第８の発明として、前記燃料電池の内部に電解質膜を挟むアノードとカソードが配置され、前記アノードを前記原料ガスの雰囲気に曝した後、前記カソードを前記原料ガスの雰囲気に曝す第１の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３６１】
また、第９の発明として、前記原料ガス供給手段から供給される前記原料ガスと水蒸気とから前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器を備え、前記原料ガスを前記燃料生成器の内部で加湿する第８の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３６２】
また、第１０の発明として、前記燃料電池の内部に電解質膜を挟むアノードとカソードが配置され、前記カソードを前記原料ガスの雰囲気に曝した後、前記アノードを前記原料ガスの雰囲気に曝す第１の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３６３】
また、第１１の発明として、前記カソードに供給する、前記燃料ガスとの発電反応用の酸化剤ガスを加湿する加湿器を備え、前記原料ガスを前記加湿器で加湿する第１０の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３６４】
また、第１２の発明として、前記燃料電池の内部に電解質膜を挟むアノードとカソードが配置され、前記カソードを前記原料ガスから分流する前記第一の原料ガスの雰囲気に曝すと共に、前記アノードを前記原料ガスから分流する前記第二の原料ガスの雰囲気に曝す第１の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３６５】
また、第１３の発明として、前記原料ガス供給手段から供給される前記原料ガスと水蒸気とから前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器および前記カソードに供給する酸化剤ガスを加湿する加湿器を備え、前記第一の原料ガスを前記加湿器の内部で加湿し、前記第二の原料ガスを前記燃料生成器の内部で加湿する第１２の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３６６】
また、第１４の発明として、前記燃料電池の内部に電解質膜を備え、前記電解質膜の導電率に基づいて前記発電期間を開始させる第１の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３６７】
また、第１５の発明として、前記燃料電池の内部における所定の相対湿度に対応する前記電解質膜の導電率に基づいて前記発電期間を開始させる第１４の発明の燃料電池発電装置としてもよい。
【０３６８】
（実施の形態９）
本発明の実施の形態９の燃料電池システムを、図２４を参照しながら説明する。図２４は、本実施の形態の燃料電池システムの構成図である。
【０３６９】
燃料電池スタック２０１は、単電池（Ｃ１〜Ｃｎ）を複数個（ｎ個）積層して構成されている。単電池は、水素イオン伝導性高分子電解質膜、前記電解質膜を挟む一対の電極、及び前記一対の電極にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するガス流路を有する一対のセパレータ板からなる。
【０３７０】
燃料電池スタックにおける空気極側には、燃料電池スタックの電圧および内部抵抗に基づき酸化剤ガスの供給量を制御する酸化剤ガス制御装置２０２、酸化剤ガスを加湿する加湿部として全熱交換式加湿器２０９および温水式加湿器２０１０を設置した酸化剤ガス供給配管２０１３が接続されている。
【０３７１】
一方、燃料極側には、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器２０３および原料ガスを清浄化するガス清浄部２０８を設置した燃料ガス供給配管２０１２が接続されている。
【０３７２】
また、燃料ガス供給配管２０１２および酸化剤ガス供給配管２０１３には、ガスの流路を切り換える電磁弁２０７１〜２０７９が設置されている。燃料電池スタック１の集電板（図示せず）には電力回路部６が接続され、各単電池（Ｃ１〜Ｃｎ）の電圧は電圧検知装置２０４により検知され、単電池の内部抵抗は高周波抵抗計２０１１などの測定部により測定される。制御部２０５は、燃料電池スタック、燃料生成器、ガス清浄部、加湿部、電力回路部、および測定部を制御し、特に、検出された電圧および内部抵抗に基づいて電力回路部２０６において出力される電力量、燃料生成器２０３で生成する燃料ガス量、電磁弁２０７１〜２０７９における弁の開閉を制御する。
【０３７３】
次に、上述した本実施の形態の燃料電池システムの運転方法を表２および図２５〜２９を参照しながら説明する。表２は、本実施の形態の燃料電池システムの運転方法の工程（シーケンス）を示し、図２５〜２９は、それぞれ表２の各ステップにおける単電池の内部抵抗の平均値、燃料電池スタックの温度、発電電力、および単電池の電圧の平均値の推移を示す。なお、ここでは、単電池を７０個積層した場合（ｎ＝７０の場合）を示す。
【０３７４】
【表２】
2006066106.tif 000011
【０３７５】
まず、通常運転時（ステップ１）では、空気極に加湿空気が供給され、燃料極に加湿改質ガス（ＳＲＧ）が供給されて、発電が行われる。このとき、電池温度は７０℃であり、各単電池の平均電圧は約０．７５Ｖであり、発電電力は１ｋＷである。
【０３７６】
この燃料電池システムの運転を停止する場合には、停止前に乾燥した不活性ガスを燃料電池スタックに供給し、単電池の内部抵抗を１．０Ω・ｃｍ2以上とする工程（１）を含む操作を行う。
【０３７７】
この操作により、停止時において、電極内における局部電池の形成を抑制することができる。また、停止中に外部より酸素が混入した場合でも高分子電解質膜のプロトン伝導性が小さく反応性が低いため、空気極の酸化、空気極への不純物の吸着、および燃料極における触媒成分の溶出による電極の劣化を抑制することができる。
【０３７８】
工程（１）における単電池の内部抵抗は、１．０〜３．０Ω・ｃｍ2であるのが好ましい。３．０Ω・ｃｍ2を超えると、停止時の乾燥と起動時の加湿とを繰り返した場合に、水分量の変化が大きくなり、高分子電解質膜の膨潤と収縮の繰り返しによる体積変化が大きくなり、電極が破損しやすくなる。
【０３７９】
まず、ステップ２では、空気極に供給するガスを乾燥した不活性ガスに切り替え、外部出力を停止する。このとき、電池電圧は徐々に低下し、単電池の平均電圧は約０．１０〜０．１５Ｖとなる。これは、空気極内部が不活性ガスに置換され、燃料極の水素が空気極に自然拡散することにより両極の電位が近づくためである。なお、通常の燃料電池の構成では空気極の流路体積と燃料極の流路体積はほぼ同じであり、水素と酸素が拡散し反応すると水素の方が過剰に存在するため、両極の電位は標準水素電極に対して０Ｖに近づく。
【０３８０】
次に、ステップ３では、燃料電池スタックにおける単電池の内部抵抗が１．０Ω・ｃｍ2以上になるまで両極に乾燥した不活性ガスを供給する。ステップ２および３では、燃料電池スタックの温度は７０℃に維持されている。
【０３８１】
すなわち、表１では、上述した工程（１）は、ステップ３に相当する。
【０３８２】
燃料電池スタックにおける単電池の内部抵抗が１．０Ω・ｃｍ2以上であるステップ４では、燃料極および空気極のガス流路を封止し、ガスの流通を止め、電池温度を低下させ、運転を停止する。
【０３８３】
燃料電池システムの運転を開始する場合は、発電開始前に燃料電池スタックに加湿した不活性ガスを供給し、単電池の内部抵抗を０．３Ω・ｃｍ2以下とする工程（２）を含む操作を行う。この操作により、起動時において、熱の発生による内部抵抗の増大を抑制できる。
【０３８４】
工程（２）における単電池の内部抵抗は０．１〜０．３Ω・ｃｍ2であるのが好ましい。運転時における単電池の内部抵抗は０．１Ω・ｃｍ2程度である。
【０３８５】
ステップ５では、燃料電池スタックを昇温しながら燃料電池スタックにおける単電池の内部抵抗が０．３Ω・ｃｍ2以下になるまで、加湿した不活性ガスを空気極および燃料極に供給する。このステップ５により、停止中に乾燥状態であった高分子電解質膜が加湿され燃料電池スタックが発電可能な状態に戻る。
【０３８６】
すなわち、表１では、上述した工程（２）は、ステップ５に相当する。
【０３８７】
ステップ６では、燃料極に供給するガスを加湿した改質ガス（ＳＲＧ）に切り替え、単電池の平均電圧が約０．１０〜０．１５Ｖの状態でしばらく運転する。このとき、自然拡散により水素が燃料極から空気極に移動することにより、電極触媒が還元・清浄化される。
【０３８８】
そして、ステップ７では、空気極に供給するガスを加湿空気に切り替え、１ｋＷの発電を行う。
【０３８９】
上記の方法で運転した場合、運転の起動・停止の繰り返しによる燃料電池スタックの劣化を抑制することができる。
【０３９０】
上記で用いられる不活性ガスとして、ガス清浄部２０８で清浄化された原料ガスを用いることができる。例えば、原料ガスとしてメタンやプロパンなどを含む都市ガスを用いる場合は、不純物として都市ガス中に含まれる付臭剤（Ｓ成分）を除去し、清浄化したものが不活性ガスとして用いられる。なお、この不純物の除去は、触媒層中に含まれるＰｔの被毒を防止するために行われる。
【０３９１】
ステップ２および３で用いられる乾燥した不活性ガスとしては、例えば、ガス清浄部２０８を経由し、燃料生成器２０３の間に設けられたバイパス２０３ｂを通過した原料ガスが用いられる。
【０３９２】
また、ステップ５および６で用いられる加湿した不活性ガスには、例えば、ガス清浄部２０８を経由し、３００℃以下の燃料生成器２０３を通過した原料ガスが用いられる。燃料生成器２０３の温度が３００℃以下の場合は、原料ガスは水素含有ガスに改質されずに、原料ガスの加湿のみが行われる。
【０３９３】
また、加湿した不活性ガスには、例えば、ガス清浄部２０８を経由した後、燃料ガス供給管と空気供給管とを連結する連結管２０１２ａを通過した原料ガスが、燃料生成器２０３で発生した熱と水を用いて、温水式加湿器２０１０にて加湿されたものを用いることができる。
【０３９４】
また、不活性ガスとして燃料電池スタック２０１に供給された上記の原料ガスは、燃料生成器２０３の燃焼用燃料として再利用することができる。
【０３９５】
このように原料ガスを不活性ガスとして利用することができるため、窒素ガスボンベ等の不活性ガスを供給する装置を別途設ける必要がなくてすむ。したがって、燃料電池システムを複雑にすることなくコストをかけずに、容易に燃料電池スタックの劣化を抑制することができる。
【０３９６】
以下に、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はそれらのみに限定されない。
【０３９７】
（実施例）
以下に示す方法により図２９に示す構成の燃料電池スタックを作製した。図２９は、燃料電池スタックの一部を示す概略縦断面図である。
(１)膜・電極接合体の作製
炭素粉末としてアセチレンブラック（電気化学工業（株）製のデンカブラック、粒径３５ｎｍ）を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の水性ディスパージョン（ダイキン工業（株）製のＤ１）と混合し、乾燥重量としてＰＴＦＥを２０重量％含む撥水インクを得た。このインクを、ガス拡散層用基材としてカーボンペーパー（東レ（株）製のＴＧＰＨ０６０Ｈ）の上に塗布して含浸させた後、熱風乾燥機により３００℃で熱処理し、厚さ約２００μｍのガス拡散層２０２３ａ、２０２３ｂを得た。
【０３９８】
一方、炭素粉末としてケッチェンブラック（ケッチェンブラックインターナショナル（株）製のＫｅｔｊｅｎ  Ｂｌａｃｋ  ＥＣ、粒径３０ｎｍ）上に触媒としてＰｔを担持し、５０重量％のＰｔを含む触媒粉末を得た。この触媒粉末と、水素イオン伝導性高分子電解質かつ結着剤であるパーフルオロカーボンスルホン酸アイオノマー（米国Ａｌｄｒｉｃｈ社製、５重量％Ｎａｆｉｏｎ分散液）とを乾燥重量で重量比２：１の割合で混合し、この混合物を成形して厚さ１０〜２０μｍの触媒層２０２２ａ、２０２２ｂを形成した。
【０３９９】
上記で得られた触媒層２０２２ａ、２０２２ｂおよびガス拡散層２０２３ａ、２０２３ｂを、水素イオン伝導性高分子電解質膜２１（米国ＤｕＰｏｎｔ社製、Ｎａｆｉｏｎ１１２膜）の両面に接合した。そして、高分子電解質膜２１と、高分子電解質膜２１を挟む、触媒層２０２２ａおよびガス拡散層２０２３ａからなるアノード２０２４ａ、ならびに触媒層２０２２ｂおよびガス拡散層２０２３ｂからなるカソード２０２４ｂとで構成される膜・電極接合体（以下、ＭＥＡと表す）２０２７を得た。
【０４００】
このとき、ＭＥＡ２０２７における高分子電解質膜２０２１の外周縁部に、ゴム製のガスケット２０２５を接合した。ガスケット２０２５には、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却水が流通するマニホールド穴を形成した。
(２)燃料電池スタックの組み立て
アノード２０２４ａに燃料ガスを供給する深さ０．５ｍｍのガス流路２０２８ａを有するアノード側セパレータ板２０２６ａと、カソード２０２４ｂに酸化剤ガスを供給する深さ０．５ｍｍのガス流路２０２８ｂを有するカソード側セパレータ板２０２６ｂとを準備した。セパレータ板２０２６ａおよび２０２６ｂには、いずれも外寸２０ｃｍ×３２ｃｍ×１．３ｍｍの、フェノール樹脂を含浸させた黒鉛板を用いた。また、ガス流路を有する面と反対側の面には、深さ０．５ｍｍの冷却水流路２０２９が形成されている。
【０４０１】
アノード側セパレータ板２０２６ａのガス流路２０２８ａを有する面をＭＥＡ２０２７におけるアノード２０２４ａの面に重ね合わせ、さらにカソード側セパレータ板２０２６ｂのガス流路２０２８ｂを有する面をＭＥＡ２０２７のカソード２０２４ｂの面に重ね合わせ、単電池を得た。この単電池を７０個積層し、電池積層体を得た。この時、セパレータ２０２６ａの冷却水流路２０２９を有する面と、セパレータ２０２６ｂの冷却水流路２０２９を有する面とが重ね合わせられることにより、単セル毎に冷却部が形成された。また、セパレータ板の冷却部を有する面には、冷却水の外部への流出を防止するため、冷却水流路の周りを囲むようにゴム製のシール部２０３０が設けられた。
【０４０２】
そして、この電池積層体の両端に、ステンレス鋼製の集電板と、電気絶縁材料からなる絶縁板および端板とを配し、全体を締結ロッドで固定し、燃料電池スタックを作製した。この時の、締結圧はセパレータ板の面積当たり１５ｋｇｆ／ｃｍ2とした。
【０４０３】
［燃料電池システムの評価］
そして、上記で得られた燃料電池スタック２０１を上述した図２４と同様の構成の燃料電池システムに接続し、上述した表２と同様の工程で以下に示すような運転試験を行った。
【０４０４】
ステップ１として、上記で得られた燃料電池システムにおける燃料ガス供給管および酸化剤ガス供給管に、それぞれ原料ガスとしての１３Ａガスおよび酸化剤ガスとしての空気を供給した。このとき、燃料電池スタックにおける電池温度を７０℃、燃料ガス利用率（Ｕｆ）を７０％、空気利用率（Ｕｏ）を４０％とした。なお、燃料ガスおよび空気は、それぞれ６５℃および７０℃の露点を有するように加湿した。パージ用のガスとしてはガス清浄部８を通過した１３Ａガスを用いた。
【０４０５】
そして、上述した表２におけるステップ１〜６の時間を、それぞれステップ１：８０分、ステップ２：２０分、ステップ３：３０分、ステップ４：４８時間、ステップ５：３０分、およびステップ６：２０分として、ステップ１〜６を１００サイクル行った。なお、運転試験は室温（２７℃）で行った（実験番号１）。
【０４０６】
なお、乾燥した不活性ガスには、ガス清浄部で清浄化された原料ガスを用いた。また、加湿した不活性ガスには、３００℃以下の燃料生成器を通過した原料ガスを用いた。
【０４０７】
ステップ１〜６の時間を表３に示す条件に変えた以外は、上記実験番号１と同様にして運転試験を行った。
【０４０８】
【表３】
2006066106.tif 000012
【０４０９】
通常運転時（ステップ１）では、実施番号１〜１２のいずれの場合も、単電池の内部抵抗は、０．１Ω・ｃｍ2であった。
【０４１０】
まず、ステップ３の時間を変えた実施番号１、２、６〜８における運転試験の結果を表３に示す。なお、表４中の内部抵抗は、ステップ３および５の終了時点における各単電池の内部抵抗の平均値を示す。また、劣化率は、起動と停止を交互に繰り返したときの１サイクル（ステップ１〜６）当たりの各単電池の電圧の低下分の平均値を示す。
【０４１１】
【表４】
2006066106.tif 000013
【０４１２】
ステップ３の時間が異なるこれらの条件では、運転停止中の内部抵抗が異なる結果が得られた。
【０４１３】
ここで、燃料電池スタックの発電電力が、一般の大型発電所の電力に対してランニングコストとしてメリットを有するには、起動停止の繰り返しに伴う劣化、すなわち電圧低下が約４０００サイクルで８０ｍＶ以下、すなわち２０μＶ／サイクル以下であることが許容範囲とされている。停止時の内部抵抗が１．０〜３．０Ω・ｃｍ2である実施番号１および２では、燃料電池スタックの電圧低下が抑制された。
【０４１４】
これに対して、停止時の内部抵抗が１．０Ω・ｃｍ2以下である実験番号６および７では、電圧低下が大きくなった。これは、停止時の乾燥状態が不十分なため、電極内部での加湿水による細孔閉塞が起こり、局部電池が形成され、電極が劣化したためと考えられる。また、停止時の内部抵抗が１０Ω・ｃｍ2の実験番号８では、大幅に電圧が低下した。
これは、停止時の乾燥と起動時の加湿との繰り返しによる水分量の変化が大きすぎるため、高分子電解質膜の膨潤と収縮の繰り返しによる体積変化が大きくなり、電極が破損したためであると考えられる。
【０４１５】
次に、実施番号１、３、９および１０の運転試験の結果を表５に示す。
【０４１６】
【表５】
2006066106.tif 000014
【０４１７】
ステップ５での昇温・湿潤時間が異なるこれらの条件では、起動時の内部抵抗値が異なる結果が得られた。起動時の内部抵抗が０．３Ω・ｃｍ2以下である実施番号１および３では、電圧の低下が抑制された。
【０４１８】
これに対して、起動時の内部抵抗が０．３を超える実験番号９および１０では、電圧低下が大きかった。これは、起動時の内部抵抗が高い状態で発電を開始することにより、高分子電解質膜のプロトン伝導性が低く、反応抵抗が大きくなり、高分子電解質膜が劣化したためと考えられる。
【０４１９】
次に、実施番号１、２、４〜８、１１、および１２の運転試験の結果を表６に示す。
【０４２０】
【表６】
2006066106.tif 000015
【０４２１】
実施番号１および４、ならびに実験番号２および５は、ステップ４の停止時間が異なる
が、停止時間の長さにかかわらず、電圧低下が小さく、燃料電池スタックの劣化が抑制された。
【０４２２】
これに対して、実験番号６および１１、ならびに実験番号７および１２では、停止時間が長く、実験番号１１および１２の方が電圧低下が大きくなった。これは、これらのステップ３の乾燥条件では、停止前の乾燥が不十分であり、電極内部で局部電池が形成され、停止時間が長いほど電極の劣化が進行したためと考えられる。
【０４２３】
なお、本実施例では、高分子電解質膜としてＮａｆｉｏｎ１１２を用いたが、高分子電解質膜として用いられる他の材料においても同様の効果が得られた。また、本実施例では、試験温度を２７℃の室温としたが、これ以外の温度でも、例えば参考文献１（Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ，ｖｏｌ．３，ｐ５６７，Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）記載のＮａｆｉｏｎ１１２の導電性のアレニウスプロットより本発明に係る有効な内部抵抗の範囲は算出することができる。
【０４２４】
また、以上の実施の形態９は、以下のような発明の実施の形態にも相当するものとしてもよい。すなわち、第１の発明として、水素イオン伝導性高分子電解質膜、前記電解質膜を挟む一対の電極、および前記一対の電極にそれぞれ燃料ガスと酸化剤ガスとを供給する流路を有する一対のセパレータ板からなる単電池を複数個積層した燃料電池スタック；
原料ガスから前記燃料ガスを生成する燃料生成器；
前記原料ガスを清浄化するガス清浄部；
前記酸化剤ガスを加湿する加湿部；
前記燃料電池スタックから電力を取り出す電力回路部；
前記単電池の電圧および抵抗を測定する測定部；ならびに
前記燃料電池スタック、燃料生成器、ガス清浄部、加湿部、電力回路部および測定部を制御する制御部を具備し、
前記燃料電池システムの運転停止時における前記単電池の内部抵抗が１．０Ω・ｃｍ2以上であることを特徴とする燃料電池システムとしてもよい。
【０４２５】
また、第２の発明として、前記測定部が高周波抵抗計を備えた第１記載の燃料電池システムとしてもよい。
【０４２６】
また、第３の発明として、前記制御部が、前記燃料電池システムの運転を停止する前に、前記運転の温度を維持した状態で、乾燥した不活性ガスを前記燃料電池スタックに供給することにより、前記単電池の内部抵抗を１．０Ω・ｃｍ2以上に制御する第１の発明の燃料電池システムとしてもよい。
【０４２７】
また、第４の発明として、前記制御部が、前記運転の温度を維持した状態で、乾燥した不活性ガスを前記燃料電池スタックに供給する第３の発明の燃料電池システムとしてもよい。
【０４２８】
また、第５の発明として、前記制御部が、前記燃料電池システムの運転を開始する前に、前記燃料電池スタックに加湿した不活性ガスを供給することにより、前記単電池の内部抵抗を０．３Ω・ｃｍ2以下に制御する第１の発明の燃料電池システムとしてもよい。
【０４２９】
また、第６の発明として、前記不活性ガスが、前記ガス清浄部で浄化された原料ガスである第３〜５のいずれかの発明の燃料電池システムとしてもよい。
【０４３０】
また、第７の発明として、前記不活性ガスが、起動時の前記燃料生成器において３００℃以下の温度下で発生する加湿した原料ガスである第５の発明の燃料電池システムとしてもよい。
【０４３１】
また、第８の発明として、前記不活性ガスが、起動時の前記燃料生成器で発生する熱と水を用いて、前記加湿部において加湿した原料ガスである第５の発明の燃料電池システムとしてもよい。
【０４３２】
また、第９の発明として、前記原料ガスが、前記燃料電池スタックに供給された後、前記燃料生成器の燃焼用燃料として利用される第６〜８のいずれかの発明の燃料電池システムとしてもよい。
【０４３３】
また、第１０の発明として、水素イオン伝導性高分子電解質膜、前記電解質膜を挟む一対の電極、および前記一対の電極にそれぞれ燃料ガスと酸化剤ガスとを供給するガス流路を有する一対のセパレータ板からなる単電池を複数個積層した燃料電池スタックを具備した燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムの運転を停止する前に、乾燥した不活性ガスを前記燃料電池スタックに供給し、前記単電池の内部抵抗を１．０Ω・ｃｍ2以上とする工程（１）を含むことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【０４３４】
また、第１１の発明として、前記工程（１）において、前記燃料電池スタックを運転温度に維持する第１０の発明の燃料電池システムの運転方法としてもよい。
【０４３５】
また、第１２の発明として、前記燃料電池システムの運転を開始する前に、前記燃料電池スタックに加湿した不活性ガスを供給し、前記単電池の内部抵抗を０．３Ω・ｃｍ2以下とする工程（２）を含む第１０の発明の燃料電池システムの運転方法としてもよい。
【０４３６】
また、第１３の発明として、原料ガスを清浄化する工程（３）を含み、前記工程（１）および（２）において、前記浄化された原料ガスを前記不活性ガスとして用いる第１０または１２の発明の燃料電池システムの運転方法としてもよい。
【０４３７】
また、第１４の発明として、原料ガスから前記燃料ガスを生成する工程（４）および原料ガスを加湿する工程（５）を含み、前記工程（２）において、前記加湿した原料ガスを前記不活性ガスとして用いる第１２の発明の燃料電池システムの運転方法としてもよい。
【０４３８】
また、第１５の発明として、前記工程（４）において発生する熱と水を用いて、前記工程（５）において原料ガスを加湿する第１４の発明の燃料電池システムの運転方法としてもよい。
【０４３９】
（実施の形態１０）
はじめに、図３０〜３２を主として参照しながら、本実施の形態の燃料電池発電装置の構成について説明する。
【０４４０】
図３０は、本発明の実施の形態１０における燃料電池の中でも高分子電解質型燃料電池（以降、ＰＥＦＣと称する）の基本構成を示している。
【０４４１】
燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸化剤ガスをガス拡散電極によって電気化学的に反応させるもので、電気と熱とを同時に発生させるものである。
【０４４２】
水素などの燃料ガスの関与する側をアノードと呼び、関連する手段の符号にａを付け、空気などの酸化剤ガスの関与する側をカソードと呼び、関連する手段の符号にｃを付けた。
【０４４３】
３０１は電解質であり、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜等が利用させる。電解質１（以降、膜と称することもある）の両面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層３０２ａ、３０２ｃを密着して配置してある。この触媒反応層で前述の（化１）と（化２）に示す反応が発生する。
【０４４４】
少なくとも水素を含む燃料ガス（以降、アノードガスと称する）は（化１）に示す反応（以降、アノード反応と称する）を行う。
【０４４５】
電解質１を介して移動した水素イオンは、酸化剤ガス（以降、カソードガスと称する）と触媒反応層３０２ｃで（化２）に示す反応（以降、カソード反応と称する）を行い、水を生成し、このとき電気と熱を生ずる。
【０４４６】
さらに触媒反応層３０２ａ、３０２ｃの外面には、ガス通気性と導電性を兼ね備えた拡散層３０３ａ、３０３ｃをこれに密着して配置する。この拡散層３０３ａ、３０３ｃと触媒反応層３０２ａ、３０２ｃにより電極３０４ａ、３０４ｃを構成する。
【０４４７】
３０５は膜電極接合体（以降、ＭＥＡと称する）であり、電極３０４ａ、３０４ｃと電解質３０１とで形成している。
【０４４８】
ＭＥＡ３０５を機械的に固定するとともに、隣接するＭＥＡ３０５同士を互いに電気的に直列に接続し、さらに電極に反応ガスを供給し、かつ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路３０６ａ、３０６ｃをＭＥＡ５に接する面に形成した一対の導電性のセパレータ３０７ａ、３０７ｃを、配置する。
【０４４９】
膜３０１と、１対の触媒反応層３０２ａ、３０２ｃと、一対の拡散層３０３ａ、３０３ｃと、一対の電極３０４ａ、３０４ｃと、一対のセパレータ３０７ａ、３０７ｃで基本の燃料電池（以降、セルと称する）を形成する。
【０４５０】
セパレータ３０７ａ、３０７ｃにはＭＥＡ３０５とは反対の面に、隣のセルのセパレータ３０７ｃまたはセパレータ３０７ａが接する。
【０４５１】
３０８ａ、３０８ｃはセパレータ３０７ａ、３０７ｃ同士が接する側に設けられた冷却水通路であり、ここに冷却水が流れる。冷却水はセパレータ３０７ａ、３０７ｃを介してＭＥＡ３０５の温度を調整するように熱を移動させる。
【０４５２】
３０９はＭＥＡ３０５とセパレータ３０７ａ、３０７ｃを封止するＭＥＡガスケットである。
【０４５３】
膜３０１は固定電荷を有しており、固定電荷の対イオンとして水素イオンが存在している。膜３０１には水素イオンを選択的に透過させる機能が求められるが、そのためには膜３０１が水分を保持していることが必要である。膜３０１が水分を含むことにより、膜３０１内に固定されている固定電荷が電離し、固定電荷の対イオンである水素がイオン化し、移動できるようになるからである。
【０４５４】
図３１は、セルを積層したスタックの斜視図である。
【０４５５】
燃料電池セルの電圧は通常０．７５Ｖ程度と低いために、セルを直列に複数個積層し、高電圧と成るようにしている。
【０４５６】
３０２１はスタックから外部に電流を取り出すための集電板であり、３０２２はセルと外部を電気的に絶縁するための絶縁板である。３０２３はセルを積層したスタックを締結し、機械的に保持する端板である。
【０４５７】
図３２は、本発明の実施の形態１の燃料電池発電装置を表す図である。
【０４５８】
３０３１は燃料電池システムの外筐体である。
【０４５９】
３０３２は燃料ガスから燃料電池に悪影響を与える物質を除去する清浄部であり、原料ガス配管から燃料ガスを導く。
【０４６０】
３０３３は仕切弁であり、原料ガスの流れを制御する。
【０４６１】
３０３４は燃料生成器であり、原料ガスから少なくとも水素を含む燃料ガスを生成する。
【０４６２】
燃料電池の運転時は燃料生成器３０３４には原料ガス配管と仕切弁３０３５を介して原料ガスが導かれる。
【０４６３】
３０３６はスタックであり、図３０および図３１で詳細を示したものである。燃料ガス配管を通じ、燃料生成器３０３４から燃料電池スタック３０３６に燃料ガスが導かれる。
【０４６４】
３０３７は仕切弁であり、燃料ガスの燃料電池スタック３０３６への流れを制御する。また、停止保管時には仕切弁３０３７はスタック内に不活性ガスをパージおよび封止する働きを行う。また、停止保管時には仕切弁３０３７はスタック内に不活性ガスをパージおよび封止する働きを行う。
【０４６５】
なお、不活性ガスとは、必ずしもヘリウム、ネオンなどのいわゆる希ガスや窒素のこととは限らず、ガス清浄部で清浄化された原料ガスなどのように燃料電池に対し不活性なガスであればよく、要するに所定のパージ用ガスのことである（以下同様）。
【０４６６】
３０３９はブロアであり、酸化剤ガスは吸気管を通して燃料電池スタック３０３６に導入される。
【０４６７】
３０４１は仕切弁であり、燃料ガスの燃料電池スタック３０３６への流れを制御する。
【０４６８】
燃料電池スタック３０３６で利用されなかった酸化剤ガスは仕切弁３０４２を介して排気される。また、停止保管時には仕切弁３０４２はスタック内に不活性ガスをパージおよび封止する働きを行う。
【０４６９】
３０４０は加湿器である。燃料電池は水分が必要なため、燃料電池スタック３０３６に流れ込む酸化剤ガスはここで加湿される。
【０４７０】
燃料電池スタック３０３６で利用されなかった燃料ガスはオフガス管により再び、燃料生成器３０３４に流れ込む。オフガス管からのガスは燃焼などに用いられ、原料ガスから燃料ガスを生成するための吸熱反応等に利用される。
【０４７１】
停止保管時には仕切弁３０４２はスタック内に不活性ガスをパージおよび封止する働きを行う。
【０４７２】
３０４３は仕切弁であり、燃料電池スタック３０３６から燃料生成器３０３４へ流れるオフガスを制御する。
【０４７３】
３０４４は燃料電池スタック３０３６から電力を取り出す電力回路部であり、３０４５はガスや電力回路部、仕切弁などを制御する制御部である。
【０４７４】
３０４６はポンプであり、冷却水入り口配管から燃料電池スタック３０３６の水経路に水を流す。燃料電池スタック３０３６を流れた水は冷却水出口配管から外部に水が運ばれる。燃料電池スタック３０３６を水が流れることにより、発熱した燃料電池スタック３０３０３６を一定の温度に保ちながら、発生した熱を燃料電池システム外部で利用できるようになるのである。
【０４７５】
酸素濃度検知器３０５０、３０５１は燃料電池スタック３０３６内を満たした不活性ガスの酸素濃度変化を検知し、所定濃度以上の酸素濃度を検知した場合、制御部３０４５へ信号発信し、仕切弁の動作を行う。
【０４７６】
実施の形態１０の燃料電池発電装置は、燃料電池からなる燃料電池スタック３０３６と、ガス清浄部３０３２と、燃料生成器３０３４と、電力回路部３０４４と、制御部３０４５と、酸素濃度検知器より構成されている。
【０４７７】
なお、酸素濃度検知器３０５０、３０５１を含む手段は本発明の酸素濃度検知手段に対応し、制御部３０４５は本発明のパージ用ガス注入手段に対応し、本実施の形態の燃料電池発電装置は本発明の燃料電池運転装置に対応する。
【０４７８】
また、ガス清浄部３０３２は、本発明の燃料ガス清浄化手段に対応する。
【０４７９】
また、仕切弁３０４１は本発明の酸化剤ガス流路上流弁に対応し、仕切弁３０４２は本発明の酸化剤ガス流路下流弁に対応し、仕切弁３０３７は本発明の燃料ガス流路上流弁に対応し、仕切弁３０４３は本発明の燃料ガス流路下流弁に対応する。
【０４８０】
つぎに、本実施の形態の燃料電池発電装置の動作について説明する。なお、本実施の形態の燃料電池発電装置の動作について説明しながら、本発明の燃料電池運転方法の一実施の形態についても説明する（以下同様）。
【０４８１】
まず、基本動作を説明し、本実施の形態の燃料電池発電装置のポイントとなる保管に関する動作については後述する。
【０４８２】
図３２において、弁３０３３が開となり、原料ガス配管から原料ガスがガス清浄部３０３２に流れ込む。
【０４８３】
原料ガスとしては、天然ガス、プロパンガスなど炭化水素系のガスを使用することが出来るが、本実施の形態ではメタン、エタン、プロパン、ブタンガスの混合ガスである１３Ａを用いた。
【０４８４】
ガス清浄部３２としては、特にＴＢＭ（ターシャリブチルメルカプタン）、ＤＭＳ（ジメチルサルファイド）、ＴＨＴ（テトラヒドロチオフィン）等のガス付臭剤の除去の除去を行う部材を用いている。付臭剤などの硫黄化合物は燃料電池の触媒に吸着し、触媒毒となり反応を阻害するためである。
【０４８５】
燃料生成器３４では（化９）に示す反応等により、水素が生成される。
【０４８６】
（化９）
ＣＨ3＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ（−２０３．０ＫＪ／ｍｏｌ）
ここで水素と水分を含む燃料ガスが作成し、燃料ガス配管を介して燃料電池の燃料電池スタック３０３６に流れ込む。
【０４８７】
酸化剤ガスはブロア３０３９により加湿器３０４０を通った後、燃料電池スタック３０３６に流れ込む。酸化剤ガスの排ガスは排気管より外部に排出される。
【０４８８】
加湿器３０４０として、温水に酸化剤ガスを流すものや、酸化剤ガス中に水を吹き込むもの等が使用できるが、本実施の形態では全熱交換型を使用した。これは、排ガス中の水と熱とを加湿器３０４０を通過する際に、吸気管から運ばれる原料となる酸化剤ガス中に移動させるものである。
【０４８９】
冷却水は、ポンプ３０４６より冷却水入り口配管から燃料電池スタック３０３６の水経路に流された後、冷却水出口配管から外部に水が運ばれる。図３２では図示が省略されているが、冷却水入り口配管や冷却水出口配管には、通常給湯器などが配管されている。燃料電池の燃料電池スタック３０３６で発生する熱を取りだし、給湯等に利用できるようになるのである。
【０４９０】
燃料電池スタック３０３６内での燃料電池の動作について図３０を用いて説明する。
【０４９１】
ガス流路３０６ｃに空気などの酸化剤ガスを流し、ガス流路３０６ａに水素を含む燃料ガスを流す。
【０４９２】
燃料ガス中の水素は拡散層３０３ａを拡散し、触媒反応層３０２ａに達する。触媒反応層３０２ａで水素は水素イオンと電子に分けられる。電子は外部回路を通じてカソード側に移動される。水素イオンは膜３０１を透過しカソード側に移動し触媒反応層３０２ｃに達する。
【０４９３】
空気などの酸化剤ガス中の酸素は拡散層３０３ｃを拡散し、触媒反応層３０２ｃに達する。触媒反応層３０２ｃでは酸素が電子と反応し酸素イオンとなり、さらに酸素イオンは水素イオンと反応し水が生成される。つまりＭＥＡ３０５の周囲で酸化剤ガスと燃料ガスが反応し水が生成され、電子が流れる。
【０４９４】
さらに反応時に熱が生成し、ＭＥＡ３０５の温度が上昇する。
【０４９５】
そのため冷却水経路３０８ａ、３０８ｃに水などを流すことにより反応で発生した熱を水で外部に運び出す。つまり、熱と電流（電気）が発生するのである。
【０４９６】
このとき、導入されるガスの湿度と反応で発生する水の量の管理が重要である。水分が少ないと膜３０１が乾燥し、固定電化の電離が少なくなるために水素の移動が減少するので、熱や電気の発生が小さくなる。一方水分が多すぎると、ＭＥＡ３０５の周りまたは触媒反応層３０２ａ、３０２ｃの周囲に水が溜まってしまい、ガスの供給が阻害され反応が抑制されるため、熱と電気の発生が減少してしまう。（以降、この状態をフラッティングと称する。）
燃料電池のセルで反応した後の動作について図３２を用いて説明する。
【０４９７】
酸化剤ガスの使用されなかった排ガスは加湿器３０４０を介し、熱と水分をブロア３０３９から送られてきた酸化剤ガスに渡した後、外部へ排出される。
【０４９８】
燃料ガスの使用されなかったオフガスはオフガス管により再び、燃料生成器３０３４に流れ込む。オフガス管からのガスは燃料生成器３０３４中では燃焼などに用いられる。原料ガスから燃料ガスを生成するための反応は（化４）で示されるように吸熱反応であるため、反応に必要な熱として利用されるのである。
【０４９９】
電力回路部４４は燃料電池が発電を開始した後、燃料電池スタック３６から直流の電力を引き出す役割をする。
【０５００】
制御部３０４５は燃料電池システムの他の部分の制御を最適に保つよう制御するものである。
【０５０１】
つぎに、本実施の形態の燃料電池発電装置のポイントとなる保管に関する動作についてより具体的に説明する。
【０５０２】
原料ガスは都市ガスの１３Ａガス、酸化剤ガスとしては空気をそれぞれ用いた。
【０５０３】
燃料電池の温度は７０℃、燃料ガス利用率（Ｕｆ）は７０％、酸素利用率（Ｕｏ）は４０％の条件とした。
【０５０４】
燃料ガスおよび空気は、それぞれ７０℃の露点を有するように加湿した。
【０５０５】
電力回路部３０４４から電流を取り出した。電流は電極の見かけ面積あたりで、０．２Ａ／ｃｍ2となるように調整した。
【０５０６】
冷却水入り口配管および冷却水出口配管には、貯湯タンク（図示されていない）が取り付けてある。
【０５０７】
冷却水入り口配管中の水の温度は７０℃、冷却水出口配管中の水の温度は７５℃となるようにポンプ３０４６を調節した。
【０５０８】
起動停止および保管の条件は以下のようにした。
【０５０９】
なお、図３４にスタックの電圧変化と酸素濃度変化を示した。
【０５１０】
運転条件Ａでは、定常運転工程を行った後、停止工程１に移った。
【０５１１】
なお、スタックからの電流は電力回路部３０４４により取り出されるが、燃料電池スタック３０３６の代表的な単セルの電圧が０．５Ｖを切ると電流の取り出しを停止し、０．７Ｖを超えると再び電流を取り出すように制御部３０４５により制御した。
【０５１２】
停止工程１では、ブロア３０３９を停止させ燃料電池スタック３０３６への空気の供給を停止し、仕切弁３０４８を開け、ガス清浄部３０３２で付臭剤などの硫黄化合物、アンモニアやアミン物質などの窒素化合物、一酸化炭素などの燃料電池に悪影響を与える物質を取り除いた原料ガスをポンプ３０４９より流し込んだ。
【０５１３】
次に、停止工程２を行った。
【０５１４】
仕切弁３０３５を閉め、燃料生成器３０３４から燃料電池スタック３０３６への燃料ガスの供給を停止し、仕切弁３０４７を開け、ガス清浄部３０３２で付臭剤などの硫黄化合物、アンモニアやアミン物質などの窒素化合物、一酸化炭素などの燃料電池に悪影響を与える物質を取り除いた原料ガスを燃料電池スタック３０３６へ流し込んだ。燃料電池スタック３０３６から原料ガスにより燃料電池スタック３０３６から押し出された燃料ガスをオフガス管から燃料生成器３０３４へ戻し、燃料電池スタック３０３６内の燃料ガスを原料ガスにより入れ替えた。
【０５１５】
次に、停止工程３を行った。
【０５１６】
停止工程３では、アノード側にある仕切弁３０３７と仕切弁３０４３を閉じ、カソード側にある仕切弁３０４１と仕切弁３０４２を閉じ燃料電池スタック３０３６内を原料ガスで満たし封止し、ポンプ３０４９を停止した。また、ポンプ３０４６は停止し、外部との冷却水移動を無くした。
【０５１７】
次に保管工程１となる。保管工程１は高温になっている燃料生成器３０３４や燃料電池スタック３０３６の温度が徐々に下がり、最終的には外部の温度と同じとなる。
【０５１８】
保管工程２では、酸素濃度検知器３０５０、３０５１がともに１０ｐｐｍ（通常の測定方法で検出可能な酸素濃度の下限値におよそ相当する）の酸素濃度を検知したため、制御部３０４５からの信号により、アノード側にある仕切弁３０３７と仕切弁３０４３を開け、また、カソード側にある仕切弁３０４１と仕切弁３０４２を開け、ポンプ３０４９を作動し、再度燃料電池スタック３０３６へ原料ガスを再注入し、アノード側にある仕切弁３０３７と仕切弁３０４３とカソード側にある仕切弁３０４１と仕切弁３０４２を閉め封止した。
【０５１９】
要するに、酸化剤ガスおよび燃料ガス供給路の酸化剤極および燃料極の上下流に仕切弁を設置し、両極と下流の仕切弁の間に酸素濃度検知器を配置し、酸素濃度検知器が所定濃度を検知することで両極の上下流に配置された仕切弁を開閉し再度不活性ガスを再注入するわけである。
【０５２０】
より具体的には、酸素濃度検知器が仕切弁を作動させる酸素濃度を１０ｐｐｍ以上とすることで酸素による触媒劣化を生じない耐久性に優れた燃料電池発電装置を実現できる。
【０５２１】
次に起動工程１となる。
【０５２２】
起動工程１では、仕切弁３０３５を開け、燃料生成器３０３４に原料ガスが流され、水素を含み一酸化炭素などの燃料ではない物質の濃度が一定以下となるように処理を行い、次いで仕切弁３０４７を閉め、ポンプ３０４９を停止し、アノード側にある仕切弁３０３７と仕切弁３０４３を開け、燃料電池スタック３０３６に原料ガスを供給した。
【０５２３】
燃料電池スタック３０３６は、ポンプ３０４６を動作させ、燃料電池スタック３０３６よりも温度の高い水を循環させ、温度を上昇させても良い。
【０５２４】
次に起動工程２に入る。
【０５２５】
起動工程２では、ブロア３０３９を動作させ、カソード側にある仕切弁３０４１と仕切弁３０４２とを開け、空気を燃料電池スタック３０３６に送り込んだ。
【０５２６】
次いで燃料や電流を制御し、定常運転工程の条件になった後は、定常運転工程として運転する。
【０５２７】
本実施の形態では、原料ガスの再注入が１回である例を示したが、これに限らず酸素濃度検知器が所定濃度を検知した場合同様の動作を数回行っても同様の効果が得られた。
【０５２８】
かくして、燃料電池発電装置の燃料極および酸化剤極を不活性ガスでパージし封止する停止方法により、酸素による触媒劣化を防止し、保管中に両極の酸素濃度を測定し、所定以上の濃度を検出した場合、再度不活性ガスを再注入することで触媒劣化を抑制し、長期間の保管においても触媒劣化を生じない耐久性に優れた燃料電池発電装置を実現することができる。
【０５２９】
ここに、燃料電池に対し不活性なガスとしてガス清浄部で清浄化された原料ガスを用いることにより、簡便に起動停止および保管による劣化を少なくできる。
【０５３０】
なお、上述した本実施の形態においては、仕切弁３０４１と仕切弁３０４２との間の部分における酸化剤ガス流路酸素濃度の検知、および（ｂ）仕切弁３０３７と仕切弁３０４３との間の部分における燃料ガス流路酸素濃度の検知の両方が行われた。しかし、これに限らず、仕切弁３０４１と仕切弁３０４２との間の部分における酸化剤ガス流路酸素濃度の検知、または（ｂ）仕切弁３０３７と仕切弁３０４３との間の部分における燃料ガス流路酸素濃度の検知の一方が行われてもよい。
【０５３１】
また、上述した本実施の形態においては、（ａ）仕切弁３０４１と仕切弁３０４２との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、および（ｂ）仕切弁３０３７と仕切弁３０４３との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入の両方が行われた。しかし、これに限らず、（ａ）仕切弁３０４１と仕切弁３０４２との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、または（ｂ）仕切弁３０３７と仕切弁３０４３との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入の一方が行われてもよい。
【０５３２】
なお、このような所定のパージ用ガスの注入は、上述した本実施の形態においては、検知された酸化剤ガス流路酸素濃度および検知された燃料ガス流路酸素濃度の両方が所定値以上である場合に行われた。しかし、これに限らず、このような所定のパージ用ガスの注入は、検知された酸化剤ガス流路酸素濃度または検知された燃料ガス流路酸素濃度の一方が所定値以上である場合に行われてもよい。
【０５３３】
（実施の形態１１）
はじめに、図３３を主として参照しながら、本実施の形態の燃料電池発電装置の構成について説明する。
【０５３４】
図３３は、本発明の実施の形態１１の燃料電池発電装置を表す図である。
【０５３５】
本実施の形態の燃料電池発電装置は、図３２に示した実施の形態１０の燃料電池発電装置と基本的に同様であるが、酸素濃度検知器の変わりに、燃料電池スタック３０３６のアノードとカソードの電位変化を観察する電圧検知器３０５２を配置した燃料電池発電装置である。要するに、本実施の形態の原理は、酸素の電極への吸着により生じる吸着電位に起因した電位上昇を観測する点にある。
【０５３６】
なお、本実施の形態では、ＭＥＡ３０５（図３０参照）を以下のようにして作成した。
【０５３７】
炭素粉末であるアセチレンブラック（電気化学工業（株）製のデンカブラック、粒径３５ｎｍ）を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の水性ディスパージョン（ダイキン工業（株）製のＤ１）と混合し、乾燥重量としてＰＴＦＥを２０重量％含む撥水インクを調製した。
【０５３８】
このインクを、ガス拡散層の基材となるカーボンペーパー（東レ（株）製のＴＧＰＨ０６０Ｈ）の上に塗布して含浸させ、熱風乾燥機を用いて３００℃で熱処理し、ガス拡散層（約２００μｍ）を形成した。
【０５３９】
一方、炭素粉末であるケッチェンブラック（ケッチェンブラックインターナショナル（株）製のＫｅｔｊｅｎ  Ｂｌａｃｋ  ＥＣ、粒径３０ｎｍ）上にＰｔ触媒を担持させて得られた触媒体（５０重量％がＰｔ）６６重量部を、水素イオン伝導材かつ結着剤であるパ
ーフルオロカーボンスルホン酸アイオノマー（米国Ａｌｄｒｉｃｈ社製の５重量％Ｎａｆｉｏｎ分散液）３３重量部（高分子乾燥重量）と混合し、得られた混合物を成形して触媒層（１０〜２０μｍ）を形成した。
【０５４０】
上述のようにして得たガス拡散層と触媒層とを、高分子電解質膜（米国ＤｕＰｏｎｔ社のＮａｆｉｏｎ１１２膜）の両面に接合し、ＭＥＡ３０５を作製した。
【０５４１】
つぎに、以上のように作製したＭＥＡ３０５の膜３０１の外周部にゴム製のガスケット板を接合し、冷却水、燃料ガスおよび酸化剤ガス流通用のマニホールド穴を形成した。
【０５４２】
一方、２０ｃｍ×３２ｃｍ×１．３ｍｍの外寸を有し、かつ深さ０．５ｍｍのガス流路および冷却水流路を有する、フェノール樹脂を含浸させた黒鉛板からなる導電性のセパレータ３０７ａ、３０７ｃを用いた。
【０５４３】
なお、制御部３０４５は本発明の第一のパージ用ガス注入手段および第二のパージ用ガス注入手段を含む手段に対応し、電圧検知器５２は本発明の電位差検知手段に対応し、本実施の形態の燃料電池発電装置は本発明の燃料電池運転装置に対応する。
【０５４４】
また、ガス清浄部３０３２は、本発明の燃料ガス清浄化手段に対応する。
【０５４５】
つぎに、本実施の形態の燃料電池発電装置の動作について説明する。
【０５４６】
燃料電池スタック３０３６の保管工程２以外の基本動作は、実施の形態１０と同様である。
【０５４７】
実施の形態１１の保管工程２は、保管工程１の後、カソード側にある仕切弁３０４１と仕切弁３０４２を一時的に開け、原料ガスをカソードのみに注入する。
【０５４８】
このとき電圧検知器３０５２がアノードとカソードの両極の電位差が原料ガスを一時注入する前の値に対し１０ｍＶ（通常の測定方法で検出可能な酸素濃度の下限値におよそ相当する前述の１０ｐｐｍに対応する）以上の変化を検知したとき、制御部３０４５からの信号により、アノード側にある仕切弁３０３７と仕切弁３０４３を開ける。そして、カソード側にある仕切弁３０４１と仕切弁３０４２を開け、ポンプ３０４９を作動し、再度燃料電池スタック３０３６へ原料ガスを再注入し、アノード側にある仕切弁３０３７と仕切弁３０４３とカソード側にある仕切弁３０４１と仕切弁３０４２を閉め封止した。
【０５４９】
図３５にスタックの電圧変化と原料ガスが注入されたカソードとは異なるアノードの電位変化を示した。
【０５５０】
本実施の形態ではカソード側について一時原料ガス注入を行ったがこれに限られたものではなく、アノード側で一時注入の動作を行っても同様の結果が得られた。
【０５５１】
なお、このようにカソードまたはアノードの一方にのみまず原料ガス注入を行うのは、酸素が燃料電池スタック３０３６のシーリング部分などから燃料電池スタック３０３６の全体にわたって侵入するために、両極の電位がほぼ同等に変化する場合が多いからである。
【０５５２】
このようにして、停止保管中に不活性ガスを燃料極あるいは酸化剤極の一方に一時追加パージし、両極間の電位差変化を検知し、再度不活性ガスを再注入することで触媒劣化を抑制し、長期間の保管においても触媒劣化を生じない耐久性に優れた燃料電池発電装置を実現することができる。
【０５５３】
要するに、酸化剤ガスおよび燃料ガス供給路の酸化剤極および燃料極の上下流に仕切弁を設置し、酸化剤極と燃料極の電位差を検知する電圧検知装置を配置し、不活性ガスを一部追加パージした際の両極の電位差が所定の値以上を示したとき、両極の上下流に配置された仕切弁を開閉し再度不活性ガスを再注入するわけである。
【０５５４】
より具体的には、電圧検知器が仕切弁を作動させ、不活性ガスを再注入させる両極の電位差変化を１０ｍＶ以上にすることで外部からの侵入ガスあるいは微量ガスリークによる触媒劣化を生じない耐久性に優れた燃料電池発電装置を実現できる。
【０５５５】
（比較例）
比較例は、実施の形態１０および実施の形態１１と類似しているが、酸素濃度検知器および電圧検知器は具備されておらず、保管工程２における原料ガスの再注入を所定の電位差を検知したときにのみ行う起動停止および保管方法である。
【０５５６】
図３６に比較例のスタックの電圧変化とアノードの電位変化を示した。
【０５５７】
図３４に示したスタック電圧の変化より、保管工程中、燃料電池スタック３６に酸素が侵入して来ていても燃料電池スタック３０３６の電圧に変化は見られない（前述したように、酸素は燃料電池スタック３０３６の全体にわたって侵入するために、両極の電位がほぼ同等に変化し、これらの電位差である燃料電池スタック３６の電圧は変化しないのである）。そこで外筐体３０３１に酸素濃度検知器３０５０、３０５１を具備することで燃料電池スタック３６内の酸素による影響を観察することができる。
【０５５８】
すなわち実施の形態１０の操作を行うことで触媒劣化を防止することができ、起動停止運転を行っても耐久性に優れた燃料電池発電装置を提供することができる。
【０５５９】
図３５に示したスタック電圧の変化より、カソードないしアノードに一時的に原料ガスを注入することで両極間の電位差に変化が観察される。これは、外部から酸素が侵入していたことに起因する電位変化と考えられる。
【０５６０】
両極間の電位差がゼロでも電位そのものは上昇している場合が多い（前述の理由により、酸素が燃料電池スタック３０３６に侵入していても両極間の電位差はゼロが観察される）。その電位上昇の影響をアノードが受けるとＲｕ溶出が発生する。実施の形態１１は、この電位上昇の変化を、一方の電極側へ一時的に原料ガスを流した時の各セルの電位変化を利用して、電圧検知器で観察することができる。
【０５６１】
すなわち実施の形態１１の操作を行うことで、酸素による触媒劣化だけでなく電位上昇による触媒劣化を防止することができ、起動停止運転を行っても耐久性に優れた燃料電池発電装置を提供することができる。
【０５６２】
図３７に実施の形態１０、実施の形態１１および比較例の起動停止方法を行ったスタックの耐久性の結果を示す。
【０５６３】
図３７に示すように、保管工程において原料ガスの再注入を行った実施の形態１０および実施の形態１１は、比較例と比較して、起動停止回数１００００回における耐久劣化率を非常に低い値を維持することが可能である。
【０５６４】
これは、前述したように、保管停止時に原料ガスを再注入することで酸素による触媒劣化および電位上昇による触媒劣化を防止することができたことを示している。
【０５６５】
本実施の形態によれば、長期間燃料電池発電装置を停止保管した場合でも触媒の劣化を生じず高い耐久性能を発揮できる燃料電池発電装置を提供することができる。
【０５６６】
また、以上の実施の形態１０および１１は、以下のような発明の実施の形態にも相当するものとしてもよい。すなわち、第１の発明として、燃料電池の保管期間において、（１）前記燃料電池の酸化剤極に対して所定の酸化剤ガスを供給し排出するための酸化剤ガス流路において前記酸化剤極よりも上流に設けられた酸化剤ガス流路上流弁と、前記酸化剤ガス流路において前記酸化剤極よりも下流に設けられた酸化剤ガス流路下流弁との間の部分における酸化剤ガス流路酸素濃度の検知、および／または（２）前記燃料電池の燃料極に対して所定の燃料ガスを供給し排出するため燃料ガス流路において前記燃料極よりも上流に設けられた燃料ガス流路上流弁と、前記燃料ガス供給流路において前記燃料極よりも下流に設けられた燃料ガス流路下流弁との間の部分における燃料ガス流路酸素濃度の検知を行う酸素濃度検知手段）と、
前記検知された酸化剤ガス流路酸素濃度および／または前記検知された燃料ガス流路酸素濃度が所定値以上である場合に、（ａ）前記酸化剤ガス流路上流弁と前記酸化剤ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、および／または（ｂ）前記燃料ガス流路上流弁と前記燃料ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入を行うパージ用ガス注入手段とを備えた、燃料電池運転装置としてもよい。
【０５６７】
また、第２の発明として、前記所定の燃料ガスを清浄化する燃料ガス清浄化手段をさらに備え、
前記所定のパージ用ガスは、前記清浄化された燃料ガスである第１の発明の燃料電池運転装置としてもよい。
【０５６８】
また、第３の発明として、前記所定値は、１０ｐｐｍである第１の発明の燃料電池運転装置としてもよい。
【０５６９】
また、第４の発明として、燃料電池の保管期間において、（１）前記燃料電池の酸化剤極に対して所定の酸化剤ガスを供給し排出するための酸化剤ガス流路において前記酸化剤極よりも上流に設けられた酸化剤ガス流路上流弁と、前記酸化剤ガス流路において前記酸化剤極よりも下流に設けられた酸化剤ガス流路下流弁との間の部分における酸化剤ガス流路酸素濃度の検知、および／または（２）前記燃料電池の燃料極に対して所定の燃料ガスを供給し排出するため燃料ガス流路において前記燃料極よりも上流に設けられた燃料ガス流路上流弁と、前記燃料ガス供給流路において前記燃料極よりも下流に設けられた燃料ガス流路下流弁との間の部分における燃料ガス流路酸素濃度の検知を行う酸素濃度検知ステップと、
前記検知された酸化剤ガス流路酸素濃度および／または前記検知された燃料ガス流路酸素濃度が所定値以上である場合に、（ａ）前記酸化剤ガス流路上流弁と前記酸化剤ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、および／または（ｂ）前記燃料ガス流路上流弁と前記燃料ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入を行うパージ用ガス注入ステップとを備えた、燃料電池運転方法としてもよい。
【０５７０】
また、第５の発明として、第４の発明の燃料電池運転方法の、前記検知された酸化剤ガス流路酸素濃度および／または前記検知された燃料ガス流路酸素濃度が所定値以上である場合に、（ａ）前記酸化剤ガス流路上流弁と前記酸化剤ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、および／または（ｂ）前記燃料ガス流路上流弁と前記燃料ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入を行うパージ用ガス注入ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとしてもよい。
【０５７１】
また、第６の発明として、燃料電池の保管期間において、（１）前記燃料電池の酸化剤極に対して所定の酸化剤ガスを供給し排出するための酸化剤ガス流路において前記酸化剤極よりも上流に設けられた酸化剤ガス流路上流弁と、前記酸化剤ガス流路において前記酸化剤極よりも下流に設けられた酸化剤ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、または（２）前記燃料電池の燃料極に対して所定の燃料ガスを供給し排出するため燃料ガス流路において前記燃料極よりも上流に設けられた燃料ガス流路上流弁と、前記燃料ガス供給流路において前記燃料極よりも下流に設けられた燃料ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入を行う第一のパージ用ガス注入手段と、
また、前記酸化剤極の電位と前記燃料極の電位との電位差の検知を行う電位差検知手段と、
前記酸化剤ガス流路上流弁と前記酸化剤ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、または前記燃料ガス流路上流弁と前記燃料ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入が行われる前後における前記検知が行われた電位差の変化が所定値以上である場合に、（ａ）前記酸化剤ガス流路上流弁と前記酸化剤ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、および（ｂ）前記燃料ガス流路上流弁と前記燃料ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入を再び行う第二のパージ用ガス注入手段とを備えた、燃料電池運転装置としてもよい。
【０５７２】
また、第７の発明として、前記所定の燃料ガスを清浄化する燃料ガス清浄化手段をさらに備え、
前記所定のパージ用ガスは、前記清浄化された燃料ガスである第６の発明の燃料電池運転装置としてもよい。
【０５７３】
また、第８の発明として、前記所定値は、１０ｍＶである第６の発明の燃料電池運転装置としてもよい。
【０５７４】
また、第９の発明として、燃料電池の保管期間において、（１）前記燃料電池の酸化剤極に対して所定の酸化剤ガスを供給し排出するための酸化剤ガス流路において前記酸化剤極よりも上流に設けられた酸化剤ガス流路上流弁と、前記酸化剤ガス流路において前記酸化剤極よりも下流に設けられた酸化剤ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、または（２）前記燃料電池の燃料極に対して所定の燃料ガスを供給し排出するため燃料ガス流路において前記燃料極よりも上流に設けられた燃料ガス流路上流弁と、前記燃料ガス供給流路において前記燃料極よりも下流に設けられた燃料ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入を行う第一のパージ用ガス注入ステップと、
前記酸化剤極の電位と前記燃料極の電位との電位差の検知を行う電位差検知ステップと、
前記酸化剤ガス流路上流弁と前記酸化剤ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、または前記燃料ガス流路上流弁と前記燃料ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入が行われる前後における前記検知が行われた電位差の変化が所定値以上である場合に、（ａ）前記酸化剤ガス流路上流弁と前記酸化剤ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、および（ｂ）前記燃料ガス流路上流弁と前記燃料ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入を再び行う第二のパージ用ガス注入ステップとを備えた、燃料電池運転方法としてもよい。
【０５７５】
また、第１０の発明として、第９の発明の燃料電池運転方法の、燃料電池の保管期間において、（１）前記燃料電池の酸化剤極に対して所定の酸化剤ガスを供給し排出するための酸化剤ガス流路において前記酸化剤極よりも上流に設けられた酸化剤ガス流路上流弁と、前記酸化剤ガス流路において前記酸化剤極よりも下流に設けられた酸化剤ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、または（２）前記燃料電池の燃料極に対して所定の燃料ガスを供給し排出するため燃料ガス流路において前記燃料極よりも上流に設けられた燃料ガス流路上流弁と、前記燃料ガス供給流路において前記燃料極よりも下流に設けられた燃料ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入を行う第一のパージ用ガス注入ステップと、前記酸化剤ガス流路上流弁と前記酸化剤ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、または前記燃料ガス流路上流弁と前記燃料ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入が行われる前後における前記検知が行われた電位差の変化が所定値以上である場合に、（ａ）前記酸化剤ガス流路上流弁と前記酸化剤ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入、および（ｂ）前記燃料ガス流路上流弁と前記燃料ガス流路下流弁との間の部分に対する所定のパージ用ガスの注入を再び行う第二のパージ用ガス注入ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムとしてもよい。
【０５７６】
また、第１１の発明として、第５または第１０の発明のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体としてもよい。
【０５７７】
なお、本発明にかかるプログラムは、上述した本発明の燃料電池システムの全部または一部の手段（または、装置、素子、回路、部等）の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムであってもよい。
【０５７８】
また、本発明は、上述した本発明の燃料電池発電システムの全部または一部の手段の全部または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した媒体であり、コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協動して前記機能を実行する媒体であってもよい。
【０５７９】
なお、本発明の上記「一部の手段（または、装置、素子、回路、部等）」、本発明の上記「一部のステップ（または、工程、動作、作用等）」とは、それらの複数の手段またはステップの内の、幾つかの手段またはステップを意味し、あるいは、一つの手段またはステップの内の、一部の機能または一部の動作を意味するものである。
【０５８０】
また、本発明の一部の装置（または、素子、回路、部等）とは、それらの複数の装置の内の、幾つかの装置を意味し、あるいは、一つの装置の内の、一部の手段（または、素子、回路、部等）を意味し、あるいは、一つの手段の内の、一部の機能を意味するものである。
【０５８１】
また、本発明のプログラムを記録した、コンピュータに読みとり可能な記録媒体も本発明に含まれる。
【０５８２】
また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【０５８３】
また、本発明のプログラムの一利用形態は、伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【０５８４】
また、本発明のデータ構造としては、データベース、データフォーマット、データテーブル、データリスト、データの種類などを含む。
【０５８５】
また、記録媒体としては、ＲＯＭ等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送機構、光・電波・音波等が含まれる。
【０５８６】
また、上述した本発明のコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。
【０５８７】
なお、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０５８８】
本発明に係る燃料電池システムは、電解質膜の乾燥促進および局所反応等の問題に適切に対応できて、燃料電池の停止および発電を反復しても燃料電池の性能安定化が図れて、例えばポータブル電源、携帯機器用電源、電気自動車用電源、家庭用の燃料電池システムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０５８９】
【図１】本発明の実施の形態１〜３と従来例における高分子電解質型燃料電池の単電池の一部の構造を示す。
【図２】本発明の実施の形態１〜３と従来例における高分子電解質型燃料電池を積層したスタックの構造を示す。
【図３】本発明の実施の形態１〜３における高分子電解質型燃料電池システムを示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１における高分子電解質型燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２における高分子電解質型燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３における高分子電解質型燃料電池システムの動作を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１における高分子電解質型燃料電池システムの停止工程１の詳細を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態４における燃料電池システムを示す構成図である。
【図９】本発明の実施の形態５における燃料電池システムを示す構成図である。
【図１０】電解質接合体（ＭＥＡ；Membrane-Electrode Assembly）を備えた固体高分子電解質形の燃料電池の断面図である。
【図１１】燃料電池発電装置の基本構成を示したブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態６に係る燃料電池発電装置の構成を示したブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態６に係るガス供給動作を説明するフローチャートの前半部分の図である。
【図１４】本発明の実施の形態６に係るガス供給動作を説明するフローチャートの後半部分の図である。
【図１５】燃料電池に対する印加周波数を０．１Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲で可変させて測定した燃料電池の交流インピーダンスプロファイル図である。
【図１６】電解質膜の相対湿度と導電率の関係を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態７に係る燃料電池発電装置の構成を示したブロック図である。
【図１８】本発明の実施の形態７に係るガス供給動作を説明するフローチャートの前半部分の図である。
【図１９】本発明の実施の形態７に係るガス供給動作を説明するフローチャートの後半部分の図である。
【図２０】本発明の実施の形態８に係る燃料電池発電装置の構成を示したブロック図である。
【図２１】本発明の実施の形態８に係るガス供給動作を説明するフローチャートの前半部分の図である。
【図２２】本発明の実施の形態８に係るガス供給動作を説明するフローチャートの後半部分の図である。
【図２３】起動停止回数に基づくＭＥＡ電圧の特性評価結果の図である。
【図２４】本発明の実施の形態９の燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態９の燃料電池システムの運転方法における単電池の内部抵抗の平均値の推移を示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態９の燃料電池システムの運転方法における電池温度の推移を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態９の燃料電池システムの運転方法における発電電力量の推移を示す図である。
【図２８】本発明の実施の形態９の燃料電池システムの運転方法における単電池の電圧の平均値の推移を示す図である。
【図２９】本発明の実施の形態９の燃料電池システムにおける燃料電池スタックの一部を示す概略縦断面図である。
【図３０】本発明の実施の形態１０における高分子電解質型燃料電池の単電池の一部の構造を説明するための概略断面図である。
【図３１】本発明の実施の形態１０における高分子電解質型燃料電池を積層したスタックの構造を説明するための概略図である。
【図３２】本発明の実施の形態１０における燃料電池発電装置の概略図である。
【図３３】本発明の実施の形態１１における燃料電池発電装置の概略図である。
【図３４】本発明の実施の形態１０における燃料電池発電装置の起動停止運転における電圧変化と酸素濃度の関係を示した説明図である。
【図３５】本発明の実施の形態１１における燃料電池発電装置の起動停止運転における電圧変化とアノードとカソードの両極間の電位変化の関係を示した説明図である。
【図３６】本発明の比較例における燃料電池発電装置の起動停止運転における電圧変化を示した説明図である。
【図３７】本発明の実施の形態１０、実施の形態１１および比較例における燃料電池発電装置の起動停止回数と耐久性の関係を示した説明図である。
【図３８】従来の技術による燃料電池システムの構成図である。
【符号の説明】
【０５９０】
１  電解質
２ａ  触媒反応層（アノード側）
２ｃ  触媒反応層（カソード側）
３ａ  拡散層（アノード側）
３ｃ  拡散層（カソード側）
４ａ  電極（アノード側）
４ｃ  電極（カソード側）
７ａ  セパレータ（アノード側）
７ｃ  セパレータ（カソード側）
３２  清浄部
３５  燃料生成器
４１  加湿器
４３  電力回路部
４４  制御部
５２  電圧測定部
３４  ４９、５１、５７、５８  開閉弁
５９、６０  圧力測定部
８１    燃料電池
８２    燃焼生成器
８３    水供給手段
８４    燃焼器
８５    ブロア
８６    パージ用空気供給手段
８７    バイパス管
８８    流路切換手段
８９    開閉弁
８１０    原料カソード供給手段
８１１    カソード閉止手段
８１２    アノード閉止手段
１１１ 電解質膜
１１２ａ アノードの触媒反応層
１１２ｃ カソードの触媒反応層
１１３ａ アノードのガス拡散層
１１３ｃ カソードのガス拡散層
１１４ａ アノード
１１４ｃ カソード
１１５ａ アノードの側のＭＥＡガスケット
１１５ｃ カソードの側のＭＥＡガスケット
１１６ａ アノードに対する導電性セパレータ板
１１６ｃ カソードに対する導電性セパレータ板
１１７ ＭＥＡ
１１８ａ 燃料ガス流路
１１８ｃ 酸化剤ガス流路
１１９ａ 導電性セパレータ板１１６ａに形成された溝
１１９ｃ 導電性セパレータ板１１６ｃに形成された溝
１２０ 燃料電池セル
１２１ 燃料電池
１２２ 原料ガス供給手段
１２２ｐ ガス清浄部
１２３ 燃料生成器
１２３ｅ 改質部
１２３ｆ 変成部
１２３ｇ ＣＯ除去部
１２４ 加湿部
１２５ 回路部
１２６ 測定部
１２７ 制御部
１２８ ブロア
１２９ 第一の切り替え弁
１３０ 第一の遮断弁
１３１ 第二の遮断弁
１３２ 第三の遮断弁
１３３ 水除去部
１３４ 全熱交換加湿器
１３５ 温水加湿器
１４１ 第一の逆止弁
１４２ 第二の切り替え弁
１４３ 第三の切り替え弁
１４４ 第四の切り替え弁
１４５ 第一の循環配管
１４６ 第二の循環配管
１４７ アノード排気配管
１４８ 第二の逆止弁
１５１ 原料ガス分岐配管
１５２ 第五の切り替え弁
１５３ 第二の連結配管
１５４ 第六の切り替え弁
１５５ 分流弁
１６０ カソード排気配管
１６１ 燃料ガス供給配管
１６２ 酸化剤ガス供給配管
１６３ 原料ガス供給配管
１６４ 第一の連結配管
１７０ａ アノードのマスフローメータ
１７０ｃ カソードのマスフローメータ
１７１ 温度検知手段
１７２ａ アノードの出力端子
１７２ｃ カソードの出力端子
１７３ インピーダンス測定器
１７４ 第一の水供給手段
１７５ 第二の水供給手段
２０１  燃料電池スタック
２０２  酸化剤ガス制御装置
２０３  燃料生成器
２０３ｂ  バイパス
２０４  電圧検知装置
２０５  制御部
２０６  電力回路部
２０７１〜７９  電磁弁
２０８  ガス清浄部
２０９  全熱交換式加湿器
２０１０  温水式加湿器
２０１１  高周波抵抗計
２０１２  燃料ガス供給配管
２０１２ａ  連結管
２０１３  酸化剤ガス供給配管
２０２１  水素イオン伝導性高分子電解質膜
２０２２ａ、２２ｂ  触媒層
２０２３ａ、２３ｂ  ガス拡散層
２０２４ａ  アノード
２０２４ｂ  カソード
２０２５  ガスケット
２０２６ａ  アノード側セパレータ板
２０２６ｂ  カソード側セパレータ板
２０２７  膜・電極接合体
２０２８ａ、２８ｂ  ガス流路
２０２９  冷却水流路
２０３０  シール部
３０１  電解質膜
３０２ａ、３０２ｃ  触媒反応層
３０３ａ、３０３ｃ  拡散層
３０７ａ、３０７ｃ  セパレータ
３０２１  集電板
３０２２  絶縁板
３０３１  外筐体
３０３２  清浄部
３０３４  燃料生成器
３０３６  燃料電池スタック
３０４０  加湿器
３０４４  電力回路部
３０４５  制御部
３０５０、３０５１  酸素濃度検知器
３０５２  電圧検知器
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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