(57)【要約】【課題】  発電効率を悪化させることなく残留水分の凍結を抑制して、低温環境下での起動性を改善することを課題とする。【解決手段】  燃料電池スタック１の零下起動時には、コントロールユニット４の制御の下に、燃料加熱装置２で水素ガスを加熱して燃料電池スタック１に供給し、かつ減圧弁７及びブロワ１０を調整制御して、燃料電池スタック１に供給される水素ガスの圧力よりも燃料電池スタック１に供給される空気ガスの圧力を高く設定した後発電を開始するように構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により発電を行う燃料電池スタックを備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスを加熱する加熱手段と、
前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスならびに酸化剤ガスの圧力を制御する圧力制御手段と、
前記燃料電池スタックの低温起動時には、前記燃料加熱手段で燃料ガスを加熱して前記燃料電池スタックに供給し、かつ前記圧力制御手段で前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスの圧力よりも前記燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの圧力を高く設定して低温起動処理を行う制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料加熱手段は、電力を利用した電気加熱手段、または前記燃料ガスを利用した燃焼器の少なくともいずれかで構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、減圧した燃料ガスの前記燃料電池スタックへの供給、加圧した酸化剤ガスの前記燃料電池スタックへの供給のいずれか一方又は双方を行う
ことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段で検出された前記燃料電池スタックの温度が第１所定温度以下である場合には、前記低温起動処理を行う
ことを特徴とする請求項１，２及び３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出手段及び前記燃料電池スタック内部の残留水分量を検出する水分量検出手段のいずれか一方の手段と、
前記燃料電池スタック入口における燃料ガスの温度を検出する燃料ガス温度検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記燃料ガス温度検出手段で検出された燃料ガス温度と、前記温度検出手段で検出された燃料電池スタックの温度、もしくは前記水分量検出手段で検出された燃料電池スタックの残留水分量とに基づいて、第２所定温度を設定し、燃料ガスを第２所定温度に達するまで加熱した後発電を開始する
こと特徴とする請求項１，２，３及び４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御手段は、燃料ガスの加熱温度が、前記第１、第２の所定温度とは異なる第３の所定温度未満となるように前記燃料加熱手段の加熱を制御する
こと特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出手段及び前記燃料電池スタック内部の残留水分量を検出する水分量検出手段のいずれか一方の手段と、
燃料電池スタックに供給される燃料ガスの圧力と酸化剤ガスの圧力との差圧を検出する差圧検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段で検出された燃料電池スタックの温度もしくは前記水分量検出手段で検出された燃料電池スタックの残留水分量に基づいて、第１所定圧力差を設定し、酸化剤ガスの圧力を燃料ガスの圧力よりも第１所定圧力差分だけ高くした後発電を開始する
こと特徴とする請求項１，２，３及び４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御手段は、燃料ガスの圧力と酸化剤ガスの圧力の差圧が、燃料電池スタックの燃料電池セルを構成する膜電極接合体が耐えられる限界圧力差である第２所定圧力差未満となるように、燃料ガスの圧力または酸化剤の圧力のいずれか一方又は双方の圧力を制御する
ことを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池スタックの抵抗値を検出する抵抗検出手段を備え、
前記抵抗検出手段で検出された抵抗値に基づいて、燃料電池スタック内部の残留水分量を検出する
ことを特徴とする請求項５、６、７及び８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料ガスに含まれる水分量を検出する水分量検出手段と、
前記燃料ガスに含まれる水分を除去する水分除去手段とを備え、
前記制御手段は、燃料ガスに含まれる水分量が所定量以上である場合は、水分除去手段で燃料ガスに含まれる水分を除去した後、前記燃料電池スタック内に燃料ガスを供給する
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８及び９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記水分除去手段は、乾燥剤および水分分離膜を備えて構成されている
ことを特徴とする請求項１０記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタック内に残留する水分の凍結を抑制する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、反応ガスである水素などの燃料ガスと空気などの酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。この燃料電池は、電解質の違いなどによりさまざまなタイプのものに分類されるが、その一つとして、電解質に固体高分子電解質を用いる固体高分子電解質形燃料電池が知られている。
【０００３】
燃料極となるアノード極、酸化剤極となるカソード極の両電極において進行する電極反応は、以下の通りである。
【０００４】
（化１）
アノード極：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−  （１）
カソード極：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ  （２）
そして、燃料極に燃料が供給されると、燃料極では上記（１）の反応式が進行して水素イオンが生成する。この生成した水素イオンが水和状態で電解質（固体高分子電解質型燃料電池であれば固体高分子電解質膜）を透過（拡散）して酸化剤極に至り、この酸化剤極に酸素含有ガス、例えば空気が供給されていると、酸化剤極では上記（２）の反応式が進行する。この（１）、（２）の電極反応が各極で進行することで、燃料電池は起電力を生じることとなる、
例えば車両用等の駆動源として考えられている固体高分子型燃料電池では、運転停止時に上記反応により生成した水分が燃料電池内部に残留し、氷点下の環境において凍結することで、燃料電池の性能が著しく低下する。
【０００５】
そこで、燃料電池に残留する水分の凍結を回避する従来の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献では、燃料電池セルの温度を検出する温度検出手段と、それが検出する温度に基づいて供給空気を加熱する空気加熱手段を設け、燃料電池セルを供給空気で暖機するため、零下始動時の発電効率を向上させ、装置内の氷を解凍する暖機時間が短くなる発明が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−９３４４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の燃料電池システムにおいては、空気を加熱している間は、燃料電池スタックは発電していなかった。このため、発電効率が著しく悪化するといった不具合を招くことになる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発電効率を悪化させることなく残留水分の凍結を抑制して、低温環境下での起動性を改善した燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により発電を行う燃料電池スタックを備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスを加熱する加熱手段と、前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスならびに酸化剤ガスの圧力を制御する圧力制御手段と、前記燃料電池スタックの低温起動時には、前記燃料加熱手段で燃料ガスを加熱して前記燃料電池スタックに供給し、かつ前記圧力制御手段で前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスの圧力よりも前記燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの圧力を高く設定して低温起動処理を行う制御手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アノード極の乾燥が促進され、かつ燃料ガスがアノード極から除去する水分量を増加させ、あるいは酸化剤ガスがカソード極から除去する水分量を減少させることが可能となる。これにより、カソード極の水分量とアノード極の水分量の差が大きくなり、膜電極接合体中の水分の逆拡散が促進され、カソード極での水分生成が抑制され、カソード極での水分の凍結を抑制することができる。この結果、発電効率を悪化させることなく低温環境下での起動性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図１に示す実施例１のシステムは、燃料ガスの水素と酸化剤ガスの空気との化学反応により発電を行う燃料電池スタック１と、燃料電池スタック１に供給される水素を加熱する燃料加熱装置２と、燃料電池スタック１の温度を検出する温度センサ３と、コントロールユニット４を備えて構成されている。
【００１２】
燃料電池スタック１は、固体高分子電解質型の燃料電池であり、図２の断面図に示すように構成されている。図２において、燃料電池スタックの一単位となるセルは、固体高分子膜からなる電解質膜２０と、この電解質膜２０を挟持するように電解質膜２０の両面に配設される二つの電極２１，２２及びガス流路２７，２８が形成されたセパレータ２３，２４で構成される。電解質膜２０は、フッ素系樹脂等の固体高分子材料によりプロトン伝導性の膜として形成されている。
【００１３】
この膜の両面に配設される二つの電極２１，２２は、白金または、白金とその他の金属からなる触媒層（図示せず）とガス拡散層２５，２６からなり、触媒の存在する面が電解質膜２０と接触するように形成されている。ガス流路２７，２８は、ガス不透過である緻密性カーボン材等の片面、または両面に配置された多数のリブにより形成され、酸化剤ガス、燃料ガスはそれぞれのガス入口から供給され、ガス出口から排出される。
【００１４】
図１に戻って、燃料電池スタック１は、燃料供給配管５を介して燃料ガスの水素が供給される。燃料供給配管５には、燃料加熱装置２が設けられ、燃料加熱装置２の下流には、コントロールユニット４の制御の下に水素の圧力を減圧する減圧弁７が設けられている。燃料電池スタック１は、燃料排出配管９を介して燃料電池スタック１で未使用の水素を燃料電池スタック１外に排出し、燃料排出配管９には、燃料電池スタック１を流通する水素ガスの圧力を調整制御する機能を備えたブロワ１０が設けられている。
【００１５】
燃料電池スタック１は、酸化剤供給配管６を介して酸化剤ガスの空気が供給され、燃料電池スタック１で未使用の空気は酸化剤排出配管８を介して燃料電池スタック１外に排出される。
【００１６】
コントロールユニット４は、本システムの運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。コントロールユニットは、制御手段として機能し、温度センサ３を含む本システムにおける各センサ（図示せず）からの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、減圧弁７、ブロワ１０を含む本システムの各構成要素に指令を送り、以下に説明する水素の減圧、加熱動作を含む本システムの運転／停止に必要なすべての動作を統括管理して制御する。
【００１７】
次に、図３のフローチャートを参照して、コントロールユニット４の制御の下に行われ水素の減圧、加熱動作を説明する。図３において、先ず燃料電池スタック１の温度Ｔｓｔａｃｋを検出し（ステップＳ１）、検出した温度Ｔｓｔａｃｋが、燃料電池スタック１の電圧が水分凍結により低下する温度として予め設定された第１所定温度Ｔｓ１、例えば０℃以上であるか否かを判別する（ステップＳ２）。判別の結果、第１所定温度以上であれば零下起動操作を実施しない一方、第１所定温度Ｔｓ１以下であれば、燃料電池スタック１に水素の供給を開始し（ステップＳ３）、燃料加熱装置２で水素を加熱し、かつ減圧弁７ならびにブロワ１０を調整することで水素を減圧して燃料電池スタック１に供給し（ステップＳ４）、発電を開始する（ステップＳ５）。
【００１８】
次に、燃料電池スタック１の温度Ｔｓｔａｃｋを検出し、検出した温度Ｔｓｔａｃｋが予め設定された第１所定温度Ｔｓ１、例えば０℃以上であるか否かを判別する（ステップＳ６）。判別の結果、第１所定温度以上であれば、燃料電池スタック１に供給される水素の加熱ならびに減圧を停止し（ステップＳ７）、通常運転に移行する。
【００１９】
このような処理により、水素の温度を上げることでアノード極の乾燥が促進され、空気の圧力を水素の圧力より高くすることで水素がアノード極から除去する水分量が増加し、あるいは空気がカソード極から除去する水分量が減少するので、水素を加熱ならびに減圧しない図４（ａ）に示す通常運転時に比べて、同図（ｃ）に示すようにカソード極の水分量とアノード極の水分量の差が大きくなる。これにより、アノード極とカソード極間の水分移動は、図４（ｂ）に示す通常運転時に比べて、同図（ｄ）に示すように燃料電池スタック１のセルを構成する膜電極接合体中の水分の逆拡散が促進されるので、カソード極での水分生成が抑制され、カソード極での水分の凍結を抑制することができる。
【００２０】
燃料加熱装置２は、電力を利用した電気加熱手段、または水素を利用した燃焼器で構成することで、容易に水素を加熱することができる。
【００２１】
燃料電池システムの零下起動の際は、水素を減圧することに代えて、加圧した空気をカソード極に供給するようにしてもよく、このような制御を実施することで、幅広い圧力制御が可能となる。
【００２２】
燃料電池スタック１の温度が第１所定温度以下である場合に、水素の減圧、加熱処理を実施することで、水素の減圧、加熱処理の操作が必要か否かを判断することができ、処理に必要となるエネルギーを節約することができる。
【実施例２】
【００２３】
図５は本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図５に示す実施例１の特徴とするところは、図１に示す実施例１に比べて、燃料電池スタック１の水素入口側の配管に設けられて燃料電池スタック１に供給される水素の温度を検出する燃料温度センサ１１と、燃料電池スタック１の抵抗を検出する抵抗センサ１２を設けたことにあり、他は図１と同様である。
【００２４】
次に、図６のフローチャートを参照して、コントロールユニット４の制御の下に行われ水素の減圧、加熱動作を説明する。図６において、先ず燃料電池スタック１の温度Ｔｓｔａｃｋを検出し、検出した温度Ｔｓｔａｃｋが、燃料電池スタック１の電圧が水分凍結により低下する温度として予め設定された第１所定温度Ｔｓ１、例えば０℃以上であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。判別の結果、第１所定温度以上であれば零下起動処理を実施しない一方、第１所定温度Ｔｓ１以下であれば、燃料電池スタック１の抵抗を検出する（ステップＳ１２）。
【００２５】
次に、燃料電池スタック１の温度ならびに抵抗に基づいて、第２所定温度Ｔｓ２を設定する（ステップＳ１３）。その後、燃料電池スタック１に水素の供給を開始し（ステップＳ１４）、燃料加熱装置２で水素を加熱し、かつ減圧弁７ならびにブロワ１０を調整することで水素を減圧して燃料電池スタック１に供給する（ステップＳ１５）。続いて、燃料電池スタック１に供給される水素の温度Ｔｆが第２所定温度Ｔｓ２よりも高くなったか否かを判別する（ステップＳ１６）。判別の結果、高くなった場合には発電を開始する（ステップＳ１７）。
【００２６】
次に、水素温度Ｔｆが予め設定された第３所定温度、例えば１００℃よりも高くなったか否かを判別する（ステップＳ１８）。判別の結果、高くなっていない場合は、燃料加熱装置２の加熱出力を低下させる一方（ステップＳ１９）、高くなった場合には燃料電池スタック１の温度Ｔｓｔａｃｋが第１所定値Ｔｓ１よりも高くなったか否かを判別する（ステップＳ２０）。判別の結果、高くなっていない場合には先のステップＳ１８に戻る一方、高くなった場合には、燃料電池スタック１に供給される水素の加熱ならびに減圧を停止し（ステップＳ２１）、通常運転に移行する。
【００２７】
このような実施例２では、先の実施例１で得られる効果と同様の効果を得ることができることに加えて、燃料の水素を必要最低限加熱してから発電を実施することができ、加熱操作中の水素の過剰加熱を防止することができる。また、加熱不足に起因する水分凍結による燃料電池スタック１の電圧低下を防止することができ、水素の過剰加熱による膜電極接合体へのダメージを抑制することができる。
【００２８】
実施例２では、燃料電池スタック１の抵抗値と燃料電池スタック入口における水素の温度に基づいて第２所定温度を設定したが、燃料電池スタック１の残留水分を検出する機能を備え、水素温度に代えて残留水分量と燃料電池スタック１の抵抗とに基づいて第２所定温度を決定するようにしてもよい。
【００２９】
燃料電池スタック１の抵抗値に基づいて、燃料電池スタック１内部の残留水分量を検出することで、容易に燃料電池スタック１内部の残留水分量を容易に検出することができる。
【００３０】
燃料電池スタック１に供給される水素の温度が第３所定温度未満となるように水素を加熱制御することで、水素の過剰加熱を防止することができる。これにより、水素の加熱に必要となるエネルギーを節約することができ、水素の過剰加熱による膜電極接合体へのダメージを抑制することができる。なお、第３所定温度は膜電極接合体が耐えることができる限界温度として予め設定される。
【実施例３】
【００３１】
図７は本発明の実施例３に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図７に示す実施例３の特徴とするところは、図５に示す先の実施例２に比べて、燃料温度センサ１１を削除し、燃料電池スタック１の出口側の水素と空気との圧力差を検出する圧力検出センサ１３を設けたことにあり、他は図５と同様である。
【００３２】
次に、図８のフローチャートを参照して、コントロールユニット４の制御の下に行われ水素の減圧、加熱動作を説明する。図８において、先ず燃料電池スタック１の温度Ｔｓｔａｃｋを検出し、検出した温度Ｔｓｔａｃｋが、燃料電池スタック１の電圧が水分凍結により低下する温度として予め設定された第１所定温度Ｔｓ１、例えば０℃以上であるか否かを判別する（ステップＳ３１）。判別の結果、第１所定温度Ｔｓ１以上であれば零下起動処理を実施しない一方、第１所定温度Ｔｓ１以下であれば、燃料電池スタック１の抵抗を検出する（ステップＳ３２）。
【００３３】
次に、燃料電池スタック１の温度ならびに抵抗に基づいて、第１所定圧力差Ｐｓ１を設定する（ステップＳ３３）。その後、燃料電池スタック１に水素の供給を開始し（ステップＳ３４）、燃料加熱装置２で水素を加熱し、かつ減圧弁７ならびにブロワ１０を調整することで水素を減圧して燃料電池スタック１に供給する（ステップＳ３５）。続いて、燃料電池スタック１から排出された水素と空気との圧力差Ｐｆが第１所定圧力差Ｐｓ１よりも高くなったか否かを判別する（ステップＳ３６）。判別の結果、高くなった場合には発電を開始する（ステップＳ３７）。
【００３４】
次に、水素と空気の圧力差Ｐｆが予め設定された第２所定圧力差、例えば１００ｋＰａよりも高くなったか否かを判別する（ステップＳ３８）。判別の結果、高くなっていない場合は、減圧弁７ならびにブロワ１０を調整制御して水素と空気との圧力差を低下させる一方（ステップＳ３９）、高くなった場合には燃料電池スタック１の温度Ｔｓｔａｃｋが第１所定値Ｔｓ１よりも高くなったか否かを判別する（ステップＳ４０）。判別の結果、高くなっていない場合には先のステップＳ３８に戻る一方、高くなった場合には、燃料電池スタック１に供給される水素の加熱ならびに減圧を停止し（ステップＳ４１）、通常運転に移行する。
【００３５】
このような実施例３では、先の実施例２で得られる効果と同様の効果を得ることができることに加えて、水素の圧力と空気の圧力の差を必要最低限の圧力差にしてから発電を実施することができ、処理中の水素の圧力と空気の圧力の差が過大となるのを防止することができる。また、水素の圧力と空気の圧力の差が小さいことに起因する水分の凍結による燃料電池スタック１の電圧低下を防止することができ、水素と空気の圧力差過大による膜電極接合体の損傷を防止することができる。
【００３６】
実施例３では、燃料電池スタック１の抵抗値と燃料電池スタック１の温度に基づいて第１所定圧力差を設定したが、燃料電池スタック１の残留水分量を検出する機能を備え、燃料電池スタック１の温度に代えて残留水分量と燃料電池スタック１の抵抗とに基づいて第１所定圧力差を決定するようにしてもよい。
【００３７】
水素の圧力と空気の圧力の差が膜電極接合体が耐えられる限界圧力差である第２所定圧力差未満となるように、水素の圧力または空気の圧力の少なくともいずれかを制御することで、水素の圧力と空気の圧力の差が過大となることを防止することができる。これにより、アノード極とカソード極の圧力差過大による膜電極接合体への損傷を防止することができる。
【実施例４】
【００３８】
図９は本発明の実施例４に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図９に示す実施例４の特徴とするところは、図７に示す先の実施例３に比べて、先の実施例２と同様に燃料温度センサ１１を設け、燃料電池スタック１に供給される水素を乾燥させる燃料乾燥装置１４を、燃料供給配管５に設けられた三方弁１６，１７により燃料供給配管５側と選択的に切り換え可能に並列に設け、燃料供給配管５の燃料加熱装置２の上流に、燃料電池スタック１に供給される水素の水分含有量を検出する水分量検出センサ１５を設け、燃料電池スタック１の空気出口側の酸化剤排出配管８に、空気の圧力を調整制御する圧力制御弁１８を設けたことにあり、他は図７と同様である。
【００３９】
次に、図１０のフローチャートを参照して、コントロールユニット４の制御の下に行われ水素の減圧、加熱動作を説明する。図１０において、先ず燃料電池スタック１の温度Ｔｓｔａｃｋを検出し（ステップＳ５１）、検出した温度Ｔｓｔａｃｋが、燃料電池スタック１の電圧が水分凍結により低下する温度として予め設定された第１所定温度Ｔｓ１、例えば０℃以上であるか否かを判別する（ステップＳ５２）。判別の結果、第１所定温度Ｔｓ１以上であれば零下起動処理を実施しない一方、第１所定温度Ｔｓ１以下であれば、燃料電池スタック１の抵抗を検出する（ステップＳ５３）。
【００４０】
次に、燃料電池スタック１の温度ならびに抵抗に基づいて、第１所定圧力差Ｐｓ１ならびに第２所定温度Ｔｓ２を設定する（ステップＳ５４）。その後、燃料電池スタック１に水素の供給を開始し（ステップＳ５５）、燃料電池スタック１に供給される水素に含まれる水分量Ｗｆを検出する（ステップＳ５６）。続いて、水素の水分量Ｗｆが予め設定された所定水分量Ｗｓよりも多いか否かを判別する（ステップＳ５７）。判別の結果、多くない場合には、後述するステップＳ５９に進む一方、多い場合には、三方弁１６，１７を燃料乾燥装置１４側に切り換え（ステップＳ５８）、燃料乾燥装置１４で水素を乾燥させ、かつ燃料加熱装置２で水素を加熱し、かつ減圧弁７ならびにブロワ１０を調整することで水素を減圧して燃料電池スタック１に供給し、さらに圧力制御弁１８を調整して燃料電池スタック１に供給される空気を加圧する（ステップＳ５９）。
【００４１】
次に、燃料電池スタック１から排出された水素と空気との圧力差Ｐｆ＞第１所定圧力差Ｐｓ１、水素温度Ｔｆ＞第２所定温度Ｔｓ２、ならびに水素の水分量Ｗｆ＜所定水分量Ｗｓのすべての判別要件が満たされているか否かを判別する（ステップＳ６０）。判別の結果、上記すべての判別要件が満たされている場合には、発電を開始する（ステップＳ６１）。その後、燃料電池スタック１の温度Ｔｓｔａｃｋが第１所定温度Ｔｓ１よりも高くなったか否かを判別する（ステップＳ６１）。判別の結果、高くなった場合には、燃料電池スタック１に供給される水素の加熱、減圧ならびに空気の加圧を停止し（ステップＳ６３）、通常運転に移行する。
【００４２】
このような実施例４では、先の実施例３で得られる効果と同様の効果を得ることができることに加えて、燃料電池スタック１に供給される水素中の水分を除去しているので、カソード極をより一層乾燥させることができる。また、燃料電池スタック１に供給される空気を加圧しているので、カソード極の水分量を上げることができる。これにより、アノード極とカソード極の水分量の差がより大きくなるので、膜電極接合体への水分移動がより一層促進される。
【００４３】
燃料乾燥装置１４は、乾燥剤および水分分離膜で構成することで、水素中の水分を容易に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】燃料電池スタックの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】燃料電池スタックのアノード極とカソード極の水分量と両極間の水分移動の様子を示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係る処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例３に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図８】本発明の実施例３に係る処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施例４に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例４に係る処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１…燃料電池スタック
２…燃料加熱装置
３…温度センサ
４…コントロールユニット
５…燃料供給配管
６…酸化剤供給配管
７…減圧弁
８…酸化剤排出配管
９…燃料排出配管
１０…ブロワ
１１…燃料温度センサ
１２…抵抗センサ
１３…圧力検出センサ
１４…燃料乾燥装置
１５…水分量検出センサ
１６，１７…三方弁
１８…圧力制御弁
２０…電解質膜
２１，２２…電極
２３，２４…セパレータ
２５，２６…ガス拡散層
２７，２８…ガス流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006147336.tif 000005
【図４】
2006147336.tif 000006
【図５】
2006147336.tif 000007
【図６】
2006147336.tif 000008
【図７】
2006147336.tif 000009
【図８】
2006147336.tif 000010
【図９】
2006147336.tif 000011
【図１０】
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