(57)【要約】【課題】電解質膜内でのラジカル抑制剤の蓄積量を適量に維持できる燃料電池システムを提供することを課題とする。【解決手段】電解質膜を両側から挟むアノード電極及びカソード電極の少なくとも一方がラジカル抑制剤を含有している燃料電池と、前記燃料電池の発電停止要求があった後に前記燃料電池内に掃気ガスを供給して前記燃料電池内を掃気する掃気処理を実行する掃気部と、前記電解質膜内で蓄積された前記ラジカル抑制剤の蓄積量に相関する相関値が前記蓄積量は増大することを示すほど、掃気能力が段階的に又は連続的に増大するように前記掃気処理の掃気条件を設定する掃気制御部と、を備えた燃料電池システム。【選択図】図４
2018022571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を両側から挟むアノード電極及びカソード電極の少なくとも一方がラジカル抑制剤を含有している燃料電池と、
前記燃料電池の発電停止要求があった後に前記燃料電池内に掃気ガスを供給して前記燃料電池内を掃気する掃気処理を実行する掃気部と、
前記電解質膜内で蓄積された前記ラジカル抑制剤の蓄積量に相関する相関値が前記蓄積量は増大することを示すほど、掃気能力が段階的に又は連続的に増大するように前記掃気処理の掃気条件を設定する掃気制御部と、を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
前記掃気制御部は、掃気時間の増大、前記掃気ガスの供給量の増大、前記燃料電池の背圧の低下、前記掃気ガスの脈動の振幅の増大、前記掃気ガスの脈動の周期の短縮、前記燃料電池の昇温、の少なくとも一つを実施することにより前記掃気能力を増大させる、請求項１の燃料電池システム。
【請求項３】
前記相関値は、前記燃料電池の使用が開始されてからの経過時間、前記燃料電池の使用が開始されてからの運転停止時間の積算値である積算停止時間、及び前記電解質膜内の陽イオン不純物の量、の何れかである、請求項１又は２の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池においては、電気化学反応に伴って触媒層で過酸化水素が生成され、過酸化水素からヒドロキシラジカルが生成される。このヒドロキシラジカルは、電解質膜を薄くし性能を低下させる。このため、触媒層にヒドロキシラジカルを抑制するラジカル抑制剤を含有させた燃料電池が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２４４７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ラジカル抑制剤は、燃料電池内での水分中に溶出して電解質膜内に蓄積されるため、電解質膜内でもヒドロキシラジカルを抑制できる。しかしながら燃料電池の使用時間が長くなると、電解質膜内でのラジカル抑制剤の蓄積量が増大する。このようなラジカル抑制剤の蓄積量が、ヒドロキシラジカルを抑制するのに必要以上にまで増大すると、電解質膜でのプロトン移動抵抗が増大して、電解質膜の性能がかえって低下する可能性がある。
【０００５】
本発明は、電解質膜内でのラジカル抑制剤の蓄積量を適量に維持できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、電解質膜を両側から挟むアノード電極及びカソード電極の少なくとも一方がラジカル抑制剤を含有している燃料電池と、前記燃料電池の発電停止要求があった後に前記燃料電池内に掃気ガスを供給して前記燃料電池内を掃気する掃気処理を実行する掃気部と、前記電解質膜内で蓄積された前記ラジカル抑制剤の蓄積量に相関する相関値が前記蓄積量は増大することを示すほど、掃気能力が段階的に又は連続的に増大するように前記掃気処理の掃気条件を設定する掃気制御部と、を備えた燃料電池システムにより達成できる。
【０００７】
上記構成により、電解質膜内で蓄積されたラジカル抑制剤の蓄積量が多い場合には、少ない場合と比較して掃気能力が増大され、発電停止後での燃料電池内の残水量を十分に少なくできる。これにより、ラジカル抑制剤の溶出を抑制して電解質膜内でのラジカル抑制剤の蓄積量の増大を抑制できる。これに対して、ラジカル抑制剤の蓄積量が少ない場合には、多い場合と比較して、発電停止後での燃料電池内の残水を適量に確保できる。これにより、ラジカル抑制剤の溶出を促進して電解質膜に蓄積させることができ、ヒドロキシラジカルを抑制できる。以上により、電解質膜内でのラジカル抑制剤の蓄積量を適量に維持できる。
【０００８】
前記掃気制御部は、掃気時間の増大、前記掃気ガスの供給量の増大、前記燃料電池の背圧の低下、前記掃気ガスの脈動の振幅の増大、前記掃気ガスの脈動の周期の短縮、前記燃料電池の昇温、の少なくとも一つを実施することにより前記掃気能力を増大させる、構成であってもよい。
【０００９】
前記相関値は、前記燃料電池の使用が開始されてからの経過時間、前記燃料電池の使用が開始されてからの運転停止時間の積算値である積算停止時間、及び前記電解質膜内の陽イオン不純物の量、の何れかである、構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電解質膜内でのラジカル抑制剤の蓄積量を適量に維持できる燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、車両に搭載された燃料電池システムの概略図である。
【図２】図２は、燃料電池のセルを示す断面図である
【図３】図３Ａは、電解質膜内でのＣｅ３＋の蓄積量と、ヒドロキシラジカルによる電解質膜の分解速度と、電解質膜のプロトン移動抵抗との関係を示したグラフであり、図３Ｂは、電解質膜内でのＣｅ３＋の蓄積量と電解質膜のプロトン移動抵抗との関係を示したグラフである。
【図４】図４Ａは、制御装置が実行する掃気制御の一例を示したフローチャートであり、図４Ｂは、経過時間に基づいて設定される掃気時間を示したグラフである。
【図５】図５は、制御装置が実行する掃気制御の第１変形例を示したフローチャートである。
【図６】図６は、制御装置が実行する掃気制御の第２変形例を示したフローチャートである。
【図７】図７Ａは、制御装置が実行する掃気制御の第３変形例を示したフローチャートであり、図７Ｂは、通常掃気処理及び脈動掃気処理でのカソードガス流路内の圧力の変化を示したグラフである。
【図８】図８Ａは、制御装置が実行する掃気制御の第４変形例を示したフローチャートであり、図８Ｂは、経過時間と掃気時間との関係を規定したマップの一例である。
【図９】図９は、制御装置が実行する掃気制御の第５変形例を示したフローチャートである。
【図１０】図１０Ａは、制御装置が実行する掃気制御の第６変形例を示したフローチャートであり、図１０Ｂは、陽イオン不純物量に基づいて設定される掃気時間を示したグラフである。
【図１１】図１１Ａは、陽イオン不純物量を推定する方法を説明する図であり、図１１Ｂは、電解質膜内の陽イオン不純物量が少ない場合の出力電圧と不純物量が多い場合の出力電圧との相違を示した図である。
【図１２】図１２は、図１１Ｂの部分拡大図である。
【図１３】図１３は、陽イオン不純物量と電圧落ち込み量との関係との一例を示したグラフである。
【図１４】図１４は、プロトン移動抵抗と陽イオン不純物量との関係を、燃料電池内の相対湿度毎に規定したマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、車両に搭載された燃料電池システム１の概略図である。車両は、燃料電池自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車などである。ただし、燃料電池システム１は、車両以外の各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボット等）や定置型電源にも適用可能である。燃料電池システム１は、燃料電池２０、制御装置３０、水素ガス供給システム１２０、空気供給システム１４０、及び冷却システム１６０を含む。燃料電池システム１は、燃料電池２０の発電電力を車両走行用のモータ等に供給する。制御装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたコンピュータであり、イグニッションスイッチ１０１やアクセルペダルＡＰ等のセンサ入力を受けて燃料電池システム１の種々の制御を実行する。また制御装置３０は、詳しくは後述する掃気制御を実行する。
【００１３】
燃料電池２０は、固体高分子電解質型であり、多数の単電池（セル）が積層され、反応ガスとして燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気）との供給を受けて発電する。燃料電池２０の発電電流及び発電電圧は、それぞれ電流センサ１０６及び電圧センサ１０７により計測され、その計測結果が制御装置３０に出力される。燃料電池２０の詳細については後述する。
【００１４】
水素ガス供給システム１２０は、燃料電池２０に発電に供する水素を供給する。具体的には、水素ガス供給システム１２０は、タンク１１０、水素供給経路１２１、循環経路１２２、放出経路１２３、タンク弁１２４、圧力調整弁１２５、噴射弁１２６、循環ポンプ１２７、気液分離器１２８、開閉弁１２９を備えている。
【００１５】
水素ガスは、タンク１１０から水素供給経路１２１を介して燃料電池２０に供給される。タンク弁１２４、圧力調整弁１２５、及び噴射弁１２６は、水素供給経路１２１の上流側から順に設けられている。循環経路１２２は、燃料電池２０から排出されたアノードオフガスを水素供給経路１２１に循環させる。水素ガスの供給量は、アクセルペダルＡＰの操作に基づいて、制御装置３０により各種弁の開閉が制御されることによって調整される。
【００１６】
循環ポンプ１２７及び気液分離器１２８は、循環経路１２２上に設けられ、循環ポンプ１２７は、気液分離器１２８で分離したアノードオフガスを水素供給経路１２１に循環させる。気液分離器１２８で分離した水分と一部のアノードオフガスは、気液分離器１２８から分岐した放出経路１２３及び開閉弁１２９を介して放出経路１４２に放出される。
【００１７】
空気供給システム１４０は、燃料電池２０に空気を供給する。具体的には、空気供給システム１４０は、エアコンプレッサ１３０、空気供給経路１４１、放出経路１４２、バイパス弁１４５、マフラー１４６、インタークーラ１４７、バイパス経路１４８を備えている。
【００１８】
外部からエアークリーナ１４４を経て取り込まれた空気は、空気供給経路１４１を介して、エアコンプレッサ１３０により圧縮され、インタークーラ１４７により冷却されて、燃料電池２０に供給される。
【００１９】
空気供給経路１４１からバイパス経路１４８が分岐した分岐点に、バイパス弁１４５が設けられている。バイパス弁１４５は、燃料電池２０へ供給される空気の流量と、バイパス経路１４８を介して燃料電池２０をバイパスする空気の流量を調整する。放出経路１４２は、燃料電池２０から排出されたカソードオフガスを大気放出するものであり、燃料電池２０から空気が排出される空気出口に接続されている。調圧弁１４３は、カソードオフガスの流量及びカソード側の背圧を調整する。燃料電池２０への空気の供給量も、水素ガスと同様に、アクセルペダルＡＰの操作に基づいて各種機器が制御装置３０に制御されることにより調整される。マフラー１４６は、放出経路１４２に設けられて放出経路１４２を通過する空気により発生する音を低減する。
【００２０】
冷却システム１６０は、冷媒を所定の経路を経て循環させることにより、燃料電池２０を冷却する。具体的には、冷却システム１６０は、ラジエータ１５０、ファン１５２、循環経路１６１、バイパス経路１６２と、三方弁１６３と、循環ポンプ１６４と、イオン交換器１６５と、温度センサ１６８、分配経路１６９とを備える。
【００２１】
循環ポンプ１６４により圧送される冷媒は、循環経路１６１を流通し、ファン１５２による送風によりラジエータ１５０で熱交換されて冷媒が冷却される。冷却された冷媒は、燃料電池２０に供給されて燃料電池２０が冷却される。温度センサ１６８は、燃料電池２０から排出された冷媒の温度を検出する。バイパス経路１６２は、循環経路１６１から分岐してラジエータ１５０をバイパスし、三方弁１６３は、バイパス経路１６２を流通する冷媒の流量を調整する。イオン交換器１６５は、バイパス経路１６２上に、バイパス経路１６２を流れる冷媒の一部が流れるように設けられている。
【００２２】
分配経路１６９は、循環経路１６１から分岐してインタークーラ１４７に接続され再び循環経路１６１に接続されている。これにより、冷媒は分配経路１６９を介してインタークーラ１４７に供給され、インタークーラ１４７を通過する空気がこの冷媒により冷却される。
【００２３】
制御装置３０は、燃料電池２０の発電停止要求があった後に、燃料電池２０内に掃気ガスを供給して燃料電池２０内の水分を排出する掃気制御を実行する。掃気制御は、制御装置３０のＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭにより機能的に実現される、掃気部及び掃気制御部により実現される。詳しくは後述する。
【００２４】
燃料電池２０のセル１０について説明する。図２は、燃料電池２０のセル１０を示す断面図である。図２のように、セル１０は、電解質膜１２の一方の面にアノード触媒層１４ａが形成され、他方の面にカソード触媒層１４ｃが形成された膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１１を備える。
【００２５】
電解質膜１２は、フッ素系樹脂材料又は炭素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。アノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃは、電気化学反応を進行させる触媒（例えば白金や、白金−コバルト合金）を担持したカーボン粒子（例えばカーボンブラック）と、プロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含む。
【００２６】
ＭＥＡ１１の両側には、一対の撥水層であるアノード側撥水層１６ａとカソード側撥水層１６ｃと、一対の拡散層であるアノードガス拡散層１７ａとカソードガス拡散層１７ｃとが配置されている。一対の撥水層は、ＭＥＡ１１内に含まれる水分を適正量に保つために設けられている。ＭＥＡ１１、一対の撥水層、及び一対のガス拡散層を総称して膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）１５と称す。
【００２７】
アノード側撥水層１６ａ、カソード側撥水層１６ｃ、アノードガス拡散層１７ａ、及びカソードガス拡散層１７ｃは、ガス透過性及び電子伝導性を有する部材によって形成されており、例えばカーボンクロスやカーボンペーパなどの多孔質カーボン製部材によって形成されている。
【００２８】
ＭＥＧＡ１５の両側には、ＭＥＧＡ１５を挟持する一対のセパレータであるアノード側セパレータ１８ａとカソード側セパレータ１８ｃが配置されている。アノード側セパレータ１８ａとカソード側セパレータ１８ｃは、ガス遮断性及び電子伝導性を有する部材によって形成されており、例えばカーボンを圧縮してガス不透過とした緻密性カーボンなどのカーボン部材やプレス成型したステンレス鋼などの金属部材によって形成されている。アノード側セパレータ１８ａとカソード側セパレータ１８ｃは、表面にガスが流通するガス流路を形成するための凹凸を有する。アノード側セパレータ１８ａは、アノードガス拡散層１７ａとの間にアノードガス流路１９ａを形成する。カソード側セパレータ１８ｃは、カソードガス拡散層１７ｃとの間にカソードガス流路１９ｃを形成する。燃料電池の発電中においては、アノードガス流路１９ａを燃料ガスが流通し、カソードガス流路１９ｃを酸化剤ガスが流通する。アノード触媒層１４ａ、アノード側撥水層１６ａ、及びアノードガス拡散層１７ａは、アノード電極に相当する。カソード触媒層１４ｃ、カソード側撥水層１６ｃ、及びカソードガス拡散層１７ｃは、カソード電極に相当する。なお、アノードとカソードの両方にガス拡散層を備える構成を例に示したが、これに限定されない。アノードとカソードの一方又は両方にガス拡散層を備えない構成であってもよい。この場合には、アノードガス流路又はカソードガス流路から直接撥水層を介して触媒層にガスが供給される。ガス拡散層を備えない構成においては、撥水層は撥水、ガス透過、及び導電の各機能を有するシート部材が使用されてもよい。尚、アノード側セパレータ１８ａのアノードガス流路１９ａが形成された面とは反対側の面、及び、カソード側セパレータ１８ｃのカソードガス流路１９ｃが形成された面とは反対側の面には、冷媒が流れる冷媒流路が形成されている。
【００２９】
アノード側撥水層１６ａ及びカソード側撥水層１６ｃには、ヒドロキシラジカルの生成を抑制するラジカル抑制剤が含有されている。本実施例においてラジカル抑制剤は、セリウム含有酸化物であり、具体的にはＣｅＯ２である。ＣｅＯ２によりラジカルの生成が抑制される原理は以下のとおりである。燃料電池２０の発電時には、燃料電池２０に供給される酸化剤ガス中の酸素の一部が、電解質膜１２を透過して、アノード触媒層１４ａへと達する場合がある。この酸素がアノード触媒層１４ａにおいて還元されると過酸化水素が生成され、当該過酸化水素に起因してヒドロキシラジカルが生成される。ヒドロキシラジカルは、電解質膜１２を分解して性能を低下させる。ここで、アノード側撥水層１６ａ及びカソード側撥水層１６ｃに含有されているラジカル抑制剤であるＣｅＯ２は、燃料電池２０内の水分中にＣｅ３＋として溶出され、以下の式（１）の反応によりヒドロキシラジカルが消費される。これによりヒドロキシラジカルが抑制される。
・ＯＨ＋Ｃｅ３＋＋Ｈ＋→Ｃｅ４＋＋Ｈ２Ｏ・・・（１）
尚、式（１）において「・ＯＨ」はヒドロキシラジカルを示す。
【００３０】
しかしながら、溶出したＣｅ３＋は、燃料電池２０の使用時間と共に徐々に電解質膜１２内に蓄積される。このためヒドロキシラジカルを抑制する必要量以上のＣｅ３＋が電解質膜１２に蓄積されると、Ｃｅ３＋は陽イオン不純物として電解質膜１２のプロトン移動抵抗を増大させる。
【００３１】
図３Ａは、電解質膜１２内でのＣｅ３＋の蓄積量と、ヒドロキシラジカルによる電解質膜１２の分解速度と、電解質膜１２のプロトン移動抵抗との関係を示したグラフである。電解質膜１２内でのＣｅ３＋の蓄積量が少なすぎると、ヒドロキシラジカルによる電解質膜１２の分解速度が増大するが、電解質膜１２内でのＣｅ３＋の蓄積量が多すぎるとプロトン移動抵抗が増大する。図３Ｂは、電解質膜１２内でのＣｅ３＋の蓄積量と電解質膜１２のプロトン移動抵抗との関係を示したグラフであり、それぞれ相対湿度が３０及び８０パーセントの場合でのＣｅ３＋の蓄積量とプロトン移動抵抗との関係を示している。Ｃｅ３＋の蓄積量が多い場合には、相対湿度が低くなるにつれてプロトン移動抵抗が顕著に増大する。このため、Ｃｅ３＋の蓄積量が適量よりも多い場合には、低湿潤状態で電解質膜１２の性能が大きく低下する。
【００３２】
従って、本実施例の制御装置３０は、後述する掃気制御を実行することにより、ヒドロキシラジカルによる電解質膜１２の分解速度を抑制しつつプロトン移動抵抗の増大を抑制できるように、Ｃｅ３＋の蓄積量を適量に維持する。ここで、アノード側撥水層１６ａ及びカソード側撥水層１６ｃからのＣｅ３＋の溶出量は、燃料電池２０内での液水が多い環境下で多くなり、アノード側撥水層１６ａ及びカソード側撥水層１６ｃが液水に晒されている時間が長くなるほど多くなる。ここで、アノード側撥水層１６ａ及びカソード側撥水層１６ｃは、燃料電池２０の発電により生成される生成水のみならず、発電停止後での燃料電池２０内の残水にも晒される。このため、燃料電池２０の運転が開始されてからの経過時間が長くなるほど、アノード側撥水層１６ａ及びカソード側撥水層１６ｃからのＣｅ３＋の溶出量の積算値も多くなり、これに伴って電解質膜１２内でのＣｅ３＋の蓄積量も増大する。このため、燃料電池２０の経過時間（以下、単に経過時間と称する）は、電解質膜１２内でのＣｅ３＋の蓄積量に相関する相関値である。ここで経過時間とは、燃料電池２０が燃料電池システム１において初めて使用が開始されてからの経過時間であり、使用が開始されてからの燃料電池２０の運転時間の積算値である積算運転時間と運転停止時間の積算値である積算停止時間との合計時間である。
【００３３】
そこで制御装置３０は、経過時間が閾値α未満の場合には、第１掃気条件で掃気処理を実行し、経過時間が閾値α以上となった場合には、第１掃気条件よりも掃気能力が増大した第２掃気条件で掃気処理を実行する。掃気条件とは、掃気処理の実行時での条件であり、例えば掃気処理の継続時間である掃気時間や、掃気ガスの供給量、燃料電池２０の背圧、燃料電池２０の温度等である。本実施例では、第２掃気条件は、第１掃気条件よりも掃気時間が長い場合である。ここで掃気処理とは、燃料電池２０の発電停止時に燃料電池２０に掃気ガスを供給することにより、燃料電池２０内の残水を外部に排出させる処理である。本実施例では、掃気ガスとして、酸化剤ガス及び燃料ガスを用いる。掃気処理では、制御装置３０は、バイパス弁１４５、調圧弁１４３、及びエアコンプレッサ１３０を制御して、酸化剤ガスを燃料電池２０のカソードガス流路１９ｃに供給し、カソードガス流路１９ｃ内の残水を放出経路１４２へ排出させる。また、制御装置３０は、タンク弁１２４、圧力調整弁１２５、及び噴射弁１２６を制御して、燃料ガスを燃料電池２０のアノードガス流路１９ａに供給し、アノードガス流路１９ａ内の残水を気液分離器１２８へと排出させる。尚、掃気処理は、タンク弁１２４及び圧力調整弁１２５を遮断して噴射弁１２６を停止して燃料ガスの供給を停止した状態で、循環ポンプ１２７を駆動することにより、アノードオフガスを掃気ガスとして利用してもよい。また、掃気処理は、本実施例では、カソードガス流路１９ｃの掃気の完了後にアノードガス流路１９ａの掃気を開始するが、これに限定されず、カソードガス流路１９ｃとアノードガス流路１９ａとの掃気を略同時期に開始してもよいし、アノードガス流路１９ａの掃気完了後にカソードガス流路１９ｃの掃気を開始してもよい。次に制御装置３０が実行する掃気制御について具体的に説明する。
【００３４】
図４Ａは、制御装置３０が実行する掃気制御の一例を示したフローチャートである。制御装置３０は、燃料電池２０の発電停止要求があるか否かを判定する（ステップＳ１）。燃料電池２０の発電停止要求は、例えばイグニッションスイッチ１０１がオンからオフに切り替えられた場合に制御装置３０へ要求される。否定判定の場合には本制御は終了される。
【００３５】
肯定判定の場合には、制御装置３０は、経過時間が閾値α未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。制御装置３０は、燃料電池２０の運転中はその運転時間を常にカウントして常時経過時間を算出している。閾値αは、予め制御装置３０のＲＯＭに記憶されている。閾値αは、後述する掃気能力増大処理を実行するか否かを判断するための値である。
【００３６】
肯定判定の場合には、制御装置３０は掃気時間Ａに設定して（ステップＳ３ａ）、掃気時間Ａだけ掃気処理を実行する（ステップＳ４）。否定判定の場合には、制御装置３０は掃気時間Ａよりも長い掃気時間Ｂに設定して（ステップＳ３ｂ）、掃気時間Ｂだけ掃気処理を実行する（ステップＳ４）。掃気時間Ａ及びＢは、予め制御装置３０のＲＯＭに記憶されている。図４Ｂは、経過時間に基づいて設定される掃気時間を示したグラフである。ステップＳ４の処理は、燃料電池２０の発電停止後に燃料電池２０内に掃気ガスを供給して燃料電池２０内を掃気する掃気処理を実行する掃気部が実行する処理の一例である。ステップＳ３ａ及び３ｂの処理は、電解質膜１２内で蓄積されたラジカル抑制剤の蓄積量に相関する相関値が蓄積量は増大することを示すほど、掃気能力が段階的に又は連続的に増大するように掃気処理の掃気条件を設定する掃気制御部が実行する処理の一例である。
【００３７】
制御装置３０は、設定された掃気時間が経過すると、燃料電池２０への酸化剤ガス及び燃料ガスの供給を停止して掃気処理を終了する。次に、制御装置３０は、燃料電池２０の発電を停止させる（ステップＳ５）。具体的には、バイパス弁１４５及び調圧弁１４３によりそれぞれ空気供給経路１４１及び放出経路１４２を閉じてカソードガス流路１９ｃを封止する。次に、燃料ガスがアノードガス流路１９ａ内で加圧された状態でタンク弁１２４、圧力調整弁１２５、及び開閉弁１２９を閉じてアノードガス流路１９ａを封止する。次に、燃料電池２０は、他の機器との接続が遮断される。以上のようにして燃料電池２０の発電が停止される。
【００３８】
このように、経過時間が閾値α以上の場合には、閾値α未満の場合と比較して、掃気時間が増大されることにより掃気能力が増大される。これにより、経過時間が閾値α未満の場合には、掃気時間は比較的短期に設定されて掃気能力が抑制され、発電停止後での燃料電池２０内の残水を適量に確保できる。従って、燃料電池２０内の残水によりＣｅ３＋の溶出が促進され、電解質膜１２内でのＣｅ３＋の蓄積量を増大できる。これにより、ヒドロキシラジカルを抑制して電解質膜１２の性能の低下を抑制できる。一方、経過時間が閾値α以上となった場合には、掃気時間は比較的長期に設定されて掃気能力が増大され、燃料電池２０から十分に排水でき残水量が減少する。このため、それ以上のＣｅ３＋の溶出が抑制され、電解質膜１２内でのＣｅ３＋の蓄積量の増大を抑制できる。以上により、Ｃｅ３＋の蓄積量が適量に維持され、ヒドロキシラジカルによる電解質膜１２の分解速度を抑制しつつ、プロトン移動抵抗の増大をも抑制して、電解質膜１２の性能の低下を抑制できる。
【００３９】
尚、本実施例では、カソードガス流路１９ｃでの掃気時間と、アノードガス流路１９ａでの掃気時間とは、同一時間である。従って、掃気時間Ａが設定されている場合には、カソードガス流路１９ｃ及びアノードガス流路１９ａのそれぞれで掃気時間Ａだけ掃気処理が実行される。但し、カソードガス流路１９ｃでの掃気時間と、アノードガス流路１９ａでの掃気時間とは、同一時間に限定されず、一方の掃気時間が他方の掃気時間よりも長くてもよい。例えば、掃気時間Ａに設定された場合は、カソードガス流路１９ｃ及びアノードガス流路１９ａの一方が掃気時間Ａで掃気され、他方が掃気時間Ａに一定時間を追加又は短くした時間で掃気されるものであってもよい。
【００４０】
次に、掃気制御の変形例について説明する。尚、以下の掃気制御の変形例においては、同一の処理については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。図５は、制御装置３０が実行する掃気制御の第１変形例を示したフローチャートである。第１変形例の第２掃気条件では、第１掃気条件と比較して、掃気時間ではなく掃気ガス量が増大されることにより掃気能力が増大される。具体的には、経過時間が閾値α未満の場合には、掃気ガスの供給量を、酸化剤ガス供給量Ｃ及び燃料ガス供給量Ｅに設定される（ステップＳ３ｃ）。経過時間が閾値α以上の場合には、掃気ガスの供給量を、酸化剤ガス供給量Ｃ及び燃料ガス供給量Ｅよりもそれぞれ大きい酸化剤ガス供給量Ｄ及び燃料ガス供給量Ｆに設定される（ステップＳ３ｄ）。ステップＳ３ｄの処理は、上述した掃気制御部が実行する処理の一例である。このように、掃気ガスの供給量を増大させることによっても掃気能力を増大させることができ、Ｃｅ３＋の蓄積量を適量に維持できる。尚、酸化剤ガス供給量の増大は、例えばバイパス弁１４５の開度を制御してバイパス経路１４８に対する燃料電池２０に流れる酸化剤ガス量の割合を増大させることによって行ってもよいし、エアコンプレッサ１３０のモータの回転速度を増大することにより行ってもよいし、その双方により行ってもよい。また燃料ガス供給量の増大は、噴射弁１２６の噴射時間を増大することにより行ってもよいし、循環ポンプ１２７のモータの回転速度を増大することにより行ってもよいし、その双方により行ってもよい。
【００４１】
図６は、制御装置３０が実行する掃気制御の第２変形例を示したフローチャートである。第２変形例の第２掃気条件では、第１掃気条件と比較して、燃料電池２０の背圧を低下させることにより掃気能力が増大される。具体的には、経過時間が閾値α未満の場合には、燃料電池２０の背圧を調整する調圧弁１４３の開度Ｇに設定され（ステップＳ３ｇ）、経過時間が閾値α以上の場合には、調圧弁１４３が開度Ｇよりも大きい開度Ｈに設定される（ステップＳ３ｈ）。ステップＳ３ｈの処理は、上述した掃気制御部が実行する処理の一例である。調圧弁１４３が開度Ｇに設定されることにより、開度Ｈに設定される場合よりも、燃料電池２０の背圧が低下する。これにより、単位時間当たりに燃料電池２０を通過する酸化剤ガスの体積流量が増大し、掃気能力が増大するため、Ｃｅ３＋の蓄積量を適量に維持できる。
【００４２】
図７Ａは、制御装置３０が実行する掃気制御の第３変形例を示したフローチャートである。第３変形例の第２掃気条件では、第１掃気条件と比較して、掃気ガスに脈動を生じさせることより掃気能力が増大される。経過時間が閾値α未満の場合に制御装置３０は通常掃気処理を実行する（ステップＳ４ａ）のに対し、経過時間が閾値α以上の場合に制御装置３０は脈動掃気処理を実行する（ステップＳ４ｂ）。脈動掃気処理とは、エアコンプレッサ１３０のモータの回転速度を周期的に又はランダムに変動させ、噴射弁１２６から燃料ガスを間欠的に噴射させることにより、掃気ガスである酸化剤ガス及び燃料ガスの脈動を生じさせて掃気を行う処理である。これに対して通常掃気処理では、このような脈動が生じないように、エアコンプレッサ１３０のモータの回転速度は一定であり、噴射弁１２６からの燃料ガスの噴射量も一定に維持される。ステップＳ４ｂの処理は、上述した掃気制御部が実行する処理の一例である。
【００４３】
図７Ｂは、通常掃気処理及び脈動掃気処理でのカソードガス流路１９ｃ内の圧力の変化を示したグラフである。通常掃気処理では、意図的なカソードガス流路１９ｃ内の圧力の変動は生じないのに対して、脈動掃気処理では意図的にカソードガス流路１９ｃ内の圧力を変動させる処理である。脈動掃気処理により、燃料電池２０内の残水を効果的に排出でき、掃気能力が増大する。アノードガス流路１９ａ内も、同様に圧力が変動する。尚、酸化剤ガスの脈動は、上記のようにエアコンプレッサ１３０のモータの回転速度を周期的に又はランダムに変動させることによって発生させてもよいし、調圧弁１４３の開度を周期的に又はランダムに変動させることによって発生させてもよいし、その双方により発生させてもよい。燃料ガスの脈動は、上記のように噴射弁１２６から燃料ガスを間欠的に噴射させることによって発生させてもよいし、循環ポンプ１２７のモータの回転速度を周期的に又はランダムに変動させることによって発生させてもよいし、その双方により発生させてもよい。また、経過時間が閾値α未満の場合にも脈動掃気処理を実行し、経過時間が閾値α以上の場合には、閾値α未満の場合と比較して、脈動の振幅を増大させてもよいし、脈動の周期を短縮化してもよいし、その双方を実行してもよい。この場合も、掃気能力が増大する。
【００４４】
図８Ａは、制御装置３０が実行する掃気制御の第４変形例を示したフローチャートである。制御装置３０は、経過時間を算出し（ステップＳ２ａ）、算出された経過時間に対応した掃気時間を設定する（ステップＳ３ｋ）。図８Ｂは、経過時間と掃気時間との関係を規定したマップの一例である。このマップは、制御装置３０のＲＯＭに記憶されている。経過時間が長くなるほど連続的に掃気時間も長く設定される。これにより、経過時間が長くなるほど連続的に掃気能力が増大される。ステップＳ３ｋの処理は、上述した掃気制御部が実行する処理の一例である。尚、経過時間と掃気時間との関係は、図８Ｂに示したように１次曲線で示せる関係に限定されず、経過時間が増大するほど掃気時間が増大するのであれば、２次曲線や更に高次の曲線で示せる関係であってもよい。制御装置３０は、算出式によって経過時間に対応した掃気時間を算出してもよい。
【００４５】
第４変形例と同様に、第１変形例において、経過時間が長くなるほど掃気ガスの供給量を増大させてもよい。具体的には、経過時間が長くなるほど、バイパス経路１４８に対する燃料電池２０に流れる酸化剤ガス量の割合を増大させてもよいし、エアコンプレッサ１３０のモータの回転速度を増大させてもよいし、その双方を実行してもよい。また経過時間が長くなるほど、噴射弁１２６の噴射時間を増大してもよいし、循環ポンプ１２７のモータの回転速度を増大してもよいし、その双方を実行してもよい。第２変形例においても、経過時間が長くなるほど調圧弁１４３の開度を増大させてもよい。第３変形例においても、経過時間が長くなるほど掃気ガスの脈動の振幅を増大させ、又は周期を短縮化してもよいし、その双方を行ってもよい。
【００４６】
また、上記実施例及び変形例において、経過時間が増大するほど掃気能力を複数の段階に増大してもよい。この場合、複数の閾値、例えば第１閾値と第１閾値より大きい第２閾値を設け、第１閾値以上の場合には第１閾値未満の場合よりも掃気能力を増大させ、第２閾値以上の場合には第１閾値以上第２閾値未満の場合よりも掃気能力を増大させてもよい。
【００４７】
図９は、制御装置３０が実行する掃気制御の第５変形例を示したフローチャートである。発電停止要求があり、経過時間が閾値α未満の場合には、制御装置３０は掃気処理直前での燃料電池２０の目標温度を温度Ｍに設定し（ステップＳ３ｍ）、経過時間が閾値α以上の場合には、掃気処理直前での燃料電池２０の目標温度を温度Ｍよりも高い温度Ｎに設定する（ステップＳ３ｎ）。
【００４８】
次に制御装置３０は、現在の燃料電池２０の温度と、温度Ｍ及びＮのうち設定された温度と比較して、燃料電池２０を昇温させる必要があるか否かを判定する（ステップＳ１１）。現在の燃料電池２０の温度が設定された温度以上の場合には、否定判定がなされ、制御装置３０は、掃気処理を実行し（ステップＳ１４）、燃料電池２０の発電を停止する（ステップＳ１５）。
【００４９】
現在の燃料電池２０の温度が設定された温度未満の場合には、肯定判定がなされ、制御装置３０は燃料電池２０を昇温させる昇温処理を実行する（ステップＳ１２）。昇温処理は、例えば循環ポンプ１６４の駆動を停止することにより、燃料電池２０を昇温させる処理である。次に制御装置３０は、燃料電池２０の温度が設定された目標温度に到達したか否かを判定し（ステップＳ１３）、否定判定の場合には、制御装置３０は燃料電池２０の昇温処理を継続する（ステップＳ１２）。肯定判定の場合には、制御装置３０は、掃気処理を実行し（ステップＳ１４）、燃料電池２０の発電を停止する（ステップＳ１５）。
【００５０】
このように燃料電池２０を昇温させることにより、掃気処理時に燃料電池２０内を流れる酸化剤ガス及び燃料ガスは燃料電池２０の熱により膨張し、低温の同一質量流量の酸化剤ガス及び燃料ガスと比較して体積流量が増大し、燃料電池２０内の水分を排出する能力が増大する。また、酸化剤ガス及び燃料ガスが温められることによって、飽和水蒸気量が増大して、同一の体積流量でも燃料電池２０内の残水の持ち去り量を増大できる。ステップＳ１２の処理は、上述した掃気制御部が実行する処理の一例である。尚、燃料電池２０の温度は、冷却水の温度を検出する温度センサ１６８の出力値に基づいて推定されるが、これに限定されず、例えば燃料電池２０の温度を直接検出するセンサに基づいて測定してもよい。第５変形例においても、経過時間が長くなるほど掃気処理直前での燃料電池２０の目標温度を高く設定してもよい。
【００５１】
上記実施例及び変形例において、第１及び第２掃気条件の設定に経過時間を用いたが、例えば燃料電池２０の積算停止時間をとして用いてもよい。積算停止時間が長いほど発電停止中での燃料電池２０内の残水によるＣｅ３＋の溶出量が増大するからである。
【００５２】
図１０Ａは、制御装置３０が実行する掃気制御の第６変形例を示したフローチャートである。発電停止要求があると、制御装置３０は電解質膜１２の陽イオン不純物量を推定する処理を実行する（ステップＳ１ａ）。陽イオン不純物量を推定する処理については詳しくは後述する。次に制御装置３０は、陽イオン不純物量が閾値β未満であるか否かを判定する（ステップＳ２ｂ）。肯定判定の場合には、制御装置３０は掃気時間Ａに設定して（ステップＳ３ａ）、掃気時間Ａだけ掃気処理を実行し（ステップＳ４）、燃料電池２０の発電を停止する（ステップＳ５）。否定判定の場合には、制御装置３０は掃気時間Ａよりも長い掃気時間Ｂに設定して（ステップＳ３ｂ）、掃気時間Ｂだけ掃気処理を実行し（ステップＳ４）、燃料電池２０の発電を停止する（ステップＳ５）。図１０Ｂは、陽イオン不純物量に基づいて設定される掃気時間を示したグラフである。
【００５３】
次に、電解質膜１２内の陽イオン不純物量を推定する処理について説明する。陽イオン不純物には、ラジカル抑制剤であるＣｅ３＋のみならず、酸化剤ガスである空気中に含まれる陽イオンや、燃料電池２０の部品に含まれる陽イオンが含まれる。しかしながら、陽イオン不純物は燃料電池２０の使用を開始してからの時間が長くなるほど増大すると考えられ、陽イオン不純物が増大するほど電解質膜１２内へのＣｅ３＋の蓄積量も増大していると考えられる。このため、電解質膜１２内の陽イオン不純物量は、電解質膜１２内へのＣｅ３＋の蓄積量と相関する。従って、第６変形例においては、電解質膜１２内の陽イオン不純物量をＣｅ３＋の蓄積量の相関値として用いる。陽イオン不純物量の推定方法としては、燃料電池システム１の運転中にセル１０の出力電流をステップ状に増加させて保持したときのセル１０の出力電圧の挙動を計測する方法である。燃料電池システム１の運転中に、セル１０の出力電流をステップ状に増加させて保持したときのセル１０の出力電圧の挙動と、電解質膜１２中の陽イオン不純物量とが相関関係を有する、という事実に基づいている。以下、図面を参照して詳細に説明する。
【００５４】
図１１Ａは、陽イオン不純物量を推定する方法を説明する図である。この図は、セル１０においてステップ状に出力電流ＩＯＵＴを増加させたときの出力電圧ＶＯＵＴの挙動を模式的に示している。ただし、左縦軸はセル１０の出力電圧ＶＯＵＴ、右縦軸はセル１０の出力電流ＩＯＵＴ（ただし電流密度で表示）、横軸は時間である。実線の曲線はセル１０の出力電圧ＶＯＵＴを示し、破線の曲線はセル１０の出力電流ＩＯＵＴを示す。
【００５５】
図１１Ａは、セル１０の出力電流をあらかじめ定められたパターンに従って制御して、陽イオン不純物量を推定する場合を示している。すなわち、時間ｔ０においてベース出力電流ＩＢ及びベース出力電圧ＶＢにて燃料電池２０が作動（運転）されているとき、時間ｔ１においてセル１０の出力電流ＩＯＵＴがベース出力電流ＩＢからあらかじめ定められた増加電流ＩＧにステップ状に増加されて、時間ｔ３までの増加時間Δｔ０にわたり増加電流ＩＧが保持される場合を示している。ここで、ベース出力電流ＩＢは、陽イオン不純物量の推定方法を行っていない通常運転の時の燃料電池２０の目標電流値である。また、図１１Ａには、ベース出力電流ＩＢがあらかじめ定められた閾値電流よりも低い出力電流、例えば無負荷状態における燃料電池２０の出力電流ＩＯＵＴの場合が示されている。例えば、ベース出力電流ＩＢはアイドル出力電流ＩＡ０に対応し、ベース出力電圧ＶＢはアイドル出力電圧ＶＡ０に対応する。
【００５６】
この場合、出力電圧ＶＯＵＴは、時間ｔ１でベース出力電圧ＶＢから極小電圧ＶＭまでステップ状に低下した後に、増加に転じ、増加時間Δｔ０後の時間ｔ３までにベース出力電圧ＶＢよりも低い定常電圧ＶＣへ増加する。ただし、図１１Ａに示す例では増加時間Δｔ０は、出力電圧ＶＯＵＴが定常電圧になるのに十分な時間である定常化時間とし、増加時間Δｔ０経過後は出力電流ＩＯＵＴを元のベース出力電流ＩＢに戻すものとする。このとき、出力電圧ＶＯＵＴの挙動に関わる少なくとも以下の３つの値と、電解質膜１２中の陽イオン不純物量とが相関関係を有する。すなわち、（１）時間ｔ１からあらかじめ定められた設定時間Δｔ１後の時間ｔ２の出力電圧ＶＯＵＴをＶＥとしたとき、出力電圧ＶＥに対する極小電圧ＶＭの差である電圧落ち込み量ΔＶ、（２）ベース出力電圧ＶＢに対する極小電圧ＶＭの差である極小値落ち込み量ΔＶｍ、及び、（３）出力電流ＩＯＵＴが増加電流ＩＧに増加されてから出力電圧ＶＯＵＴが定常電圧ＶＣに達する時間ｔ２２までの所要時間Δｔ２、である。それぞれ、電解質膜１２内のＣｅ３＋の蓄積量が多くなるにつれて、（１）では電圧落ち込み量ΔＶが大きくなり、（２）では極小値落ち込み量ΔＶｍが大きくなり、（３）では所要時間Δｔ２が大きくなる。本実施例では上記（１）を用いるが、上記（２）又は（３）を用いてもよい。
【００５７】
上記（１）に関し、電解質膜１２内の陽イオン不純物量が少ない場合の出力電圧ＶＯＵＴｎと不純物量が多い場合の出力電圧ＶＯＵＴｃとの相違を図１１Ｂに示し、その部分拡大図を図１２に示す。左右の縦軸及び横軸は図１１Ｂの場合と同様である。時間ｔ０において燃料電池２０がベース出力電流ＩＢ及びベース出力電圧ＶＢにて作動（運転）されているとき、時間ｔ１において破線で示すセル１０の出力電流ＩＯＵＴがベース出力電流ＩＢからあらかじめ定められた増加電流ＩＧにステップ状に増加される。そして時間ｔ３までの増加時間Δｔ０にわたり増加電流ＩＧが保持される。ここで、電解質膜１２内の陽イオン不純物量が少ない場合の出力電圧ＶＯＵＴｎは、図１２に一点鎖線で示すように、ベース出力電圧ＶＢから極小電圧ＶＭｎまでステップ状に低下した後に、増加に転じ、時間ｔ２より後の時間ｔ２１でベース出力電圧ＶＢよりも低い定常電圧ＶＣｎに
増加する。一方、電解質膜１２内のＣｅ３＋の蓄積量が多い場合の出力電圧ＶＯＵＴｃは、図１２に実線で示すように、ベース出力電圧ＶＢから極小電圧ＶＭｃまでステップ状に低下した後に、増加に転じ、時間ｔ２より後の時間ｔ２２でベース出力電圧ＶＢよりも低い定常電圧ＶＣｃに増加する。
【００５８】
このとき、電解質膜１２内の陽イオン不純物量が多くなるにつれて、時間ｔ１から設定時間Δｔ１後の時間ｔ２の出力電圧ＶＥに対する極小電圧ＶＭの差である電圧落ち込み量ΔＶは大きくなる。ただし、設定時間Δｔ１は増加時間Δｔ０より小さい任意の値とする。例えば、図１２に示すように、電解質膜１２内の陽イオン不純物量が多い場合での出力電圧ＶＥｃに対する極小電圧ＶＭｃの差である電圧落ち込み量ΔＶｃは、電解質膜１２内の陽イオン不純物量が少ない場合での出力電圧ＶＥｎに対する極小電圧ＶＭｎの差である電圧落ち込み量ΔＶｎよりも大きくなる。
【００５９】
陽イオン不純物量と電圧落ち込み量ΔＶとの関係との一例を図１３に示す。横軸は陽イオン不純物量を示す。縦軸は電圧落ち込み量ΔＶを示す。曲線ＣＬに示されように、電解質膜１２中の陽イオン不純物量が増加するほど電圧落ち込み量ΔＶが増加している。したがって、あらかじめ定められた増加電流ＩＧおよび増加時間Δｔ０について、図１３に示すデータをあらかじめ計測しておけば、電圧落ち込み量ΔＶを計測して、そのデータを参照することで、陽イオン不純物量を推定することができる。ここで、図１３のグラフを示すデータは、あらかじめ実験等により求められており、制御装置３０のＲＯＭ内にあらかじめ記憶されている。
【００６０】
以上のように、陽イオン不純物量に基づいて、掃気処理を実行してもよい。尚、上述した第１〜第５変形例においても、経過時間の代わりに陽イオン不純物量を用いてもよい。また、第６変形例においても、陽イオン不純物量が増大するほど掃気時間を長く設定してもよい。
【００６１】
陽イオン不純物量の推定方法は上記のものに限定されず、例えば、燃料電池２０の電解質膜１２のプロトン移動抵抗を算出し、このプロトン移動抵抗と、プロトン移動抵抗の算出時での燃料電池２０内の相対湿度とに基づいて推定してもよい。図１４は、プロトン移動抵抗と陽イオン不純物量との関係を、燃料電池２０内の相対湿度毎に規定したマップである。図１４のマップでは、代表例として相対湿度が３０、５０、及び８０パーセントの場合でのプロトン移動抵抗と陽イオン不純物量との関係を規定しているが、それ以外の相対湿度でのプロトン移動抵抗と陽イオン不純物量との関係も規定されている。また、このマップでは、算出されたプロトン移動抵抗が同じであっても、相対湿度が小さいほど陽イオン不純物量は少なく推定される。このマップは、予め制御装置３０のＲＯＭに記憶されている。制御装置３０は、燃料電池２０のプロトン移動抵抗を算出し、プロトン移動抵抗の算出時での燃料電池２０内の相対湿度を取得して、図１４のマップを参照することにより、陽イオン不純物量を推定できる。尚、燃料電池２０内が乾燥状態の場合には、プロトン移動抵抗は、陽イオン不純物量に関わらずに大きく算出されるため、上記手法による陽イオン不純物量の推定は、燃料電池２０内の相対湿度が所定以上の場合に行うのが好ましい。
【００６２】
プロトン移動抵抗は、燃料電池２０に交流電流を、周波数を変化させながら印加したときのインピーダンスの周波数無限大成分であり、制御装置３０は、電流センサ１０６及び電圧センサ１０７の検出値に基づいて算出できる。燃料電池２０内の相対湿度は、例えば、燃料電池２０の発電量と温度に基づいて相対湿度を規定したマップを参照して取得してもよいし、燃料電池２０内に湿度センサを設けることにより相対湿度を取得してもよい。燃料電池２０の温度は、燃料電池２０を冷却する冷却水の温度に基づいて推定してもよいし、燃料電池２０内に温度センサを設けて測定してもよい。
【００６３】
上記実施例及び変形例において、掃気時間の増大、掃気ガスの供給量の増大、燃料電池２０の背圧の低下、掃気ガスの脈動の振幅の増大、掃気ガスの脈動の周期の短縮、燃料電池２０の昇温、のうち複数に基づいて掃気能力を増大させてもよい。
【００６４】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００６５】
上記実施例及び変形例では、掃気処理は、アノードガス流路１９ａ側及びカソードガス流路１９ｃ側の双方に行われるが、何れか一方に対してのみ実行してもよい。また、掃気処理では反応ガスである酸化剤ガス及び燃料ガスを用いたが、これに限定されず、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスを掃気ガスとして用いてもよい。
【００６６】
ラジカル抑制剤は、アノード側撥水層１６ａ及びカソード側撥水層１６ｃに含有されているがこれに限定されず、アノード触媒層１４ａ、カソード触媒層１４ｃ、アノード側撥水層１６ａ、カソード側撥水層１６ｃ、アノードガス拡散層１７ａ、及びカソードガス拡散層１７ｃの少なくとも一つに含有されていればよい。
【００６７】
また、ラジカル抑制剤は、金属単体及び／又は当該金属元素を含む金属化合物であれば特に限定されない。ラジカル抑制剤のＣｅ以外の具体例としては、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｒｂ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｏｓ等からなる単体及び／又は上記元素を含む化合物である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  セル
１１  膜電極接合体（ＭＥＡ）
１２  電解質膜
１４ａ  アノード触媒層
１４ｃ  カソード触媒層
１５  膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）
１６ａ  アノード側撥水層
１６ｃ  カソード側撥水層
１７ａ  アノードガス拡散層
１７ｃ  カソードガス拡散層
１８ａ  アノード側セパレータ
１８ｃ  カソード側セパレータ
１９ａ  アノードガス流路
１９ｃ  カソードガス流路
２０  燃料電池
３０  制御装置（掃気部、掃気制御部）
【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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