(57)【要約】【課題】性能低下を抑制しながら低加湿条件における運転を良好に行なうことができる燃料電池システムの停止方法を提供する。【解決手段】燃料ガスが供給されるアノード３ａと酸素含有ガスが供給されるカソード３ｂとアノード３ａ及びカソード３ｂの間に設けられる電解質３ｃとを有する固体高分子形燃料電池セル３を備える燃料電池システムＳの停止方法。システム起動時における固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を検証する加湿状態検証工程と、加湿状態検証工程の検証結果に基づいて、当該加湿状態検証工程以降のシステム停止時における固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向に調節すること及び加湿減少方向に調節することの両方を含む停止時加湿状態調節工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスが供給されるアノードと酸素含有ガスが供給されるカソードと前記アノード及び前記カソードの間に設けられる電解質とを有する固体高分子形燃料電池セルを備える燃料電池システムの停止方法であって、
システム起動時における前記固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を検証する加湿状態検証工程と、
前記加湿状態検証工程の検証結果に基づいて、当該加湿状態検証工程以降のシステム停止時における前記固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を加湿増大方向に調節すること及び加湿減少方向に調節することの両方を含む停止時加湿状態調節工程と、を有する燃料電池システムの停止方法。
【請求項２】
前記加湿状態検証工程は、前記固体高分子形燃料電池セルの出力電圧を監視し、当該出力電圧に基づいて、前記固体高分子形燃料電池セルが水不足状態、水過多状態、及び適正状態のうちのいずれの状態にあるかを検証する工程である請求項１に記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項３】
前記加湿状態検証工程では、
前記固体高分子形燃料電池セルの出力電圧値が前記適正状態において期待される正常出力電圧値範囲を超えて低下している場合に、前記水不足状態と判定され、
前記固体高分子形燃料電池セルの出力電圧の安定性が前記適正状態において期待される出力電圧の安定度合いを超えて不安定化している場合に、前記水過多状態と判定され、
前記水不足状態及び前記水過多状態のいずれでもない場合に、前記適正状態と判定される請求項２に記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項４】
前記停止時加湿状態調節工程は、
前記加湿状態検証工程において前記固体高分子形燃料電池セルの加湿状態が前記水不足状態であるという検証結果が得られれば、
前記固体高分子形燃料電池セルの温度を、前記適正状態である場合における温度よりも下げてから発電出力を低下させて発電を停止すること、又は、前記固体高分子形燃料電池セルに供給する前記燃料ガス及び前記酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を前記適正状態である場合における流量よりも減少させてから発電出力を低下させて発電を停止すること、を行う工程である請求項２又は３に記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項５】
前記停止時加湿状態調節工程は、
前記加湿状態検証工程において前記固体高分子形燃料電池セルの加湿状態が前記水過多状態であるという検証結果が得られれば、
前記固体高分子形燃料電池セルの温度を、前記適正状態である場合における温度よりも上げてから発電出力を低下させて発電を停止すること、又は、前記固体高分子形燃料電池セルに供給する前記燃料ガス及び前記酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を前記適正状態である場合における流量よりも増加させてから発電出力を低下させて発電を停止すること、を行う工程である請求項２から４のいずれか一項に記載の燃料電池システムの停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスが供給されるアノードと酸素含有ガスが供給されるカソードと前記アノード及び前記カソードの間に設けられる電解質とを有する固体高分子形燃料電池セルを備える燃料電池システムの停止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池はセルを構成する電解質（固体高分子膜）及び電極部（アノード及びカソード）が湿潤することによって発電が可能となるため、固体高分子形燃料電池セルに供給するガスに水蒸気を混合するなど、電解質及び電極部を加湿して運転している。また、長期耐久性が求められる定置用途では、劣化抑制の観点から電池温度と固体高分子形燃料電池セルに供給するガスの露点とがほぼ同一の飽和加湿条件での運転が一般的である。
【０００３】
これに対して、燃料電池システム内の加湿機能（例えば、アノード及びカソードに供給されるガスに水蒸気を含ませるバブラー装置など）を簡略化又は削除することによって、システムのコスト低減を図ることも行われている。例えば、非特許文献１に記載のように、飽和加湿条件ではない低加湿条件でも電池の劣化が抑制されるような開発が進められている。
このような低加湿条件においては、発電による生成水を如何に電池の湿潤に効率よく利用できるかが発電性能を引き出す上で重要である。そのため、非特許文献２に記載のように、電池の構成部材の最適化が進められている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Eiji Endoh, ECS Transactions, 16(2), 1229 (2008)
【非特許文献２】西川, 中村, 松山, 柏, 第１５回燃料電池シンポジウム講演予稿集, 123 (2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、低加湿条件（例えば、アノード及びカソードに供給されるガスの少なくとも一方の露点が固体高分子形燃料電池セルの温度よりも１０℃以上低い条件）で、生成水を効率よく利用して電池内部の湿潤を保ちながら燃料電池を運転させているとき、運転する条件や環境の変化により電池内部の湿潤状態が変わる可能性があり得る。湿潤が足りなくなれば電池の劣化は促進され、逆に湿潤が過度であれば結露が生じて水づまりによる性能低下が起こり得る。例えば、固体高分子形燃料電池セルに存在する水が必要量よりも少なくなると（即ち、水不足状態になると）、電解質における水素イオンの伝導性が悪くなる（即ち、抵抗が大きくなる）。或いは、固体高分子形燃料電池セルに存在する水が必要量以上に増えると（即ち、水過多状態になると）、アノード及びカソードを構成するガス拡散層の細孔内が水で塞がれてガスの拡散が阻害される。その結果、固体高分子形燃料電池セルの出力電圧が低下したり、固体高分子形燃料電池セルが劣化したりするなどの問題が発生する可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、性能低下を抑制しながら低加湿条件における運転を良好に行なうことができる燃料電池システムの停止方法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】
【０００７】
本発明に係る、燃料ガスが供給されるアノードと酸素含有ガスが供給されるカソードと前記アノード及び前記カソードの間に設けられる電解質とを有する固体高分子形燃料電池セルを備える燃料電池システムの停止方法の特徴構成は、システム起動時における前記固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を検証する加湿状態検証工程と、前記加湿状態検証工程の検証結果に基づいて、当該加湿状態検証工程以降のシステム停止時における前記固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を加湿増大方向に調節すること及び加湿減少方向に調節することの両方を含む停止時加湿状態調節工程と、を有する点にある。
【０００８】
上記の特徴構成によれば、燃料電池システムが断続運転される場合において、固体高分子形燃料電池セルの加湿状態が変化するとしても加湿状態検証工程において加湿状態が検証され、更に、加湿状態検証工程の検証結果に基づいて、当該加湿状態検証工程以降の停止時加湿状態調節工程において、固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を加湿増大方向及び加湿減少方向の何れにも調節可能である。つまり、加湿状態検証工程及び停止時加湿状態調節工程によって、システム停止時に固体高分子形燃料電池セルの加湿状態が適宜調節されるため、固体高分子形燃料電池セルの性能が継続的に良好に維持される。特に、固体高分子形燃料電池セルに対して水分を供給するための特別な加湿機能（例えば、アノード及びカソードに供給されるガスに水蒸気を含ませるバブラー装置など）が簡略化され、又は備わっておらず、主に固体高分子形燃料電池セルでの発電時に生成される水で固体高分子形燃料電池セルの加湿が行われるような、低加湿条件で運転される燃料電池システムであっても、加湿状態検証工程及び停止時加湿状態調節工程によって、固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を適切に調節できる。
従って、性能低下を抑制しながら低加湿条件における運転を良好に行なうことができる燃料電池システムの停止方法を提供することができる。
【０００９】
ここで、前記加湿状態検証工程は、前記固体高分子形燃料電池セルの出力電圧を監視し、当該出力電圧に基づいて、前記固体高分子形燃料電池セルが水不足状態、水過多状態、及び適正状態のうちのいずれの状態にあるかを検証する工程であると好適である。
【００１０】
加湿状態検証工程が行われるシステム起動時には、固体高分子形燃料電池セルの加湿状態が水不足状態であれば、固体高分子形燃料電池セルの出力電圧は加湿状態が適正であるときの出力電圧よりも低下するという現象が認められる。また、固体高分子形燃料電池セルの加湿状態が水過多状態であれば、固体高分子形燃料電池セルの出力電圧は加湿状態が適正であるときと比較して不安定化するという現象が認められる。ここで、「不安定化する」とは、出力電圧に変動が現れることを意味する。
この構成によれば、システム起動時における固体高分子形燃料電池セルの出力電圧の変化状態に基づいて、当該固体高分子形燃料電池セルの状態が水不足状態、水過多状態、及び適正状態のうちのいずれの状態にあるかを検証することができる。
【００１１】
そこで、前記加湿状態検証工程では、前記固体高分子形燃料電池セルの出力電圧値が前記適正状態において期待される正常出力電圧値範囲を超えて低下している場合に、前記水不足状態と判定され、前記固体高分子形燃料電池セルの出力電圧の安定性が前記適正状態において期待される出力電圧の安定度合いを超えて不安定化している場合に、前記水過多状態と判定され、前記水不足状態及び前記水過多状態のいずれでもない場合に、前記適正状態と判定される構成とすると好適である。
【００１２】
この構成によれば、システム起動時における固体高分子形燃料電池セルの状態が水不足状態、水過多状態、及び適正状態のうちのいずれの状態にあるかを適切に判定することができる。
【００１３】
また、前記停止時加湿状態調節工程は、前記加湿状態検証工程において前記固体高分子形燃料電池セルの加湿状態が前記水不足状態であるという検証結果が得られれば、前記固体高分子形燃料電池セルの温度を、前記適正状態である場合における温度よりも下げてから発電出力を低下させて発電を停止すること、又は、前記固体高分子形燃料電池セルに供給する前記燃料ガス及び前記酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を前記適正状態である場合における流量よりも減少させてから発電出力を低下させて発電を停止すること、を行う工程であると好適である。
【００１４】
加湿状態検証工程において固体高分子形燃料電池セルの加湿状態が水不足状態であるという検証結果が得られた場合には、当該加湿状態検証工程以降に実行される停止時加湿状態調節工程において、固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を加湿増大方向（より湿潤させる方向）に移行させれば良い。
この構成によれば、固体高分子形燃料電池セルの温度を、固体高分子形燃料電池セルの状態が適正状態である場合における温度よりも下げてから発電出力を低下させて発電を停止することで、システム停止時における生成水の蒸発量をより少なくして、固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を加湿増大方向へと移行させることができる。或いは、固体高分子形燃料電池セルに供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を、固体高分子形燃料電池セルの状態が適正状態である場合における流量よりも減少させてから発電出力を低下させて発電を停止することで、システム停止時にそれらのガスによって固体高分子形燃料電池セルの外部に持ち出される生成水の量をより少なくして、固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を加湿増大方向へと移行させることができる。従って、システム停止時に固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を増大させるように調節して、より適正状態に近づけることができる。
【００１５】
また、前記停止時加湿状態調節工程は、前記加湿状態検証工程において前記固体高分子形燃料電池セルの加湿状態が前記水過多状態であるという検証結果が得られれば、前記固体高分子形燃料電池セルの温度を、前記適正状態である場合における温度よりも上げてから発電出力を低下させて発電を停止すること、又は、前記固体高分子形燃料電池セルに供給する前記燃料ガス及び前記酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を前記適正状態である場合における流量よりも増加させてから発電出力を低下させて発電を停止すること、を行う工程であると好適である。
【００１６】
加湿状態検証工程において固体高分子形燃料電池セルの加湿状態が水過多状態であるという検証結果が得られた場合には、当該加湿状態検証工程以降に実行される停止時加湿状態調節工程において、固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を加湿減少方向（より乾燥させる方向）に移行させれば良い。
この構成によれば、固体高分子形燃料電池セルの温度を、固体高分子形燃料電池セルの状態が適正状態である場合における温度よりも上げてから発電出力を低下させて発電を停止することで、システム停止時における生成水の蒸発量をより多くして、固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を加湿減少方向へと移行させることができる。或いは、固体高分子形燃料電池セルに供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を、固体高分子形燃料電池セルの状態が適正状態である場合における流量よりも増加させてから発電出力を低下させて発電を停止することで、システム停止時にそれらのガスによって固体高分子形燃料電池セルの外部に持ち出される生成水の量をより多くして、固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を加湿減少方向へと移行させることができる。従って、システム停止時に固体高分子形燃料電池セルの加湿状態を減少させるように調節して、より適正状態に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】燃料電池システムの稼働状態を模式的に示す図である。
【図３】標準的なシステム起動制御の説明図である。
【図４】標準的なシステム停止制御の説明図である。
【図５】燃料電池システムの起動時における固体高分子形燃料電池セルの出力電圧の変化状態を示すグラフである。
【図６】第一の実施形態に係る起動時加湿状態調節工程の態様を示す図である。
【図７】第一の実施形態に係る停止時加湿状態調節工程の態様を示す図である。
【図８】第二の実施形態に係る起動時加湿状態調節工程の態様を示す図である。
【図９】第二の実施形態に係る停止時加湿状態調節工程の態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．第一の実施形態
本発明に係る燃料電池システムＳの起動方法及び停止方法の第一の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る燃料電池システムＳでは、システム起動時における固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を検証する加湿状態検証工程Ｖ（図２を参照）と、加湿状態検証工程Ｖの検証結果に基づいて、当該加湿状態検証工程Ｖ以降のシステム起動時における固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を調節する起動時加湿状態調節工程Ａと、加湿状態検証工程Ｖの検証結果に基づいて、当該加湿状態検証工程Ｖ以降のシステム停止時における固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を調節する停止時加湿状態調節工程Ｂと、が行われる。起動時加湿状態調節工程Ａ及び停止時加湿状態調節工程Ｂは、それぞれ固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向に調節すること及び加湿減少方向に調節することの両方を含む。制御部１２は、加湿状態検証工程Ｖ及び起動時加湿状態調節工程Ａを、例えば断続運転される燃料電池システムＳの起動時に毎回実行し、停止時加湿状態調節工程Ｂを、例えば断続運転される燃料電池システムＳの停止時に毎回実行する。以下、詳細に説明する。
【００１９】
１−１．燃料電池システムの全体構成
図１は、燃料電池システムＳの構成を説明する図である。燃料電池システムＳは、燃料ガスが供給されるアノード３ａと、酸素含有ガスが供給されるカソード３ｂと、アノード３ａ及びカソード３ｂの間に設けられる電解質（固体高分子膜）３ｃと、を有する固体高分子形燃料電池セル３を備える。通常、複数個の固体高分子形燃料電池セル３が直列接続されてセルスタックを構成する。
【００２０】
本実施形態において、アノード３ａに供給される燃料ガスは燃料ガス供給部１で生成される。燃料ガス供給部１は、炭化水素（例えばメタン等）やアルコールなどの原燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする燃料ガスを生成する装置である。尚、図１には示していないが、水蒸気改質を行うため、原燃料に対して水蒸気が添加される。燃料ガス供給部１からアノード３ａに供給される燃料ガスの流量は、燃料ガス供給部１に供給される原燃料の流量に応じて変化する。つまり、アノード３ａに供給する燃料ガスの流量は、燃料ガス供給部１に供給する原燃料の流量によって調節できる。本実施形態では、制御部１２が、燃料ガス供給部１に供給する原燃料の流量を、ポンプなどの流量調節手段（図示せず）の動作を制御して調節する。
【００２１】
本実施形態において、カソード３ｂに供給される酸素含有ガスは、空気である。酸素含有ガス供給部２は、空気をカソード３ｂに送りこむことができるポンプなどである。本実施形態では、制御部１２が、カソード３ｂに供給する酸素含有ガス（空気）の流量を、酸素含有ガス供給部２の動作を制御して調節する。
【００２２】
固体高分子形燃料電池セル３では、通常運転時において、アノード３ａに供給される水素（燃料ガス）が水素イオンとなって電解質３ｃを介してカソード３ｂに移動し、酸素含有ガス（空気）中の酸素と反応して水を生成する。このとき、アノード３ａとカソード３ｂとを接続する電気回路中の負荷（図１では電力変換部８）に電流が流れる。電解質３ｃにおける水素イオンの伝導性は、電解質３ｃに水が存在している方が高くなる。本実施形態の燃料電池システムＳには、固体高分子形燃料電池セル３を加湿する（上記の水蒸気改質のための加湿を除く）ための特別な仕組みは設けられていない。具体的には、本実施形態の燃料電池システムＳには、アノード及びカソードに供給されるガスに水蒸気を含ませる特別な装置（例えば、バブラー装置）などは設けられていない。
【００２３】
なお、本実施形態に係る燃料電池システムＳでは、水蒸気改質後の燃料ガス（水素）の露点は３０〜４０℃程度となる。上記のとおり、燃料ガス（水素）はその後特に加湿されることなく固体高分子形燃料電池セル３に供給される。一方、通常運転時には、固体高分子形燃料電池セル３の温度は７０〜８０℃程度に維持される。そのため、本実施形態に係る燃料電池システムＳは、低加湿条件で通常運転が行われている。本実施形態において、低加湿条件とは、アノード３ａ及びカソード３ｂに供給されるガスの少なくとも一方の露点が固体高分子形燃料電池セル３の温度よりも１０℃以上低い条件である。このような低加湿条件下では、通常運転時（発電時）においてカソード３ｂで生成される水（生成水）が、固体高分子形燃料電池セル３を加湿するための主要な水となる。
【００２４】
固体高分子形燃料電池セル３の直流出力は電力変換部８において適当な電力に変換されてから負荷部１１に供給される。固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧は電圧計９によって計測され、固体高分子形燃料電池セル３の出力電流は電流計１０によって計測される。
【００２５】
制御部１２は、固体高分子形燃料電池セル３の温度を調節できる。本実施形態では、燃料電池システムＳは、固体高分子形燃料電池セル３を冷却可能な冷却手段Ｃを備える。
冷却手段Ｃは、冷却水としての湯水が貯められた貯湯部６と、固体高分子形燃料電池セル３で発生される熱と湯水（冷却水）との熱交換が行われる熱交換部４と、貯湯部６に貯湯されている低温の湯水（冷却水）が熱交換部４を流通して再び貯湯部６に戻るように循環する冷却水循環路１３と、冷却水循環路１３における湯水の流量を調節するポンプ７と、を備える。冷却水循環路１３における湯水の流量が多くなると、固体高分子形燃料電池セル３の冷却が促進されて固体高分子形燃料電池セル３の温度が低下する。逆に、冷却水循環路１３における湯水の流量が少なくなると、固体高分子形燃料電池セル３の冷却が抑制されて固体高分子形燃料電池セル３の温度が上昇する。制御部１２は、ポンプ７の動作を制御して、冷却水循環路１３における湯水の流量を調節できる。つまり、制御部１２は、ポンプ７の動作を制御して、固体高分子形燃料電池セル３の温度を調節できる。
【００２６】
また、燃料電池システムＳは、固体高分子形燃料電池セル３を加熱可能な加熱手段Ｈを備えている。加熱手段Ｈは、固体高分子形燃料電池セル３に対して熱伝達可能に設けられている。加熱手段Ｈは、例えば抵抗加熱式のヒータ５である。燃料電池システムＳのシステム起動時には、制御部１２はヒータ５に通電して固体高分子形燃料電池セル３の温度を上昇させる。なお、本実施形態では、加熱手段Ｈはシステム起動時にのみ使用され、通常運転時には使用されない。
【００２７】
１−２．燃料電池システムの運転制御
燃料電池システムＳは、当該燃料電池システムＳの各部の動作を制御するための制御部１２を備えている。例えば、制御部１２は、燃料電池システムＳ全体の稼働状態を制御する。図２は、燃料電池システムＳの稼働状態を模式的に示す図である。この図に示すように、燃料電池システムＳは運転状態と停止状態とを断続的に繰り返して行う。そして、燃料電池システムＳが運転状態となる場合には、まずシステム起動制御が実行された後に当該システム起動制御から通常運転制御に切り替わる。また、燃料電池システムＳが停止状態となる場合には、まず通常運転制御からシステム停止制御に切り替わり、当該システム停止制御が実行された後に燃料電池システムＳが完全に停止される。
【００２８】
ここで、システム起動制御及びシステム停止制御の内容について簡単に説明する。図３は、標準的な条件下におけるシステム起動制御の説明図である。
この図に示すように、システム起動制御では、まず制御部１２は、固体高分子形燃料電池セル３に対して燃料ガス及び酸素含有ガスを予め設定された標準流量Ｆｓにて供給するとともに、ヒータ５への通電量を増大させて固体高分子形燃料電池セル３の温度を徐々に上昇させる。やがて固体高分子形燃料電池セル３の温度が、当該固体高分子形燃料電池セル３が発電を開始する条件として予め設定された標準発電開始温度Ｔｓに達すると、制御部１２は発電を開始するとともに固体高分子形燃料電池セル３から取り出されて負荷部１１に供給される出力電流（発電出力）を徐々に上昇させる。やがて出力電流が予め設定された標準出力電流Ｉｓに達すると、制御部１２は固体高分子形燃料電池セル３に対する燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量を標準流量Ｆｓから徐々に増加させる。なお、ここでは「標準流量Ｆｓ」は、燃料ガスについての標準流量と酸素含有ガスについての標準流量とを包括的に表す概念として用いている（以下、同様）。
【００２９】
システム起動制御が終了すると、通常運転制御に切り替わる。本実施形態では、通常運転制御として、エネルギ効率が最大となる状態で発電を行うように燃料電池システムＳを制御する定格出力制御が行われる。本例では、このような定格出力制御は、発電出力が最大となる状態で発電を行うように燃料電池システムＳを制御する最大出力制御でもある。なお、この通常運転制御時には、固体高分子形燃料電池セル３に対する燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量は運転時標準流量Ｆｒとなっている（図４を参照）。本例のように、定格出力制御が行われる場合には、運転時標準流量Ｆｒは定格電力を出力するだけの流量である。また、固体高分子形燃料電池セル３の温度は標準運転温度Ｔｒとなっている。なお、ここでは「運転時標準流量Ｆｒ」は、燃料ガスについての標準流量と酸素含有ガスについての標準流量とを包括的に表す概念として用いている（以下、同様）。
【００３０】
図４は、標準的な条件下におけるシステム停止制御の説明図である。この図に示すように、システム停止制御では、まず制御部１２は、固体高分子形燃料電池セル３に対する燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量を運転時標準流量Ｆｒから徐々に減少させるとともに、固体高分子形燃料電池セル３から取り出されて負荷部１１に供給される出力電流（発電出力）を徐々に低下させる。この際、固体高分子形燃料電池セル３の温度も徐々に低下させる。やがて出力電流（発電出力）が予め設定された停止時標準電流Ｉｒに達すると、制御部１２は固体高分子形燃料電池セル３に対する燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量を一定に維持させる。更に出力電流（発電出力）がゼロに達して発電が完全に停止すると、制御部１２は燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量をゼロとする。
【００３１】
１−３．固体高分子形燃料電池セルの加湿状態
上述のように、燃料電池システムＳでは、固体高分子形燃料電池セル３での発電による生成水で、当該固体高分子形燃料電池セル３自身の加湿を行う。そのためには、生成水が固体高分子形燃料電池セル３で有効に利用される必要がある。よって、生成水が固体高分子形燃料電池セル３の外部に持ち出されないようにすることが好ましい。固体高分子形燃料電池セル３の内部では、カソード３ｂで生成された生成水が、カソード３ｂの近傍のみに留まるのではなく、電解質３ｃ及びアノード３ａにまで浸透する。そして、燃料電池システムＳが運転状態にある場合には、生成水は、アノード３ａにおいて燃料ガスと常時接触し、カソード３ｂにおいて空気と常時接触する。その結果、アノード３ａから排出されるガスによって、アノード３ａの近傍に存在している生成水が固体高分子形燃料電池セル３の外部に持ち出され、カソード３ｂから排出されるガスによって、カソード３ｂの近傍に存在している生成水が固体高分子形燃料電池セル３の外部に持ち出される。
【００３２】
制御部１２は、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態をより加湿減少方向（より乾燥させる方向）へと移行させることができる。例えば、制御部１２は、冷却手段Ｃの動作を制御して固体高分子形燃料電池セル３の温度を上げることで、生成水の蒸発量をより多くして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向へと移行させることができる。或いは、制御部１２は、燃料ガス供給部１及び酸素含有ガス供給部２の少なくとも何れか一方の動作を制御して固体高分子形燃料電池セル３に供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を増加させることで、それらのガスによって固体高分子形燃料電池セル３の外部に持ち出される生成水の量をより多くして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向へと移行させることができる。
【００３３】
或いは、制御部１２は、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態をより加湿増大方向（より湿潤させる方向）へと移行させることができる。例えば、制御部１２は、冷却手段Ｃの動作を制御して固体高分子形燃料電池セル３の温度を下げることで生成水の蒸発量をより少なくして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向へと移行させることができる。或いは、制御部１２は、燃料ガス供給部１及び酸素含有ガス供給部２の少なくとも何れか一方の動作を制御して固体高分子形燃料電池セル３に供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を減少させることで、それらのガスによって固体高分子形燃料電池セル３の外部に持ち出される生成水の量をより少なくして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向へと移行させることができる。
【００３４】
１−４．加湿状態検証工程
加湿状態検証工程Ｖは、システム起動時における固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧を監視し、当該出力電圧に基づいて、固体高分子形燃料電池セル３が水不足状態、水過多状態、及び適正状態のうちのいずれの状態にあるかを検証する工程である。例えば固体高分子形燃料電池セル３に存在する水が増えて水過多状態になっていると、通常運転時等に、アノード３ａ及びカソード３ｂを構成するガス拡散層の細孔内が水で塞がれてガスの拡散が阻害される。また、固体高分子形燃料電池セル３に存在する水が少なくなって水不足状態になっていると、電解質３ｃにおける水素イオンの伝導性が悪くなる（即ち、抵抗が大きくなる）。その結果、固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧が低下したり、固体高分子形燃料電池セル３が劣化したりするなどの問題が発生する可能性がある。
【００３５】
そこで、この加湿状態検証工程Ｖでは、システム起動時における固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧を指標として固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を検証し、当該固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態が、適正状態にあるのか、又は、水過多状態にあるのか、又は、水不足状態にあるのか、を判定する。なお、「水過多状態」は固体高分子形燃料電池セル３に存在する水が必要量以上に増えた状態であり、「水不足状態」は固体高分子形燃料電池セル３に存在する水が必要量よりも少ない状態である。また、「適正状態」は、水過多状態と水不足状態との間の、固体高分子形燃料電池セル３に必要量の水がほぼ過不足なく存在する状態である。
【００３６】
本実施形態において、加湿状態検証工程Ｖでは、固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧の値及び安定性を指標として固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態が検証される。本例では、加湿状態検証工程Ｖでは、固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧値の、適正状態において期待される出力電圧値に対する低下度合いと、固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧の安定性の、適正状態において期待される出力電圧の安定性に対する不安定化度合いと、が監視される。そして、図５に示すように、出力電圧値の低下度合いが大きい場合に水不足状態と判定され、出力電圧の不安定化度合いが大きい場合に水過多状態と判定される。すなわち、固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧値が適正状態において期待される正常出力電圧値範囲を超えて低下している場合に、水不足状態と判定される。より具体的には、固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧値が、適正状態において期待される出力電圧値の例えば９６％以下まで低下した場合に水不足状態と判定される。一方、固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧の安定性が適正状態において期待される出力電圧の安定度合いを超えて不安定化している場合に、水過多状態と判定される。より具体的には、固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧値の単位時間当たりの変動幅が、適正状態において期待される出力電圧値の単位時間当たりの変動幅の例えば５倍以上となった場合に水過多状態と判定される。なお、上記の判定基準はあくまで一例であり、固体高分子形燃料電池セル３の特性に応じて適宜設定変更が可能である。また、水不足状態及び水過多状態のいずれとも判定されない場合に適正状態と判定される。すなわち、出力電圧値が安定性を維持しており、かつ、ほとんど低下していない場合に適正状態と判定される。
【００３７】
なお、本実施形態においては、固体高分子形燃料電池セル３の劣化を抑制するべく、許容される出力電圧の下限値である第一設定電圧（制限電圧）Ｒｖが予め設定されている。例えば水不足状態にある場合には、固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧が大きく低下し、第一設定電圧Ｒｖに達すると、制御部１２は固体高分子形燃料電池セル３の出力電流を一定に維持して出力電圧の上昇を待つ。やがて、固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧が、第一設定電圧Ｒｖよりも大きい値に設定された第二設定電圧（許可電圧）Ｐｖまで上昇すると出力電流を上昇させることが許可され、制御部１２は固体高分子形燃料電池セル３の出力電流を再度上昇させる。これにより固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧は再度低下する。以上の動作が、逐次繰り返して行われる。その結果、図５に示すように、水不足状態ではシステム起動時には固体高分子形燃料電池セル３の出力電流は段階的に上昇する。一方、例えば適正状態にある場合には、固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧は大きく低下することがないので、システム起動時には固体高分子形燃料電池セル３の出力電流は直線的（一次関数的）に上昇する。
【００３８】
１−５．起動時加湿状態調節工程
起動時加湿状態調節工程Ａは、加湿状態検証工程Ｖの検証結果に基づいて、当該加湿状態検証工程Ｖ以降のシステム起動時における固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を調節する工程である。言い換えれば、起動時加湿状態調節工程Ａは、それ以前に行われた一又は二以上の加湿状態検証工程Ｖの検証結果に基づいて、システム起動時における固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を調節する工程である。本例では、起動時加湿状態調節工程Ａでは、直近の加湿状態検証工程Ｖの検証結果に基づいて固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態が調節される。例えば図２において、加湿状態検証工程Ｖ１の検証結果に基づいて起動時加湿状態調節工程Ａ２が行われ、加湿状態検証工程Ｖ２の検証結果に基づいて起動時加湿状態調節工程Ａ３が行われる。このような起動時加湿状態調節工程Ａは、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向に調節すること及び加湿減少方向に調節することの両方を含む。
【００３９】
本実施形態に係る起動時加湿状態調節工程Ａでは、加湿状態検証工程Ｖにおいて得られた検証結果に基づき、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態に応じて、固体高分子形燃料電池セル３が発電を開始する条件を規定するために設定される発電開始温度が調節される。
【００４０】
加湿状態検証工程Ｖにおいて固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態が水不足状態であるという検証結果が得られた場合、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向（より湿潤させる方向）に移行させれば良い。
そこで、水不足状態であるという検証結果が得られた場合、本実施形態における起動時加湿状態調節工程Ａでは、固体高分子形燃料電池セル３が発電を開始する条件を規定するために設定される発電開始温度を、適正状態である場合における発電開始温度である標準発電開始温度Ｔｓよりも低下させる。すなわち、図６に示すように、システム起動時のシステム起動制御において、固体高分子形燃料電池セル３の温度が標準発電開始温度Ｔｓよりも低い値に設定された発電開始温度Ｔ１（Ｔ１＜Ｔｓ）に達した時点で、制御部１２は発電を開始するとともに固体高分子形燃料電池セル３から取り出す出力電流（発電出力）を徐々に上昇させる。このように、固体高分子形燃料電池セル３の温度が標準発電開始温度Ｔｓよりも低い状態から発電を開始することで、システム起動時における生成水の蒸発量をより少なくして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向へと移行させることができる。
【００４１】
一方、加湿状態検証工程Ｖにおいて固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態が水過多状態であるという検証結果が得られた場合、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向（より乾燥させる方向）に移行させれば良い。
そこで、水過多状態であるという検証結果が得られた場合、本実施形態における起動時加湿状態調節工程Ａでは、固体高分子形燃料電池セル３が発電を開始する条件を規定するために設定される発電開始温度を、適正状態である場合における発電開始温度である標準発電開始温度Ｔｓよりも上昇させる。すなわち、図６に示すように、システム起動時のシステム起動制御において、固体高分子形燃料電池セル３の温度が標準発電開始温度Ｔｓよりも高い値に設定された発電開始温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔｓ）に達するのを待ってから、制御部１２は発電を開始するとともに固体高分子形燃料電池セル３から取り出す出力電流（発電出力）を徐々に上昇させる。このように、固体高分子形燃料電池セル３の温度が標準発電開始温度Ｔｓよりも高い状態から発電を開始することで、システム起動時における生成水の蒸発量をより多くして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向へと移行させることができる。なお、図６のタイムチャートにおいては、視認性を考慮して発電を開始する時点を揃えて表示している。
【００４２】
より具体的には、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向へと移行させるべく、発電開始温度を標準発電開始温度Ｔｓに対して例えば５〜１０℃だけ低下させてＴ１とする。この場合における低下幅は、加湿状態検証工程Ｖにおいて認められた固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧の低下度合いに応じて可変とされても良い。すなわち、加湿状態検証工程Ｖにおける出力電圧の低下度合いが大きいほど、より低い発電開始温度Ｔ１を設定する構成を採用することができる。
或いは、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向へと移行させるべく、発電開始温度を標準発電開始温度Ｔｓに対して例えば５〜１０℃だけ上昇させてＴ２とする。この場合における上昇幅は、加湿状態検証工程Ｖにおいて認められた固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧の不安定化度合いに応じて可変とされても良い。すなわち、加湿状態検証工程Ｖにおける出力電圧の不安定化度合いが大きいほど、より高い発電開始温度Ｔ２を設定する構成を採用することができる。
なお、上記の設定基準はあくまで一例であり、固体高分子形燃料電池セル３の特性に応じて適宜設定変更が可能である。
【００４３】
１−６．停止時加湿状態調節工程
停止時加湿状態調節工程Ｂは、加湿状態検証工程Ｖの検証結果に基づいて、当該加湿状態検証工程Ｖ以降のシステム停止時における固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を調節する工程である。言い換えれば、停止時加湿状態調節工程Ｂは、それ以前に行われた一又は二以上の加湿状態検証工程Ｖの検証結果に基づいて、システム停止時における固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を調節する工程である。本例では、停止時加湿状態調節工程Ｂでは、直近の加湿状態検証工程Ｖの検証結果に基づいて固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態が調節される。例えば図２において、加湿状態検証工程Ｖ１の検証結果に基づいて停止時加湿状態調節工程Ｂ１が行われ、加湿状態検証工程Ｖ２の検証結果に基づいて停止時加湿状態調節工程Ｂ２が行われ、加湿状態検証工程Ｖ３の検証結果に基づいて停止時加湿状態調節工程Ｂ３が行われる。このような停止時加湿状態調節工程Ｂは、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向に調節すること及び加湿減少方向に調節することの両方を含む。
【００４４】
本実施形態に係る停止時加湿状態調節工程Ｂでは、加湿状態検証工程Ｖにおいて得られた検証結果に基づき、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態に応じて、システム停止時に発電出力を低下させ始める際の固体高分子形燃料電池セル３の温度が調節される。
【００４５】
加湿状態検証工程Ｖにおいて固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態が水不足状態であるという検証結果が得られた場合、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向（より湿潤させる方向）に移行させれば良い。
そこで、水不足状態であるという検証結果が得られた場合、本実施形態における停止時加湿状態調節工程Ｂでは、固体高分子形燃料電池セル３の温度を、適正状態である場合における温度（本例では、標準運転温度Ｔｒとなっている）よりも低下させる。すなわち、図７に示すように、システム停止時のシステム停止制御において、固体高分子形燃料電池セル３の温度を標準運転温度Ｔｒよりも低いＴ３（Ｔ３＜Ｔｒ）としてから、制御部１２は固体高分子形燃料電池セル３から取り出す出力電流（発電出力）を徐々に低下させて発電を停止する。このように、固体高分子形燃料電池セル３の温度が標準運転温度Ｔｒよりも低い状態から発電出力を低下させて発電を停止することで、システム停止時における生成水の蒸発量をより少なくして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向へと移行させることができる。
【００４６】
一方、加湿状態検証工程Ｖにおいて固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態が水過多状態であるという検証結果が得られた場合、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向（より乾燥させる方向）に移行させれば良い。
そこで、水過多状態であるという検証結果が得られた場合、本実施形態における停止時加湿状態調節工程Ｂでは、固体高分子形燃料電池セル３の温度を、適正状態である場合における標準運転温度Ｔｒよりも上昇させる。すなわち、図７に示すように、システム停止時のシステム停止制御において、固体高分子形燃料電池セル３の温度を標準運転温度Ｔｒよりも高いＴ４（Ｔ４＞Ｔｒ）としてから、制御部１２は固体高分子形燃料電池セル３から取り出す出力電流（発電出力）を徐々に低下させて発電を停止する。このように、固体高分子形燃料電池セル３の温度が標準運転温度Ｔｒよりも高い状態から発電出力を低下させて発電を停止することで、システム停止時における生成水の蒸発量をより多くして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向へと移行させることができる。
【００４７】
より具体的には、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向へと移行させるべく、固体高分子形燃料電池セル３から取り出す出力電流（発電出力）を低下させ始める温度を標準運転温度Ｔｒに対して例えば５〜１０℃だけ低下させてＴ３とする。この場合における低下幅は、加湿状態検証工程Ｖにおいて認められた固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧の低下度合いに応じて可変とする構成としても良い。すなわち、加湿状態検証工程Ｖにおける出力電圧の低下度合いが大きいほど、より低い温度Ｔ３の状態から出力電流（発電出力）を低下させ始める構成を採用することができる。
或いは、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向へと移行させるべく、固体高分子形燃料電池セル３から取り出す出力電流（発電出力）を低下させ始める温度を標準運転温度Ｔｒに対して例えば５〜１０℃だけ上昇させてＴ４とする。この場合における上昇幅は、加湿状態検証工程Ｖにおいて認められた固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧の不安定化度合いに応じて可変とする構成としても良い。すなわち、加湿状態検証工程Ｖにおける出力電圧の不安定化度合いが大きいほど、より高い温度Ｔ４の状態から出力電流（発電出力）を低下させ始める構成を採用することができる。
なお、上記の設定基準はあくまで一例であり、固体高分子形燃料電池セル３の特性に応じて適宜設定変更が可能である。
【００４８】
以上のように、制御部１２は、加湿状態検証制御での検証結果に基づいて、システム起動時及びシステム停止時における固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向に調節すること及び加湿減少方向に調節することの両方を含む加湿状態調節制御を行う。従って、加湿状態検証制御及び加湿状態調節制御によって、システム起動時及びシステム停止時に固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態が適宜調節されるため、固体高分子形燃料電池セル３の性能が継続的に良好に維持される。特に、本実施形態のように固体高分子形燃料電池セル３に対して水分を供給するための特別な加湿機能（例えば、アノード３ａ及びカソード３ｂに供給されるガスに水蒸気を含ませるバブラー装置など）を備えておらず、固体高分子形燃料電池セル３での発電時の生成水で固体高分子形燃料電池セル３の加湿が行われるような、低加湿条件で運転される燃料電池システムＳであっても、加湿状態検証制御及び加湿状態調節制御によって、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を適切に調節できる。
【００４９】
２．第二の実施形態
本発明に係る燃料電池システムＳの起動方法及び停止方法の第二の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る燃料電池システムＳでは、起動時加湿状態調節工程Ａ及び停止時加湿状態調節工程Ｂにおいて固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を調節するための手法が上記第一の実施形態とは相違している。以下では、本実施形態に係る燃料電池システムＳの起動方法及び停止方法について、上記第一の実施形態との相違点を中心に詳細に説明する。なお、特に明記しない点については、上記第一の実施形態と同様とする。
【００５０】
２−１．起動時加湿状態調節工程
本実施形態に係る起動時加湿状態調節工程Ａでは、加湿状態検証工程Ｖにおいて得られた検証結果に基づき、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態に応じて、システム起動時に固体高分子形燃料電池セル３に供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量が調節される。
【００５１】
加湿状態検証工程Ｖにおいて水不足状態であるという検証結果が得られた場合、本実施形態における起動時加湿状態調節工程Ａでは、システム起動時に固体高分子形燃料電池セル３に供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を、適正状態である場合における流量（本例では、標準流量Ｆｓに設定されている）よりも減少させる。すなわち、図８に示すように、システム起動時のシステム起動制御において、固体高分子形燃料電池セル３に対して燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方を、予め設定された標準流量Ｆｓよりも低い流量Ｆ１（Ｆ１＜Ｆｓ）にて供給した状態で、制御部１２は発電を開始するとともに固体高分子形燃料電池セル３から取り出す出力電流（発電出力）を徐々に上昇させる。このように、燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の供給流量が標準流量Ｆｓよりも低い状態で発電を開始することで、システム起動時にこれらのガスによって固体高分子形燃料電池セル３の外部に持ち出される生成水の量をより少なくして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向へと移行させることができる。
【００５２】
一方、加湿状態検証工程Ｖにおいて水過多状態であるという検証結果が得られた場合、本実施形態における起動時加湿状態調節工程Ａでは、システム起動時に固体高分子形燃料電池セル３に供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を、適正状態である場合における標準流量Ｆｓよりも増加させる。すなわち、図８に示すように、システム起動時のシステム起動制御において、固体高分子形燃料電池セル３に対して燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方を、予め設定された標準流量Ｆｓよりも高い流量Ｆ２（Ｆ２＞Ｆｓ）にて供給した状態で、制御部１２は発電を開始するとともに固体高分子形燃料電池セル３から取り出す出力電流（発電出力）を徐々に上昇させる。このように、燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の供給流量が標準流量Ｆｓよりも高い状態で発電を開始することで、システム起動時にこれらのガスによって固体高分子形燃料電池セル３の外部に持ち出される生成水の量をより多くして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向へと移行させることができる。
【００５３】
より具体的には、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向へと移行させるべく、固体高分子形燃料電池セル３に供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を標準流量Ｆｓに対して例えば５〜１５％だけ低下させてＦ１とする。或いは、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向へと移行させるべく、固体高分子形燃料電池セル３に供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を標準流量Ｆｓに対して例えば５〜２０％だけ上昇させてＦ２とする。これらの場合における変化幅は、加湿状態検証工程Ｖにおいて認められた固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧の低下度合い又は不安定化度合いに応じて可変とされても良い。なお、上記の設定基準はあくまで一例であり、固体高分子形燃料電池セル３の特性に応じて適宜設定変更が可能である。
【００５４】
２−２．停止時加湿状態調節工程
本実施形態に係る停止時加湿状態調節工程Ｂでは、加湿状態検証工程Ｖにおいて得られた検証結果に基づき、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態に応じて、システム停止時に発電出力を低下させ始める際の燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量が調節される。
【００５５】
加湿状態検証工程Ｖにおいて水不足状態であるという検証結果が得られた場合、本実施形態における停止時加湿状態調節工程Ｂでは、システム停止前に固体高分子形燃料電池セル３に供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を、適正状態である場合における流量（本例では、運転時標準流量Ｆｒとなっている）よりも減少させる。すなわち、図９に示すように、システム停止時のシステム停止制御において、固体高分子形燃料電池セル３に対して供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の供給流量を、運転時標準流量Ｆｒよりも低いＦ３（Ｆ３＜Ｆｒ）としてから、制御部１２は固体高分子形燃料電池セル３から取り出す出力電流（発電出力）を徐々に低下させて発電を停止する。このように、固体高分子形燃料電池セル３に対して供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の供給流量が運転時標準流量Ｆｒよりも低い状態から発電出力を低下させて発電を停止することで、システム停止時にこれらのガスによって固体高分子形燃料電池セル３の外部に持ち出される生成水の量をより少なくして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向へと移行させることができる。
【００５６】
一方、加湿状態検証工程Ｖにおいて水過多状態であるという検証結果が得られた場合、本実施形態における停止時加湿状態調節工程Ｂでは、システム停止前に固体高分子形燃料電池セル３に供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を、適正状態である場合における運転時標準流量Ｆｒよりも増加させる。すなわち、図９に示すように、システム停止時のシステム停止制御において、固体高分子形燃料電池セル３に対して供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の供給流量を、運転時標準流量Ｆｒよりも高いＦ４（Ｆ４＞Ｆｒ）としてから、制御部１２は固体高分子形燃料電池セル３から取り出す出力電流（発電出力）を徐々に低下させて発電を停止する。このように、固体高分子形燃料電池セル３に対して供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の供給流量が運転時標準流量Ｆｒよりも高い状態から発電出力を低下させて発電を停止することで、システム停止時にこれらのガスによって固体高分子形燃料電池セル３の外部に持ち出される生成水の量をより多くして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向へと移行させることができる。
【００５７】
より具体的には、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向へと移行させるべく、固体高分子形燃料電池セル３に供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を標準流量Ｆｒに対して例えば５〜１５％だけ低下させてＦ３とする。或いは、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向へと移行させるべく、固体高分子形燃料電池セル３に供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの少なくとも何れか一方の流量を標準流量Ｆｒに対して例えば５〜２０％だけ上昇させてＦ４とする。これらの場合における変化幅は、加湿状態検証工程Ｖにおいて認められた固体高分子形燃料電池セル３の出力電圧の低下度合い又は不安定化度合いに応じて可変とされても良い。なお、上記の設定基準はあくまで一例であり、固体高分子形燃料電池セル３の特性に応じて適宜設定変更が可能である。
【００５８】
以上のように、本実施形態においても、加湿状態検証制御及び加湿状態調節制御によって、システム起動時及びシステム停止時に固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態が適宜調節されるため、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を適切に調節して、固体高分子形燃料電池セル３の性能を継続的に良好に維持することができる。
【００５９】
〔その他の実施形態〕
（１）上記の各実施形態においては、燃料電池システムＳにおいて、加湿状態検証工程Ｖの検証結果に基づいて起動時加湿状態調節工程Ａ及び停止時加湿状態調節工程Ｂの双方が実行される場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、加湿状態検証工程Ｖの検証結果に基づいて少なくとも停止時加湿状態調節工程Ｂが実行されれば良く、起動時加湿状態調節工程Ａが実行されることは必須ではない。
【００６０】
（２）上記の各実施形態においては、起動時加湿状態調節工程Ａ及び停止時加湿状態調節工程Ｂでは、直近の加湿状態検証工程Ｖの検証結果に基づいて固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態が調節される場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、それ以前に行われた複数の加湿状態検証工程Ｖの検証結果の総合に基づいて固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態が調節される構成としても良い。例えば図２に示した例において、加湿状態検証工程Ｖ１及びＶ２の検証結果の総合に基づいて起動時加湿状態調節工程Ａ３が行われる構成や、加湿状態検証工程Ｖ１〜Ｖ３の検証結果の総合に基づいて停止時加湿状態調節工程Ｂ３が行われる構成等を採用することができる。
【００６１】
（３）上記第一の実施形態においては、起動時加湿状態調節工程Ａ及び停止時加湿状態調節工程Ｂにおいて、加湿状態検証工程Ｖにおいて得られた検証結果に基づいて、固体高分子形燃料電池セル３の温度に関する運転パラメタを調節し、上記第二の実施形態においては、固体高分子形燃料電池セル３に供給される燃料ガス及び酸素含有ガスの流量に関する運転パラメタを調節する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、加湿状態検証工程Ｖにおいて得られた検証結果に基づいて、例えば冷却手段Ｃに備えられる冷却水循環路１３を循環する湯水（冷却水）の流量に関する運転パラメタを調節するように構成しても良い。
【００６２】
例えばシステム起動時には、冷却水の流量を増加させることにより固体高分子形燃料電池セル３の温度の上昇はより緩慢となる。よって、起動時加湿状態調節工程Ａにおいて冷却水の流量を増加させてから発電を開始することで、システム起動時における生成水の蒸発量をより少なくして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向へと移行させることができる。一方、冷却水の流量を減少させることにより固体高分子形燃料電池セル３の温度はより急速に上昇する。よって、冷却水の流量を減少させてから発電を開始することで、システム起動時における生成水の蒸発量をより多くして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向へと移行させることができる。
【００６３】
また例えばシステム停止時には、冷却水の流量を増加させることにより固体高分子形燃料電池セル３の温度はより急速に低下する。よって、停止時加湿状態調節工程Ｂにおいて冷却水の流量を増加させてから発電出力を低下させ始めて発電を停止することで、システム停止時における生成水の蒸発量をより少なくして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿増大方向へと移行させることができる。一方、冷却水の流量を減少させることにより固体高分子形燃料電池セル３の温度の低下はより緩慢となる。よって、冷却水の流量を減少させてから発電出力を低下させ始めて発電を停止することで、システム停止時における生成水の蒸発量をより多くして、固体高分子形燃料電池セル３の加湿状態を加湿減少方向へと移行させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、低加湿条件において運転されるような燃料電池システムに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
Ｓ        燃料電池システム
３        固体高分子形燃料電池セル
３ａ      アノード
３ｂ      カソード
３ｃ      電解質
Ｖ        加湿状態検証工程
Ａ        起動時加湿状態調節工程
Ｂ        停止時加湿状態調節工程
【図１】
2011216306.tif 000003
【図２】
2011216306.tif 000004
【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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