(57)【要約】  燃料電池発電装置作動システム（１０）は、燃料電池の動作温度が所定の凍結する可能性のない動作温度を下回っている間に燃料電池（１２）のオン／オフスイッチング装置（５８）がオフにされるときは常に、その燃料電池（１２）の運転を維持するためのオン／オフスイッチング装置バイパス回路（６０）を含む。バイパス回路（６０）は、燃料電池（１２）の温度が凍結する可能性のない温度に達するまたはそれを超えるまで燃料電池を作動させ、それにより燃料電池（１２）の生成水が燃料電池触媒（２６，４０）内またはその付近で凍結するのを防ぐ。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）運転時に電流を発生させて、負荷回路（１４）を通して主負荷（１６）に電流を供給すべく、酸化剤および燃料反応物質流を案内するように構成された燃料電池（１２）と、
ｂ）オン／オフスイッチング装置（５８）が前記燃料電池（１２）をシャットダウンするように指示し、かつ前記燃料電池（１２）の温度が所定の凍結する可能性のない動作温度を下回ることを温度センサ（５２）が検知したときに、前記燃料電池（１２）の動作を維持するように前記燃料電池（１２）と連通するように取付けられたシステムコントローラ（４６）と、
を備えた燃料電池発電装置作動システム（１０）。
【請求項２】
前記燃料電池（１２）と電気的に連通するとともに前記システムコントローラ（４６）と連通するように取付けられた補助負荷（６４）をさらに備え、前記オン／オフスイッチング装置（５８）が前記システムコントローラ（４６）に対し前記燃料電池（１２）をシャットダウンするように指示し、かつ前記燃料電池（１２）の温度が前記所定の凍結する可能性のない動作温度を下回ることを前記温度センサ（５２）が検知した場合に、前記システムコントローラ（４６）が前記燃料電池（１２）の運転を維持するときは常に、前記燃料電池（１２）が生成した電流を前記主負荷（１６）から前記補助負荷（６４）へと導くことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置作動システム（１０）。
【請求項３】
ａ）運転時に電流を発生させて、負荷回路（１４）を通して主負荷（１６）に電流を供給すべく、酸化剤および燃料反応物質流を案内するように構成された燃料電池（１２）と、
ｂ）前記燃料電池（１２）の動作を制御するように前記燃料電池（１２）と連通するように取付けられたシステムコントローラ（４６）と、
ｃ）前記システムコントローラ（４６）から受信した制御信号に応答して前記燃料電池（１２）を通る前記反応物質流を制御することを含んだ該燃料電池（１２）の動作を制御するように、前記システムコントローラ（４６）および前記燃料電池（１２）と連通するようにそれらの間に取付けられた動作回路（４８）と、
ｄ）前記燃料電池（１２）の温度を検知して、その検知温度を前記システムコントローラ（４６）に伝達するように前記燃料セル（１２）に取付けられた温度センサ（５２）と、
ｅ）前記動作回路（４８）が前記燃料電池（１２）を作動させることを選択的に可能にするように、前記システムコントローラ（４６）および前記動作回路（４８）と連通するようにそれらの間に取付けられたオン／オフスイッチング装置（５８）と、
ｆ）前記スイッチング装置（５８）がオフにされ、かつ前記燃料電池（１２）の温度が所定の凍結する可能性のない動作温度を下回ることを前記温度センサ（５２）が検知したときに、前記燃料電池（１２）の動作を選択的に可能にするように、前記システムコントローラ（４６）および前記動作回路（４８）と連通するようにそれらの間に取付けられたオン／オフスイッチング装置バイパス回路（６０）と、
を備えた燃料電池発電装置作動システム（１０）。
【請求項４】
補助負荷スイッチング装置（６２）を通して前記燃料電池（１２）と電気的に連通するとともに前記システムコントローラ（４６）と連通するように取付けられた補助負荷（６４）をさらに備え、前記オン／オフスイッチング装置（５８）が前記システムコントローラ（４６）に対し前記燃料電池（１２）をシャットダウンするように指示し、かつ前記燃料電池（１２）の温度が前記所定の凍結する可能性のない動作温度を下回ることを前記温度センサ（５２）が検知した場合に、前記システムコントローラ（４６）が前記燃料電池（１２）の運転を維持するときは常に、前記燃料電池（１２）が生成した電流を前記主負荷（１６）から前記補助負荷（６４）へと導くことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電装置作動システム（１０）。
【請求項５】
ａ）酸化剤および燃料反応物質流を燃料電池（１２）に通流させ、該燃料電池（１２）を作動させて主負荷（１６）に供給する電流を発生させるように、オン／オフスイッチング装置（５８）をオンにすることにより、該燃料電池（１２）を起動させ、
ｂ）前記燃料電池（１２）が燃料電池電解質（５４）付近において所定の凍結の可能性のない動作温度を下回る温度を有するときに、前記オン／オフスイッチング装置（５８）をオフにすることにより、第１のアボート凍結起動を実行し、
ｃ）前記オン／オフスイッチング装置（５８）をオフにした状態で前記電解質（５４）付近の前記燃料電池（１２）の温度が前記所定の凍結の可能性のない動作温度を上回るまで、前記燃料電池（１２）の運転を継続させるように制御する、
ことを備えた燃料電池発電装置（１０）の氷点下周囲条件での作動方法。
【請求項６】
前記オン／オフスイッチング装置（５８）をオフにした後に、電流を前記主負荷（１６）から補助負荷（６４）へと導くことをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の作動方法。
【請求項７】
前記第１のアボート凍結起動の実行後に、前記オン／オフスイッチング装置（５８）をオンにし、次いで、前記燃料電池（１２）が前記燃料電池電解質（５４）付近において前記所定の凍結の可能性のない動作温度を下回る温度を有するときに前記オン／オフスイッチング装置（５８）をオフにし、次いで、前記オン／オフスイッチング装置（５８）をオフにした状態で前記電解質（５４）付近の前記燃料電池（１２）の温度が前記所定の凍結の可能性のない動作温度を上回るまで前記燃料電池（１２）の運転を継続させるように制御することにより、第２のアボート凍結起動を実行することをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運搬用車両、移動用発電装置、または定置用発電装置としての用途に適した燃料電池に関し、特に本発明は、燃料電池の水の凍結に関連した問題を最小限に抑える燃料電池発電装置作動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は公知であり、通常、発電機や運搬用車両などの電気装置に電力を供給するように水素を含有する還元流体燃料と、酸素を含有する酸化剤と、の反応物質の流れから電力を発生させるように用いられる。従来の燃料電池では、プロトン交換膜（「ＰＥＭ」）を電解質として利用することが知られている。周知のように、アノード触媒層に形成されたプロトンが電解質を通してカソード触媒層に移動する一方で、電子が回路を通して移動して、負荷に電力を供給する。電子が回路内で燃料電池へと戻り終え、酸化剤がカソードに隣接して通過するに従い、燃料電池生成水がカソード触媒で形成される。
【０００３】
運搬用車両に電力を供給するためのこうした燃料電池の使用は必然的に多くの作動・停止サイクルを含み、その一部は氷点下周囲条件で行われる。一般に、固体高分子型燃料電池の燃料電池生成水は、膜を水和させ、反応物質流を加湿し、膜電極アセンブリ（「ＭＥＡ」）から熱を除去し、燃料改質装置を支持し、そしてその他の周知の目的のために少なくとも部分的に再循環されまたは利用される。氷点下周囲条件では、燃料電池の水の凍結により、燃料電池を通る反応物質流を導く流路が遮断され、それにより燃料電池性能に混乱を生じさせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池生成水の凍結の問題を最小限に抑えるための試みとして、複雑かつ高価な燃料燃焼式の加熱器、燃料電池発電装置の蓄電池からの寄生電力を用いた電気加熱器、冷却水流中の複合不凍液などの使用が含まれる。また、燃料電池生成水の凍結を防ぎ、反応物質流路の遮断を防ぐように、燃料電池の起動時の動作によって生成される熱に専ら依存していることが知られている。こうした起動は多くの場合「ブートストラップ起動」と呼ばれるが、これは起動時に生成される燃料電池生成水の凍結を防ぐために燃料電池が自身の熱を供給するためである。
【０００５】
しかしながら都合の悪いことに、周囲条件が極端に寒冷な場合、あるいは氷点下周囲条件下で燃料電池を短期間だけ作動させる場合（例えば２，３分間またはそれよりも短い期間の乗物の運転）、起動時に発生する燃料電池生成水は氷点下状態でカソード触媒層の細孔内やカソードおよび／またはアノード触媒層に隣接する反応物質流路細孔またはチャネル内に残る。こうした氷点下の燃料電池の水は凍結し、燃料電池触媒へのガス状の反応物質流のアクセスを遮断または制限してしまう。燃料電池を動力源とする乗物が１回以上の中断された起動（ａｂｏｒｔｅｄ  ｓｔａｒｔ）を経験した場合、これは特に困難な問題であり、このことは通常、運転者が、燃料電池が凍結の可能性のない作動温度に到達する前の燃料電池の起動プロセス時に燃料電池のオン／オフスイッチング装置をオフにすることにより、燃料電池のシャットダウンを行うことを意味する。これは運転者が、例えば忘れ物を取りに行くために、例えば近所の住居などの、ごく短い外出で住居に戻るなど、通常の乗物運転状況においてよくある様々な理由で起こりうる。凍結した燃料電池の水は、燃料電池触媒に隣接する、特にカソード触媒に隣接する反応物質流の流れを妨げかつ／またはひどく制限することにより、氷点下周囲条件での燃料電池の起動時の後に続く対応を妨げる。この急所すなわち重要な問題点は、その動作環境のせいで発電装置がシャットダウンに適さない状況において、発電装置シャットダウン信号が発電装置コントローラに送信されることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、氷点下周囲条件で燃料電池を起動させる燃料電池発電装置作動システムである。このシステムは、電流を発生させて、その電流を、負荷回路を通して主負荷へと供給すべく、酸化剤および燃料反応物質流を案内するための燃料電池を含む。システムコントローラは、燃料電池の動作を制御するとともに、燃料電池を通る反応物質流の流れを制御することを含んだ燃料電池の動作を制御するように、システムコントローラおよび燃料電池と連通するようにそれらの間に取付けられた動作回路に制御信号を伝達する。燃料電池の電解質付近の温度を検知するように温度センサが燃料電池に取付けられており、その温度センサはその検知した温度をシステムコントローラに伝達する。オン／オフスイッチング装置がシステムコントローラおよび動作回路に連通するようにそれらの間に取付けられて、動作回路が燃料電池を作動させることを選択的に可能にする。オン／オフスイッチング装置がオフにされ、かつ燃料電池の温度が所定の凍結する可能性のない動作温度を下回っていることを温度センサが検知したときに、燃料電池の動作を選択的に可能にするように、システムコントローラおよび動作回路と連通するようにそれらの間にオン／オフスイッチング装置バイパス回路が取付けられる。ここでの目的上、文言「オン／オフスイッチング装置」とは、任意のスイッチング装置、信号、伝達装置、または、燃料電池を選択的に起動、シャットダウンするようにシステムコントローラに指示を伝達することが可能な方法、を意味する。
【０００７】
燃料電池の運転を可能にすることにより、燃料電池温度が所定の凍結する可能性のない動作温度に到達するまで燃料セルの触媒層内部およびそれらに隣接する燃料電池の水を液状に保つように、オン／オフスイッチング装置バイパス回路が燃料電池に適切な熱を発生させる。その温度では、燃料電池は、燃料電池生成水の容認可能な液体と気体のバランスを保つ。温度の上昇はカソード触媒からのおよびその付近の液体水の蒸発を促進し、次いでその水蒸気が酸化剤反応物質流とともに燃料電池の外へと移動する。同時に、燃料電池温度の上昇により、触媒に隣接して反応物質流の流れを拡散させるガス拡散層の細孔内で凍結した燃料電池水を溶解させる。
【０００８】
凍結の可能性のない温度では、触媒層の細孔内および／またはその隣接する反応物質流路内に容認できないほどの破壊的な氷が形成されることなく燃料電池がシャットダウンされる。燃料電池のオン／オフスイッチング装置バイパス回路の制御動作中に生成された燃料電池の電流は、主負荷（例えば、車両モータ）の代わりに、バイパス回路を通して、燃料電池バッテリ、ヒータ、またはヒートシンクなどの単純な抵抗型負荷等の、補助負荷へと導かれる。
【０００９】
従って、本発明の一般的な目的は、従来技術の欠点を克服した燃料電池発電装置作動システムおよび氷点下周囲条件での使用方法を提供することである。
【００１０】
さらに具体的な目的は、燃料電池発電装置の起動プロセス時およびそれに続く燃料電池発電装置の作動時の燃料電池の生成水の凍結に関連する問題を最小限に抑えた燃料電池発電装置作動システムおよび氷点下周囲条件での使用方法を提供することである。
【００１１】
添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を一読することにより、本発明に記載のおよびその他の目的、利点が容易に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明により構成された燃料電池発電装置作動システムおよびその氷点下周囲条件での使用方法の概略図。
【図２】氷点下周囲条件で用いる燃料電池発電装置の作動方法を示す決定流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を詳しく参照すると、氷点下周囲条件で発電装置を作動させるための燃料電池発電装置作動システムの概略図を図１に示し、概して参照符号１０で示す。燃料電池発電装置１０は、燃料電池１２を含み、電流を発生させ、かつ、負荷回路１４および主負荷スイッチング装置１５を通して電動機などの主負荷１６に電流を供給するように、酸化剤および燃料反応物質の流れを燃料電池１２へと案内する。燃料電池１２は、酸化剤源１８を含み、この酸化剤源１８は、酸化剤反応物質を貯蔵するとともに、その酸化剤反応物質流を、酸化剤入口管２０に固定された酸化剤ブロワ１９および酸化剤入口弁２２を通してカソード流れ場２４へと案内し、そのカソード流れ場２４は、酸化剤反応物質流を、カソード触媒２６に隣接して通過させて、カソード排気管２８およびその排気管２８に固定されたカソード排気弁３０を通してカソード流れ場２４の外へと案内する。また燃料電池１２は、燃料源３２を含み、この燃料源３２は、水素リッチの反応物質を貯蔵するとともに、その水素反応物質流を、燃料入口管３４および燃料入口弁３６を通してアノード流れ場３８へと案内し、そのアノード流れ場３８は、水素反応物質流を、アノード触媒４０に隣接して通過させて、アノード排気管４２およびその排気管４２に固定されたアノード排気弁４４を通してアノード流れ場３８の外へと案内する。
【００１４】
システムコントローラ４６は燃料電池１２の動作を制御し、このコントローラは、例えば、コンピュータ、マイクロコンピュータ、人間オペレータによって操作される電機機械弁およびスイッチング装置、コンピュータによって生成された弁およびスイッチング装置に送信される制御信号などの周知の、本発明に記載のシステム制御機能を実行することが可能な任意の制御装置手段である。システムコントローラ４６は、燃料電池入口弁２２，３６および排気弁３０，４４を通る反応物質流の流れを制御し、主負荷スイッチング装置１５を制御することを含んだ燃料電池１２の動作を制御するように、システムコントローラ４６および燃料電池１２と連通するようにそれらの間に取付けられた動作回路４８に制御信号を伝達する。動作回路４８は、説明の効率化のためにシステムコントローラ４６、弁２２，３０，３６，４４、および主負荷スイッチング装置１５の間に延在する操作線５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄとして図１に概略的に示す。しかしながら、動作回路４８は、弁およびスイッチング装置の制御用のあらゆる形態の通信手段によって作動する周知の回路制御装置に関連してさらに複雑なものでもよく、また、本明細書中で説明の必要はないが燃料電池１２の効率的な運転にとって必要な複数の中間的かつ補助的な装置を含んでもよい。
【００１５】
燃料電池１２の電解質５４付近の温度を検知し、かつ温度線５６等を通してシステムコントローラ４６に検知した温度を伝達するように温度センサ５２が燃料電池１２に取付けられる。オン／オフスイッチング装置５８がシステムコントローラ４６および動作回路４８に連通するようにそれらの間に取付けられて、上記のように動作回路４８が燃料電池１２を作動させることを選択的に可能にする。（文言「選択的に可能にする」とは、オン／オフスイッチング装置５８が、オペレータ（図示せず）またはシステムコントローラ４６により、動作回路４８の動作を可能にする「オン」位置（スイッチング装置を閉にする）、または、燃料電池１２の動作を終了させる「オフ」位置（スイッチング装置を開にする）から選択されることを意味する。）
オン／オフスイッチング装置バイパス回路６０がシステムコントローラ４６および動作回路４８に連通するようにそれらの間に取付けられる。温度センサ５２から受信した検知温度に応答して、システムコントローラ４６がオン／オフスイッチング装置バイパス回路６０によりオン／オフスイッチング装置５８を選択的に迂回させ、それにより、オン／オフスイッチング装置５８がオフにされていて、かつ燃料電池１２の温度が凍結の可能性のない所定の動作温度を下回っていることを温度センサ５２が検知したときに、動作回路４８が燃料電池１２を作動させるのを可能にする。「凍結の可能性のない所定の動作温度」（ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  ｆｒｅｅｚｅ−ｓａｆｅ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）とは、特定の各燃料電池に対して、その特定の温度が、燃料電池のシャットダウン時の氷の形成が問題を全く生じさせないまたはほとんど生じさせない温度以上に定められることを意味する。オン／オフスイッチング装置バイパス回路６０はまた、システムコントローラ４６、動作回路４８、主負荷スイッチング装置１５、および補助負荷スイッチング装置６２に取付けられる。バイパス回路６０は、主負荷スイッチング装置１５をオフ（開）にすると同時に補助負荷スイッチング装置６２をオン（閉）にするように構成されて、バイパス回路６０の使用時に生成される電流が主負荷１６ではなく補助負荷６４へと導かれる。補助負荷６４は、バッテリ、コンデンサ、ヒータ回路、および／または、抵抗型負荷、またはこのようなその他の負荷でもよい。
【００１６】
オン／オフバイパス回路６０を、システムコントローラ４６、動作回路４８、主負荷スイッチング装置１５、および補助負荷スイッチング装置６２の間に延在する複数の通信回線６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ（例えば、送電線、伝送路など）として図１に概略的に示す。しかしながら、バイパス回路６０はまた記載の機能を実行することが可能な任意の通信装置を含んでもよい。
【００１７】
オン／オフスイッチング装置５８、動作回路４８、およびバイパス回路６０がシステムコントローラ４６から離間するように示されるが、これは本明細書ではスイッチング装置５８、動作回路４８、およびバイパス回路６０が異なる機能を有することを意味する。オン／オフスイッチング装置５８、制御回路線５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ、バイパス回路６０およびバイパス回路線６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃは、種々の協働構造のシステムコントローラ４６に物理的に一体化されてもよく、各コンポーネントの本明細書に記載の機能のみによって分離することが可能である。
【００１８】
図２は、本発明の燃料電池発電装置作動システム１０の動作を効率的に説明する決定流れ図を示す。運搬用車両（図示せず）に動力を供給する燃料電池発電装置（図示せず）の燃料電池スタック（図示せず）内の、相互に連結された複数の燃料セルのうちの一つである燃料セル１２では、図２に示される動作や決定は、例えばオン／オフスイッチング装置５８をオフ（開）にすることによる、乗物の運転者すなわちユーザによって実行される乗物の停止７０により開始される。ユーザがシャットダウンを実行する（装置をオフにする）と、コントローラ４６は、デシジョンボックス７２に示されるように、アボート凍結起動（ａｂｏｒｔｅｄ  ｆｒｅｅｚｅ  ｓｔａｒｔ）が発生したかどうかを判断する。ユーザによって実行される乗物の起動（装置をオンにする）時に燃料電池１２の内部温度が０°Ｃを下回り、かつユーザによって実行される停止（装置をオフにする）時に燃料電池１２の内部温度が凍結の可能性のない動作温度を上回るまで上昇していない場合、アボート凍結起動が発生していると定義される。アボート凍結起動が発生していないと判定された場合、図２のボックス７８に示されるようにシステムコントローラ４６のアボート起動（ａｂｏｒｔ  ｓｔａｒｔ）カウンタがゼロにリセットされて、図２のボックス８０に示されるようにコントローラ４６が燃料電池１２発電装置を通常のシャットダウン手順へと移行させる。図２の符号７４に「Ｙｅｓ」で示されているように、アボート凍結起動が発生したと判定された場合、ボックス８２およびデシジョンボックス８４で示されるように、システムコントローラ４６はアボート凍結起動の回数が所定の上限を超えたかどうかを判断する。アボート凍結起動の数が所定の上限以下である場合、アボート凍結起動の数が１だけインクリメントされ、符号８６の決定「Ｎｏ」および「通常シャットダウン」ボックス８８で示されるように、コントローラ４６は燃料電池１２を正常にシャットダウンする。符号９０の決定「Ｙｅｓ」で示されるようにアボート凍結起動の数が所定の上限を上回る場合、符号９２で示されるように、コントローラは燃料電池の暖機運転手順を開始させる。
【００１９】
「アボート凍結起動」、「アボート起動」、または「複数のアボート凍結起動」は、燃料電池１２が起動しないことを意味するのではない。代わりに、アボート（中断）された凍結起動とは、燃料電池ユーザが氷点下周囲条件において燃料電池を起動させた後、その燃料電池１２が所定の凍結する可能性のない動作温度に到達する前に燃料電池オン／オフスイッチング装置５８をオフにすることを意味する。例えば、こうしたアボートされた起動は、乗物が数百メートル未満の非常に短い走行を行う極端に寒冷な周囲条件で起こりうる。
【００２０】
燃料電池の暖機運転手順では、システムコントローラ４６がオン／オフスイッチング装置バイパス回路６０を係合させて、バイパス回路６０が主負荷スイッチング装置１５をオフ（開）にするとともに補助負荷スイッチング装置６２をオン（閉）にする一方で、酸化剤および燃料の反応物質流を燃料電池１２に通流させ続ける。次いで燃料電池１２は、図２のボックス９２で示すように、燃料電池１２の温度が所定の凍結する可能性のない動作温度「Ｘ」を上回ることを温度センサ５２が検知するまで動作すなわち運転する。
【００２１】
次いでシステムコントローラ４６は、図２のボックス９４で示されるように、燃料電池１２を通常のシャットダウン手順へと進めるように制御する。こうした「通常シャットダウン」は、燃料電池１２の設計、燃料電池１２の動作環境、周囲条件等に基づく種々のステップおよび／またはプロセスを含みうる。例えば、酸化剤ブロワ１９は種々の流量で作動し、こうした要素に基づいて継続時間を変化させるようにシステムコントローラ４６によって制御される。さらに、システムコントローラ４６によるオン／オフスイッチング装置バイパス回路６０を通しての燃料電池１２の動作は、燃料電池１２を有効な電圧（例えば、０．６Ｖを上回る電圧）で作動するように制御され、あるいは酸化剤ブロワ１９は、０．０Ｖ付近まで電圧降下させながら実質的な酸化剤欠乏モード（ｏｘｉｄａｎｔ  ｓｔａｒｖａｔｉｏｎ  ｍｏｄｅ）を生成するように最低速度で作動するように制御される。燃料電池１２のこうした動作のための電力は、補助負荷６４バッテリ等に起因しうる。
【００２２】
従って、氷点下周囲条件で燃料電池１２を起動させる効果的な方法は、酸化剤および燃料の反応物質流を燃料電池１２に通流させて主負荷１６用の電流を発生させるように、オン／オフスイッチング装置５８をオンにすることによって燃料電池１２を起動させ、燃料電池１２が燃料電池電解質５４付近において所定の凍結の可能性のない動作温度を下回る温度を有するときにオン／オフスイッチング装置５８をオフにし、オン／オフスイッチング装置５８をオフにした状態で電解質５４付近の燃料電池１２温度が所定の凍結の可能性のない動作温度を上回るまで燃料電池１２の運転を継続させるように制御することを含む。この方法はまた、オン／オフスイッチング装置をオフにした後に、図２に示すように最初のアボートされた起動８４の後に燃料電池の運転を継続するように燃料電池１２のみを制御するだけでなく、主負荷１６から補助負荷６４へと電流を導くことを含む。
【００２３】
上述したように、燃料電池１２の温度が凍結する可能性のない動作温度「Ｘ」まで上昇したとき、カソード触媒２６および／またはアノード触媒４０の細孔内や、その隣接するカソード流れ場２４およびアノード流れ場３８、および関連する反応物質流路内に容認できない程の破壊的な氷が形成されることなく燃料電池１２がシャットダウンされるように、燃料電池１２は、容認可能な安定動作できる液体と気体の水のバランスを保つ。燃料電池１２の運転を可能にすることにより、燃料電池１２の温度が所定の凍結する可能性のない動作温度「Ｘ」に到達するまで燃料セル触媒内部およびそれに隣接する燃料電池１２の水を液状に保つように、オン／オフスイッチング装置バイパス回路６０が燃料電池１２に適切な熱を生じさせる。温度の上昇は特にカソード触媒２６からのおよびその付近の液体水の蒸発を促進し、燃料電池１２が通常の安全なシャットダウンを経ることができるように、水蒸気が酸化剤反応物質流とともに燃料電池１２の外へと移動する。
【００２４】
本発明を、図示の燃料電池１２発電装置作動システム１０およびその氷点下周囲条件での使用方法に関して記載したが、本発明がそれらの実施例に限定されないことを理解されたい。例えば、燃料電池１２を説明の目的上、単一のセル１２として示すが、当然のことながら燃料セル１２は、周知の燃料電池スタックアセンブリ（図示せず）内に協働マニホルド等とともに配置された種々の隣接した燃料セル（図示せず）内で使用される傾向が強い。したがって、本発明の範囲を画定するためには上記の記載を参照するよりもむしろ、本質的に以下の特許請求の範囲を参照すべきである。
【図１】
2013545253.tif 000003
【図２】
2013545253.tif 000004
【国際調査報告】
2013545253.tif 000005
2013545253.tif 000006