(57)【要約】【課題】性能の低下が顕著になる前にブリードエアーを添加し、電流が集中した状態での連続運転が長期間にならないようにしてフラディングを防止することができる固体高分子形燃料電池システムおよびその制御方法を提供すること。【解決手段】本燃料電池システムは、制御手段（５）が、ブリードエアーの供給を開始するタイミングを指定する第１時間間隔、および供給を停止するタイミングを指定する第２時間間隔を、記録手段から読み出し、計時手段（６）を用いて時間経過を測定し、ブリードエアーの供給を停止してから第１時間間隔を経過した場合、ブリードエアー供給手段（Ｐ１）を制御して供給を開始し、ブリードエアーの供給を開始してから第２時間間隔を経過した場合、ブリードエアー供給手段（Ｐ１）を制御して供給を停止し、第１および第２時間間隔は、燃料電池システムの特性値が測定されることによって予め決定された値である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極および酸素極を有する燃料電池スタックと、
前記燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記酸素極に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
前記燃料極に供給する前記燃料ガスに酸素含有ガスをブリードエアーとして混合するブリードエアー供給手段と、
制御手段と、
記録手段と、
計時手段とを備える固体高分子形燃料電池システムであって、
前記制御手段が、
前記記録手段に記録された前記ブリードエアーの供給を開始するタイミングを指定する第１時間間隔、および前記ブリードエアーの供給を停止するタイミングを指定する第２時間間隔を読み出し、
前記計時手段を用いて時間経過を測定し、
ブリードエアーの供給を停止してから前記第１時間間隔を経過した場合、前記ブリードエアー供給手段を制御して、ブリードエアーの供給を開始し、
ブリードエアーの供給を開始してから前記第２時間間隔を経過した場合、前記ブリードエアー供給手段を制御して、ブリードエアーの供給を停止し、
前記第１時間間隔および前記第２時間間隔が、前記固体高分子形燃料電池システムの特性値が測定されることによって予め決定された値であることを特徴とする固体高分子形燃料電池システム。
【請求項２】
前記固体高分子形燃料電池システムが最初に運転を開始した後の所定期間内に、前記第１時間間隔および前記第２時間間隔が決定されることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子形燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１時間間隔が、ブリードエアーの供給を停止してから、前記固体高分子形燃料電池システムの特性値が所定範囲から逸脱するまでの時間よりも短い時間であることを特徴とする請求項１または２に記載の固体高分子形燃料電池システム。
【請求項４】
前記固体高分子形燃料電池システムの累積運転時間が長くなるに従って、または累積発電量が多くなるに従って、前記第１時間間隔が大きくなるように変更されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の固体高分子形燃料電池システム。
【請求項５】
前記固体高分子形燃料電池システムの累積運転時間が長くなるに従って、または累積発電量が多くなるに従って、前記ブリードエアー量が多くなるように変更されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の固体高分子形燃料電池システム。
【請求項６】
制御手段、記録手段、および計時手段を備える固体高分子形燃料電池システムにおいて、燃料極に供給する燃料ガスに混合させるブリードエアーの供給を制御する方法であって、
前記制御手段が、前記記録手段に記録された前記ブリードエアーの供給を開始するタイミングを指定する第１時間間隔、および前記ブリードエアーの供給を停止するタイミングを指定する第２時間間隔を読み出す第１ステップと、
前記制御手段が、前記計時手段を用いて時間経過を測定する第２ステップと、
ブリードエアーの供給を停止してから前記第１時間間隔を経過した場合、前記制御手段が、前記ブリードエアー供給手段を制御して、ブリードエアーの供給を開始する第３ステップと、
ブリードエアーの供給を開始してから前記第２時間間隔を経過した場合、前記制御手段が、前記ブリードエアー供給手段を制御して、ブリードエアーの供給を停止する第４ステップとを含み、
前記第１時間間隔および前記第２時間間隔が、前記固体高分子形燃料電池システムの特性値が測定されることによって予め決定された値であることを特徴とする固体高分子形燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池に関し、特に耐久性・信頼性を向上させた固体高分子形燃料電池システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に燃料電池システムでは、燃料極に燃料ガスを供給し、酸素極に酸素含有ガスを供給して発電を行う。このとき燃料極に供給される燃料ガスに一酸化炭素（以下、ＣＯとも記す）が含まれていたり、燃料極等で一酸化炭素が生成されたりすると、電極触媒が一酸化炭素により被毒（以下、ＣＯ被毒と記す）して、発電性能が低下し、耐久性も低下する。ＣＯによって燃料電池システムの性能低下が生じるのは、燃料電池触媒にＣＯ分子が吸着し、燃料極での電極反応が阻害されて燃料極の電位が上昇し、燃料極と酸素極との間の電位差が減少するためである。ＣＯ吸着はＣＯ濃度の増加、燃料利用率の増加、温度の低下によって増大する。
【０００３】
固体高分子形燃料電池では、動作温度が他の燃料電池よりも比較的低いので、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素によって燃料極が被毒され易く、固体高分子形燃料電池を構成する各セルの性能の低下が起こり易い。これを回避するために、改質ガス（燃料ガス）中の一酸化炭素濃度を低減したり、改質ガス（燃料ガス）に酸素含有ガス、例えば空気を混合してセル内で一酸化炭素を酸化させたりすることによって、ＣＯ被毒によるセル性能の低下を防止している。このような、一酸化炭素除去用の酸素を供給するために、燃料ガスに混合される酸素含有ガス（例えば空気）はブリードエアーと呼ばれている。
【０００４】
一方、ブリードエアー量が不十分であり、かつＣＯ濃度が高い状態で発電した場合、燃料極の電位が上昇し、電極触媒として用いられている触媒金属が酸化したり溶出したりすることで、不可逆的に燃料極の耐ＣＯ被毒性が低下してしまうため、セルの寿命が短くなってしまう問題もあった。この問題を解決するために、下記特許文献１には、燃料ガスに添加する酸素含有ガス（ブリードエアー）の量の比率である酸素含有ガス添加比率を、比率増大条件に応じて増大させる方法が開示されている。比率増大条件としては、実運転経過を示す指標の積算値が増大する条件、出力電圧が設定出力電圧以下に低下する条件、燃料ガス中の一酸化炭素濃度が高くなる条件、燃料利用率が高くなる条件、燃料電池発電部の温度が低下する条件、発電出力が増大する条件などが挙げられている。
【特許文献１】特開２００５−２０９５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、燃料電池システムは、燃料ガスを製造する改質部、燃料システムを冷却する冷却部、供給ガスを加湿する加湿部など、温度分布が安定するのに時間を要する部分を有している。特に、発電量が変化する燃料電池システムでは、常に温度分布および温度変化が伴うために、最適な温度制御ポイントからずれた状態で運転される時間帯が生じる。そのために、最適な温度制御ポイントでの運転状態と比較して、燃料ガス中のＣＯ濃度が高い運転状態、燃料利用率が高い運転状態、セル温度が低い運転状態などが存在する。従って、これらの状態において燃料電池がＣＯ被毒の影響を受けて発電効率が低下するのを防止するために、最適な温度制御ポイントでの運転状態よりも多いブリードエアーが燃料ガスに混合される。
【０００６】
（ａ）しかし、ブリードエアーの混合量が多いと、ブリードエアーはセル内で燃料ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）のみならず、水素（Ｈ２）を酸化してしまうため、発電効率の低下を引き起こす。また、燃焼が電極触媒上で起こるために、電極触媒の不可逆的な劣化をも引き起こす問題がある。
【０００７】
（ｂ）一方、上記したように、ブリードエアーの混合量が少ないと、ＣＯ濃度が高い状態で発電する場合、燃料極の電位が上昇し、電極触媒に用いられる触媒金属が酸化したり溶出したりすることによって、不可逆的に燃料極の耐ＣＯ被毒性が低下してしまうので、セルの寿命が短くなってしまう問題がある。燃料電池触媒には燃料極反応触媒である白金に加えて、ルテニウムを混合させてＣＯ被毒の影響を低減させている。しかし、ルテニウムは白金よりも酸化され易く、燃料極電位が上昇した場合にルテニウムが酸化、溶融し、耐ＣＯ被毒性が低下する。そして、一度、耐ＣＯ被毒性が低下すると、ＣＯ被毒の影響を受け易くなり、さらに電位が上昇してしまうために、加速度的に燃料極の劣化が進行する。
【０００８】
上記特許文献１の燃料電池発電装置は、上記した（ｂ）の問題を解決するものであるが、常に燃料電池システムの状態が、所定の比率増大条件を満たすか否かを監視することが必要であり、システム制御が複雑になる。また、制御のためには比率増大条件を満たすこと、即ち、燃料電池システムにおいて検出可能な変化が生じることが不可欠である。従って、例えば、比率増大条件として、出力電圧が設定出力電圧以下に低下する条件を採用する場合、出力電圧が低下してから制御を開始する（ブリードエアーを供給する、または供給量を増大させる）ので、一時的ではあるとしても電極の劣化が生じることになる。
【０００９】
（ｃ）さらに、不可逆的なセルの劣化としては、ＣＯ濃度が高くなくても、セル面内での電流分布は均一でないため、連続運転を長期間行っていると徐々に電流が集中している部分でフラディング現象が生じてしまい、電極へのガスの拡散が阻害されるようになり、性能が低下してしまう問題がある。従って、ブリードエアーの供給が適切でなく電極触媒が劣化すると、セル面内での電流分布の均一が損なわれ、フラディングを誘発することにもなる。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決すべく、セル性能の低下が顕著になる前に予防的にブリードエアー添加をｏｎ−ｏｆｆ制御して、電極触媒の劣化を抑制することができ、これによってさらに、電流が集中した状態での連続運転が長期間にならないようにし、電流集中部でのフラディングを防止することができる固体高分子形燃料電池システムおよびその制御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】
【００１１】
通常、燃料電池システムは、定格負荷一定で運転されるのではなく、電力負荷に応じて発電出力を変動させて運転される。そして、負荷が小さい運転状態（発電電流が小さい状態）では、燃料極がＣＯによって被毒されても発電性能への影響は小さく、負荷が大きく（発電電流が大きく）なるにつれてＣＯ被毒の影響が大きくなる。本願発明者は、この点に注目し、発電電流の大きさに応じて燃料ガスにブリードエアーを混合する本発明をするに至った。
【００１２】
即ち、本発明に係る固体高分子形燃料電池システムは、燃料極および酸素極を有する燃料電池スタックと、前記燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記酸素極に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、前記燃料極に供給する前記燃料ガスに酸素含有ガスをブリードエアーとして混合するブリードエアー供給手段と、制御手段と、記録手段と、計時手段とを備える固体高分子形燃料電池システムであって、前記制御手段が、前記記録手段に記録された前記ブリードエアーの供給を開始するタイミングを指定する第１時間間隔、および前記ブリードエアーの供給を停止するタイミングを指定する第２時間間隔を読み出し、前記計時手段を用いて時間経過を測定し、ブリードエアーの供給を停止してから前記第１時間間隔を経過した場合、前記ブリードエアー供給手段を制御して、ブリードエアーの供給を開始し、ブリードエアーの供給を開始してから前記第２時間間隔を経過した場合、前記ブリードエアー供給手段を制御して、ブリードエアーの供給を停止し、前記第１時間間隔および前記第２時間間隔が、前記固体高分子形燃料電池システムの特性値が測定されることによって予め決定された値であることを特徴としている。
【００１３】
前記固体高分子形燃料電池システムが最初に運転を開始した後の所定期間内に、前記第１時間間隔および前記第２時間間隔が決定されることができる。
【００１４】
また、前記第１時間間隔は、ブリードエアーの供給を停止してから、前記固体高分子形燃料電池システムの特性値が所定範囲から逸脱するまでの時間よりも短い時間であることができる。
【００１５】
また、前記固体高分子形燃料電池システムの累積運転時間が長くなるに従って、または累積発電量が多くなるに従って、前記第１時間間隔が大きくなるように変更されることができる。
【００１６】
また、前記固体高分子形燃料電池システムの累積運転時間が長くなるに従って、または累積発電量が多くなるに従って、前記ブリードエアー量が多くなるように変更されることができる。
【００１７】
本発明に係る固体高分子形燃料電池システムの制御方法は、制御手段、記録手段、および計時手段を備える固体高分子形燃料電池システムにおいて、燃料極に供給する燃料ガスに混合させるブリードエアーの供給を制御する方法であって、前記制御手段が、前記記録手段に記録された前記ブリードエアーの供給を開始するタイミングを指定する第１時間間隔、および前記ブリードエアーの供給を停止するタイミングを指定する第２時間間隔を読み出す第１ステップと、前記制御手段が、前記計時手段を用いて時間経過を測定する第２ステップと、ブリードエアーの供給を停止してから前記第１時間間隔を経過した場合、前記制御手段が、前記ブリードエアー供給手段を制御して、ブリードエアーの供給を開始する第３ステップと、ブリードエアーの供給を開始してから前記第２時間間隔を経過した場合、前記制御手段が、前記ブリードエアー供給手段を制御して、ブリードエアーの供給を停止する第４ステップとを含み、前記第１時間間隔および前記第２時間間隔が、前記固体高分子形燃料電池システムの特性値が測定されることによって予め決定された値であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、固体高分子形燃料電池システムにおいて、セル性能の低下が顕著になる前に予防的に、適切な時間の間だけブリードエアーを供給することができるので、電極触媒の劣化を抑制することができる。また、これによって、セル内の一部に電流が集中する状態の発生を抑制することができ、電流集中部でのフラディングの発生を防止することができる。
【００１９】
また、ブリードエアーの供給の制御に使用するパラメータ（ブリードエアーをｏｎ−ｏｆｆするタイミング）は、実施に固体高分子形燃料電池システムを運転し、その特性値が所定範囲から逸脱した場合を検出して決定するので、その固体高分子形燃料電池システムに適した制御を行なうことができる。
【００２０】
また、ブリードエアーの供給を開始するタイミング、ブリードエアーの供給時間、ブリードエアーの量を、固体高分子形燃料電池システムの運転経過（累積運転時間、累積発電量など）に応じて変更することによって、より効果的に電極触媒の劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施の形態を、添付した図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る固体高分子形燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。本固体高分子形燃料電池システム（以下、簡単に燃料電池システムとも記す）は、複数の燃料電池セルが直列接続されて形成された燃料電池スタック１と、供給される原燃料ガスから燃料ガスとして水素ガスを生成する燃料ガス生成部２と、燃料ガス生成部２から供給される燃料ガスに第１酸素供給部Ｐ１から供給される空気をブリードエアーとして混合する混合部３と、酸素極に酸素を供給するための第２酸素供給部Ｐ２と、燃料電池スタック１から負荷Ｌに供給される電圧を測定する電圧測定部４と、これら各部を制御する制御部５とを備えて構成されている。図１においては、本発明の実施の形態を説明するために必要となる構成要素を示し、その他の構成要素は省略しているが、本固体高分子形燃料電池システムは電力を供給する機能を実現する上で必要となる通常の構成要素を備えている。
【００２３】
混合部３から排出されるガスは、燃料電池スタック１の燃料極（図示せず）に供給され、第２酸素供給部Ｐ２から排出されるガスは、燃料電池スタック１の酸素極（図示せず）に供給される。第１および第２酸素供給部Ｐ１、Ｐ２は、例えば回転ポンプであり、制御部５からの制御信号によってＯＮ・ＯＦＦが制御され、空気（大気）を酸素含有ガスとして燃料電池スタックに供給する。混合部３は、２系統から入力されるガスを混合する手段であり、例えば、電磁開閉弁を用いることができ、制御部５からの制御信号によって、第１酸素供給部Ｐ１から供給される空気が入力される系統の弁（図示せず）を開閉する。電圧測定部４は、燃料電池スタック１から負荷Ｌに供給される電圧Ｖを計測し、測定値に対応する信号を制御部５に送信する。制御部５は、ＣＰＵなどの演算処理部、データを一時間的に記録するメモリ部、データを持続的に記録する記録部、及び各部とのインターフェース部（何れも図示せず）を備えている。
【００２４】
以上の構成によって、本固体高分子形燃料電池システムは、発電中に燃料電池スタック１の出力電圧に応じて、燃料ガスへのブリードエアーの混合を制御する。このブリードエアーの混合を制御方法に関して、以下に具体的に説明する。
【００２５】
図２および図３は、図１に示した固体高分子形燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。以下では、制御部５の演算処理部（以下、ＣＰＵと記す）が行う処理として説明する。また、ＣＰＵは、制御部５内部の記録部から所定のプログラムおよびデータを読み出し、メモリ部をワークエリアとして用いて後述する各々の処理を行い、必要に応じて処理途中のデータ及び処理結果のデータを記録部に記録する。また、ブリードエアーの供給中において、単位時間に供給されるブリードエアー量は一定であるとする。
【００２６】
本固体高分子形燃料電池システムが起動すると、燃料電池スタック１に燃料ガスおよび空気が供給され、燃料電池スタック１から電力が供給される。このとき、第１酸素供給部Ｐ１は停止しており、混合部３から燃料電池スタック１には、ブリードエアーを含まない燃料ガス生成部２からのガスのみが供給される。システムの起動と同時にステップＳ１において、初期設定を行う。即ち、第１酸素供給部Ｐ１の動作状態を示すフラグｆに、停止状態を表す“０”をセットする。尚、フラグｆが“１”であれば、第１酸素供給部Ｐ１が稼動しており、混合部３によって燃料ガスにブリードエアーが混合されている状態である。
【００２７】
ステップＳ２において、燃料電池システムを設置して最初の運転であるか否かを判断し、最初の運転であればステップＳ３に移行し、２回目以降の運転であれば、後述する第２処理を行う。この判断は例えば、燃料電池システムの出荷時に、所定のパラメータに所定の値（例えば“１”）を設定しておき、システム起動時にそのパラメータをクリアする（“０”を設置する）ようにしておけば、そのパラメータの値を判断することで行なうことができる。
【００２８】
ステップＳ３において、時間間隔を表す第１時間間隔パラメータΔＴ１および第２時間間隔パラメータΔＴ２に“０”をセットし、計時部６から現在時刻を取得して第１時刻パラメータｔ１にセットする。
【００２９】
ステップＳ４において、電圧測定部４を用いて電圧値Ｖを求める。
【００３０】
ステップＳ５において、予め記録部に記録されたしきい値Ｖthを読み出し、ステップＳ４で求めた電圧Ｖとの大小を比較する。Ｖ＞Ｖthでないと判断した場合、ステップＳ６に移行し、Ｖ＞Ｖthであると判断した場合、ステップＳ１０に移行する。
【００３１】
ステップＳ６において、フラグｆが“１”か否かを判断し、ｆが“１”で無ければステップＳ７に移行し、フラグｆが“１”であればステップＳ９に移行する。
【００３２】
ステップＳ７において、ブリードエアーの供給を開始し、フラグｆに“１”をセットする。具体的には、第１酸素供給部Ｐ１に運転信号を、混合部３に混合開始信号をそれぞれ伝送することによって、混合部３において、燃料ガス生成部２から供給される燃料ガスに、第１酸素供給部Ｐ１から供給される空気が混合される。
【００３３】
ステップＳ８において、計時部６から現在時刻を取得し、第２時刻パラメータｔ２にセットし、第２時刻パラメータｔ２とステップＳ３でセットした第１時刻パラメータｔ１とを用いて、ａ×（ｔ２−ｔ１）を計算し、計算値を記録部の第１時間間隔パラメータΔＴ１にセットする。ここで係数ａは０より大きく１以下の値である。この係数ａは、後述するように、出力電圧の低下が検出される前にブリードエアーを供給するための時間間隔を指定する値である。即ち、上記したように、ｔ２−ｔ１の経過後に、ステップＳ４での実際の測定によって電圧の低下が検出されたので、ブリードエアーの供給を停止してからｔ２−ｔ１経過する前に、ブリードエアーの供給を開始することが望ましく、係数ａはそのタイミングを決定するための調整値である。望ましくは、ａ＝０．３〜０．８であり、より望ましくはａ＝０．５〜０．６である。
【００３４】
ステップＳ９において、第１時間間隔パラメータΔＴ１および第２時間間隔パラメータΔＴ２が共に０であるか否かを判断する。すなわち、第１時間間隔パラメータΔＴ１および第２時間間隔パラメータΔＴ２に初期値と異なる値がセットされたか否かを判断する。共に“０”でない場合、ステップＳ１３に移行する。何れかが初期値“０”のままである場合、ステップＳ４に戻る。
【００３５】
ブリードエアーの供給後も、Ｖ＞Ｖthを満たすまでは、ステップＳ４〜Ｓ９の処理を繰り返し、Ｖ＞Ｖthを満たせば、ステップＳ１０に移行する。
【００３６】
ステップＳ１０において、フラグｆが“１”か否かを判断し、ｆが“１”であればステップＳ１１に移行し、フラグｆが“１”で無ければステップＳ９に移行する。すなわち、ブリードエアーが供給されていない状態であれば、何もせずにステップＳ９に移行する。
【００３７】
ステップＳ１１において、第１酸素供給部Ｐ１を停止させ、ブリードエアーの混合を停止し、フラグｆに“０”をセットする。
【００３８】
ステップＳ１２において、計時部６から現在時刻を取得し、第１時刻パラメータｔ１にセットし、第１時刻パラメータｔ１と、ステップＳ８でセットした第２時刻パラメータｔ２（ブリードエアーの供給開始時の時刻）とを用いて、ｔ１−ｔ２を計算し、計算値を記録部の第２時間間隔パラメータΔＴ２に記録する。
【００３９】
以上、ステップＳ３〜Ｓ１２（以下、第１処理と記す）の処理によって、第１時間間隔パラメータΔＴ１および第２時間間隔パラメータΔＴ２が決定される。後述する第２処理において、第１時間間隔パラメータΔＴ１は、ブリードエアーの混合を停止したときから混合を開始するまでの時間として使用され、第２時間間隔パラメータΔＴ２は、ブリードエアーの混合を開始してから混合を停止するまでの時間として使用される。
【００４０】
ステップＳ１２の処理を行った後、ステップＳ９に移行した場合、第１時間間隔パラメータΔＴ１および第２時間間隔パラメータΔＴ２には初期値“０”と異なる値がセットされているので、ステップＳ９の条件を満たしており、ステップＳ１３に移行することになる。
【００４１】
ステップＳ１３において、終了の指示があったか否かを判断し、終了の指示が無ければ、第１時間間隔パラメータΔＴ１および第２時間間隔パラメータΔＴ２を用いて、ブリードエアーの混合を制御する第２処理に移行する。第２処理について図３のフローチャートに従って説明する。
【００４２】
ステップＳ２０において、上記の第１処理（ステップＳ３〜Ｓ１２）の結果、決定された第１時間間隔パラメータΔＴ１および第２時間間隔パラメータΔＴ２を記録部から読み出し、計時部６から現在時刻を取得して第１時刻パラメータｔ１にセットする。
【００４３】
ステップＳ２１において、計時部６から現在時刻を取得して第２時刻パラメータｔ２にセットする。
【００４４】
ステップＳ２３において、ｔ２−ｔ１＞ΔＴ１であるか否かを判断し、ｔ２−ｔ１＞ΔＴ１を満たすまで、ステップＳ２１〜Ｓ２２の処理を繰り返す。ｔ２−ｔ１＞ΔＴ１を満たすようになれば、すなわち、ΔＴ１の時間が経過すれば、ステップＳ２３に移行して、ブリードエアーの供給を開始する。
【００４５】
ステップＳ２４において、計時部６から現在時刻を取得して第１時刻パラメータｔ１にセットする。
【００４６】
ステップＳ２５において、ｔ１−ｔ２＞ΔＴ２であるか否かを判断し、ｔ１−ｔ２＞ΔＴ２を満たすまで、ステップＳ２４〜Ｓ２５の処理を繰り返す。ｔ１−ｔ２＞ΔＴ２を満たすようになれば、すなわち、ブリードエアーの供給を開始してからΔＴ２の時間が経過すれば、ステップＳ２６に移行して、ブリードエアーの供給を停止する。
【００４７】
ステップＳ２７において、終了の指示があったか否かを判断し、終了の指示が無ければ、ステップＳ２１に戻る。
【００４８】
このように、第２処理によって、ブリードエアーの供給を停止したときからΔＴ１の時間が経過すればブリードエアーの供給を開始し、ブリードエアーの供給を停止してからΔＴ２の時間が経過すればブリードエアーの混合を開始する処理を繰り返すことができる。
【００４９】
以上のように、燃料電池システムを最初に稼動した後、第１処理によって、ブリードエアーの供給を開始すべき状態になったとき、および、その後にブリードエアーの供給を停止すべき状態になったときに、後の制御に必要なパラメータを決定し、その後、第２処理によって、決定したパラメータを使用して、システムに明らかな特性の劣化が生じる前にブリードエアーの供給および停止を行うことができる。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態を用いて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。
【００５１】
例えば、上記では、ブリードエアーの供給および停止するタイミングの決定に、燃料電池部の出力電圧によって判断する場合を説明したが、これに限定されず、燃料電池システムの別の特性値を用いてもよい。例えば、燃料電池スタックの出力電流または出力電力、平均単位セル電圧、燃料電池スタックの温度、燃料極に供給される燃料ガス中の一酸化炭素濃度、燃料極から排出される燃料極側排ガス中の一酸化炭素濃度などを使用してもよい。また、複数のセルの電圧のバラツキ程度や、セル電圧の時間変動の程度を使用してもよい。
【００５２】
また、上記では、燃料電池システムを最初に稼動した後、最初にブリードエアーを供給および停止したときに、第１および第２時間間隔パラメータΔＴ１、ΔＴ２を決定するが、これに限定されない。数回にわたって、ブリードエアーの供給および停止する時刻を観測し、それら複数のデータから（例えば平均値を求めて）、第１および第２時間間隔パラメータΔＴ１、ΔＴ２を決定してもよい。また、回数を限定せずに、所定期間内におけるブリードエアーの供給および停止時刻を観測し、それら複数のデータから第１および第２時間間隔パラメータΔＴ１、ΔＴ２を決定してもよい。
【００５３】
また、燃料電池システムの最初の稼動時にのみに、第１および第２時間間隔パラメータΔＴ１、ΔＴ２を決定する場合に限定されず、燃料電池システムを起動する毎に、最初に第１および第２時間間隔パラメータΔＴ１、ΔＴ２を決定してもよい。
【００５４】
また、一度決定した第１および第２時間間隔パラメータΔＴ１、ΔＴ２を、その後の運転時において常に使用するのではなく、運転開始から所定期間が経過した時にΔＴ１、ΔＴ２を修正してもよい。すなわち、運転開始から所定期間が経過した時に、再度燃料電池システムの特性を測定して、第１および第２時間間隔パラメータΔＴ１、ΔＴ２を新たに決定してもよい。
【００５５】
また、累積運転時間や累積発電量に応じて、ブリードエアーを供給する間隔を変化させてもよい。一般に累積運転時間および累積発電量と共に燃料電池システムの特性が低下するので、例えば、累積運転時間が長くなるほど、または累積発電量が多くなるほど、ブリードエアーを供給する間隔を短く（すなわち、第１時間間隔パラメータΔＴ１を小さく）する。具体的には、式１または式２に従ってΔＴ１を変化させる。
ΔＴ１（ｈ）＝Ｘ１×（１０００／運転時間（ｈ））・・・・（式１）
ΔＴ１（ｈ）＝Ｘ２／総発電量（ＭＷｈ）・・・・（式２）
ここで、ΔＴ１および運転時間は時間（ｈ）で表した値であり、総発電量はＭＷｈで表した値である。また、Ｘ１＝１０００〜５０００、Ｘ２＝５００〜２５００である。
【００５６】
また、上記では、ブリードエアーの供給中に単位時間に供給されるブリードエアー量が一定である場合を説明したが、これに限定されず、累積運転時間や累積発電量に応じて、供給するブリードエアー量を変化させてもよい。例えば、累積運転時間が長くなるほど、または累積発電量が多くなるほど、単位時間のブリードエアー量を増加する。具体的には、式３または式４に従ってブリードエアー量を変化させる。
ブリードエアー量（ｖｏｌ％）＝ａ＋（運転時間（ｈ）／１０００００）・・・（式３）
ブリードエアー量（ｖｏｌ％）＝ａ＋（総発電量（ＭＷｈ）／４０）・・・・（式４）
ここで、ブリードエアー量は、燃料ガス中の体積濃度で表した値である。また、ａは初期値であり、ａ＝０．２５〜１．００（ｖｏｌ％）である。
【００５７】
また、累積運転時間や累積発電量に応じて、ブリードエアーを供給する時間を変化させてもよい。例えば、累積運転時間が長くなるほど、または累積発電量が多くなるほど、ブリードエアーを供給する時間を長く（すなわち、第２時間間隔パラメータΔＴ２を大きく）する。具体的には、式５または式６に従ってΔＴ２を変化させる。
ΔＴ２（ｈ）＝Ｘ３×（運転時間（ｈ）／１０００）・・・・（式５）
ΔＴ２（ｈ）＝Ｘ４×総発電量（ＭＷｈ）・・・・（式６）
ここで、ΔＴ２は時間で表した値であり、Ｘ３＝１〜１０、Ｘ４＝２．５〜２５である。
【００５８】
また、同じ種類で同程度の規模（最大出力）の燃料電池システムに関しては、同じタイミングでブリードエアーの供給および停止を行なえばよいと考えられるので、燃料電池システム毎に、第１および第２時間間隔パラメータΔＴ１、ΔＴ２を決定する代わりに、燃料電池システムの出荷時に、ΔＴ１、ΔＴ２に予め望ましい値を設定しておいてもよい。その場合には、現場に設置された燃料電池システムでは、上記した第１処理を行う必要がない。設定する値は、工場において、同じ種類で同程度の規模の燃料電池システムを代表する燃料電池システム１台または数台を実際に運転して、決定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態に係る固体高分子形燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の固体高分子形燃料電池システムの動作を示すフローチャートであって、ブリードエアーの供給および停止に関するタイミングを決定する処理を示す。
【図３】図１の固体高分子形燃料電池システムの動作を示すフローチャートであって、図２の処理で決定されたタイミングで、ブリードエアーを供給および停止する処理を示す。
【符号の説明】
【００６０】
１    燃料電池スタック
２    燃料ガス生成部
３    混合部
４    電流測定部
５    制御部
６    計時部
Ｐ１  第１酸素供給部
Ｐ２  第２酸素供給部
Ｌ    負荷
【図１】
2008243449.tif 000003
【図２】
2008243449.tif 000004
【図３】
2008243449.tif 000005