(57)【要約】【課題】固体高分子形燃料電池Ｆにおいて、発電開始・発電停止を繰り返しても、セルもしくはセルスタックに劣化を発生することなく、長期に渡って安定した運転を継続することができる固体高分子形燃料電池の停止方法を得る。【解決手段】通常発電状態から発電停止状態への移行に際して、セルＣ内の水蒸気分圧を、通常発電状態でのセルＣ内の水蒸気分圧より低くする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数以上のセルを備えた固体高分子形燃料電池の停止方法であって、通常発電状態から発電停止状態への移行に際して、前記セル内の水蒸気分圧を、前記通常発電状態での前記セル内の水蒸気分圧より低くする発電停止時過程を実行する固体高分子形燃料電池の停止方法。
【請求項２】
前記発電を停止する前又は後に、前記発電停止時過程を実行する請求項１記載の固体高分子形燃料電池の停止方法。
【請求項３】
前記固体高分子形燃料電池が、加湿温度の設定もしくはガス供給流路の選択により、電池に供給される酸化剤ガスもしくは燃料ガスの一方あるいは両方の水蒸気分圧を制御可能な構成とされ、
前記発電停止時過程において、前記酸化剤ガスもしくは燃料ガスの一方あるいは両方の加湿を、前記通常発電状態における前記加湿温度より低い停止時加湿温度設定で実行する、もしくは、低水蒸気分圧のガスを得ることができる供給流路選択で実行する請求項１又は２記載の固体高分子形燃料電池の停止方法。
【請求項４】
前記固体高分子形燃料電池が、前記セルが配設される燃料電池本体部の温度を制御可能な構成とされ、
前記発電停止時過程において、前記燃料電池本体部の温度を、前記通常発電状態における前記燃料電池本体部の温度より高い停止時本体温度に設定して実行する請求項１から３の何れかに記載の固体高分子形燃料電池の停止方法。
【請求項５】
単数以上のセルを燃料電池本体部に備え、通常運転状態から発電停止状態への移行制御を実行する制御装置を備えた固体高分子形燃料電池であって、
前記制御装置に、通常発電状態から発電停止状態への移行に際して、前記セル内の水蒸気分圧を、前記通常発電状態での前記セル内の水蒸気分圧より低くする発電停止時過程を実行する発電停止時過程制御手段を備えた固体高分子形燃料電池。
【請求項６】
前記発電停止時過程制御手段が、前記発電を停止する前又は後に、前記発電停止時過程を実行する請求項５記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項７】
前記固体高分子形燃料電池が、加湿温度の設定もしくはガス供給流路の選択により、電池に供給される酸化剤ガスもしくは燃料ガスの一方あるいは両方の水蒸気分圧を制御する加湿状態制御機構を備え、
前記発電停止時過程において、前記発電停止時過程制御手段により、前記加湿状態制御機構の加湿温度が、前記通常発電状態における前記加湿温度より低い停止時加湿温度に制御される、もしくは、低水蒸気分圧のガスを得ることができるガス供給流路が選択制御される請求項５又は６記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項８】
前記固体高分子形燃料電池が、前記セルが配設される燃料電池本体部の温度を制御する本体温度制御機構を備え、
前記発電停止時過程において、前記発電停止時過程制御手段により、前記本体温度制御機構により制御される前記燃料電池本体部の温度が、前記通常発電状態における前記燃料電池本体部の温度より高い停止時本体温度に設定される請求項５から７の何れかに記載の固体高分子形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子形燃料電池の停止方法に関するとともに、この種の停止方法を実行できる固体高分子形燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子形燃料電池を停止する場合、従来、加湿流体を燃料ガス供給通路の内部、酸化剤ガス供給通路の内部に保持すべく、停止に際して、加湿流体を流路の下部に供給するものとしていた（特許文献１）。
即ち、停止に関しては、セル・セルスタックのある程度の湿潤状態が確保される方向に注意が払われていた。
【０００３】
一方、通常運転時の運転制御に関しては、燃料電池を、所謂、部分負荷状態（燃料電池が最大負荷より低い負荷で運転される状態）で運転する場合に、ガス流路に結露が発生して流路が閉塞され、流路抵抗が大きくなって、燃料電池が運転できなくなるのを防止するために、通常湿潤状態で供給されるガス（酸化剤ガスあるいは燃料ガスの一方もしくはそれら良好）の一部を乾燥したものとし、露点を調整して、燃料電池に供給することが提案されていた（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２７３３４号公報（請求項９〜１２、第９〜１２段落）
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−１４１０８５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
固体高分子形燃料電池が停止される場合、一般に、負荷電流の停止、供給ガスの停止、セルもしくはセルスタックの冷却（自然冷却等）という過程を経ることとなるが、この種の停止過程を経ると、燃料電池本体部内に備えられる単セル、セルスタック内で、その部位に残存した水蒸気が温度低下に伴って結露する。
【０００７】
この種の結露水は、燃料電池の停止期間内に電極内へ拡散し、セル、セルスタックの劣化を誘発することが、今般、発明者らの鋭意研究により明らかになった。
即ち、単セル、セルスタック内に生じた結露水によってガス拡散層や電極触媒層の濡れが進行し、発電開始・発電停止を繰り返すことによって、この濡れの進行により電池性能が徐々に劣化する。即ち、電極自体に劣化を発生する現象を新たに見いだした。
【０００８】
図６は、この状況を示したものである。
図は、横軸に発電開始・発電停止の回数を示したものであり、縦軸は電池が発生する初期電圧を示したものである。○印が従来型の通常運転・運転停止を実行した場合の電池電圧の低下を、□印が、本願に係る停止方法を実行した場合の電池電圧の低下を示している。
詳細は、実施の形態における〔実証試験〕の項で述べるが、この例の場合、従来手法では、発電開始・発電停止回数３０回程度で、顕著な初期電池電圧の低下が認められる。
【０００９】
この現象は、今般、発明者が新たに見いだした事象であり、前述の特許文献１に記載される停止制御を行う場合も同様に発生することがあり、むしろ、発明者は、特許文献１に記載される湿潤操作は不要と考えている。
【００１０】
一方、前述の特許文献２に記載される技術は、電池の通常運転時の操作に関するものであり、電池の発電開始・発電停止に伴って発生することがある、本願に係る課題であるセルの劣化は、同様に避けられない。
【００１１】
本発明の目的は、固体高分子形燃料電池において、発電開始・発電停止を繰り返しても、セルもしくはセルスタックに劣化を発生することなく、長期に渡って安定した運転を継続することができる固体高分子形燃料電池の停止方法を得ること、さらには、この種の停止運転をすることができる固体高分子形燃料電池を得ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１に記載されているように、単数以上のセルを備えた固体高分子形燃料電池の停止を実行するに、通常発電状態から発電停止状態への移行に際して、前記セル内の水蒸気分圧を、前記通常発電状態での前記セル内の水蒸気分圧より低くする発電停止時過程を実行することにより達成される。
また、請求項２に記載されているように、前記発電停止時過程は、前記発電を停止する前又は後に実行することができる。
【００１３】
この場合、通常運転状態から完全な停止状態までの間に、発電停止時過程を実行することで、セル内の水蒸気分圧を低下させることができ、発電停止時に、電池が室温状態まで冷却されても、結露水が発生しにくい状況となる。
結果、電池の運転停止期間に、結露水が電極内等に進入し、電池の劣化を誘発することはない。
最も、好ましくは、燃料電池が運転されている外部環境の温度から決まる温度で、結露が発生しない露点以下に、セルあるいはセルスタック内のガス状態をもっていくのがよい。このようにしておくと、結露の発生を確実に抑えられる。
【００１４】
従って、このような固体高分子形燃料電池の停止方法を実行することができる固体高分子形燃料電池としては、請求項５に記載されているように、
単数以上のセルを燃料電池本体部に備え、通常運転状態から発電停止状態への移行制御を実行する制御装置を備えた固体高分子形燃料電池を構成するに、
前記制御装置に、通常発電状態から発電停止状態への移行に際して、前記セル内の水蒸気分圧を、前記通常発電状態での前記セル内の水蒸気分圧より低くする発電停止時過程を実行する発電停止時過程制御手段を備えるものとする。
また、請求項６に記載されているように、前記発電停止時過程制御手段は、前記発電を停止する前又は後に、前記発電停止時過程を実行するように構成することができる。
【００１５】
この固体高分子形燃料電池では、発電停止時過程制御手段が、本願独特の発電停止時過程を実行するため、本願が問題とする結露、引いては電極の劣化の問題を発生することはない。
【００１６】
さて、発電停止時過程を実行する場合、固体高分子形燃料電池に供給される供給ガスに含まれる水蒸気量を加湿量により調節したり、燃料電池の運転停止に際して、電池本体の温度を適切に制御することで、水蒸気分圧の制御が可能となる。
１  加湿状態の制御を行う場合
請求項３に記載されているように、固体高分子形燃料電池が、加湿温度の設定、もしくは、ガス供給流路の選択により、電池に供給される酸化剤ガスもしくは燃料ガスの一方あるいは両方の水蒸気分圧を制御可能な構成とされている場合、発電停止時過程において、酸化剤ガスもしくは燃料ガスの一方あるいは両方の加湿を、通常発電状態における前記加湿温度より低い停止時加湿温度で実行する、もしくは、低水蒸気分圧のガスを得ることができるガス供給流路の選択で実行することで、これを実現できる。
【００１７】
通常、ガスの加湿状態（水蒸気分圧）は加湿温度の上昇に伴って上昇させることが可能であるため、本願の場合、通常運転状態の加湿温度より、発電停止時過程の温度を低下させて、結果的に供給されるガスに含有される水蒸気量を低下させ、結露、引いては劣化の問題を解消できる。
また、供給流路の選択により、加湿程度が低いガスを供給することもできる。
【００１８】
固体高分子形燃料電池としては、これが、加湿温度の設定、もしくは、ガス供給流路の選択により、電池に供給される酸化剤ガスもしくは燃料ガスの一方あるいは両方の水蒸気分圧を制御する加湿状態制御機構を備えて構成される場合に、請求項７に記載されるように、前記発電停止時過程において、前記発電停止時過程制御手段により、前記加湿状態制御機構の加湿温度が、前記通常発電状態における前記加湿温度より低い停止時加湿温度に制御される、もしくは、低水蒸気分圧のガスを得ることができる供給流路を選択制御するで実行するようにしておけばよい。
【００１９】
２  停止時の燃料電池本体側の温度制御を行う場合
請求項４に記載されているように、固体高分子形燃料電池が、セルが配設される燃料電池本体部の温度を制御可能な構成とされている場合に、
発電停止時過程において、前記燃料電池本体部の温度を、前記通常発電状態における前記燃料電池本体部の温度より高い停止時本体温度に設定して実行する。
【００２０】
固体高分子形燃料電池は、その燃料電池本体部に冷却水を流す冷却水流路が備えられ、通常運転時には、冷却水量を調整して、温度調整が実行されている。
従って、本願の場合、発電停止時に、一旦、この冷却の程度を低下させる。
このようにすると、セル内は乾燥側に導かれることで、本願が問題とする結露、劣化の問題を解消できる。
【００２１】
装置としては、固体高分子形燃料電池が、前記セルが配設される燃料電池本体部の温度を制御する本体温度制御機構を備えて構成されている場合に、請求項８に記載されているように、発電停止時過程において、前記発電停止時過程制御手段により、前記本体温度制御機構により制御される前記燃料電池本体部の温度が、前記通常発電状態における前記燃料電池本体部の温度より高い停止時本体温度に設定されることとする。
【００２２】
当然、上記のような電池本体に供給されるガスに含有される水蒸気量の調節及び停止時の電池本体側の温度調節を併用するものとしてもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本願の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本願の固体高分子形燃料電池Ｆは、セルスタックＮＣを備えた燃料電池本体部Ｆ１と、この本体部Ｆ１へ燃料ガス、酸化剤ガスを供給するガス供給系統Ｆ２と、本体部Ｆ１において発生される電力を電力消費機器Ｌ側へ送る給電系統Ｆ３とを備えて構成されており、これら、本体部Ｆ１、ガス供給系統Ｆ２、給電系統Ｆ３の状態を制御する制御装置１１を備えて構成されている。
以下、各部位に関して説明する。
【００２４】
１  燃料電池本体部
この部位の構成は、従来型の固体高分子形燃料電池Ｆの構成を踏襲するものであり、セルスタックＮＣを内部に備えて構成される。単セル、セルスタックの構成の概略を示すと以下のように構成されている。
【００２５】
〔セル〕
セルＣは、図２に示すように、電解質層としての高分子膜１の一方の面に酸素極２を備え且つ他方の面に燃料極３を備えて構成される。
前記酸素極２を、高分子膜１側の酸素極触媒層２１と、高分子膜１とは反対側の酸素極集電層２２とを備えて構成し、前記燃料極３を、高分子膜１側の燃料極触媒層３１と、高分子膜１とは反対側の燃料極集電層３２とを備えて構成してある。
【００２６】
前記高分子膜１は、プロトン導電性を備えたフッ素樹脂系のイオン交換膜にて形成してある。
前記酸素極触媒層２１及び燃料極触媒層３１は、同様の構成であり、カーボンから成る多孔状の導電材にて形成し、夫々、白金及び白金系合金から成る電極触媒を担持してある。
【００２７】
酸素極集電層２２は、具体的には、カーボンペーパーにて形成し、撥水剤（ＰＴＦＥ：ポロテトラフルオロエチレン等）にて撥水加工してある。
燃料極集電層３２は、多孔状のカーボンペーパーにて形成し、撥水剤にて撥水加工してある。
【００２８】
そして、高分子膜１の一方の面に、酸素極触媒層２１及び、酸素極集電層２２を配置し、並びに、他方の面に、燃料極触媒層３１及び、燃料極集電層３２を配置した状態で、ホットプレスにより一体化して、セルＣが形成される。
【００２９】
〔セルスタック〕
このセルスタックＮＣは、図１、３に示すように、上述のセルＣの複数個を適宜、積層して構成される。
そのセルスタックＮＣは、図３に示すように、流路形成部材としての酸素極側セパレータ５及び燃料極側セパレータ６を、酸素極２に臨む状態で酸素剤ガス流路を形成し、且つ、燃料極３に臨む状態で燃料ガス流路を形成するように、セル間に位置させた状態で、セルＣの複数個を、厚さ方向に積層し、積層方向の両端部夫々に電力取り出し用の集電部７を設けて構成してある。
【００３０】
酸素極側セパレータ５及び燃料極側セパレータ６は、カーボンからなる緻密な気密性を有する導電材にて形成してある。
【００３１】
〔ガス・冷却水流通〕
図３に示すように、酸素極側セパレータ５は、酸素極２側の面に、酸素剤ガスを通流させる酸素極側流路を形成する酸素剤ガス通流溝５ｓを形成し、反対側の面に、冷却水流路を形成する冷却水通流溝５ｗを形成してある。
【００３２】
燃料極側セパレータ６は、燃料極３側の面に、燃料ガスを通流させる燃料極側流路を形成する燃料ガス通流溝６ｆを形成し、反対側の面に、酸素極側セパレータ５の冷却水通流溝５ｗと面対称となる冷却水流路形成用の冷却水通流溝６ｗを形成してある。
【００３３】
更に、高分子膜１、酸素極側セパレータ５及び燃料極側セパレータ６の夫々には、それらを重ねたときに夫々が積層方向に連なる状態で、厚さ方向に貫通する６個の孔１ｈ，５ｈ，６ｈを形成してある。これらの孔１ｈ，５ｈ，６ｈは、以下に説明する連通路Ｔｓ，Ｔｆ、Ｔｗを構成する。
【００３４】
本願にあっては、各酸素剤ガス通流溝５ｓの通流経路の両端部に各別に連通する２本の通路を酸素極側連通路Ｔｓと、各燃料ガス通流溝６ｆの通流経路の両端部に各別に連通する２本の通路を燃料極側連通路Ｔｆと、各冷却水通流溝５ｗ，６ｗの通流経路の両端部に各別に連通する２本の通路を冷却水側連通路Ｔｗと夫々称する。
【００３５】
さらに、図１に示すように、一方の端板９には、２本の酸素極側連通路Ｔｓのうちの一方の端部に連通接続する酸素剤ガス用接続部８ｓ、２本の燃料極側連通路Ｔｆのうちの一方の端部に連通接続する燃料ガス用接続部８ｆ、及び、２本の冷却水連通路Ｔｗのうちの一方の端部に連通接続する冷却水用接続部８ｗを備えてある。
【００３６】
又、他方の端板９には、２本の酸素極側連通路Ｔｓのうちの他方の端部に連通接続する酸素剤ガス用接続部８ｓ、２本の燃料極側連通路Ｔｆのうちの他方の端部に連通接続する燃料ガス用接続部８ｆ、及び、２本の冷却水連通路Ｔｗのうちの他方の端部に連通接続する冷却水用接続部８ｗを備えてある。
【００３７】
尚、２個の酸素剤ガス用接続部８ｓのうち、一方は酸素剤ガスの供給用として、他方は酸素剤ガスの排出用として用い、２個の燃料ガス用接続部８ｆのうち、一方は燃料ガスの供給用として、他方は燃料ガスの排出用として用い、並びに、２個の冷却水用接続部８ｗのうち、一方は冷却水の供給用として、他方は冷却水の排出用として用いる。
【００３８】
〔ガス・冷却水供給系統〕
図１に示すように、空気を本願にいう酸化剤ガスとして、加湿器１０ｓにて加湿した後、供給用の酸素剤ガス用接続部８ｓからセルスタックＮＣに供給し、並びに、炭化水素系の原燃料を改質した水素含有ガスを燃料ガスとして、加湿器１０ｆにて加湿した後、供給用の燃料ガス用接続部８ｆからセルスタックＮＣに供給する。
【００３９】
これら加湿器１０ｆ、１０ｓにあっては、その加湿温度を制御することで、燃料ガス及び酸素剤ガスに含有される水蒸気量、即ち、水蒸気分圧を調整することができる。この調整制御は、制御装置１１からの指令に従ったものとされる。
【００４０】
さらに、上記の加湿器１０ｆ、１０ｓを通過する通路に対して、これら加湿器１０ｆ、１０ｓの上流側及び下流側を短絡して、それぞれバイパスするバイパス路１２ｆ、１２ｓが設けられ、バイパス路１２ｆ、１２ｓを介する経路と、加湿器１０ｆ、１０ｓを介する流路とで流路選択可能とされている。
さらに、加湿器１０より下流の所定部位、およびバイパス路部には、ヒータＨが備えられており、内部を流れるガス温度を適宜、維持することができるように構成されている。
【００４１】
よって、この流路の選択によっても、燃料電池本体部Ｆ１側へ供給する水蒸気分圧を調節することが可能とされている。この種の流路選択も前記制御装置１１からの指令に従ったものとされる。
【００４２】
さらに、冷却水ポンプＰにより、冷却水が供給用の冷却水用接続部８ｗからセルスタックＮＣに供給される。従って、この冷却水の流通量を制御することで、本体部の温度制御が可能となる。この温度制御も、制御装置１１からの指令に従ったものとされる。
【００４３】
酸素剤ガスは、一方の酸素極側連通路Ｔｓから各セルＣの酸素極側流路に供給され、酸素極側流路を通流してから、他方の酸素極側連通路Ｔｓに流出し、その酸素極側連通路Ｔｓを通流して排出用の酸素剤ガス用接続部８ｓから排出される。
【００４４】
燃料ガスは、一方の燃料極側連通路Ｔｆから各セルＣの燃料極側流路に供給され、燃料極側流路を通流してから、他方の燃料極側連通路Ｔｆに流出し、その燃料極側連通路Ｔｆを通流して排出用の燃料ガス用接続部８ｆから排出される。
【００４５】
冷却水は、図１において二点鎖線矢印にて示すように、一方の冷却水連通路Ｔｗから各セルＣの冷却水流路に供給され、冷却水流路を通流してから、他方の冷却水連通路Ｔｗに流出し、その冷却水連通路Ｔｗを通流して排出用の冷却水用接続部８ｗから排出される。
【００４６】
そして、各セルＣにおいては、酸素剤ガス及び燃料ガス夫々に含まれている水蒸気によって高分子膜１が湿らされる状態で、酸素剤ガス中の酸素と燃料ガス中の水素との電気化学反応により発電される。又、冷却水の通流により、各セルＣの温度が所定の温度に維持される。
【００４７】
以上が、固体高分子形燃料電池Ｆの構成であるが、以下、本願の特徴構成に関して説明する。
装置側の特徴は、図１に示すように、制御装置１１内に、発電停止時過程制御手段１１Ｃが備えられることである。
【００４８】
〔発電停止時過程制御手段〕
この手段１１Ｃは、通常発電状態から発電停止状態への移行に際して、セル内の水蒸気分圧を、通常発電状態でのセル内の水蒸気分圧より低くする発電停止時過程を実行する。
【００４９】
即ち、別途制御装置１１に入力されてくる発電停止指令に従って、この発電停止時過程制御手段１１Ｃが働き、運転状態を、通常運転状態、発電停止時過程、発電停止状態に、順次移行させる。
尚、本実施形態では、上記発電停止時過程制御手段１１Ｃは、上記の順に状態を移行させるが、上記発電停止時過程を、発電停止状態に移行させた後ひきつづいて実行しても構わない。
【００５０】
さらに具体的には、この発電停止時過程にあっては、図４（イ）に示すように、供給ガスの加湿低減が図られ、その低減運転を所定時間経た後、通常の停止操作に移行し、電流負荷の遮断、ガス供給停止動作が実行される。この状態で、装置Ｆは発電停止状態にあり、自然冷却される。
【００５１】
発電停止時過程における動作をさらに詳細に説明すると、この発電停止時過程において、発電停止時過程制御手段１１Ｃにより、燃料ガス、酸化剤ガスの前記加湿器１０ｓ、１０ｆに対するバイパスが成される。結果、セル側へ送られるガスが含有する水蒸気量の低減が図られる。
【００５２】
さらに、必要な場合は、この発電停止時過程において、発電停止時過程制御手段１１Ｃにより、前記加湿器１０ｓ、１０ｆの加湿温度が、通常発電状態における加湿温度より低い、予め設定された停止時加湿温度に制御できるように構成されている。結果、この制御を実行しても、セル側へ送られるガスが含有する水蒸気量の低減を図ることができる。
【００５３】
さらに、必要な場合は、発電停止時過程制御手段１１Ｃにより、前記冷却水量が低減され、燃料電池本体部Ｆ１の温度が、通常発電状態における燃料電池本体部Ｆ１の温度より高い停止時本体温度に設定できる構成が採用されている。結果、この制御を実行しても、セル側の乾燥状態が進めることが可能となる。
【００５４】
このような構造を採用することで、運転停止過程でスタックの温度が低下し、比較的短時間に結露が生じる場合にも、上記のようなバイパスラインの流路切換えや、加湿器の加湿温度調節する等の組み合わせて、迅速な対応が可能となる。
【００５５】
従って、このようにして固体高分子形燃料電池Ｆを運転停止すると、装置停止状態において、セルスタックＮＣ内で結露を起こし難くなり、本願が問題とするセルＣの劣化が発生し難く、安定した運転を長期に渡って維持することができる。
【００５６】
〔セル単体による実証試験〕
本願の停止方法の有効性を確認するため、その評価試験を行った。
以下に、その結果について説明する。
【００５７】
評価装置
試験に際して、図５に示すような仕様の単セル評価装置５０を用いて乾燥（低加湿）空気を用いた停止シーケンスの効果を試験した。
この評価装置５０では酸化剤ガスである空気を加湿器５１を経て加湿し、セルＣへ送るラインＬ１と加湿器５１を経ずに乾燥した（低加湿）状態でセルＣに送るラインＬ２が切り替えられるようになっている（燃料側ラインについても同様に切り替え可能である）。
【００５８】
燃料ガス、酸化剤ガスは、それぞれ流量を制御でき、燃料側・酸化剤側配管のうち、加湿器以降セルまでの配管部分はどちらもヒーターＨによって温度調節し、セル入口でのガス温度をセル温度と等し設定する。また、燃料側、酸化剤側の加湿器５１をバイパスする配管部分全体にもそれぞれヒーターＨを設け、温度差が発生しないようにされる。
【００５９】
試験条件
連続運転している単セルを２つ使用し、一方は従来の加湿空気を用いる停止シーケンスを含む発電開始・発電停止をおこない、他方は乾燥空気を用いる停止シーケンスを含む発電開始・発電停止をおこない、これらの経時特性を比較して乾燥空気を用いる停止シーケンスの効果を評価した。即ち、同一の試験装置を使用して、一方は加湿器をバイパスするものとし、他方はバイパスせず加湿するものとした。
【００６０】
セルの連続運転の条件は運転温度７０℃、燃料利用率６０％、空気利用率４０％、電流密度３００ｍＡ／ｃｍ２である。また発電停止時過程の乾燥空気を用いる時間は１０分程度とした。
【００６１】
試験結果
図６に運転停止シーケンスにおいて加湿した空気と乾燥した空気を用いた場合のセル電圧変化をそれぞれ示した。縦軸は発電開始・発電停止試験開始時からの電圧の劣化を示す。
【００６２】
乾燥空気を使用した新しい停止シーケンスの方が発電開始・発電停止による電圧劣化を抑えることができることが判明し、また発電開始・発電停止回数あたりの電圧劣化を比較すると、後者が前者の１／７以下であることが判明した。
【００６３】
よって、運転停止シーケンスにおいて乾燥した空気を用いることで、燃料電池の発電開始・発電停止動作が起こす電圧劣化の原因と考えられるガス拡散層や電極触媒層の濡れ（セルの濡れ）を抑え、発電開始・発電停止に起因する電圧劣化を少なくすることができる。
【００６４】
〔別実施の形態〕
本願の別実施の形態に関して以下説明する。
（１）  上記の実施の形態における固体高分子形燃料電池において、発電停止時過程を実行する場合に、バイパスするものとしたが、供給ガスの水蒸気分圧制御を、加湿器の乾湿温度制御、燃料電池本体側の温度制御により行うものとしてもよい。
さらに、バイパス形態を採用する場合に、加湿ラインとバイパスラインを完全に切り替えて使用するシーケンスを採用するのみならず、これらのラインを同時に使用し、かつそれぞれのラインに流れるガスの流量を調節することで、セル流入時点でのガスの加湿度（露点）をコントロールすることもできる。
この場合、より広い範囲の低加湿ガスを発電停止時過程で利用可能である。
【００６５】
（２）  上記の実施の形態において、発電停止時過程を実行する場合に、供給ガスの水蒸気分圧制御を施す側を特に問うものとはしなかったが、何れか一方又はその両方に施すものとしてもよい。
（３）  ガス拡散層の種類や電解質膜の種類に対応して、発電停止時過程において用いる水蒸気分圧や使用時間を適宜変更することで、発電停止時過程での電解質膜の乾燥が過度にならないようにし、膜へのダメージを回避することができる。
また、水蒸気分圧は、最終的に、固体高分子形燃料電池Ｆを設置している環境における水蒸気分圧と同等に収まる。
（５）  発電停止時過程において、酸化剤ガス、燃料ガスの代わりに不活性な窒素ガスを用いることで、活性なガス種による発電停止時のセルへの悪影響を防ぐことが出来る。この場合の操作手順を図４（イ）に対応させて、図４（ロ）に示した。図４（ロ）においても、「ドライ条件に」と記載されている過程が、本願の発電停止時過程に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の固体高分子形燃料電池の全体構成を示す図
【図２】単セルの断面構造を示す図
【図３】燃料電池本体の構造を示す分解斜視図
【図４】停止シーケンスを示す説明図
【図５】試験装置の機能構成図
【図６】試験結果を示す図
【符号の説明】
１        高分子膜
２        酸素極
３        燃料極
１０      加湿器
１１      制御装置
１１Ｃ    発電停止時過程制御手段
１２      バイパス路
５０      単セル評価装置
Ｃ        セル
Ｆ        固体高分子形燃料電池
Ｆ１      燃料電池本体部
Ｆ２      ガス供給系統
Ｆ３      給電系統
Ｈ        ヒータ
Ｌ        電力消費機器
ＮＣ      セルスタック
Ｐ        冷却水ポンプ
【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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