(57)【要約】【課題】燃料電池システムの起動初期の不安定な期間における大きなセル性能の低下を抑制して燃料電池システムを起動させることを目的とする。【解決手段】燃料ガスと酸化剤ガスの少なくとも一方を燃料電池６に加湿供給して成る燃料電池システムＳにおいて、燃料電池６の起動時に、燃料電池６を昇温させ、温度を安定させる第１の起動ステップと、該第１の起動ステップの終了後、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により燃料電池６内に短時間で結露が生じる条件にて一定時間運転する第２の起動ステップとを含み、該第２の起動ステップの終了後、通常の運転に移行する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの少なくとも一方を燃料電池に加湿供給して成る燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の起動時に、当該燃料電池を昇温させ、温度を安定させる第１の起動ステップと、
該第１の起動ステップの終了後、前記燃料ガスと酸化剤ガスの反応により前記燃料電池内に短時間で結露が生じる条件にて一定時間運転する第２の起動ステップとを含み、
該第２の起動ステップの終了後、通常の運転に移行することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【請求項２】
前記第１の起動ステップにおいて、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを一定時間供給した後、前記燃料ガスの供給を開始することを特徴とする請求項１の燃料電池システムの起動方法。
【請求項３】
前記第２の起動ステップにおいて、前記燃料ガスの利用率をシステムの制御範囲の中心値以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２の燃料電池システムの起動方法。
【請求項４】
前記燃料ガスの利用率を７０％以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２の燃料電池システムの起動方法。
【請求項５】
前記第２の起動ステップにおいて、前記酸化剤ガスの利用率をシステムの制御範囲の中心値以下とすることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の燃料電池システムの起動方法。
【請求項６】
前記酸化剤ガスの利用率を４０％以下とすることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の燃料電池システムの起動方法。
【請求項７】
前記燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より高くなる場合、前記第２の起動ステップにおいて、前記燃料電池の温度をシステムの制御範囲の中央値以下とすることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の燃料電池システムの起動方法。
【請求項８】
前記燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より高くなる場合、前記第２の起動ステップにおいて、前記燃料電池の温度を＋７５℃以下とすることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の燃料電池システムの起動方法。
【請求項９】
前記燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より低くなる場合、前記第２の起動ステップにおいて、前記燃料電池の温度をシステムの制御範囲の中央値以上とすることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の燃料電池システムの起動方法。
【請求項１０】
前記燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より低くなる場合、前記第２の起動ステップにおいて、前記燃料電池の温度を＋７５℃以上とすることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の燃料電池システムの起動方法。
【請求項１１】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９又は請求項１０の起動方法を実行する制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料ガスや酸化剤ガスなどの反応ガスを加湿して供給する燃料電池システムであって、特に該燃料電池システムの起動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、電極反応によって燃料ガス（水素など）が有する化学エネルギーを直接電気エネルギーとして取り出すものである。特に、固体高分子形燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：「ＰＥＦＣ」）は、固体高分子電解質膜（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｃｅ）の両面にアノードとカソードとが配されたセルと、セルを挟持する一対のリブ付きセパレータなどから構成され、このセパレータのリブ間に構成されるガス通路（燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路）を介して、アノードとカソードにそれぞれポンプにより水素ガス（燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）を供給し、水素と空気中の酸素が酸化還元反応を生ずることで電力を発生させるものである（特許文献１参照）。
【０００３】
この場合、固体高分子電解質膜は、アノード側で生成されたプロトン（Ｈ＋）がカソード側に伝導する際の通路となるため、陽イオン伝導性を有するパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーをはじめとする陽イオン交換樹脂が一般的に用いられる。しかしながら、係る陽イオン伝導は水和水とともに成されることから、固体高分子電解質膜は湿潤された状態（水分が含まれた状態）でなければならない。そのため、固体高分子電解質膜は燃料電池を運転する際、常時湿潤させておく必要がある。そこで、一般的には水素ガスと空気を加湿した後、アノードとカソードにそれぞれ供給する方式が採られていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１８５１７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記電解質膜を十分に湿潤させるためには、燃料ガス及び／又は酸化剤ガス中の水分を燃料電池内で結露させることが最も有効である。しかし、加湿された燃料ガス及び／又は酸化剤ガスが燃料電池内のガス通路で結露すると、当該ガス通路が水で閉塞され、ガス分配が不均一になる問題がある。そこで、ガス通路の水閉塞を回避するため、従来では各セルのガス通路入口にノズルを設けてガスを均一に分配する方法が採用されている。
【０００６】
かかる場合には、燃料電池のノズル部分で水が閉塞されることを避けるため、燃料ガス及び又は酸化剤ガスの露点を燃料電池温度より低めにして燃料電池に供給し、反応に伴って結露する水で電解質膜を湿潤にさせる。
【０００７】
しかし、起動初期の発電開始前は、燃料電池内で反応が生じていないため結露水が無く、発電を開始すると水が燃料ガス及び又は酸化剤ガスのガス通路に結露し始める。この際、各ガス通路の僅かなガス分配差や温度差で結露水の量が異なるため、ガス分配が不均一になりセル性能が不安定になる。特に、空気（酸化剤ガス）に比べ燃料ガスは流量が少ないため、この影響が顕著となる。
【０００８】
そこで、本発明は従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、燃料電池システムの起動初期の不安定な期間における大きなセル性能の低下を抑制して燃料電池システムを起動させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の燃料電池システムの起動方法は、燃料ガスと酸化剤ガスの少なくとも一方を燃料電池に加湿供給して成る燃料電池システムにおいて、燃料電池の起動時に、当該燃料電池を昇温させ、温度を安定させる第１の起動ステップと、該第１の起動ステップの終了後、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により燃料電池内に短時間で結露が生じる条件にて一定時間運転する第２の起動ステップとを含み、該第２の起動ステップの終了後、通常の運転に移行することを特徴とする。
【００１０】
本発明の燃料電池システムの起動方法によれば、燃料ガスと酸化剤ガスの少なくとも一方を燃料電池に加湿供給して成る燃料電池システムにおいて、燃料電池の起動時に、当該燃料電池を昇温させ、温度を安定させる第１の起動ステップと、該第１の起動ステップの終了後、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により燃料電池内に短時間で結露が生じる条件にて一定時間運転する第２の起動ステップとを含み、該第２の起動ステップの終了後、通常の運転に移行するので、燃料電池システムの起動時において、燃料電池内が結露していない乾燥している状態から、短時間で燃料電池内に多くの結露水を生成することができるようになる。
【００１１】
これにより、燃料電池内に結露が生じ始める際にセル間のガス分配や温度にばらつきがあっても、通常の運転を開始する以前に、燃料電池内を均一に湿潤状態とすることができる。そのため、各セルの性能が確保され、各セルに燃料ガス及び酸化剤ガスを安定して流通させることができ、安定した燃料電池システムの起動を行うことができるようになる。
【００１２】
請求項２の発明の燃料電池システムの起動方法は、上記発明に加えて、第１の起動ステップにおいて、燃料電池に酸化剤ガスを一定時間供給した後、燃料ガスの供給を開始することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明によれば、上記発明に加えて、第１の起動ステップにおいて、燃料電池に酸化剤ガスを一定時間供給し、酸化剤ガスのガス流路の温度が上昇した後、燃料ガスの供給を開始する。そのため、酸化剤ガスにより冷やされて燃料ガスのガス流路で結露が生じることを防止することができると共に、必要以上に燃料ガスを供給する不都合を回避することができるようになる。
【００１４】
請求項３の発明の燃料電池システムの起動方法は、上記各発明において、第２の起動ステップにおいて、燃料ガスの利用率をシステムの制御範囲の中心値以下とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明によれば、上記各発明において、第２の起動ステップにおいて、燃料ガスの利用率をシステムの制御範囲の中心値以下とするので、燃料ガスを燃料電池内に通常より多く供給することにより、燃料電池内の燃料ガス経路中に結露水が滞留し、燃料ガスの流入に悪影響を与えることを回避することができるようになる。
【００１６】
請求項４の発明の燃料電池システムの起動方法は、請求項１又は請求項２の発明において、燃料ガスの利用率を７０％以下とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明によれば、請求項１又は請求項２の発明において、燃料ガスの利用率を７０％以下とするので、燃料ガスを燃料電池内に通常より多く供給することにより、燃料電池内の燃料ガス経路中に結露水が滞留し、燃料ガスの流入に悪影響を与えることを回避することができるようになる。
【００１８】
請求項５の発明の燃料電池システムの起動方法は、上記各発明において、第２の起動ステップにおいて、酸化剤ガスの利用率をシステムの制御範囲の中心値以下とすることを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明によれば、上記各発明において、第２の起動ステップにおいて、酸化剤ガスの利用率をシステムの制御範囲の中心値以下とするので、酸化剤ガスを燃料電池内に通常より多く供給することにより、燃料電池内の酸化剤ガス経路中に結露水が滞留し、酸化剤ガスの流入に悪影響を与えることを回避することができるようになる。
【００２０】
請求項６の発明の燃料電池システムの起動方法は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の発明において、酸化剤ガスの利用率を４０％以下とすることを特徴とする。
【００２１】
請求項６の発明によれば、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の発明において、酸化剤ガスの利用率を４０％以下とするので、酸化剤ガスを燃料電池内に通常より多く供給することにより、燃料電池内の酸化剤ガス経路中に結露水が滞留し、酸化剤ガスの流入に悪影響を与えることを回避することができるようになる。
【００２２】
請求項７の発明の燃料電池システムの起動方法は、上記各発明において、燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より高くなる場合、第２の起動ステップにおいて、燃料電池の温度をシステムの制御範囲の中央値以下とすることを特徴とする。
【００２３】
請求項７の発明によれば、上記各発明において、燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より高くなる場合、第２の起動ステップにおいて、燃料電池の温度とガス入口露点の温度差がなくても、燃料電池の温度をシステムの制御範囲の中央値以下とするので、燃料電池内での結露水量を多くすることができるようになる。これにより、短時間で燃料電池内を湿潤とすることができるようになる。
【００２４】
請求項８の発明の燃料電池システムの起動方法は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の発明において、燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より高くなる場合、第２の起動ステップにおいて、燃料電池の温度を＋７５℃以下とすることを特徴とする。
【００２５】
請求項８の発明によれば、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の発明に加えて、燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より高くなる場合、第２の起動ステップにおいて、燃料電池の温度とガス入口露点の温度差がなくても、燃料電池の温度を＋７５℃以下とするので、燃料電池内での結露水量を多くすることができるようになる。これにより、短時間で燃料電池内を湿潤とすることができるようになる。
【００２６】
請求項９の発明の燃料電池システムの起動方法は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の発明に加えて、燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より低くなる場合、第２の起動ステップにおいて、燃料電池の温度をシステムの制御範囲の中央値以上とすることを特徴とする。
【００２７】
請求項９の発明によれば、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の発明に加えて、燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より低くなる場合、第２の起動ステップにおいて、燃料電池の温度とガス入口露点の温度差がなくても、燃料電池の温度をシステムの制御範囲の中央値以上とするので、燃料電池内での結露水量を多くすることができるようになる。これにより、短時間で燃料電池内を湿潤とすることができるようになる。
【００２８】
請求項１０の発明の燃料電池システムの起動方法は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の発明に加えて、燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より低くなる場合、第２の起動ステップにおいて、燃料電池の温度を＋７５℃以上とすることを特徴とする。
【００２９】
請求項１０の発明によれば、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の発明に加えて、燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より低くなる場合、第２の起動ステップにおいて、燃料電池の温度とガス入口露点の温度差がなくても、燃料電池の温度を＋７５℃以上とするので、燃料電池内での結露水量を多くすることができるようになる。これにより、短時間で燃料電池内を湿潤とすることができるようになる。
【００３０】
請求項１１の発明の燃料電池システムは、上記各発明の起動方法を実行する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００３１】
請求項１１の発明によれば、上記各発明の起動方法を実行する制御手段を備えたので、容易に上記発明を実行することができるようになり、安定した燃料電池システムの起動を行うことができるようになる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。本実施例における燃料電池システムＳは、ＰＥＦＣ装置Ｔ（ポリマ・エレクトロライト・フューエル・セル）を備えた固体高分子形燃料電池システムである。この燃料電池システムＳは、上記ＰＥＦＣ装置Ｔの他に燃料電池システムＳの発電において生じる熱を有効的に利用するコージェネレーションシステムを構築するため、貯湯タンク７と水処理装置８を含む熱回収装置を有している。この水処理装置８には水道管を通じて市水が供給される。この市水は水処理装置８で純水にされて、昇圧ポンプ４４により各配管９、１０を介して水タンク１１、１２に供給され、また、水タンク２１を介して改質装置１３に供給される。
【００３３】
ここで、係る固定高分子形の燃料電池システムＳについて、図１及び図２を参照して説明する。図２は図１の部分拡大回路図を示している。この燃料電池システムＳでは、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなど（原料ガス）の燃料の供給源である燃料供給源１と、原料ガスから硫黄成分を除去する脱硫器２と、改質装置１３と、固体高分子形の燃料電池（ＰＥＦＣ）６とを備える。改質装置１３は、原料ガスから水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器３と、この改質器３からの改質ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成するＣＯ変成器４と、このＣＯ変成器４からの未変成の一酸化炭素を除去するＣＯ除去器５とを備えている。
【００３４】
燃料電池６は、改質装置１３のＣＯ除去器５からの一酸化炭素が除去された後の水素と空気中に含まれる酸素とを反応させて電力を発生させるものであり、この燃料電池６は、アノード（燃料極）６ａと、カソード（酸化剤極）６ｂと、冷却部６ｃと、固体高分子電解質膜６ｄを備えている。
【００３５】
ここで、この燃料電池６の構造について説明する。燃料電池６は、固体高分子電解質膜（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｃｅ）６ｄの両面にアノード６ａとカソード６ｂとが配されたセル８１と、セル８１を挟持する一対のリブ付きセパレータ８２などから構成される。
【００３６】
ここで、図３及び図４を参照してセパレータ８２の構成について説明する。図３はノズルプレート９４を取り付けた状態のセパレータ８２の平面図、図４は図３におけるＸ−Ｘ線概略断面図を示している。セパレータ８２には、図３に示す如く前記リブ間に複数の凹溝状のガス流路８９が形成され、当該ガス流路８９の入口にはガス供給用マニホールド８８が設けられている。そして、セパレータ８２には、燃料ガスの供給孔８７が形成され、該供給孔８７は、ガス供給用マニホールド８８に接続されている。他方、ガス流路８９の出口にはガス排出用マニホールド９０が設けられると共に、セパレータ８２には、このガス排出用マニホールド９０を接続する排出孔９１が設けられている。
【００３７】
また、セパレータ８２には、酸化剤ガスの供給孔９２と排出孔９３がそれぞれ設けられ、当該セパレータ８２の他面側に設けられた図示しないガス供給用マニホールド及びガス排出用マニホールドにそれぞれ接続し、且つ複数の酸化剤ガスのガス流路が形成されている。
【００３８】
他方、セパレータ８２のガス流路８９の入口とガス供給用マニホールド８８との間には、ノズルプレート９４が取り付けられている。ここで、図５及び図６を参照してノズルプレート９４の構成について説明する。図５はノズルプレート９４の平面図、図６はノズルプレート９４の正面図を示している。このノズルプレート９４は、薄板状の基部９４Ａと、この基部９４Ａの一端側に所定の間隔を持って突出片９５が櫛歯状に併設された接続部９４Ｂとを有し、基部９４Ａの他端側から前記各突出片９５を貫通するノズル孔９６がそれぞれ設けられている。
【００３９】
ここで、突出片９５は、セパレータ９４の各ガス流路８９の凹部内に挿入できるようにガス流路８９の間隔に対応させて櫛歯状に形成されているものとする。ノズル孔９６の直径は、入口側（基部９４Ａの他端側）が約０．２５ｍｍ、出口側（突出片９５の先端側）が約０．２２ｍｍに設定されており、当該ノズルプレート９４内に流入したガスを噴出できるようにやや先細り形状とされている。
【００４０】
そして、このノズルプレート９４は、セパレータ４のガス流路８９の入口とガス供給用マニホールド８８の下端との間に形成された凹部９７に嵌り込むかたちで取り付けられる。
【００４１】
これにより、各ノズル孔９６の入口側は供給用マニホールド８８内に連通し、ノズル孔９６の出口側は各ガス流路８９の入口に連通し、即ちノズルプレート９４を介してガス供給用マニホールド８８と各ガス流路８９とが接続されることとなる。
【００４２】
尚、図３においては、ガス流路８９の入口側のみにノズルプレート９４を取り付けた例を示しているが、ガス流路８９の出口側にも同様のノズルプレート９４を取り付けてもよいものとする。また、セパレータ８２の他面側の酸化剤ガス流路についても同様であるものとする。
【００４３】
そして、前記セル８１を複数本のガス流路８９が形成されたセパレータ８２で両側から挟み付けて複数積層し、両端に図示しないエンドプレートを添えて通しボルトで締め付け一体化することでスタックを構成する。尚、セル８１を構成するアノード６ａ及びカソード６ｂの各外側面には図示しない拡散層が形成されているものとする。
【００４４】
そして、スタックに水素ガス（燃料ガス）が供給されると、スタックの積層方向に連通する供給孔８７から各セパレータ８２のガス供給用マニホールド８８内に分配され、このガス供給用マニホールド８８からノズルプレート９４のノズル孔９６内に流入し、これらノズル孔９６を通過して各ガス流路８９に供給される。
【００４５】
これにより、ガス流路８９内に供給される水素ガス（燃料ガス）は、ノズルプレート９４の同一径のノズル孔９４によって流量を規制することにより、各セパレータ８２、８３及び各ガス流路８９に対する水素ガスの供給を均一とすることができる。尚、酸化剤ガスについても同様に流量が均一とされた酸化剤ガスをガス流路８９に供給することができる。
【００４６】
そして、上述の如くセパレータ８２の燃料ガス及び酸化剤ガスのそれぞれのガス流路８９を介して、アノード６ａとカソード６ｂにそれぞれ水素ガス（燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）が供給され、水素と空気中の酸素が下記化学式▲１▼及び▲２▼の酸化還元反応を生ずることで電力を発生させるものである。
【００４７】
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−                      ・・・・▲１▼
２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ            ・・・・▲２▼
【００４８】
この場合、固体高分子電解質膜６ｄは、アノード６ａ側で生成されたプロトン（Ｈ＋）がカソード６ｂ側に伝導する際の通路となるため、陽イオン伝導性を有するパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーをはじめとする陽イオン交換樹脂が用いられる。
【００４９】
前記燃料供給源１からはガス管１７が延出され、このガス管１７には電磁開閉弁１８及び昇圧ポンプ１９が設けられ、ガス管１７は脱硫器２に接続される。脱硫器２はガス管２２を介して改質装置１３の改質器３に接続される。そして、この改質器３は、図示しないガス管により、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５と順次接続されている。この改質装置１３には、昇圧ポンプ４０が設けられた配管４１を介して水タンク２１が接続される。
【００５０】
そして、ＣＯ除去器５は、ガス管２３を介して前記水タンク１１に接続され、この水タンク１１は、図２のみに図示する電磁開閉弁５０が設けられた配管２４を介して燃料電池６のアノード６ａ側の前記燃料ガスのガス流路８９に接続される。このアノード６ａ側の燃料ガスのガス流路８９は、ガス管３７を介して改質器３の図示しないバーナに接続されている。
【００５１】
そして、水タンク１１は、熱回収用熱交換器２７を備えた冷却水タンク５１と昇圧ポンプ５４とが順次介設された配管２６を介して燃料電池６の冷却部６ｃに接続され、冷却部６ｃは、配管２５を介して再び水タンク１１に接続されている。尚、この水タンク１１には、当該水タンク１１内の水温を検出するための温度センサ５３が設けられていると共に、燃料電池６の冷却する出口側に位置する配管２５側には、温度センサ５６が設けられ、当該燃料電池６の冷却水入口側に位置する配管２６側には、同じく温度センサ５７が設けられている。また、前記冷却水タンク５１には、加熱手段としてのバーナ５５が設けられているものとする。
【００５２】
他方、上記水タンク１２は、空気ポンプ５８が設けられた配管３１を介して酸化剤ガス供給源３０と接続され、配管３２を介して燃料電池６のカソード６ｂ側の前記酸化剤ガスのガス流路８９に接続される。このカソード６ｂ側の酸化剤ガスのガス流路８９は、配管３４を介して熱回収用熱交換器３３に接続される。この熱回収用熱交換器３３には、排気ダクト３５及びドレンパイプ３６が接続される。尚、水タンク１２には、当該水タンク１２内の水温を検出するための温度センサ５９が設けられているものとする。
【００５３】
また、上記貯湯タンク７は、昇圧ポンプ４５により配管４２を介して上述した熱回収用熱交換器２７と接続されていると共に、昇圧ポンプ４６により配管４３を介して上述した熱回収用熱交換器３３と接続されている。
【００５４】
尚、上述した如き温度センサ５３、５６、５７、５９と、昇圧ポンプ１９、４０、４４、４５、４６、５４、５８と、電磁開閉弁１８、５０は、図示しない制御装置に接続され、当該制御装置により制御されるものとする。
【００５５】
次に、燃料電池システムＳの定常運転について説明する。前記制御装置により、燃料供給源１からの原料ガスは、電磁開閉弁１８を介して昇圧ポンプ１９に入り、当該昇圧ポンプ１９にて昇圧されて、脱硫器２に供給される。ここで原料ガスから硫黄成分が除去される。この脱硫器２に、例えば酸化亜鉛や活性炭等の吸着反応を利用した触媒を使用した場合、常温で、硫黄成分を除去することができる。この脱硫器２を経た原料ガスは、ガス管２２を介して改質装置１３の改質器３に供給される。
【００５６】
この改質器３では前記バーナによって脱硫器２からの燃料ガスと昇圧ポンプ４０から供給される水を内部の熱交換器で水蒸気化した水蒸気とを混合して予熱し、触媒で活性化することによって水素（燃料ガス）、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する。この改質器３を経たガスは、ＣＯ変成器４に供給され、ここでは改質ガスに含まれる一酸化炭素が二酸化炭素に変成される。
【００５７】
このＣＯ変成器４を経たガスは、ＣＯ除去器５に供給される。この場合、ＣＯ除去器５にはＣＯ変成器４を経た改質ガスと図示しない空気ポンプによって供給される空気が混合されて供給される。そして、この混合された改質ガスは内部の熱交換器で冷却された後、触媒によって改質ガス中の未変成の一酸化炭素が選択酸化反応により二酸化炭素に転換され、改質ガス中の一酸化炭素濃度は１０ｐｐｍ程度に低減され、実質的にガス中の未変成の一酸化炭素が除去される。
【００５８】
このＣＯ除去器５を経て一酸化炭素が除去された後の水素がガス管２３を経て水タンク１１に入り、そこで加湿された後、ガス管２４及び電磁開閉弁５０（開）を介して燃料ガスのガス流路８９から燃料電池６のアノード６ａに燃料ガスとして供給される。他方、酸化剤ガス供給源３０から水タンク１２に空気が供給され、そこで加湿された空気が酸化剤ガスのガス流路８９から燃料電池６のカソード６ｂに供給される。これにより、アノード６ａに供給された水素と、カソード６ｂに供給された空気中に含まれる酸素とが反応し、電力が発生すると共に、固体高分子電解質膜６ｄを湿潤状態とする。
【００５９】
尚、上記改質器３の前記バーナにはガス管３７を介して、アノード６ａ側の燃料ガスのガス流路８９を経た未反応水素がオフガスとして供給される。このとき、化学反応により生じ、アノード６ａ及び燃料ガスのガス流路８９に一部残存、若しくは、移動した水及び改質装置１３において生じたドレン水は、図示しないドレンパイプにより外部に排出される。
【００６０】
また、カソード６ｂの酸化剤ガスのガス流路８９から配管３４に導出された空気は、燃料電池６の発熱反応によって温度上昇しており、この温度上昇した排気空気は、上記貯湯タンク７の水が配管４３を介して循環する熱回収用熱交換器３３で熱回収された後、排気ダクト３５を通じて外部に放出される。このとき、熱回収用熱交換器３３での熱交換によって、貯湯タンク７の水が温度上昇する。他方、燃料電池６の化学反応において生じた水は、温度上昇した排気空気中に水蒸気として存在しているため、熱回収用熱交換器３３にて貯湯タンク７の水と熱交換した際に凝縮され、ドレン水としてドレンパイプ３６より外部に排出される。
【００６１】
上述した改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５、燃料電池６では、所定の反応温度を有する化学反応が行われる。改質器３における化学反応は吸熱反応であるので、改質装置１３に設けられた前記バーナによって常時加熱しながら化学反応を行う。
【００６２】
また、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５で行われる化学反応は発熱反応であるので、システム起動時のみ図示しないバーナを燃焼させて、燃焼ガスを発生させ、このとき発生した燃焼ガスの熱でＣＯ除去器５の温度を反応温度まで昇温し、この反応温度まで昇温した後には、発熱反応の熱により反応温度以上に昇温しないように冷却が行われる。
【００６３】
燃料電池６では、電気化学反応が行われ、この電気化学反応時の活性化過電圧、濃度過電圧、抵抗過電圧により熱が発生する。このとき、燃料電池６の冷却部６ｃには、昇圧ポンプ５４により、冷却水タンク５１の水が供給され、当該冷却部６ｃを経た水は、配管２５を介して水タンク１１内に流入し、その後、配管２６を介して熱回収用熱交換器２７が設けられる冷却水タンク５１に帰還する。尚、熱回収用熱交換器２７には、上記貯湯タンク７の水が配管４２を介して循環するため、貯湯タンク７の水が温度上昇し、水タンク１１の水の温度が低下する。これにより、水タンク１１の水が冷却部６ｃを循環することにより、燃料電池６が冷却される。
【００６４】
上記改質器３の排気系には、前述した熱交換器が接続され、水タンク２１の水が前述の如く昇圧ポンプ４０を介して供給されると、当該熱交換器で水蒸気化し、この水蒸気が、原料ガスと混合して改質器３に供給される。
【００６５】
そして、上述した如く燃料電池６にて水素ガス（燃料ガス）と空気中の酸素（酸化剤ガス）とを化学反応させて発電された電力は、昇圧コンバータ１５を経て、２００Ｖにまで昇圧され、系統連系インバータ１６に送られ、ここから、単相３線の１００Ｖ／２００Ｖの電源として図示しない家庭に供給される。
【００６６】
一方、上記燃料電池システムＳの起動初期の発電開始前は、燃料電池６内で反応が生じていないため結露水が無く、発電を開始すると水が燃料ガス及び／又は酸化剤ガスのガス流路８９に結露が生じてしまう。この際、各ガス通路８９の僅かなガス分配差や温度差で結露水の量が異なるため、ガス分配が不均一になりセル８１の性能が不安定になる。そこで、本実施例の燃料電池システムＳでは、前記制御装置により以下に示す如き起動運転を実行する。
【００６７】
即ち、制御装置は、第１の起動ステップとしてバーナ５５により冷却水タンク５１内の水を加熱し、昇圧ポンプ５４を運転させ、燃料電池６内に所定温度の湯水を循環させる。これにより、燃料電池６を本実施例では、温度センサ５６の出力に基づき＋８０℃にまで昇温し、安定させる（ステップＡ−１）。
【００６８】
その後、空気ポンプ５８を起動し、水タンク１２にて加湿された後の空気（酸化剤ガス）を燃料電池６のカソード６ｂのガス流路８９に供給する。このとき、水タンク１２内は、図示しない加熱手段により加熱され、燃料電池６に供給される空気温度（ガス入口露点）が温度センサ５６により検出される冷却水の出口温度より例えば約２℃低い温度、本実施例では、冷却水の出口温度を＋８０℃としていることからガス入口露点は＋７８℃とされる（ステップＡ−２）。
【００６９】
これにより、燃料電池６の酸化剤ガスのガス流路８９、ガス供給用マニホールド、ガス排出用マニホールド及びノズルプレート９４が同様に昇温される。尚、このとき、酸化剤ガスのガス流路８９中の一部に残留した水は、当該酸化剤ガスの流入により、ガス流路８９外に排出され、当該ガス流路８９が確保される。このとき、酸化剤ガスのガス流路８９に流入される空気の露点は、燃料電池６の温度よりも低いため、この時点では、燃料電池６内で結露は生じない。
【００７０】
次に、電磁開閉弁５０を開放し、水タンク１１にて加湿された後の水素（燃料ガス）を燃料電池６のアノード６ａのガス流路８９に供給する。このとき、水タンク１２内は、燃料電池６から流出された湯水が配管２５を介して供給されることから燃料電池６よりも少許低い温度に加熱される。そして、燃料電池６に供給される燃料ガス温度（ガス入口露点）が温度センサ５６により検出される冷却水の出口温度より例えば約２℃低い温度、本実施例では、冷却水の出口温度を＋８０℃としていることからガス入口露点は＋７８℃とされる（ステップＡ−３）。
【００７１】
これにより、燃料電池６の燃料ガスのガス流路８９、ガス供給用マニホールド８８、ガス排出用マニホールド９０及びノズルプレート９４が同様に昇温される。尚、このとき、燃料ガスのガス流路８９中の一部に残留した水は、当該燃料ガスの流入により、ガス流路８９外に排出され、当該ガス流路８９が確保される。このとき、燃料ガスのガス流路８９に流入される水素の露点は、燃料電池６の温度よりも低いため、この時点では、燃料電池６内で結露は生じない。
【００７２】
尚、当該第１の起動ステップにおいて、燃料電池６に空気を供給した後、水素（燃料ガス）を供給するため、空気供給初期の低温の空気で燃料ガスのガス流路８９が冷却され結露することを防止することができると共に、必要以上に水素（燃料ガス）を供給することなく、燃料電池６内のガス流路８９を昇温させることができるようになる。
【００７３】
そして、燃料電池６の全てのセル８１に燃料ガス及び酸化剤ガスが十分に供給されると、１セル当たり、０．９５乃至１Ｖの起電力が生じる（ステップＡ−４）。尚、この起電力は、昇圧コンバータ１５にて確認できる。
【００７４】
次に、制御装置は、第２の起動ステップとして電磁開閉弁５０を調整し、燃料ガスの利用率がシステムＳの制御範囲の中心値以下、即ち、７０％以下、本実施例では、６０％となるように燃料ガスを燃料電池６のガス流路８９に供給する。また、制御装置は、前記空気ポンプ５８を調整し、酸化剤ガスの利用率がシステムＳの制御範囲の中心値以下、即ち、４０％以下、本実施例では、３０％となるように空気（酸化剤ガス）を燃料電池６のガス流路８９に供給する（ステップＡ−５）。これにより、燃料ガス及び酸化剤ガスが通常よりも多めにガス流路８９を流通するため、燃料電池６内で結露し始める結露水が滞留し、セル８１間のガス分配のばらつき、不安定となることを防止することができる。
【００７５】
ここで、発電により燃料電池６が発熱するため、当該発熱により燃料電池６から流出する冷却水の出口温度（温度センサ５６により検出される温度）が上昇してしまう。そこで、制御装置は、冷却水の出口温度をシステムＳの制御範囲の中央値以上、即ち＋７５℃以上、本実施例では、＋８０℃に維持するため、バーナ５５を停止し、熱回収用熱交換器２７により冷却される冷却水タンク５１内の水を昇圧ポンプ５４により、燃料電池６の冷却部６ｃに循環させ、冷却水の入口温度（温度センサ５７により検出される温度）を下げる。また、このとき、燃料ガス及び酸化剤ガスの入口露点は上述した如く＋７８℃に維持する（ステップＡ−６）。
【００７６】
ここで、図７の計算結果について説明する。この計算は、アノード６ａとカソード６ｂ間での移動水が無い場合における燃料電池６の空気出口温度及び空気入口露点の差に対するカソード６ｂにおける結露水の生成量を示したものである。尚、この場合における燃料電池６内の圧力は１ａｔａであり、空気利用率は４０％であるものとする。また、図７において上から順に空気入口露点が、＋８２℃（Ｌ１）、＋８０℃、＋７８℃、＋７６℃、＋７４℃、＋７２℃、＋７０℃、＋６８℃、＋６６℃、＋６４℃、＋６２℃、＋６０℃（Ｌ２）であるものとする。
【００７７】
これによると、本実施例の如く空気出口温度が空気入口露点よりも低い場合には、空気入口露点が高い方、即ち＋８０℃の場合がより多くの結露水が生成することが分かる。これにより、本実施例の如く冷却水の出口温度を＋７５℃以上、即ち＋８０℃を維持することにより、燃料電池６内で結露水が短期間でより多く生成されることとなる。
【００７８】
これにより、空気出口温度を＋７５℃以上とすると共に、燃料電池６のガス出口温度とガス入口露点の温度差を小さくすることにより、燃料電池６内での結露水量を多くすることができるようになる。これによって、短時間で燃料電池６内を湿潤とすることができるようになる。
【００７９】
また、燃料ガス及び酸化剤ガスは、冷却水が流入する向きとは逆方向に燃料電池６内に流入するため、燃料電池６の出口側では、入口側に対し温度が低くなる。通常、ガス入口露点とガス出口温度が同じ場合は、反応による水素ガス及び酸素ガスの消費に伴い結露する水分と反応生成水が結露する。この場合、ガス出口温度が入口露点に対し低くなるため、その温度差分、結露水が増加する。更に、かかる場合において、燃料電池６内に流入する燃料ガス及び／又は酸化剤ガスは、燃料電池６の温度よりも約＋２℃低い状態で流入するため、短期間でより一層の結露水が増加する。
【００８０】
これにより、燃料電池システムＳの起動時において、燃料電池６内が結露していない乾燥している状態から、短時間で燃料電池６内に多くの結露水を生成することができるようになる。
【００８１】
そのため、燃料電池６内に結露が生じ始める際にセル８１間のガス分配や温度にばらつきがあっても、通常の運転を開始する以前に、燃料電池６内を均一に湿潤状態とすることができる。これにより、各セル８１の性能が確保され、各セル８１に燃料ガス及び酸化剤ガスを安定して流通させることができ、安定した燃料電池システムＳの起動を行うことができるようになる。
【００８２】
その後、制御装置は、上述した如きステップＡ−６を一定時間、例えば５分間経過した後、燃料電池６内である程度以上結露水が生じたものとみなし、空気ポンプ５８を制御して、所定量にまで空気流量を減少させる。即ち、空気の利用率を４０％以上、本実施例では５０％にまで上げる（ステップＡ−７）。
【００８３】
また、制御装置は、ステップＡ−７を更に一定時間、例えば５乃至１０分間経過した後、電磁開閉弁５０を制御して、所定量にまで燃料ガス流量を減少させる。即ち、水素（燃料）の利用率を７０％以上、本実施例では７５％にまで上げる（ステップＡ−８）。
【００８４】
その後、制御装置は、第２の起動ステップを終了し、上述した如き燃料電池システムＳの定常運転を実行する。
【００８５】
次に、図８を参照して、本発明の他の実施例について説明する。係る実施例は、上記実施例が、燃料ガス及び酸化剤ガスの燃料電池６内に流入する向きに対し、冷却水の流れが逆向きである対向流であるのに対し、燃料ガス及び酸化剤ガスの燃料電池６内に流入する向きに対して、冷却水の流れが同じ向きである並行流とされているものである。即ち、水タンク１１は、熱回収用熱交換器２７が設けられた冷却水タンク５１と昇圧ポンプ５４とが順次介設された配管２６を介して燃料電池６の冷却部６ｃに接続され、冷却部６ｃは、配管７０を介して再び水タンク１１に接続されている。尚、図８において図２と同様の符号が付してあるものは、同様若しくは、同一の効果を奏するものであるものとする。また、上記実施例と同様の構成については説明を省略する。
【００８６】
係る実施例においても、燃料電池システムＳの起動初期の発電開始前は、燃料電池６内で反応が生じていないため結露水が無く、発電を開始すると水が燃料ガス及び／又は酸化剤ガスのガス流路８９に結露が生じる。この際、各ガス通路８９の僅かなガス分配差や温度差で結露水の量が異なるため、ガス分配が不均一になりセル８１の性能が不安定になる。そこで、係る実施例における燃料電池システムＳでは、前記制御装置により以下に示す如き起動運転を実行する。
【００８７】
即ち、制御装置は、第１の起動ステップとしてバーナ５５により冷却水タンク５１内の水を加熱し、昇圧ポンプ５４を運転させ、燃料電池６内に所定温度の湯水を循環させる。これにより、燃料電池６を本実施例では、温度センサ５６の出力に基づき＋７０℃にまで昇温し、安定させる（ステップＢ−１）。
【００８８】
その後、昇圧ポンプ５８を起動し、水タンク１２にて加湿された後の空気（酸化剤ガス）を燃料電池６のカソード６ｂのガス流路８９に供給する。このとき、水タンク１２内は、図示しない加熱手段により加熱され、燃料電池６に供給される空気温度（ガス入口露点）が温度センサ５６により検出される冷却水の出口温度より例えば約２℃低い温度、本実施例では、冷却水の出口温度を＋７０℃としていることからガス入口露点は＋６８℃とされる（ステップＢ−２）。
【００８９】
これにより、燃料電池６の酸化剤ガスのガス流路８９、ガス供給用マニホールド、ガス排出用マニホールド及びノズルプレート９４が同様に昇温される。尚、このとき、酸化剤ガスのガス流路８９中の一部に残留した水は、当該酸化剤ガスの流入により、ガス流路８９外に排出され、当該ガス流路８９が確保される。このとき、酸化剤ガスのガス流路８９に流入される空気は、燃料電池６の温度よりも低いため、この時点では、燃料電池６内で結露は生じないものとする。
【００９０】
次に、電磁開閉弁５０を開放し、水タンク１１にて加湿された後の水素（燃料ガス）を燃料電池６のアノード６ａのガス流路８９に供給する。このとき、水タンク１２内は、燃料電池６から流出された湯水が配管２５を介して供給されることから燃料電池６よりも少許低い温度に加熱される。そして、燃料電池６に供給される燃料ガス温度（ガス入口露点）が温度センサ５６により検出される冷却水の出口温度より例えば約２℃低い温度、本実施例では、冷却水の出口温度を＋７０℃としていることからガス入口露点は＋６８℃とされる（ステップＢ−３）。
【００９１】
これにより、燃料電池６の燃料ガスのガス流路８９、ガス供給用マニホールド８８、ガス排出用マニホールド９０及びノズルプレート９４が同様に昇温される。尚、このとき、燃料ガスのガス流路８９中の一部に残留した水は、当該燃料ガスの流入により、ガス流路８９外に排出され、当該ガス流路８９が確保される。このとき、燃料ガスのガス流路８９に流入される水素は、燃料電池６の温度よりも低いため、この時点では、燃料電池６内で結露は生じない。
【００９２】
尚、当該第１の起動ステップにおいて、燃料電池６に空気を供給した後、水素（燃料ガス）を供給するため、空気供給初期の低温の空気で燃料ガスのガス流路８９が冷却され結露することを防止することができると共に、必要以上に水素（燃料ガス）を供給することなく、燃料電池６内のガス流路８９を昇温させることができるようになる。
【００９３】
そして、燃料電池６の全てのセル８１に燃料ガス及び酸化剤ガスが十分に供給されると、１セル当たり、０．９５乃至１Ｖの起電力が生じる（ステップＢ−４）。尚、この起電力は、昇圧コンバータ１５にて確認できる。
【００９４】
次に、制御装置は、第２の起動ステップとして電磁開閉弁５０を調整し、燃料ガスの利用率がシステムＳの制御範囲の中心値以下、即ち、７０％以下、本実施例では、６０％となるように燃料ガスを燃料電池６のガス流路８９に供給する。また、制御装置は、前記空気ポンプ５８を調整し、酸化剤ガスの利用率がシステムＳの制御範囲の中心値以下、即ち、４０％以下、本実施例では、３０％となるように空気（酸化剤ガス）を燃料電池６のガス流路８９に供給する（ステップＢ−５）。これにより、燃料ガス及び酸化剤ガスが通常よりも多めにガス流路８９を流通するため、燃料電池６内で結露し始める結露水が滞留し、セル８１間のガス分配のばらつきにより、不安定となることを防止することができる。
【００９５】
ここで、発電により燃料電池６が発熱するため、当該発熱により燃料電池６から流出する冷却水の出口温度（温度センサ５６により検出される温度）が上昇してしまう。そこで、制御装置は、冷却水の出口温度をシステムＳの制御範囲の中央値以下、即ち＋７５℃以下、本実施例では、＋７０℃に維持するため、バーナ５５を停止し、熱回収用熱交換器２７により冷却される冷却水タンク５１内の水を昇圧ポンプ５４により、燃料電池６の冷却部６ｃに循環させ、冷却水の入口温度（温度センサ５７により検出される温度）と燃料ガス及び酸化剤ガスの入口露点を下げる（ステップＢ−６）。尚、このとき、冷却水の入口温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの入口露点との温度差は約２℃を維持するものとする。
【００９６】
尚、この場合において、上述した如く図７の計算結果によれば、空気出口温度が空気入口露点よりも高い場合には、空気入口露点が低い方がより多くの結露水が生成することが分かる。これにより、本実施例の如く冷却水の出口温度を＋７５℃以下、即ち＋７０℃を維持することにより、燃料電池６内で結露水が短期間でより多く生成されることとなる。
【００９７】
これにより、空気出口温度を＋７５℃以下とすると共に、燃料電池６のガス出口温度とガス入口露点の温度差を小さくすることにより、燃料電池６内での結露水量を多くすることができるようになる。これにより、短時間で燃料電池６内を湿潤とすることができるようになる。
【００９８】
また、燃料ガス及び酸化剤ガスは、冷却水が流入する向きと同方向に燃料電池６内に流入するため、燃料電池６のガス出口温度がガス入口露点より高くなる。通常、ガス入口露点とガス出口温度が同じ場合は、反応による水素ガス及び酸素ガスの消費に伴い結露する水分と反応生成水が結露する。この場合、ガス出口温度が入口温度に対し高くなるため、その温度差分、水蒸気となって排出され結露水が減少する。そのため、温度差が等しいとすると、燃料電池６内に流入する燃料ガス及び／又は酸化剤ガス露点が低い（燃料電池６の温度が低い）ほうが短期間でより一層の結露水が増加する。
【００９９】
これにより、燃料電池システムＳの起動時において、燃料電池６内が結露していない乾燥している状態から、短時間で燃料電池６内に多くの結露水を生成することができるようになる。
【０１００】
そのため、燃料電池６内に結露が生じ始める際にセル８１間のガス分配や温度にばらつきがあっても、通常の運転を開始する以前に、燃料電池６内を均一に湿潤状態とすることができる。これにより、各セル８１の性能が確保され、各セル８１に燃料ガス及び酸化剤ガスを安定して流通させることができ、安定した燃料電池システムＳの起動を行うことができるようになる。
【０１０１】
その後、制御装置は、上述した如きステップＢ−６を一定時間、例えば５分間経過した後、燃料電池６内である程度以上結露水が生じたものとみなし、空気ポンプ５８を制御して、所定量にまで空気流量を減少させる。即ち、空気の利用率を４０％以上、本実施例では５０％にまで上げる（ステップＢ−７）。
【０１０２】
また、制御装置は、ステップＢ−７を更に一定時間、例えば５乃至１０分間経過した後、電磁開閉弁５０を制御して、所定量にまで燃料ガス流量を減少させる。即ち、水素（燃料）の利用率を７０％以上、本実施例では７５％にまで上げる（ステップＢ−８）。
【０１０３】
その後、制御装置は、第２の起動ステップを終了し、上述した如き燃料電池システムＳの定常運転を実行する。
【０１０４】
尚、上記各実施例において、燃料電池６に流入させる冷却水の流水方向をガスの流入方向と逆方向の対向流の方が、ガスの流入方向と同方向とする並行流と比してより一層短期間で燃料電池６内に結露を生じさせることができる。
【０１０５】
尚、本実施例では、燃料電池６として固体高分子形燃料電池を用いた燃料電池システムＳについて説明しているが、これ以外の種類の燃料電池を用いた燃料電池システムであっても、同様の効果が得られる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明の燃料電池システムの起動方法によれば、燃料ガスと酸化剤ガスの少なくとも一方を燃料電池に加湿供給して成る燃料電池システムにおいて、燃料電池の起動時に、当該燃料電池を昇温させ、温度を安定させる第１の起動ステップと、該第１の起動ステップの終了後、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により燃料電池内に短時間で結露が生じる条件にて一定時間運転する第２の起動ステップとを含み、該第２の起動ステップの終了後、通常の運転に移行するので、燃料電池システムの起動時において、燃料電池内が結露していない乾燥している状態から、短時間で燃料電池内に多くの結露水を生成することができるようになる。
【０１０７】
これにより、燃料電池内に結露が生じ始める際にセル間のガス分配や温度にばらつきがあっても、通常の運転を開始する以前に、燃料電池内を均一に湿潤状態とすることができる。そのため、各セルの性能が確保され、各セルに燃料ガス及び酸化剤ガスを安定して流通させることができ、安定した燃料電池システムの起動を行うことができるようになる。
【０１０８】
請求項２の発明によれば、上記発明に加えて、第１の起動ステップにおいて、燃料電池に酸化剤ガスを一定時間供給し、酸化剤ガスのガス流路の温度が上昇した後、燃料ガスの供給を開始する。そのため、酸化剤ガスにより冷やされて燃料ガスのガス流路で結露が生じることを防止することができると共に、必要以上に燃料ガスを供給する不都合を回避することができるようになる。
【０１０９】
請求項３の発明によれば、上記各発明において、第２の起動ステップにおいて、燃料ガスの利用率をシステムの制御範囲の中心値以下とするので、燃料ガスを燃料電池内に通常より多く供給することにより、燃料電池内の燃料ガス経路中に結露水が滞留し、燃料ガスの流入に悪影響を与えることを回避することができるようになる。
【０１１０】
請求項４の発明によれば、請求項１又は請求項２の発明において、燃料ガスの利用率を７０％以下とするので、燃料ガスを燃料電池内に通常より多く供給することにより、燃料電池内の燃料ガス経路中に結露水が滞留し、燃料ガスの流入に悪影響を与えることを回避することができるようになる。
【０１１１】
請求項５の発明によれば、上記各発明において、第２の起動ステップにおいて、酸化剤ガスの利用率をシステムの制御範囲の中心値以下とするので、酸化剤ガスを燃料電池内に通常より多く供給することにより、燃料電池内の酸化剤ガス経路中に結露水が滞留し、酸化剤ガスの流入に悪影響を与えることを回避することができるようになる。
【０１１２】
請求項６の発明によれば、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の発明において、酸化剤ガスの利用率を４０％以下とするので、酸化剤ガスを燃料電池内に通常より多く供給することにより、燃料電池内の酸化剤ガス経路中に結露水が滞留し、酸化剤ガスの流入に悪影響を与えることを回避することができるようになる。
【０１１３】
請求項７の発明によれば、上記各発明において、燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より高くなる場合、第２の起動ステップにおいて、燃料電池の温度とガス入口露点の温度差がなくても、燃料電池の温度をシステムの制御範囲の中央値以下とするので、燃料電池内での結露水量を多くすることができるようになる。これにより、短時間で燃料電池内を湿潤とすることができるようになる。
【０１１４】
請求項８の発明によれば、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の発明に加えて、燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より高くなる場合、第２の起動ステップにおいて、燃料電池の温度とガス入口露点の温度差がなくても、燃料電池の温度を＋７５℃以下とするので、燃料電池内での結露水量を多くすることができるようになる。これにより、短時間で燃料電池内を湿潤とすることができるようになる。
【０１１５】
請求項９の発明によれば、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の発明に加えて、燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より低くなる場合、第２の起動ステップにおいて、燃料電池の温度とガス入口露点の温度差がなくても、燃料電池の温度をシステムの制御範囲の中央値以上とするので、燃料電池内での結露水量を多くすることができるようになる。これにより、短時間で燃料電池内を湿潤とすることができるようになる。
【０１１６】
請求項１０の発明によれば、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の発明に加えて、燃料電池のガス出口温度がガス入口露点より低くなる場合、第２の起動ステップにおいて、燃料電池の温度とガス入口露点の温度差がなくても、燃料電池の温度を＋７５℃以上とするので、燃料電池内での結露水量を多くすることができるようになる。これにより、短時間で燃料電池内を湿潤とすることができるようになる。
【０１１７】
請求項１１の発明によれば、上記各発明の起動方法を実行する制御手段を備えたので、容易に上記発明を実行することができるようになり、安定した燃料電池システムの起動を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池システムの回路図である。
【図２】図１の部分拡大回路図である。
【図３】ノズルプレートを取り付けた状態のセパレータの平面図である。
【図４】図３におけるＸ−Ｘ線概略断面図である。
【図５】ノズルプレートの平面図である。
【図６】ノズルプレートの正面図である。
【図７】計算結果を示す図である。
【図８】他の実施例の燃料電池システムの部分拡大回路図である。
【符号の説明】
Ｓ  燃料電池システム
１  原料ガス
３  改質器
４  ＣＯ変成器
５  ＣＯ除去器
６  燃料電池
６ａ  アノード
６ｂ  カソード
６ｄ  固体高分子電解質膜
１１、１２、２１  水タンク
１３  改質装置
５０  電磁開閉弁
５１  冷却水タンク
５３、５６、５７、５９  温度センサ
５４  昇圧ポンプ
５５  バーナ
５６  温度センサ
５８  空気ポンプ
８１  セル
８９  ガス流路
【図１】
2004213979.tif 000003
【図２】
2004213979.tif 000004
【図３】
2004213979.tif 000005
【図４】
2004213979.tif 000006
【図５】
2004213979.tif 000007
【図６】
2004213979.tif 000008
【図７】
2004213979.tif 000009
【図８】
2004213979.tif 000010