(57)【要約】【課題】電極の劣化を抑制する燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池スタック１００に供給される水素ガスを、二次圧可変調圧弁２３を介して供給する。起動時おいて、二次圧可変調圧弁２３の設定値を、通常の発電時における供給圧よりも高く設定し、水素ポンプ２５の駆動とともに、水素供給電磁弁２４を開放し、燃料室内に残留している酸素を、短時間で排出し、水素ガスに置換する。【選択図】図１
2004139984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極に隣接して設けられた燃料室と、酸素極に隣接して設けられた酸素室と、前記燃料極及び酸素極に狭持される電解質膜とを備えた燃料電池セルと、
　前記燃料室に対して供給する燃料ガスの供給圧を調整する圧力調整手段とを
備え、
　前記圧力調整手段は、前記燃料電池セルの発電始動時の燃料ガスの供給圧を、前記燃料電池セルの通常発電時の供給圧よりも高く設定することを特徴とする
燃料電池システム。
【請求項２】
前記圧力調整手段は、可変調圧弁と、該可変調圧弁の制御手段とを含む請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池の起動時に前記燃料ガスを流す流路を備え、前記圧力調整手段は、供給圧が相違する二つの調圧弁と、前記流路に設けられた開閉弁と、該開閉弁を開閉操作する切換手段とを有する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の通常発電時とは、燃料電池が外部負荷と接続されている期間である請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池システムをオン・オフするスタートスイッチを備え、前記燃料電池の始動時とは、前記スタートスイッチがオンされてから所定期間を含む請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池の始動時とは、前記通常発電時に前記スタートスイッチがオフされてから所定期間経過後に前記スタートスイッチがオンされる場合を含む請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料極に隣接して設けられた燃料室と、酸素極に隣接して設けられた酸素室と、前記燃料極及び酸素極に狭持される電解質膜とを備えた燃料電池セルと、
　前記燃料室から排出される燃料ガスの濃度を検出する燃料ガス濃度センサと、
　前記検出された燃料ガス濃度に基づいて、前記燃料室に対して供給する前記燃料ガスの供給圧を調整する圧力調整手段とを備え、
　前記圧力調整手段は、前記燃料電池セルの発電始動時の燃料ガスの供給圧を、前記燃料電池セルの通常発電時の供給圧よりも高く設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
前記圧力調整手段は、前記燃料ガス濃度センサにより検出された燃料ガス濃度が所定の燃料ガス濃度よりも高い場合、始動時の供給圧から通常運転時の供給圧に切り替える請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記所定の燃料ガス濃度は、９５重量％である請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料室から排出される酸素の濃度を検出する酸素ガス濃度センサをさらに備え、前記圧力調整手段は、前記燃料ガス濃度センサにより検出された燃料ガス濃度が所定の燃料ガス濃度よりも高く前期酸素濃度センサにより検出された酸素ガス濃度が所定の酸素ガス濃度よりも低い場合、始動時の供給圧から通常運転時の供給圧に切り替える請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記所定の燃料ガス濃度は、９５重量％であり、前記所定の酸素濃度は、１重量％である請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料電池システムをオン・オフするスタートスイッチ
と、
　燃料極に隣接して設けられた燃料室と、酸素極に隣接して設けられた酸素室と、前記燃料極及び酸素極に狭持される電解質膜とを備えた燃料電池セルと、
　前記スタートスイッチがオフされてからの期間を計測するタイマと、
　前記燃料室に対して供給する前記燃料ガスの供給圧を調整する圧力調整手段とを備え、
　前記圧力調整手段は、前記タイマによって計測された期間が所定の期間より長く、その後前記スタートスイッチがオンされた場合、前記燃料電池セルの発電始動時の燃料ガスの供給圧を、前記燃料電池セルの通常発電時の供給圧よりも高く設定することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　この発明は、燃料電池システムに係り、詳しくは、起動時に燃料ガスを短時間で供給し得る燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　従来、高分子電解質膜を使用した燃料電池では、電解質膜を挟んだ両側で燃料ガス或いは酸化ガスがイオン化し、そのイオンが電解質膜を透過して電気化学的な反応を生じるものであるから、電解質膜を挟んで燃料ガスと酸化ガスが存在していれば、両者の電気化学的な反応が継続する。このため、従来では、燃料電池の運転を停止するために、燃料電池への燃料ガスおよび酸化ガスの供給を停止し、かつ、燃料極側には、燃料ガスの変わりに空気等の置換ガスを送り込み、停止後に電気化学的な反応が起こらない構成を採用している。
【０００３】
　そして、運転起動時には、燃料室に燃料ガスを送り込むことにより、置換ガスを外部に排出し反応を開始させる構成がとられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　一方、燃料室内において、燃料ガスの濃度が他の領域より特に濃い領域と、酸化ガスの濃度が他の領域により特に濃い領域が併存する状態、即ち、同一の燃料室内で、燃料ガスと酸化ガスが偏在した状態が発生すると、燃料ガスが偏在した部分が局部電池を形成し、酸化ガスが偏在した部分に正常発電時と逆向きの電流を流すように働くため、特に酸素極を腐食させることなり、劣化が速くなるという問題がある。
【０００５】
　従来の構成では、燃料電池の通常運転時に供給されている燃料ガスのガス圧と同じガス圧で、起動時における燃料ガスの供給を行っている。このため、起動時において、燃料ガスを供給すると、燃料室内では瞬間的に燃料ガスと置換ガスとの偏在が発生する。この偏在によって、電気化学反応が生じ、これによって電極が劣化するという問題があった。
【０００６】
　この発明は、電極の劣化が抑制される燃料電池システム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】
　以上のような問題を解決する本発明は、以下のような構成を有する。
【０００８】
　（１）　燃料極に隣接して設けられた燃料室と、酸素極に隣接して設けられた酸素室と、前記燃料極及び酸素極に狭持される電解質膜とを備えた燃料電池セルと、
　前記燃料室に対して供給する燃料ガスの供給圧を調整する圧力調整手段とを
備え、
　前記圧力調整手段は、前記燃料電池セルの発電始動時の燃料ガスの供給圧を、前記燃料電池セルの通常発電時の供給圧よりも高く設定することを特徴とする
燃料電池システム。
【０００９】
　（２）　前記圧力調整手段は、可変調圧弁と、該可変調圧弁の制御手段とを含む上記（１）に記載の燃料電池システム。
【００１０】
　（３）　前記燃料電池の起動時に前記燃料ガスを流す流路を備え、前記圧力調整手段は、供給圧が相違する二つの調圧弁と、前記流路に設けられた開閉弁と、該開閉弁を開閉操作する切換手段とを有する上記（１）に記載の燃料電池システム。
【００１１】
　（４）　前記燃料電池の通常発電時とは、燃料電池が外部負荷と接続されている期間である上記（１）に記載の燃料電池システム。
【００１２】
　（５）　前記燃料電池システムをオン・オフするスタートスイッチを備え、前記燃料電池の始動時とは、前記スタートスイッチがオンされてから所定期間を含む上記（１）に記載の燃料電池システム。
【００１３】
　（６）　前記燃料電池の始動時とは、前記通常発電時に前記スタートスイッチがオフされてから所定期間経過後に前記スタートスイッチがオンされる場合を含む上記（５）に記載の燃料電池システム。
【００１４】
　（７）　燃料極に隣接して設けられた燃料室と、酸素極に隣接して設けられた酸素室と、前記燃料極及び酸素極に狭持される電解質膜とを備えた燃料電池セルと、
　前記燃料室から排出される燃料ガスの濃度を検出する燃料ガス濃度センサと、
　前記検出された燃料ガス濃度に基づいて、前記燃料室に対して供給する前記燃料ガスの供給圧を調整する圧力調整手段とを備え、
　前記圧力調整手段は、前記燃料電池セルの発電始動時の燃料ガスの供給圧を、前記燃料電池セルの通常発電時の供給圧よりも高く設定することを特徴とする燃料電池システム。
【００１５】
　（８）　前記圧力調整手段は、前記燃料ガス濃度センサにより検出された燃料ガス濃度が所定の燃料ガス濃度よりも高い場合、始動時の供給圧から通常運転時の供給圧に切り替える上記（７）に記載の燃料電池システム。
【００１６】
　（９）　前記所定の燃料ガス濃度は、９５重量％である上記（８）に記載の燃料電池システム。
【００１７】
　（１０）　前記燃料室から排出される酸素の濃度を検出する酸素ガス濃度センサをさらに備え、前記圧力調整手段は、前記燃料ガス濃度センサにより検出された燃料ガス濃度が所定の燃料ガス濃度よりも高く前期酸素濃度センサにより検出された酸素ガス濃度が所定の酸素ガス濃度よりも低い場合、始動時の供給圧から通常運転時の供給圧に切り替える上記（７）に記載の燃料電池システム。
【００１８】
　（１１）　前記所定の燃料ガス濃度は、９５重量％であり、前記所定の酸素濃度は、１重量％である上記（１０）に記載の燃料電池システム。
【００１９】
　（１２）　前記燃料電池システムをオン・オフするスタートスイッチと、
　燃料極に隣接して設けられた燃料室と、酸素極に隣接して設けられた酸素室と、前記燃料極及び酸素極に狭持される電解質膜とを備えた燃料電池セルと、
　前記スタートスイッチがオフされてからの期間を計測するタイマと、
　前記燃料室に対して供給する前記燃料ガスの供給圧を調整する圧力調整手段とを備え、
　前記圧力調整手段は、前記タイマによって計測された期間が所定の期間より長く、その後前記スタートスイッチがオンされた場合、前記燃料電池セルの発電始動時の燃料ガスの供給圧を、前記燃料電池セルの通常発電時の供給圧よりも高く設定することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の効果】
【００２０】
　請求項１に記載の発明によれば、通常運転時の圧力よりも高圧で起動時の燃料ガスが供給されるため、置換ガスとの間でガス偏在が発生することが抑制され、局部電流の発生による電極の劣化が抑制される。また、燃料ガスの供給時間が短縮され、システム始動までの時間が短縮される。
【００２１】
　請求項２に記載の発明によれば、燃料ガスの供給圧力を可変調圧弁とその制御手段によって制御し変更する構成とすることで、部品点数が少なく、システム全体の小型化を図ることができる。
【００２２】
　請求項３に記載の発明によれば、起動時に用いられる調圧弁と、通常運転時に用いらレル調圧弁を別に設けたので、調圧弁に対する負担を軽減でき、調圧弁の寿命を延ばすことができる。
【００２３】
　請求項４に記載の発明によれば、燃料電池が外部負荷に接続されている期間の供給圧を、起動時の供給圧よりも低い圧力としたので、燃料効率を向上させることができる。
【００２４】
　請求項５に記載の発明によれば、燃料電池システムをオン・オフするスタートスイッチを備え、スタートスイッチがオンされてから所定期間内に、燃料ガスの供給圧を、燃料電池セルの通常発電時の供給圧よりも高く設定する圧力調整手段とすることで、スタートスイッチのオンから通常運転開始までの時間を短縮することができる。
【００２５】
　請求項６に記載の発明によれば、スタートスイッチがオフされた直後は、燃料ガスは均一に燃料室内に存在するため、高圧で燃料ガスを供給する必要性は高くない。スタートスイッチオフから所定期間（ガス偏在が生じうる期間）経過後にスイッチオンされ場合に、供給圧を高くする。これにより、燃料ガスを効率よく用いことができる。
【００２６】
　請求項７に記載の発明によれば、燃料室から排出される燃料ガスの濃度を検出する燃料ガス濃度センサにより検出された燃料ガス濃度に基づいて、燃料室に対して供給する前記燃料ガスの供給圧を調整することにより、燃料ガスの濃度に応じて効率よく燃料ガスを供給することができる。
【００２７】
　請求項８に記載の発明によれば、燃料ガス濃度センサにより検出された燃料ガス濃度が所定の燃料ガス濃度よりも高い場合、始動時の供給圧から通常運転時の供給圧に切り替えることにより、燃料ガスの供給過剰を抑制することができる。
【００２８】
　請求項９に記載の発明によれば、所定の燃料ガス濃度が９５重量％に達したとき、通常運転時の供給圧に切り替えることにより、燃料ガス供給過剰と、燃料室内のガス偏在を抑制することができる。
【００２９】
　請求項１０に記載の発明によれば、燃料室から排出される酸素の濃度を検出する酸素ガス濃度センサをさらに備え、さらに、検出された酸素ガス濃度が所定の酸素ガス濃度よりも低い場合に通常運転時の供給圧に切り替えることにより、より一層、燃料ガス供給過剰と、燃料室内のガス偏在を抑制することができる。
【００３０】
　請求項１１に記載の発明によれば、さらに、酸素濃度が１重量％に下がったとき、通常運転時の供給圧に切り替えることにより、燃料ガス供給過剰と、燃料室内のガス偏在を一層抑制することができる。
【００３１】
　請求項１２に記載の発明によれば、スタートスイッチのオフから所定期間経過していない場合には、ガス偏在による電極の劣化は生じないと予想されるので、起動時の供給圧をせず、通常発電時の供給圧とする。これにより、燃料ガスの供給過剰を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
　次にこの発明の好適実施形態について説明する。この実施形態は、電気自動車に搭載される燃料電池システムである。図１は、この発明の燃料電池システム１を示すブロック図である。図１に示されているように、この燃料電池システム１は燃料電池スタック１００、空気供給系１２、水素供給手段としての高圧水素タンク１１を含む燃料供給系１０、水供給系５０から大略構成される。
【００３３】
　この燃料電池スタック１００の構成について説明する。燃料電池スタック１００は、燃料電池単位セル１５と燃料電池セパレータ１３とを交互に積層して構成されている。図２は、燃料電池用セパレータ１３を示す全体正面図、図３は、燃料電池セパレータ１３で構成された燃料電池スタック１００の部分断面平面図（図２におけるＡ‐Ａ断面図）、図４は、同じく部分断面側面図（図２及び図３におけるＢ−Ｂ断面図）、図５は、燃料電池セパレータ１３の部分断面側面図（図２及び図３におけるＣ−Ｃ断面図）、図６は、燃料電池用セパレータ１３の全体背面図である。
【００３４】
　セパレータ１３は、単位セル１５の電極に接触して電流を外部に取り出すための集電部材３、４と、各集電部材３、４の周端部に外装される枠体８、９とを備えている。集電部材３、４は金属板で構成されている。構成金属は、導電性と耐食性を備えた金属で、例えば、ステンレス、ニッケル合金、チタン合金等に耐蝕導電処理を施したもの等が挙げられる。
【００３５】
　集電部材３は、単位セル１５の燃料極に接触し、集電部材４は酸素極に接触する。集電部材３は、矩形の板材から成り、その表面には、プレス加工によって、突出形成された複数の柱状凸部３２が形成されている。柱状凸部３２は、板材の短辺と長辺とに沿って縦横に等間隔で配列されている。柱状凸部３２の間には、長辺に沿って（図２における横方向）配置された柱状凸部３２の間に形成された溝によって、水素流路３０１が、短辺に沿って（図２における縦方向）配置された柱状凸部３２の間に形成された溝によって、水素流路３０２が形成されている。この柱状凸部３２の頂点部分の面は、燃料極が接触する当接部３２１となっている。また、柱状凸部３２の裏側は、穴３３となっている。集電部材３の両端部には、孔３５が形成され、セパレータ１３を積層した場合に、この孔３５によって水素供給路が構成される。
【００３６】
　集電部材４は、矩形の板材から成り、プレス加工によって、複数の凸状部４２が形成されている。凸状部４２は、板材の短辺に平行に直線状に連続して形成されており、等間隔で配置されている。凸状部４２の間には、溝が形成されて、空気が流通する空気流路４０が形成されている。この凸状部４２の頂点部分の面は、酸素極が接触する当接部４２１となっている。また、凸状部４２の裏側は溝状の中空部となっており、この中空部によって冷却流路４１が形成されている。空気流路４０と、冷却流路４１は、板材の端部まで達し、両端は、板材の端辺部で開口する開口部を備えている。集電部材４の両端部には、孔４８が形成され、セパレータ１３を積層した場合に、この孔４８によって水素供給路が構成される。
【００３７】
　以上のような集電部材３、４は、各柱状凸部３２と凸状部４２が外側となるように重ね合わされて固定される。このとき、水素流路３０１、３０２の裏側面３４と空気流路４０の裏側面４０３が当接した状態となり、相互に通電可能な状態となる。また、集電部材３、４を重ね合わせることによって、図４に示されているように、冷却流路４１が形成され、穴３３は冷却流路４１の一部を構成する。また、空気流路４０は、図３及び図５に示されているように、単位セル１５に重ね合わされ、溝の開口部４００を閉鎖することにより、管状の流路が構成され、空気流路４０の内壁の一部が酸素極で構成される。この空気流路４０から、単位セル１５の酸素極に酸素と水が供給される。
【００３８】
　空気流路４０の一端側開口部は、空気と水が流入する導入口４３となり、他端の開口部は、空気と水が流出する導出口４４となっている。この導入口４３から導出口４４までの空気流路４０及びその集合体が、固体電解質膜に酸素を供給する酸素室（空気室）として機能する。
【００３９】
　また、冷却流路４１の一端側開口部は、空気と水が流入する流入開放口４５となり、他端の開口部は、空気と水が流出する流出開放口４６となっている。以上のような構成において、空気流路４０と冷却流路４１は、交互に平行に配置され、相互に側壁４７を挟んで隣接した構成となっている。このため、導入口４３と流入開放口４５も交互に配置され、導出口４４と流出開放口４６も交互に配置される。また、空気と水は、側壁４７に沿って流れるため、側壁４７は、冷却フィンとしての作用も発揮する。
【００４０】
　空気流路４０と冷却流路４１が交互に、かつ平行に配置されることで、燃料電池の冷却効率が向上し、均一な冷却が可能となる。
【００４１】
　集電部材３、４には、枠体８、９がそれぞれ重ねられる。図２に示されているように、集電部材３に重ねられる枠体８は、集電部材３と同じ大きさに構成され、中央には、柱状凸部３２を収納する窓８１が形成されている。また、両端部近傍には、集電部材３の孔３５に合致する位置に孔８３が形成されており、この孔８３と窓８１との間には、集電部材３に接触する側の平面に凹部が形成され、水素流通経路８４が設けられている。また、集電部材３に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓８１に沿って形成された凹部が形成され、単位セル１５が収納される収納部８２が設けられている。この収納部８２に収納された単位セル１５の燃料極表面と、水素流路３０１、３０２と、窓８１とによって、燃料室３０が画成される。このように、燃料室は、燃料極に隣接して設けられ、酸素室は酸素極に隣接して設けられている。
【００４２】
　集電部材４に重ねられる枠体９は、枠体８と同じ大きさに構成され、中央には、凸状部４２を収納する窓９１が形成されている。また、両端部近傍には、枠体８の孔８３に合致する位置に孔９３が形成されている。枠体８の集電部材４が重ねられる側の面には、枠体８の対向する一対の長辺に沿って溝が形成され、集電部材３、４に重ねることによって、空気流通路９４、９５が構成される構造となっている。空気流通路９４の一端は、枠体８の長辺側の端面に形成された開口９４１に接続され、他端は空気流路４０の導入口４３と冷却流路４１の流入開放口４５とに接続されている。
【００４３】
　上流側の空気流通路９４は、開口９４１側から空気流路４０側へ向けて横断面積が漸減するように、端部内壁がテーパー面９４２となっており、後述する空気マニホールド５４から噴射される霧状水の取り入れを容易としている。一方、下流側の空気流通路９５の一端は、空気流路４０の導出口４４と冷却流路４１の流入開放口４５とに接続され、他端は、枠体８の長辺側端面に形成された開口９５１に接続されている。空気流通路９５は、開口９５１側から空気流路４０側へ向けて横断面積が漸減するように、端部内壁がテーパー面９５２となっている。燃料電池スタック１００が傾いた際にも、このテーパー面９５２によって、水の排出が維持される。
【００４４】
　また、枠体９の、集電部材４に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓９１に沿って形成された凹部が形成され、単位セル１５が収納される収納部９２が設けられている。
【００４５】
　図７は単位セル１５の拡大断面図である。単位セル１５は、固体高分子電解質膜１５ａと、該固体高分子電解質膜1５ａの両側面にそれぞれ重ねられた酸化剤極である酸素極１５ｂと燃料極１５ｃとを備えていて、固体高分子電解質膜１５ａは、酸素極１５ｂと燃料極１５ｃとで挟持されている。固体高分子電解質膜1５ａは、収納部８２、９２に合致した大きさに形成され、酸素極１５ｂと燃料極１５ｃは、窓９１、８１に合致した大きさに形成されている。単位セル１５の厚さは、枠体８、９や集電部材３、４の厚さに比べると極めて薄いので、図面では、一体の部材として表示している。
【００４６】
　空気流路４０及び冷却流路４１の内壁には、親水性処理が施されている。内壁表面と水の接触角が４０°以下、好ましくは３０°以下となるように表面処理が施されているとよい。処理方法としては、親水処理剤を、表面に塗布する方法が取られる。塗布される処理剤としては、ポリアクリルアミド、ポリウレタン系樹脂、酸化チタン（Ｔｉ Ｏ2）等が挙げられる。
【００４７】
　以上のように構成された枠体８、９によって集電部材３、４を保持してセパレータ１３が構成され、セパレータ１３と単位セル１５を交互に積層して、燃料電池スタック１００が構成される。図８は燃料電池スタック１００の部分平面図である。燃料電池スタック１００の上面には、多数の導入口４３と流入開放口４５が交互に開口し、この導入口４３と流入開放口４５に、後述するように、空気マニホールド５４から空気が流入するとともに、ノズル５５から噴射された水が同時に流入する。側壁４７は、空気の流通経路に配置され冷却フィンとしても作用する。
【００４８】
　導入口４３と流入開放口４５から流入した空気と水は、冷却流路４１内で、潜熱冷却により集電部材３、４を冷却する。
【００４９】
　図９は、燃料電池スタック１００の全体平面図である。以上のように構成された燃料電池セパレータ１３は、所定の枚数重ねられたユニット１３０（単位体）構成し、このユニット１３０を複数重ねることによって燃料電池スタック１００が構成される。ユニット１３０とユニット１３０の間には、集電部材３と集電部材４の間に遮蔽板１６を挟んだ、セパレータ１４が介在する。遮蔽板１６は、水素通路１７ａ又は水素通路１７ｂのいずれかに対応した位置に、水素通路１７ａ、１７ｂの断面形状と同じ形状の、孔１６１ａ又は１６１ｂを備えている。この遮蔽板１６は、導電性を有し、燃料電池スタック１００内での電気の流通は妨げない。
【００５０】
　一方、遮蔽板１６が孔１６１ａを有する場合には、水素通路１７ｂでの水素ガスの流通は、遮蔽板１６によって遮断される。遮蔽板１６が孔１６１ｂを有する場合には、水素通路１７ａでの水素ガスの流通は、遮蔽板１６によって遮断される。遮蔽板１６は、水素ガスが流入する側から流出する側へ配置されている順に、孔１６１ｂが設けられている遮蔽板１６、孔１６１ａが設けられている遮蔽板１６・・・となるよう、交互に配置される。このようにユニット１３０毎に、水素通路１７ａと水素通路１７ｂの一方を交互に遮蔽することで、供給された水素ガスは、ユニット１３０単位で、各燃料室３０内を流通する。具体的には、最初のユニット１３０では、水素通路１７ａから水素通路１７ｂへ向けて、各燃料室３０内を水素ガスが流れ、次のユニット１３０では、水素通路１７ｂから水素通路１７ａへ向けて、各燃料室３０内を水素ガスが流れ、さらに次のユニット１３０では、水素通路１７ａから水素通路１７ｂへ向けて、各燃料室３０内を水素ガスが流れる・・・以降は、交互に水素ガスの流通方向が変化する。
【００５１】
　即ち、燃料電池スタック１００は、単位セル１５とセパレータ１３を積層して構成されたユニット１３０と、ユニット１３０内において、セパレータ１３の積層方向に形成され、燃料室３０を挟んだ両側に位置し、各燃料室３０にそれぞれ連通する一対の水素通路１７ａ、１７ｂとを有し、ユニット１３０を積層して構成されたものであって、隣接するユニット１３０の間には、各ユニット１３０の一方の水素通路１７ａ、１７ａ（又は１７ｂ、１７ｂ）間を連通する連通部（孔１６１ａ（又は１６１ｂ））と、他方の水素通路１７ｂ、１７ｂ（又は１７ａ、１７ａ）間の水素流通を遮断する遮断部（遮蔽板１６）とを有し、連通部と遮断部は、積層されているユニット１３０の積層方向に向けて順に、一方の水素通路１７ａ、１７ａ（又は１７ｂ、１７ｂ）と他方の水素通路１７ｂ、１７ｂ（又は１７ａ、１７ａ）において交互に設けられ、一対の水素流路（１７ａ、１７ｂ）間の各燃料室３０内を流れる水素ガスの流通方向が、ユニット１３０毎に交互に逆向きに変化する構成となっている。
【００５２】
　このように、燃料電池スタック１００を、複数のユニット１３０に分割し、ユニット毎に水素ガスを流通させる構成とすることによって、各ユニット１３０の間で水素ガス流量に差が生じることを防止できる。また、単位のユニット１３０内においても、積層されたセパレータ１３と単位セル１５とで構成された各燃料室３０間で水素ガス流量の差が生ずること抑制できる。さらに、燃料電池スタック１００に供給された水素ガスは、繰り返し、ユニット１３０内を流れるので、燃料室３０の燃料極に接触する機会が増え、反応効率が向上する。
【００５３】
　ユニット１３０を構成する燃料電池セパレータ１３の枚数は、各セパレータ１３における水素流路３０２の断面積（燃料室内を流れる水素ガスの流線に対して、垂直な面の面積が、最も小さくなる位置の面積：図１０におけるａ部分の面積の総和（ユニット１３０を構成するセパレータ１３の、前記水素流路３０２断面積の総和）、又は、水素流通経路８４の横断面積の総和（図１１の太実線で囲まれたｂ部分の面積））が、水素通路１７ａ、１７ｂの横断面積とほぼ同じとなる枚数に決められる。このような構成とすると、燃料電池スタック１００内を流れる水素ガスの流通経路の横断面積が、燃料電池スタック１００にガスが流入してから流出するまで、大きく変動せず、ユニット１３０を構成する各セパレータ１３の燃料室３０に、ガス流をより均一に分配することができる。
【００５４】
　このため、始動時のガス供給の際にも、始動時に充填されているガス（空気）を効率よく排出し、一層均一かつ迅速に水素ガスに置換することが可能となる。
【００５５】
　図１２は、燃料電池スタック１００の正面図である。水素通路１７ａの水素ガス流入部分には、整流手段としての導入案内路１８ａが設けられている。この導入案内路１８ａは、ガス導入口１８１ａが、水素導入路２０２と同じ断面形状を有し、ガス導出口１８２ａが、水素通路１７ａと同じ断面形状を有している。そして、ガス導入口１８１ａからガス導出口１８２ａまでの流路１８３ａは、横断面の幅が漸増し、水素通路１７ａの横断面におけるガス流速の分布が均一となるように、ガス流を案内する。さらに、流路１８３ａには、整流板１８４ａが設けられ、ガス流の圧力損失を抑制しつつ、水素ガスを導く構成となっている。
【００５６】
　図１３は、燃料電池スタック１００の背面図である。燃料電池スタック１００の水素ガス流出部分には、導出案内路１８ｂが設けられている。この導出案内路１８ｂは、ガス導入口１８１ｂが、水素通路１７ａと同じ断面形状を有し、ガス導出口１８２ｂが、水素導出路２０３と同じ断面形状を有している。そして、ガス導入口１８１ｂからガス導出口１８２ｂまでの流路１８３ｂは、横断面の幅が漸減し、さらに、流路１８３ａには、整流板１８４ａが設けられ、ガス流の圧力損失を抑制しつつ、水素ガスを導く構成となっている。
【００５７】
　以上のような燃料電池スタック１００の構成によって、燃料電池スタック１００に流入した水素ガスは、圧力損失が抑制され、各燃料電池セパレータ１３の燃料室３０へ均一に水素ガスが供給される。
【００５８】
　次に、図１に示されている他の構成について説明する。空気供給系１２は大気から空気を燃料電池スタック１００の開口９４１を介して空気流路４０と冷却流路４１に供給し、燃料電池スタック１００から排出された空気を水凝縮器５１を通過させて排気する。空気供給路１２３には、吸気手段としての空気ファン１２２が備えられ、フィルタ１２１を介して、大気から空気を空気マニホールド５４へ送る。空気はマニホールド５４から燃料電池スタック１００の空気流路４０へ流入して空気極３へ酸素を供給する。燃料電池スタック１００から排出された空気は、水凝縮器５１で排気空気中の水分が凝縮・回収されて大気へ放出される。燃料電池スタック１００から排出される温度は排気温度センサＳ１によりモニタされている。また、燃料電池スタック１００には、燃料電池スタック１００を構成する単位セル毎に電極の局部電位を測定する電位検出センサＳ２が設けられている。
【００５９】
　この実施形態では、空気マニホールド５４にノズル５５が配設されており、これより吸気中に水が液体の状態で噴射され、空気に混合される。この水の大部分は液体の状態を維持したまま、燃料電池スタック１００の下側に設けられた、容器内に回収される。
【００６０】
　燃料供給系１０は、水素導通路２０１、水素導入路２０２を介して、高圧水素タンク１１から放出された水素を燃料電池スタック１００の水素通路１７ａへ送る。水素導通路２０１には、高圧水素タンク１１側から燃料電池スタック１００側へ向けて、水素一次圧センサＳ３、水素一次圧調圧弁２１、水素元電磁弁２２、水素二次圧可変調圧弁２３、水素供給電磁弁２４、水素二次圧センサＳ４が、この順に設けられている。水素一次圧センサＳ３によって高圧水素タンク１１側の水素圧がモニタされている。
【００６１】
　水素調圧弁２１によって、燃料電池スタック１００へ供給するために適した圧力に調整される。また水素供給電磁弁２２の開閉によって、水素の燃料電池スタック１００への供給が電気的に制御され、水素ガスの供給を行わない場合には、この電磁弁２２が閉じられ、水素ガスの供給が止められる。また、水素二次圧センサＳ４によって、燃料電池スタック１００に供給される直前の水素ガス圧がモニタされる。
【００６２】
　水素導通路２０１には、水素導入路２０２の一端が接続され、その他端は燃料電池スタック１００の水素通路１７ａに接続されている。
【００６３】
　燃料電池スタック１００では、図３に示されているように、水素通路１７ａから水素ガスが水素流通経路８４ａへ流入し、さらに、水素流通経路８４ａから水素流路３０１、３０２へ流入する。水素流路３０１、３０２において、燃料極へ水素が供給され、残った水素ガスは、水素流通経路８４ｂから水素通路１７ｂへ流入する。
【００６４】
　燃料供給系１０において、燃料電池スタック１００の水素通路１７ｂから排出される水素ガスは水素導出路２０３へ排出される。水素導出路２０３には、酸素濃度センサＳ５と、水素濃度センサＳ６と、ポンプ２５が設けられ、ポンプ２５は、燃料電池スタック１００から水素ガスを吸引する方向に駆動する。ポンプ２５の下流側には、水素排出路２０４の一端と、水素返還路２０５の一端が接続されている。水素返還路２０５の他端は、水素導入路２０２に接続され、水素導入路２０２、水素導出路２０３、水素返還路２０５によって、水素循環路が形成されている。水素返還路２０５には、逆止弁２９が設けられ、高圧水素タンク１１から供給される水素ガスが、直接排出側に流出しない構成となっている。水素排出路２０４には、逆止弁２６、水素排出電磁弁２７ａ、消音器２８ａが、この順で設けられている。
【００６５】
　酸素濃度センサＳ５は、燃料電池スタック１００から排出されたガスの酸素濃度を検出し、水素濃度センサＳ６は、燃料電池スタック１００から排出されたガスの水素濃度を検出する。
【００６６】
　タンク５３の水は水供給ポンプ６１により、水供給路５６を介して、空気マニホールド５４内に配設されたノズル５５へ圧送され、ここから空気マニホールド５４内で連続的若しくは間欠的に噴出される。この水は燃料電池スタック１００の開口９４１を介して空気流路４０と冷却流路４１に送られる。ここにおいて優先的に水分から潜熱を奪うので、酸素極１５ｂ側の電解質膜１５ａからの水分の蒸発が防止される。従って、電解質膜１５ａはその酸素極１５ｂ側で乾燥することなく、生成水により常に均一な湿潤状態を維持する。また、酸素極１５ｂの表面に供給された水は酸素極１５ｂ自体からも熱を奪いこれを冷却し、さらに冷却流路４１に流入した水も熱を奪う。これにより燃料電池スタック１００の温度を制御できる。
【００６７】
　即ち、燃料電池スタック１００へ特に冷却水系を付加しなくても当該燃料電池スタック１００を充分に冷却することができる。なお、排気温度センサＳ１で検出された排出空気の温度に対応して水供給ポンプ６１の出力を制御し、燃料電池スタック１００の温度を所望の温度に維持することもできる。　
　タンク５３の水は、空気マニホールド５４内に配設されたノズル５５から酸素極１５ｂの表面に供給され、この水は、水凝縮器５１で回収され、容器にためられた水とともに、水回収ポンプ６２により、タンク５３に回収される。ポンプ６２とタンク５３の間には、タンク５３から水回収ポンプ６２への水の逆流を防止するため、逆止弁５２が設けられている。タンク５３の水量は、水位センサＳ７によって検出される。
【００６８】
　さらに、燃料電池システム１には、図示しないが、燃料電池システムをイグニッションによる起動・停止を行うスタートスイッチが備えられている。イグニッションキーでなくても、ＯＮ／ＯＦＦスイッチでも構わない。また、燃料電池システムが、図示しない外部負荷に接続されている期間を通常運転時とする。
【００６９】
　以上のような構成において、燃料電池システム１により電力出力される通常運転状態では、空気ファン１２２から燃料電池スタック１００に空気が供給され、同時に、燃料供給系１０からは水素ガスが燃料電池スタック１００に供給される。そして、燃料電池スタック１００内では、発電反応が継続され、電力と、反応により生成された生成水が発生する。このような発電反応は、酸素極に空気を、燃料極に水素ガスを継続して供給することにより維持される。このような通常運転時においては、水素ガスの消費効率を考慮して、単位セル１５において反応が可能な充分の濃度の水素ガスが供給され、通常運転時の供給圧力は、充分な反応が維持でき、無駄が生じない範囲で設定されている。通常運転時の供給圧力が必要以上に高いと、供給過剰となり、反応していない多くの水素が排出され、燃料ガスの無駄が発生する。このような観点から、通常運転時の水素ガスの供給ガス圧は、例えば、０．１メガパスカルに設定されている。一方起動時に水素ガスを供給する場合の供給ガス圧は、置換ガスの排出と、ガス偏在抑制を目的とし、上記通常運転時のガス圧に比べて高く（例えば、０．２ＭＰａ）設定され、供給時間も微小に設定されている。
【００７０】
　本発明では、通常運転状態（通常発電状態）とは、燃料電池システム１が、外部負荷と接続され、負荷に応じて発電している状態を言う。また、燃料電池始動時とは、燃料電池システムのスタートスイッチが押され（イグニッションキーがオンされ）、燃料電池システム１が外部負荷に接続されるまでの期間が当てはまる。
【００７１】
　さらに燃焼電池始動時とは前回燃料電池システム1をオフした時間から、今回オンした時の時間が予め設定された設定値を越えた場合のことをいう（オフからオンの時間が短い場合、本発明の燃料電池始動時には当てはまらず通常運転に含まれる）。また、これらの時間は図示しないタイマーが備えられ、タイマーにより時間の算出が行われる。
【００７２】
　上記説明した燃料電池システム１は、制御部によって、各部が制御される。また、各センサＳ１〜Ｓ７の検出値は、制御部に供給される。具体的には、制御部によって、水供給ポンプ６１による供給量が制御され、水回収ポンプ６２のオン・オフと、空気ファン１２２のオン・オフ、水素ポンプ２５のオン・オフが制御される。さらに、制御部によって、水素元電磁弁２２の開閉、水素供給電磁弁２４の開閉、水素排出電磁弁２７ａの開閉、水素二次圧可変調圧弁（可変レギュレータ）２３の設定圧の調整制御がなされる。
【００７３】
　以上のような構成を有する燃料電池システム１は、起動時において、以下のような動作を行う。図１４及び図１５は、第１実施形態における燃料電池システム１の起動時における燃料供給系１０の制御動作を示すフローチャートである。
【００７４】
　イグニッションＯＮなど、起動を始める動作が確認されると（ステップＳ１０１）、センサ類をオンする（ステップＳ１０３）。センサ類のオン動作によって、システム各部の検出値を取得することが可能となり、水素一次圧センサＳ３から供給された検出値に基づいて、水素一次圧が設定値より大きいか判断する（ステップＳ１０５）。設定値は、例えば１メガパスカル（ＭＰａ）に設定されている。設定値以下である場合には、高圧水素タンク１１内の水素が不足していることを意味するので、起動は停止される（ステップＳ１０９）。設定値より大きい場合には、水位センサＳ７から供給された検出値に基づき、水タンク５３の水位が一定値以上であるか判断する（ステップＳ１０７）。一定値より少ないと、燃料電池スタック１００を冷却する能力が充分発揮できないので、起動は停止される（ステップＳ１０９）。
【００７５】
　水タンク５３の水位が一定値以上である場合には、水回収ポンプ６２をオンし、水の回収を開始する（ステップＳ１１１）。さらに、水供給ポンプ６１を駆動させる（ステップＳ１１３）。これにより、空気マニホールド５４のノズル５５から水が噴射される。同時に、水素元電磁弁２２を開放する。次に、空気供給ファン１２２を駆動させる（ステップＳ１１５）。これにより、燃料電池スタック１００の酸素極に空気と水の供給が開始される。
【００７６】
　次に、水素の供給を開始し、燃料電池スタック１００の燃料室３０に残留している酸素（空気）を排出する動作を開始する。水素排出電磁弁２７ａを開放する（ステップＳ１１７）。水素ポンプ２５の駆動を開始する（ステップＳ１１９）。ステップＳ１１７とステップＳ１１９によって、燃料電池スタック１００の燃料室３０から水素を吸引する圧力が発生し、燃料室３０内は負圧となる。
【００７７】
　次に水素二次圧可変調圧弁（可変レギュレータ）２３の設定圧を０.２ＭＰａに設定し（ステップＳ１２１）、水素供給電磁弁２４を開放する（ステップＳ１２３）。この動作によって、負圧になっている燃料室３０内に、０．２ＭＰａの水素ガスが供給される。同時に、起動開始前に、燃料室３０内に残留していたガス（酸素）は、供給された水素ガスによって押し出され、また水素ポンプ２５によって吸い出され、排出される。この状態を０．５秒間維持し（ステップＳ１２５）、０．５秒経過後に、燃料電池スタック１００から排出されたガスを水素濃度センサＳ６で検出した検出値に基づき、排出ガスの水素濃度が９５％以上であるか判断する（ステップＳ１２７）。０．５秒以内に、水素濃度が９５％に達しない場合には、電極が劣化する恐れがあるので、警告灯を点灯させ（ステップＳ１３３）。次のステップＳ１３５を実施する。排出ガスの水素濃度が９５％以上であれば、燃料室３０内は、ほぼ水素ガスで満たされ、ガスの偏在が発生していない、或いは局部電流か発生するほど酸素ガスが残っていないと推測することができる。
【００７８】
　酸素濃度センサＳ５の検出値に基づき、排出ガスの酸素濃度が１％以下であるか判断する（ステップＳ１２９）。酸素濃度が１％以上である場合には、電極が劣化する恐れがあるので、警告灯を点灯させ（ステップＳ１３３）。次のステップＳ１３５を実施する。排出ガスの酸素濃度が１％以下であれば、燃料室３０内は、酸素ガスがほとんど残っておらず、ガスの偏在が発生していない、或いは局部電流か発生するほど酸素ガスが残っていないと推測することができる。
【００７９】
　酸素濃度が１％以下である場合には、電位検出センサＳ２の検出値に基づき、全ての単位セル電極の局部電位が１．１Ｖ以下であるか判断する（ステップＳ１３１）。１つの単位セルであっても、局部電位が１．１Ｖより大きいものがある場合には、電極が劣化する恐れがあるので、警告灯を点灯させ（ステップＳ１３３）。次のステップＳ１３５を実施する。排出ガスの水素ガス濃度を検出するだけでは、各燃料室毎のガス偏在の程度は判明しないので、各燃料室毎の局部電位を検出することで、ガス偏在の可能性を判定する。
【００８０】
　ステップＳ１３１において、電極の局部電位が１．１Ｖ以下であると判断された場合には、排出ガスの水素濃度が９５％以上であり、かつ排出ガスの酸素濃度が１％以下であり、かつ全ての電極の局部電位が１．１Ｖ以下であることを意味する。この場合には、各燃料室３０内がほぼ均一に水素ガスに置換されたことを意味するので、水素二次圧可変調圧弁２３の設定圧を、通常運転時の水素供給圧である０．１ＭＰａに設定し（ステップＳ１３５）、水素排出電磁弁２７ａを閉じ（ステップＳ１３７）、通常の運転制御ルーチンに移行する。ステップＳ１２１及びステップＳ１３５によって、制御手段が構成され、この制御手段と、水素二次圧可変調圧弁２３によって、圧力調整手段が構成される。
【００８１】
　図１６及び図１７は、第２実施形態を示すフローチャートである。起動時のイグニッションオンから水素供給電磁弁２４を開放するステップまでは、動作が第１実施形態のステップＳ１０１〜ステップＳ１２３と同様であるので、説明を省略する。　
　水素供給電磁弁２４を開放した後（ステップＳ２２３）、水素二次圧可変調圧弁２３の設定圧を０．１ＭＰａと０．２ＭＰａとの間で０．１秒の間隔で、設定変更する。この変更により、燃料電池スタック１００に供給される水素ガス圧は、短い時間で脈動する。
【００８２】
　この脈動によって、燃料室３０やその他の流通路内に形成される水素ガスの流線に変化が生じるので、燃料室３０やその他の流通路内での滞留の発生や、相対的に流速の遅くなる部分の発生が抑制され、残留ガスから水素ガスへの置換が均一かつ迅速に進行する。ステップＳ２２１及びステップＳ２３７によって、制御手段が構成され、この制御手段と、水素二次圧可変調圧弁２３によって、圧力調整手段が構成される。
【００８３】
　このステップ以降の動作、ステップＳ２２７からステップＳ２３９の動作は、第１実施形態のステップＳ１２５からステップＳ１３７までの動作と同じであるので、説明を省略する。
【００８４】
　次に、図１８に示されている第３実施形態の燃料電池システムの構成について説明する。このシステムは、図１に示されている第１実施形態のシステムにおいて、水素導出路２０３の、水素ポンプ２５の上流側に、起動時水素排出路２０６が接続されているものである。起動時水素排出路２０６の上流側から、順に、起動時水素排出電磁弁２７ｂ、起動時消音器２８ｂが設けられている。起動時水素排出電磁弁２７ｂについても、既述の実施形態と同様に、制御部によって開閉制御される。
【００８５】
　他の構成は、第１実施形態の構成と同様であるので、説明を省略する。この実施形態における起動時の動作は、第１実施形態の動作において、ステップＳ１１５の後、起動時水素排出電磁弁２７ｂを開放する。その後は、ステップＳ１２１からステップＳ１３７までの動作を実行する。起動時水素排出路２０６は、水素導出路２０３よりも、横断面積が広く形成されており、排出時に、起動時水素排出路２０６で圧力損失が発生しにくい構成となっている。
【００８６】
　次に、図１９に示されている第４実施形態及び第５実施形態の燃料電池システムの構成について説明する。この実施形態の構成は、第１実施形態における水素二次圧可変調圧弁２３の位置に、二次圧調圧弁７２ａ（設定値は固定）が設けられている。そして、水素二次圧調圧弁７２ａに対して、並列に回路が設けられている。その回路は、両端が水素二次圧調圧弁７２ａの上流側と下流側とに接続された流路７１と、流路７１において上流側から順に設けられた、起動時水素二次圧調圧弁７２ｂと、起動時水素供給電磁弁７３とを備えている。起動時水素二次圧調圧弁７２ｂの設定値は、０．２ＭＰａであり、二次圧調圧弁７２ａの設定値は、０．１ＭＰａとなっている。即ち、二次圧調圧弁７２ａの設定値は、通常運転時の水素供給圧であり、起動時水素二次圧調圧弁７２ｂの設定値は、通常運転時の水素供給圧よりも大きく設定されている。起動時水素供給電磁弁７３の開閉は、制御部により制御される。他の構成は、第１実施形態の構成と同様なので、説明を省略する。
【００８７】
　以上のような構成において、第４実施形態の起動時制御動作は、図２０及び図２１に示されているフローチャートに示されている。イグニッションオン（ステップＳ３０１）から水素ポンプ２５をオンする（ステップＳ３１９）までの操作は、第１実施形態の動作と同様であるので、説明を省略する。水素ポンプ２５をオンした後、起動時水素供給電磁弁７３を開放し（ステップＳ３２１）、水素供給電磁弁２４を開放する（ステップＳ３２３）。これによって、水素タンク１１から送られる高圧の水素ガスは、設定値の高い起動時水素二次圧調圧弁７２ｂへ流れ込み、水素二次圧は、０．２ＭＰａとなる。この後の動作は、第１実施形態のステップＳ１２５〜Ｓ１３３と同様であるので説明を省略する。
【００８８】
　排出ガスの水素濃度が９５％以上であり、かつ排出ガスの酸素濃度が１％以下であり、かつ全ての電極の局部電位が１．１Ｖ以下である場合には、起動時水素供給電磁弁７３を閉じる（ステップＳ３３５）。これにより、起動時水素二次圧調圧弁７２ｂへの水素ガスの流入は停止し、通常運転時の二次圧に設定されている二次圧調圧弁７２ａに水素ガスが流入する。その後、水素排出電磁弁２７ａが閉じられる（ステップＳ３３７）。起動時水素供給電磁弁７３と、ステップＳ３２１及びステップＳ３３５によって、切換手段が構成される。
【００８９】
　第５実施形態の起動時制御動作は、図２２及び図２３に示されているフローチャートに示されている。イグニッションオン（ステップＳ４０１）から水素ポンプ２５を駆動させる（ステップＳ４１９）までの操作は、第１実施形態の動作と同様であるので、説明を省略する。水素ポンプ２５のオンの後、起動時水素供給電磁弁７３を開放し（ステップＳ３２１）、さらに、水素供給電磁弁２４を開放する（ステップＳ３２３）。
【００９０】
　水素供給電磁弁２４の開放の後、起動時水素供給電磁弁７３を０．１秒の間隔で、開と閉とに繰り返し切り替える。開の時は、高圧の水素ガスは、設定値の高い起動時水素二次圧調圧弁７２ｂへ流れ込み、水素二次圧は、０．２ＭＰａとなる。閉の時は、高圧の水素ガスは、設定値の低い水素二次圧調圧弁７２ａへ流れ込み、水素二次圧は、通常運転時の供給圧である０．１ＭＰａとなる。燃料室３０へは、０．１秒間隔で、０．２ＭＰａの圧力の水素ガスと、０．１ＭＰａの圧力の水素ガスとが交互に供給されることとなる。このように、水素ガス圧が脈動することによって、燃料室３０内でのガス滞留の発生が抑制され、水素ガスへの置換が一層均一かつ迅速に進行する。起動時水素供給電磁弁７３と、ステップＳ４２１及びステップＳ４３７によって、切換手段が構成される。ステップＳ４２７〜ステップＳ４３９までの動作は、第４実施形態のステップＳ３２５〜ステップＳ３３７と同様であるので、説明を省略する。
【００９１】
　以上のように、燃料室３０内に置換ガスが存在している起動時おいて、燃料室３０へ、高圧の水素ガスを供給することによって、停止時の停滞している置換ガスに高圧の水素ガスが流入する。これにより、停滞状態から流れる状態に急激に変化することで、置換ガスと水素ガスの混合が起こり、置換ガスと水素ガスの偏在の発生が抑制される。また、高圧で水素ガスが供給されるので、直ちに置換ガスから水素ガスへの入れ替えが完了するので、偏在の発生や、偏在しているガスの間で反応が起こるという時間的な余裕もなく、これによっても局部電流の発生が抑制される。ガス偏在による局部電流の発生は、０．７秒以内、好ましくは、０．５秒以内で水素ガスへの置換が完了させることで、ほぼ抑制することができる。なお、上記のように、供給時間を短くすることによって、水素ガスの無駄も少なくすることができる。
【００９２】
　さらに、水素ガスの供給圧を変化させることによって、燃料室３０内のガス流の流線に変化を生じさせ、この変化によってもガスの滞留が抑制され、より一層、ガスの偏在を発生し難くさせることができる。
【００９３】
　燃料電池の起動時か否かをスタートスイッチ（イグニッションキー）のオン・オフ操作に基づき判断することができる。例えば前回スタートスイッチをオフした時間と今回オンした時間の間隔が設定値以上の場合、燃料電池始動時とし高圧の水素ガスを供給する。他方時間の間隔が設定値以下の場合、通常発電時とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】この発明の燃料電池システム１を示すブロック図である。
【図２】燃料電池用セパレータを示す全体正面図である。
【図３】燃料電池セパレータで構成された燃料電池スタックの部分断面平面図（Ａ‐Ａ断面図）である。
【図４】燃料電池セパレータで構成された燃料電池スタックの部分断面側面図（Ｂ‐Ｂ断面図）でである。
【図５】燃料電池セパレータの部分断面側面図（Ｃ‐Ｃ断面図）である。
【図６】燃料電池用セパレータの全体背面図である。
【図７】単位セルの断面図である。
【図８】燃料電池スタックの部分平面図である。
【図９】燃料電池スタックの全体平面図である。
【図１０】燃料電池スタックの部分断面側面図である。
【図１１】水素通路の縦断面を示す燃料電池スタックの部分断面図（Ｄ-Ｄ断面図）である。
【図１２】燃料電池スタックの全体正面図である。
【図１３】燃料電池スタックの全体背面図である。
【図１４】第１実施形態における起動時制御動作を示すフローチャートである。
【図１５】第１実施形態における起動時制御動作を示すフローチャートである。
【図１６】第２実施形態における起動時制御動作を示すフローチャートである。
【図１７】第２実施形態における起動時制御動作を示すフローチャートである。
【図１８】第３実施形態の構成を示すシステム図である。
【図１９】第４、第５実施形態の構成を示すシステム図である。
【図２０】第４実施形態における起動時制御動作を示すフローチャートである。
【図２１】第４実施形態における起動時制御動作を示すフローチャートである。
【図２２】第５実施形態における起動時制御動作を示すフローチャートである。
【図２３】第５実施形態における起動時制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９５】
　　１　燃料電池システム
　　１００　燃料電池スタック
　　１３　燃料電池セパレータ
　　１３０　ユニット
　　１５　単位セル
　　１７ａ、１７ｂ　水素通路
　　３　集電部材
　　３０　燃料室
　　３２　柱状凸部
　　３０１　水素流路
　　３０２　水素流路
　　４　集電部材
　　４０　空気流路
　　４１　冷却流路
　　４２　凸状部
　　４３　導入口
　　４４　導出口
　　４５　流入開放口
　　４６　流出開放口
　　８　枠体
　　９　枠体
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004139984.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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