(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池をならし運転させるためのならし運転システムであって、
前記燃料電池に加湿ガスを供給する供給手段と、
前記燃料電池へ供給される前記加湿ガスに含まれる水分量を測定する第１の測定手段と、
前記燃料電池から排出されるガスに含まれる水分量を測定する第２の測定手段と、
前記第１の測定手段によって測定された水分量をＸ１とし、前記第２の測定手段によって測定された水分量をＸ２と定義したときに、Ｘ２／Ｘ１が所定値の場合に前記燃料電池のならし運転の完了と判定する判定手段と、
を有することを特徴とするならし運転システム。
【請求項２】
前記加湿ガスを供給する際に、前記燃料電池に電流を流す放電負荷手段と、
前記放電負荷手段から流れる電流値に基づき、前記燃料電池の内部で生成される生成水量を算出する算出手段と、を更に備え、
前記判定手段は、前記算出された生成水量をＸ３と定義したときに、Ｘ２／（Ｘ１＋Ｘ３）が所定値の場合に前記燃料電池のならし運転の完了と判定することを特徴とする請求項１に記載のならし運転システム。
【請求項３】
前記判定手段は、前記Ｘ１が前記Ｘ２より大きい場合に、ならし途中と判定し、前記Ｘ２が前記Ｘ１より大きい場合に、電極乾燥中と判定することを特徴とする請求項１に記載のならし運転システム。
【請求項４】
前記判定手段は、前記Ｘ１と前記Ｘ３との和が、前記Ｘ２より大きい場合に、ならし途中と判定し、前記Ｘ２が前記Ｘ１と前記Ｘ３との和より大きい場合に、電極乾燥中と判定することを特徴とする請求項２に記載のならし運転システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のならし運転システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス）をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、電気エネルギを得るシステムである。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セル（以下、セルとも称する）を備えている。この種のセルは、通常、電解質膜・電極構造体とセパレータとを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして、例えば、自動車等の車両に搭載して使用されている。
【０００４】
この種の固体高分子型燃料電池では、組み立て直後の電解質膜の含水量が十分でないため、初期発電性能が低くなっている。従って、通常、燃料電池の組み立て後に所望の発電性能を引き出すため、燃料電池のエージング運転と称される予備運転（ならし運転）が行われている。なお、ならし運転とは、燃料電池組み立て後、発電をすることでセルの性能が所望の能力を発揮できるようにすることを含む。
【０００５】
このならし運転としては、例えば下記特許文献１に記載された技術が公知である。下記特許文献１には、所定の時間の経過によってならし運転の終了を判断する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０６６６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料電池は、セル仕様（白金量、電解質膜の種類、アイオノマーの種類、ガス拡散層の種類、セパレータ流路等）の違いや個体差（製造上のばらつき等）が生じるものであるため、各々の燃料電池によってならし運転に要する時間の差が生じることが通常である。ところが、従来の技術では、予めセル仕様等に応じたならし運転に要する時間を測定する方法がなかったため、余裕を加えて（安全率をみて）ならし運転の時間指定をしていた結果、余分に発電を継続することによる無駄なコストが生じていた。このように、従来の技術では依然として解決すべき課題があり、ならし運転に要する時間（ならし運転の完了度）を測定する必要があった。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ならし運転の完了度を判断することが可能な燃料電池のならし運転システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池のならし運転システムは、前記燃料電池に加湿ガスを供給する供給手段と、前記燃料電池へ供給される前記加湿ガスに含まれる水分量を測定する第１の測定手段と、前記燃料電池から排出されるガスに含まれる水分量を測定する第２の測定手段と、前記第１の測定手段によって測定された水分量をＸ１とし、前記第２の測定手段によって測定された水分量をＸ２と定義したときに、Ｘ２／Ｘ１が所定値の場合に前記燃料電池のならし運転の完了と判定する判定手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る燃料電池のならし運転システムでは、燃料電池へ供給されるガスに含まれる水分量（入口水蒸気量）、燃料電池から排出されるガスに含まれる水分量（出口水蒸気量）に基づき、ならし運転の完了を判定する。従来では、セル仕様の違いや個体差によるならし運転時間の変動を考慮して、余裕を加えて（安全率をみて）ならし運転を行っていたため、ならし運転の完了後においても発電を継続することによる無駄なコストが生じていた。これに対し、本発明では、上記入口水蒸気量及び出口水蒸気量に基づきならし運転の完了を判定し、ならし運転の完了次第、発電を停止することができるため、無駄なコストの消費を抑えることが可能となる。
【００１１】
また本発明に係る燃料電池のならし運転システムは、前記加湿ガスを供給する際に、前記燃料電池に電流を流す放電負荷手段と、前記放電負荷手段から流れる電流値に基づき、前記燃料電池の内部で生成される生成水量を算出する算出手段と、を更に備え、前記判定手段は、前記算出された生成水量をＸ３と定義したときに、Ｘ２／（Ｘ１＋Ｘ３）が所定値の場合に前記燃料電池のならし運転の完了と判定することも好ましい。
【００１２】
この好ましい態様では、燃料電池に加湿ガスを供給する際に、放電負荷手段から燃料電池に電流を流してならし運転の完了の判定を行う。これにより、電流を流すことによって生じる生成水量も考慮したならし運転の完了度を判定することができる。
【００１３】
また本発明に係る燃料電池のならし運転システムでは、前記判定手段は、前記Ｘ１が前記Ｘ２より大きい場合に、ならし途中と判定し、前記Ｘ２が前記Ｘ１より大きい場合に、電極乾燥中と判定することも好ましい。
【００１４】
また本発明に係る燃料電池のならし運転システムでは、前記判定手段は、前記Ｘ１と前記Ｘ３との和が、前記Ｘ２より大きい場合に、ならし途中と判定し、前記Ｘ２が前記Ｘ１と前記Ｘ３との和より大きい場合に、電極乾燥中と判定することも好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ならし運転の完了度を判断することが可能な燃料電池のならし運転システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料電池のならし運転システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した燃料電池のならし運転システムを用いた燃料電池のならし判定工程の一例の流れを示すフローチャートである。
【図３】水重量から露点を算出する方法を説明するための図である。
【図４】水重量から露点を算出する方法を説明するための図である。
【図５】水蒸気圧と露点との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態における燃料電池のならし運転システムの概略構成を示す模式図である。
【図７】図６に示した燃料電池のならし運転システムを用いた燃料電池のならし判定工程の一例の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施形態以外の他の実施形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。
【００１８】
以下で説明するように、本実施形態ではならし運転の完了度を算出することを１つの特徴とするものであるが、後述する指標（ならし完了度）を用いるに至った背景としては次のようなことが挙げられる。具体的には、本発明者らは、ならし運転完了と相関があるものを調査していった中で、水分が十分に燃料電池スタック内にいきわたった状態とセル性能が上げ止まる（≒活性化電圧が最も小さくなる）タイミングに相関がある、との知見を得た。そこで、本発明者らは、水分が十分に燃料電池スタック内にいきわたった状態を表すものとして、後述する指標（ならし完了度）を用いることを見出した。
【００１９】
まず、本発明の第１実施形態における燃料電池のならし運転システムの構成について説明する。図１は、ならし運転システムの構成を示す模式図である。このならし運転システムは、燃料電池をならし運転させるために利用されるシステムである。
【００２０】
ならし運転システム１００ａは、上流側から順に、ガス供給手段１０ａ、１０ｂと、マスフローコントローラＭＦＣａ、ＭＦＣｂと、バブラー２０ａ、２０ｂと、入口側露点計３０ａ、３０ｂと、バイパス管２１０ａ、２１０ｂと、燃料電池スタック２（以下、燃料電池２という）と、気化器７０ａ、７０ｂと、出口側露点計４０ａ、４０ｂと、ドレンポット５０ａ、５０ｂと、これらを繋ぐ配管１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂとを備える。
【００２１】
燃料電池２は、単セル（電解質膜の両面に、ガスが拡散可能な多孔質膜等の構造を有する電極を成膜したもの）を複数積層したスタック構造を有している。図１では、説明の便宜のため、燃料電池２として、アノード極（水素極）２ａ及びカソード極（空気極）２ｂとを有する単セルの構造のみを示している。
【００２２】
ガス供給手段１０ａ、１０ｂは、アノード側ガス供給手段１０ａと、カソード側ガス供給手段１０ｂとを備える。アノード側ガス供給手段１０ａは、燃料電池２のアノード極２ａに接続された配管１１０ａを介して、アノード極２ａに水素（燃料ガス）を供給するための装置である。カソード側ガス供給手段１０ｂは、燃料電池２のカソード極２ｂに接続された配管１１０ｂを介して、燃料電池２のカソード極２ｂに酸素（酸化ガス）を供給するための装置である。ガス供給手段１０ａ、１０ｂから、燃料電池２のアノード極２ａ及びカソード極２ｂに、それぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給されて燃料電池２は発電し、電力が生成される。
【００２３】
バイパス管２１０ａ、２１０ｂは、燃料電池２をバイパスするための流路であり、アノード側のバイパス管２１０ａと、カソード側のバイパス管２１０ｂとを備える。アノード側のバイパス管２１０ａは、燃料電池２のアノード極２ａをバイパスするための流路であり、アノード極２ａの上流側（図１では燃料電池２に対して左側）に接続された配管１１０ａと、アノード極２ａの下流側（図１では燃料電池２に対して右側）に接続された配管１１１ａとを連通した流路となっている。このため、配管１１０ａ内を流れるガスは、バイパス管２１０ａ内を通り、配管１１１ａに流入することとなる。言い換えれば、配管１１０ａ内を流れるガスは、燃料電池２を迂回して配管１１１ａ内に流入することとなる。カソード側のバイパス管２１０ｂは、燃料電池２のカソード極２ｂをバイパスするための流路であり、カソード極２ｂの上流側（図１では燃料電池２に対して左側）に接続された配管１１０ｂと、カソード極２ｂの下流側（図１では燃料電池２に対して右側）に接続された配管１１１ｂとを連通した流路となっている。このため、配管１１０ｂ内を流れるガスは、バイパス管２１０ｂ内を通り、配管１１１ｂに流入する。言い換えれば、配管１１０ｂ内を流れるガスは、燃料電池２を迂回して配管１１１ｂ内に流入することとなる。
【００２４】
マスフローコントローラＭＦＣａ、ＭＦＣｂは、それぞれ配管１１０ａ内及び配管１１０ｂ内を流れるガスの流量を調整する装置である。マスフローコントローラＭＦＣａは、配管１１０ａに配設され、燃料電池２のアノード極２ａへ供給される燃料ガスの流量を調整する。マスフローコントローラＭＦＣｂは、配管１１０ｂに配設され、燃料電池２のカソード極２ｂへ供給される酸化ガスの流量を調整する。
【００２５】
バブラー２０ａ、２０ｂは、ガス供給手段１０ａ、１０ｂから供給されるガスを加湿し、当該加湿したガスを燃料電池２に供給するものである。バブラー２０ａは、ガス供給手段１０ａと燃料電池２のアノード極２ａとの間を接続する配管１１０ａの途中に設けられる。ガス供給手段１０ａから供給される燃料ガスは、このバブラー２０ａ内を通過することで加湿され、当該加湿された燃料ガスが燃料電池２のアノード極２ａに供給される。バブラー２０ｂは、ガス供給手段１０ｂと燃料電池２のカソード極２ｂとの間を接続する配管１１０ｂの途中に設けられる。ガス供給手段１０ｂから供給される酸化ガスは、このバブラー２０ｂ内を通過することで加湿され、当該加湿された酸化ガスが燃料電池２のカソード極２ｂに供給される。なお、バブラー２０ａ、２０ｂ内の温度は、図示しない加熱手段により所定温度に調整されるようになっている。上述したガス供給手段１０ａ、１０ｂと、バブラー２０ａ、２０ｂとが、本発明における「供給手段」に相当するものである。
【００２６】
入口側露点計３０ａ、３０ｂ（第１の測定手段）は、燃料電池２の入口側（上流側）に配設され、配管１１０ａ、１１０ｂ内を流れるガスの露点を計測する装置である。アノード側に設けられる入口側露点計３０ａは、バブラー２０ａと燃料電池２のアノード極２ａとの間の配管１１０ａに配設され、配管１１０ａ内を流れる燃料ガスの露点を計測する。カソード側に設けられる入口側露点計３０ｂは、バブラー２０ｂと燃料電池２のカソード極２ｂとの間の配管１１０ｂに配設され、配管１１０ｂ内を流れる酸化ガスの露点を計測する。ガスの露点を計測することは、ガス中の水分量を測定していることになるので、入口側露点計３０ａ、３０ｂは、ガス中の水分を測定する水分計とみることもできる。したがって、入口側露点計３０ａ、３０ｂにより、燃料電池２の入口側水蒸気量（入口水蒸気量）を測定することができる。測定された入口水蒸気量は、後述するならし完了度を算出するために用いられる。
【００２７】
気化器７０ａ、７０ｂは、燃料電池２の出口側（下流側）に配設され、配管１１１ａ、１１１ｂ内を流れるガスの温度を上昇させる装置である。アノード側に設けられる気化器７０ａは、燃料電池２のアノード極２ａの下流側に接続された配管１１１ａ内を流れる燃料ガスの温度を上昇させる。カソード側に設けられる気化器７０ｂは、燃料電池２のカソード極２ｂの下流側に配設される配管１１１ｂ内を流れる酸化ガスの温度を上昇させる。このように、気化器７０ａ、７０ｂによって配管１１１ａ、１１１ｂ内を流れるガスの温度を上昇させることで、後述する出口側露点計４０ａ、４０ｂにより計測される水蒸気の総量を測定することが可能となる。なお、気化器７０ａ、７０ｂにより上昇させるガスの温度は、制御装置４００により適宜調整される。また本実施形態では、気化器７０ａ、７０ｂを設けているが、配管１１１ａ、１１１ｂ内を流れるガスの温度を上昇させる機能を有していれば、他の装置（例えばヒータ等）を設置することも可能である。
【００２８】
出口側露点計４０ａ、４０ｂ（第２の測定手段）は、燃料電池２の出口側（下流側）に配設され、配管１１０ａ、１１０ｂ内を流れるガスの露点を計測する装置である。アノード側の出口側露点計４０ａは、気化器７０ａとドレンポット５０ａとの間に接続される配管１１１ａに設けられ、アノード極２ａから排出されたガスの露点を計測する。カソード側の出口側露点計４０ｂは、気化器７０ｂとドレンポット５０ｂとの間に接続される配管１１１ｂに設けられ、カソード極２ｂから排出されたガスの露点を計測する。ガスの露点を計測することは、ガス中の水分量を測定していることになるので、出口側露点計４０ａ、４０ｂは、ガス中の水分を測定する水分計とみることもできる。したがって、出口側露点計４０ａ、４０ｂにより、燃料電池２の出口側水蒸気量（出口水蒸気量）を測定することができる。測定された出口水蒸気量は、後述するならし完了度を算出するために用いられる。
【００２９】
ドレンポット５０ａ、５０ｂは、出口側露点計４０ａ、４０ｂの下流側に設けられ、燃料電池２から排出されたガスから回収した水を貯留するための容器である。詳細には、ドレンポット５０ａ、５０ｂの上流側に冷却部（図示省略）がそれぞれ設けられ、当該冷却部により、配管１１１ａ、１１１ｂ内を流れるガスを冷却することにより、当該ガス中に含まれる水分を結露させ、当該結露させた水をドレンポット５０ａ、５０ｂにて回収することが可能となっている。アノード側のドレンポット５０ａは、燃料電池２のアノード極２ａから排出されるガスから結露させた水を回収する。カソード側のドレンポット５０ｂは、燃料電池２のカソード極２ｂから排出されるガスから結露させた水を回収する。
【００３０】
制御装置４００は、論理演算を実行するＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するコンピューターとして構成される。本実施形態では、制御装置４００は、ドレンポット５０ａ、５０ｂの水重量から基準露点を算出する機能を備える。また制御装置４００は、算出した基準露点からバブラー２０ａ、２０ｂの温度、入口側露点計３０ａ、３０ｂ及び出口側露点計４０ａ、４０ｂを補正する機能（ゼロ点合わせをする機能）を備える。また制御装置４００は、入口側露点計３０ａ、３０ｂ及び出口側露点計４０ａ、４０ｂの計測値に基づき、後述するならし完了度を算出する機能を備える。また制御装置４００は、放電負荷装置（図６参照）から流れる負荷電流値から生成水量を算出し、当該生成水量、入口側露点計３０ａ、３０ｂの計測値、及び、出口側露点計４０ａ、４０ｂの計測値に基づき、後述するならし完了度を算出する機能を備える。
【００３１】
＜燃料電池のならし判定工程＞
図１に示した燃料電池のならし運転システム１００ａを用いた燃料電池のならし判定工程について説明する。図２は、燃料電池のならし判定工程の一例を示すフローチャートである。
【００３２】
（ステップＳ１１０）
ガス供給手段１０ａ、１０ｂから供給され、バブラー２０ａ、２０ｂを通過して加湿された加湿ガスが、燃料電池２を迂回するようバイパス管２１０ａ、２１０ｂを通るラインに切り替える（ステップＳ１１０）。アノード側、カソード側では以下のようにラインの切り替えを行う。すなわち、アノード側では、ガス供給手段１０ａから供給され、バブラー２０ａを通過して加湿された加湿ガスが、燃料電池２のアノード極２ａを迂回するようバイパス管２１０ａを通るラインに切り替える。カソード側では、ガス供給手段１０ｂから供給され、バブラー２０ｂを通過して加湿された加湿ガスが、燃料電池２のカソード極２ｂを迂回するようバイパス管２１０ｂを通るラインに切り替える。これにより、アノード側の配管１１０ａ内を流れるガスは、燃料電池２に供給されずに、バイパス管２１０ａを介して、燃料電池２の下流側に接続された配管１１１ａ内を流れ、ドレンポット５０ａで回収される。また、カソード側の配管１１０ｂ内を流れるガスは、燃料電池２に供給されずに、バイパス管２１０ｂを介して、燃料電池２の下流側に接続された配管１１１ｂ内を流れていき、ドレンポット５０ｂで回収される。なお、アノード側のバイパス管２１０ａを通るラインへの切り替えは、例えば、バイパス管２１０ａと配管１１０ａ、１１１ｂとの接続部に配設された切替弁（図示省略）の開度を制御装置４００により制御することにより行われる。またカソード側のバイパス管２１０ｂを通るラインへの切り替えは、例えば、バイパス管２１０ｂと配管１１０ｂ、１１１ｂとの接続部に配設された切替弁（図示省略）の開度を制御装置４００により制御することにより行われる。
【００３３】
（ステップＳ１２０）
ドレンポット５０ａ、５０ｂにて回収された水重量から、制御装置４００は、基準露点を算出する（ステップＳ１２０）。この制御装置４００による基準露点の算出方法について、図３、４、５を参照しながら説明する。
【００３４】
図３は、基準露点の算出方法について説明するための図であって、バブラー２０を通って加湿された加湿ガスに含まれる水分が、ドレンポット５０にて回収されるシステムを模式的に示す図である。なお、図３では、説明の便宜のため、図１で示した燃料電池２やバイパス管２１０ａ、２１０ｂ等の図示を省略している。また、図３では、図１で示したガス供給手段１０ａ、１０ｂ、マスフローコントローラＭＦＣａ、ＭＦＣｂ、バブラー２０ａ、２０ｂ、ドレンポット５０ａ、５０ｂを総称して、それぞれガス供給手段１０、マスフローコントローラＭＦＣ、バブラー２０、ドレンポット５０と示している。
【００３５】
図３に示すように、ガス供給手段１０から供給され、バブラー２０を通過して加湿された加湿ガスは、冷却部５１で冷却されてその一部が結露し、ドレンポット５０にて回収される。ドレンポット５０にて回収されなかったガスは、外部へ排気される。
【００３６】
バブラー２０から供給される加湿ガスと、水蒸気の分圧と流量の関係は、図４に示す関係となる。具体的には、バブラー２０から供給されるガス供給時の絶対圧（供給全圧）をａ、ガス供給手段１０からのガス供給流量をｂ、ドレンポット５０にてドレン水となった水蒸気流量（ドレン水重量増加より算出した単位時間当たりの水蒸気量）をｃ、排気された水蒸気流量をｄ、バブラー２０の水蒸気分圧をｘ、排気された水蒸気分圧をｙ、とすると、バブラー２０の水蒸気分圧ｘは、下記式（１）で算出することができる。なお、排気された水蒸気分圧ｙは、冷却部５１の温度及び図５の水蒸気圧曲線により求められる。また、各流量（ｂ、ｃ、ｄ）は、例えばノルマル流量で表される値（ｂ（NmL/min）、ｃ（NmL/min）、ｄ（NmL/min））を用いる。
ｘ＝（ａ×ｃ）／（ｂ＋ｃ＋ｄ）＋ｙ  ・・・（１）
なお、ｄ＝ｙ×（ｂ＋ｃ）／（ａ−ｙ）で表される。
【００３７】
上記式（１）にて算出したバブラーの水蒸気分圧ｘの値から、図５に示す水蒸気圧曲線に基づき、露点温度を算出する。例えば、上記式（１）により、水蒸気分圧ｘの値がＰ１（ｋＰａ）と算出された場合は、図５の水蒸気圧曲線に基づき、露点は、Ｔ１（℃ｔｄ）と算出される。
【００３８】
上述した基準露点の算出方法により基準露点が正確に算出されるが、以降のステップを実施するに際して、より関便で正確な基準露点測定手段があれば上述した基準露点の算出方法に限定しなくても良い。
【００３９】
（ステップＳ１３０）
ステップＳ１２０において算出した基準露点に基づき、制御装置４００は、バブラー２０ａ、２０ｂの温度、入口側露点計３０ａ、３０ｂ、出口側露点計４０ａ、４０ｂを補正する。言い換えれば、制御装置４００は、バブラー温度、入口側露点、出口側露点のゼロ点合わせをする。
【００４０】
なお、バブラー温度のゼロ点合わせする目的は次のとおりである。理想的にはバブラー温度と基準露点が一致することが望ましいが、実際にはバブラー温度＞基準露点となっていることが多い。この差分を最初に求めておき、その差分を用いてバブラー温度を補正（いわゆるゼロ点合わせ）することで、ならし運転の完了度（後述）の正確な導出を可能とする。例えば、バブラー温度が６０℃であって基準露点が５９℃である場合、バブラー温度を６１℃にセット（ゼロ点合わせ）する。これにより、ならし運転の完了度を、露点６０℃において正確に求めることが可能となる。もっとも、露点の絶対精度が必要なときは、フィードバック制御して基準露点を６０℃に合わせこむようにしても良い。露点の精度よりも入口・出口の露点計（入口側露点計３０ａ、３０ｂ、出口側露点計４０ａ、４０ｂ）が合っていれば良いときには、全ての露点計の温度が等しくなるように（例えば、５９．５℃など）補正しても良い。露点の絶対精度が必要ない場合には、５９℃で露点計を補正するとともにバブラー温度を１℃上昇させて、ならし運転の完了度の判定を開始しても良い。このように、ゼロ点合わせとして、露点の精度が必要なときは、制御装置４００によってフィードバック制御を行って基準露点を補正しても良く、露点の相対精度のみで良い場合には、バブラー温度の１回補正のみ行うようにしても良い。
【００４１】
（ステップＳ１４０）
次いで、燃料電池２にガスが通るラインに切り替える（ステップＳ１４０）。具体的には、アノード側では、ガス供給手段１０ａから供給され、バブラー２０ａを通過して加湿された加湿ガスが、燃料電池２のアノード極２ａに供給されるように、ラインを切り替える。カソード側では、ガス供給手段１０ｂから供給され、バブラー２０ｂを通過した加湿ガスが、燃料電池２のカソード極２ｂに供給されるように、ラインを切り替える。なお、このようなラインの切り替えは、アノード極２ａに接続された配管１１０ａ、１１１ａに適宜配設された切替弁（図示省略）及びカソード極２ｂに接続された配管１１０ｂ、１１１ｂに適宜配設された切替弁（図示省略）の開度を制御装置４００により調整することにより行われる。
【００４２】
（ステップＳ１５０）
次いで、ガス供給手段１０ａ、１０ｂから供給され、バブラー２０ａ、２０ｂを通過して加湿された加湿ガスを、燃料電池２に供給する（ステップＳ１５０）。アノード側の配管１１０ａ内を流れる加湿された燃料ガスは、燃料電池２のアノード極２ａに供給される。カソード側の配管１１０ｂ内を流れる加湿された酸化ガスは、燃料電池２のカソード極２ｂに供給される。
【００４３】
（ステップＳ１６０）
次いで、燃料電池２から排出されたガスに含まれる結露水を気化器７０ａ、７０ｂにて水蒸気化させる（ステップＳ１６０）。アノード極２ａから排出されたガスに含まれる結露水については、気化器７０ａにより水蒸気化させる。カソード極２ｂから排出されたガスに含まれる結露水については、気化器７０ｂにより水蒸気化させる。気化器７０ａ、７０ｂにて水蒸気化されたガスは、出口側露点計４０ａ、４０ｂを通り、配管１１１ａ、１１１ｂ内を流れていく。
【００４４】
（ステップＳ１７０）
次いで、入口側露点計３０ａ、３０ｂによって、燃料電池２の上流側に接続された配管１１０ａ、１１０ｂ内を流れるガスの露点を計測すると共に、出口側露点計４０ａ、４０ｂによって、燃料電池２の下流側に接続された配管１１１ａ、１１１ｂ内を流れるガスの露点を計測する（ステップＳ１７０）。上述したように、ガスの露点を計測することは、ガス中の水分量を測定していることになるので、入口側露点計３０ａ、３０ｂ及び出口側露点計４０ａ、４０ｂによりガス中に含まれる水分量（水蒸気量）を測定することが可能となっている。測定された燃料電池２の入口側水蒸気量（入口水蒸気量）、燃料電池２の出口側水蒸気量（出口水蒸気量）は、以下のならし完了度の算出に用いられる。
【００４５】
（ステップＳ１８０）
次いで、入口水蒸気量（Ｘ１）及び出口水蒸気量（Ｘ２）に基づき、制御装置４００は、燃料電池２のならし運転の完了度（ならし完了度）を下記式（２）により算出する（ステップＳ１８０）。
ならし完了度＝（出口水蒸気量（Ｘ２））／（入口水蒸気量（Ｘ１））  ・・・（２）
【００４６】
上記式（２）により算出された値が、制御装置４００により所定値になったと判定されたとき、言い換えれば、燃料電池２の発電中の水収支が制御装置４００により所定値になったと判定されたとき、制御装置４００は、燃料電池２のならし運転を終了させる（「ならし完了」）。この所定値としては、例えば１００％と設定することが好適であるが、９５％など１００％近傍の値に適宜設定することが可能である。
【００４７】
燃料電池２の発電中の水収支がプラスの場合、つまり、制御装置４００が、入口水蒸気量と生成水量との和が出口水蒸気量より大きい（入口水蒸気量（Ｘ１）＞出口水蒸気量（Ｘ２））と判定した場合は、「ならし途中」と定義する。この場合は、燃料電池２に供給される加湿ガスは、燃料電池２のアノード極２ａ及びカソード極２ｂに吸収されている状態となっている。
【００４８】
また、燃料電池２の発電中の水収支がマイナスの場合、つまり、制御装置４００が、出口水蒸気量が、入口側水蒸気量より大きい（入口水蒸気量（Ｘ１）＜出口水蒸気量（Ｘ２））と判定した場合は、「電極乾燥中」と定義する。この電極乾燥中の状態が継続すると、ドライアップ、ひいては燃料電池の発電停止となることを意味している。
【００４９】
上記ステップＳ１１０〜Ｓ１８０の工程を得て、上記式（２）で表されるならし完了度が所定値になった場合に、燃料電池２のならし判定工程が終了する。
【００５０】
以上のように、本実施形態におけるならし運転システムでは、燃料電池へ供給されるガスに含まれる水分量（入口水蒸気量）、燃料電池から排出されるガスに含まれる水分量（出口水蒸気量）に基づき、ならし運転が完了したか否かを判定する。従来では、セル仕様の違いや個体差によるならし運転の時間変動を考慮して、余裕を加えて（安全率をみて）ならし運転を行っていた。このため、従来では、ならし運転の完了後においても発電を継続することによる無駄なコストが生じていたが、本発明では、入口水蒸気量及び出口水蒸気量に基づきならし運転の完了を判定し、ならし運転の完了次第、発電を停止することができるため、無駄なコストの消費を抑えることができる。
【００５１】
また本実施形態では、加湿ガスを供給してならし運転の完了度を判定する前に、ドレンポット５０ａ、５０ｂにて回収された水重量に基づき基準露点を算出し、当該基準露点に基づき、入口側露点計３０ａ、３０ｂ、出口側露点計４０ａ、４０ｂ、及び、バブラー温度のゼロ点合わせをする。露点計（入口側露点計３０ａ、３０ｂ、出口側露点計４０ａ、４０ｂ）は、機差や経時変化があることが一般的であるが、ドレンポット５０ａ、５０ｂにて回収された水重量から求めた基準露点に基づき、露点計のゼロ点合わせを行うことで、各露点計の相対精度を高めることができる。その結果、入口水蒸気量及び出口水蒸気量に基づき算出されるならし完了度の判定を精度良く行うことができる。
【００５２】
続いて、第２実施形態における燃料電池のならし運転システムの構成について説明する。図６は、第２実施形態における燃料電池のならし運転システムの概略構成を示す模式図である。図６に示すならし運転システム１００ｂは、図１に示したならし運転システム１００ａの構成に、放電負荷装置９０（放電負荷手段）を設けたことが異なる点であり、それ以外の構成及び機能は、図１に示すならし運転システム１００ａと同等である。従って、図１に示すならし運転システム１００ａと同じ部分については、その説明は省略する。
【００５３】
放電負荷装置９０は、燃料電池２に負荷電流を加えるための装置である。放電負荷装置９０は、配線９１を介して燃料電池２のアノード極２ａ及びカソード極２ｂに接続され、当該アノード極２ａ及びカソード極２ｂに負荷電流を流すことが可能となっている。放電負荷装置９０から燃料電池２に供給される負荷電流値（電流値）の大きさは、制御装置４００により制御される。負荷電流を燃料電池２に流すことにより、燃料電池２から生成水が生じ、制御装置４００は、負荷電流値の大きさに基づき、燃料電池２から生成される生成水量を算出することが可能となっている。なお、生成水量としては、電気化学反応式（１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ）に基づき、制御装置４００によって（電流値）×（時間）を演算することにより算出される。
【００５４】
図６に示したならし運転システム１００ｂを用いた燃料電池のならし判定工程について説明する。図７は、変形例における燃料電池のならし判定工程の一例を示すフローチャートである。なお、図７のステップＳ１１０〜Ｓ１４０については、図２で説明したステップＳ１１０〜Ｓ１４０と同一の内容であるので、同一の符号を付してその説明は省略する。
【００５５】
（ステップＳ１５０ｂ）
燃料電池２に加湿ガス供給及び放電負荷を開始する（ステップＳ１５０ｂ）。この加湿ガスの供給は、ガス供給手段１０ａ、１０ｂから供給されるガスを、それぞれバブラー２０ａ、２０ｂに通して加湿させることにより行われる。放電負荷としては、放電負荷装置９０から配線９１を介して燃料電池２に電流を流すことにより行われる。
【００５６】
（ステップＳ１６０ｂ）
次いで、燃料電池２から排出されるガスに含まれる結露水、及び、燃料電池２から生じる生成水を、燃料電池２の下流側に配設された気化器７０ａ、７０ｂにて水蒸気化させる。
【００５７】
（ステップＳ１７０ｂ）
次いで、入口側露点計３０ａ、３０ｂによって、燃料電池２の上流側に接続された配管１１０ａ、１１０ｂ内を流れるガスの露点（入口露点）を計測すると共に、出口側露点計４０ａ、４０ｂによって、燃料電池２の下流側に接続された配管１１１ａ、１１１ｂ内を流れるガスの露点（出口露点）を計測する。入口側露点計３０ａ、出口側露点計４０ａは、アノード極２ａ側のガスの露点を計測する。入口側露点計３０ｂ、出口側露点計４０ｂは、カソード極２ｂ側のガスの露点を計測する。ガスの露点を計測することにより、ガス中の水分量を測定することが可能となっている。つまり、入口側露点計３０ａ、３０ｂにより、燃料電池２の入口側水蒸気量（入口水蒸気量）を測定することができ、出口側露点計４０ａ、４０ｂにより、燃料電池２の出口側水蒸気量（出口水蒸気量）を測定することができる。本実施形態では、各極の入口露点及び出口露点を計測すると共に、制御装置４００は、放電負荷装置９０から流れる電流値（負荷電流値）に基づき、生成水量を算出する。
【００５８】
（ステップＳ１８０ｂ）
次いで、計測された入口水蒸気量（Ｘ１）、出口水蒸気量（Ｘ２）、負荷電流値により算出された生成水量（Ｘ３）に基づき、制御装置４００は、燃料電池２のならし運転の完了度（ならし完了度）を以下の式（３）により算出する。
ならし完了度＝（出口水蒸気量（Ｘ２））／（入口水蒸気量（Ｘ１）＋生成水量（Ｘ３））  ・・・（３）
なお、生成水量Ｘ３は、例えばノルマル換算した値（NL/min）を用いる。
【００５９】
上記式（３）により算出された値が、制御装置４００により所定値になったと判定されたとき、言い換えれば、燃料電池２の発電中の水収支が所定値になったときに、燃料電池２のならし運転を終了させる（「ならし完了」）。このならし完了と判定する所定値としては、例えば１００％と設定することが好適であるが、９５％など１００％近傍の値に適宜設定することが可能である。
【００６０】
なお、燃料電池２の発電中の水収支がプラスの場合、つまり、制御装置４００により、入口側水蒸気量と生成水量との和が出口水蒸気量より大きい（入口水蒸気量＋生成水量＞出口水蒸気量）と判定された場合には、「ならし途中」と定義する。この場合は、燃料電池２に供給される加湿ガスは、燃料電池２のアノード極２ａ及びカソード極２ｂに吸収されている状態となっている。
【００６１】
また、燃料電池２の発電中の水収支がマイナスの場合、つまり、制御装置４００により、出口水蒸気量が、入口側水蒸気量と生成水量との和より大きい（入口水蒸気量＋生成水量＜出口水蒸気量）と判定された場合には、「電極乾燥中」と定義する。この電極乾燥中の状態が継続すると、ドライアップ、ひいては燃料電池の発電停止となることを意味している。
【００６２】
上記ステップＳ１１０〜Ｓ１８０ｂの工程を得て、燃料電池２のならし判定工程が終了する。
【００６３】
以上のように、本実施形態では、燃料電池２に加湿ガスを供給すると同時に負荷電流も加えて、燃料電池２のならし完了度の判定を行う。これにより、負荷電流によって生じる生成水量も考慮したならし運転完了の状態を判定することができる。
【００６４】
なお、上述したとおり、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。その他、各具体例が備える各要素およびその配置、条件などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００６５】
２：燃料電池
１０ａ、１０ｂ：ガス供給手段
２０ａ、２０ｂ：バブラー
３０ａ、３０ｂ：入口側露点計（第１の測定手段）
４０ａ、４０ｂ：出口側露点計（第２の測定手段）
５０ａ、５０ｂ：ドレンポット
７０ａ、７０ｂ：気化器
９０：放電負荷装置（放電負荷手段）
１００ａ、１００ｂ：ならし運転システム
１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂ：配管
２１０ａ、２１０ｂ：バイパス管
４００：制御装置（判定手段、算出手段）
ＭＦＣａ、ＭＦＣｂ：マスフローコントローラ
【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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