(57)【要約】【課題】燃料電池を十分に加湿する燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１のカソード２１とアノード２２にセパレータ２４ａ，２４ｂと純水流路２５ａ，２５ｂを備え、燃料電池１のアノード２２の圧力を圧力センサ６ｂによって検出し、セパレータ２４ｂの湿潤時の圧力と比較することでセパレータ２４ｂの乾燥状態を推定し、推定された乾燥状態に応じて純水流路２５ｂに供給する純水を制御する。また、燃料電池１の停止中には停止時間に応じてセパレータ２４ｂの乾燥状態を推定し、推定された乾燥状態に応じて純水流路２５ｂに供給する純水を制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードとカソードによって挟持した電解質膜で発電を行う燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを積層して形成した燃料電池の該燃料電池セル間に水を供給する水流路と、
前記燃料電池セルと前記水流路との間にセパレータと、を備え、
前記水流路に水を供給し、前記セパレータを湿潤させる燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池運転時に前記セパレータの湿潤状態と乾燥状態とによって変化するアノードもしくはカソードの圧力を基に前記セパレータの乾燥状態を推定する運転時乾燥状態推定手段と、
前記運転時乾燥状態推定手段によって推定された前記セパレータの乾燥状態に応じて前記水流路への水供給を制御する水供給制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記アノードと前記カソードの圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記運転時乾燥状態推定手段が、前記セパレータの湿潤状態の圧力と、前記圧力検出手段によって検出された前記圧力と、を比較して前記セパレータの乾燥状態を推定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記アノードと前記カソードの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記アノードと前記カソードの圧力を調整する圧力制御弁と、
前記圧力検出手段によって検出される前記圧力が一定となるように前記圧力制御弁の開度を調整する圧力制御弁制御手段と、を備え、
前記運転時乾燥状態推定手段が、前記セパレータの湿潤状態の前記圧力制御弁の開度と、前記圧力制御弁手段によって調整された前記圧力制御弁の開度と、を比較して前記セパレータの乾燥状態を推定することを特徴とする請求項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運転中に前記運転時乾燥状態推定手段によって検出された前記セパレータの乾燥状態が所定値よりも乾燥している場合に、前記燃料電池の運転を中止する運転中止手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池の始動時に、前記運転時乾燥状態推定手段によって検出された乾燥状態が、所定値よりも乾燥している場合には、前記燃料電池に燃料を供給するよりも先に前記セパレータに水を供給する水・水素・空気供給制御手段を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つ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に、前記運転時乾燥状態推定手段によって検出された乾燥状態が、所定値よりも乾燥している場合には、前記水流路の圧力を水素、空気側の圧力よりも高くする水・水素・空気圧力制御手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
アノードとカソードによって挟持した電解質膜で発電を行う燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを積層して形成した燃料電池の該燃料電池セル間に水を供給する水流路と、
前記燃料電池セルと前記水流路との間にセパレータと、を備え、
前記水流路に水を供給し、前記セパレータを湿潤させる燃料電池システムにおいて、
前記水流路への水供給を停止してからの水供給停止時間を計測する時間計測手段と、
前記燃料電池の停止時に前記時間計測手段によって計測された前記水供給停止時間に応じて前記セパレータの乾燥状態を推定する停止時乾燥状態推定手段と、
前記停止時乾燥状態推定手段によって推定された前記セパレータの乾燥状態に応じて前記水流路への水供給を制御する水供給制御手段と、を備えたこと特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
アノードとカソードによって挟持した電解質膜で発電を行う燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを積層して形成した燃料電池の該燃料電池セル間に水を供給する水流路と、
前記燃料電池セルと前記水流路との間にセパレータと、を備え、
前記水流路に水を供給し、前記セパレータを湿潤させる燃料電池システムにおいて、
前記水流路への水供給を停止してからの水供給停止時間を計測する時間計測手段と、
前記燃料電池の停止時に前記時間計測手段によって計測された前記水供給停止時間に応じて前記セパレータの乾燥状態を推定する停止時乾燥状態推定手段と、
前記停止時乾燥状態推定手段によって推定された前記セパレータの乾燥状態に応じて前記水流路への水供給を制御する水供給制御手段と、を備えたこと特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池の起動時に、前記時間計測手段によって計測された水供給停止時間と前記運転時乾燥状態推定手段によって推定された前記セパレータの乾燥状態から、前記水供給停止時間に対する前記セパレータの乾燥状態を記憶する乾燥状態記憶手段を備え、
前記乾燥状態記憶手段によって前記停止時乾燥状態推定手段を更新することを特徴とする請求項７または８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記水供給制御手段を動作させる電力を蓄えるバッテリと、
前記バッテリの充電量を推定するバッテリ充電量推定手段と、を備え、
前記燃料電池の停止時には前記バッテリ充電量推定手段によって検出された前記バッテリの充電量が少ない程、前記時間計測手段によって計測される水供給停止時間が経過した後に前記水供給手段による前記水の供給を行うことを特徴とする請求項７から９のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池への水供給に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多孔質体で形成されるセパレータを備えた燃料電池において、セパレータを湿潤させることでアノードガスとカソードガスを加湿し、電解質膜を加湿するものが、特許文献１に開示されている。燃料電池の電解質膜は湿潤させることで良好なプロトン伝導性を示し、電解質膜としての機能を果たす。従って、燃料電池を効率良く運転させるためには、常に電解質膜を加湿する必要がある。
【特許文献１】特開平６−６８８８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、多孔質体で形成されるセパレータは、湿潤時にガス不透過性となる特徴がある一方、乾燥時に十分な水分量を含有していないとガスが透過してしまうという問題点を有する。したがって、上記の発明では、燃料電池の運転中にはセパレータの乾燥状態に応じて水を供給していないために、または燃料電池の運転を停止した後には長期間放置しておくために、次のような問題を生じる。
（１）燃料電池へ供給した水素や空気が、乾燥状態にあるセパレータを透過して純水流路側へ流れて、水素がむだに消費されて燃料電池の効率性能が低下するとともに、故障の原因となる可能性がある。また電解質膜に多孔質体が使われている場合には、水素と空気が混ざり合って燃料電池の出力性能が悪化するという問題も発生する。
（２）一旦乾燥してしまったセパレータの多孔質体を再び湿潤させるのに時間がかかり、燃料電池の出力性能がでるまで時間がかかる。
【０００４】
本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、セパレータの乾燥状態を推定してセパレータに水分を供給し、セパレータが乾燥するのを未然に防止することができ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】
【０００５】
本発明では、燃料電池セルを積層した燃料電池の各燃料電池セル間に水を供給する水流路と、各燃料電池セルと水流路との間にセパレータを備え、水流路に水を供給し、セパレータを加湿する燃料電池システムにおいて、セパレータの湿潤状態と乾燥状態とによって変化するアノードもしくはカソードの圧力を基にセパレータの乾燥状態を推定する運転時乾燥状態推定手段と、運転時乾燥状態推定手段によって推定されたセパレータの乾燥状態に応じて水流路に水を供給する水供給制御手段と、を備える。
【０００６】
または、燃料電池セルを積層した燃料電池の各燃料電池セル間に水を供給する水流路と、各燃料電池セルと水流路との間にセパレータを備え、水流路に水を供給し、セパレータを加湿する燃料電池システムにおいて、燃料電池停止後に水流路に水を供給してからの時間を計測する時間計測手段と、停止時間に応じてセパレータの乾燥状態を推定する停止時乾燥状態推定手段と、セパレータの乾燥状態に応じて水流路に供給する水を制御する停止時水供給制御手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、湿潤時のアノードの圧力と乾燥時のアノードの圧力を基に燃料電池のセパレータの乾燥状態を推定することができ、その乾燥状態に応じて、水流路に水を供給し、セパレータを加湿するのでセパレータを常に加湿できる。また、セパレータへの水供給に異常が生じ、セパレータが乾燥したときにも、異常発生検出装置を設けずに、アノードの圧力を基にして素早く検知することができる。
【０００８】
また、燃料電池の停止中に停止時間によって、セパレータの乾燥状態を推定し、推定された乾燥状態が或る所定の乾燥状態よりも乾燥している場合は、水流路に水を供給し、セパレータを加湿するので、起動時に素早く起動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の第１実施形態の構成を図１を用いて説明する。
【００１０】
本発明の第１実施形態の燃料電池システムは、水素と空気中の酸素とから発電を行う燃料電池１と、燃料電池のアノード２２に燃料である水素を供給する水素タンク２と、燃料電池のカソード２１に酸化剤となる空気を供給するコンプレッサ３と、燃料電池１に供給する純水を蓄える純水タンク５と、燃料電池１の運転状態を検出し、制御するコントロールユニット２０と、から構成される。
【００１１】
燃料電池１はカソード２１とアノード２２が電解質膜２３を挟持しており、またカソード２１とアノード２２を加湿する純水が流れる純水流路２５ａ、２５ｂをそれぞれ設け、カソード２１と純水流路２５ａ、アノード２２と純水流路２５ｂの間にはそれぞれ多孔質体で形成されるセパレータ２４ａ、２４ｂを設けている。
【００１２】
カソード２１には、コンプレッサ３によって流量を制御された空気が供給される。そして、カソード２１内の圧力はカソード２１の下流側に設けた圧力制御弁７ａによって制御され、その圧力は圧力検出手段である圧力センサ６ａによって検出される。
【００１３】
アノード２２には、水素タンク２から供給弁７ｃによって流量を制御された水素が供給される。そして、アノード２２内の圧力はアノード２２の下流側に設けた圧力制御弁７ｂによって制御され、その圧力は圧力検出手段である圧力センサ６ｂによって検出される。
【００１４】
燃料電池１ではカソード２１とアノード２２において次式の電極反応により発電が行われる。
【００１５】
カソード２１（空気極）：２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ    （１）
アノード２２（水素極）：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-                    （２）
ここで、圧力制御弁７ａ、７ｂによって制御される圧力は、燃料電池１の負荷が大きい、すなわち発電量が多い場合には高めに設定される。これにより燃料電池１のＩ−Ｖ特性（電流−電圧特性）を向上させ、高負荷でも効率良く発電を行うことができる。
【００１６】
燃料電池１の純水流路２５ａ、２５ｂには、ウォータポンプ４によって純水タンク５から純水が供給されている。純水流路２５ａ、２５ｂを流れる純水は、多孔質体であるセパレータ２４ａ、２４ｂに浸透し、カソード２１とアノード２２を加湿し、余剰の純水は再度純水タンク５へ蓄えられる。カソード２１とアノード２２を加湿することにより、カソード２１とアノード２２とに挟持された電解質膜２３を加湿し、上記（１）、（２）式に示した電極反応を促進することができる。カソード２１では反応により水を生成するが、アノード２２では水が生成されないので、アノード２２が乾燥し易くなっている。
【００１７】
コントロールユニット２０は、燃料電池１の運転時のセパレータ２４ｂの乾燥状態を推定する運転時乾燥状態推定手段９と、燃料電池１の運転中止を決定する運転中止手段１０と、燃料電池１の発電を制御する燃料電池運転手段８と、から構成される。次にコントロールユニット２０での燃料電池システムの制御について説明する。
【００１８】
運転時乾燥状態推定手段９は、圧力センサ６ｂの圧力値と圧力制御弁７ｂの開度（開度計測値あるいは開度指令値）からセパレータ２４ｂの乾燥状態を推定する。アノード２２に供給する水素量を調整する供給弁７ｃの開度が所定の開度となっている場合に、アノード２２の下流に設けた圧力センサ６ｂによって検出するアノード２２の圧力によってセパレータ２４ｂの乾燥状態を推定することができ、そのセパレータ２４ｂの乾燥状態推定方法を図２を用いて説明する。
【００１９】
セパレータ２４ｂが湿っている場合はアノード２２を流れるアノードガス（水素）はセパレータ２４ｂを透過し難いが、セパレータ２４ｂが乾燥するにつれてアノードガスがセパレータ２４ｂを透過し易くなるので、アノード２２の圧力は低くなる。セパレータ２４ｂの湿潤時に圧力制御弁７ｂの開度Ｖ０に対する圧力をＢ０（Ｐ０）とすると、セパレータ２４ｂが乾燥するに従い、開度Ｖ０において圧力センサ６ｂで検出される圧力が、予め設定されている圧力制御弁７ｂの開度に対する圧力値（圧力制御弁７ｂ、開度Ｖ０に対して圧力Ｂ０）から、例えばＢ１、Ｂ２と下がってくる。このアノード２２の圧力を圧力センサ６ｂによって検出することによってセパレータ２４ｂの乾燥状態を推定することができる。
【００２０】
乾燥状態推定手段９によって推定された乾燥状態は燃料電池運転手段８にその情報が送られる。ここで、乾燥状態が異常であった場合は運転中止手段１０にその情報が送られる。
【００２１】
運転中止手段１０は乾燥状態推定手段９によって推定された燃料電池１の乾燥状態が或る所定の乾燥状態を超える場合は、何らかの原因で純水が純水流路２５ｂに供給されていない場合などの燃料電池システムに異常があると判断し、また、それにより燃料電池１が破損する恐れがあるので燃料電池１の運転を中止する指令を燃料電池運転手段８に出力する。
【００２２】
なお、前記運転中止手段１０には燃料電池の起動運転、暖機運転の条件をも含み、その際の不要な燃料電池出力の取り出しを行うなどせずして、電力触媒等の不測の劣化を抑制することができる。
【００２３】
燃料電池運転手段８は、通常時には燃料電池１の負荷や乾燥状態推定手段９から推定された乾燥状態に応じて、燃料電池１に供給する空気と燃料を制御する。また、燃料電池運転手段８内に備えられた水供給制御手段８１によってセパレータ２４ｂが適切な湿潤状態になるようにウォータポンプ４から純水流路２５ｂへ供給される純水を制御する。しかし、運転中止手段１０から運転中止の指令を受けると、燃料電池１への空気と水素の供給を中止し、発電を中止する。
【００２４】
ここで、乾燥状態推定方法として、アノード２２の下流に設けた圧力センサ６ｂから検出される圧力によってセパレータ２４ｂの乾燥状態を推定したが、圧力制御弁７ｂの開度から乾燥状態を推定することもできる。そこで、アノード２２の圧力を所定圧力Ｐ０としたときに圧力制御弁７ｂの開度から乾燥状態を推定する方法について説明する。
【００２５】
湿潤時に圧力Ｐ０に対する圧力制御弁７ｂの開度をＡ０（Ｖ０）と固定すると、セパレータ２４ｂが乾燥するにつれて、同じ圧力Ｐ０を得るためには、湿っている場合と比較して、圧力制御弁７ｂの開度を例えばＡ１、Ａ２と絞らなければならない（圧力制御弁制御手段）。これにより所定の水素量（供給弁７ｃとなる或る所定開度に対する水素量）が供給されており、かつアノード２２の圧力を所定圧力Ｐ０で一定にする制御を行う場合には、圧力制御弁７ｂの開度を検出することでセパレータ２４ｂの乾燥状態を推定することができる。セパレータ２４ｂの乾燥状態推定手段としてはこの方法を用いても良い。この方法を用いることで、アノード２２の圧力を常に一定にすることができるので、燃料電池１において安定した発電を行うことができる。
【００２６】
ここではアノード２２の乾燥状態について説明を行ったが、カソード２１の乾燥状態についても前記アノード２２と同様にして乾燥状態を推定することもできる。
【００２７】
本発明の第１実施形態の効果について説明する。
【００２８】
燃料電池１のカソード２１とアノード２２に設けたセパレータ２４ａ、２４ｂが乾燥すると水素や空気がセパレータ２４ａ、２４ｂを通り抜けるために、カソード２１とアノード２２の圧力が下がるが、特に圧力が下がり易いアノード２２の圧力を検出し、セパレータ２４ｂの湿潤時の圧力と比較することで、セパレータ２４ａの乾燥状態を推定することができ、その乾燥状態に応じて各純水流路２５ａ、２５ｂに純水を供給することで、各セパレータが乾燥することがなく、燃料電池１を効率良く発電させることができる。
【００２９】
また、水漏れなどによってセパレータ２４ａ，２４ｂの乾燥状態が異常になった場合にも、水漏れ検出装置などを使用せずに素早く察知することができ、装置を簡素化できる。また、乾燥による燃料電池１の破損を防ぐことができる。
【００３０】
また、圧力制御弁７ａ、７ｂの開度によってセパレータ２４ａ、２４ｂの乾燥状態を推定すると、カソード２１とアノード２２の圧力を常に一定とすることができ、燃料電池１を更に効率良く発電させることができる。
【００３１】
次に本発明の第２実形態について図３のシステム構成図を用いて説明する。
【００３２】
第２実施形態はコントロールユニット２０について第１実施形態と異なっており、ここではこのコントロールユニット２０について説明する。その他の構成については第１実施形態と同じである。
【００３３】
コントロールユニット２０は、第１実施形態に加え、燃料電池１が停止してからの時間とその時のセパレータ２４ｂの乾燥状態を記憶する停止時間乾燥状態記憶手段９２と、燃料電池１の停止後の乾燥状態を推定する停止時乾燥状態推定手段９３と、燃料電池１の停止後の時間を算出する時間計測手段１１と、燃料電池１の停止後にセパレータ２４ｂに供給する純水を制御する停止時水供給制御手段８２と、から構成される。次にコントロールユニット２０での燃料電池システムの制御について説明する。
【００３４】
燃料電池１を停止する際には圧力制御弁７ａ、７ｂを閉じ、純水タンク５から純水によってセパレータ２４ａ、２４ｂを或る所定の湿潤状態にする。
【００３５】
時間計測手段１１では、燃料電池１が停止してからの時間をタイマなどによって計測する。また、後述する停止時水分供給手段８１によってセパレータ２４ａ、２４ｂを加湿したときには、計測時間をリセットし、再度計測を開始する。
【００３６】
停止時間乾燥状態記憶手段９２は燃料電池１を起動した時のセパレータ２４ｂの乾燥状態を運転時乾燥状態推定手段９から読み取り、また時間計測手段１１から停止時間を読み取り、停止時間と乾燥状態の関係をメモリなどの記憶媒体に記憶する。これを燃料電池１の起動毎に繰り返し行い、蓄積し、図４に示すような乾燥状態推定曲線を更新する。これにより、気候に対応した特徴のある乾燥状態推定曲線を作成することができ、状況に応じて乾燥状態を正確に推定することができる。
【００３７】
乾燥状態推定手段９３は時間計測手段１１から計測される時間と、停止時間乾燥状態記憶手段９２によって随時更新された図４に示す乾燥状態推定曲線から、燃料電池１停止後のセパレータ２４ｂの乾燥状態を推定する。その推定方法は、或る乾燥状態の閾値を設け、乾燥状態曲線から燃料電池停止後に閾値を超える時間を推定し、実際に時間計測手段１１によって計測された時間が、乾燥状態曲線から推定された時間に達すると、セパレータ２４ｂが乾燥したと推定する。乾燥状態推定曲線は初期状態で記憶されており、その初期状態から随時更新していくが、更新された乾燥状態推定曲線を初期化することも可能である。また乾燥状態推定曲線を複数記憶させておき、その中から運転者が選択可能とすることもできる。そして、乾燥状態推定手段９３によって推定されたセパレータ２４ｂの乾燥状態が、或る閾値を超えて乾燥していると推定されたときには、燃料電池運転手段８に信号を伝達する。
【００３８】
乾燥状態推定手段９３によってセパレータ２４ｂが乾燥していると推定されると、燃料電池運転手段８に備えた停止時水分供給制御手段８２によってウォータポンプ４を起動し、純水タンク５から純水流路２５ａ、２５ｂへ純水を供給し、セパレータ２４ａ，２４ｂを或る設定された湿潤状態にする。このようにして、燃料電池１の停止後にもセパレータ２４ａ，２４ｂを加湿することができる。また、或る設定された湿潤状態まで必ず加湿するので、繰り返し純水供給を行っても、正確な乾燥状態を推定することができる。ここで或る設定された湿潤状態とは運転時に水供給を行う場合の運転に適した湿潤状態とする。
【００３９】
本発明の第２実施形態の効果について説明する。
【００４０】
燃料電池１が停止しても、停止時間から燃料電池１のセパレータ２４ｂの乾燥状態を推定し、セパレータ２４ｂが或る乾燥状態よりも乾燥しているときには純水タンク５から純水を供給し、セパレータ２４ａ，２４ｂを加湿するので燃料電池１を起動する際に素早く起動することができ、また、乾燥による燃料電池１の劣化を防ぐことができる。
【００４１】
また、燃料電池１の起動時に前回の純水供給からの時間と、その時間に対する起動時のセパレータ２４ｂの乾燥状態を記憶していくので、使用する季節や地域の気候に対応して停止時の乾燥状態をより正確に推定することができる。
【００４２】
本発明の第３実施形態について図５のシステム構成図を基に説明する。第３実施形態は第２実施形態の構成に加え、バッテリ１２を備える。更にコントロールユニット２０にはバッテリ充電量推定手段であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）推定手段１３を備える。
【００４３】
バッテリ１２は、燃料電池１の稼働時に充電され、燃料電池１の停止時の停止時水分供給手段８１によってセパレータ２４ａ，２４ｂに純水を供給する際の電力、または燃料電池１の起動時には各アクチュエータなどに電力を供給する。
【００４４】
ＳＯＣ推定手段１３は、バッテリ１２の充電状態をバッテリ電圧から推定する。燃料電池１の停止時に停止時乾燥状態推定手段９３によって推定されたセパレータ２４ｂの乾燥状態が、或る閾値の乾燥状態を超えた場合には、停止時水分供給手段８１によってセパレータ２４ｂに純水が供給されるが、セパレータ２４ｂに純水を供給するための乾燥状態の閾値を図６に示すようにＳＯＣ推定手段１３によって推定されたバッテリ電圧によって変化させる。ここでは、バッテリ電圧が低いときには燃料電池１に純水を供給する閾値を高く設定し、停止時水分供給手段８１による純水供給の回数を減らし、燃料電池１の起動時に必要な電力を確保できるようにする。
【００４５】
本発明の第３実施形態の効果について説明する。
【００４６】
ＳＯＣ推定手段１３からバッテリ１２の充電量を推定し、その充電量が少ない場合には燃料電池１停止後にセパレータ２４ａ，ｂに純水を供給する際には、より乾燥した状態になってから純水を供給するのでバッテリ１２の充電量の消費を削減することができる。
【００４７】
本発明の第４実施形態について図７のシステム構成図を基に説明する。
【００４８】
第４実施形態では第２実施形態の構成に加え、純水流路２５の圧力を検出する圧力センサ６ｃと、純水流路２５ａ，２５ｂの圧力を制御する圧力制御弁７ｄと、を備える。また、コントロールユニット２０には第２実施形態に加え、水・水素・空気供給制御手段８３と、水・水素・空気圧力制御手段８４と、を備える。
【００４９】
燃料電池１を起動するときには運転時乾燥状態推定手段９１からセパレータ２４ｂの乾燥状態を推定するが、セパレータ２４ｂが或る所定の乾燥状態よりも乾燥している場合は、水・水素・空気供給手段８３によってカソード２１とアノード２２に、それぞれ空気と水素を供給する前に純水タンク５から純水を純水流路２５ａ，２５ｂに供給し、セパレータを加湿する。そして十分にセパレータが湿潤状態となった後に必要な空気と水素を供給する。ここでの或る所定の乾燥状態とは、乾燥状態推定手段９３で燃料電池１へ純水を供給する場合の乾燥状態とは異なる乾燥状態であり、燃料電池１の起動を速やかに行うことのできるために必要なセパレータ２４ｂの状態をいう。
【００５０】
また、水・水素・空気圧力制御手段８４では、圧力制御弁７ａ，７ｂ，７ｄを調整し、カソード２１とアノード２２内の圧力は前記（１）、（２）式で電極反応による発電効率が良い圧力であり、純水流路２５内の圧力は、カソード２１とアノード２２に供給された空気と水素が純水流路２５ａ，２５ｂへ流れ込まないようにカソード２１圧力とアノード２２圧力よりも高い圧力となるように制御する。
【００５１】
本発明の第４実施形態の効果について説明する。
【００５２】
燃料電池１の起動時にセパレータ２４ａ，２４ｂが乾燥している場合は、空気や水素をカソード２１とアノード２２に供給する前に、純水流路２５ａ，２５ｂへ純水を供給しセパレータ２４ａ，２４ｂを加湿するので、空気や水素が純水流路２５ａ，２５ｂへの流出を防ぐことができる。また、純水流路２５ａ，２５ｂの圧力をカソード２１とアノード２２の圧力よりも高くするので、空気や水素が純水流路２５ａ，２５ｂへの流出をより防ぐことができる。
【００５３】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
燃料電池を使用した様々な分野において利用することができる。特に、停止、起動の回数が多く、その間隔が不規則な自動車に搭載する際に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態のシステム構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態のセパレータの乾燥状態を推定するグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態のシステム構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態のセパレータの乾燥状態記憶を示すグラフである。
【図５】本発明の第３実施形態のシステム構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態のＳＯＣを考慮した場合の水供給を決定するグラフである。
【図７】本発明の第４実施形態のシステム構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１      燃料電池
２      水素タンク
３      コンプレッサ
４      ウォータポンプ
５      純水タンク
６      圧力センサ
７      圧力制御弁
８      燃料電池運転手段
９      運転時乾燥状態推定手段
１０    運転中止手段
１１    時間計測手段
８１    水供給制御手段
８２    停止時水供給制御手段
９２    停止時乾燥状態記憶手段
９３    停止時乾燥状態推定手段
【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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