(57)【要約】【課題】燃料電池のカソード側内部にある空気を吸引し、カソード側内部の酸素量を低減させることで炭素被毒を抑制する燃料電池システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】燃料電池と、燃料電池のアノード側内部に水素を供給する水素供給手段と、燃料電池のカソード側内部に空気を供給する空気供給手段と、カソード側内部から排出される空気の圧力を調節する空気調圧弁と、燃料電池が発電し始めるまでの少なくとも一部の期間においてカソード側内部の少なくとも一部の空気の圧力が負圧となるように空気供給手段及び空気調圧弁を制御する制御手段とを有する。【選択図】図１
2005158552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池のアノード側内部に水素を供給する水素供給手段と、
前記燃料電池のカソード側内部に空気を供給する空気供給手段と、
前記カソード側内部から排出される前記空気の圧力を調節する空気調圧弁と、
前記燃料電池が発電し始めるまでの少なくとも一部の期間において、前記カソード側内部の少なくとも一部の前記空気の圧力が負圧となるように、前記空気供給手段及び前記空気調圧弁を制御する制御手段
とを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池側若しくは前記燃料電池のバイパス側に選択的に前記空気を供給し、且つ前記バイパス側を選択している時に前記燃料電池側から前記バイパス側への前記空気の流れを許容する空気三方弁と、
前記空気三方弁と前記燃料電池を接続する空気供給配管と、
前記空気三方弁から前記燃料電池をバイパスして前記空気を排気するバイパス配管とを更に有し、
前記燃料電池が発電し始めるまでの少なくとも一部の期間において、前記制御手段は、前記空気調圧弁を全閉状態としつつ前記バイパス側に空気を供給するように前記空気三方弁を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記燃料電池システムが起動する時に前記燃料電池に前記水素と前記空気を同時に供給し始めるか、若しくは前記空気を供給し始めた後に前記水素を供給し始めるように前記水素供給手段及び前記空気供給手段を制御することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記バイパス配管に接続された、前記燃料電池を加湿するための水を保持する貯水手段を更に有することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段は、負圧となるように制御を行う時、前記空気供給手段が供給する前記空気の圧力を上げることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記アノード側に接続された、前記燃料電池から排出された排水素を希釈する希釈手段を更に有し、
前記希釈手段は前記バイパス配管に接続されていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池のアノード側内部に水素を供給する水素供給手段と、前記燃料電池のカソード側内部に空気を供給する空気供給手段と、前記カソード側から排出される前記空気の圧力を調節する空気調圧弁とを備えた燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池システムが起動してから前記燃料電池が発電し始めるまでの少なくとも一部の期間において、前記カソード側内部の少なくとも一部の前記空気の圧力が負圧となるように前記空気供給手段及び前記空気調圧弁を制御する空気圧制御段階を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
前記燃料電池システムは、前記燃料電池側若しくは前記燃料電池のバイパス側に選択的に前記空気を供給し、且つ前記バイパス側を選択している時に前記燃料電池側から前記バイパス側への前記空気の流れを許容する空気三方弁を更に有し、
前記空気圧制御段階は、前記空気調圧弁を全閉状態としつつ前記バイパス側に空気を供給するように前記空気三方弁を制御する段階であることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項９】
前記燃料電池システムが起動する時に前記燃料電池に前記水素と前記空気を同時に供給し始めるか、若しくは前記空気を供給し始めた後に前記水素を供給し始めるように前記水素供給手段及び前記空気供給手段を制御する燃料供給段階を更に有することを特徴とする請求項８記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１０】
前記空気圧制御段階は、前記空気供給手段が供給する前記空気の圧力を上げる手順を含むことを特徴とする請求項７記載の燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びその制御方法に係り、特に、燃料電池システムの起動時における制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率のエネルギー変換装置として、燃料電池が注目を集めている。特に、電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池は、コンパクトな構造で高出力密度が得られ、かつ簡略なシステムで運転が可能なことから、定置用分散電源だけでなく自動車用や家庭用などの電源として注目されている。また、固体高分子電解質膜以外のプロトン伝導性を有する膜を用いた燃料電池や、直接メタノール型燃料電池なども合わせて脚光を浴びている。その中でも自動車用の燃料電池は、世界規模でのアライアンスが組まれるなどグローバルな開発競争が展開されている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池は、一般的に、水素を含有する燃料ガス及び酸素を含有する酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池本体がその周辺システム及び周辺機器と一体となった燃料電池システムとして構成されている。燃料電池本体は、固体高分子電解質膜の両面に燃料極（アノード）並びに酸化剤極（カソード）に相当する２枚のガス拡散電極を配置した電極構造体がアノード及びカソードに燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ供給する為のガス流路を備えたセパレータ及び冷却媒体である不凍液が流通する冷却板を介して複数積層されてなる並設積層構造体を有する。
【０００４】
従来から、白金等の触媒粒子を担持させた炭素粒子（カーボンブラック等）が分子構造中にフッ素を含むイオン導電性高分子バインダーにより一体化されている一対の電極触媒層と、両電極触媒層に挟持された高分子電解質膜と、アノード並びにカソードに相当するガス拡散電極を備える高分子型燃料電池用の電極構造体が知られている（例えば、特許文献１等を参照）。
【特許文献１】特開２００２−３７３６７４号公報（例えば、段落[0022]及び第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
停止時にカソードとアノードにそれぞれ酸素と水素が残ったままで負荷をつながないで放置したとき、また、起動時にアノードに水素を供給し始めたとき、アノードには水素と酸素が混在した状態となる。そして、アノードからカソードへプロトンＨ+が移動し、移動したＨ+とカソードの酸素が反応して水が生成される。この反応では電子ｅ-が必要とされるが、負荷がつながっていないため電子ｅ-が負荷を通じて移動してこない。そのため、カソードに存在する水と電解質膜上の炭素とが反応し(Ｃ＋２Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋４Ｈ+＋４ｅ-)、この反応により生成された電子ｅ-がカソード水生成反応に使われる。このとき電解質膜上の炭素が奪われて、電解質膜が劣化する。アノードでは混在している酸素と、カソードから移動したＨ+と、水素のプロトン化で生じた電子ｅ-が反応して水が生成される。開放端電圧が高いと電子の移動が起こりすくなり、これらの化学反応が促進されて電解質膜触媒の炭素被毒がおこる。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、燃料電池のカソード側内部にある空気を吸引し、カソード側内部の酸素量を低減させることで炭素被毒を抑制する燃料電池システム及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の特徴は、燃料電池と、この燃料電池のアノード側内部に水素を供給する水素供給手段と、燃料電池のカソード側内部に空気を供給する空気供給手段と、カソード側内部から排出される空気の圧力を調節する空気調圧弁と、燃料電池が発電し始めるまでの少なくとも一部の期間においてカソード側内部の少なくとも一部の空気の圧力が負圧となるように空気供給手段及び空気調圧弁を制御する制御手段とを有する燃料電池システムであることを要旨とする。
【０００８】
本発明の第２の特徴は、燃料電池のアノード側内部に水素を供給する水素供給手段と、燃料電池のカソード側内部に空気を供給する空気供給手段と、カソード側から排出される空気の圧力を調節する空気調圧弁とを備えた燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池システムが起動してから燃料電池が発電し始めるまでの少なくとも一部の期間において、カソード側内部の少なくとも一部の空気の圧力が負圧となるように空気供給手段及び空気調圧弁を制御する空気圧制御段階を有することを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料電池のカソード側内部にある空気を吸引し、カソード側内部の酸素量を低減させることで炭素被毒を抑制する燃料電池システム及びその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。
【００１１】
＜燃料電池システム＞
図１に示すように、本発明の実施の形態に係わる燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１のアノード３２ａ側内部に水素を供給する水素供給手段（例えば、水素タンク）２と、燃料電池１のカソード３２ｂ側内部に空気を供給する空気供給手段（例えば、コンプレッサ）１０と、カソード３２ｂ側内部から排出される空気の圧力を調節する空気調圧弁１１と、燃料電池１が発電し始めるまでの少なくとも一部の期間において、カソード３２ｂ側内部の少なくとも一部の空気の圧力が負圧となるようにコンプレッサ１０及び空気調圧弁１１を制御する制御手段３８と、燃料電池１側若しくは燃料電池のバイパス側に選択的に空気を供給し、且つバイパス側を選択している時に燃料電池１側からバイパス側への空気の流れを許容する空気三方弁２３と、空気三方弁２３と燃料電池１を接続する空気供給配管４０と、空気三方弁２３から燃料電池１をバイパスして空気を排気するバイパス配管４１と、バイパス配管４１に接続された、燃料電池１を加湿するための水を保持する貯水手段（例えば、純水タンク）１３と、アノード側に接続された、燃料電池１から排出された排水素を希釈する希釈手段（例えば、希釈ブロア）９とを少なくとも有する。
【００１２】
燃料電池システムは、水素を含有する燃料ガス及び酸素を含有する酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池本体がその周辺システム及び周辺機器と一体となって構成されている。ここで図１に示す燃料電池１は、「燃料電池本体」に相当する。燃料電池１は、固体高分子電解質膜（以後、「電解質膜」と略す）３１と、電解質膜３１の両面を挟持する燃料極（アノード）３２ａ並びに酸化剤極（カソード）３２ｂに相当する２枚のガス拡散電極と、２枚のガス拡散電極３２ａ、３２ｂの外側に配置された多孔質プレートからなるセパレータ３３と、カソード側のセパレータ３３に隣接する純水極３４と、純水極３４に隣接するソリッドプレートからなるセパレータ３５と、セパレータ３５に隣接する冷却水流路３６とを有する。
【００１３】
電解質膜３１の両面には反応触媒としてプラチナ触媒が塗られる。プラチナ触媒は高価であるため、一般的には微細な炭素を担体とし、炭素の表面プラチナ触媒を塗布して反応面積を大きくとることにより、少量のプラチナ触媒でも反応効率を高められるようにしている。アノード３２ａに水素ガスが、カソード３２ｂに空気が供給され、（１）式及び（２）式に示す電極反応が進行され、発電される。
【００１４】
アノード（水素極）：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-                     （１）
カソード（酸素極）：２Ｈ+＋２ｅ-＋(1/2)Ｏ2→Ｈ2Ｏ         （２）
アノード３２ａへの水素の供給は、水素タンク２、水素タンク元弁３、減圧弁２２、水素供給弁４を通じてなされる。水素タンク２から供給される高圧水素は、減圧弁２２で機械的に所定の圧力まで減圧され、水素供給弁４で燃料電池１のアノード側内部での水素圧力が所望の水素圧に制御される。アノード３２ａへの供給口と排出口との間には、エゼクタ５及び水素循環ポンプ８が接続されている。エゼクタ５及び水素循環ポンプ８は、アノード３２ａで消費されなかった水素を再循環させるためにそれぞれ設置されている。水素循環ポンプ８はエゼクタ５が作動しない領域において水素の再循環を補う。制御手段３８は、圧力センサ６ａで検出した水素圧力をフィードバックして水素供給弁４を駆動することによってアノード３２ａの水素圧を制御する。水素圧を一定に制御することによって、燃料電池１が消費した分だけの水素が自動的に補われる。アノード３２ａの排出口にはパージ弁７が接続されている。パージ弁７の役割は、（Ａ）水素循環機能を確保するために、水素系内に蓄積した窒素を排出すること、（Ｂ）セル電圧を回復させるために、ガス流路に詰まった水詰まりを吹き飛ばすこと、及び（Ｃ）燃料電池１の劣化を防止するために、起動時及び停止時にカソード３２ｂ側内部の酸素を電力消費させつつ水素系内のガスを水素置換させることである。パージ弁７の先には希釈ブロア９が接続されている。希釈ブロア９は、パージ弁７から排出される水素の濃度を可燃濃度未満になるように空気で希釈してから水素をシステム外へ排出する。
【００１５】
カソード３２ｂへの空気の供給は、コンプレッサ１０によりなされる。コンプレッサ１０の下流には空気三方弁２３が設置され、空気供給配管４０は空気三方弁２３の一方の排出口と燃料電池１とを繋ぎ、バイパス配管４１は空気三方弁２３の他方の排出口と純水タンク１３とを繋いでいる。空気三方弁２３については図２（ａ）を参照して後述する。制御手段３８は、圧力センサ６ｂで検出した空気圧力をフィードバックして空気調圧弁１１を駆動することによって、カソード３２ｂ側内部の空気圧を制御する。
【００１６】
純水極３４への純水の供給は、純水タンク１３、純水ポンプ１２を介してなされる。制御手段３８は、空気力、水素力、純水圧を、発電効率や水収支を考慮して設定するとともに、電解質膜３１やセパレータ３３、３５に歪みを生じないように所定の差圧に管理する。純水回収弁１４ａ、１４ｂ、１４ｃを駆動することによって、燃料電池１の純水極３４及び純水系配管内の純水を空気圧で純水タンク１３へ回収する。純水が純水極３４に残ったままの状態でシステムを停止すると、氷点下においては純水が膨張して燃料電池１が壊れる可能性があるため、システム停止時には純水を純水タンク１３へ回収する。純水回収弁１４ｄ、１４ｂは、シャット機能を備える純水シャット弁である。システムの起動時或いは停止時に純水が純水極３４に循環しておらず水素をアノード３２ａへ供給する場合に、純水シャット弁１４ｂ、１４ｄの両方を閉じることによって、純水系配管内への水素のリークを抑制する。
【００１７】
冷却水流路３６への冷却水の供給は、冷却水ポンプ１５によりなされる。冷却水の流路上には、冷却水ポンプ１５と、冷却水三方弁１６と、ラジエタ１７とが接続されている。冷却水三方弁１６は、冷却水の流路をラジエタ１７方向とラジエタバイパス方向に切り替え或いは分流する。ラジエタファン１８はラジエタ１７へ風を通過させてラジエタ１７内の冷却水を冷やす。制御手段３８は、温度センサ１９で検出した冷却水温度をフィードバックして冷却水三方弁１６とラジエタファン１８を駆動することによって冷却水の温度を調整する。
【００１８】
燃料電池１が生成した電力は、パワーマネージャー２０によって取り出される。パワーマネージャー２０は、車両を駆動するモータ（図示しない）へこの電力を供給する。燃料電池パワープラントシステムの起動時或いは停止時に電圧センサ２１で検出された燃料電池の電圧及び経過時間に応じて、燃料電池１から電力を取り出して、カソード３２ｂ内部の酸素を消費させる。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、空気三方弁は空気の流れを制御する駆動弁３７を有する。駆動弁３７は純水タンク１３側には閉じきれるが、燃料電池１側には閉じきれない。図２（ｂ）に示すように、通常時において、駆動弁３７は純水タンク１３側を閉じきり、コンプレッサ１０から供給される空気を総て燃料電池１へ転送する。図２（ｃ）に示すように、カソード３２ｂ側内部の空気を吸引する吸引時において、空気三方弁はコンプレッサ１０から供給される空気を純水タンク１３へ転送する。氷点下において純水タンク１３が凍結している場合では、コンプレッサ１０からの空気を純水タンク１３に供給することで空気の温度を上昇させて純水の解凍補助を行う。この時、ベンチュリー効果による負圧が発生してカソード３２ｂ側の空気は純水タンク１３へ吸引される。したがって、カソード３２ｂ側内部の空気の圧力が負圧となる。
【００２０】
＜燃料電池システムの制御方法＞
次に、図３のフローチャートを参照して、図１及び図２に示した燃料電池システムの制御方法を説明する。
【００２１】
（イ）先ずＳ１段階において、図１に示す燃料電池システムを起動する。
【００２２】
（ロ）Ｓ２段階において、燃料電池システムが有する圧力センサ６ａ、６ｂ及び温度センサ１９の測定値や、前回停止した時間から現在（燃料電池）までの時間Ｔｅを読み込む。
【００２３】
（ハ）Ｓ３段階において、燃料電池システムが停止していた時間Ｔｅが所定の閾値Ｔｉ１以上であるか否かを判断する。時間Ｔｅが閾値Ｔｉ１未満である場合（Ｓ３段階においてＮＯ）、Ｓ７に進み、時間Ｔｅが閾値Ｔｉ１以上である場合（Ｓ３段階においてＹＥＳ）、Ｓ４に進む。ここでの閾値Ｔｉ１は例えば、５時間に設定する。
【００２４】
（ニ）Ｓ４段階において、制御手段３８は、コンプレッサ１０を駆動した時にカソード３２ｂ側内部の少なくとも一部の空気の圧力が負圧となるように、空気調圧弁１１及び空気三方弁２３を制御する。Ｓ４段階を「空気圧制御段階」と呼ぶ。具体的には、空気圧制御段階は、空気調圧弁１１の開度は全閉状態とし、ベンチュリー効果により燃料電池１のカソード３２ｂ側内部から純水タンク１３側へ空気が供給されるように空気三方弁２３の駆動弁の開度を調節する。
【００２５】
（ホ）Ｓ５段階において、燃料電池１のアノード３２ａ側内部に水素を供給すると同時に、コンプレッサ１０から空気を供給することで燃料電池１のカソード３２ｂ側にベンチュリー効果による負圧を発生させて燃料電池１のカソード３２ｂ側に存在している空気を吸引し、純水タンク１３への空気の供給を開始する。Ｓ５段階を「燃料供給段階」と呼ぶ。燃料供給段階は、コンプレッサ１０が供給する空気の圧力を上げる手順を含む。すなわち、コンプレッサ１０を通常時の空気供給圧力よりも高い圧力において動作させる。なお、燃料供給段階は、燃料電池システムが起動してから燃料電池１が発電し始めるまでの総ての期間或いは一部の期間において実施される。
【００２６】
（へ）Ｓ６段階において、コンプレッサ１０から空気を供給開始した時間Ｔｔが閾値Ｔｉ２よりも長いか否かを判断する。閾値Ｔｉ２よりも長い場合（Ｓ６段階においてＹＥＳ）、Ｓ７に進み、閾値Ｔｉ２以下である場合（Ｓ６段階においてＮＯ）、コンプレッサ１０からの空気供給を継続する。ここでの閾値Ｔｉ２は例えば３０秒とする。
【００２７】
（ト）Ｓ７段階において、空気調圧弁１１及び空気三方弁２３の開度調節を行う。例えば空気調圧弁１１は全開状態とし、空気三方弁２３の開度は燃料電池側に空気が供給されるように調節される。
【００２８】
（チ）Ｓ８段階において、純水ポンプ１２を駆動して燃料電池１の純水極３４への純水供給を開始する。
【００２９】
なお、Ｓ５段階において燃料電池１に水素と空気を同時に供給し始めたが、本発明はこれに限定されるものではない。空気を供給し始めた後に水素を供給し始めるように水素供給手段及び空気供給手段（コンプレッサ）１０を制御しても構わない。
【００３０】
以上説明したように、システム起動時に燃料電池１のカソード３２ｂ側内部の総て若しくは一部が負圧となる制御を行うことで、カソード３２ｂ内の空気を吸引することによりカソード３２ｂ内の酸素量を低減させて開放端電圧の上昇を抑えることにより燃料電池１のカソード３２ｂ側で発生する炭素被毒を抑制することが出来る。
【００３１】
システムを起動してから燃料電池１が発電し始めるまでの総ての期間或いは一部の期間において、制御手段３８は、空気調圧弁１１を全閉状態としつつバイパス側（純水タンク１３側）に空気を供給するように空気三方弁２３を制御する。このことにより、簡単な構成で燃料電池１のカソード３２ｂ側の総て若しくは一部を負圧とすることが出来る。
【００３２】
制御手段３８は、燃料電池システムが起動する時に燃料電池１に水素と空気を同時に供給し始めるか、若しくは空気を供給し始めた後に水素を供給し始めるように水素供給手段（例えば、水素供給弁４など）及びコンプレッサ１０を制御する。このことにより、水素供給は空気供給以降とするように制御するので、負圧によるカソード３２ｂ側の空気吸引による酸素量の低減と、空気吸引と同時もしくは空気吸引後からアノード３２ａ側から水素を供給するので、高濃度の酸素がある状態で水素が供給されることが無く、高電位となることが抑制される。
【００３３】
さらに、水素と酸素が反応し酸素が消費されることによる酸素濃度の低減により、より短時間にカソード２３ｂ内酸素濃度を低下させることが出来る。
【００３４】
制御手段３８は、負圧となるように制御を行う時、コンプレッサ１０が供給する空気の圧力を上げる。燃料電池システムは、コンプレッサ１０の供給圧力を上げて、空気温度を上昇させる制御を行うので、温度の高い空気を供給することが可能なため、燃料電池１のカソード３２ｂ側から空気を吸引すると共に、氷点下で凍結している純水の解凍時間をより短縮することが出来る。
【００３５】
図５（ａ）に示すように、燃料電池システムの停止時、放置時、或いは起動時においてカソード３２ｂとアノード３２ａにそれぞれ酸素と水素が残ったままで負荷をつながないで放置したとき、また、燃料電池システムの起動時においてアノード３２ａに水素を供給し始めたとき、アノード３２ａは水素と酸素が混在した状態となる。したがって、アノード３２ａからカソード３２ｂへプロトンＨ+が移動し、移動したＨ+とカソード３２ｂの酸素とが反応して水が生成される。この反応では電子ｅ-が必要とされるが、負荷がつながっていないため電子ｅ-が負荷を通じて移動してこない。そのため、カソード３２ｂに存在する水とプラチナ触媒を炭素担体が担持した電極触媒層３９とが反応し、この反応で生成された電子ｅ-がカソード水生成反応に使われる。このとき電極触媒層３９の炭素が奪われて、電解質膜３１が劣化する。アノード３２ａでは混在している酸素と、カソードから移動したＨ+と、水素のプロトン化で生じた電子ｅ-が反応して水が生成される。開放端電圧が高いと電子の移動が起こりすくなり、これらの化学反応が促進されて電解質膜３１の炭素被毒が激しくなる。電解質膜３１の炭素被毒は燃料電池システムのＩ−Ｖ特性に影響を及ぼす、すなわち、電圧が下がり、大きな発電電力を得ることができなくなる。
【００３６】
図５（ｂ）に示すように、燃料電池システムの停止（放置）時において、（１）カソード３２ｂ内に酸素が残留しており、（２）アノード３２ａ内に水素が残留して酸素が外部から進入し、（３）電力の取り出しがなく（負荷の接続なし）、（４）開放端電圧が高い場合、逆電流が流れて電解質膜３１上のプラチナ触媒担体の炭素が炭素被毒を起こす。これに対する対処法としては、（Ａ）カソード３２ｂ側内部の酸素を消費する、（Ｂ）カソード３２ｂ側内部の酸素消費により開放端電圧を低減する、（Ｃ）カソード３２ｂとアノード３２ａの間に短絡抵抗を接続する、などがある。
【００３７】
一方、燃料電池システムの起動時において、（１）カソード３２ｂ内に酸素が外部から進入し、（２）アノード３２ａ内に水素を供給すると酸素と混ざり合い、（３）電力の取り出しがなく（電力取出しよりも水素の供給が先に行われている）、（４）開放端電圧が高い場合、逆電流が流れて電解質膜３１上のプラチナ触媒担体の炭素が炭素被毒を起こす。これに対する対処法としては、（Ａ）カソード３２ｂ側内部の酸素を消費する、（Ｂ）アノード３２ａ側内部の水素を置換する、（Ｃ）カソード３２ｂ側内部の酸素消費により開放端電圧を低減する、などがある。
【００３８】
上記問題に対して、本発明の実施の形態に係わる燃料電池システム及びその制御方法によれば、空気調圧弁１１を閉じきりとし、空気三方弁２３の開度を調節して空気供給手段（コンプレッサ）１０から空気を供給することで、燃料電池１のカソード３２ｂ側内部にある空気を吸引し、カソード３２ｂ側内部の酸素量を低減させることで炭素被毒を抑制することが出来る。
【００３９】
また、燃料電池は電解質膜３１を加湿しないと、燃料電池自身から発電と同時に発生する熱や供給ガスによる水分持ち出しにより、電解質膜が乾燥してしまい性能劣化が起こる。そのため外部より加湿用純水を供給する必要がある。しかし氷点下で加湿用純水が凍結してしまった場合、燃料電池に加湿用純水を供給する事が出来ないため、燃料電池加湿用純水を早急に解凍する必要がある。本発明の実施の形態に係わる燃料電池システム及びその制御方法によれば、燃料電池の劣化抑制時に空気三方弁２３を調節し、コンプレッサ１０から空気を供給する事で、燃料電池１のカソード３２ｂ側内部の空気を吸引すると同時に、コンプレッサ１０で０℃以上に温度を持ち上げた空気を純水タンク１３に供給することにより、純水タンク１３内の純水解凍の一助となる。また空気三方弁２３の開度調節を行い、コンプレッサ１０の吐出圧を高めることにより、より高い温度の空気を純水タンク１３に供給することが可能である。
【００４０】
（変形例）
図４に示すように、本発明の実施の形態の変形例に係わる燃料電池システムは、図１に示す燃料電池システムに比べて、希釈ブロア９と空気三方弁２３を繋ぐ配管が付与される点が異なり、他の構成は同じであり説明を省略する。
【００４１】
図１の燃料電池システムでは、燃料電池１のカソード３２ｂ側から空気を吸引することで、開放端電圧の上昇を抑え燃料電池１の炭素被毒を抑制していたが、図４の燃料電池システムでは、炭素被毒の抑制のために燃料電池１のカソード３２ｂ側に負圧を発生させて空気を吸引すると共に、吸引した空気を希釈ブロワ９に供給することでより高い希釈効果を得ることができる。
【００４２】
すなわち、燃料電池１の炭素被毒の抑制のためにアノード３２ａ側に供給する水素を燃料電池１のカソード３２ｂ側で吸引した空気を用い、排気される水素と混合することで水素濃度を低減して排気することが出来る。
【００４３】
上記のように、本発明は、１つの実施の形態及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係わる燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示した空気三方弁の構成を示す断面図であり、図２（ｂ）は通常時の駆動弁の位置及び空気の流れを示す断面図であり、図２（ｃ）は吸引時の駆動弁の位置及び空気の流れを示す断面図である。
【図３】図１及び図２に示した燃料電池システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態の変形例に係わる燃料電池システムを示すブロック図である。
【図５】図５（ａ）は燃料電池の炭素被毒の反応過程を説明するための図であり、図５（ｂ）は炭素被毒を起こす為の条件及びその解決手段をまとめた図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：燃料電池
２：水素タンク
３：水素タンク元弁
４：水素供給弁
５：エゼクタ
６ａ、６ｂ：圧力センサ
７：パージ弁
８：水素循環ポンプ
９：希釈ブロワ
１０：コンプレッサ
１１：空気調圧弁
１２：純水ポンプ
１３：純水タンク
１４ａ〜１４ｄ：バルブ
１５：冷却水ポンプ
１６：冷却水三方弁
１７：ラジエタ
１８：ラジエタファン
１９：温度センサ
２０：パワーマネージャー
２１：電圧センサ
２２：減圧弁
２３：空気三方弁
３１：電解質膜
３２ａ：アノード
３２ｂ：カソード
３３：セパレータ（多孔質プレート）
３４：純水極
３５：セパレータ（ソリッドプレート）
３６：冷却水流路
３７：駆動弁
３８：制御手段
【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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