(57)【要約】【課題】燃料電池の運転を開始するときから、燃料電池の酸化剤極の湿分を適正に調整することができ、発電効率を高めるのに有利な燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】燃料電池発電システムは、燃料電池１と、燃料電池１に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路２と、燃料電池１に燃料ガスを供給する燃料ガス通路３と、負荷給電以前に、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（燃料電池１の運転時の状態、燃料電池の運転終了時の状態、燃料電池の運転停止中の周囲環境の状態などのうちの少なくとも一つ）に応じて、ガスを燃料電池１に供給して湿分を調整する湿分調整処理を実行する湿分調整手段とを具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と電解質膜を挟む燃料極及び酸化剤極とをもつ燃料電池と、前記燃料電池の前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路と、前記燃料電池の前記燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス通路とを具備し、負荷給電以前にガスを前記燃料電池に供給して前記燃料電池の内部の湿分を調整する燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池の起動開始前の経過履歴に応じてガスの乾燥力を調整する湿度調整処理を行う湿分調整手段を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
請求項１において、前記燃料電池の起動開始前の前記経過履歴は、前記燃料電池の運転時の状態、前記燃料電池の運転終了時の状態、及び、前記燃料電池の運転停止中の周囲環境の状態のうちの少なくとも一つであることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項３】
請求項１または２において、改質原料を改質して燃料ガスを生成する改質器が設けられており、前記燃料電池の運転を開始するとき、前記湿分調整手段は、前記改質器の立ち上がり運転に時間的に重複させて湿度調整処理を実行することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、前記燃料電池の運転を終了するとき前記改質器及び／または燃料電池にパージガスを供給するパージ処理部が設けられており、前記燃料電池の運転を終了するとき、前記湿分調整手段は、前記パージガス処理部により前記改質器及び／または前記燃料電池にパージガスを供給するパージ処理に時間的に重複させて湿度調整処理を実行することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項において、前記湿分調整手段は、前記燃料電池の内部の湿分を調整するガスの乾燥力を増加させるガス乾燥力増加手段を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項において、前回の運転の終了時の大気の湿度に関する情報と、今回の運転開始時における大気の湿度に関する情報と、前回の運転の終了時から今回の運転開始時までの大気湿度に関する情報とのうちの少なくとも一つの情報に基づいて、前記燃料電池の周囲環境の湿度を判定する周囲環境湿度判定手段が設けられており、
周囲環境の湿度が相対的に高いと前記周囲環境湿度判定手段により判定されるとき、前記湿分調整手段は、前記燃料電池に供給するガスによる乾燥力を相対的に増加させ、且つ、
周囲環境の湿度が相対的に低いと前記周囲環境湿度判定手段により判定されるとき、前記湿分調整手段は、前記燃料電池に供給するガスによる乾燥力を相対的に減少させることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のうちのいずれか一項において、前記燃料電池の濡れ状態を判定する濡れ状態判定手段が設けられており、
前記燃料電池の濡れ状態が相対的に高いと前記濡れ状態判定手段により判定されるとき、前記湿分調整手段は、前記燃料電池に湿分調整ために供給するガスの乾燥力を相対的に増加させ、且つ、
前記燃料電池の濡れ状態が相対的に低いと前記濡れ状態判定手段により判定されるとき、前記湿分調整手段は、前記燃料電池に湿分調整のために供給するガスの乾燥力を相対的に低下させることを特徴とする燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池発電システムでは、燃料ガス通路から燃料ガスを燃料電池の燃料極に供給すると共に、酸化剤ガス通路から酸化剤ガスを燃料電池の酸化剤極に供給する。燃料電池では、発電反応に伴い燃料電池の酸化剤極に水が生成される。燃料電池の酸化剤極に生成水が溜まると、酸化剤ガスの流れが妨げられ、発電効率が低下するおそれがある。生成水により燃料電池の内部においてガスの流れが妨げられることをフラッディングという。フラッディング現象が生じると、燃料電池の電圧の落ち込みが速く、しかも突発的である。
【０００３】
そこでフラッディングを抑制すべく、特許文献１には、加湿器を迂回させて酸化剤ガスを燃料電池に供給する加湿バイパスラインを設けている燃料電池発電システムが開示されている。そして燃料電池の酸化剤極に生成水が溜まり、発電効率が低下したときには、空気を加湿器を介して燃料電池の酸化剤極に供給する他に、運転中に、空気を加湿バイパスラインを介して、つまり、加湿器を介することなく、燃料電池の酸化剤極に供給し、酸化剤極に溜まった生成水を運転中に下流側に押し流すことにしている。
【０００４】
特許文献２には、水が添加された燃料ガスをアノード側に供給するとともに酸化剤ガスをカソード側に供給する起動方法において、設定電圧以上でないと判定されときに燃料ガスへの水の添加を停止させるとともに、設定電圧以上であると判定されたときには、燃料ガスへの水の添加を開始する加水制御ステップを実行する起動方法が開示されている。これによりチャンネル内の水を解消することにしている。
【０００５】
特許文献３には、通常運転停止後に、酸素極に乾燥酸素を供給するとともに燃料極に乾燥水素を供給する燃料電池システムが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３０６５９５号公報
【特許文献２】特開平８−３１５８４３号公報
【特許文献３】特開２００２−２０８４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来技術によれば、フラッディング現象をある程度抑制できるものの、燃料電池の前回の運転時の状態、燃料電池の前回の運転後の停止時の状態などによって、燃料電池の内部の濡れ状態は変化するため、単にガスを燃料電池の内部に供給するだけでは、フラッディング現象を抑制するには限界があり、発電効率を高めるには限界があった。また、燃料電池の前回の運転の経過履歴の如何によっては、運転を開始した後に直ちに電圧が落ち込むことがある。この場合には、燃料電池の内部の濡れ状態を判定している時間的な余裕もない。
【０００７】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、運転の開始当初からフラッディング現象を抑制するのに有利であり、発電効率を高めるのに有利な燃料電池発電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
様相１に係る燃料電池発電システムは、電解質膜と電解質膜を挟む燃料極及び酸化剤極とをもつ燃料電池と、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路と、燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス通路とを具備し、負荷給電以前にガスを燃料電池に供給して燃料電池の内部の湿分を調整する燃料電池発電システムにおいて、燃料電池の起動開始前の経過履歴に応じてガスの乾燥力を調整する湿度調整処理を行う湿分調整手段を有することを特徴とするものである。負荷とは燃料電池により駆動されるものをいう。
【０００９】
この場合、燃料電池の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池の運転時の状態、燃料電池の運転終了時の状態、及び、燃料電池の次の運転再開までの運転停止中の周囲環境の状態のうちの少なくとも一つ）に応じて、湿分調整手段は、ガス（一般的には、空気に代表される酸化剤ガス）を燃料電池に供給して燃料電池の内部の湿分を調整する湿分調整処理を実行する。
【００１０】
ここで、燃料電池の内部の湿分が相対的に高くなるような経過履歴のときには、湿分調整処理では、燃料電池に供給するガスの乾燥力（一般的にはガス流量）を相対的に増加させることができる。これに対して、燃料電池の内部の湿分が相対的に低めになるような経過履歴のときには、湿分調整処理では、燃料電池に供給するガスの乾燥力（一般的にはガス流量）を相対的に減少させることができる。この結果、燃料電池の運転を開始するとき、燃料電池の起動開始前の経過履歴に関わらず、運転の開始当初から、燃料電池の内部における湿分が良好となり、運転の当初からフラッディング現象が抑制される。このため燃料電池の運転の開始当初から運転を良好に行うことができる。
【００１１】
様相２に係る燃料電池発電システムによれば、上記した特徴の他に、改質原料を改質して燃料ガスを生成する改質器が設けられており、燃料電池の運転を開始するとき、湿分調整手段は、改質器の立ち上がり運転時に時間的に重複させて湿度調整処理を実行することを特徴とする。この場合、燃料電池の運転を開始するとき、湿分調整手段は、改質器の立ち上がり運転に時間的に重複させて湿度調整処理を実行する。従って、改質器の立ち上がり運転時にこれと並行して湿度調整処理が実行される。故に、燃料電池の立ち上がり時間が長期化することを防止することができる。更に、湿分調整処理において燃料電池の内部にガスを供給するブロア、ファン、コンプレッサ等の搬送源が改質処理において駆動するため、作動音が発生することが多い。一方、改質器の立ち上がり運転時においても改質器の作動音が発生する。従って湿度調整処理における作動音の発生時期と、改質器の作動音の発生時期とを時間的に重複させることができ、作動音の発生時期の長時間化を抑えることができる。
【００１２】
様相３に係る燃料電池発電システムによれば、上記した特徴の他に、燃料電池の運転を終了するとき改質器及び／または燃料電池にパージガスを供給するパージ処理部が設けられており、燃料電池の運転を終了するとき、湿分調整手段は、パージガス処理部により改質器及び／または燃料電池にパージガスを供給するパージ処理に時間的に重複させて湿度調整処理を実行することを特徴とする。このように湿分調整手段は、パージ処理部によってパージガスを改質器及び／または燃料電池に供給するパージ処理に時間的に重複させて湿分調整処理を実行する。従って、パージ処理に並行して湿度調整処理が実行される。湿分調整処理では酸化剤ガスを燃料電池の酸化剤極に送給するブロア、ファン、コンプレッサ等の搬送源が湿分調整処理において駆動するため、作動音が発生することが多い。一方、パージ処理部によってパージガスを改質器及び／または燃料電池に供給するときにおいても、改質器の作動音が発生する。従って湿度調整処理における作動音の発生時期とパージ処理部による作動音の発生時期とを時間的に重複させることができ、作動音の発生時期の長時間化を抑えることができる。
【００１３】
様相４に係る燃料電池発電システムによれば、上記した特徴の他に、湿分調整手段は、燃料電池に供給して燃料電池の内部の湿分を調整するガスの乾燥力を調整するガス乾燥力増加手段（ガス乾燥力調整手段）を有することを特徴とする。このようにガス乾燥力増加手段によりガスの乾燥力を調整すれば、燃料電池の内部の湿分を調整することができる。ガス乾燥力増加手段は、ガスの単位時間当たり流量、ガスの温度及びガスの湿度のうちの少なくとも一つを調整することができる。ガスの乾燥力を増加させるときには、ガスの単位時間当たりの流量を増加させたり、あるいは、加熱したりすれば良い。
【００１４】
様相５に係る燃料電池発電システムによれば、上記した特徴の他に、前回の運転の終了時の大気の湿度に関する情報と、今回の運転開始時における大気の湿度に関する情報と、前回の運転の終了時から今回の運転開始時までの大気湿度に関する情報とのうちの少なくとも一つの情報に基づいて、燃料電池の周囲環境の湿度を判定する周囲環境湿度判定手段が設けられており、周囲環境の湿度が相対的に高いと周囲環境湿度判定手段により判定されるとき、湿分調整手段は、燃料電池に供給するガスによる乾燥力を相対的に増加させ、且つ、周囲環境の湿度が相対的に低いと周囲環境湿度判定手段により判定されるとき、湿分調整手段は、燃料電池に供給するガスによる乾燥力を相対的に減少させることを特徴とする。
【００１５】
燃料電池の運転停止中においては、周囲環境の湿度に応じて燃料電池内部の濡れ状態が変化することが多い。この場合、周囲環境の湿度が相対的に高いとき、湿分調整手段は、燃料電池の内部に供給するガスによる乾燥力を相対的に増加させる。周囲環境の湿度が相対的に低いとき、湿分調整手段は、燃料電池の内部に供給するガスによる乾燥力を相対的に減少させる。従って、周囲環境の湿度に応じて燃料電池の内部の濡れ状態が変化したときであっても、それに対処することができる。
【００１６】
様相６に係る燃料電池発電システムによれば、上記した特徴の他に、燃料電池の内部の濡れ状態を判定する濡れ状態判定手段が設けられており、前回の運転の終了時において燃料電池の内部の濡れ状態が相対的に高いと濡れ状態判定手段により判定されるとき、湿分調整手段は、燃料電池の内部に供給するガスの乾燥力を相対的に増加させ、且つ、前回の運転の終了時において燃料電池の内部の濡れ状態が相対的に低いと濡れ状態判定手段により判定されるとき、湿分調整手段は、燃料電池の内部に供給するガスの乾燥力を相対的に低下させることを特徴とする。
【００１７】
上記したように濡れ状態判定手段は、燃料電池の内部の濡れ状態を判定する。これにより燃料電池の運転時の濡れ状態、燃料電池の運転終了時の濡れ状態、燃料電池の運転開始前の濡れ状態のうちの少なくとも一つが推定される。燃料電池の内部の濡れ状態が相対的に高いと濡れ状態判定手段により判定されるとき、湿分調整手段は、燃料電池の内部に供給するガスの乾燥力を相対的に増加させる。酸化剤ガスの乾燥力を相対的に増加させるには、ガスの単位時間当たりの流量を増加させれば良い。燃料電池の内部の濡れ状態が相対的に低いと濡れ状態判定手段により判定されるとき、湿分調整手段は、燃料電池の内部に供給するガスの乾燥力を相対的に低下させる。ガスの乾燥力を相対的に減少させるには、ガスの単位時間当たりの流量を減少させたりすれば良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る燃料電池発電システムによれば、負荷給電以前に、燃料電池の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池の運転時の状態、燃料電池の運転終了時の状態、及び、燃料電池の運転停止中の周囲環境の状態のうちの少なくとも一つ）に応じて、湿分調整手段は、ガスを燃料電池の内部に供給して燃料電池の内部の湿分を調整する湿分調整処理を実行する。この結果、燃料電池の運転を開始するとき、運転の開始当初から燃料電池内部の湿分の適正化を図ることができる。ひいては運転の当初から、フラッディング現象を抑制することができ、燃料電池の運転を良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
燃料電池の起動開始前の経過履歴としては、たとえば、燃料電池の運転時の状態、燃料電池の運転終了時の状態、及び、燃料電池の運転停止中の周囲環境の状態のうちの少なくとも一つが挙げられる。
【００２０】
運転中における燃料電池の内部の湿分を参照するときには、たとえば次のように行うことができる。すなわち、運転中における燃料電池の内部の湿分が相対的に高いときには、燃料電池の運転開始前における湿分が相対的に高いと推定されるため、湿分調整処理では、燃料電池に供給するガスの乾燥力（一般的にはガス流量）を相対的に増加させることができる。運転中における燃料電池の内部の湿分が相対的に低いときには、燃料電池の運転開始前における湿分が相対的に低いと推定されるため、湿分調整処理では、燃料電池に供給するガスの乾燥力（一般的にはガス流量）を相対的に減少させることができる。燃料電池の内部に湿分調整のために供給するガスを予熱するガス予熱手段を設けることができる。ガス予熱手段としては、熱交換器を例示することができる。熱交換器としては、改質器用燃焼器等の改質系から排出された排ガスの熱で加熱されるものを例示できる。
【００２１】
更に、燃料電池をこれの内部から予熱させて燃料電池の内部の湿分を調整する燃料電池予熱手段を設けることもできる。燃料電池予熱手段としては、燃料電池の運転中において燃料電池を冷却させる冷却系を流れる水を予熱し、この予熱した水を燃料電池の内部に通水することにより、燃料電池を内部から暖めて燃料電池の内部の湿分を調整する方式を例示できる。
【００２２】
また運転終了時における燃料電池の内部の湿分を参照するときには、たとえば次のように行うことができる。すなわち、運転終了時における燃料電池の内部の湿分が相対的に高いときには、燃料電池の運転開始前における湿分が相対的に高いと推定されるため、湿分調整処理では、燃料電池に供給するガスの乾燥力（一般的にはガス流量）を相対的に増加させることができる。運転終了時における燃料電池の内部の湿分が相対的に低いときには、燃料電池の運転開始前における湿分が相対的に低いと推定されるため、湿分調整処理では、燃料電池に供給するガスの乾燥力（一般的にはガス流量）を相対的に減少させることができる。
【００２３】
更に、燃料電池を設置している周囲環境（一般的には大気の状態）の湿分を参照するときには、たとえば次のように行うことができる。すなわち、燃料電池の運転停止中における周囲環境の状態の湿分が相対的に高いときには、運転停止中の周囲環境の乾燥力は相対的に低いため、運転開始前における燃料電池の内部の湿分が相対的に高いと推定され、従って湿分調整処理では、燃料電池に供給するガスの乾燥力（一般的にはガス流量）を相対的に増加させることができる。また燃料電池の運転停止中における周囲環境の状態（一般的には大気の状態）の湿分が相対的に低いときには、運転停止中の周囲環境の乾燥力は相対的に高いため、運転開始前における燃料電池の内部の湿分が相対的に低いと推定され、従って湿分調整処理では、燃料電池に供給するガスの乾燥力（一般的にはガス流量）を相対的に減少させることができる。なお、ガスの乾燥力を減少させることは、燃料電池に供給される乾燥用のガスの流量を０とすることも含む。
【００２４】
発明を実施するための形態について各実施例に基づいて以下説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は実施例１を説明する。燃料電池発電システムは、電解質膜と電解質膜を挟む燃料極及び酸化剤極とをもつ複数の燃料電池１を積層したスタック１３と、燃料電池１の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路２と、燃料電池１の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス通路３と、燃料電池１の運転を制御する制御装置７とを有する。
【００２６】
図１に示すように、燃料ガス通路３は、改質系４の出口４ａ、入口バルブ３０、燃料電池１の燃料通路の入口１ａに向かう往路３ａと、燃料電池１の燃料通路の出口１ｂ、出口バルブ３３、第１オフガスバルブ３４を経て改質器用燃焼器４３の入口４３ａに至る復路３ｂとを有する。往路３ａと復路３ｂとの間には、燃料電池１を迂回するバイパス通路３５、バイパスバルブ３６が設けられている。
【００２７】
改質系４は、改質原料を燃料ガスとして生成する改質器４０と、改質器４０に改質原料を供給する通路４１と、水蒸気となる原料水を改質器４０に供給する通路４２と、改質器４０を高温状態に維持する改質器用燃焼器４３と、可燃ガスをフィルタ４４を経て改質器用燃焼器４３に供給するブロア４５（空気供給源）とをもつ。
【００２８】
図１に示すように、燃料ガス通路３の復路３ｂは、第２オフガスバルブ３７を介してオフガス燃焼器３８に繋がる。エアブロア３９（空気供給源）が作動すると、空気がオフガス燃焼器３８に供給され、オフガス燃焼器３８における燃焼が良好に行われる。オフガス燃焼器３８から排出された排気ガスの熱で加熱される熱交換器６には、運転中の燃料電池１を冷却するために、燃料電池１の冷却水通路を介して水が循環する水循環系５が設けられている。水循環系５は、循環通路５ａ，５ｂと、オフガス燃焼器３８に隣設してオフガス燃焼器３８からの排気ガスが通過しその排気ガスの熱により加熱される熱交換器６と、水を搬送するポンプなどの水搬送源５１とを有する。
【００２９】
図１に示すように、酸化剤ガス通路２は、ブロア等で形成された酸化剤ガス搬送源２０から燃料電池１の酸化剤通路の入口１ｅに至る往路２ａと、燃料電池１の酸化剤通路の出口１ｆから排気部２８に至る復路２ｂとを有する。
【００３０】
さて、燃料電池１の運転を開始するときには、改質器４０の運転を立ち上げる必要がある。そこで、ブロア４５により供給される可燃ガスを改質器用燃焼器４３で燃焼させることにより改質器４０を高温に加熱し、その状態で、改質原料（例えば天然ガス、都市ガス等）及び原料水が通路４１，４２を介して改質器４０に供給される。すると、原料で生成した水蒸気を用いた改質反応が改質器４０で生じ、改質原料が燃料ガスとして改質され、改質器４０の出口４ａから燃料ガス通路３の往路３ａに向けて供給される。
【００３１】
但し、改質器４０の立ち上がり当初では、改質器４０で改質された改質ガスはその組成が必ずしも安定しない。このため改質器４０の立ち上がり当初では、入口バルブ３０及び出口バルブ３３は閉鎖されており、燃料ガスは燃料電池１に供給されない。また第１オフガスバルブ３４は閉鎖されている。そして改質器４０の運転の立ち上がり当初では、バイパスバルブ３６、第２オフガスバルブ３７が開放している。従って、改質器４０の運転の立ち上がり当初では、燃料ガスは往路３ａ，バイパスバルブ３６、バイパス通路３５、第２オフガスバルブ３７を介してオフガス燃焼器３８に供給され、オフガス燃焼器３８で燃焼する。このようにオフガス燃焼器３８は燃焼加熱され、オフガス燃焼器３８の排気ガスは熱交換器６を通過して熱交換器６を加熱して排気部２８に至る。
【００３２】
ここで、水搬送源５１の作動により水循環系５の水が熱交換器６を通過すると、その水は熱交換されて加熱される。このように熱交換器６で加熱された水は循環通路５ｂを介して燃料電池１の冷却水通路を流れるため、改質器４０の運転の立ち上がり時に、燃料電池１は予熱される。このように燃料電池１の運転を開始するときに燃料電池１が予熱されると、燃料電池１はその内部から乾燥が進行するため、発電を開始したとき、燃料電池１の内部におけるフラッディング現象を抑制するのに貢献できる。熱交換器６は、燃料電池１の内部を乾燥させる乾燥力アシスト手段として機能することができる。このような熱交換器６及び水循環系５は、燃料電池１の運転開始前に燃料電池１を内部から予熱して燃料電池１の内部の湿分を調整する燃料電池予熱手段として機能することができる。
【００３３】
改質器４０の運転の立ち上がり時には、改質器４０の種類にもよるが、一般的には５〜７０分間程度で安定する。改質器４０の運転の立ち上がりが終了すると、改質器４０での改質反応が安定するため、バイパスバルブ３６、第２オフガスバルブ３７が閉鎖され、オフガス燃焼器３８での燃焼が停止されると共に、入口バルブ３０及び出口バルブ３３、第１オフガスバルブ３４が開放して、燃料ガスは改質器４０の出口４ａから往路３ａ、入口バルブ３０を経て燃料電池１の燃料極に供給される。また酸化剤ガス搬送源２０が作動するので、酸化剤ガス通路２の往路２ａから酸化剤ガス（一般的には空気）が燃料電池１の酸化剤極に供給される。これにより燃料電池１により発電反応が生じ、運転が行われる。
【００３４】
ところで燃料電池１が運転の定常運転をしているとき、第２オフガスバルブ３７が閉鎖され、オフガス燃焼器３８での燃焼は停止しており、水循環系５における水は熱交換器６では加熱されないため、水搬送源５１を駆動させて水の循環を継続すれば、水循環系５を循環する水により燃料電池１をその内部から冷却することができる。
【００３５】
燃料電池１が定常運転をしているときには、燃料電池１の燃料極の出口１ｂから吐出された発電反応後の燃料オフガスは、復路３ｂ，開放状態の出口バルブ３３、開放状態の第１オフガスバルブ３４を経て入口４３ａから改質器用燃焼器４３に供給され、改質器用燃焼器４３で燃焼される。このとき一般的にはブロア４５も作動しており、ブロア４５により供給された可燃ガスは改質器用燃焼器４３で燃焼している。但し、燃料オフガスを改質器用燃焼器４３で燃焼させるだけで改質器４０を改質反応に適するように加熱できるときには、ブロア４５を停止させる。
【００３６】
図２は燃料電池１の運転を開始する時における工程を示す。図２に示すように、制御装置７の起動スイッチが時刻Ｔ１で操作されると、時刻Ｔ３を越えた頃、改質器４０の立ち上がり運転は安定することになる。時刻Ｔ１から時刻Ｔ４にかけて、オフガス燃焼器３８での燃焼は継続されて熱交換器６が加熱されているため、熱交換器６を流れる水循環系５の水の温度は次第に上昇する。この結果、改質器４０の立ち上がり運転中において、燃料電池１は次第に予熱される。従って、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４頃まで、水循環系５の水により燃料電池１の内部は乾燥される。なお、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までは、改質器４０の種類等によるが、一般的には、５〜７０分間程度である。
【００３７】
ところで、燃料電池１の運転が継続すると、発電反応により燃料電池１の酸化剤極には水が生成する。燃料電池１の内部において生成水が過剰に溜まると、前述したように、燃料電池１におけるガス通路の流路が生成水で塞がれるフラッディング現象が生じることがある。この場合、燃料電池１の内部におけるガス通過性を影響を与えるおそれがある。燃料電池１の運転を停止しても、この水は燃料電池１の次の運転再開時まで燃料電池１の内部に残留するおそれがある。このように燃料電池１の次の運転再開時まで水が残留すると、燃料電池１の運転を再開したとき、フラッディング現象が生じ易くなるため、燃料電池１のガス通路の流路が水で塞がり、燃料電池１の発電出力に影響を与えるおそれがある。
【００３８】
そこで本実施例によれば、燃料電池１の運転を終了するときには、燃料電池１におけるガス通路の流路が水で塞がれているおそれがある場合、湿分調整手段を構成する制御装置７は、燃料電池１の運転中の経過履歴に応じて、ブロア、ファン、コンプレッサ等の酸化剤ガス搬送源２０を所定時間（例えば３秒〜１２０分間、２０秒〜６０分間、３０秒〜１０分間）駆動させる。これにより制御装置７は、酸化剤ガス（一般的には空気）を燃料電池１の酸化剤極に供給し、燃料電池１の酸化剤極を乾燥させる湿分調整処理を実行するものであり、湿分調整手段として機能することができる。
【００３９】
また本実施例によれば、運転を停止していた燃料電池１の運転を開始するときには、燃料電池１におけるガス通路の流路が水で塞がれているおそれがあるため、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池１の運転中の状態、燃料電池１の運転終了時の状態、燃料電池１の運転停止後の周囲環境の状態などのうちの少なくとも一つ）に応じて、湿分調整手段を構成する制御装置７は、ブロア、ファン、コンプレッサ等の酸化剤ガス搬送源２０を駆動させる。これにより酸化剤ガス（一般的には空気）を燃料電池１の酸化剤極に供給し、燃料電池１の酸化剤極を乾燥させる湿分調整処理を実行する。
【００４０】
この結果、燃料電池１の運転を開始するとき、開始当初から燃料電池１の酸化剤極における湿分が適切化され、運転に移行したときフラッディング現象が抑制される。このため燃料電池１の運転を良好に行うことができる。
【００４１】
本実施例によれば、湿分調整処理において酸化剤ガスの単位時間当たりの流量Ｖ１は、一般的には、燃料電池１の定常運転時における単位時間当たりの流量Ｖ２に比較して、小さく設定されている（Ｖ１＜Ｖ２）。これにより酸化剤ガスの供給にあたり消費電力の低減に有利である。但し、これに限らず、場合によっては、Ｖ１＝Ｖ２,Ｖ１≒Ｖ２、Ｖ１＞Ｖ２に設定することもできる。他の実施例についてもＶ１＜Ｖ２などのように同様に設定することができる。
【００４２】
本実施例によれば、前述したように燃料電池１の運転を開始するとき、改質器４０の運転を立ち上げるが、湿分調整手段を構成する制御装置７は、改質器４０の立ち上がり運転時に時間的に重複させて、上記した湿度調整処理を実行する。即ち、制御装置７は、図２に示すように、改質器４０の運転が安定するまでの改質器４０の立ち上がり運転に対して、時間的に重複させて、上記した湿分調整処理を並行して実行する。この結果、余分の時間がかかることなく、湿分調整処理の時間が節約され、燃料電池１の立ち上がり時間が長期化することを防止することができる。
【００４３】
更に、湿分調整処理は酸化剤ガスを燃料電池１の酸化剤極に供給して行う。このため、酸化剤ガスを送給するブロア、ファン、コンプレッサ等の酸化剤ガス搬送源２０が湿分調整処理において駆動し、作動音が発生することが多い。一方、改質器４０の運転の立ち上がり時においても、改質系４のブロア４５等の作動音が発生している。従って前記した改質器４０の運転が安定するまでの改質器４０の運転の立ち上がり時に対して、時間的に重複させて湿分調整処理を並行して実行すれば、改質系４の立ち上がり時の作動音の発生時期と湿度調整処理における作動音の発生時期とが時間的に重複するため、作動音の発生時期が長期化することが抑えられる。
【実施例２】
【００４４】
図３は実施例２を示す。実施例２は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。したがって、燃料電池１が負荷に給電する前に、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池１の運転中の状態、燃料電池１の運転終了時の状態、燃料電池１の運転停止後の周囲環境の状態など）に応じて、燃料電池１の内部、殊に酸化剤極に酸化剤ガス（一般的には空気）供給して燃料電池１の酸化剤極を乾燥させる。
【００４５】
以下、異なる部分を中心として説明する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。本実施例によれば、実施例１と同様に、燃料電池１の運転を終了するときにも、運転を開始するときにも、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池１の運転中の状態、燃料電池１の運転終了時の状態、燃料電池１の運転停止後の周囲環境の状態など）に応じて、湿分調整手段を構成する制御装置７は、ブロア、ファン、コンプレッサ等の酸化剤ガス搬送源２０を駆動させ、酸化剤ガスを燃料電池１の酸化剤極に供給して酸化剤極を乾燥させる湿分調整処理を実行する。この結果、燃料電池１の運転を開始するとき、開始当初から燃料電池１の酸化剤極における湿分が適正化される。このため運転を開始したときに、フラッディング現象が抑制され、燃料電池１の運転を良好に行うことができる。
【００４６】
本実施例によれば、図３に示すように、熱交換器６は第１熱交換器６１と第２熱交換器６２とで形成されている。改質器４０の運転の立ち上がり時には、入口バルブ３０、出口バルブ３３、第１オフガスバルブ３４が閉鎖している状態で、バイパスバルブ３６及び第２オフガスバルブ３７が開放するので、改質器４０の出口４ａから吐出された燃料ガスは、往路３ａ，バイパスバルブ３６及び第２オフガスバルブ３７を経てオフガス燃焼器３８に供給され、エアブロア３９から供給された空気と共にオフガス燃焼器３８で燃焼される。このように燃焼した排気ガスは第１熱交換器６１及び第２熱交換器６２を通過して排気部２８に至るため、第１熱交換器６１及び第２熱交換器６２が加熱される。
【００４７】
そして、改質器４０の運転の立ち上がり時には、図３から理解できるように、水搬送源５１の作動により水循環系５の水が第２熱交換器６２を通過するため、その水は第２熱交換器６２において熱交換されて加熱される。このように加熱された水は燃料電池１の冷却水通路を流れるため、改質器４０の立ち上がり運転時に、燃料電池１はその内部から予熱される。このように燃料電池１の運転を開始するときに燃料電池１が予熱されると、燃料電池１の乾燥は内部（殊に燃料電池１の酸化剤通路から）から進行するため、燃料電池１の内部における湿分が適切化される。故に運転を開始したとき、フラッディング現象が有効に抑制される。
【００４８】
更に本実施例によれば、改質器４０の運転の立ち上がり時には、図３から理解できるように、酸化剤ガス搬送源２０で搬送された酸化剤ガスが往路２ａを介して第１熱交換器６１を通過し、第１熱交換器６１で予熱され、このように予熱された状態で燃料電池１の酸化剤通路の入口１ｅに供給される。
【００４９】
上記したように改質器４０の運転の立ち上がり時には、第１熱交換器６１で予熱された暖かい酸化剤ガスを燃料電池１に供給する湿分調整処理が行われるため、燃料電池１はその内部（殊に燃料電池１の酸化剤通路から）から酸化剤ガスにより一層乾燥される。この結果、燃料電池１の内部における湿分の適切化が図られ、運転を開始したときフラッディング現象が一層抑制される。第１熱交換器６１は、燃料電池１の内部の湿分を調整するガスの乾燥力を増加させるガス乾燥力増加手段として機能することができる。
【００５０】
本実施例においても、運転を開始するときには、湿分調整手段を構成する制御装置７は、改質器４０の立ち上がり運転時に時間的に重複させて、上記した湿度調整処理を実行するため、余分の時間がかかることなく、湿分調整処理の時間が節約され、燃料電池１の立ち上がり時間が長期化することを防止することができる。
【実施例３】
【００５１】
図４は実施例３を示す。実施例３は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。したがって、燃料電池１が負荷に給電する前に、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池１の運転中の状態、燃料電池１の運転終了時の状態、燃料電池１の運転停止後の周囲環境の状態など）に応じて、燃料電池１の内部、殊に酸化剤極に酸化剤ガス（一般的には空気）供給して燃料電池１の酸化剤極を乾燥させる。以下、異なる部分を中心として説明する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。本実施例においても、改質器４０の運転を立ち上げる時にはこれと時間的に重複するように、湿分調整手段を構成する制御装置７は、酸化剤ガス搬送源２０を駆動させ、酸化剤ガスを燃料電池１の酸化剤極に供給して酸化剤極を乾燥させる湿分調整処理を実行する。この結果、燃料電池１の運転を開始するとき、燃料電池１の酸化剤極の湿分は適切化されている。故に運転を開始したときフラッディング現象が抑制され、燃料電池１の運転を良好に行うことができる。なお燃料電池１の運転を終了するときにも、上記した湿分調整処理を実行することができる。
【００５２】
本実施例によれば、図４に示すように、電気、化学反応または温水により高温に加熱される暖機装置９が設けられている。また、運転中の燃料電池１を冷却するために、燃料電池１の冷却水通路を介して水が循環する水循環系５が設けられている。水循環系５は、循環通路５ａ，５ｂと、暖機装置９と、水を搬送するポンプなどの水搬送源５１とを有する。
【００５３】
改質器４０の運転の立ち上がり時に、湿分調整処理により暖機装置９は加熱される。このため水搬送源５１が駆動すると、水循環系５の水が暖機装置９を通過して暖機装置９により加熱され、温水として水循環系５を循環し、ひいては燃料電池１は予熱される。このように燃料電池１の運転を開始するとき（つまり開始突き４０の運転の立ち上がり時）に燃料電池１が予熱されると、燃料電池１の内部の乾燥は進行し湿分が適切化される。故に、運転時を開始したときフラッディング現象が一層抑制される。
【００５４】
本実施例においても、改質器４０の運転の立ち上がり時に時間的に重複するように湿度調整処理が実行されるが、このとき酸化剤ガスは暖機装置９を経て予熱される。そして、予熱された酸化剤ガスが燃料電池１の内部に供給されるため、酸化剤ガスによる乾燥力を増加させることができる。従って、燃料電池１の酸化剤ガスの湿分調整処理を短時間で済ませるのに有利となる。暖機装置９は、燃料電池１の内部を乾燥させる際の補助となる乾燥力アシスト手段として機能することができる。
【実施例４】
【００５５】
図５に示す実施例４は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。したがって、燃料電池１が負荷に給電する前に、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池１の運転中の状態、燃料電池１の運転終了時の状態、燃料電池１の運転停止後の周囲環境の状態など）に応じて、燃料電池１の内部、殊に酸化剤極に酸化剤ガス（一般的には空気）供給して燃料電池１の酸化剤極を乾燥させる。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。本実施例によれば、図５に示すように、電気、化学反応または温水により高温に加熱される暖機装置９が設けられている。運転中の燃料電池１を冷却するために、燃料電池１の冷却水通路を介して水が循環する水循環系５が設けられている。水循環系５は、循環通路５ａ，５ｂと、暖機装置９に隣設する熱交換器６と、水を搬送するポンプなどの水搬送源５１とを有する。
【００５６】
本実施例においても湿分調整処理は改質器４０の運転の立ち上がりに時間的に重複させて実行される。改質器４０の運転の立ち上がり時に暖機装置９は加熱されているため、図５から理解できるように、酸化剤ガス搬送源２０で燃料電池１の酸化剤極に供給される酸化剤ガスは暖機装置９で加熱され、更に熱交換器６を加熱し、燃料電池１の酸化剤極の入口１ｅに供給される。これにより燃料電池１は内部から乾燥が進行する。暖機装置９は、燃料電池１の内部の湿分を調整するガスの乾燥力を増加させるガス乾燥力増加手段として機能することができる。
【００５７】
更に、上記した湿分調整処理において水搬送源５１が駆動するため、図５から理解できるように、水循環系５の水は熱交換器６を通り、熱交換器６で加熱される。このように加熱された水が燃料電池１に供給されるため、改質器４０の運転の立ち上がり時に燃料電池１を予熱することができ、これにより燃料電池１の乾燥度を高めることができ、燃料電池１のフラッディング現象が一層抑制される。熱交換器６は、改質器４０の運転の立ち上がり時に燃料電池１の内部を乾燥させる乾燥力アシスト手段として機能することができる。
【実施例５】
【００５８】
図６は実施例５を示す。実施例５は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。したがって、燃料電池１が負荷に給電する前に、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池１の運転中の状態、燃料電池１の運転終了時の状態、燃料電池１の運転停止後の周囲環境の状態など）に応じて、燃料電池１の酸化剤極に酸化剤ガス（一般的には空気）供給して燃料電池１の酸化剤極を乾燥させる。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。本実施例によれば、図６に示すように、改質器用燃焼器４３からの排ガスで加熱される熱交換器６が設けられている。水循環系５は、循環通路５ａ，５ｂと、熱交換器６と、水を搬送するポンプなどの水搬送源５１とを有する。
【００５９】
燃料電池１の運転の立ち上がり時（つまり改質器４０の運転の立ち上がり時）に、改質器用燃焼器４３から排出された熱をもつ排ガスで熱交換器６が加熱される。このため、水搬送源５１が駆動すると、水循環系５の水は熱交換器６を通り、熱交換器６で加熱される。このように燃料電池１の運転の立ち上がり時に、熱交換器６で加熱された水が燃料電池１に供給されるため、改質系４の運転の立ち上がり時において、燃料電池１を予熱することができる。熱交換器６は、改質系４の運転の立ち上がり時に燃料電池１の内部を乾燥させる乾燥力アシスト手段として機能することができる。
【００６０】
更に、湿分調整処理は、改質系４の運転の立ち上がり時に時間的に重複して行われる。即ち、改質系４の運転の立ち上がり時に酸化剤ガス搬送源２０が作動して酸化剤ガスを燃料電池１の酸化剤極に供給する。このため燃料電池１は内部から乾燥が進行する。これにより燃料電池１の乾燥度を高めることができる。故に運転が開始されたとき、燃料電池１のフラッディング現象が一層抑制される。
【実施例６】
【００６１】
図７は実施例６を示す。実施例６は実施例５と基本的には同様の構成、作用効果を有する。したがって、燃料電池１の負荷給電の前に、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池１の運転中の状態、燃料電池１の運転終了時の状態、燃料電池１の運転停止後の周囲環境の状態など）に応じて、燃料電池１の酸化剤極に酸化剤ガス（一般的には空気）供給して燃料電池１の内部、殊に酸化剤極を乾燥させる。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。本実施例によれば、図７に示すように、改質器用燃焼器４３から排出された排ガスの熱で加熱される熱交換器６が設けられている。熱交換器６は第１熱交換器６１と第２熱交換器６２とで形成されている。湿分調整処理は、改質器４０の運転の立ち上がり時に時間的に重複して行われる。即ち、改質器４０の運転の立ち上がり時に酸化剤ガス搬送源２０が作動し、酸化剤ガスは往路２ａを経て第１熱交換器６１に至り、第１熱交換器６１での熱交換により予熱され、燃料電池１の酸化剤通路の入口１ｅに供給される。
【００６２】
水循環系５は、循環通路５ａ，５ｂと、第２熱交換器６２と、水を搬送するポンプなどの水搬送源５１とを有する。ブロア４５で供給された可燃ガスが改質器用燃焼器４３で燃焼されて改質器４０が加熱されると、改質器用燃焼器４３からの排気ガスは第１熱交換器６１及び第２熱交換器６２を経て排気部２８に至る。このとき排気ガスは第１熱交換器６１及び第２熱交換器６２を加熱する。
【００６３】
改質器４０の運転の立ち上がり時には、水搬送源５１の作動により水循環系５の水が第２熱交換器６２を通過し、その水は第２熱交換器６２において熱交換されて加熱される。加熱された水は循環通路５ｂを経た後に燃料電池１の冷却水通路を流れるため、改質器４０の立ち上がり運転時に、燃料電池１はその内部から予熱される。故に、第２熱交換器６２は、改質器４０の立ち上がり運転時に燃料電池１の内部を乾燥させる際の補助となる乾燥力アシスト手段として機能することができる。
【００６４】
また上記した湿分調整処理において、酸化剤ガス搬送源２０が作動すると、酸化剤ガスは第１熱交換器６１に至り、第１熱交換器６１での熱交換により加熱され、加熱された酸化剤ガスが燃料電池１の酸化剤通路の入口１ｅに供給される。
【００６５】
このように改質器４０の運転の立ち上がり時において、湿分調整処理が行われると、燃料電池１の酸化剤極の乾燥は進行するため、燃料電池１の内部におけるフラッディング現象が運転の当初から抑制される。故に、第１熱交換器６１は、料電池１の内部の湿分を調整するガスの乾燥力を増加させるガス乾燥力増加手段として機能することができる。
【実施例７】
【００６６】
図８は実施例７を示す。実施例７は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。したがって、燃料電池１の負荷給電の前に、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池１の運転中の状態、燃料電池１の運転終了時の状態、燃料電池１の運転停止後の周囲環境の状態など）に応じて、燃料電池１の酸化剤極に酸化剤ガス（一般的には空気）供給して燃料電池１の酸化剤極を乾燥させる。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。本実施例によれば、図８に示すように燃料電池１の運転を終了するとき、改質器４０の内部を保護するために、活性度が低いパージガス（窒素ガス等の不活性ガスなど）を改質器４０に供給するパージ処理部８が設けられている。図８に示すように、パージ処理部８は、改質器４０にパージガスを供給する通路８０と、通路８０に繋がるパージガス源８１と、通路８０を開閉する開閉弁８２とを有する。
【００６７】
また燃料電池１の運転を終了するとき、改質器４０の内部を保護するために、図８に示すように、活性度が低いパージガス（窒素ガス等の不活性ガスなど）を燃料電池１に供給するパージ処理部８Ｘが設けられている。図８に示すように、パージ処理部８Ｘは、燃料電池１にパージガスを供給する通路８０Ｘと、通路８０Ｘに繋がるパージガス源８１Ｘと、通路８０Ｘを開閉する開閉弁８２Ｘとを有する。
【００６８】
そして、燃料電池１の運転を終了するときには、パージガス処理部８によりパージガスを改質器４０の内部に供給し、改質器４０に残留している可燃性の改質ガスを改質器４０から排出させると共に、活性度が低いパージガスを改質器４０内に封入するパージ処理に行う。またパージガス処理部８Ｘによりパージガスを燃料電池１の内部に供給し、燃料電池１に残留している可燃性の燃料ガスを燃料電池１から排出させると共に、活性度が低いパージガスを燃料電池１内に封入するパージ処理に行う。
【００６９】
湿分調整手段を構成する制御装置７は、上記したパージ処理に時間的に重複させて湿度調整処理を並行して実行する。即ち、湿分調整処理では酸化剤ガスを燃料電池１の酸化剤極に供給するため、酸化剤ガス搬送源２０が湿分調整処理において駆動するため、作動音が発生することが多い。一方、上記したパージ処理部８,８Ｘによってパージガスを改質器４０,燃料電池１に供給するときにおいても、作動音が発生する。従ってパージ処理の作動音の発生時期と湿度調整処理における作動音の発生時期とを時間的に重複させることができ、作動音の発生時間の長期化を避けることができる。
【実施例８】
【００７０】
図９は実施例８の要部を示す。実施例８は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。したがって、燃料電池１の負荷給電の前に、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池１の運転中の状態、燃料電池１の運転終了時の状態、燃料電池１の運転停止後の周囲環境の状態など）に応じて、燃料電池１の酸化剤極に酸化剤ガス（一般的には空気）供給して燃料電池１の内部、殊に酸化剤極を乾燥させる。以下、異なる部分を中心として説明する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。本実施例によれば、図９に示すように燃料電池１の酸化剤極が濡れ状態を検知する濡れ状態検知手段が設けられている。濡れ状態検知手段は、燃料電池１のスタック１３の積層方向の厚みまたは距離を検知する距離検知センサ方式、あるいは、燃料電池１のスタック１３の積層方向の荷重を検知する荷重検知センサ方式、あるいは、燃料電池１の酸化剤極の出口から吐出される発電反応後の酸化剤オフガスの湿度を検知する湿度センサ方式を採用することができる。燃料電池１の内部の湿分が高いときには、スタック１３がこれの積層方向に膨張するため、積層方向の荷重、厚み、距離などを検知すれば、燃料電池１の内部の濡れ状態が間接的に検知される。
【００７１】
すなわち、燃料電池１の内部が過剰に濡れ状態であるときには、燃料電池１のスタック１３の積層方向の厚みまたは距離が増加したり、燃料電池１のスタック１３の積層方向の荷重が増大したりする。これに対して燃料電池１の酸化剤極が過剰に乾き状態であるときには、燃料電池１のスタック１３の積層方向の厚みまたは距離が減少したり、燃料電池１のスタック１３の積層方向の荷重が減少したりする。また、燃料電池１の酸化剤極の出口１ｆから吐出される発電反応後の酸化剤オフガスの湿度がかなり高ければ、燃料電池１の内部が過剰に濡れ状態であると判定でき、当該酸化剤オフガスの湿度がかなり低ければ、燃料電池１の内部が過剰に乾燥状態であると判定できる。
【００７２】
濡れ状態判定手段を構成する制御装置７は、上記した濡れ状態検知手段の検知信号に基づいて、燃料電池１の運転中、燃料電池１の運転終了時、あるいは、燃料電池１の運転停止中、あるいは、燃料電池１の運転開始時において、燃料電池１の酸化剤極が濡れ状態であるか、乾き状態であるかを否かを判定することができる。
【実施例９】
【００７３】
図１０は実施例９を示す。実施例９は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。したがって、燃料電池１の負荷給電の前に、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池１の運転中の状態、燃料電池１の運転終了時の状態、燃料電池１の運転停止後の周囲環境の状態など）に応じて、燃料電池１の酸化剤極に酸化剤ガス（一般的には空気）供給して燃料電池１の内部を乾燥させる。以下、異なる部分を中心として説明する。図１０は制御装置７が実行するフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。図１０に示すように、起動スイッチが起動されて燃料電池発電システムが起動中か否か判定する（ステップＳ１０２）。起動中であれば、燃料電池１の運転を前回終了したとき、前回の運転の終了時点において、燃料電池１の内部の湿分は正常であったか否か判定する（ステップＳ１０４）。燃料電池１の運転を前回終了したとき、燃料電池１の湿分が正常であれば、燃料電池１の内部、殊に酸化剤極に酸化剤ガスを（単位時間当たりの流量：const）流す（ステップＳ１０６）。
【００７４】
また、燃料電池１の運転を前回終了したとき、燃料電池１の湿分は乾き気味であるか否か（濡れ気味であるか否か）を判定する（ステップＳ１０８）。前回の運転の終了時において、燃料電池１の内部が乾き気味であるときには、酸化剤ガス（カソードエア）の流量をk2相当ぶん減少させ（単位時間当たりの流量：const−k2）、酸化剤ガスを燃料電池１の内部、殊に酸化剤極に供給する（ステップＳ１１０）。
【００７５】
また、燃料電池１の前回の運転の終了時において、燃料電池１の内部が濡れ気味であるときには、酸化剤ガス（カソードエア）の流量をk1相当ぶん増加させ（単位時間当たりの流量：const+k1）、酸化剤ガスを燃料電池１の内部、殊に酸化剤極に供給する（ステップＳ１１２）。そして湿分調整処理を終了して良いか判定し（ステップＳ１１４）、終了してよければ湿分調整処理を終了する。終了か否かは内部タイマーに基づいて行うことができる。湿分調整処理を継続する必要があるときには、ステップＳ１０４に戻る。このように前回の運転の終了時における燃料電池１の濡れ状態に応じて、燃料電池１の内部に供給する乾燥用のガスの乾燥力（ガス流量）を調整する。
【００７６】
なお、酸化剤ガスの流量を調整するのではなく、酸化剤ガスの温度を調整することにしても良い。即ち、前回の運転の終了時において燃料電池１の湿分が濡れ気味であるときには、酸化剤ガスの温度を高めとする。前回の運転の終了時において燃料電池１の湿分が乾き気味であるときには、酸化剤ガスの温度を低めとする。
【００７７】
上記したように本実施例によれば、図１０に示すフローチャートから理解できるように、燃料電池１の運転を前回終了したとき、燃料電池１の内部の湿分が正常であるか、燃料電池１の内部の湿分は乾き気味であるか、燃料電池１の湿分は濡れ気味であるか判定し、その判定に応じた流量及び／または温度をもつ酸化剤ガスを燃料電池１の酸化剤極に供給し（湿分調整処理）、燃料電池１の湿分状態を適切にすることができる。
【実施例１０】
【００７８】
図１１は実施例１０を示す。実施例１０は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。したがって、燃料電池１の負荷給電の前に、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池１の運転中の状態、燃料電池１の運転終了時の状態、燃料電池１の運転停止後の周囲環境の状態など）に応じて、燃料電池１の酸化剤極に酸化剤ガス（一般的には空気）供給して燃料電池１の酸化剤極を乾燥させる。以下、異なる部分を中心として説明する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。
【００７９】
図１１は制御装置７が実行するフローチャートを示す。湿度センサなどに基づいて、燃料電池１の前回の運転の終了時から今回の運転開始時までの大気湿度の平均値を求める（ステップＳ２０２）。つまり、燃料電池１の運転停止中における燃料電池１の周囲環境の平均湿度を求める。平均湿度は所定時間ごとの湿度の平均値とすることができる。そして、燃料電池１を設置している周囲環境の湿度の大きさを判定する（ステップＳ２０４，２０６）。燃料電池１を設置している周囲環境の湿度が相対的に高いと判定されるとき、湿分調整手段を形成する制御装置７は、燃料電池１の酸化剤極に供給する単位時間当たりの酸化剤ガスの流量を増加させるように、係数α１（α１＞１）を選択し、燃料電池１の酸化剤極に供給する単位時間当たりの酸化剤ガスの基本流量をconst×係数α１とし、酸化剤ガスによる乾燥力を相対的に増加させる（ステップＳ２０８，Ｓ２１０）。ステップＳ２０８，Ｓ２１０は、燃料電池１の酸化剤極に供給して酸化剤極の湿分を調整するガスの乾燥力を相対的に増加させるガス乾燥力増加手段を有する。
【００８０】
また、燃料電池１を設置している周囲環境の湿度が相対的に低いと判定されるときには、燃料電池１の酸化剤極に供給する酸化剤ガスの流量を減少させるように、係数α３（α３＜１）を選択し、燃料電池１の酸化剤極に供給する単位時間当たりの基本流量をconst×係数α３とし、酸化剤ガスによる乾燥力を相対的に減少させる（ステップＳ２１２，２１４）。ステップＳ２１２，Ｓ２１４は、燃料電池１の酸化剤極に供給して酸化剤極の湿分を調整するガスの乾燥力を相対的に減少させるガス乾燥力減少手段（ガス乾燥力調整手段）を有する。
【００８１】
また燃料電池１を設置している周囲環境の湿度が相対的に中間と判定されるときには、燃料電池１の酸化剤極に供給する酸化剤ガスの流量を中間とするように、係数α２（α２≒１）を選択し、燃料電池１の酸化剤極に供給する単位時間当たりの基本流量をconst×係数α２とし、酸化剤ガスによる乾燥力を調整する（ステップＳ２１６，Ｓ２１８）。ステップＳ２１６，Ｓ２１８は、燃料電池１の酸化剤極に供給して酸化剤極の湿分を調整するガスの乾燥力を中間域にさせるガス乾燥力中間設定手段を有する。これにより、前回の運転の終了時から今回の運転開始時までの周囲環境である大気の湿度に応じて、つまり、燃料電池１の運転停止中における周囲環境の湿度に応じて、酸化剤極に供給する酸化剤ガスの乾燥力を調整する。なお、酸化剤ガスの流量ではなく、温度を調整することにしても良い。この場合、酸化剤ガスの流量増加は酸化剤ガスの温度増加に相当する。酸化剤ガスの流量減少は酸化剤ガスの温度減少に相当する。
【実施例１１】
【００８２】
図１２及び図１３は実施例１１を示す。実施例１１は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。したがって、燃料電池１から負荷に給電される前に、燃料電池１の起動開始前の経過履歴（例えば燃料電池１の運転中の状態、燃料電池１の運転終了時の状態、燃料電池１の運転停止後の周囲環境の状態など）に応じて、燃料電池１の酸化剤極に酸化剤ガス（一般的には空気）供給して燃料電池１の酸化剤極を乾燥させる。以下、異なる部分を中心として説明する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。本実施例によれば、制御装置７は、前回の運転の終了時において燃料電池１の酸化剤極の濡れ状態を判定する濡れ状態判定手段を構成する。湿分調整手段を構成する制御装置７は、改質器４０の立ち上がり運転時に時間的に重複させて、上記した濡れ状態判定手段に応じて湿度調整処理を実行する。
【００８３】
以下、本実施例に係る濡れ状態判定手段について説明を加える。濡れ状態判定手段は前回の運転の終了時において燃料電池１の内部の濡れ状態を判定するものであり、複数の基本セルからなる燃料電池１のセル電圧を統計的に処理して得られた制御指標に基づいて、燃料電池１の濡れ状態を判定する。上記制御指標は、複数の基本セルのセル電圧の分布の歪度である。この場合、セル電圧の分布の歪度に基づいて、燃料電池１の内部の湿分の状態を判別することが可能となる。即ち、上記複数の基本セルのセル電圧分布の対称性の乱れ（非対称）として出現する異常に基づいて、燃料電池１の内部の湿分を効果的に検出することが出来る。
【００８４】
例えば、セルの電解質における過剰濡れ（水分過剰）、電解質膜の過剰乾燥（水分不足）などによるセルの異常を推定することが可能となる。更に説明を加える。図１２は、燃料電池１の各セルの出力電圧の分布（セル電圧分布）示すグラフである。図１２において横軸はセル電圧を示し、縦軸はセルのサンプル数を示す。図１２において、標準状態の特性例が実線Ｍ１で示され、電解質膜の近傍の水分過剰（フラッディング）状態の特性例が一点鎖線Ｍ２で示され、また、電解質膜の過剰乾燥（ドライアウト）状態の特性例が点線Ｍ３で示されている。
【００８５】
セルの電解質膜が過剰乾き状態や過剰水分状態になると、図１２に示すように、セルの電圧がばらつき、セル電圧の分布の裾野が広がる傾向が認められる。また、セル電圧の分布が正規分布からずれ、平均値を中心とする分布曲線の対称性が低下することも認められる。その理由としては、過剰な水によってガスの通路が遮断されると、セル電圧が大きく低下して、セル電圧の平均値から下方に離間した位置に極大値を発生するためであると推察される。
【００８６】
本実施例によれば、燃料電池１のセル電圧分布の統計的処理によって与えられる値に、平均値から離間したデータの影響を相対的に大きく反映させる。また、平均値から離間したデータの平均値からの離間方向を当該値に反映させる。このために、統計的処理にセル電庄分布の平均値と、当該測定値との差の3乗値（歪度）を導入している。セル電圧の平均値より下方に離間した部分に発生するフラッディングによる異常値や、電解質膜等の水分加減によるセル電圧分布のピーク特性のシフト等を「当該数値」によって推定可能とする。このような推定結果に基づいて燃料電池発電システムの制御を行うことによって適正な燃料電池１の運転を行う。
【００８７】
更に説明を加える。燃料電池１は高分子電解質膜型の燃料電池であり、単位セルを複数積層して構成されている。例えば単位セルを数十〜数１００枚積層して構成されている。各セルの出力電圧はセル電圧モニタによって検出され、制御装置７に送られる。
【００８８】
図１３は、制御装置７の統計処理モードを説明するフローチャートである。このフローチャートによれば、制御装置７は、燃料電池１の各単位セルの出力電圧（セル電圧）データを読取る（ステップＳ３０２）。読取ったセル電圧のデータに基づいて、セル電圧の分散（あるいは標準備差）を計算する（ステップＳ３０４）。各データxiと平均xmとの差を△xとしたとき、分散Ｖは、△xの2乗の平均値（Ｖ＝Σn△xi2／n）である。ここで
nはデータ数であり、Σnは1〜ｎ個のデータについて累積値を求めることを意味する。
また、標準偏差σは分散Ｖの平方根として求められる。分散Ｖ（あるいは標準偏差）は、セル電圧全体の測定結果が平均のところに集まっているか、あるいは、散らばっているかを表す指標である。分散Ｖが小さいほど、データは平均値付近にまとまっている。分散Ｖが大きいほどデータは平均値から散らばっている。
【００８９】
上記したフローチャートによれば、計算された分散Ｖが、設計上のしきい値よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ３０６）。大きくないときには、セル電圧の分布は正常であると判断し（ステップＳ３０８）、燃料電池１の濡れ状態を示す状態フラグを「正常」に設定する。その後、元の処理に戻る。分散Ｖが設計上のしきい値よりも大きいときには、歪度ｓを計算する（ステップＳ３１０）。歪度ｓは、ｓ＝（1／n）Σn（xi−Xm
）3／σ3  として計算される。
【００９０】
この歪度ｓは、セル電圧分布の平均値を中心とする非対称の度合いをある程度表す尺度となる。歪度ｓは正負いずれの値もとりうる。
【００９１】
歪度ｓが「正」の値となる分布の例としては、セル電圧分布が単ピーク型の分布であり、ピークが左方に寄り、分布の右側の裾野が長くなった形が挙げられる。セルの電解質膜１０に供給される水分が不足し、電解質膜１０のイオン伝導度が低下してセルの性能を低下させる（ドライアウト）と、このような分布になり易い。
【００９２】
歪度ｓが「負」の値となる分布の例としては、セル電圧分布が単ピーク型の分布であり、ピークが右方に寄り、分布の左側の裾野が長くなった形が挙げられる。フラッディング現象が発生すると、このような分布傾向になり易い。
【００９３】
電解質膜が歪度ｓが「０」に近い値となる例としては、セル電圧分布が平均の回りに対称形に近い形である場合が挙げられ。
【００９４】
このように、歪度の「正」、「負」の符号は分布の傾向を示し、歪度ｓの値の大きさは正規分布の歪み度の程度を示す指標となる。もっとも、セル電圧分布が対称形の場合には、歪度は「0」になるが、対称でない分布でも「0」になる形はあるので、予め分散による異常チェックも加えて推定の確実を図っている。
【００９５】
上記したフローチャートによれば、得られた歪度ｓが基準値clよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３１２）。基準値clは、燃料電池１の機種毎に設定されるが、例えば、−2〜4に設定される。ステップＳ３１２においてＮＯであれば、制御装置７はセルの電解質膜１０が乾き状態（ドライアウト）にあると判定し、燃料電池１の運転状態を示す状態フラグを「ドライアウト」に設定する。そして電解質膜１０に水分を保持するべく、酸化剤ガス（カソードエア）の単位時間当たりの流量を低下させ、流量をk3だけ減らす（ステップＳ３１６）。その後、元の処理に戻る。
【００９６】
分散が大きく、得られた歪度が基準値clよりも小さい場合（ＹＥＳ）には、制御装置７はフラッディング状態にあると判定し、燃料電池１の運転状態を示す状態フラグを「フラッディング」に設定する（ステップＳ３１８）。
【００９７】
更に、フラッディングの程度を判別するべく、歪度ｓが基準値c2よりも小さいかどうかを判別する（ステップＳ３２０）。歪度ｓが負で値が基準値c2よりも小さいときには、燃料電池１の酸化剤極に供給される酸化剤ガス（カソードエア）の単位時間当たりの流量をklだけ増加させる。これにより、セル内の過剰な水分を除去する（ステップＳ３２２）。その後、元の処理に戻る。
【００９８】
歪度ｓが負で値がc2よりも大きいときには、燃料電池１の酸化剤極に供給される酸化剤ガス（カソードエア）の単位時間当たりの流量をk2（k2＞kl）だけ増加させる。これによりセル内の過剰な水分をより早期に除去する（ステップＳ３２４）。その後、元の処理に戻る。
【００９９】
このようにしてステップＳ３０２〜Ｓ３２４を周期的に繰り返すことによってセル電圧の統計処理に基づく燃料電池１の湿分調整が行われる。なお、セル電圧の調整に燃料電池１の酸化剤極に供給する酸化剤ガスの流量を調整するのではなく、これに代えて、酸化剤ガスの温度を調整しても良い。
【０１００】
（他の例）
その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は車両用、定置用、携帯用、電子機器、電気装置等の燃料電池発電システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】実施例１に係る燃料電池発電システムの構成図である。
【図２】実施例１に係る燃料電池発電システムの運転を開始するときにおける工程図である。
【図３】実施例２に係る燃料電池発電システムの構成図である。
【図４】実施例３に係る燃料電池発電システムの構成図である。
【図５】実施例４に係る燃料電池発電システムの構成図である。
【図６】実施例５に係る燃料電池発電システムの構成図である。
【図７】実施例６に係る燃料電池発電システムの構成図である。
【図８】実施例７に係る燃料電池発電システムの構成図である。
【図９】実施例８に係り、濡れ状態検知手段をもつ燃料電池のスタック付近の構成図である。
【図１０】実施例９に係る燃料電池発電システムのフローチャートである。
【図１１】実施例１０に係る燃料電池発電システムのフローチャートである。
【図１２】実施例１１に係り、セル電圧とサンプル数との関係を示すグラフである。
【図１３】実施例１１に係る燃料電池発電システムのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０３】
図中、１は燃料電池、１３はスタック、２は酸化剤ガス通路、２ａは往路、２ｂは復路、３は燃料ガス通路、３ａは往路、３ｂは復路、４は改質系、４０は改質器、４３は改質器用燃焼器、４５はブロア、５は水循環系、５１は水搬送源、６は熱交換器、６１は第１熱交換器、６２は第２熱交換器、７は制御装置（湿分調整手段）、８はパージ処理部、９は暖機装置を示す。
【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】
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