(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両側に一対の電極を配設した電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、カソード側電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路及びアノード側電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路を有し、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの電気化学反応により発電する固体高分子型燃料電池の始動方法であって、
前記燃料ガス流路の下流側から該燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する一方、前記酸化剤ガス流路の上流側から該酸化剤ガス流路に前記酸化剤ガスを供給するガス置換工程と、
前記ガス置換工程の後、前記燃料ガス流路の上流側から該燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する一方、前記酸化剤ガス流路の上流側から該酸化剤ガス流路に前記酸化剤ガスを供給して発電を行う通常発電工程と、
を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池の始動方法。
【請求項２】
請求項１記載の始動方法において、前記ガス置換工程は、前記燃料ガス流路への前記燃料ガスの供給が開始された後、前記酸化剤ガス流路への前記酸化剤ガスの供給が行われることを特徴とする固体高分子型燃料電池の始動方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の始動方法において、前記セパレータは、セパレータ面を重力方向に沿って鉛直姿勢で配置されるとともに、
前記燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路は、通常運転時に重力方向上方から重力方向下方に前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを流通させることを特徴とする固体高分子型燃料電池の始動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質膜の両側に一対の電極を配設した電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、カソード側電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路及びアノード側電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路を有し、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの電気化学反応により発電する固体高分子型燃料電池の始動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定数の単位セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。さらに、各燃料電池を構成し、互いに隣接するセパレータ間には、電極範囲内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路が形成されている。
【０００４】
この種の燃料電池では、発電時に水が生成されており、発電が停止されると、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路の下流側に生成水が滞留し易い。そして、燃料電池の停止時に、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路に空気による掃気が行われる場合、起動時に、特に前記酸化剤ガス流路の下流側で高電位によりカソード側電極の劣化が惹起されるという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、燃料ガス流路に供給された燃料ガスと、酸化剤ガス流路に供給された酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料ガス流路に燃料を供給する燃料ガス供給手段と、前記酸化剤ガス流路に酸化剤を供給する酸化剤ガス供給手段と、前記酸化剤ガス流路に選択的に燃料を供給する第２燃料ガス供給手段とを備えている。
【０００６】
そして、システム起動時には、少なくとも燃料ガス流路に燃料ガスが行きわたる以前に、酸化剤ガス流路への燃料ガスの供給を開始し、且つ、少なくとも前記燃料ガス流路に燃料ガスが行きわたった後に、前記酸化剤ガス流路への酸化剤ガスの供給に切り替えている。
【０００７】
これにより、システム起動時に既存のガスを用いて燃料電池内で生じる電極のカーボンの腐食反応を抑制することができ、システムを大型化することがなく、効果的に起動時の酸化剤極の劣化を抑制できる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１４９８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１では、燃料電池システムの起動時に、燃料ガス流路全域及び酸化剤ガス流路全域に燃料ガスを供給している。このため、不要に消費される燃料ガス量が増大してしまい、経済的ではないという問題がある。また、カソード系内で、水素と酸素との混在による触媒燃焼が発生し、電極の劣化が進行するという問題がある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な工程で、燃料電池の始動時に、前記燃料電池の劣化を良好に抑制することが可能な固体高分子型燃料電池の始動方法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】
【００１１】
本発明は、固体高分子電解質膜の両側に一対の電極を配設した電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、カソード側電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路及びアノード側電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路を有し、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの電気化学反応により発電する固体高分子型燃料電池の始動方法に関するものである。
【００１２】
この始動方法は、燃料ガス流路の下流側から前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する一方、酸化剤ガス流路の上流側から前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給するガス置換工程と、前記ガス置換工程の後、前記燃料ガス流路の上流側から該燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する一方、前記酸化剤ガス流路の上流側から該酸化剤ガス流路に前記酸化剤ガスを供給して発電を行う通常発電工程とを有している。
【００１３】
また、ガス置換工程は、燃料ガス流路への燃料ガスの供給が開始された後、酸化剤ガス流路への酸化剤ガスの供給が行われることが好ましい。
【００１４】
さらに、セパレータは、セパレータ面を重力方向に沿って鉛直姿勢で配置されるとともに、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路は、通常運転時に重力方向上方から重力方向下方に燃料ガス及び酸化剤ガスを流通させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、先ず、燃料ガス流路の下流側から前記燃料ガス流路に燃料ガスが供給されるため、前記燃料ガス流路の下流側に滞留し易い水を、含水状態の低い該燃料ガス流路の上流側に移動させることが可能になる。従って、酸化剤ガス流路の下流側に高電位が発生することを良好に抑制することができる。これにより、簡単且つ経済的な工程で、燃料電池の始動時に、前記燃料電池の劣化を良好に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る始動方法が適用される燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】前記燃料電池システムを構成する燃料電池の分解斜視説明図である。
【図３】前記始動方法を説明するフローチャートである。
【図４】前記燃料電池システムのアノード側のガス置換処理の説明図である。
【図５】前記燃料電池システムの発電時の説明図である。
【図６】前記燃料電池システムの掃気処理時の説明図である。
【図７】起動時の燃料電池内部の電位挙動の説明図である。
【図８】従来方式における起動時の電位説明図である。
【図９】発電停止時の電解質膜・電極構造体内の水分量説明図である。
【図１０】本実施形態における起動時の電位説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る始動方法が適用される燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、前記燃料電池スタック１２に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置（図示せず）と、前記燃料電池システム１０全体を制御するコントローラ１８とを備える。
【００１８】
燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池２０を積層して構成される。図２に示すように、燃料電池２０は、電解質膜・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１セパレータ２４及び第２セパレータ２６とを備える。
【００１９】
第１セパレータ２４及び第２セパレータ２６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第１セパレータ２４及び第２セパレータ２６は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第１セパレータ２４及び第２セパレータ２６は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
【００２０】
第１セパレータ２４及び第２セパレータ２６は、縦長形状を有するとともに、長辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に延在し且つ短辺が水平方向（矢印Ｂ方向）に延在する（水平方向の積層）ように構成される。なお、長辺が水平方向に延在し且つ短辺が重力方向に延在するように構成してもよい。
【００２１】
燃料電池２０の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔２８ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３０ａとが設けられる。
【００２２】
燃料電池２０の長辺方向の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔２８ｂとが設けられる。
【００２３】
燃料電池２０の短辺方向（矢印Ｂ方向）の両端縁部上方には、矢印Ａ方向に連通して、冷却媒体を供給するための２つの冷却媒体入口連通孔３２ａが対称位置に設けられる。燃料電池２０の両端縁部下方には、矢印Ａ方向に連通して、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体出口連通孔３２ｂが対称位置に設けられる。
【００２４】
第１セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２８ａと酸化剤ガス出口連通孔２８ｂとを連通して鉛直方向に延在する酸化剤ガス流路３４が形成される。酸化剤ガス流路３４の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３６ａ及び出口バッファ部３６ｂが設けられる。第１セパレータ２４の面２４ｂ（面２４ａとは反対の面）には、後述する冷却媒体流路３８の一部が構成される。
【００２５】
第２セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２６ａには、燃料ガス入口連通孔３０ａと燃料ガス出口連通孔３０ｂとを連通する燃料ガス流路４０が鉛直方向に延在して形成される。燃料ガス流路４０の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４２ａ及び出口バッファ部４２ｂが設けられる。
【００２６】
第２セパレータ２６の面２６ｂと第１セパレータ２４の面２４ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３２ａ、３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂ、３２ｂとに連通する冷却媒体流路３８が形成される。冷却媒体流路３８の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４４ａ及び出口バッファ部４４ｂが設けられる。
【００２７】
第１セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１セパレータ２４の外周端縁部を周回して第１シール部材４６が一体成形される。第２セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、この第２セパレータ２６の外周端縁部を周回して第２シール部材４８が一体成形される。第１シール部材４６及び第２シール部材４８としては、例えば、弾性を有するＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００２８】
電解質膜・電極構造体２２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜５０と、前記固体高分子電解質膜５０を挟持するカソード側電極５２及びアノード側電極５４とを備える。
【００２９】
カソード側電極５２及びアノード側電極５４は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜５０の両面に形成される。
【００３０】
図１に示すように、酸化剤ガス供給装置１４は、大気からの空気を圧縮して供給するエアポンプ６０を備え、前記エアポンプ６０が空気供給流路６２に配設される。空気供給流路６２は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔２８ａに連通するとともに、前記空気供給流路６２の途上から空気分岐流路６４が分岐される。この空気分岐流路６４には、開閉弁６６が配設されるとともに、前記空気分岐流路６４が燃料電池スタック１２の燃料ガス出口連通孔３０ｂに連通する。
【００３１】
酸化剤ガス供給装置１４は、酸化剤ガス出口連通孔２８ｂに連通する空気排出流路６８を備える。この空気排出流路６８は、希釈器７０に接続される。
【００３２】
燃料ガス供給装置１６は、高圧水素（水素含有ガス）を貯留する水素タンク７２を備え、この水素タンク７２は、水素供給流路７４を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔３０ａに連通する。水素供給流路７４には、レギュレータ７６、エゼクタ７８及び三方弁８０が設けられるとともに、前記三方弁８０に接続される排出配管８２は、例えば、希釈器（排出ガスを空気により希釈する）７０に連通する。
【００３３】
燃料ガス供給装置１６は、燃料ガス出口連通孔３０ｂに連通する燃料ガス排出流路８４を備える。燃料ガス排出流路８４は、開閉弁８６を介装して希釈器７０に接続されるとともに、前記燃料ガス排出流路８４には、水素循環路８８が連通する。水素循環路８８は、エゼクタ７８に接続される。
【００３４】
エゼクタ７８は、水素タンク７２から供給される水素ガスを、水素供給流路７４を通って燃料電池スタック１２に供給するとともに、燃料電池スタック１２で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素循環路８８から吸引して、再度、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスとして供給する。
【００３５】
燃料ガス排出流路８４と水素供給流路７４とは、エゼクタ７８と三方弁８０との間で、燃料ガス分岐流路９０を介して連通するとともに、前記燃料ガス分岐流路９０には、開閉弁９２が配設される。
【００３６】
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、本実施形態に係る始動方法との関連で、図３に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【００３７】
燃料電池システム１０では、後述するように、運転停止された状態で、燃料電池スタック１２の各酸化剤ガス流路３４及び各燃料ガス流路４０が、例えば、酸化剤ガスで満たされている。このため、燃料電池システム１０を起動させる際には、先ず、燃料電池スタック１２の各燃料ガス流路４０の下流側から、すなわち、燃料ガス出口連通孔３０ｂから燃料ガスが供給される（ステップＳ１）。
【００３８】
具体的には、図４に示すように、開閉弁６６、８６が閉塞される一方、開閉弁９２が開放される。さらに、三方弁８０の切り換え作用下に、水素供給流路７４と燃料ガス入口連通孔３０ａとが遮断される一方、前記燃料ガス入口連通孔３０ａが排出配管８２に連通する。
【００３９】
そこで、燃料ガス供給装置１６では、水素タンク７２から水素供給流路７４に燃料ガス（水素ガス）が供給される。この燃料ガスは、レギュレータ７６で減圧された後、燃料ガス分岐流路９０を通って燃料ガス排出流路８４から燃料電池スタック１２の各燃料ガス出口連通孔３０ｂに供給される。
【００４０】
このため、燃料ガス流路４０に充填されている空気は、燃料ガスに伴って前記燃料ガス流路４０の下流側から上流側に移動し、燃料ガス入口連通孔３０ａから排出配管８２に排出される。排出された空気及び燃料ガスは、必要に応じて希釈器７０に送られる。
【００４１】
そして、この燃料ガスの供給が開始されて所定の時間だけ経過した後、各酸化剤ガス流路３４への酸化剤ガスの供給が開始される（ステップＳ２）。所定の時間とは、燃料ガス流路４０が燃料ガスにより置換されるのに要する時間であり、予め時間を計測することにより設定される。
【００４２】
酸化剤ガス供給装置１４では、エアポンプ６０が駆動されるため、空気（酸化剤ガス）は、空気供給流路６２から燃料電池スタック１２の各酸化剤ガス入口連通孔２８ａに供給される。従って、空気は、各酸化剤ガス入口連通孔２８ａから各酸化剤ガス流路３４に供給される。酸化剤ガス流路３４から排出される空気は、空気排出流路６８を通って希釈器７０に送られる。
【００４３】
ステップＳ３では、上記のガス置換工程が終了したか否かが判断される。具体的には、所定の時間（ガス置換が完了するのに要する時間であり、予め時間を計測することによって設定される）が経過したか否かを検出し、又は、燃料ガス入口連通孔３０ａから排出される水素濃度を検出し、ガス置換工程の終了が判断される。一方、酸化剤ガス流路３４では、空気の所定の時間だけ供給されたか、又は酸化剤ガス出口連通孔２８ｂから排出される酸素濃度を検出して、ガス置換工程の終了が判断される。
【００４４】
次に、ステップＳ４に進んで、燃料ガスが燃料ガス入口連通孔３０ａから供給される一方、酸化剤ガスが酸化剤ガス入口連通孔２８ａから供給される。具体的には、図５に示すように、開閉弁６６、８６及び９２が閉塞される一方、三方弁８０の切り換え作用下に、水素供給流路７４と燃料ガス入口連通孔３０ａとが連通する。
【００４５】
さらに、ステップＳ５に進んで、燃料電池スタック１２の発電（通常発電工程）が開始される。この発電時には、図２に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。一方、一対の冷却媒体入口連通孔３２ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００４６】
これにより、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２８ａから第１セパレータ２４の酸化剤ガス流路３４に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路３４に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、電解質膜・電極構造体２２のカソード側電極５２に供給される。
【００４７】
また、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ２６の燃料ガス流路４０に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路４０に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、電解質膜・電極構造体２２のアノード側電極５４に供給される。
【００４８】
従って、電解質膜・電極構造体２２では、カソード側電極５２に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極５４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００４９】
次いで、電解質膜・電極構造体２２のカソード側電極５２に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔２８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。この酸化剤ガスは、空気排出流路６８を通って希釈器７０に送られる（図５参照）。
【００５０】
一方、図２に示すように、電解質膜・電極構造体２２のアノード側電極５４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。この燃料ガスは、図５に示すように、燃料ガス排出流路８４に排出され、水素循環路８８を通ってエゼクタ７８に吸引される。
【００５１】
一対の冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、図２に示すように、第１セパレータ２４及び第２セパレータ２６間の冷却媒体流路３８に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｂ方向（水平方向）に沿って流動した後、矢印Ｃ方向（重力方向）に移動して電解質膜・電極構造体２２を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｂ方向両側に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔３２ｂに排出される。
【００５２】
そして、燃料電池スタック１２による発電が停止されると（ステップＳ６）、燃料電池スタック１２への空気及び燃料ガスの供給が停止される。さらに、ステップＳ７に進んで、空気による掃気処理が行われる。
【００５３】
具体的には、図６に示すように、開閉弁６６が開放される一方、開閉弁８６、９２が閉塞される。三方弁８０の切り換え作用下に、水素供給流路７４と燃料ガス入口連通孔３０ａとが遮断される。このため、エアポンプ６０を介して空気供給流路６２に空気が供給されると、この空気は、燃料電池スタック１２の各酸化剤ガス入口連通孔２８ａに供給されるとともに、空気分岐流路６４を介して前記燃料電池スタック１２の各燃料ガス出口連通孔３０ｂに供給される。
【００５４】
従って、酸化剤ガス流路３４では、上流側から下流側に向かって空気が供給される一方、燃料ガス流路４０では、下流側から上流側に向かって空気が供給される（図６参照）。
【００５５】
酸化剤ガス流路３４及び燃料ガス流路４０が空気により満たされた後、燃料電池システム１０全体の運転停止（全停止）がなされる（ステップＳ８）。なお、燃料電池システム１０の運転停止時には、通常、燃料ガス入口連通孔３０ａに空気が供給されることにより、燃料ガス流路４０の上流側から下流側に向かって前記空気が供給される。このため、燃料ガス流路４０からの排水性が向上するという利点がある。
【００５６】
また、燃料ガス流路４０は、掃気後に空気に代えて、例えば、水素ガスにより満たされていてもよい。
【００５７】
この場合、燃料電池スタック１２では、発電により生成水が多量に発生しており、この生成水は、酸化剤ガス流路３４の下流及び燃料ガス流路４０の下流に滞留し易い。これにより、電解質膜・電極構造体２２は、下部側の含水量が上部側の含水量に比べて相当に高くなっている。
【００５８】
そこで、燃料電池２０を起動させる際、従来方式のように、酸化剤ガス流路３４の上流側から下流側に酸化剤ガス（空気）が供給される一方、燃料ガス流路４０の上流側から下流側に燃料ガス（水素ガス）が供給されると、図７に示す電位挙動が発生する（反応Ａ、反応Ｂ、反応Ｃ及び反応Ｄの順）。
【００５９】
具体的には、燃料ガス流路４０の上流側では、燃料ガスが供給されることにより、Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−の反応Ａが惹起され、この２Ｈ＋は、電解質膜・電極構造体２２を透過して酸化剤ガス流路３４側に移動する。酸化剤ガス流路３４では、酸化剤ガスが供給されており、１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏの反応Ｂが発生する。
【００６０】
酸化剤ガス流路３４の下流側では、残存している水分により、Ｈ２Ｏ→１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−及びＨ２Ｏ＋１／２Ｃ（電極触媒層中のＣ）→１／２ＣＯ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−の反応Ｃが惹起される。一方、燃料ガス流路４０の下流側では、酸化剤ガス流路３４の下流側から透過する２Ｈ＋により、１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏの反応Ｄが発生する。反応Ｃは、律速段階となっており、水分が多くなることによって全ての反応Ａ〜反応Ｄが促進され、高電位が発生する。
【００６１】
上記の従来方式では、カソード電位Ｖｃａとアノード電位Ｖａｎとは、図８に示す関係を有している。また、電解質膜・電極構造体２２内の水分量は、図９に示すように、流路上流から流路下流に向かって増加している。
【００６２】
従って、燃料ガス流路４０では、上流側が乾燥傾向にあるため、この燃料ガス流路４０の上流側に供給された燃料ガスは、アノード側電極５４の拡散層内を流通し易い。これにより、燃料ガス流路４０の上流側に供給された燃料ガスは、前記燃料ガス流路４０の下流側に移動するために時間がかかってしまい、流路下流では、比較的長い時間Ｌにわたって高電位Ｖ２が発生する（図８参照）。
【００６３】
そこで、本実施形態では、先ず、図４に示すように、燃料ガス流路４０の下流側から、すなわち、燃料ガス出口連通孔３０ｂから前記燃料ガス流路４０に燃料ガスが供給されている。このため、燃料ガス流路４０の下流側の電解質膜・電極構造体２２内に水が滞留し易く、前記燃料ガス流路４０の上流側の前記電解質膜・電極構造体２２内では、滞留水が少ない。従って、図７中、反応Ｃの進行が抑制されるため、図１０に示すように、流路上流では、低電位Ｖ１（Ｖ１＜Ｖ２）となる。
【００６４】
さらに、燃料ガス流路４０の下流側には、多くの水分が存在しているため、この下流側に供給された燃料ガスは、アノード側電極５４の拡散層内を流通することがなく、燃料ガス流路４０の上流側に向かって迅速に移動することができる。これにより、図８及び図１０に示すように、ピーク電位が発生している時間ｌは、従来方式でのピーク電位が発生している時間Ｌに比べて相当に短縮される（ｌ＜Ｌ）。
【００６５】
このため、酸化剤ガス流路３４の下流側に高電位が発生することを良好に抑制するとともに、不要に廃棄される燃料ガス量が確実に削減される。従って、簡単且つ経済的な工程で、燃料電池スタック１２の始動時に、前記燃料電池スタック１２の劣化を良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００６６】
また、酸化剤ガス流路３４及び燃料ガス流路４０の空気による掃気時に、前記燃料ガス流路４０の下流側から前記空気が供給されている。このため、酸化剤ガス流路３４及び燃料ガス流路４０の下流側に滞留し易い生成水を上流側に流動させることができ、電解質膜・電極構造体２２の含水状態が均等化される。従って、電解質膜・電極構造体２２の劣化を良好に抑制することが可能になるという利点が得られる。
【００６７】
なお、本実施形態では、酸化剤ガス流路３４及び燃料ガス流路４０は、それぞれ酸化剤ガス及び燃料ガスが重力方向上方から下方に向かって流通するように構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、酸化剤ガス流路３４及び燃料ガス流路４０は、水平方向に流れ方向が設定されてもよい。その際、酸化剤ガス及び燃料ガスは、それぞれの流れ方向が同一方向（平行流）に設定されるとともに、酸化剤ガス出口連通孔２８ｂ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂが同一の端部側に設けられていればよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０…燃料電池システム                １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス供給装置              １６…燃料ガス供給装置
１８…コントローラ                    ２０…燃料電池
２２…電解質膜・電極構造体            ２４、２６…セパレータ
２８ａ…酸化剤ガス入口連通孔          ２８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３０ａ…燃料ガス入口連通孔            ３０ｂ…燃料ガス出口連通孔
３２ａ…冷却媒体入口連通孔            ３２ｂ…冷却媒体出口連通孔
３４…酸化剤ガス流路                  ３８…冷却媒体流路
４０…燃料ガス流路                    ４６、４８…シール部材
５０…固体高分子電解質膜              ５２…カソード側電極
５４…アノード側電極                  ６０…エアポンプ
６２…空気供給流路                    ６４…空気分岐流路
６８…空気排出流路                    ７０…希釈器
７２…水素タンク                      ７４…水素供給流路
７６…レギュレータ                    ７８…エゼクタ
８４…燃料ガス排出流路                ８８…水素循環路
９０…燃料ガス分岐流路
【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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