(57)【要約】  本発明は、燃料電池と、燃料ガス供給装置及び酸化剤ガス供給装置と、制御装置とを備え、燃料電池の温度制御装置と、燃料電池に供給する燃料ガス及び酸化剤ガスを加湿する加湿装置とを更に備えた、燃料電池システム、及び、その運転方法に関する。  前記燃料電池システムでは、通常、状況に応じて、燃料電池と負荷との電気的な接続を切断して、運転の停止をするが、長期間に渡ると、燃料電池の発電性能が経時的劣化する等の問題があった。  本発明は、前記燃料電池システムに、燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、温度制御装置、加湿装置、燃料電池、及び燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを制御して、燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌと、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方とを一致させ、その後、燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する、制御装置を備えさせること等によって、上記問題の解決を図ったものである。
2007046483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置を少なくとも制御する制御装置と、
を備えており、
前記燃料電池の温度を制御する温度制御装置、並びに、前記燃料電池に供給する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する加湿装置の少なくとも何れかを更に備えており、
前記制御装置が、前記燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点又は露点と関連する情報に基づいて、前記温度制御装置、前記加湿装置、前記燃料電池、及び前記燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを制御し、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させ、その後、前記燃料電池と前記負荷との電気的な接続を切断する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置が、前記温度制御装置を制御して前記燃料電池の温度を低下させて該燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置が、前記低下させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御装置が、前記温度制御装置内の冷媒の流量及び温度の少なくとも一方を制御して前記燃料電池の温度を低下させる、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置が、前記加湿装置を制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させて前記燃料電池の温度と該燃料ガス及び該酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる、請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御装置が、前記上昇させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する、請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御装置が、前記加湿装置内の加湿器の温度を前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の流量及び温度の少なくとも一方により制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させる、請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記露点と関連する情報が、前記燃料ガス供給装置の動作条件である、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記露点と関連する情報が、前記燃料電池及び前記加湿装置の少なくとも何れかの動作条件である、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記燃料ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御する、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記酸化剤ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御する、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置を少なくとも制御する制御装置と、
を駆動し、
前記燃料電池の温度を制御する温度制御装置、並びに、前記燃料電池に供給する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する加湿装置の少なくとも何れかを更に駆動し、
前記制御装置が、前記燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点又は露点と関連する情報に基づいて、前記温度制御装置、前記加湿装置、前記燃料電池、及び前記燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを制御し、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させ、その後、前記燃料電池と前記負荷との電気的な接続を切断する、燃料電池システムの運転方法。
【請求項１５】
前記制御装置が、前記温度制御装置を制御して前記燃料電池の温度を低下させて該燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる、請求項１４記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１６】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる、請求項１５記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１７】
前記制御装置が、前記低下させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する、請求項１５記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１８】
前記制御装置が、前記温度制御装置内の冷媒の流量及び温度の少なくとも一方を制御して前記燃料電池の温度を低下させる、請求項１５記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１９】
前記制御装置が、前記加湿装置を制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させて前記燃料電池の温度と該燃料ガス及び該酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる、請求項１４記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２０】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる、請求項１９記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２１】
前記制御装置が、前記上昇させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する、請求項１９記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２２】
前記制御装置が、前記加湿装置内の加湿器の温度を前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の流量及び温度の少なくとも一方により制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させる、請求項１９記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２３】
前記露点と関連する情報として、前記燃料ガス供給装置の動作条件を利用する、請求項１４記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２４】
前記露点と関連する情報として、前記燃料電池及び前記加湿装置の少なくとも何れかの動作条件を利用する、請求項１４記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２５】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記燃料ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御する、請求項１４記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２６】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記酸化剤ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御する、請求項１４記載の燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを利用して発電する燃料電池システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。【０００３】
燃料電池システムは、その発電部の本体として、燃料電池を備えている。この燃料電池としては、例えば、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、アルカリ水溶液形燃料電池、又は、高分子電解質形燃料電池が用いられる。これらの燃料電池の内、高分子電解質形燃料電池は、１３０℃〜１５０℃程度の比較的低温での発電が可能であると共に、出力密度が高くかつ寿命が長いという特徴を有している。そのため、高分子電解質形燃料電池は、高出力特性と同時に短時間起動が要求される電気自動車の動力電源や、長期信頼性が要求される家庭用コジェネレーションシステム等への応用が期待されている。【０００４】
高分子電解質形燃料電池では、発電運転の際、アノード側に水素を含む燃料ガスが供給されると共に、カソード側に酸素を含む酸化剤ガスが供給される。すると、高分子電解質形燃料電池のアノードでは、供給される水素が電子とプロトンとに変換される。アノードで発生した電子は、燃料電池システムに接続された外部負荷を経由して、高分子電解質形燃料電池のカソードに到達する。又、アノードで発生したプロトンは、高分子電解質膜を通過してカソードに到達する。一方、高分子電解質形燃料電池のカソードでは、外部負荷を経由して到達する電子と高分子電解質膜を通過して到達するプロトンとカソード側に供給される酸素とが用いられて水が生成する。尚、燃料ガスは、例えば、メタンから水蒸気改質反応により水素を生成する燃料ガス供給装置から供給される。又、酸化剤ガスは、例えば、シロッコファンにより大気中から空気を取り込む酸化剤ガス供給装置から供給される。【０００５】
ところで、高分子電解質形燃料電池を備える燃料電池システムでは、アノード側からカソード側へのプロトンの伝導性を確保するために、高分子電解質膜を湿潤状態において維持する必要がある。そのため、この燃料電池システムでは、加湿された燃料ガス及び加湿された酸化剤ガスがアノード側及びカソード側に各々供給される。又、この燃料電池システムでは、化学反応の自由エネルギー変化を電気エネルギーに変換する際のエネルギーの変換効率を十分に確保するために、例えば、燃料ガスの露点をＴｄａとし、酸化剤ガスの露点をＴｄｃとし、高分子電解質形燃料電池の温度をＴｃｅｌｌとした場合、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄａ、かつ、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄｃなる相互関係を満たす運転条件（以下、この運転条件を「低加湿運転条件」という）の下で高分子電解質形燃料電池が運転される。これにより、燃料電池システムは、長期間に渡り安定して所定の発電性能を発揮する（例えば特許文献１参照）。【０００６】
一方、燃料電池システムの発電運転では、燃料電池システムが生成する電気エネルギー及び熱エネルギーの何れもが不要である場合には発電運転を行う必要が無いため、通常、状況に応じて高分子電解質形燃料電池の発電運転を起動又は停止させる起動停止型の運転方法が採られる。この起動停止型の運転方法では、電気エネルギー及び熱エネルギーの何れもが不要となる場合、燃料電池システムの制御装置は燃料ガス供給装置及び酸化剤ガス供給装置の動作を停止させた後、高分子電解質形燃料電池と外部負荷との電気的な接続を切断する。これにより、高分子電解質形燃料電池は開回路状態となる。そして、制御装置は、高分子電解質膜の乾燥を防止するために、加湿した不活性ガスを高分子電解質形燃料電池の内部に封入する。又は、制御装置は、高分子電解質形燃料電池と燃料ガス供給装置及び酸化剤ガス供給装置との接続を遮断して、燃料ガス用流路及び酸化剤ガス用流路を密閉する。これにより、燃料電池システムは、長期間に渡り高分子電解質膜の乾燥を防止する（例えば、特許文献２，３，４参照）。
【特許文献１】特願平０４−５０２７４９号公報
【特許文献２】特開平０６−２５１７８８号公報
【特許文献３】特開２００４−１６３０３７号公報
【特許文献４】特開２００４−００６１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の燃料電池システムでは、加湿した不活性ガスの封入又は燃料ガス用流路及び酸化剤ガス用流路の密閉により長期間に渡り高分子電解質膜の乾燥を防止しているにも関わらず、高分子電解質膜の劣化が進行して、高分子電解質形燃料電池の発電性能が経時的に低下するという問題があった。これは、燃料電池システムが発電運転を停止する際、低加湿運転条件の下で運転される高分子電解質形燃料電池が外部負荷との電気的な接続が切断されて開回路状態となることが原因であった。【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、低加湿運転条件で運転される高分子電解質形燃料電池が開回路状態に移行する際の高分子電解質膜の劣化を防止可能な、優れた耐久性を備える燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意研究を重ねた結果、低加湿運転条件の下で燃料電池システムが運転される場合、この低加湿運転条件で運転される状態から発電運転を停止させる際に高分子電解質膜の乾燥による劣化が特に進行し易いという事実に基づいて、高分子電解質形燃料電池の放電を停止させる前に出力電圧を開回路電圧よりも低い所定の範囲に保ちながら高分子電解質膜の含水量を調節することが上述の目的を達成する上で極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。【００１０】
即ち、本発明に係る燃料電池システムは、水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置を少なくとも制御する制御装置と、を備えており、前記燃料電池の温度を制御する温度制御装置、並びに、前記燃料電池に供給する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する加湿装置の少なくとも何れかを更に備えており、前記制御装置が、前記燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点又は露点と関連する情報に基づいて、前記温度制御装置、前記加湿装置、前記燃料電池、及び前記燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを制御し、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させ、その後、前記燃料電池と前記負荷との電気的な接続を切断する。【００１１】
又、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置を少なくとも制御する制御装置と、を駆動し、前記燃料電池の温度を制御する温度制御装置、並びに、前記燃料電池に供給する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する加湿装置の少なくとも何れかを更に駆動し、前記制御装置が、前記燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点又は露点と関連する情報に基づいて、前記温度制御装置、前記加湿装置、前記燃料電池、及び前記燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを制御し、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させ、その後、前記燃料電池と前記負荷との電気的な接続を切断する。【００１２】
かかる構成とすることにより、燃料電池システムの状態を発電運転状態から発電運転停止状態に移行させる過程において、制御装置が温度制御装置及び加湿装置の少なくとも一方を制御して燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させた後に燃料電池と負荷との電気的な接続を切断するので、高分子電解質膜の含水量を相対的に上昇させることが可能となり、高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能になる。そして、これにより、優れた耐久性を備える燃料電池システムを提供することが可能になる。【００１３】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法では、前記制御装置が、前記温度制御装置を制御して前記燃料電池の温度を低下させて該燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる。【００１４】
かかる構成とすることにより、温度制御装置を制御して燃料電池の温度を低下させるので、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを容易に一致させることが可能になる。【００１５】
この場合、前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる。【００１６】
かかる構成とすることにより、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させるので、高分子電解質膜の含水量を更に上昇させることが可能となり、高分子電解質膜の劣化を更に効果的に抑制することが可能になる。【００１７】
又、この場合、前記制御装置が、前記低下させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する。【００１８】
かかる構成とすることにより、燃料電池の温度を低下させる際に燃料電池の出力電流密度を発電時における出力電流密度以下に制御するので、発電に伴い生成する水の生成量を抑制することができる。これにより、燃料電池において流路閉塞が発生することを防止することが可能になる。【００１９】
又、この場合、前記制御装置が、前記温度制御装置内の冷媒の流量及び温度の少なくとも一方を制御して前記燃料電池の温度を低下させる。【００２０】
かかる構成とすることにより、温度制御装置内の冷媒の流量及び温度の少なくとも一方を制御するので、燃料電池の温度を容易に低下させることが可能になる。【００２１】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法では、前記制御装置が、前記加湿装置を制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させて、前記燃料電池の温度と該燃料ガス及び該酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる。【００２２】
かかる構成とすることにより、加湿装置を制御して燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させるので、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを容易に一致させることが可能になる。【００２３】
この場合、前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる。【００２４】
かかる構成とすることにより、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させるので、高分子電解質膜の含水量を更に上昇させることが可能となり、高分子電解質膜の劣化を更に効果的に抑制することが可能になる。【００２５】
又、この場合、前記制御装置が、前記上昇させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する。【００２６】
かかる構成とすることにより、燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させる際に燃料電池の出力電流密度を発電時における出力電流密度以下に制御するので、発電に伴い生成する水の生成量を抑制することができる。これにより、燃料電池において流路閉塞が発生することを防止することが可能になる。【００２７】
又、この場合、前記制御装置が、前記加湿装置内の加湿器の温度を前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の流量及び温度の少なくとも一方により制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させる。【００２８】
かかる構成とすることにより、加湿装置内の加湿器の温度を燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の流量及び温度の少なくとも一方により制御するので、燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を容易に上昇させることが可能になる。【００２９】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法では、前記露点と関連する情報が前記燃料ガス供給装置の動作条件であり、前記露点と関連する情報として前記燃料ガス供給装置の動作条件を利用する。【００３０】
かかる構成とすることにより、露点センサを用いることなく、燃料ガスや酸化剤ガスの露点を各々検出することが可能になる。【００３１】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法では、前記露点と関連する情報が前記燃料電池及び前記加湿装置の少なくとも何れかの動作条件であり、前記露点と関連する情報として前記燃料電池及び前記加湿装置の少なくとも何れかの動作条件を利用する。【００３２】
かかる構成とすることによっても、露点センサを用いることなく、燃料ガスや酸化剤ガスの露点を各々検出することが可能になる。【００３３】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法では、前記制御装置が、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記燃料ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御する。【００３４】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法では、前記制御装置が、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記酸化剤ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御する。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は以上に述べたような手段で実施され、低加湿運転条件で運転される高分子電解質形燃料電池が開回路状態に移行する際の高分子電解質膜の劣化を防止可能な、優れた耐久性を備える燃料電池システム及びその運転方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの燃料電池の断面構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの特徴的な動作における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの特徴的な動作の変形例における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの特徴的な動作における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの特徴的な動作における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの特徴的な動作の変形例における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図１３】図１３は、燃料ガス供給装置で生成される燃料ガスの露点とＳ／Ｃとの関係を水蒸気改質反応の反応温度毎に模式的に示す相関図である。
【図１４】図１４は、全熱交換器により加湿された酸化剤ガスの露点を算出するための構成を模式的に示す解説図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図１６】図１６は、温水加湿器により加湿された酸化剤ガスの露点を算出するための構成を模式的に示す解説図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  高分子電解質膜
２ａ，２ｃ  触媒反応層
３ａ，３ｃ  ガス拡散層
４ａ  アノード
４ｃ  カソード
５  ＭＥＡ（膜／電極接合体）
６ａ  燃料ガス流路
６ｃ  酸化剤ガス流路
７ａ，７ｃ  セパレータ
８ａ，８ｃ  冷却水流路
９ａ，９ｃ  ガスケット
１０  ガスケット
１１  燃料電池（高分子電解質形燃料電池）
１２  燃料ガス供給部
１３  酸化剤ガス供給部
１４  燃料ガス排出部
１５  酸化剤ガス排出部
１６  燃料ガス供給装置
１７  酸化剤ガス供給装置
１８  加湿器
１８ａ，１８ｃ  加湿器
１９  温度制御装置
２０  制御装置
２１ａ，２１ｃ  露点センサ
２２  温度センサ
２３  制御器
２４  露点制御装置
２５  三方弁
２６  全熱交換器
２７  温水加湿器
１０１  燃料電池（要部）
１０２  単電池（セル）
１００〜４００  燃料電池システム
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本発明を実施するための最良の形態では、高分子電解質形燃料電池を備える燃料電池システムを単に「燃料電池システム」と記載する。又、ここでは、高分子電解質形燃料電池を単に「燃料電池」と記載する。又、ここでは、膜／電極接合体を単に「ＭＥＡ」と記載する。【００３９】
（実施の形態１）
先ず、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。【００４０】
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの燃料電池の断面構成を模式的に示す断面図である。尚、図１では、燃料電池の基本構成を明快に説明するために、燃料電池の要部のみを図示している。【００４１】
図１に示すように、燃料電池１０１では、ＭＥＡ５がその周縁部にガスケット９ａ及びガスケット９ｃを配置されてセパレータ７ａ及びセパレータ７ｃにより挟持されている。これにより、燃料電池１０１において、単電池１０２（以下、「単電池」を「セル」という）が構成されている。このセル１０２が直列に複数個積層されて、燃料電池１０１が構成されている。【００４２】
より詳細に説明すると、図１に示すように、ＭＥＡ５はプロトン導電性を有する高分子電解質膜１を備えている。この高分子電解質膜１は、含水状態においてプロトンを選択的に輸送する。この高分子電解質膜１のプロトン輸送能は、含水状態において高分子電解質膜１に固定されている固定電荷が電離すると共に、この固定電荷の対イオンとして機能する水素がイオン化して移動可能になることによって実現される。そして、図１に示すように、この高分子電解質膜１の両面の中央部には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層２ａ及び触媒反応層２ｃが、各々が対向するようにして着設されている。これらの触媒反応層の内、触媒反応層２ａでは、図１では図示しない燃料ガス供給装置から供給される燃料ガス由来の水素が、化学式（１）に示すように、電子とプロトンとに変換される。触媒反応層２ａで生成した電子は、燃料電池システムに接続された図１では図示しない外部負荷を経由して、触媒反応層２ｃに到達する。又、触媒反応層２ａで生成したプロトンは、高分子電解質膜１を通過して、触媒反応層２ｃに到達する。一方、燃料電池１０１の触媒反応層２ｃでは、外部負荷を経由して到達する電子と、高分子電解質膜１を通過して到達するプロトンと、図１では図示しない酸化剤ガス供給装置から供給される酸化剤ガス由来の酸素とが用いられて、化学式（２）に示すように、水が生成する。この一連の化学反応により、燃料電池１０１は、電力を出力すると共に熱を発生する。【００４３】
Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−  ・・・化学式（１）
（１／２）Ｏ２  ＋  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ  ・・・化学式（２）
又、図１に示すように、触媒反応層２ａ及び触媒反応層２ｃの高分子電解質膜１に接していない面には、ガス拡散層３ａ及びガス拡散層３ｃが、各々が対向するようにして配設されている。これらのガス拡散層３ａ及びガス拡散層３ｃは、燃料ガス及び酸化剤ガスの通気性と導電性とを兼ね備えており、触媒反応層２ａ及び触媒反応層２ｃの表面に各々電気的に接続するよう着設されている。【００４４】
そして、燃料電池１０１では、触媒反応層２ａとガス拡散層３ａとによりアノード４ａが構成されている。又、燃料電池１０１では、触媒反応層２ｃとガス拡散層３ｃとによりカソード４ｃが構成されている。又、燃料電池１０１では、高分子電解質膜１とアノード４ａとカソード４ｃとによりＭＥＡ５が構成されている。【００４５】
一方、図１に示すように、ＭＥＡ５の高分子電解質膜１は電気絶縁性のガスケット９ａ及びガスケット９ｃにより挟持され、更に、これらのガスケット９ａ及びガスケット９ｃは導電性のセパレータ７ａ及びセパレータ７ｃにより挟持されている。これにより、燃料電池１０１においてセル１０２が構成されている。このセル１０２では、セパレータ７ａのガス拡散層３ａと接する面に、燃料ガス流路６ａが凹設されている。この燃料ガス流路６ａは、燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスをＭＥＡ５のガス拡散層３ａに供給すると共に、触媒反応により発生したガス及び余剰の燃料ガスをセル１０２の外部に排出する。又、このセル１０２では、セパレータ７ｃのガス拡散層３ｃと接する面に、酸化剤ガス流路６ｃが凹設されている。この酸化剤ガス流路６ｃは、酸化剤ガス供給装置から供給される酸化剤ガスをＭＥＡ５のガス拡散層３ｃに供給すると共に、触媒反応により発生したガス及び余剰の酸化剤ガスをセル１０２の外部に排出する。又、セパレータ７ａ及びガス拡散層３ａは電気的に接続されており、セパレータ７ｃ及びガス拡散層３ｃも電気的に接続されている。【００４６】
そして、図１に示すように、セル１０２が電気的に直列に複数個積層されて、燃料電池１０１が構成されている。この燃料電池１０１では、一方のセル１０２のセパレータ７ａが他方のセル１０２のセパレータ７ｃと電気的に接続するようにして、所望の出力電圧が得られるよう複数個のセル１０２が電気的に直列に積層されている。又、この燃料電池１０１では、セパレータ７ａのセパレータ７ｃと接する面とセパレータ７ｃのセパレータ７ａと接する面とに互いに対向する凹部が形成されており、これにより、冷却水流路８ａ及び冷却水流路８ｃが構成されている。又、これらの冷却水流路８ａ及び冷却水流路８ｃに流通する冷却水の漏洩を防止するために、セパレータ７ａとセパレータ７ｃとの間にはガスケット１０が配設されている。冷却水流路８ａ及び冷却水流路８ｃには図１では図示しない冷却水供給装置から冷却水が供給され、この冷却水は発電運転の際に発熱する燃料電池１０１を冷却する。尚、冷却水により燃料電池１０１から回収された熱エネルギーは、例えば、給湯のために用いられる。【００４７】
図２は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図２では、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。【００４８】
図２に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００は、その発電部の本体として、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池１１を備えている。又、この燃料電池システム１００は、燃料電池１１に供給するための燃料ガス及び酸化剤ガスを各々生成する燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７と、この酸化剤ガス供給装置１７から燃料電池１１へ供給される酸化剤ガスを途中で加湿する加湿器１８と、この加湿器１８及び上述した燃料ガス供給装置１６が供給する燃料ガス及び酸化剤ガスの露点温度（以下、単に「露点」という）を各々検出する露点センサ２１ａ及び露点センサ２１ｃとを備えている。又、この燃料電池システム１００は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する際の燃料電池１１の温度を冷却媒体により制御する温度制御装置１９と、この温度制御装置１９と上述した燃料電池１１との間で循環される冷却媒体の温度を検出する温度センサ２２とを備えている。更に、この燃料電池システム１００は、上述した燃料電池１１、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７、温度制御装置１９の動作を適宜制御する制御装置２０を備えている。【００４９】
より詳細に説明すると、図２に示すように、燃料電池１１は燃料ガス供給部１２及び酸化剤ガス供給部１３と燃料ガス排出部１４及び酸化剤ガス排出部１５とを備えている。燃料電池システム１００の発電運転の際、燃料ガス供給装置１６が生成する燃料ガスは、その露点が露点センサ２１ａにより検出された後、燃料電池１１の燃料ガス供給部１２に供給される。そして、燃料電池１１において余剰となった燃料ガスは、燃料電池１１の燃料ガス排出部１４から排出される。又、酸化剤ガス供給装置１７からの酸化剤ガスは、加湿器１８により加湿されかつ露点が露点センサ２１ｃにより検出された後、燃料電池１１の酸化剤ガス供給部１３に供給される。そして、燃料電池１１において余剰となった酸化剤ガスは、燃料電池１１の酸化剤ガス排出部１５から排出される。【００５０】
燃料ガス供給装置１６は、例えば、都市ガス又はプロパンガス等の原料を用いて水蒸気改質反応により水素を豊富に含む燃料ガスを生成する。この燃料ガスは、水蒸気改質反応の際に加湿され、水蒸気を含む状態で燃料電池１１に供給される。このように、水蒸気を含む燃料ガスが燃料ガス供給装置１６から燃料電池１１に供給されることにより、燃料電池１１の図２では図示しない高分子電解質膜は湿潤状態において維持される。尚、本実施の形態では例示しないが、燃料ガスとして水素ボンベに充填された純水素を用いる場合には、この純水素を加湿するために、燃料ガス供給装置１６と露点センサ２１ａとの間に加湿器を配設する。【００５１】
酸化剤ガス供給装置１７は、例えば、シロッコファンにより大気中から酸化剤ガスとしての空気を取り込む。そして、その取り込んだ空気を燃料電池１１に供給する。尚、大気中から取り込んだ空気は、通常、燃料電池１１の高分子電解質膜を湿潤するために必要となる量の水蒸気を含んではいない。そのため、図２に示すように、燃料電池システム１００では、酸化剤ガス供給装置１７と露点センサ２１ｃとの間に加湿器１８が配設されている。この加湿器１８は、酸化剤ガス供給装置１７が排出する空気を加湿した後に燃料電池１１に供給する。このように、酸化剤ガス供給装置１７から燃料電池１１に加湿器１８により加湿された空気が供給されることによっても、燃料電池１１の高分子電解質膜は湿潤状態に維持される。【００５２】
露点センサ２１ａは、燃料ガス供給装置１６から燃料電池１１に供給される燃料ガスの露点を検出する。又、露点センサ２１ｃは、酸化剤ガス供給装置１７から燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの露点を検出する。本実施の形態では、これらの露点センサ２１ａ及び露点センサ２１ｃにより検出される燃料ガスの露点及び酸化剤ガスの露点を、燃料電池１１の内部における燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃとみなす。尚、これらの露点センサ２１ａ及び露点センサ２１ｃとしては、燃料ガス及び酸化剤ガスの類に対する耐久性を備えかつ温度耐久性を備える露点センサであれば、如何なる露点センサを用いてもよい。又、燃料ガスの露点Ｔｄａは燃料ガス供給装置１６（正しくは、燃料ガス供給装置１６が有する改質器）の性能に依存し、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃは加湿器１８の性能に依存する。そのため、燃料ガスの露点Ｔｄａとして改質器の動作条件に基づいて算出される露点を用い、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃとして加湿器１８の動作条件に基づいて算出される露点又は加湿器１８の温度（実測値）を用いる構成としてもよい。尚、これらの露点センサ２１ａ，２１ｃを用いずに燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを検出する形態については、後に詳細に説明する。【００５３】
温度制御装置１９は、例えば、冷却媒体を循環させる循環ポンプと、循環する冷却媒体を放熱させる放熱器（冷却フィン、熱交換器等）とで構成される。この温度制御装置１９は、例えば水からなる冷却媒体を燃料電池１１に供給すると共に、発電に伴って発生する熱により加熱されて温度上昇した冷却媒体を燃料電池１１から回収する。そして、温度制御装置１９は、その温度上昇した冷却媒体を冷却した後、再び燃料電池１１に供給する。或いは、温度制御装置１９は、冷却媒体の流量及び温度の少なくとも１つの条件を変化させることによって、燃料電池１１の温度を低下させる。例えば、温度制御装置１９内の冷却媒体の流量を増加させることにより、燃料電池１１の温度を低下させることが可能になる。又、冷却媒体の温度を低下させることにより、燃料電池１１の温度を低下させることが可能になる。これにより、温度制御装置１９は、燃料電池１１の温度を一定の温度に維持する。尚、冷却媒体により燃料電池１１から回収された熱エネルギーは、例えば、給湯のために用いられる。【００５４】
温度センサ２２は、燃料電池１１から温度制御装置１９に排出される冷却媒体の温度を検出する。本実施の形態では、この温度センサ２２により検出される冷却媒体の温度を、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌとみなす。尚、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌは、燃料電池１１の中で最も高い温度とする。その検出方法としては、燃料電池１１に供給する冷却媒体の温度を測定する方法、燃料電池１１を構成する図２では図示しないセパレータの温度を熱電対により直接測定する方法、燃料電池１１から排出される冷却媒体の温度を測定する方法等が考えられる。一方、燃料電池１１における最も温度が高い部分は、入口から供給された冷却媒体が燃料電池１１と熱交換して出口から排出されるため、燃料電池１１における冷却媒体の出口部分であると想定される。そこで、本実施の形態では、燃料電池１１から温度制御装置１９に排出される冷却媒体の温度を温度センサ２２により検出する構成としている。【００５５】
尚、低加湿運転条件は、例えば、燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度≦Ｔｄａ＜燃料電池１１における冷却媒体の出口部分の温度（Ｔｃｅｌｌ）、かつ、燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度≦Ｔｄｃ＜燃料電池１１における冷却媒体の出口部分の温度（Ｔｃｅｌｌ）なる運転条件であってもよい。この場合のように、燃料電池の内部の少なくとも一部が低加湿運転条件となっている場合でも、本発明の効果を奏することができる。【００５６】
又、低加湿運転条件は、例えば、Ｔｄａ＜燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度、かつ、Ｔｄｃ＜燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度なる運転条件であってもよい。この場合、燃料電池の内部のほぼ全体が低加湿運転条件となっており、本発明の効果をより顕著に得ることができる。【００５７】
上記により、低加湿運転条件は、例えば、燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度≦Ｔｄａ＜燃料電池１１における冷却媒体の出口部分の温度（Ｔｃｅｌｌ）、かつ、Ｔｄｃ＜燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度なる運転条件であってもよい。又、低加湿運転条件は、例えば、Ｔｄａ＜燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度、かつ、燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度≦Ｔｄｃ＜燃料電池１１における冷却媒体の出口部分の温度（Ｔｃｅｌｌ）なる運転条件であってもよい。この場合のように、燃料電池の内部の少なくとも一部が低加湿運転条件となっている場合でも、本発明の効果を奏することができる。【００５８】
又、制御装置２０は、少なくとも燃料電池１１、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７、温度制御装置１９の動作を適宜制御する。この制御装置２０は、例えばＭＰＵ及びメモリを備えており、予めメモリに記憶されるデータに基づき、少なくとも燃料電池１１、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７、温度制御装置１９の動作を適宜制御する。【００５９】
次に、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの動作について、図２〜図４を参照しながら説明する。尚、ここでは、燃料電池システムの発電運転中、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点ＴｄｃがＴｄａ＜Ｔｄｃなる相互関係を満たしているものと仮定する。【００６０】
本実施の形態に係る燃料電池システムの動作は、低加湿運転条件の下で運転される燃料電池と外部負荷との電気的な接続を切断する（つまり、燃料電池が開回路状態となる）前に高分子電解質膜を加湿する点を除き、従来の燃料電池システムの動作と同様である。そのため、以下では、本実施の形態に係る燃料電池システムの特徴的な動作についてのみ詳細に説明する。【００６１】
図３は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図３では、本発明を説明するために必要となるステップのみを図示しており、その他のステップについては図示を省略している。【００６２】
又、図４は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの特徴的な動作における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。尚、図４では、本発明を説明するために必要となる操作のみを図示しており、その他の操作については図示を省略している。【００６３】
燃料電池システム１００の発電運転を停止する際、制御装置２０は、先ず、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄａ、かつ、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄｃなる相互関係を満たす低加湿運転条件の下で運転されている状態（図４に示す状態１）の燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを、温度制御装置１９の動作を制御することにより（図４に示す操作１）、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致するまで低下させる（ステップＳ１、及び、図４に示す状態２）。この図４に示す状態２において、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断することなく、燃料電池１１の放電を継続させる。【００６４】
次いで、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら、露点センサ２１ｃ及び温度センサ２２の出力信号に基づいて、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致したか否かを判定する（ステップＳ２）。【００６５】
ステップＳ２において、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致しないと判定された場合（ステップＳ２でＮＯ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させたまま、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致するまで、ステップＳ１に示す制御を継続する。一方、ステップＳ２において、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致したと判定された場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら温度制御装置１９の冷却動作を停止させ（ステップＳ３、及び、図４に示す操作２）、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム１００の運転状態を維持させる（ステップＳ４、及び、図４に示す状態３）。この図４に示す状態３において、燃料電池１１の高分子電解質膜は、主に酸化剤ガスに含まれる水分が用いられることにより、高分子電解質膜の劣化を防止可能な状態にまで十分に加湿される。【００６６】
具体的には、制御装置２０は、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。【００６７】
ステップＳ４において、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達していないと判定された場合（ステップＳ４でＮＯ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させたまま、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム１００の運転状態を更に維持させる。一方、ステップＳ４において、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したと判定された場合には（ステップＳ４でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断して（図４に示す操作３）、燃料電池１１の放電を停止させ（ステップＳ５）、燃料電池１１を開回路状態とする（図４に示す状態４）。【００６８】
この図４に示す状態４においては、開回路状態となることにより燃料電池１１の出力電圧Ｖｆｃは図４の如く上昇するが、燃料電池１１の高分子電解質膜の湿潤状態は、発電運転中の高分子電解質膜の湿潤状態よりも高い。【００６９】
その後、制御装置２０は、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７の動作を停止させる。又、高分子電解質膜の乾燥を防止するために、例えば、加湿した不活性ガスを燃料電池１１の内部に封入する。そして、制御装置２０は、燃料電池システム１００の発電運転に係る全ての動作を停止させる。【００７０】
このように、本実施の形態では、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄａ、かつ、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄｃなる相互関係を満たす低加湿運転条件の下で燃料電池１１を運転させている状態から発電運転を停止させる際に、制御装置２０が、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させ、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致するまで燃料電池１１の放電を継続させ、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致した後に外部負荷への放電を停止させる。これにより、燃料電池１１が外部負荷への放電を停止した開回路状態においてＴｃｅｌｌ≦Ｔｄｃなる相互関係が実現され、高分子電解質膜が十分に加湿されるので、高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能となり、燃料電池１１の耐久性を十分に確保することが可能となる。【００７１】
次に、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの動作の変形例について、図２及び図３、図５を参照しながら説明する。【００７２】
本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの動作の変形例では、Ｔｃｅｌｌ＝Ｔｄｃの条件に代えてＴｃｅｌｌ＝Ｔｄａの条件が満たされた後に燃料電池の放電を停止させる点でのみ、上述した燃料電池システムの動作と異なっている。即ち、本変形例に係るフローチャートは、図３に示すフローチャートを、ステップＳ２においてＴｃｅｌｌ＝Ｔｄａの条件が満たされたか否かを判定するよう修正したものである。【００７３】
図５は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの特徴的な動作の変形例における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。【００７４】
燃料電池システム１００の発電運転を停止する際、制御装置２０は、低加湿運転条件の下で運転されている状態（図５に示す状態１）の燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを、温度制御装置１９の動作を制御することにより（図５に示す操作１）、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致するまで低下させる（ステップＳ１、及び、図５に示す状態２）。この図５に示す状態２において、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断することなく、燃料電池１１の放電を継続させる。【００７５】
次いで、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら、露点センサ２１ａ及び温度センサ２２の出力信号に基づいて、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致したか否かを判定する（ステップＳ２）。そして、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致したと判定されると（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら温度制御装置１９の冷却動作を停止させ（ステップＳ３、及び、図５に示す操作２）、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム１００の運転状態を維持させる（ステップＳ４、及び、図５に示す状態３）。【００７６】
具体的には、制御装置２０は、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。そして、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したと判定された場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断して（図５に示す操作３）、燃料電池１１の放電を停止させ（ステップＳ５）、これを開回路状態とする（図５に示す状態４）。【００７７】
このように、本変形例では、低加湿運転条件の下で燃料電池１１を運転させている状態から発電運転を停止させる際に、制御装置２０が、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させ、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致するまで燃料電池１１の放電を継続させ、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致した後に外部負荷への放電を停止させる。これにより、燃料電池１１が外部負荷への放電を停止した開回路状態においてＴｃｅｌｌ≦Ｔｄａ＜Ｔｄｃなる相互関係が実現され、高分子電解質膜が更に加湿されるので、高分子電解質膜の劣化を更に効果的に抑制することが可能となる。【００７８】
尚、本実施の形態では、露点センサ２１ｃ（又は、露点センサ２１ａ）及び温度センサ２２により燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ（又は、燃料ガスの露点Ｔｄａ）を実際に測定して発電運転を停止させる形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、予め測定したＴｃｅｌｌ及びＴｄｃ（又は、Ｔｄａ）の関係を表すタイムチャートに基づいて発電運転を停止させる形態としてもよい。かかる形態としても、本実施の形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。【００７９】
又、本実施の形態では、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達した後に燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断する形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方の露点と一致した直後に燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断する形態としてもよい。かかる形態としても、本実施の形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。【００８０】
又、本実施の形態では、燃料電池システム１００の発電運転中、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点ＴｄｃがＴｄａ＜Ｔｄｃなる相互関係を満たしているものと仮定しているが、この相互関係に限定されることはなく、Ｔｄａ＞Ｔｄｃ、又は、Ｔｄａ＝Ｔｄｃなる相互関係を満たしていてもよい。ここで、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点ＴｄｃがＴｄａ＞Ｔｄｃなる相互関係を満たしている場合、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを燃料ガスの露点Ｔｄａと一致させることにより高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能であるが、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致させることにより、高分子電解質膜の劣化を更に効果的に抑制することが可能になる。又、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点ＴｄｃがＴｄａ＝Ｔｄｃなる相互関係を満たしている場合、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致させることで、高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能になる。つまり、本発明は、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方の露点と一致させることにより実現される。【００８１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成は、図１及び図２に示す実施の形態１に係る燃料電池システムの構成と同様である。従って、ここでは、本実施の形態に係る燃料電池システムの構成に関する説明は省略する。【００８２】
本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの動作について、図２、図６及び図７を参照しながら説明する。【００８３】
図６は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。【００８４】
又、図７は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの特徴的な動作における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。【００８５】
燃料電池システム１００の発電運転を停止する際、制御装置２０は、低加湿運転条件の下で運転されている状態（図７に示す状態１）の燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを、温度制御装置１９の動作を制御することにより（図７に示す操作１）、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致するまで低下させる（ステップＳ１、及び、図７に示す状態２）。又、制御装置２０は、この図７に示す状態２において、燃料電池１１の放電時の出力電流密度を、上述した状態１における放電時の出力電流密度以下にまで低下させる（ステップＳ２、及び、図７に示す操作２）。この図７に示す操作２によって、燃料電池１１の出力電圧Ｖｆｃが上昇すると共に、燃料電池１１における発電に伴い生成する水の生成量が減少する。【００８６】
次いで、制御装置２０は、露点センサ２１ａ及び温度センサ２２の出力信号に基づき、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致したか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致したと判定された場合には（ステップＳ３でＹＥＳ）、制御装置２０は、温度制御装置１９の冷却動作を停止させて（ステップＳ４、及び、図７に示す操作３）、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム１００の運転状態を維持させる（図７に示す状態３）。この図７に示す状態３において、燃料電池１１の高分子電解質膜は、燃料ガス及び酸化剤ガスに含まれる水分が用いられて十分に加湿される。【００８７】
次いで、制御装置２０は、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したと判定された場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断して放電を停止させ（ステップＳ６、及び、図７に示す操作４）、燃料電池１１を開回路状態とする（図７に示す状態４）。【００８８】
その後、制御装置２０は、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７の動作を停止させた後、高分子電解質膜の乾燥を防止するための上述した所定の処置を施して、燃料電池システム１００の発電運転に係る全ての動作を停止させる。【００８９】
このように、本実施の形態では、低加湿運転条件の下で燃料電池１１を運転させている状態から発電運転を停止させる際、制御装置２０が、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させ、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致した後に外部負荷への放電を停止させる。又、制御装置２０は、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させている際に、燃料電池１１の放電時の出力電流密度を発電運転時における出力電流密度以下にまで低下させる。これにより、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させている際の水の生成量を減少させることができるので、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させる際に発生する可能性があるフラッディングによる流路の水詰まりを効果的に抑制することが可能になる。【００９０】
又、燃料電池システムでは、通常、燃料電池の温度が低下するにつれて、アノード及びカソードにおける反応抵抗が大きくなる。つまり、燃料電池システムでは、放電時の出力電流密度を一定に保持した状態で燃料電池の温度を低下させると、燃料電池の出力電圧が０ボルト以下になる、いわゆる転極現象が発生する。この転極現象が発生すると、燃料電池の発電性能は著しく低下する。しかしながら、本実施の形態では、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させる際に、燃料電池１１の放電時の出力電流密度を発電運転時における出力電流密度以下にまで低下させるので、燃料電池１１が転極状態に陥ることを効果的に抑制することが可能になる。これにより、燃料電池１１の発電性能の低下を防止することが可能になる。【００９１】
尚、その他の点については、実施の形態１の場合と同様である。【００９２】
（実施の形態３）
先ず、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成について、図８を参照しながら説明する。【００９３】
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成は、図２に示す加湿器１８に代えて露点制御装置を備えている点を除き、図１及び図２に示す実施の形態１に係る燃料電池システムの構成と同様である。従って、ここでは、本実施の形態に係る燃料電池システムの構成と実施の形態１に係る燃料電池システムの構成との相違点について説明することとして、共通する部分に関する説明は省略する。【００９４】
図８は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図８では、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。【００９５】
図８に示すように、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システム２００は、露点制御装置２４を備えている。この露点制御装置２４は、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７から供給される燃料ガスの露点及び酸化剤ガスの露点を必要に応じて各々制御する。この燃料ガスの露点及び酸化剤ガスの露点は、露点制御装置２４が備える加湿器１８ａ及び加湿器１８ｃにより実質的に制御される。これらの加湿器１８ａ及び加湿器１８ｃの動作は、露点制御装置２４が有する制御器２３により制御される。そして、露点が各々制御された燃料ガス及び酸化剤ガスは、実施の形態１に係る燃料電池システム１００の場合と同様、露点センサ２１ａ及び露点センサ２１ｃの検出ポイントを通って燃料電池１１に供給される。尚、この制御器２３の動作は、燃料電池システム２００が有する制御装置２０により制御される。【００９６】
又、図８に示すように、露点制御装置２４は三方弁２５を備えている。この三方弁２５は、燃料ガス供給装置１６から供給される燃料ガスの露点を調整する必要がない場合、その燃料ガスを加湿器１８ａに供給することなく露点センサ２１ａに直接供給するよう機能する。【００９７】
次に、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの動作について、図８〜図１０を参照しながら説明する。尚、ここでは、燃料電池システムの発電運転中、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点ＴｄｃがＴｄａ＜Ｔｄｃなる相互関係を満たしているものと仮定する。【００９８】
図９は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図９では、本発明を説明するために必要となるステップのみを図示しており、その他のステップについては図示を省略している。【００９９】
又、図１０は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの特徴的な動作における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。尚、図１０では、本発明を説明するために必要となる操作のみを図示しており、その他の操作については図示を省略している。【０１００】
燃料電池システム２００の発電運転を停止する際、制御装置２０は、先ず、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄａ、かつ、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄｃなる相互関係を満たす低加湿運転条件の下で燃料電池１１が運転されている状態（図１０に示す状態１）において、露点制御装置２４の動作を制御することにより（図１０に示す操作１）、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致するまで、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを上昇させる（ステップＳ１、及び、図１０に示す状態２）。この図１０に示す状態２において、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断することなく、燃料電池１１の放電を継続させる。【０１０１】
次いで、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら、露点センサ２１ｃ及び温度センサ２２の出力信号に基づいて、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致したか否かを判定する（ステップＳ２）。【０１０２】
具体的には、このステップＳ２において、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致しないと判定された場合（ステップＳ２でＮＯ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させたまま、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致するまで、図９のステップＳ１に示す制御を継続する。一方、ステップＳ２において、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致したと判定された場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら露点制御装置２４による露点Ｔｄａ及びＴｄｃの上昇を停止させ（ステップＳ３、及び、図１０に示す操作２）、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム２００の運転状態を維持させる（ステップＳ４、及び、図１０に示す状態３）。この図１０に示す状態３において、燃料電池１１の高分子電解質膜は、主に酸化剤ガスに含まれる水分が用いられることにより、高分子電解質膜の劣化を防止可能な状態にまで十分に加湿される。【０１０３】
具体的には、制御装置２０は、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。【０１０４】
このステップＳ４において、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達していないと判定された場合（ステップＳ４でＮＯ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させたまま、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム２００の運転状態を更に維持させる。一方、ステップＳ４において、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したと判定された場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断して（図１０に示す操作３）、燃料電池１１の放電を停止させ（ステップＳ５）、燃料電池１１を開回路状態とする（図１０に示す状態４）。【０１０５】
その後、制御装置２０は、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７の動作を停止させる。又、高分子電解質膜の乾燥を防止するために、実施の形態１の場合と同様、加湿した不活性ガスを燃料電池１１の内部に封入する。そして、制御装置２０は、燃料電池システム２００の発電運転に係る全ての動作を停止させる。【０１０６】
このように、本実施の形態では、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄａ、かつ、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄｃなる相互関係を満たす低加湿運転条件の下で燃料電池１１を運転させている状態から発電運転を停止させる際に、制御装置２０が、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを上昇させ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致するまで燃料電池１１の放電を継続させ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致した後に外部負荷への放電を停止させる。これにより、燃料電池１１が外部負荷への放電を停止した開回路状態においてＴｃｅｌｌ≦Ｔｄｃなる相互関係が実現され、高分子電解質膜が十分に加湿されるので、燃料電池１１の耐久性を十分に確保することが可能となる。【０１０７】
次に、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの動作の変形例について、図８及び図９、図１１を参照しながら説明する。【０１０８】
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの動作の変形例では、Ｔｃｅｌｌ＝Ｔｄｃの条件に代えてＴｃｅｌｌ＝Ｔｄａの条件が満たされた後に燃料電池の放電を停止させる点でのみ、上述した燃料電池システムの動作と異なっている。即ち、本変形例に係るフローチャートは、図９に示すフローチャートを、ステップＳ２においてＴｃｅｌｌ＝Ｔｄａの条件が満たされたか否かを判定するよう修正したものである。【０１０９】
図１１は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの特徴的な動作の変形例における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。【０１１０】
燃料電池システム２００の発電運転を停止する際、制御装置２０は、低加湿運転条件の下で燃料電池１１が運転されている状態（図１１に示す状態１）において、露点制御装置２４の動作を制御することにより（図１１に示す操作１）、燃料ガスの露点Ｔｄａが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致するまで、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを上昇させる（ステップＳ１、及び、図１１に示す状態２）。この図１１に示す状態２において、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断することなく、燃料電池１１の放電を継続させる。【０１１１】
次いで、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら、露点センサ２１ａ及び温度センサ２２の出力信号に基づき、燃料ガスの露点Ｔｄａが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致したか否かを判定する（ステップＳ２）。そして、燃料ガスの露点Ｔｄａが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致したと判定された場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら露点制御装置２４による露点Ｔｄａ及びＴｄｃの上昇を停止させ（ステップＳ３、及び、図１１に示す操作２）、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム２００の運転状態を維持させる（ステップＳ４、及び、図１１に示す状態３）。【０１１２】
具体的には、制御装置２０は、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。そして、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したと判定された場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断して（図１１に示す操作３）、燃料電池１１の放電を停止させ（ステップＳ５）、これを開回路状態とする（図１１に示す状態４）。【０１１３】
このように、本変形例では、低加湿運転条件の下で燃料電池１１を運転させている状態から発電運転を停止させる際に、制御装置２０が、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを上昇させ、燃料ガスの露点Ｔｄａが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致するまで燃料電池１１の放電を継続させ、燃料ガスの露点Ｔｄａが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致した後に外部負荷への放電を停止させる。これにより、燃料電池１１が外部負荷への放電を停止した開回路状態においてＴｃｅｌｌ≦Ｔｄａ＜Ｔｄｃなる相互関係が実現され、高分子電解質膜が更に加湿されるので、高分子電解質膜の劣化を更に効果的に抑制することが可能となる。【０１１４】
つまり、本実施の形態では、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方の露点を燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致させることにより、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることを可能とする。【０１１５】
本実施の形態では、燃料電池システム２００の発電運転を停止する際に燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの両方を上昇させる形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方の露点を上昇させる形態としてもよい。例えば、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃのみを上昇させる場合、制御装置２０は、三方弁２５を制御することにより、燃料ガス供給装置１６から供給される燃料ガスを露点センサ２１ａに直接供給する。又、燃料ガスの露点Ｔｄａのみを上昇させる場合、制御装置２０は、制御器２３を制御して加湿器１８ｃの動作を制御することにより、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスの露点を調整することなく露点センサ２１ｃに供給する。かかる形態としても、本実施の形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。【０１１６】
又、本実施の形態では、露点制御装置２４が備える加湿器の温度を商用電力等の外部電力により制御して燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方を制御する形態を想定して説明したが、このような形態に限定されることはない。例えば、燃料ガス供給装置１６から燃料電池１１に供給する燃料ガスの流量及び温度の少なくとも１つの条件を変化させることにより、露点制御装置２４の加湿器の温度を制御して、これにより、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方を制御する形態としてもよい。又、同様にして、酸化剤ガス供給装置１７から燃料電池１１に供給する酸化剤ガスの流量及び温度の少なくとも１つの条件を変化させることにより、露点制御装置２４の加湿器の温度を制御して、これにより、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方を制御する形態としてもよい。又、燃料ガス及び酸化剤ガスの両方の流量及び温度の少なくとも１つの条件を変化させる形態としてもよい。かかる形態としても、本実施の形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。【０１１７】
尚、その他の点については、実施の形態１〜２の場合と同様である。【０１１８】
以上、本発明によれば、低加湿運転条件の下で運転される燃料電池システムが発電運転を停止する際、外部負荷との電気的な接続が切断されて開回路状態となる前に燃料電池の高分子電解質膜が十分に加湿されるので、燃料電池の発電性能が経時的に低下するという問題を解消することが可能になる。これにより、低加湿運転条件で運転される高分子電解質形燃料電池が開回路状態に移行する際の高分子電解質膜の劣化を防止可能な、優れた耐久性を備える燃料電池システム及びその運転方法を提供することが可能になる。【０１１９】
尚、実施の形態１〜３では、燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前、制御装置が温度制御装置及び露点制御装置の何れか一方を制御して燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる形態について説明した。しかし、このような形態に限定されることはない。例えば、燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前、制御装置が温度制御装置及び露点制御装置の両方を制御して燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる形態としてもよい。このような形態とすれば、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させるまでの待機時間を大幅に短縮することが可能になる。【０１２０】
又、制御装置が温度制御装置を制御して燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる形態では、燃料ガスの露点及び酸化剤ガスの露点が各々経時的に変化しないことが望ましい。かかる形態とすれば、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させるまでの待機時間を短縮することが可能になる。ここで、露点制御装置の加湿器としては、バブラーを用いることができる。バブラーとは、温水中に燃料ガス又は酸化剤ガスを通じて加湿を行う加湿器である。このバブラーでは、燃料ガス又は酸化剤ガスは、温水の温度と同じ露点を有するように加湿される。バブラーを駆動するための熱源としては、燃料電池を冷却する冷却媒体や、ヒーター、及び、改質器の燃焼排ガスを用いることが可能である。そして、露点制御装置の加湿器としてバブラーを用いることにより、燃料ガスの露点を一定に保つことが容易になると共に、酸化剤ガスの露点を一定に保つことが容易になる。これにより、比較的簡易な構成の下、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させるまでの待機時間を短縮することが容易になる。【０１２１】
ところで、実施の形態１〜３では、本発明に係る燃料電池システム１００，２００の基本的な構成及びその特徴的な動作について詳細に説明した。【０１２２】
具体的には、実施の形態１〜３では、燃料ガスの露点や酸化剤ガスの露点を露点センサ２１ａや露点センサ２１ｃにより検出する形態について説明した。又、実施の形態１〜３では、温度制御装置１９により燃料電池１１の温度を低下させて燃料電池１１の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる形態や、露点制御装置２４により燃料ガス及び酸化剤ガスの露点を各々上昇させて燃料電池１１の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる形態について説明した。【０１２３】
しかしながら、燃料電池システム１００，２００において適切な構成を構築することにより、露点センサ２１ａや露点センサ２１ｃを配設することなく、燃料ガスの露点や酸化剤ガスの露点を的確に検出することが可能になる。又、燃料電池システム１００，２００において適切な構成を構築することにより、露点制御装置２４を配設することなく、燃料ガスの露点や酸化剤ガスの露点を的確に上昇させることが可能になる。【０１２４】
以下、実施の形態１〜３を支持する露点を検出するための他の形態及び露点を制御するための他の形態について各々説明する。【０１２５】
（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図１２では、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。【０１２６】
図１２に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成は、露点センサ２１ａ，２１ｃを備えていない点で、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の構成とは異なっている。又、図１２に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成は、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスを燃料電池１１の酸化剤ガス排出部１５から排出される余剰の酸化剤ガス（以下、この余剰の酸化剤ガスを「排酸化剤ガス」という）を利用して加湿する全熱交換器２６を加湿器１８に代えて備えている点で、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の構成とは異なっている。尚、その他の点については、燃料電池システム３００の構成は、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の構成と同様である。【０１２７】
先ず、燃料ガスの露点Ｔｄａを検出するための形態、及び、燃料ガスの露点Ｔｄａを制御するための形態について各々説明する。【０１２８】
本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、燃料電池１１に供給される燃料ガスの露点Ｔｄａが、燃料ガス供給装置１６の動作条件に基づいて算出される。【０１２９】
具体的に説明すると、本実施の形態では、燃料電池システム３００における制御装置２０のメモリに、予め、Ｓ／Ｃ（スチームカーボン比）と水蒸気改質反応の反応温度と燃料ガスの露点Ｔｄａとの関係を示すデータテーブルが記憶されている。ここで、Ｓ／Ｃは、燃料電池システム３００の運転条件に応じて、予め、制御装置２０に設定されている。従って、本実施の形態によれば、燃料ガス供給装置１６における水蒸気改質反応の反応温度（改質触媒の温度）を既存の温度検出器により検出することで、図１に示す露点センサ２１ａを用いることなく、燃料ガスの露点Ｔｄａを容易に算出することができる。【０１３０】
一方、本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、燃料電池１１に供給される燃料ガスの露点Ｔｄａを、転化率等を考慮しながら燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃを変化させることにより、任意に制御することができる。【０１３１】
図１３は、燃料ガス供給装置で生成される燃料ガスの露点とＳ／Ｃとの関係を水蒸気改質反応の反応温度毎に模式的に示す相関図である。【０１３２】
図１３に示すように、燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃを変化させることにより、その燃料ガス供給装置１６で生成される燃料ガスの露点Ｔｄａを任意に制御することが可能である。例えば、水蒸気改質反応の反応温度を６６０℃に制御する場合には、燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃを２に設定することにより燃料ガスの露点Ｔｄａを約３０℃に制御することが可能となり、燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃを５に設定することにより燃料ガスの露点Ｔｄａを約７７℃に制御することが可能となる。又、水蒸気改質反応の反応温度を６３０℃に制御する場合には、燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃを２に設定することにより燃料ガスの露点Ｔｄａを約４２℃に制御することが可能となり、燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃを５に設定することにより燃料ガスの露点Ｔｄａを約７９℃に制御することが可能となる。ここで、燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃの制御は、燃料ガス供給装置１６の動作条件に基づいて算出された燃料ガスの露点Ｔｄａと燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌとの比較に基づき適切に行われる。【０１３３】
次に、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを検出するための形態、及び、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを制御するための形態について各々説明する。【０１３４】
図１４は、全熱交換器により加湿された酸化剤ガスの露点を算出するための構成を模式的に示す解説図である。【０１３５】
図１２及び図１４に示すように、本実施の形態では、全熱交換器２６において、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスと燃料電池１１の酸化剤ガス排出部１５から排出される排酸化剤ガスとの間で全熱交換が行われる。ここで、図１４に示すように、燃料電池１１の酸化剤ガス排出部１５から排出される排酸化剤ガスの水蒸気量をＰ１とし、全熱交換器２６において酸化剤ガスの加湿のために利用された排酸化剤ガスの水蒸気量をＰ２とする。又、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスの水蒸気量をＰ３とし、全熱交換器２６において加湿された酸化剤ガスの水蒸気量をＰ４とする。更に、全熱交換器２６の図１４では図示しない全熱交換膜を通過した水量をＷ１とし、燃料電池１１において生成した水量をＷｇとする。【０１３６】
燃料電池１１の酸化剤ガス側において生成した水量Ｗｇの一部は、高分子電解質膜を透過して燃料ガス側に逆拡散する。即ち、燃料電池内で燃料ガス側に追加される水量（燃料ガス側生成水量）Ｗｇａは、Ｗｇとθ（逆拡散率）との積として算出され、燃料電池内で酸化剤ガス側に追加される水量（酸化剤ガス側生成水量）Ｗｇｃは、Ｗｇと（１−θ）との積として算出される。尚、θ（逆拡散率）は、燃料電池１１に用いられる高分子電解質膜の性質によっても異なるが、予め測定しておいた値を定数として用いることができる。【０１３７】
この場合、図１４の（１）式に示すように、水蒸気量Ｐ１は、水蒸気量Ｐ４と酸化剤ガス側生成水量Ｗｇｃとの和として算出される。即ち、（１）式に示すように、水蒸気量Ｐ１は、水蒸気量Ｐ３と通過水量Ｗ１と生成水量Ｗｇと（１−θ）との積との和として算出される。又、図１４の（２）式に示すように、水蒸気量Ｐ２は、水蒸気量Ｐ１と通過水量Ｗ１との差として算出される。即ち、（２）式に示すように、水蒸気量Ｐ２は、水蒸気量Ｐ３と酸化剤ガス側生成水量Ｗｇｃとの和として算出される。又、図１４の（３）式に示すように、水蒸気量Ｐ３は、厳密には実測値を用いるべきではあるが、室温における飽和水蒸気量が非常に少ないことに基づき、定数αと近似される。又、図１４の（４）式に示すように、水蒸気量Ｐ４は、水蒸気量Ｐ３と通過水量Ｗ１との和として算出される。ここで、通過水量Ｗ１は、定数β（加湿器の全熱交換膜の面積）と定数γ（水蒸気透過係数）と対数平均水蒸気分圧差Ｄとの積として算出される。即ち、（４）式に示すように、水蒸気量Ｐ４は、水蒸気量Ｐ３と定数β及び定数γ及び対数平均水蒸気分圧差Ｄの積との和として算出される。【０１３８】
従って、本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの水蒸気量Ｐ４は、（１）式〜（４）式と定数αと生成水量Ｗｇ（生成水量Ｗｇは燃料電池１１の運転条件から算出することが可能）とから算出される。ここで、生成水量Ｗｇは、例えば、高分子電解質膜の面積と電流密度とを用いて算出する。そして、本実施の形態によれば、この算出された水蒸気量Ｐ４に基づき、図１に示す露点センサ２１ｃを用いることなく、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを容易に算出することができる。【０１３９】
一方、本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを、電流密度を制御して燃料電池１１における生成水量Ｗｇを変化させることにより、任意に制御することができる。尚、電流密度は、制御装置２０が燃料電池１１に接続されているインバータを制御することにより、容易に制御可能である。【０１４０】
尚、その他の点については、実施の形態１〜３の場合と同様である。【０１４１】
（実施の形態５）
図１５は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図１５では、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。【０１４２】
図１５に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム４００の構成は、露点センサ２１ａ，２１ｃを備えていない点で、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の構成とは異なっている。又、図１５に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム４００の構成は、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスを燃料電池１１から排出される冷却媒体（以下、この冷却媒体を「冷却水」とする）を利用して加湿する温水加湿器２７を加湿器１８に代えて備えている点で、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の構成とは異なっている。尚、その他の点については、燃料電池システム４００の構成は、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の構成と同様である。【０１４３】
本実施の形態では、燃料ガスの露点Ｔｄａを検出するための形態及び燃料ガスの露点Ｔｄａを制御するための形態は、実施の形態４で示した形態と各々同様である。従って、ここでは、燃料ガスの露点Ｔｄａを検出するための形態及び燃料ガスの露点Ｔｄａを制御するための形態に関する説明は省略する。【０１４４】
以下、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを検出するための形態、及び、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを制御するための形態について各々説明する。【０１４５】
図１６は、温水加湿器により加湿された酸化剤ガスの露点を算出するための構成を模式的に示す解説図である。【０１４６】
図１５及び図１６に示すように、本実施の形態では、温水加湿器２７において、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスが燃料電池１１から排出される冷却水により加湿される。ここで、図１６に示すように、燃料電池１１から排出される冷却水の温度Ｔ１における飽和水蒸気量をＰ１とし、温水加湿器２７において酸化剤ガスの加湿のために利用された冷却水の温度Ｔ２における飽和水蒸気量をＰ２とする。又、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスの水蒸気量をＰ３とし、温水加湿器２７において加湿された酸化剤ガスの水蒸気量をＰ４とする。更に、温水加湿器２７の図１６では図示しない加湿膜を通過した水量をＷ１とし、燃料電池１１の冷却水の出口における冷却水の温度をＴ１とし、燃料電池１１の冷却水の入口における冷却水の温度をＴ２とする。【０１４７】
この場合、図１６の（１）式及び（２）式に示すように、水蒸気量Ｐ１及び水蒸気量Ｐ２は、温度Ｔ１における飽和水蒸気量Ｓ１及び温度Ｔ２における飽和水蒸気量Ｓ２として測定可能である。又、図１６の（３）式に示すように、水蒸気量Ｐ３は、実施の形態４の場合と同様に厳密には実測値を用いるべきではあるが、室温における飽和水蒸気量が非常に少ないことに基づき、定数αと近似される。又、図１６の（４）式に示すように、水蒸気量Ｐ４は、水蒸気量Ｐ３と通過水量Ｗ１との和として算出される。ここで、実施の形態４の場合と同様にして、通過水量Ｗ１は、定数β（加湿器の全熱交換膜の面積）と定数γ（水蒸気透過係数）と対数平均水蒸気分圧差Ｄとの積として算出される。即ち、（４）式に示すように、水蒸気量Ｐ４は、水蒸気量Ｐ３と定数β及び定数γ及び対数平均水蒸気分圧差Ｄの積との和として算出される。【０１４８】
従って、本実施の形態に係る燃料電池システム４００では、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの水蒸気量Ｐ４は、（１）式〜（４）式と定数αと温度Ｔ１及び温度Ｔ２（温度Ｔ１，Ｔ２は測定可能）とから算出される。そして、本実施の形態によれば、この算出された水蒸気量Ｐ４に基づき、図１に示す露点センサ２１ｃを用いることなく、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを容易に算出することができる。【０１４９】
尚、実施の形態４の場合と同様に、図１４の（２）式に示すように、水蒸気量Ｐ２は、水蒸気Ｐ１と透過水量Ｗ１との差として算出してもよい。即ち、図１４の（２）式に示すように、水蒸気量Ｐ２は、水蒸気量Ｐ３と酸化剤ガス側生成水量Ｗｇｃとの和として算出してもよい。これにより、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの水蒸気量Ｐ４は、（１）式〜（４）式と定数αと温度Ｔ１とから算出される。【０１５０】
一方、本実施の形態に係る燃料電池システム４００では、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを、冷却水の流量、放熱器での放熱量、及び、電流密度を制御して燃料電池１１から排出される冷却水の温度Ｔ１を変化させることにより、任意に制御することができる。尚、電流密度は、実施の形態４の場合と同様、制御装置２０が燃料電池１１に接続されているインバータを制御することにより、容易に制御可能である。【０１５１】
尚、その他の点については、実施の形態１〜４の場合と同様である。【０１５２】
以上、実施の形態４及び５によれば、図１に示す露点センサ２１ａや露点センサ２１ｃを配設することなく、燃料ガスの露点Ｔｄａや酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを的確に検出することが可能になる。又、実施の形態４及び５によれば、図１に示す露点制御装置２４を配設することなく、燃料ガスの露点Ｔｄａや酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを的確に上昇させることが可能になる。尚、実施の形態４及び５では、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスを全熱交換器２６又は温水加湿器２７により加湿する形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、燃料ガス供給装置１６から供給される燃料ガスを全熱交換器２６又は温水加湿器２７により加湿する形態としてもよい。又、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７から供給される燃料ガス及び酸化剤ガスの双方を全熱交換器２６又は温水加湿器２７により各々加湿する形態としてもよい。この場合、酸化剤ガスの水蒸気量Ｐ３（定数α）を燃料ガスの水蒸気量Ｐ３（定数α）と読み替えればよい。更に、酸化剤ガス側生成水量Ｗｇｃを燃料ガス側生成水量Ｗｇａと読み替えればよい。【０１５３】
尚、燃料ガス供給装置１６として実施の形態４と同様の水素生成装置を用い、生成した燃料ガスを全熱交換機２６又は温水加湿器２７により更に加湿する場合は、燃料ガスの水蒸気量Ｐ３は、実施の形態４と同様に、燃料ガス供給装置の動作条件に基づいて算出できる。又、燃料ガス供給装置１６として水素ボンベを用い、燃料ガスを全熱交換機２６又は温水加湿器２７により加湿する場合は、燃料ガスの水蒸気量Ｐ３をゼロとして近似してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法は、低加湿運転条件で運転される高分子電解質形燃料電池が開回路状態に移行する際の高分子電解質膜の劣化を防止可能な、優れた耐久性を備える燃料電池システム及びその運転方法として産業上利用することが可能である。【０１５５】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法は、高出力特性と同時に短時間起動が要求される電気自動車の動力電源や、長期信頼性が要求される家庭用コジェネレーションシステム等の用途において、産業上利用することが可能である。
【図１】
2007046483.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年4月18日(2008.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置を少なくとも制御する制御装置と、
を備えており、
前記燃料電池の温度を制御する温度制御装置、並びに、前記燃料電池に供給する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する加湿装置の少なくとも何れかを更に備えており、
前記制御装置が、前記燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点又は露点と関連する情報に基づいて、前記温度制御装置、前記加湿装置、前記燃料電池、及び前記燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを制御し、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させ、その後、前記燃料電池と前記負荷との電気的な接続を切断する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置が、前記温度制御装置を制御して前記燃料電池の温度を低下させて該燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置が、前記低下させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御装置が、前記温度制御装置内の冷媒の流量及び温度の少なくとも一方を制御して前記燃料電池の温度を低下させる、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置が、前記加湿装置を制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させて前記燃料電池の温度と該燃料ガス及び該酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる、請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御装置が、前記上昇させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する、請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御装置が、前記加湿装置内の加湿器の温度を前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の流量及び温度の少なくとも一方により制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させる、請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記露点と関連する情報が、前記燃料ガス供給装置の動作条件である、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記露点と関連する情報が、前記燃料電池及び前記加湿装置の少なくとも何れかの動作条件である、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記燃料ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御する、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記酸化剤ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御する、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置を少なくとも制御する制御装置と、
を駆動し、
前記燃料電池の温度を制御する温度制御装置、並びに、前記燃料電池に供給する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する加湿装置の少なくとも何れかを更に駆動し、
前記制御装置が、前記燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点又は露点と関連する情報に基づいて、前記温度制御装置、前記加湿装置、前記燃料電池、及び前記燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを制御し、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させ、その後、前記燃料電池と前記負荷との電気的な接続を切断する、燃料電池システムの運転方法。
【請求項１５】
前記制御装置が、前記温度制御装置を制御して前記燃料電池の温度を低下させて該燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる、請求項１４記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１６】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる、請求項１５記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１７】
前記制御装置が、前記低下させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する、請求項１５記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１８】
前記制御装置が、前記温度制御装置内の冷媒の流量及び温度の少なくとも一方を制御して前記燃料電池の温度を低下させる、請求項１５記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１９】
前記制御装置が、前記加湿装置を制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させて前記燃料電池の温度と該燃料ガス及び該酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる、請求項１４記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２０】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる、請求項１９記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２１】
前記制御装置が、前記上昇させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する、請求項１９記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２２】
前記制御装置が、前記加湿装置内の加湿器の温度を前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の流量及び温度の少なくとも一方により制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させる、請求項１９記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２３】
前記露点と関連する情報として、前記燃料ガス供給装置の動作条件を利用する、請求項１４記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２４】
前記露点と関連する情報として、前記燃料電池及び前記加湿装置の少なくとも何れかの動作条件を利用する、請求項１４記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２５】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記燃料ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御する、請求項１４記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２６】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記酸化剤ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御する、請求項１４記載の燃料電池システムの運転方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを利用して発電する燃料電池システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。
【０００３】
燃料電池システムは、その発電部の本体として、燃料電池を備えている。この燃料電池としては、例えば、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、アルカリ水溶液形燃料電池、又は、高分子電解質形燃料電池が用いられる。これらの燃料電池の内、高分子電解質形燃料電池は、１３０℃〜１５０℃程度の比較的低温での発電が可能であると共に、出力密度が高くかつ寿命が長いという特徴を有している。そのため、高分子電解質形燃料電池は、高出力特性と同時に短時間起動が要求される電気自動車の動力電源や、長期信頼性が要求される家庭用コジェネレーションシステム等への応用が期待されている。
【０００４】
高分子電解質形燃料電池では、発電運転の際、アノード側に水素を含む燃料ガスが供給されると共に、カソード側に酸素を含む酸化剤ガスが供給される。すると、高分子電解質形燃料電池のアノードでは、供給される水素が電子とプロトンとに変換される。アノードで発生した電子は、燃料電池システムに接続された外部負荷を経由して、高分子電解質形燃料電池のカソードに到達する。又、アノードで発生したプロトンは、高分子電解質膜を通過してカソードに到達する。一方、高分子電解質形燃料電池のカソードでは、外部負荷を経由して到達する電子と高分子電解質膜を通過して到達するプロトンとカソード側に供給される酸素とが用いられて水が生成する。尚、燃料ガスは、例えば、メタンから水蒸気改質反応により水素を生成する燃料ガス供給装置から供給される。又、酸化剤ガスは、例えば、シロッコファンにより大気中から空気を取り込む酸化剤ガス供給装置から供給される。
【０００５】
ところで、高分子電解質形燃料電池を備える燃料電池システムでは、アノード側からカソード側へのプロトンの伝導性を確保するために、高分子電解質膜を湿潤状態において維持する必要がある。そのため、この燃料電池システムでは、加湿された燃料ガス及び加湿された酸化剤ガスがアノード側及びカソード側に各々供給される。又、この燃料電池システムでは、化学反応の自由エネルギー変化を電気エネルギーに変換する際のエネルギーの変換効率を十分に確保するために、例えば、燃料ガスの露点をＴｄａとし、酸化剤ガスの露点をＴｄｃとし、高分子電解質形燃料電池の温度をＴｃｅｌｌとした場合、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄａ、かつ、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄｃなる相互関係を満たす運転条件（以下、この運転条件を「低加湿運転条件」という）の下で高分子電解質形燃料電池が運転される。これにより、燃料電池システムは、長期間に渡り安定して所定の発電性能を発揮する（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
一方、燃料電池システムの発電運転では、燃料電池システムが生成する電気エネルギー及び熱エネルギーの何れもが不要である場合には発電運転を行う必要が無いため、通常、状況に応じて高分子電解質形燃料電池の発電運転を起動又は停止させる起動停止型の運転方法が採られる。この起動停止型の運転方法では、電気エネルギー及び熱エネルギーの何れもが不要となる場合、燃料電池システムの制御装置は燃料ガス供給装置及び酸化剤ガス供給装置の動作を停止させた後、高分子電解質形燃料電池と外部負荷との電気的な接続を切断する。これにより、高分子電解質形燃料電池は開回路状態となる。そして、制御装置は、高分子電解質膜の乾燥を防止するために、加湿した不活性ガスを高分子電解質形燃料電池の内部に封入する。又は、制御装置は、高分子電解質形燃料電池と燃料ガス供給装置及び酸化剤ガス供給装置との接続を遮断して、燃料ガス用流路及び酸化剤ガス用流路を密閉する。これにより、燃料電池システムは、長期間に渡り高分子電解質膜の乾燥を防止する（例えば、特許文献２，３，４参照）。
【特許文献１】特願平０４−５０２７４９号公報
【特許文献２】特開平０６−２５１７８８号公報
【特許文献３】特開２００４−１６３０３７号公報
【特許文献４】特開２００４−００６１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の燃料電池システムでは、加湿した不活性ガスの封入又は燃料ガス用流路及び酸化剤ガス用流路の密閉により長期間に渡り高分子電解質膜の乾燥を防止しているにも関わらず、高分子電解質膜の劣化が進行して、高分子電解質形燃料電池の発電性能が経時的に低下するという問題があった。これは、燃料電池システムが発電運転を停止する際、低加湿運転条件の下で運転される高分子電解質形燃料電池が外部負荷との電気的な接続が切断されて開回路状態となることが原因であった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、低加湿運転条件で運転される高分子電解質形燃料電池が開回路状態に移行する際の高分子電解質膜の劣化を防止可能な、優れた耐久性を備える燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意研究を重ねた結果、低加湿運転条件の下で燃料電池システムが運転される場合、この低加湿運転条件で運転される状態から発電運転を停止させる際に高分子電解質膜の乾燥による劣化が特に進行し易いという事実に基づいて、高分子電解質形燃料電池の放電を停止させる前に出力電圧を開回路電圧よりも低い所定の範囲に保ちながら高分子電解質膜の含水量を調節することが上述の目的を達成する上で極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。
【００１０】
即ち、本発明に係る燃料電池システムは、水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置を少なくとも制御する制御装置と、を備えており、前記燃料電池の温度を制御する温度制御装置、並びに、前記燃料電池に供給する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する加湿装置の少なくとも何れかを更に備えており、前記制御装置が、前記燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点又は露点と関連する情報に基づいて、前記温度制御装置、前記加湿装置、前記燃料電池、及び前記燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを制御し、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させ、その後、前記燃料電池と前記負荷との電気的な接続を切断する。
【００１１】
又、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置を少なくとも制御する制御装置と、を駆動し、前記燃料電池の温度を制御する温度制御装置、並びに、前記燃料電池に供給する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する加湿装置の少なくとも何れかを更に駆動し、前記制御装置が、前記燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点又は露点と関連する情報に基づいて、前記温度制御装置、前記加湿装置、前記燃料電池、及び前記燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを制御し、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させ、その後、前記燃料電池と前記負荷との電気的な接続を切断する。
【００１２】
かかる構成とすることにより、燃料電池システムの状態を発電運転状態から発電運転停止状態に移行させる過程において、制御装置が温度制御装置及び加湿装置の少なくとも一方を制御して燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させた後に燃料電池と負荷との電気的な接続を切断するので、高分子電解質膜の含水量を相対的に上昇させることが可能となり、高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能になる。そして、これにより、優れた耐久性を備える燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００１３】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法では、前記制御装置が、前記温度制御装置を制御して前記燃料電池の温度を低下させて該燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる。
【００１４】
かかる構成とすることにより、温度制御装置を制御して燃料電池の温度を低下させるので、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを容易に一致させることが可能になる。
【００１５】
この場合、前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる。
【００１６】
かかる構成とすることにより、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させるので、高分子電解質膜の含水量を更に上昇させることが可能となり、高分子電解質膜の劣化を更に効果的に抑制することが可能になる。
【００１７】
又、この場合、前記制御装置が、前記低下させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する。
【００１８】
かかる構成とすることにより、燃料電池の温度を低下させる際に燃料電池の出力電流密度を発電時における出力電流密度以下に制御するので、発電に伴い生成する水の生成量を抑制することができる。これにより、燃料電池において流路閉塞が発生することを防止することが可能になる。
【００１９】
又、この場合、前記制御装置が、前記温度制御装置内の冷媒の流量及び温度の少なくとも一方を制御して前記燃料電池の温度を低下させる。
【００２０】
かかる構成とすることにより、温度制御装置内の冷媒の流量及び温度の少なくとも一方を制御するので、燃料電池の温度を容易に低下させることが可能になる。
【００２１】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法では、前記制御装置が、前記加湿装置を制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させて、前記燃料電池の温度と該燃料ガス及び該酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる。
【００２２】
かかる構成とすることにより、加湿装置を制御して燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させるので、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを容易に一致させることが可能になる。
【００２３】
この場合、前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる。
【００２４】
かかる構成とすることにより、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させるので、高分子電解質膜の含水量を更に上昇させることが可能となり、高分子電解質膜の劣化を更に効果的に抑制することが可能になる。
【００２５】
又、この場合、前記制御装置が、前記上昇させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する。
【００２６】
かかる構成とすることにより、燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させる際に燃料電池の出力電流密度を発電時における出力電流密度以下に制御するので、発電に伴い生成する水の生成量を抑制することができる。これにより、燃料電池において流路閉塞が発生することを防止することが可能になる。
【００２７】
又、この場合、前記制御装置が、前記加湿装置内の加湿器の温度を前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の流量及び温度の少なくとも一方により制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させる。
【００２８】
かかる構成とすることにより、加湿装置内の加湿器の温度を燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の流量及び温度の少なくとも一方により制御するので、燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を容易に上昇させることが可能になる。
【００２９】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法では、前記露点と関連する情報が前記燃料ガス供給装置の動作条件であり、前記露点と関連する情報として前記燃料ガス供給装置の動作条件を利用する。
【００３０】
かかる構成とすることにより、露点センサを用いることなく、燃料ガスや酸化剤ガスの露点を各々検出することが可能になる。
【００３１】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法では、前記露点と関連する情報が前記燃料電池及び前記加湿装置の少なくとも何れかの動作条件であり、前記露点と関連する情報として前記燃料電池及び前記加湿装置の少なくとも何れかの動作条件を利用する。
【００３２】
かかる構成とすることによっても、露点センサを用いることなく、燃料ガスや酸化剤ガスの露点を各々検出することが可能になる。
【００３３】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法では、前記制御装置が、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記燃料ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御する。
【００３４】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法では、前記制御装置が、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記酸化剤ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御する。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は以上に述べたような手段で実施され、低加湿運転条件で運転される高分子電解質形燃料電池が開回路状態に移行する際の高分子電解質膜の劣化を防止可能な、優れた耐久性を備える燃料電池システム及びその運転方法を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本発明を実施するための最良の形態では、高分子電解質形燃料電池を備える燃料電池システムを単に「燃料電池システム」と記載する。又、ここでは、高分子電解質形燃料電池を単に「燃料電池」と記載する。又、ここでは、膜／電極接合体を単に「ＭＥＡ」と記載する。
【００３７】
（実施の形態１）
先ず、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００３８】
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの燃料電池の断面構成を模式的に示す断面図である。尚、図１では、燃料電池の基本構成を明快に説明するために、燃料電池の要部のみを図示している。
【００３９】
図１に示すように、燃料電池１０１では、ＭＥＡ５がその周縁部にガスケット９ａ及びガスケット９ｃを配置されてセパレータ７ａ及びセパレータ７ｃにより挟持されている。これにより、燃料電池１０１において、単電池１０２（以下、「単電池」を「セル」という）が構成されている。このセル１０２が直列に複数個積層されて、燃料電池１０１が構成されている。
【００４０】
より詳細に説明すると、図１に示すように、ＭＥＡ５はプロトン導電性を有する高分子電解質膜１を備えている。この高分子電解質膜１は、含水状態においてプロトンを選択的に輸送する。この高分子電解質膜１のプロトン輸送能は、含水状態において高分子電解質膜１に固定されている固定電荷が電離すると共に、この固定電荷の対イオンとして機能する水素がイオン化して移動可能になることによって実現される。そして、図１に示すように、この高分子電解質膜１の両面の中央部には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層２ａ及び触媒反応層２ｃが、各々が対向するようにして着設されている。これらの触媒反応層の内、触媒反応層２ａでは、図１では図示しない燃料ガス供給装置から供給される燃料ガス由来の水素が、化学式（１）に示すように、電子とプロトンとに変換される。触媒反応層２ａで生成した電子は、燃料電池システムに接続された図１では図示しない外部負荷を経由して、触媒反応層２ｃに到達する。又、触媒反応層２ａで生成したプロトンは、高分子電解質膜１を通過して、触媒反応層２ｃに到達する。一方、燃料電池１０１の触媒反応層２ｃでは、外部負荷を経由して到達する電子と、高分子電解質膜１を通過して到達するプロトンと、図１では図示しない酸化剤ガス供給装置から供給される酸化剤ガス由来の酸素とが用いられて、化学式（２）に示すように、水が生成する。この一連の化学反応により、燃料電池１０１は、電力を出力すると共に熱を発生する。
【００４１】
Ｈ2  →  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ-  ・・・化学式（１）
（１／２）Ｏ2  ＋  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ-  →  Ｈ2Ｏ  ・・・化学式（２）
又、図１に示すように、触媒反応層２ａ及び触媒反応層２ｃの高分子電解質膜１に接していない面には、ガス拡散層３ａ及びガス拡散層３ｃが、各々が対向するようにして配設されている。これらのガス拡散層３ａ及びガス拡散層３ｃは、燃料ガス及び酸化剤ガスの通気性と導電性とを兼ね備えており、触媒反応層２ａ及び触媒反応層２ｃの表面に各々電気的に接続するよう着設されている。
【００４２】
そして、燃料電池１０１では、触媒反応層２ａとガス拡散層３ａとによりアノード４ａが構成されている。又、燃料電池１０１では、触媒反応層２ｃとガス拡散層３ｃとによりカソード４ｃが構成されている。又、燃料電池１０１では、高分子電解質膜１とアノード４ａとカソード４ｃとによりＭＥＡ５が構成されている。
【００４３】
一方、図１に示すように、ＭＥＡ５の高分子電解質膜１は電気絶縁性のガスケット９ａ及びガスケット９ｃにより挟持され、更に、これらのガスケット９ａ及びガスケット９ｃは導電性のセパレータ７ａ及びセパレータ７ｃにより挟持されている。これにより、燃料電池１０１においてセル１０２が構成されている。このセル１０２では、セパレータ７ａのガス拡散層３ａと接する面に、燃料ガス流路６ａが凹設されている。この燃料ガス流路６ａは、燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスをＭＥＡ５のガス拡散層３ａに供給すると共に、触媒反応により発生したガス及び余剰の燃料ガスをセル１０２の外部に排出する。又、このセル１０２では、セパレータ７ｃのガス拡散層３ｃと接する面に、酸化剤ガス流路６ｃが凹設されている。この酸化剤ガス流路６ｃは、酸化剤ガス供給装置から供給される酸化剤ガスをＭＥＡ５のガス拡散層３ｃに供給すると共に、触媒反応により発生したガス及び余剰の酸化剤ガスをセル１０２の外部に排出する。又、セパレータ７ａ及びガス拡散層３ａは電気的に接続されており、セパレータ７ｃ及びガス拡散層３ｃも電気的に接続されている。
【００４４】
そして、図１に示すように、セル１０２が電気的に直列に複数個積層されて、燃料電池１０１が構成されている。この燃料電池１０１では、一方のセル１０２のセパレータ７ａが他方のセル１０２のセパレータ７ｃと電気的に接続するようにして、所望の出力電圧が得られるよう複数個のセル１０２が電気的に直列に積層されている。又、この燃料電池１０１では、セパレータ７ａのセパレータ７ｃと接する面とセパレータ７ｃのセパレータ７ａと接する面とに互いに対向する凹部が形成されており、これにより、冷却水流路８ａ及び冷却水流路８ｃが構成されている。又、これらの冷却水流路８ａ及び冷却水流路８ｃに流通する冷却水の漏洩を防止するために、セパレータ７ａとセパレータ７ｃとの間にはガスケット１０が配設されている。冷却水流路８ａ及び冷却水流路８ｃには図１では図示しない冷却水供給装置から冷却水が供給され、この冷却水は発電運転の際に発熱する燃料電池１０１を冷却する。尚、冷却水により燃料電池１０１から回収された熱エネルギーは、例えば、給湯のために用いられる。
【００４５】
図２は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図２では、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。
【００４６】
図２に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００は、その発電部の本体として、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池１１を備えている。又、この燃料電池システム１００は、燃料電池１１に供給するための燃料ガス及び酸化剤ガスを各々生成する燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７と、この酸化剤ガス供給装置１７から燃料電池１１へ供給される酸化剤ガスを途中で加湿する加湿器１８と、この加湿器１８及び上述した燃料ガス供給装置１６が供給する燃料ガス及び酸化剤ガスの露点温度（以下、単に「露点」という）を各々検出する露点センサ２１ａ及び露点センサ２１ｃとを備えている。又、この燃料電池システム１００は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する際の燃料電池１１の温度を冷却媒体により制御する温度制御装置１９と、この温度制御装置１９と上述した燃料電池１１との間で循環される冷却媒体の温度を検出する温度センサ２２とを備えている。更に、この燃料電池システム１００は、上述した燃料電池１１、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７、温度制御装置１９の動作を適宜制御する制御装置２０を備えている。
【００４７】
より詳細に説明すると、図２に示すように、燃料電池１１は燃料ガス供給部１２及び酸化剤ガス供給部１３と燃料ガス排出部１４及び酸化剤ガス排出部１５とを備えている。燃料電池システム１００の発電運転の際、燃料ガス供給装置１６が生成する燃料ガスは、その露点が露点センサ２１ａにより検出された後、燃料電池１１の燃料ガス供給部１２に供給される。そして、燃料電池１１において余剰となった燃料ガスは、燃料電池１１の燃料ガス排出部１４から排出される。又、酸化剤ガス供給装置１７からの酸化剤ガスは、加湿器１８により加湿されかつ露点が露点センサ２１ｃにより検出された後、燃料電池１１の酸化剤ガス供給部１３に供給される。そして、燃料電池１１において余剰となった酸化剤ガスは、燃料電池１１の酸化剤ガス排出部１５から排出される。
【００４８】
燃料ガス供給装置１６は、例えば、都市ガス又はプロパンガス等の原料を用いて水蒸気改質反応により水素を豊富に含む燃料ガスを生成する。この燃料ガスは、水蒸気改質反応の際に加湿され、水蒸気を含む状態で燃料電池１１に供給される。このように、水蒸気を含む燃料ガスが燃料ガス供給装置１６から燃料電池１１に供給されることにより、燃料電池１１の図２では図示しない高分子電解質膜は湿潤状態において維持される。尚、本実施の形態では例示しないが、燃料ガスとして水素ボンベに充填された純水素を用いる場合には、この純水素を加湿するために、燃料ガス供給装置１６と露点センサ２１ａとの間に加湿器を配設する。
【００４９】
酸化剤ガス供給装置１７は、例えば、シロッコファンにより大気中から酸化剤ガスとしての空気を取り込む。そして、その取り込んだ空気を燃料電池１１に供給する。尚、大気中から取り込んだ空気は、通常、燃料電池１１の高分子電解質膜を湿潤するために必要となる量の水蒸気を含んではいない。そのため、図２に示すように、燃料電池システム１００では、酸化剤ガス供給装置１７と露点センサ２１ｃとの間に加湿器１８が配設されている。この加湿器１８は、酸化剤ガス供給装置１７が排出する空気を加湿した後に燃料電池１１に供給する。このように、酸化剤ガス供給装置１７から燃料電池１１に加湿器１８により加湿された空気が供給されることによっても、燃料電池１１の高分子電解質膜は湿潤状態に維持される。
【００５０】
露点センサ２１ａは、燃料ガス供給装置１６から燃料電池１１に供給される燃料ガスの露点を検出する。又、露点センサ２１ｃは、酸化剤ガス供給装置１７から燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの露点を検出する。本実施の形態では、これらの露点センサ２１ａ及び露点センサ２１ｃにより検出される燃料ガスの露点及び酸化剤ガスの露点を、燃料電池１１の内部における燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃとみなす。尚、これらの露点センサ２１ａ及び露点センサ２１ｃとしては、燃料ガス及び酸化剤ガスの類に対する耐久性を備えかつ温度耐久性を備える露点センサであれば、如何なる露点センサを用いてもよい。又、燃料ガスの露点Ｔｄａは燃料ガス供給装置１６（正しくは、燃料ガス供給装置１６が有する改質器）の性能に依存し、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃは加湿器１８の性能に依存する。そのため、燃料ガスの露点Ｔｄａとして改質器の動作条件に基づいて算出される露点を用い、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃとして加湿器１８の動作条件に基づいて算出される露点又は加湿器１８の温度（実測値）を用いる構成としてもよい。尚、これらの露点センサ２１ａ，２１ｃを用いずに燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを検出する形態については、後に詳細に説明する。
【００５１】
温度制御装置１９は、例えば、冷却媒体を循環させる循環ポンプと、循環する冷却媒体を放熱させる放熱器（冷却フィン、熱交換器等）とで構成される。この温度制御装置１９は、例えば水からなる冷却媒体を燃料電池１１に供給すると共に、発電に伴って発生する熱により加熱されて温度上昇した冷却媒体を燃料電池１１から回収する。そして、温度制御装置１９は、その温度上昇した冷却媒体を冷却した後、再び燃料電池１１に供給する。或いは、温度制御装置１９は、冷却媒体の流量及び温度の少なくとも１つの条件を変化させることによって、燃料電池１１の温度を低下させる。例えば、温度制御装置１９内の冷却媒体の流量を増加させることにより、燃料電池１１の温度を低下させることが可能になる。又、冷却媒体の温度を低下させることにより、燃料電池１１の温度を低下させることが可能になる。これにより、温度制御装置１９は、燃料電池１１の温度を一定の温度に維持する。尚、冷却媒体により燃料電池１１から回収された熱エネルギーは、例えば、給湯のために用いられる。
【００５２】
温度センサ２２は、燃料電池１１から温度制御装置１９に排出される冷却媒体の温度を検出する。本実施の形態では、この温度センサ２２により検出される冷却媒体の温度を、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌとみなす。尚、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌは、燃料電池１１の中で最も高い温度とする。その検出方法としては、燃料電池１１に供給する冷却媒体の温度を測定する方法、燃料電池１１を構成する図２では図示しないセパレータの温度を熱電対により直接測定する方法、燃料電池１１から排出される冷却媒体の温度を測定する方法等が考えられる。一方、燃料電池１１における最も温度が高い部分は、入口から供給された冷却媒体が燃料電池１１と熱交換して出口から排出されるため、燃料電池１１における冷却媒体の出口部分であると想定される。そこで、本実施の形態では、燃料電池１１から温度制御装置１９に排出される冷却媒体の温度を温度センサ２２により検出する構成としている。
【００５３】
尚、低加湿運転条件は、例えば、燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度≦Ｔｄａ＜燃料電池１１における冷却媒体の出口部分の温度（Ｔｃｅｌｌ）、かつ、燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度≦Ｔｄｃ＜燃料電池１１における冷却媒体の出口部分の温度（Ｔｃｅｌｌ）なる運転条件であってもよい。この場合のように、燃料電池の内部の少なくとも一部が低加湿運転条件となっている場合でも、本発明の効果を奏することができる。
【００５４】
又、低加湿運転条件は、例えば、Ｔｄａ＜燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度、かつ、Ｔｄｃ＜燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度なる運転条件であってもよい。この場合、燃料電池の内部のほぼ全体が低加湿運転条件となっており、本発明の効果をより顕著に得ることができる。
【００５５】
上記により、低加湿運転条件は、例えば、燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度≦Ｔｄａ＜燃料電池１１における冷却媒体の出口部分の温度（Ｔｃｅｌｌ）、かつ、Ｔｄｃ＜燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度なる運転条件であってもよい。又、低加湿運転条件は、例えば、Ｔｄａ＜燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度、かつ、燃料電池１１における冷却媒体の入口部分の温度≦Ｔｄｃ＜燃料電池１１における冷却媒体の出口部分の温度（Ｔｃｅｌｌ）なる運転条件であってもよい。この場合のように、燃料電池の内部の少なくとも一部が低加湿運転条件となっている場合でも、本発明の効果を奏することができる。
【００５６】
又、制御装置２０は、少なくとも燃料電池１１、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７、温度制御装置１９の動作を適宜制御する。この制御装置２０は、例えばＭＰＵ及びメモリを備えており、予めメモリに記憶されるデータに基づき、少なくとも燃料電池１１、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７、温度制御装置１９の動作を適宜制御する。
【００５７】
次に、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの動作について、図２〜図４を参照しながら説明する。尚、ここでは、燃料電池システムの発電運転中、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点ＴｄｃがＴｄａ＜Ｔｄｃなる相互関係を満たしているものと仮定する。
【００５８】
本実施の形態に係る燃料電池システムの動作は、低加湿運転条件の下で運転される燃料電池と外部負荷との電気的な接続を切断する（つまり、燃料電池が開回路状態となる）前に高分子電解質膜を加湿する点を除き、従来の燃料電池システムの動作と同様である。そのため、以下では、本実施の形態に係る燃料電池システムの特徴的な動作についてのみ詳細に説明する。
【００５９】
図３は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図３では、本発明を説明するために必要となるステップのみを図示しており、その他のステップについては図示を省略している。
【００６０】
又、図４は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの特徴的な動作における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。尚、図４では、本発明を説明するために必要となる操作のみを図示しており、その他の操作については図示を省略している。
【００６１】
燃料電池システム１００の発電運転を停止する際、制御装置２０は、先ず、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄａ、かつ、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄｃなる相互関係を満たす低加湿運転条件の下で運転されている状態（図４に示す状態１）の燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを、温度制御装置１９の動作を制御することにより（図４に示す操作１）、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致するまで低下させる（ステップＳ１、及び、図４に示す状態２）。この図４に示す状態２において、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断することなく、燃料電池１１の放電を継続させる。
【００６２】
次いで、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら、露点センサ２１ｃ及び温度センサ２２の出力信号に基づいて、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致したか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００６３】
ステップＳ２において、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致しないと判定された場合（ステップＳ２でＮＯ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させたまま、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致するまで、ステップＳ１に示す制御を継続する。一方、ステップＳ２において、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致したと判定された場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら温度制御装置１９の冷却動作を停止させ（ステップＳ３、及び、図４に示す操作２）、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム１００の運転状態を維持させる（ステップＳ４、及び、図４に示す状態３）。この図４に示す状態３において、燃料電池１１の高分子電解質膜は、主に酸化剤ガスに含まれる水分が用いられることにより、高分子電解質膜の劣化を防止可能な状態にまで十分に加湿される。
【００６４】
具体的には、制御装置２０は、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。
【００６５】
ステップＳ４において、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達していないと判定された場合（ステップＳ４でＮＯ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させたまま、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム１００の運転状態を更に維持させる。一方、ステップＳ４において、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したと判定された場合には（ステップＳ４でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断して（図４に示す操作３）、燃料電池１１の放電を停止させ（ステップＳ５）、燃料電池１１を開回路状態とする（図４に示す状態４）。
【００６６】
この図４に示す状態４においては、開回路状態となることにより燃料電池１１の出力電圧Ｖｆｃは図４の如く上昇するが、燃料電池１１の高分子電解質膜の湿潤状態は、発電運転中の高分子電解質膜の湿潤状態よりも高い。
【００６７】
その後、制御装置２０は、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７の動作を停止させる。又、高分子電解質膜の乾燥を防止するために、例えば、加湿した不活性ガスを燃料電池１１の内部に封入する。そして、制御装置２０は、燃料電池システム１００の発電運転に係る全ての動作を停止させる。
【００６８】
このように、本実施の形態では、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄａ、かつ、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄｃなる相互関係を満たす低加湿運転条件の下で燃料電池１１を運転させている状態から発電運転を停止させる際に、制御装置２０が、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させ、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致するまで燃料電池１１の放電を継続させ、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致した後に外部負荷への放電を停止させる。これにより、燃料電池１１が外部負荷への放電を停止した開回路状態においてＴｃｅｌｌ≦Ｔｄｃなる相互関係が実現され、高分子電解質膜が十分に加湿されるので、高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能となり、燃料電池１１の耐久性を十分に確保することが可能となる。
【００６９】
次に、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの動作の変形例について、図２及び図３、図５を参照しながら説明する。
【００７０】
本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの動作の変形例では、Ｔｃｅｌｌ＝Ｔｄｃの条件に代えてＴｃｅｌｌ＝Ｔｄａの条件が満たされた後に燃料電池の放電を停止させる点でのみ、上述した燃料電池システムの動作と異なっている。即ち、本変形例に係るフローチャートは、図３に示すフローチャートを、ステップＳ２においてＴｃｅｌｌ＝Ｔｄａの条件が満たされたか否かを判定するよう修正したものである。
【００７１】
図５は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの特徴的な動作の変形例における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【００７２】
燃料電池システム１００の発電運転を停止する際、制御装置２０は、低加湿運転条件の下で運転されている状態（図５に示す状態１）の燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを、温度制御装置１９の動作を制御することにより（図５に示す操作１）、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致するまで低下させる（ステップＳ１、及び、図５に示す状態２）。この図５に示す状態２において、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断することなく、燃料電池１１の放電を継続させる。
【００７３】
次いで、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら、露点センサ２１ａ及び温度センサ２２の出力信号に基づいて、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致したか否かを判定する（ステップＳ２）。そして、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致したと判定されると（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら温度制御装置１９の冷却動作を停止させ（ステップＳ３、及び、図５に示す操作２）、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム１００の運転状態を維持させる（ステップＳ４、及び、図５に示す状態３）。
【００７４】
具体的には、制御装置２０は、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。そして、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したと判定された場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断して（図５に示す操作３）、燃料電池１１の放電を停止させ（ステップＳ５）、これを開回路状態とする（図５に示す状態４）。
【００７５】
このように、本変形例では、低加湿運転条件の下で燃料電池１１を運転させている状態から発電運転を停止させる際に、制御装置２０が、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させ、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致するまで燃料電池１１の放電を継続させ、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致した後に外部負荷への放電を停止させる。これにより、燃料電池１１が外部負荷への放電を停止した開回路状態においてＴｃｅｌｌ≦Ｔｄａ＜Ｔｄｃなる相互関係が実現され、高分子電解質膜が更に加湿されるので、高分子電解質膜の劣化を更に効果的に抑制することが可能となる。
【００７６】
尚、本実施の形態では、露点センサ２１ｃ（又は、露点センサ２１ａ）及び温度センサ２２により燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ（又は、燃料ガスの露点Ｔｄａ）を実際に測定して発電運転を停止させる形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、予め測定したＴｃｅｌｌ及びＴｄｃ（又は、Ｔｄａ）の関係を表すタイムチャートに基づいて発電運転を停止させる形態としてもよい。かかる形態としても、本実施の形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
又、本実施の形態では、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達した後に燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断する形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方の露点と一致した直後に燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断する形態としてもよい。かかる形態としても、本実施の形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
又、本実施の形態では、燃料電池システム１００の発電運転中、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点ＴｄｃがＴｄａ＜Ｔｄｃなる相互関係を満たしているものと仮定しているが、この相互関係に限定されることはなく、Ｔｄａ＞Ｔｄｃ、又は、Ｔｄａ＝Ｔｄｃなる相互関係を満たしていてもよい。ここで、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点ＴｄｃがＴｄａ＞Ｔｄｃなる相互関係を満たしている場合、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを燃料ガスの露点Ｔｄａと一致させることにより高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能であるが、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致させることにより、高分子電解質膜の劣化を更に効果的に抑制することが可能になる。又、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点ＴｄｃがＴｄａ＝Ｔｄｃなる相互関係を満たしている場合、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃと一致させることで、高分子電解質膜の劣化を抑制することが可能になる。つまり、本発明は、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方の露点と一致させることにより実現される。
【００７９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成は、図１及び図２に示す実施の形態１に係る燃料電池システムの構成と同様である。従って、ここでは、本実施の形態に係る燃料電池システムの構成に関する説明は省略する。
【００８０】
本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの動作について、図２、図６及び図７を参照しながら説明する。
【００８１】
図６は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。
【００８２】
又、図７は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの特徴的な動作における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【００８３】
燃料電池システム１００の発電運転を停止する際、制御装置２０は、低加湿運転条件の下で運転されている状態（図７に示す状態１）の燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを、温度制御装置１９の動作を制御することにより（図７に示す操作１）、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致するまで低下させる（ステップＳ１、及び、図７に示す状態２）。又、制御装置２０は、この図７に示す状態２において、燃料電池１１の放電時の出力電流密度を、上述した状態１における放電時の出力電流密度以下にまで低下させる（ステップＳ２、及び、図７に示す操作２）。この図７に示す操作２によって、燃料電池１１の出力電圧Ｖｆｃが上昇すると共に、燃料電池１１における発電に伴い生成する水の生成量が減少する。
【００８４】
次いで、制御装置２０は、露点センサ２１ａ及び温度センサ２２の出力信号に基づき、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致したか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致したと判定された場合には（ステップＳ３でＹＥＳ）、制御装置２０は、温度制御装置１９の冷却動作を停止させて（ステップＳ４、及び、図７に示す操作３）、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム１００の運転状態を維持させる（図７に示す状態３）。この図７に示す状態３において、燃料電池１１の高分子電解質膜は、燃料ガス及び酸化剤ガスに含まれる水分が用いられて十分に加湿される。
【００８５】
次いで、制御装置２０は、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したと判定された場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断して放電を停止させ（ステップＳ６、及び、図７に示す操作４）、燃料電池１１を開回路状態とする（図７に示す状態４）。
【００８６】
その後、制御装置２０は、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７の動作を停止させた後、高分子電解質膜の乾燥を防止するための上述した所定の処置を施して、燃料電池システム１００の発電運転に係る全ての動作を停止させる。
【００８７】
このように、本実施の形態では、低加湿運転条件の下で燃料電池１１を運転させている状態から発電運転を停止させる際、制御装置２０が、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させ、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌが燃料ガスの露点Ｔｄａと一致した後に外部負荷への放電を停止させる。又、制御装置２０は、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させている際に、燃料電池１１の放電時の出力電流密度を発電運転時における出力電流密度以下にまで低下させる。これにより、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させている際の水の生成量を減少させることができるので、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させる際に発生する可能性があるフラッディングによる流路の水詰まりを効果的に抑制することが可能になる。
【００８８】
又、燃料電池システムでは、通常、燃料電池の温度が低下するにつれて、アノード及びカソードにおける反応抵抗が大きくなる。つまり、燃料電池システムでは、放電時の出力電流密度を一定に保持した状態で燃料電池の温度を低下させると、燃料電池の出力電圧が０ボルト以下になる、いわゆる転極現象が発生する。この転極現象が発生すると、燃料電池の発電性能は著しく低下する。しかしながら、本実施の形態では、燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌを低下させる際に、燃料電池１１の放電時の出力電流密度を発電運転時における出力電流密度以下にまで低下させるので、燃料電池１１が転極状態に陥ることを効果的に抑制することが可能になる。これにより、燃料電池１１の発電性能の低下を防止することが可能になる。
【００８９】
尚、その他の点については、実施の形態１の場合と同様である。
【００９０】
（実施の形態３）
先ず、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成について、図８を参照しながら説明する。
【００９１】
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成は、図２に示す加湿器１８に代えて露点制御装置を備えている点を除き、図１及び図２に示す実施の形態１に係る燃料電池システムの構成と同様である。従って、ここでは、本実施の形態に係る燃料電池システムの構成と実施の形態１に係る燃料電池システムの構成との相違点について説明することとして、共通する部分に関する説明は省略する。
【００９２】
図８は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図８では、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。
【００９３】
図８に示すように、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システム２００は、露点制御装置２４を備えている。この露点制御装置２４は、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７から供給される燃料ガスの露点及び酸化剤ガスの露点を必要に応じて各々制御する。この燃料ガスの露点及び酸化剤ガスの露点は、露点制御装置２４が備える加湿器１８ａ及び加湿器１８ｃにより実質的に制御される。これらの加湿器１８ａ及び加湿器１８ｃの動作は、露点制御装置２４が有する制御器２３により制御される。そして、露点が各々制御された燃料ガス及び酸化剤ガスは、実施の形態１に係る燃料電池システム１００の場合と同様、露点センサ２１ａ及び露点センサ２１ｃの検出ポイントを通って燃料電池１１に供給される。尚、この制御器２３の動作は、燃料電池システム２００が有する制御装置２０により制御される。
【００９４】
又、図８に示すように、露点制御装置２４は三方弁２５を備えている。この三方弁２５は、燃料ガス供給装置１６から供給される燃料ガスの露点を調整する必要がない場合、その燃料ガスを加湿器１８ａに供給することなく露点センサ２１ａに直接供給するよう機能する。
【００９５】
次に、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの動作について、図８〜図１０を参照しながら説明する。尚、ここでは、燃料電池システムの発電運転中、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点ＴｄｃがＴｄａ＜Ｔｄｃなる相互関係を満たしているものと仮定する。
【００９６】
図９は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図９では、本発明を説明するために必要となるステップのみを図示しており、その他のステップについては図示を省略している。
【００９７】
又、図１０は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの特徴的な動作における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。尚、図１０では、本発明を説明するために必要となる操作のみを図示しており、その他の操作については図示を省略している。
【００９８】
燃料電池システム２００の発電運転を停止する際、制御装置２０は、先ず、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄａ、かつ、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄｃなる相互関係を満たす低加湿運転条件の下で燃料電池１１が運転されている状態（図１０に示す状態１）において、露点制御装置２４の動作を制御することにより（図１０に示す操作１）、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致するまで、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを上昇させる（ステップＳ１、及び、図１０に示す状態２）。この図１０に示す状態２において、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断することなく、燃料電池１１の放電を継続させる。
【００９９】
次いで、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら、露点センサ２１ｃ及び温度センサ２２の出力信号に基づいて、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致したか否かを判定する（ステップＳ２）。
【０１００】
具体的には、このステップＳ２において、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致しないと判定された場合（ステップＳ２でＮＯ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させたまま、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致するまで、図９のステップＳ１に示す制御を継続する。一方、ステップＳ２において、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致したと判定された場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら露点制御装置２４による露点Ｔｄａ及びＴｄｃの上昇を停止させ（ステップＳ３、及び、図１０に示す操作２）、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム２００の運転状態を維持させる（ステップＳ４、及び、図１０に示す状態３）。この図１０に示す状態３において、燃料電池１１の高分子電解質膜は、主に酸化剤ガスに含まれる水分が用いられることにより、高分子電解質膜の劣化を防止可能な状態にまで十分に加湿される。
【０１０１】
具体的には、制御装置２０は、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。
【０１０２】
このステップＳ４において、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達していないと判定された場合（ステップＳ４でＮＯ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させたまま、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム２００の運転状態を更に維持させる。一方、ステップＳ４において、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したと判定された場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断して（図１０に示す操作３）、燃料電池１１の放電を停止させ（ステップＳ５）、燃料電池１１を開回路状態とする（図１０に示す状態４）。
【０１０３】
その後、制御装置２０は、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７の動作を停止させる。又、高分子電解質膜の乾燥を防止するために、実施の形態１の場合と同様、加湿した不活性ガスを燃料電池１１の内部に封入する。そして、制御装置２０は、燃料電池システム２００の発電運転に係る全ての動作を停止させる。
【０１０４】
このように、本実施の形態では、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄａ、かつ、Ｔｃｅｌｌ＞Ｔｄｃなる相互関係を満たす低加湿運転条件の下で燃料電池１１を運転させている状態から発電運転を停止させる際に、制御装置２０が、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを上昇させ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致するまで燃料電池１１の放電を継続させ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致した後に外部負荷への放電を停止させる。これにより、燃料電池１１が外部負荷への放電を停止した開回路状態においてＴｃｅｌｌ≦Ｔｄｃなる相互関係が実現され、高分子電解質膜が十分に加湿されるので、燃料電池１１の耐久性を十分に確保することが可能となる。
【０１０５】
次に、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの動作の変形例について、図８及び図９、図１１を参照しながら説明する。
【０１０６】
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの動作の変形例では、Ｔｃｅｌｌ＝Ｔｄｃの条件に代えてＴｃｅｌｌ＝Ｔｄａの条件が満たされた後に燃料電池の放電を停止させる点でのみ、上述した燃料電池システムの動作と異なっている。即ち、本変形例に係るフローチャートは、図９に示すフローチャートを、ステップＳ２においてＴｃｅｌｌ＝Ｔｄａの条件が満たされたか否かを判定するよう修正したものである。
【０１０７】
図１１は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの特徴的な動作の変形例における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【０１０８】
燃料電池システム２００の発電運転を停止する際、制御装置２０は、低加湿運転条件の下で燃料電池１１が運転されている状態（図１１に示す状態１）において、露点制御装置２４の動作を制御することにより（図１１に示す操作１）、燃料ガスの露点Ｔｄａが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致するまで、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを上昇させる（ステップＳ１、及び、図１１に示す状態２）。この図１１に示す状態２において、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断することなく、燃料電池１１の放電を継続させる。
【０１０９】
次いで、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら、露点センサ２１ａ及び温度センサ２２の出力信号に基づき、燃料ガスの露点Ｔｄａが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致したか否かを判定する（ステップＳ２）。そして、燃料ガスの露点Ｔｄａが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致したと判定された場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１の放電を継続させながら露点制御装置２４による露点Ｔｄａ及びＴｄｃの上昇を停止させ（ステップＳ３、及び、図１１に示す操作２）、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達するまで、燃料電池システム２００の運転状態を維持させる（ステップＳ４、及び、図１１に示す状態３）。
【０１１０】
具体的には、制御装置２０は、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。そして、計測時間Ｔｍが予め設定された所定時間Ｔｐｄに到達したと判定された場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、制御装置２０は、燃料電池１１と外部負荷との電気的な接続を切断して（図１１に示す操作３）、燃料電池１１の放電を停止させ（ステップＳ５）、これを開回路状態とする（図１１に示す状態４）。
【０１１１】
このように、本変形例では、低加湿運転条件の下で燃料電池１１を運転させている状態から発電運転を停止させる際に、制御装置２０が、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを上昇させ、燃料ガスの露点Ｔｄａが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致するまで燃料電池１１の放電を継続させ、燃料ガスの露点Ｔｄａが燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致した後に外部負荷への放電を停止させる。これにより、燃料電池１１が外部負荷への放電を停止した開回路状態においてＴｃｅｌｌ≦Ｔｄａ＜Ｔｄｃなる相互関係が実現され、高分子電解質膜が更に加湿されるので、高分子電解質膜の劣化を更に効果的に抑制することが可能となる。
【０１１２】
つまり、本実施の形態では、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方の露点を燃料電池１１の温度Ｔｃｅｌｌと一致させることにより、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることを可能とする。
【０１１３】
本実施の形態では、燃料電池システム２００の発電運転を停止する際に燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの両方を上昇させる形態について説明したが、この形態に限定されることはなく、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方の露点を上昇させる形態としてもよい。例えば、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃのみを上昇させる場合、制御装置２０は、三方弁２５を制御することにより、燃料ガス供給装置１６から供給される燃料ガスを露点センサ２１ａに直接供給する。又、燃料ガスの露点Ｔｄａのみを上昇させる場合、制御装置２０は、制御器２３を制御して加湿器１８ｃの動作を制御することにより、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスの露点を調整することなく露点センサ２１ｃに供給する。かかる形態としても、本実施の形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【０１１４】
又、本実施の形態では、露点制御装置２４が備える加湿器の温度を商用電力等の外部電力により制御して燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方を制御する形態を想定して説明したが、このような形態に限定されることはない。例えば、燃料ガス供給装置１６から燃料電池１１に供給する燃料ガスの流量及び温度の少なくとも１つの条件を変化させることにより、露点制御装置２４の加湿器の温度を制御して、これにより、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方を制御する形態としてもよい。又、同様にして、酸化剤ガス供給装置１７から燃料電池１１に供給する酸化剤ガスの流量及び温度の少なくとも１つの条件を変化させることにより、露点制御装置２４の加湿器の温度を制御して、これにより、燃料ガスの露点Ｔｄａ及び酸化剤ガスの露点Ｔｄｃの少なくとも一方を制御する形態としてもよい。又、燃料ガス及び酸化剤ガスの両方の流量及び温度の少なくとも１つの条件を変化させる形態としてもよい。かかる形態としても、本実施の形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
尚、その他の点については、実施の形態１〜２の場合と同様である。
【０１１６】
以上、本発明によれば、低加湿運転条件の下で運転される燃料電池システムが発電運転を停止する際、外部負荷との電気的な接続が切断されて開回路状態となる前に燃料電池の高分子電解質膜が十分に加湿されるので、燃料電池の発電性能が経時的に低下するという問題を解消することが可能になる。これにより、低加湿運転条件で運転される高分子電解質形燃料電池が開回路状態に移行する際の高分子電解質膜の劣化を防止可能な、優れた耐久性を備える燃料電池システム及びその運転方法を提供することが可能になる。
【０１１７】
尚、実施の形態１〜３では、燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前、制御装置が温度制御装置及び露点制御装置の何れか一方を制御して燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる形態について説明した。しかし、このような形態に限定されることはない。例えば、燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前、制御装置が温度制御装置及び露点制御装置の両方を制御して燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる形態としてもよい。このような形態とすれば、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させるまでの待機時間を大幅に短縮することが可能になる。
【０１１８】
又、制御装置が温度制御装置を制御して燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる形態では、燃料ガスの露点及び酸化剤ガスの露点が各々経時的に変化しないことが望ましい。かかる形態とすれば、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させるまでの待機時間を短縮することが可能になる。ここで、露点制御装置の加湿器としては、バブラーを用いることができる。バブラーとは、温水中に燃料ガス又は酸化剤ガスを通じて加湿を行う加湿器である。このバブラーでは、燃料ガス又は酸化剤ガスは、温水の温度と同じ露点を有するように加湿される。バブラーを駆動するための熱源としては、燃料電池を冷却する冷却媒体や、ヒーター、及び、改質器の燃焼排ガスを用いることが可能である。そして、露点制御装置の加湿器としてバブラーを用いることにより、燃料ガスの露点を一定に保つことが容易になると共に、酸化剤ガスの露点を一定に保つことが容易になる。これにより、比較的簡易な構成の下、燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させるまでの待機時間を短縮することが容易になる。
【０１１９】
ところで、実施の形態１〜３では、本発明に係る燃料電池システム１００，２００の基本的な構成及びその特徴的な動作について詳細に説明した。
【０１２０】
具体的には、実施の形態１〜３では、燃料ガスの露点や酸化剤ガスの露点を露点センサ２１ａや露点センサ２１ｃにより検出する形態について説明した。又、実施の形態１〜３では、温度制御装置１９により燃料電池１１の温度を低下させて燃料電池１１の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる形態や、露点制御装置２４により燃料ガス及び酸化剤ガスの露点を各々上昇させて燃料電池１１の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる形態について説明した。
【０１２１】
しかしながら、燃料電池システム１００，２００において適切な構成を構築することにより、露点センサ２１ａや露点センサ２１ｃを配設することなく、燃料ガスの露点や酸化剤ガスの露点を的確に検出することが可能になる。又、燃料電池システム１００，２００において適切な構成を構築することにより、露点制御装置２４を配設することなく、燃料ガスの露点や酸化剤ガスの露点を的確に上昇させることが可能になる。
【０１２２】
以下、実施の形態１〜３を支持する露点を検出するための他の形態及び露点を制御するための他の形態について各々説明する。
【０１２３】
（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図１２では、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。
【０１２４】
図１２に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成は、露点センサ２１ａ，２１ｃを備えていない点で、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の構成とは異なっている。又、図１２に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム３００の構成は、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスを燃料電池１１の酸化剤ガス排出部１５から排出される余剰の酸化剤ガス（以下、この余剰の酸化剤ガスを「排酸化剤ガス」という）を利用して加湿する全熱交換器２６を加湿器１８に代えて備えている点で、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の構成とは異なっている。尚、その他の点については、燃料電池システム３００の構成は、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の構成と同様である。
【０１２５】
先ず、燃料ガスの露点Ｔｄａを検出するための形態、及び、燃料ガスの露点Ｔｄａを制御するための形態について各々説明する。
【０１２６】
本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、燃料電池１１に供給される燃料ガスの露点Ｔｄａが、燃料ガス供給装置１６の動作条件に基づいて算出される。
【０１２７】
具体的に説明すると、本実施の形態では、燃料電池システム３００における制御装置２０のメモリに、予め、Ｓ／Ｃ（スチームカーボン比）と水蒸気改質反応の反応温度と燃料ガスの露点Ｔｄａとの関係を示すデータテーブルが記憶されている。ここで、Ｓ／Ｃは、燃料電池システム３００の運転条件に応じて、予め、制御装置２０に設定されている。従って、本実施の形態によれば、燃料ガス供給装置１６における水蒸気改質反応の反応温度（改質触媒の温度）を既存の温度検出器により検出することで、図１に示す露点センサ２１ａを用いることなく、燃料ガスの露点Ｔｄａを容易に算出することができる。
【０１２８】
一方、本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、燃料電池１１に供給される燃料ガスの露点Ｔｄａを、転化率等を考慮しながら燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃを変化させることにより、任意に制御することができる。
【０１２９】
図１３は、燃料ガス供給装置で生成される燃料ガスの露点とＳ／Ｃとの関係を水蒸気改質反応の反応温度毎に模式的に示す相関図である。
【０１３０】
図１３に示すように、燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃを変化させることにより、その燃料ガス供給装置１６で生成される燃料ガスの露点Ｔｄａを任意に制御することが可能である。例えば、水蒸気改質反応の反応温度を６６０℃に制御する場合には、燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃを２に設定することにより燃料ガスの露点Ｔｄａを約３０℃に制御することが可能となり、燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃを５に設定することにより燃料ガスの露点Ｔｄａを約７７℃に制御することが可能となる。又、水蒸気改質反応の反応温度を６３０℃に制御する場合には、燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃを２に設定することにより燃料ガスの露点Ｔｄａを約４２℃に制御することが可能となり、燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃを５に設定することにより燃料ガスの露点Ｔｄａを約７９℃に制御することが可能となる。ここで、燃料ガス供給装置１６におけるＳ／Ｃの制御は、燃料ガス供給装置１６の動作条件に基づいて算出された燃料ガスの露点Ｔｄａと燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌとの比較に基づき適切に行われる。
【０１３１】
次に、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを検出するための形態、及び、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを制御するための形態について各々説明する。
【０１３２】
図１４は、全熱交換器により加湿された酸化剤ガスの露点を算出するための構成を模式的に示す解説図である。
【０１３３】
図１２及び図１４に示すように、本実施の形態では、全熱交換器２６において、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスと燃料電池１１の酸化剤ガス排出部１５から排出される排酸化剤ガスとの間で全熱交換が行われる。ここで、図１４に示すように、燃料電池１１の酸化剤ガス排出部１５から排出される排酸化剤ガスの水蒸気量をＰ１とし、全熱交換器２６において酸化剤ガスの加湿のために利用された排酸化剤ガスの水蒸気量をＰ２とする。又、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスの水蒸気量をＰ３とし、全熱交換器２６において加湿された酸化剤ガスの水蒸気量をＰ４とする。更に、全熱交換器２６の図１４では図示しない全熱交換膜を通過した水量をＷ１とし、燃料電池１１において生成した水量をＷｇとする。
【０１３４】
燃料電池１１の酸化剤ガス側において生成した水量Ｗｇの一部は、高分子電解質膜を透過して燃料ガス側に逆拡散する。即ち、燃料電池内で燃料ガス側に追加される水量（燃料ガス側生成水量）Ｗｇａは、Ｗｇとθ（逆拡散率）との積として算出され、燃料電池内で酸化剤ガス側に追加される水量（酸化剤ガス側生成水量）Ｗｇｃは、Ｗｇと（１−θ）との積として算出される。尚、θ（逆拡散率）は、燃料電池１１に用いられる高分子電解質膜の性質によっても異なるが、予め測定しておいた値を定数として用いることができる。
【０１３５】
この場合、図１４の（１）式に示すように、水蒸気量Ｐ１は、水蒸気量Ｐ４と酸化剤ガス側生成水量Ｗｇｃとの和として算出される。即ち、（１）式に示すように、水蒸気量Ｐ１は、水蒸気量Ｐ３と通過水量Ｗ１と生成水量Ｗｇと（１−θ）との積との和として算出される。又、図１４の（２）式に示すように、水蒸気量Ｐ２は、水蒸気量Ｐ１と通過水量Ｗ１との差として算出される。即ち、（２）式に示すように、水蒸気量Ｐ２は、水蒸気量Ｐ３と酸化剤ガス側生成水量Ｗｇｃとの和として算出される。又、図１４の（３）式に示すように、水蒸気量Ｐ３は、厳密には実測値を用いるべきではあるが、室温における飽和水蒸気量が非常に少ないことに基づき、定数αと近似される。又、図１４の（４）式に示すように、水蒸気量Ｐ４は、水蒸気量Ｐ３と通過水量Ｗ１との和として算出される。ここで、通過水量Ｗ１は、定数β（加湿器の全熱交換膜の面積）と定数γ（水蒸気透過係数）と対数平均水蒸気分圧差Ｄとの積として算出される。即ち、（４）式に示すように、水蒸気量Ｐ４は、水蒸気量Ｐ３と定数β及び定数γ及び対数平均水蒸気分圧差Ｄの積との和として算出される。
【０１３６】
従って、本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの水蒸気量Ｐ４は、（１）式〜（４）式と定数αと生成水量Ｗｇ（生成水量Ｗｇは燃料電池１１の運転条件から算出することが可能）とから算出される。ここで、生成水量Ｗｇは、例えば、高分子電解質膜の面積と電流密度とを用いて算出する。そして、本実施の形態によれば、この算出された水蒸気量Ｐ４に基づき、図１に示す露点センサ２１ｃを用いることなく、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを容易に算出することができる。
【０１３７】
一方、本実施の形態に係る燃料電池システム３００では、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを、電流密度を制御して燃料電池１１における生成水量Ｗｇを変化させることにより、任意に制御することができる。尚、電流密度は、制御装置２０が燃料電池１１に接続されているインバータを制御することにより、容易に制御可能である。
【０１３８】
尚、その他の点については、実施の形態１〜３の場合と同様である。
【０１３９】
（実施の形態５）
図１５は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。尚、図１５では、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。
【０１４０】
図１５に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム４００の構成は、露点センサ２１ａ，２１ｃを備えていない点で、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の構成とは異なっている。又、図１５に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム４００の構成は、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスを燃料電池１１から排出される冷却媒体（以下、この冷却媒体を「冷却水」とする）を利用して加湿する温水加湿器２７を加湿器１８に代えて備えている点で、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の構成とは異なっている。尚、その他の点については、燃料電池システム４００の構成は、実施の形態１に示す燃料電池システム１００の構成と同様である。
【０１４１】
本実施の形態では、燃料ガスの露点Ｔｄａを検出するための形態及び燃料ガスの露点Ｔｄａを制御するための形態は、実施の形態４で示した形態と各々同様である。従って、ここでは、燃料ガスの露点Ｔｄａを検出するための形態及び燃料ガスの露点Ｔｄａを制御するための形態に関する説明は省略する。
【０１４２】
以下、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを検出するための形態、及び、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを制御するための形態について各々説明する。
【０１４３】
図１６は、温水加湿器により加湿された酸化剤ガスの露点を算出するための構成を模式的に示す解説図である。
【０１４４】
図１５及び図１６に示すように、本実施の形態では、温水加湿器２７において、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスが燃料電池１１から排出される冷却水により加湿される。ここで、図１６に示すように、燃料電池１１から排出される冷却水の温度Ｔ１における飽和水蒸気量をＰ１とし、温水加湿器２７において酸化剤ガスの加湿のために利用された冷却水の温度Ｔ２における飽和水蒸気量をＰ２とする。又、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスの水蒸気量をＰ３とし、温水加湿器２７において加湿された酸化剤ガスの水蒸気量をＰ４とする。更に、温水加湿器２７の図１６では図示しない加湿膜を通過した水量をＷ１とし、燃料電池１１の冷却水の出口における冷却水の温度をＴ１とし、燃料電池１１の冷却水の入口における冷却水の温度をＴ２とする。
【０１４５】
この場合、図１６の（１）式及び（２）式に示すように、水蒸気量Ｐ１及び水蒸気量Ｐ２は、温度Ｔ１における飽和水蒸気量Ｓ１及び温度Ｔ２における飽和水蒸気量Ｓ２として測定可能である。又、図１６の（３）式に示すように、水蒸気量Ｐ３は、実施の形態４の場合と同様に厳密には実測値を用いるべきではあるが、室温における飽和水蒸気量が非常に少ないことに基づき、定数αと近似される。又、図１６の（４）式に示すように、水蒸気量Ｐ４は、水蒸気量Ｐ３と通過水量Ｗ１との和として算出される。ここで、実施の形態４の場合と同様にして、通過水量Ｗ１は、定数β（加湿器の全熱交換膜の面積）と定数γ（水蒸気透過係数）と対数平均水蒸気分圧差Ｄとの積として算出される。即ち、（４）式に示すように、水蒸気量Ｐ４は、水蒸気量Ｐ３と定数β及び定数γ及び対数平均水蒸気分圧差Ｄの積との和として算出される。
【０１４６】
従って、本実施の形態に係る燃料電池システム４００では、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの水蒸気量Ｐ４は、（１）式〜（４）式と定数αと温度Ｔ１及び温度Ｔ２（温度Ｔ１，Ｔ２は測定可能）とから算出される。そして、本実施の形態によれば、この算出された水蒸気量Ｐ４に基づき、図１に示す露点センサ２１ｃを用いることなく、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを容易に算出することができる。
【０１４７】
尚、実施の形態４の場合と同様に、図１４の（２）式に示すように、水蒸気量Ｐ２は、水蒸気Ｐ１と透過水量Ｗ１との差として算出してもよい。即ち、図１４の（２）式に示すように、水蒸気量Ｐ２は、水蒸気量Ｐ３と酸化剤ガス側生成水量Ｗｇｃとの和として算出してもよい。これにより、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの水蒸気量Ｐ４は、（１）式〜（４）式と定数αと温度Ｔ１とから算出される。
【０１４８】
一方、本実施の形態に係る燃料電池システム４００では、燃料電池１１に供給される酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを、冷却水の流量、放熱器での放熱量、及び、電流密度を制御して燃料電池１１から排出される冷却水の温度Ｔ１を変化させることにより、任意に制御することができる。尚、電流密度は、実施の形態４の場合と同様、制御装置２０が燃料電池１１に接続されているインバータを制御することにより、容易に制御可能である。
【０１４９】
尚、その他の点については、実施の形態１〜４の場合と同様である。
【０１５０】
以上、実施の形態４及び５によれば、図１に示す露点センサ２１ａや露点センサ２１ｃを配設することなく、燃料ガスの露点Ｔｄａや酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを的確に検出することが可能になる。又、実施の形態４及び５によれば、図１に示す露点制御装置２４を配設することなく、燃料ガスの露点Ｔｄａや酸化剤ガスの露点Ｔｄｃを的確に上昇させることが可能になる。尚、実施の形態４及び５では、酸化剤ガス供給装置１７から供給される酸化剤ガスを全熱交換器２６又は温水加湿器２７により加湿する形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、燃料ガス供給装置１６から供給される燃料ガスを全熱交換器２６又は温水加湿器２７により加湿する形態としてもよい。又、燃料ガス供給装置１６及び酸化剤ガス供給装置１７から供給される燃料ガス及び酸化剤ガスの双方を全熱交換器２６又は温水加湿器２７により各々加湿する形態としてもよい。この場合、酸化剤ガスの水蒸気量Ｐ３（定数α）を燃料ガスの水蒸気量Ｐ３（定数α）と読み替えればよい。更に、酸化剤ガス側生成水量Ｗｇｃを燃料ガス側生成水量Ｗｇａと読み替えればよい。
【０１５１】
尚、燃料ガス供給装置１６として実施の形態４と同様の水素生成装置を用い、生成した燃料ガスを全熱交換機２６又は温水加湿器２７により更に加湿する場合は、燃料ガスの水蒸気量Ｐ３は、実施の形態４と同様に、燃料ガス供給装置の動作条件に基づいて算出できる。又、燃料ガス供給装置１６として水素ボンベを用い、燃料ガスを全熱交換機２６又は温水加湿器２７により加湿する場合は、燃料ガスの水蒸気量Ｐ３をゼロとして近似してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法は、低加湿運転条件で運転される高分子電解質形燃料電池が開回路状態に移行する際の高分子電解質膜の劣化を防止可能な、優れた耐久性を備える燃料電池システム及びその運転方法として産業上利用することが可能である。
【０１５３】
又、本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法は、高出力特性と同時に短時間起動が要求される電気自動車の動力電源や、長期信頼性が要求される家庭用コジェネレーションシステム等の用途において、産業上利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの燃料電池の断面構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの特徴的な動作における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの特徴的な動作の変形例における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの特徴的な動作における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの特徴的な動作を模式的に示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの特徴的な動作における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの特徴的な動作の変形例における燃料電池の温度Ｔｃｅｌｌ、燃料ガスの露点Ｔｄａ、酸化剤ガスの露点Ｔｄｃ、及び、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃの変化を模式的に示すタイムチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図１３】図１３は、燃料ガス供給装置で生成される燃料ガスの露点とＳ／Ｃとの関係を水蒸気改質反応の反応温度毎に模式的に示す相関図である。
【図１４】図１４は、全熱交換器により加湿された酸化剤ガスの露点を算出するための構成を模式的に示す解説図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図１６】図１６は、温水加湿器により加湿された酸化剤ガスの露点を算出するための構成を模式的に示す解説図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１  高分子電解質膜
２ａ，２ｃ  触媒反応層
３ａ，３ｃ  ガス拡散層
４ａ  アノード
４ｃ  カソード
５  ＭＥＡ（膜／電極接合体）
６ａ  燃料ガス流路
６ｃ  酸化剤ガス流路
７ａ，７ｃ  セパレータ
８ａ，８ｃ  冷却水流路
９ａ，９ｃ  ガスケット
１０  ガスケット
１１  燃料電池（高分子電解質形燃料電池）
１２  燃料ガス供給部
１３  酸化剤ガス供給部
１４  燃料ガス排出部
１５  酸化剤ガス排出部
１６  燃料ガス供給装置
１７  酸化剤ガス供給装置
１８  加湿器
１８ａ，１８ｃ  加湿器
１９  温度制御装置
２０  制御装置
２１ａ，２１ｃ  露点センサ
２２  温度センサ
２３  制御器
２４  露点制御装置
２５  三方弁
２６  全熱交換器
２７  温水加湿器
１０１  燃料電池（要部）
１０２  単電池（セル）
１００〜４００  燃料電池システム
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007046483.tif 000019
【図２】
2007046483.tif 000020
【図３】
2007046483.tif 000021
【図４】
2007046483.tif 000022
【図５】
2007046483.tif 000023
【図６】
2007046483.tif 000024
【図７】
2007046483.tif 000025
【図８】
2007046483.tif 000026
【図９】
2007046483.tif 000027
【図１０】
2007046483.tif 000028
【図１１】
2007046483.tif 000029
【図１２】
2007046483.tif 000030
【図１３】
2007046483.tif 000031
【図１４】
2007046483.tif 000032
【図１５】
2007046483.tif 000033
【図１６】
2007046483.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月4日(2008.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置を少なくとも制御する制御装置と、
を備えており、
前記燃料電池の温度を制御する温度制御装置、並びに、前記燃料電池に供給する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する加湿装置の少なくとも何れかを更に備えており、
前記制御装置が、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点又は露点と関連する情報に基づいて、前記温度制御装置、前記加湿装置、前記燃料電池、及び前記燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを制御し、
前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御して、前記燃料電池が発電し、
前記燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させ、
その後、前記燃料電池と前記負荷との電気的な接続を切断する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置が、前記温度制御装置を制御して前記燃料電池の温度を低下させて該燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置が、前記低下させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御装置が、前記温度制御装置内の冷媒の流量及び温度の少なくとも一方を制御して前記燃料電池の温度を低下させる、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置が、前記加湿装置を制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させて前記燃料電池の温度と該燃料ガス及び該酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御装置が、前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる、請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御装置が、前記上昇させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する、請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御装置が、前記加湿装置内の加湿器の温度を前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の流量及び温度の少なくとも一方により制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させる、請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記露点と関連する情報が、前記燃料ガス供給装置の動作条件である、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記露点と関連する情報が、前記燃料電池及び前記加湿装置の少なくとも何れかの動作条件である、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池の温度を制御する温度制御装置、並びに、前記燃料電池に供給する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する加湿装置の少なくとも何れかと、
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点又は露点と関連する情報に基づいて、前記温度制御装置、前記加湿装置、前記燃料電池、及び前記燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを駆動し、
前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御して、前記燃料電池が発電し、
前記燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させ、
その後、前記燃料電池と前記負荷との電気的な接続を切断する、燃料電池システムの運転方法。
【請求項１３】
前記温度制御装置を制御して前記燃料電池の温度を低下させて該燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる、請求項１２記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１４】
前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる、請求項１３記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１５】
前記低下させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する、請求項１３記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１６】
前記温度制御装置内の冷媒の流量及び温度の少なくとも一方を制御して前記燃料電池の温度を低下させる、請求項１３記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１７】
前記加湿装置を制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させて前記燃料電池の温度と該燃料ガス及び該酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させる、請求項１２記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１８】
前記燃料電池の温度と前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスのより低露点側の露点とを一致させる、請求項１７記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１９】
前記上昇させる際に前記燃料電池の出力電流密度を前記発電時における出力電流密度以下に制御する、請求項１７記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２０】
前記加湿装置内の加湿器の温度を前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の流量及び温度の少なくとも一方により制御して前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点を上昇させる、請求項１７記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２１】
前記露点と関連する情報として、前記燃料ガス供給装置の動作条件を利用する、請求項１２記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２２】
前記露点と関連する情報として、前記燃料電池及び前記加湿装置の少なくとも何れかの動作条件を利用する、請求項１２記載の燃料電池システムの運転方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
即ち、本発明に係る燃料電池システムは、水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置を少なくとも制御する制御装置と、を備えており、前記燃料電池の温度を制御する温度制御装置、並びに、前記燃料電池に供給する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する加湿装置の少なくとも何れかを更に備えており、前記制御装置が、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点又は露点と関連する情報に基づいて、前記温度制御装置、前記加湿装置、前記燃料電池、及び前記燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを制御し、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御して、前記燃料電池が発電し、前記燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させ、その後、前記燃料電池と前記負荷との電気的な接続を切断する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
又、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池の温度を制御する温度制御装置、並びに、前記燃料電池に供給する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿する加湿装置の少なくとも何れかと、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点又は露点と関連する情報に基づいて、前記温度制御装置、前記加湿装置、前記燃料電池、及び前記燃料ガス供給装置の少なくとも何れかを駆動し、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させる前に、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの露点が前記燃料電池の温度よりも低くなるように制御して、前記燃料電池が発電し、前記燃料電池と負荷との電気的な接続を切断する前に、前記燃料電池の温度と、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの少なくとも一方の露点と、を一致させ、その後、前記燃料電池と前記負荷との電気的な接続を切断する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2007046483.tif 000035
2007046483.tif 000036
2007046483.tif 000037
2007046483.tif 000038