(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池の始動時において、触媒劣化を抑制する燃料電池の始動制御装置を提供する。【解決手段】燃料電池の始動制御装置１００であって、酸化剤ガス流路１１ａに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段４と、酸化剤ガス流路１１ａを通流する燃料ガスの酸化剤極１０ｂへの接触領域が、その裏面の燃料極１０ｃに接する燃料ガスの接触領域と略同等になるように、燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整手段と、酸化剤ガス流路１１ａに燃料ガスを供給して所定時間が経過したら、酸化剤ガス流路１１ａに供給するガスを燃料ガスから酸化剤ガスに切り換える供給ガス切換手段を有することを特徴とする燃料電池の始動制御装置１００を用いる。【選択図】図１
2007053012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に形成された燃料極と、他方の面に形成された酸化剤極とを備える膜電極接合体と、
前記燃料極に形成され、燃料ガスを供給する燃料ガス流路と、
前記酸化剤極に形成され、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路と、
を有する燃料電池の始動制御装置であって、
前記酸化剤ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記酸化剤ガス流路を通流する燃料ガスの酸化剤極への接触領域が、その裏面の燃料極に接する燃料ガスの接触領域と略同等になるように、燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整手段と、
酸化剤ガス流路に燃料ガスを供給して所定時間が経過したら、酸化剤ガス流路に供給するガスを燃料ガスから酸化剤ガスに切り換える供給ガス切換手段と、
を有することを特徴とする燃料電池の始動制御装置。
【請求項２】
前記燃料ガス供給手段は、前記燃料ガス流路に燃料ガスが行き渡っていないときに酸化剤ガス流路に燃料ガスを供給する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の始動制御装置。
【請求項３】
前記燃料極及び前記酸化剤極の電位差を検出する電位差検出手段を備え、
検出した電位差に基づいて、前記燃料ガス流路に燃料ガスが行き渡っていないことを判定する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池の始動制御装置。
【請求項４】
前記所定時間は、前記燃料ガス流路に前記燃料ガスが行き渡るよりも短い時間である、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池の始動制御装置。
【請求項５】
前記所定時間は、前記燃料ガス流路に前記燃料ガスが行き渡るよりも長い時間である、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池の始動制御装置。
【請求項６】
前記燃料極及び前記酸化剤極の電位差を検出する電位差検出手段を備え、
検出した電位差に基づいて、燃料ガスの酸化剤ガス流路に対する接触領域が、その反対面の燃料極に接する燃料ガスの接触領域と同等であるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の燃料電池の始動制御装置。
【請求項７】
前記燃料ガス流量調整手段は、前記電位差検出手段で検出した電位差に基づいて燃料ガス供給速度を制御する、
ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池の始動制御装置。
【請求項８】
前記燃料ガス供給手段は、水素タンクから前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する供給通路から分岐する分岐路を介して、酸化剤ガス流路に燃料ガスを供給する、
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の燃料電池の始動制御装置。
【請求項９】
前記分岐路に設けられ、前記酸化剤ガス流路への燃料ガス供給量を制御する流量制御手段を有する、
ことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池の始動制御装置。
【請求項１０】
前記流量制御手段は、２つの流量制御弁である、
ことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池の始動制御装置。
【請求項１１】
前記２つの流量制御弁の間に設けられ、圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段で検出した圧力変化に基づいて、前記２つの流量制御弁の漏れを検出する漏れ検出手段と、
を有することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池の始動制御装置。
【請求項１２】
前記漏れ検出手段は、圧力減少を検出したときは、前記圧力検出手段よりも下流の前記流量制御弁の漏れを検出する、
を有することを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池の始動制御装置。
【請求項１３】
前記漏れ検出手段は、圧力増加を検出したときは、前記圧力検出手段よりも上流の前記流量制御弁の漏れを検出する、
を有することを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池の始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の始動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池（以下「燃料電池」という）は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下「ＭＥＡ」という）及びセパレータからなる単セルを積層することによって構成される。ＭＥＡは、電解質膜の一方の面に形成された燃料極触媒層と、他方の面に形成された酸化剤極触媒層とを有する。触媒層を形成する白金触媒は、カーボン担体に担持されている。
【０００３】
このようなＭＥＡは、燃料極触媒層に燃料ガス流路から水素が供給され、酸化剤極触媒層に酸化剤ガス流路から空気が供給されると、発電反応を起こす。
【０００４】
ところで、例えば自動車などの移動体に使用される燃料電池は、起動と停止を頻繁に繰り返す。停止状態では水素及び空気は供給されず、運転中に使用されなかった水素及び空気は燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路に滞留する。
【０００５】
そして燃料電池が停止状態で長時間放置されると、外部から燃料ガス流路や酸化剤ガス流路に空気が混入してきて、両流路に空気のみが滞留する場合がある。
【０００６】
この状態で燃料電池を起動させるように燃料ガス流路に水素を供給し、酸化剤ガス流路に空気を供給すると、図８に示すような反応が生ずる。すなわち、ＭＥＡのうち、供給された水素と空気とで挟まれる部分では以下の反応が起こる。
燃料極：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-・・・（１）
このようにして燃料極で生成したプロトンＨ+は、電解質膜内を拡散して酸化剤極に到達する。また電子ｅ-は外部回路を流れ出力として取り出され、酸化剤極に到達する。そこで酸化剤極では以下の反応が起こる。
酸化剤極：１/２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ・・・（２）
一方、燃料ガス流路に混入空気が存在し水素Ｈ2のない燃料極では上記（１）式の反応が起きない。そのため発電することができず、その燃料極の反対側の酸化剤極では、（２）式の反応で生成した水Ｈ2Ｏによって以下の反応が生じる。
酸化剤極：Ｃ＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ+＋４ｅ-  ・・・（３）
この（３）式から明らかなように、燃料ガス流路に空気が存在した状態での起動によって、白金触媒を担持するカーボン担体が水と反応してしまい、酸化剤極の触媒層が劣化することとなる。
【０００７】
そこで引用文献１では、この現象による酸化剤極の劣化を防止するために、燃料ガス流路に混入した空気を短時間（１秒以下）で燃料ガス流路から除去するように水素を供給することが提案されている。
【特許文献１】特表２００４−５２３０６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、燃料ガス流路に混入した空気を短時間で除去するには、燃料極ガス流路に水素を供給する配管流路にコンプレッサなどを追加しなくてはならない。このようにコンプレッサを追加しては、製造コストが上昇する。同時に燃料電池システムが大型化する。
【０００９】
また、燃料ガス流路の断面積を小さくして燃料ガス流路中の流速を速めなければならないが、この場合には高分子電解質膜が破れるという問題が生じる。また、燃料ガス流路の断面積を小さくしては、通常運転時の圧力損失が増加するという問題が生じる。
【００１０】
そこで本発明は、燃料電池の起動開始時において、燃料ガスの供給量を制御することによって、各電極の触媒劣化を抑制することができる燃料電池の始動制御装置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】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【００１２】
一方の面に形成された燃料極（１０ｃ）と、他方の面に形成された酸化剤極（１０ｂ）とを備える膜電極接合体（１０）と、前記燃料極（１０ｃ）に形成され、燃料ガスを供給する燃料ガス流路（１２ａ）と、前記酸化剤極（１０ｂ）に形成され、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路（１１ａ）とを有する燃料電池の始動制御装置（１００）であって、前記酸化剤ガス流路（１１ａ）に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段（４）と、前記酸化剤ガス流路（１１ａ）を通流する燃料ガスの酸化剤極（１０ｂ）への接触領域が、その裏面の燃料極（１０ｃ）に接する燃料ガスの接触領域と略同等になるように、燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整手段（Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１０７）と、酸化剤ガス流路（１１ａ）に燃料ガスを供給して所定時間が経過したら、酸化剤ガス流路（１１ａ）に供給するガスを燃料ガスから酸化剤ガスに切り換える供給ガス切換手段（Ｓ１０９）とを有することを特徴とする燃料電池の始動制御装置（１００）を用いる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、酸化剤ガス流路を流通する燃料ガスの酸化剤極への接触領域が、その裏面の燃料極に接する燃料ガスの接触領域と略同等になるようにすることができる。このことから、燃料極及び酸化剤極を形成する触媒の劣化防止が可能である燃料電池の始動制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では図面などを参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１５】
図１は、本発明による燃料電池の始動制御装置１００の概略構成図である。燃料電池の始動制御装置１００は、燃料電池１と、酸化剤ガス供給部２と、燃料ガス供給部３と、燃料ガス分流部４と、電位センサ５と、コントローラ６と、排水素燃焼部７とを有する。
【００１６】
燃料電池１は、ＭＥＡ１０とセパレータ１１,１２とを有する。セパレータ１１,１２はＭＥＡ１０を挟持する。
【００１７】
ＭＥＡ１０は、電解質膜１０ａと、酸化剤極１０ｂと、燃料極１０ｃとを備える。電解質膜１０ａは一方の面に酸化剤極１０ｂを備え、他方の面に燃料極１０ｃを備える。電解質膜１０ａは、プロトン伝導性を有する高分子電解質膜である。
【００１８】
酸化剤極１０ｂ及び燃料極１０ｃは、カーボン担体に白金（Ｐｔ）等の触媒を担持させた触媒層を有し、その表面にカーボンペーパーなどで構成する図示しないガス拡散層を有する。
【００１９】
セパレータ１１は酸化剤ガス流路１１ａを有し、この流路は酸化剤極１０ｂと接する。セパレータ１２は燃料ガス流路１２ａを有し、この流路は燃料極１０ｃと接する。
【００２０】
酸化剤ガス流路１１ａは入口１１ｂと出口１１ｃとを有する。
【００２１】
燃料ガス流路１２ａは入口１２ｂと出口１２ｃとを有する。
【００２２】
酸化剤ガス流路１１ａ内の酸化剤ガスは、燃料ガス流路１２ａ内の燃料ガスと略同方向に流れる。
【００２３】
通常、燃料ガス流路１２ａには水素ガスのみが流通する。水素ガスは燃料ガス流路１２ａを流通しながら燃料極１０ｃと接触する。この際に燃料極１０ｃでは、上述の（１）式の反応が生じる。
【００２４】
通常、酸化剤ガス流路１１ａには空気のみが流通する。空気は酸化剤ガス流路１１ａを流通しながら酸化剤極１０ｂと接する。この際に酸化剤極１０ｂでは、上述の（２）式の反応が生じる。
【００２５】
酸化剤ガス供給部２は、酸化剤ガス流路１１ａに空気を供給する。酸化剤ガス供給部２は、空気フィルタ２１と、空気ブロア２２と、流路２３と、シャットオフ弁２４とを有する。
【００２６】
空気フィルタ２１は、外部から取り入れられる大気を浄化する。
【００２７】
空気ブロア２２は、空気フィルタ２１を介して外部の空気を吸気する。
【００２８】
流路２３は、空気ブロア２２と入口１１ｂとを連通する。流路２３は、空気ブロア２２と入口１１ｂとの間に、シャットオフ弁２４を有する。
【００２９】
シャットオフ弁２４は、酸化剤ガス流路１１ａに空気を供給するときに開き、供給しないときに閉じる。
【００３０】
シャットオフ弁２４が開いているときに空気は、空気フィルタ２１→空気ブロア２２→シャットオフ弁２４→酸化剤ガス流路１１ａを順次通流する。
【００３１】
後述するコントローラ６が、空気ブロア２２とシャットオフ弁２４とを制御する。
【００３２】
燃料ガス供給部３は、燃料ガス流路１２ａに水素ガスを供給する。
【００３３】
燃料ガス供給部３は、高圧水素タンク３１と、流路３２と、シャットオフ弁３３と、流量調整弁３４と、リサイクルブロア３５と、循環路３６とを有する。
【００３４】
高圧水素タンク３１は、高圧の水素ガスを貯蔵する。高圧水素タンク３１は、空気ブロア２２が酸化剤ガス流路１１ａへ供給する空気の圧力よりも高い圧力で、燃料ガス流路１２ａへ水素ガスを供給する。
【００３５】
流路３２は、後述する循環路３６を介して高圧水素タンク３１と燃料ガス流路１２ａとを連通する。流路３２において水素ガスは、高圧水素タンク３１から燃料ガス流路１２ａに向かって流通する。流路３２は、上流側にシャットオフ弁３３を有し、下流側に流量調整弁３４を有する。
【００３６】
シャットオフ弁３３は、燃料ガス流路１２ａに水素ガスを供給するときに開き、供給しないときに閉じる。
【００３７】
流量調整弁３４は、燃料ガス流路１２ａへ供給する水素ガスの流量を調整する。
【００３８】
シャットオフ弁３３が開いているときに水素ガスは、高圧水素タンク３１→シャットオフ弁３３→流量調整弁３４→燃料ガス流路１２ａを順次流通する。
【００３９】
循環路３６は、出口１２ｃと入口１２ｂとに連通する。循環路３６はリサイクルブロア３５を有する。
【００４０】
リサイクルブロア３５は、循環路３６を流通する水素ガスの駆動源である。リサイクルブロア３５によって水素ガスは、出口１２ｃ→循環路３６→入口１２ｂ→燃料ガス流路１２ａを順次循環する。
【００４１】
後述するコントローラ６が、シャットオフ弁３３と流量調整弁３４とリサイクルブロア３５とを制御する。
【００４２】
電位センサ５は、酸化剤極１０ｂと燃料極１０ｃとの電位差を検出する。
【００４３】
コントローラ６は、燃料電池の始動制御装置１００の全体を制御する。コントローラ６の制御の詳細については後述する。
【００４４】
排水素燃焼部７は、燃料電池１において不必要となった水素ガスを燃焼する。
【００４５】
排水素燃焼部７は、排水素燃焼器７１と、流路７２,７３と、シャットオフ弁７５,７６とを有する。
【００４６】
排水素燃焼器７１は、流路７２によって燃料ガス流路１２ａと接続する。
【００４７】
流路７２は、シャットオフ弁７５を有する。シャットオフ弁７５は、燃料ガス流路１２ａを流通したガスを排出するときに開く。このことによって燃料ガス流路１２ａを流通したガスは、出口１２ｃ→排水素燃焼器７１へ順次排出される。
【００４８】
排水素燃焼器７１は、流路７３によって酸化剤ガス流路１１ａと接続する。流路７３は、酸化剤ガス流路１１ａを流通したガスを排水素燃焼器７１へ送る。
排水素燃焼器７１は、流路７４によって流路２３と接続する。流路７４は、空気ブロア２２とシャットオフ弁２４との間の分岐部７４ａと接続する。
【００４９】
流路７４はシャットオフ弁７６を有する。シャットオフ弁７６は、排水素燃焼器７１へ空気を供給するときに開く。このことによって空気は、空気ブロア２２→分岐部７４ａ→流路７４→排水素燃焼器７１へ順次流通する。
【００５０】
コントローラ６が、シャットオフ弁７５,７６を制御する。
【００５１】
燃料ガス分流部４は、水素ガスを選択的に酸化剤ガス流路１１ａへ供給する。図２（Ａ）は、図１で示した燃料ガス分流部４の拡大図である。図２（Ｂ）は図２（Ａ）に対応して示されており、流量調整弁４２とシャットオフ弁４３とをほぼ同時に閉じたときの、各部分の圧力の関係を示した概略図である。
【００５２】
燃料ガス分流部４は、分岐路４１と、流量調整弁４２と、シャットオフ弁４３と、圧力センサ４４とを有する。
【００５３】
分岐路４１は、シャットオフ弁３３と流量制御弁３４との間の分岐部４１ａから分岐し、シャットオフ弁２４と入口１１ｂとの間の流路２３の合流部４１ｂに合流する（図１参照）。分岐路４１において水素ガスは、分岐部４１ａ→合流部４１ｂを順次流通する。分岐路４１は上流側に流量調整弁４２を備え、下流側にシャットオフ弁４３を備える。
【００５４】
流量調整弁４２は、分岐路４１を流通する水素ガス、つまり、酸化剤ガス流路１１ａへ供給する水素ガスの流量を調整する。
【００５５】
シャットオフ弁４３は、酸化剤ガス流路１１ａに水素ガスを供給するときに開き、供給しないときに閉じる。シャットオフ弁４３が開いているときに水素ガスは、高圧水素タンク３１→分岐部４１ａ→分岐路４１→合流部４１ｂ→酸化剤ガス流路１１ａを順次流通する。
【００５６】
コントローラ６が、流量調整弁４２とシャットオフ弁４３とを制御する。
【００５７】
圧力センサ４４は、流量調整弁４２とシャットオフ弁４３との間の分岐路４１内の圧力を経時的に検出する（図２（Ａ）参照）。
【００５８】
圧力センサ４４は、流量調整弁４２，シャットオフ弁４３が開いているときに、分岐路４１を流通する水素ガスの圧力を検出する。
【００５９】
圧力センサ４４は、流量調整弁４２，シャットオフ弁４３が閉じているときに、流量調整弁４２とシャットオフ弁４３との間に滞留している水素ガスの圧力を検出する。このとき、流量調整弁４２の上流側では、燃料ガス供給部３が燃料ガス流路１２ａへ水素ガスを供給する。シャットオフ弁４３の下流側では、酸化剤ガス供給部２が酸化剤ガス流路１１ａへ空気を供給する。したがって、このときの分岐路４１の各部分のガスの圧力は、流量調整弁４２の上流側でもっともたかく、流量調整弁４２とシャットオフ弁４３との間、シャットオフ弁４３の下流側の順に低くなっている（図２（Ｂ）参照）。
【００６０】
図示しない暖機装置が、燃料電池１の温度が起動運転のために必要な温度（例えば７０℃〜８０℃）まで上昇するように暖機する。
【００６１】
このように燃料電池１が暖機されたら、コントローラ６は、酸化剤ガス流路１１ａ及び燃料ガス流路１２ａに同量の水素ガスを供給するように、各流量制御弁とシャットオフ弁とを制御する。具体的には、コントローラ６は、シャットオフ弁２４を閉じ、シャットオフ弁３３,４３を開く。そして、流量調整弁３４,４２の開閉を制御する。この際にコントローラ６は、圧力センサ４４が検出する検出値に基づいて水素ガスを供給する。
【００６２】
このようにすることで、水素ガスは、酸化剤ガス流路１１ａ及び燃料ガス流路１２ａで同時に同じ速さで流通する。
【００６３】
この後、コントローラ６は、図３に示されるフローチャートに沿った処理を行う。
【００６４】
ステップＳ１０１において、コントローラ６は、タイマをインクリメントする。なお、このタイマの初期値はゼロである。
【００６５】
ステップＳ１０２において、コントローラ６は、燃料極１０ｃと酸化剤極１０ｂとの電位差（(燃料極１０ｃの電位)−(酸化剤極１０ｂの電位)）を電位センサ５で検出する。
【００６６】
ステップＳ１０３において、コントローラ６は、電位差が正であるか否かを判断する。正であればステップＳ１０４へ処理を移し、正でなければステップＳ１０５へ処理を移す。
【００６７】
ステップＳ１０４において、コントローラ６は、酸化剤ガス流路１１ａへの水素ガス供給量を増大する。コントローラ６は、流量調整弁４２をさらに開くことによって、水素ガスの供給量を増大する。
【００６８】
ステップＳ１０５において、コントローラ６は、電位差が負であるか否かを判断する。負であればステップＳ１０６へ処理を移し、負でなければ（すなわち電位差がゼロであれば）ステップＳ１０７へ処理を移す。
【００６９】
ステップＳ１０６において、コントローラ６は、燃料ガス流路１２ａへの水素ガス供給量を増大する。コントローラ６は、流量調整弁３４をさらに開くことによって、水素ガスの供給量を増大する。
【００７０】
ステップＳ１０７において、コントローラ６は、酸化剤ガス流路１１ａ及び燃料ガス流路１２ａへの水素ガス供給量を維持する。
【００７１】
ステップＳ１０８において、コントローラ６は、ステップ１０１でインクリメントしたタイマに基づいて所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していなければ処理を抜ける。所定時間が経過したらステップＳ１０９へ処理を移す。ここで所定時間とは、水素ガスが燃料ガス流路１２ａで流通し始めた時点から、出口１２Ｃに到達するまでに要する時間である。この所定時間は、燃料ガス流路１２ａに供給する水素ガスの量に基づいて予め実験などで求めておく。
【００７２】
ステップＳ１０９において、コントローラ６は、酸化剤ガス流路１１ａへの空気供給を開始する。このためにコントローラ６は、流量調整弁４２とシャットオフ弁４３とを同時に閉じる。そしてコントローラ６は、シャットオフ弁２４を開き、空気ブロア２２を作動させる。
【００７３】
図４は、酸化剤ガス流路１１ａ及び燃料ガス流路１２ａに空気のみが存在する状態から燃料電池１を起動する場合について説明する図である。なお図３のフローチャートとの対応が分かりやすくなるように図３のステップ番号をＳ付けで併記する。
【００７４】
酸化剤ガス流路１１ａ及び燃料ガス流路１２ａに空気のみが存在する状態から（図４（Ａ））、コントローラ６が、酸化剤ガス流路１１ａ及び燃料ガス流路１２ａに同量の水素ガスを供給することで、各流路では同じ速さで同時に水素ガスが移動する（図４（Ｂ））。
【００７５】
コントローラ６は、タイマをインクリメントし（Ｓ１０１）、燃料極１０ｃと酸化剤極１０ｂとの電位差を検出する（Ｓ１０２）。このとき、酸化剤ガス流路１１ａの水素ガスは燃料ガス流路１２ａの水素ガスと向かい合って流通し、酸化剤ガス流路１１ａの空気は燃料ガス流路１２ａの空気と向かい合って流通する。したがって、燃料極１０ｃと酸化剤極１０ｂとの電位差はゼロである。
【００７６】
コントローラ６は、図３のステップＳ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３→Ｓ１０５→Ｓ１０７→Ｓ１０８の処理を繰り返す。所定時間を経過したら（Ｓ１０８でYes）、コントローラ６は、酸化剤ガス流路１１ａへの空気供給を開始する（図４（Ｃ）/Ｓ１０９）。すると、酸化剤ガス流路１１ａの水素ガスが空気で排出されるようになり（図４（Ｃ）→図４（Ｄ））、酸化剤ガス流路１１ａには空気だけが通流するようになる（図４（Ｅ））。
【００７７】
図５は、燃料ガス流路１２ａの一部に空気が混入した状態から燃料電池１を起動する場合について説明する図である。
【００７８】
燃料ガス流路１２ａに空気と水素ガスとが存在し、酸化剤ガス流路１２ａに空気のみが存在する状態から（図５（Ａ））、コントローラ６が、酸化剤ガス流路１１ａ及び燃料ガス流路１２ａに同量の水素ガスを供給する。すると、燃料ガス流路１２ａで流通する水素ガスの量が、酸化剤ガス流路１１ａを流通する水素ガスの量よりも多くなる（図５（Ｂ））。
【００７９】
コントローラ６は、タイマをインクリメントし（Ｓ１０１）、燃料極１０ｃと酸化剤極１０ｂとの電位差を検出する（Ｓ１０２）。このとき、図５（Ｂ）に示されるように、燃料ガス流路１２ａを流通する水素ガスの量が、酸化剤ガス流路１１ａを流通する水素ガスの量よりも多く、燃料ガス流路１２ａの水素ガスの一部が酸化剤ガス流路１１ａの空気の一部と向かい合って流通する場合には、いわゆる転極が発生する。そのため、燃料極１０ｃの電位が高くなり、燃料極１０ｃと酸化剤極１０ｂとの電位差は正になる。
【００８０】
電位差がゼロになるまで、コントローラ６は、図３のステップＳ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３→Ｓ１０４の処理を繰り返す。すると、酸化剤ガス流路１１ａを流通する水素ガスの量が増大し、流通速度が上がることで酸化剤ガス流路１１ａ及び燃料ガス流路１２ａの水素ガスの量が等しくなる（図５（Ｃ））。このとき電位差はゼロになり、コントローラ６は、図３のステップＳ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３→Ｓ１０５→Ｓ１０７→Ｓ１０８を繰り返す。所定時間を経過したら（Ｓ１０８でYes）、コントローラ６は、酸化剤ガス流路１１ａへの空気供給を開始する（Ｓ１０９）。すると酸化剤ガス流路１１ａの水素ガスが空気で排出されるようになり（図５（Ｄ））、酸化剤ガス流路１１ａには空気だけが通流するようになる（図５（Ｅ））。
【００８１】
図６は、起動時において酸化剤ガス流路１１ａへの水素ガスの供給量が多くなってしまった状態から、フローチャートに沿ってコントローラ６が制御を行う場合について説明する図である。
【００８２】
燃料電池１の起動時における酸化剤ガス流路１１ａへの水素ガスの供給量が多くなった状態（図６（Ａ））から、コントローラ６は、タイマをインクリメントし（Ｓ１０１）、燃料極１０ｃと酸化剤極１０ｂとの電位差を検出する（Ｓ１０２）。このとき、酸化剤ガス流路１１ａを流通する水素ガスの量が燃料ガス流路１２ａを流通する水素ガスの量よりも多く、酸化剤ガス流路１１ａの水素ガスの一部が燃料ガス流路１２ａの空気の一部と向かい合って流通する場合には、いわゆる転極が発生する。そのため燃料極１０ｂの電位が低くなり、燃料極１０ｃと酸化剤極１０ｂとの電位差は負である。
【００８３】
電位差がゼロになるまで、コントローラ６は、図３のステップＳ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３→Ｓ１０５→Ｓ１０６の処理を繰り返す。すると、燃料ガス流路１２ａでの水素ガスの量が増大し、流通速度が上がることで酸化剤ガス流路１１ａ及び燃料ガス流路１２ａの水素ガスの量が等しくなる（図６（Ｂ））。このとき電位差はゼロになり、コントローラ６は、図３のステップＳ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３→Ｓ１０５→Ｓ１０７→Ｓ１０８を繰り返す。所定時間を経過したら（Ｓ１０８でYes）、コントローラ６は、酸化剤ガス流路１１ａへの空気供給を開始する（Ｓ１０９）。すると酸化剤ガス流路１１ａの水素ガスが空気で排出されるようになり（図６（Ｃ））、酸化剤ガス流路１１ａには空気だけが通流するようになる（図６（Ｄ））。
【００８４】
従来の燃料電池１では、酸化剤ガス流路１１ａ及び燃料ガス流路１２ａに空気のみ存在している場合でも、通常運転のときと同様に、燃料ガス流路１２ａに水素ガスを供給し酸化剤ガス流路１１ａに空気を供給していた（図７参照）。すると、ＭＥＡのうち供給された水素と空気とで挟まれる部分では、発電反応及び水の生成反応が生じ、この水によってＭＥＡのカーボン担体が劣化することとなっていた（式（３）／図７参照）。
【００８５】
そこで本発明では、酸化剤ガス流路１１ａ及び燃料ガス流路１２ａに空気のみ存在する状態から起動する場合には（図４（Ａ））、各流路に同量の水素ガスを流通させることによって（図４（Ｂ））、水素と空気とで挟まれる部分が発生しないようにした。このようにすることで、触媒劣化を防止することができるのである。
【００８６】
なお触媒の劣化防止に用いる水素ガスは、起動時に両流路に同時に供給した水素ガスのみであり（図４（Ｂ）、図４（Ｃ）参照）、大量の水素ガスを必要としない。
【００８７】
また通常運転を開始（図４（Ｅ））するまでに要する時間は、起動時に供給した酸化剤ガス流路１１ａの水素ガスが排出されるまでの時間である（図４（Ｂ）→図４（Ｃ）→図４（Ｄ）→図４（Ｅ））。よって本発明によれば、起動時間が短時間で済む。
【００８８】
さらに酸化剤ガス流路１１ａに空気のみ存在し、燃料ガス流路１２ａに水素ガスと空気とが存在する状態では（図５（Ａ））、燃料ガス流路１２ａよりも酸化剤ガス流路１１ａへの多くの水素を供給する。
【００８９】
反対に、酸化剤ガス流路１１ａに水素ガスと空気とが存在する場合には（図６（Ａ））、酸化剤ガス流路１１ａよりも燃料ガス流路１２ａへの多くの水素を供給する。
【００９０】
このようにすることで、ＭＥＡの水素と空気とで挟まれる部分が早急に解消され、カーボン担体の劣化が防止されるのである。
【００９１】
燃料電池の始動制御装置１００は、高圧水素タンク３１からの水素ガスを、分岐路４１を通して酸化剤ガス流路１１ａへ供給する。そして高圧水素タンク３１が酸化剤ガス流路１１ａへ供給する水素ガスの量は少量である（図４,５,６参照）。したがって分岐路４１を流通する水素ガスの圧力は高くない。このことから分岐路４１が有する流量調整弁４２とシャットオフ弁４３とは、耐圧のための装置などを備える必要がない。
【００９２】
よって本発明では、小型化した流量調整弁４２とシャットオフ弁４３とを用いて酸化剤ガス流路１１ａへの水素ガスの供給量を調整することができる。
【００９３】
酸化剤ガス流路１１ａに水素ガスを供給するときは、流量調整弁４２とシャットオフ弁４３を開き、酸化剤ガス流路１１ａに空気を供給するときは、流量調整弁４２とシャットオフ弁４３とを閉じる。すると流量調整弁４２とシャットオフ弁４３との間には水素ガスが滞留する。このように滞留した水素ガスの圧力を圧力センサ４４が検出し続ける。
【００９４】
このとき圧力センサ４４の検出値が下がるときには、滞留した水素ガスがシャットオフ弁４３から下流側に漏れていると判断することができる。
【００９５】
反対に圧力センサ４４の検出値が上がるときには、水素ガスが流量調整弁４２から流入していると判断することができる。
【００９６】
よって本発明では、圧力センサ４４をモニターすることで、流量調整弁４２及びシャットオフ弁４３の故障を検出することができる。
【００９７】
圧力センサ４４は、酸化剤ガス流路１１ａへ水素ガスを供給するときも、流量調整弁４２とシャットオフ弁４３との間の水素ガスの圧力を検出し続ける。この圧力に基づいて酸化剤ガス流路１１ａへ供給する水素ガスの量を正確に検知することができる。
【００９８】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００９９】
酸化剤ガス流路１１ａへ供給するガスは空気に限らず、酸素Ｏ2を含有するガスであれば、他のガスを用いてもよい。また、燃料ガス流路１２ａへ供給するガスは水素ガスに限らず、水素Ｈ2を含有するガスであれば他のガスを用いてもよい。
【０１００】
図１に示される燃料電池１は一つの単位セルによって構成するが、複数の単位セルを積層することにより構成してもよい。
【０１０１】
空気ブロア２２の替わりにコンプレッサなどを用いてもよい。
【０１０２】
燃料ガス供給部３は改質システムを備えて、改質反応により生成した水素Ｈ2を含有するガスを燃料ガス流路１２ａに供給してもよい。
【０１０３】
分岐路４１は、流量調整弁４２,シャットオフ弁４３以外に、いくつかの制御弁を設けてもよい。この場合、圧力センサ４４が、流量調整弁４２,シャットオフ弁４３,制御弁のいずれかの間の圧力を検出するようにすれば、上述と同等の効果を得ることができる。
【０１０４】
高圧水素タンク３１以外の水素タンクを設け、燃料ガス供給部４の替わりに、この水素タンクが酸化剤ガス流路１１ａに水素ガスを供給してもよい。この水素タンクは流路によって酸化剤ガス流路１１ａと連通する。この流路は流量調整弁,シャットオフ弁,制御弁を有する。コントローラ６がこの流量調整弁,シャットオフ弁,制御弁を制御すれば本発明と同等の効果を得ることができる。
【０１０５】
コントローラ６は、上述した所定時間が経過したら酸化剤ガス流路１１ａへ空気を供給するように制御するが、電位センサ５の検出した電位差に基づいて酸化剤ガス流路１１ａへ空気を供給するように制御してもよい。具体的には、燃料ガス流路１２ａに水素ガスが行きわたったときの電位差を予め実験などで求めておき、コントローラ６が、この実験値に基づいて酸化剤ガス流路１１ａへ空気を供給すればよい。
【０１０６】
ステップＳ１０４において、コントローラ６が、燃料ガス流路１２ａへの水素ガスの供給量を減少させて、電位差をゼロにするように制御してもよい。ステップＳ１０６において、コントローラ６が、酸化剤ガス流路１１ａへの水素ガスの供給量を減少させて、電位差をゼロにするように制御してもよい。これらの場合には、コントローラ６は、フローチャートに沿った処理に入る前の、両流路への水素ガスの供給量を最大またはその近傍に設定することができる。
【０１０７】
上述の実施形態では、コントローラ６は、燃料ガス流路１２ａに水素ガスが行きわたる前に、酸化剤ガス流路１１ａへの空気の供給を開始している（図４，図５，図６/Ｓ１０８→Ｓ１０９）。
【０１０８】
ここで、コントローラ６は、酸化ガス流路１１ａ，燃料ガス流路１２ａに水素が行きわたってから（図７参照）、酸化剤ガス流路１１ａへの空気の供給を開始してもよい。このときの所定時間（Ｓ１０８）とは、酸化剤ガス流路１１ａ，燃料ガス流路１２ａで水素ガスが行きわたる時間である。
【０１０９】
コントローラ６がこのように制御すると、図４を用いて説明した各ガスの流通のようすは、図４（Ａ）→図４（Ｂ）→図７→図４（Ｄ）に示されるようになる。同様に図５では、図５（Ａ）→図５（Ｂ）→図５（Ｃ）→図７→図５（Ｄ）→図５（Ｅ）に示されるようになる。図６では、図６（Ａ）→図６（Ｂ）→図７→図６（Ｃ）→図６（Ｄ）に示されるようになる。このように各ガスが流通する場合にも、酸化剤極１０ｂ，燃料極１０ｃの触媒劣化を防止することができる。
【０１１０】
酸化剤ガス供給部２は、シャットオフ弁２４を設けずに、空気ブロア３によって酸化剤ガス流路１１ａへの空気の供給を調整してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の燃料電池の始動制御装置１００の構成図である。
【図２】本発明の燃料電池の始動制御装置１００の燃料ガス分流部４と、分岐路４１を流通する各ガスのそれぞれの圧力の関係を示す図である。
【図３】本発明の燃料電池の始動制御装置１００のコントローラ６の制御を示すフローチャートである。
【図４】本発明の燃料電池の始動制御装置１００のコントローラ６の制御に基づいて変化する、酸化剤ガス流路１１ａ,燃料ガス流路１２ａの各ガスのようすを示す図である。
【図５】本発明の燃料電池の始動制御装置１００のコントローラ６の制御に基づいて変化する、酸化剤ガス流路１１ａ,燃料ガス流路１２ａの各ガスのようすを示す図である。
【図６】本発明の燃料電池の始動制御装置１００のコントローラ６の制御に基づいて変化する、酸化剤ガス流路１１ａ,燃料ガス流路１２ａの各ガスのようすを示す図である。
【図７】本発明の燃料電池の始動制御装置１００において、酸化剤ガス流路１１ａ，燃料ガス流路１２ａに水素ガスが行きわたるようすを示す図である。
【図８】従来の燃料電池の始動制御装置１００における触媒劣化のメカニズムを示す図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１      燃料電池
２      酸化剤ガス供給部
３      燃料ガス供給部
４      燃料ガス分流部（燃料ガス供給手段）
１０    ＭＥＡ（膜電極接合体）
１０ｂ  酸化剤極
１０ｃ  燃料極
１１ａ  酸化剤ガス流路
１２ａ  燃料ガス流路
Ｓ１０４，Ｓ１０６，Ｓ１０７    燃料ガス流量調整手段
Ｓ１０９    供給ガス切換手段
１００    燃料電池の始動制御装置
【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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