(57)【要約】【課題】酸化剤ガスの供給開始時に生じるカーボン腐食を抑制し、電池特性の低下を抑制することができる燃料電池システムの起動方法を提供する。【解決手段】燃料電池システムの起動操作開始時には、まず、燃料極への燃料ガスの供給を開始し（ステップ２０１）、続いて、酸化剤極への空気の供給を開始する（ステップ２０２）。その際、酸化剤極への空気の供給量を、通常発電時の供給量よりも多くする（ステップ２０３）。続いて、酸化剤極への空気の供給が開始されてから所定の時間が経過したか否かを判断し（ステップ２０４）、経過していないと判断した場合には、ステップ２０３に戻り、通常発電時の供給量よりも多い量の空気を酸化剤極へ供給する。一方、ステップ２０４において、所定の時間が経過したと判断した場合には、酸化剤極への空気の供給量を通常発電時の供給量に変更して（ステップ２０５）、起動操作を完了する。【選択図】図２
2007207580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の酸化剤極に供給される酸化剤ガスの流量を制御する制御手段を設け、
前記燃料電池システムの起動時には、前記制御手段によって、前記酸化剤極に供給される酸化剤ガスの流量が、定格発電時における流量より多くなるように制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記酸化剤ガスとは異なる組成の追加ガスを、前記燃料電池の酸化剤極に供給する追加ガス供給手段を設けると共に、前記追加ガスの流量を制御する制御手段を設け、
前記燃料電池システムの起動時には、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給すると共に、前記制御手段によって、前記追加ガスを供給するように制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記追加ガスとして、原燃料ガスを用いることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記追加ガスとして、改質器バーナー燃焼排ガスを用いることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記酸化剤極には複数の酸化剤ガス供給口を形成し、
前記酸化剤ガス供給手段には、前記複数の酸化剤ガス供給口のそれぞれに接続される複数の酸化剤ガス供給配管を設け、
前記複数の酸化剤ガス供給配管には、前記酸化剤ガスの供給又は停止用の切り替えスイッチを設けると共に、前記切り替えスイッチの開閉を制御する制御手段を設け、
前記燃料電池システムの起動時には、前記制御手段によって前記切り替えスイッチを開いて、前記複数の酸化剤ガス供給配管を介して、前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給するように制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池システムの起動方法において、
前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給手段から前記酸化剤極に供給開始する過程において、
前記酸化剤ガスが前記酸化剤極の酸化剤ガス供給口から酸化剤ガス排出口に到達するまでに要する酸化剤ガスの通過時間が、前記燃料電池の定格発電時における前記酸化剤ガスの通過時間よりも短くなるように制御することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【請求項７】
燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池システムの起動方法において、
前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給手段から前記酸化剤極に供給開始する過程において、
前記酸化剤極に供給する酸化剤ガスの供給速度が、前記燃料電池の定格発電時における前記酸化剤ガスの供給速度よりも大きくなるように制御することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【請求項８】
燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池システムの起動方法において、
前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給手段から前記酸化剤極に供給開始する過程において、
前記酸化剤ガスとは異なる組成の追加ガスを、前記酸化剤極に追加供給するように制御することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【請求項９】
燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池システムの起動方法において、
前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給手段から前記酸化剤極に供給開始する過程においては、前記酸化剤極に設けられた複数の酸化剤ガス供給口を介して前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給し、
前記燃料電池の通常発電時においては、前記酸化剤ガス供給手段から単一の酸化剤ガス供給口を介して前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給するように制御することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを導入して化学反応により発電を行う燃料電池システムに係り、特に、起動時の酸化剤極における酸化剤ガスの濃度分布の均一化を図るべく改良を施した燃料電池システム及びその起動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、水素等の燃料と空気等の酸化剤を燃料電池に供給して、電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換して外部へ取り出す発電装置である。この燃料電池システムは、比較的小型であるにもかかわらず高効率で、環境性に優れており、また発電に伴う発熱を温水や蒸気として回収することにより、コージェネレーションシステムとしての適用が可能であることから、工場や病院などの業務用、一般家庭用、自動車用など、幅広い用途への採用が期待されている。
【０００３】
このような燃料電池システムの運転方法としては、短期間で起動／停止を繰り返し、燃料電池システムを必要とするときにのみ発電を行う運転方法がある。また、燃料電池システムの起動過程において、燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給開始する際、燃料極中においてガス組成分布に偏りが生じ、酸化剤極でカーボン腐食が発生することで電池特性の低下が加速することがある。このようなカーボン腐食を抑制する方法としては、例えば、特許文献１に示されたような、燃料ガス供給開始時において、燃料極中での水素と空気の不均一を解消する起動方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１６６４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、酸化剤極への酸化剤ガスの供給開始に際しても、酸化剤極中において酸素濃度分布に偏りが生じることが考えられる。このように酸化剤極において酸素濃度分布に偏りが生じることによって、局部電池が発生し、酸化剤極でカーボン腐食が発生することで電池特性の低下が加速するという問題が生じる。
【０００５】
しかしながら、ここで発生するカーボン腐食は、上記の燃料ガス供給開始時のカーボン腐食とはメカニズムが異なるため、上記の特許文献１に開示された方法では解決することができない。
【０００６】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、燃料電池システムの起動過程において、酸化剤ガスの供給開始時に生じるカーボン腐食を抑制し、電池特性の低下を抑制することで高耐久性の電池を得ることができる燃料電池システム及びその起動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の酸化剤極に供給される酸化剤ガスの流量を制御する制御手段を設け、前記燃料電池システムの起動時には、前記制御手段によって、前記酸化剤極に供給される酸化剤ガスの流量が、定格発電時における流量より多くなるように制御することを特徴とするものである。
【０００８】
上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、燃料電池の酸化剤極に供給される酸化剤ガスの流量を制御する制御手段によって、燃料電池システムの起動時に酸化剤極に供給される酸化剤ガスの流量が、定格発電時における流量より多くなるように制御することにより、燃料電池の酸化剤極における酸素濃度分布の偏りを抑制することができるので、局部電池によって生じるカーボン腐食を抑制することができる。その結果、燃料電池システム起動過程における電池材料の劣化を抑制することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池システムにおいて、前記酸化剤ガスとは異なる組成の追加ガスを前記燃料電池の酸化剤極に供給する追加ガス供給手段を設けると共に、前記追加ガスの流量を制御する制御手段を設け、前記燃料電池システムの起動時には、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給すると共に、前記制御手段によって、前記追加ガスを供給するように制御することを特徴とするものである。
【００１０】
上記のような構成を有する請求項２に記載の発明によれば、酸化剤ガスとは異なる組成の追加ガスの流量を制御する制御手段によって、燃料電池システムの起動時に、酸化剤ガスに加えて追加ガスを供給するように制御することにより、燃料電池の酸化剤極における酸素濃度分布の偏りを抑制することができるので、局部電池によって生じるカーボン腐食を抑制することができる。その結果、燃料電池システム起動過程における電池材料の劣化を抑制することができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池システムにおいて、前記酸化剤極には複数の酸化剤ガス供給口を形成し、前記酸化剤ガス供給手段には、前記複数の酸化剤ガス供給口のそれぞれに接続される複数の酸化剤ガス供給配管を設け、前記複数の酸化剤ガス供給配管には、前記酸化剤ガスの供給又は停止用の切り替えスイッチを設けると共に、前記切り替えスイッチの開閉を制御する制御手段を設け、前記燃料電池システムの起動時には、前記制御手段によって前記切り替えスイッチを開いて、前記複数の酸化剤ガス供給配管を介して、前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給するように制御することを特徴とするものである。
【００１２】
上記のような構成を有する請求項５に記載の発明によれば、燃料電池システムの起動時には、複数の酸化剤ガス供給配管を用いて酸化剤極に酸化剤ガスを供給するように制御することにより、燃料電池の酸化剤極における酸素濃度分布の偏りを抑制することができるので、局部電池によって生じるカーボン腐食を抑制することができる。その結果、燃料電池システム起動過程における電池材料の劣化を抑制することができる。
【００１３】
また、請求項６〜請求項９に記載の発明は、上記請求項１、請求項２あるいは請求項５に記載の発明を方法の観点から捉えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のような本発明によれば、燃料電池システムの起動過程において、酸化剤ガスの供給開始時に生じるカーボン腐食を抑制し、電池特性の低下を抑制することで高耐久性の電池を得ることができる燃料電池システム及びその起動方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る燃料電池システム及びその起動方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
（１）第１実施形態
（１−１）構成
本実施形態の燃料電池システム１は、図１に示すように、燃料電池１０と、燃料電池１０の燃料極１０ａに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段２０と、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段３０とから構成されている。
【００１７】
また、前記燃料電池１０には、固体高分子形燃料電池が用いられる。この固体高分子形燃料電池は、高分子電解質膜の両面に燃料極及び酸化剤極を接合した膜電極接合体を、その両側に燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路が形成されたセパレータで挟んだ構造を有している。また、燃料極及び酸化剤極の一部を構成する触媒層は、触媒を担持した担体と高分子電解質膜との複合体から構成されている。燃料電池１０は、一般にこのような構造を備えた単セルが多数積層されたスタックを用いてなるものである。
【００１８】
また、前記燃料ガス供給手段２０は、燃料ガスである水素を供給する燃料ガス供給源２１と、燃料電池１０の燃料極１０ａに水素を供給する燃料ガス供給配管２２、及び燃料電池１０の燃料極１０ａから燃料ガスを排出する燃料ガス排出配管２３から構成され、前記燃料ガス供給源２１から供給された水素は、燃料ガス供給配管２２を通って燃料電池１０の燃料極１０ａに供給され、燃料ガス排出配管２３から排出されるように構成されている。また、前記燃料ガス供給源２１は、純水素を供給する水素ボンベ、あるいは改質ガスを供給する改質器のいずれであっても良く、特に限定されない。
【００１９】
また、前記酸化剤ガス供給手段３０は、酸化剤ガスである空気を供給する酸化剤ガス供給源３１と、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに空気を供給する酸化剤ガス供給配管３２と、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂから酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出配管３３と、前記酸化剤ガス供給源３１から供給される酸化剤ガスの流量を制御する制御装置３４とから構成されている。そして、前記酸化剤ガス供給源３１から供給された空気は、酸化剤ガス供給配管３２を通って燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに供給され、酸化剤ガス排出配管３３から排出されるように構成されている。
【００２０】
（１−２）燃料電池システムの起動方法
次に、上記のような構成を有する本実施形態の燃料電池システムの起動方法について説明する。
【００２１】
図２に示すように、燃料電池システムの起動操作開始時には、まず、燃料ガス供給手段２０によって、燃料電池１０の燃料極１０ａへの燃料ガスの供給を開始する（ステップ２０１）。続いて、酸化剤ガス供給手段３０によって、酸化剤極１０ｂへの空気の供給を開始する（ステップ２０２）。その際、酸化剤極１０ｂへの空気の供給量を、通常発電時の供給量よりも多くする（ステップ２０３）。
【００２２】
続いて、酸化剤極１０ｂへの空気の供給が開始されてから、予め定められた時間が経過したか否かが判断され（ステップ２０４）、未だ、予め定められた時間が経過していないと判断された場合には、ステップ２０３に戻り、通常発電時の供給量よりも多い量の空気を酸化剤極１０ｂへ供給する。なお、通常発電時の供給量よりも多い量の空気量とは、後述するように、通常発電時の空気供給量の７倍以上とすることが好ましい。
【００２３】
一方、ステップ２０４において、酸化剤極１０ｂへの空気の供給が開始されてから予め定められた時間が経過したと判断された場合には、ステップ２０５に進み、酸化剤極１０ｂへの空気の供給量を、通常発電時の供給量に変更して（ステップ２０５）、起動操作を完了する。その後、酸化剤極１０ｂへの空気の供給を継続し、燃料電池１０から電流を取り出す。
【００２４】
（１−３）試験例
図３は、酸化剤ガスとして空気を使用した場合に、空気供給開始時において、空気供給量を通常運転時の空気供給量の０．５倍〜７倍に変化させ、それぞれの場合における局部電池で流れる電流値の相対比を示したものである。なお、「局部電池で流れる電流値」とは、カーボン腐食によって流れる電流値を示し、供給開始時の空気供給量を通常運転時の空気供給量の０．５倍とした場合の局部電池で流れる電流値を“１”として、それに対する相対比で示している。
【００２５】
図３から明らかなように、空気供給量が大きくなるほど電流値の相対比は低下し、カーボン腐食が抑制されていることが示された。このことから、本実施形態のように燃料電池システムの起動時に、酸化剤極への酸化剤ガスの供給流量を大きくし、酸化剤極における酸化剤ガスの通過時間を短くすることによって、酸化剤ガスの供給開始時におけるカーボン腐食の抑制が可能であることが示された。
【００２６】
（１−４）作用・効果
上述したように、本実施形態によれば、燃料電池システムの起動時において、酸化剤ガス供給手段３０から燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに供給される空気の供給流量を大きくすることによって、酸化剤極１０ｂ中の空気の通過時間が短くなる（言い換えれば、流速が大きくなる）。その結果、酸化剤極１０ｂにおける酸素濃度分布の偏りが抑制されるので、酸素濃度分布によって発生する局部電池が抑制され、カーボン腐食が抑制される。これにより、燃料電池システムの起動過程における電池材料の劣化を抑制することができるので、電池の耐久性及び電池特性を飛躍的に向上させることができる。
（２）第２実施形態
（２−１）構成
本実施形態の燃料電池システム２は、図４に示すように、燃料電池１０と、燃料電池１０の燃料極１０ａに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段２０と、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段４０とから構成されている。なお、燃料電池１０及び燃料ガス供給手段２０の構成は、上記第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００２７】
本実施形態においては、図４に示すように、酸化剤ガス供給手段４０が、酸化剤ガスである空気を供給する酸化剤ガス供給源４１と、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに空気を供給する酸化剤ガス供給配管４２と、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂから酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出配管４３と、酸化剤極１０ｂに追加ガスを供給する追加ガス供給源４４と、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに追加ガスを供給する追加ガス供給配管４５と、前記追加ガス供給源４４から供給される追加ガスの流量を制御する制御装置４６から構成されている。なお、前記追加ガス供給配管４５の一端は前記追加ガス供給源４４に接続され、他端は前記酸化剤ガス供給配管４２の任意の位置に接続されている。
【００２８】
そして、前記追加ガス供給源４４から供給された追加ガスは、追加ガス供給配管４５を介して前記酸化剤ガス供給配管４２に導入され、酸化剤ガス供給源４１から供給された空気と混合されて、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに供給され、酸化剤ガス排出配管４３から排出されるように構成されている。なお、前記追加ガスとしては、例えば、窒素ガス、原燃料ガスもしくは改質器バーナー燃焼排ガス等を用いることができる。
【００２９】
（２−２）燃料電池システムの起動方法
次に、上記のような構成を有する本実施形態の燃料電池システムの起動方法について説明する。
【００３０】
図５に示すように、燃料電池システムの起動操作開始時には、まず、燃料ガス供給手段２０によって、燃料電池１０の燃料極１０ａへの燃料ガスの供給を開始する（ステップ５０１）。続いて、酸化剤ガス供給手段４０によって、酸化剤極１０ｂへの空気の供給を開始する（ステップ５０２）と同時に、追加ガス供給源４４から追加ガスを供給し、酸化剤ガス供給源４１から供給される空気と混合して、酸化剤極１０ｂに酸化剤ガスと追加ガスの混合ガスとして供給する（ステップ５０３）。
【００３１】
続いて、酸化剤極１０ｂへの空気の供給が開始されてから、予め定められた時間が経過したか否かが判断され（ステップ５０４）、未だ、予め定められた時間が経過していないと判断された場合には、ステップ５０３に戻り、追加ガス供給源４４からの追加ガスの供給を継続する。
【００３２】
一方、ステップ５０４において、酸化剤極１０ｂへの空気の供給が開始されてから予め定められた時間が経過したと判断された場合には、ステップ５０５に進み、追加ガス供給源４４からの追加ガスの供給を停止して、通常発電時の空気供給流量に変更して、起動操作を完了する。その後、酸化剤極１０ｂへの空気の供給を継続し、燃料電池１０から電流を取り出す。
【００３３】
なお、予め追加ガス供給源４４から追加ガス供給配管４５と酸化剤ガス供給配管４２を介して追加ガスを酸化剤極１０ｂに供給し、その後、酸化剤ガス供給源４１から空気の供給を開始しても良い。この場合も、予め定められた時間が経過したら、追加ガスの供給を止めて、通常発電時の空気供給量に変更する。
【００３４】
（２−３）試験例
図６は、追加ガスとして窒素を用い、空気供給流量は固定しつつ窒素ガスの流量を変化させ、それぞれの場合における局部電池で流れる電流値の相対比を示したものである。なお、「局部電池で流れる電流値」とは、カーボン腐食によって流れる電流値を示し、追加ガスの流量を“０”とした場合の局部電池で流れる電流値を“１”として、それに対する相対比で示している。
【００３５】
図６から明らかなように、追加ガスである窒素の供給流量が大きくなるほど電流値の相対比は低下し、カーボン腐食が抑制されていることが示された。このことから、本実施形態のように燃料電池システムの起動時に、酸化剤極へ追加ガスを供給することにより、酸化剤極へのガス供給流量を大きくし、酸化剤極における酸化剤ガスの通過時間を短くすることによって、酸化剤ガスの供給開始時におけるカーボン腐食の抑制が可能であることが示された。
【００３６】
（２−４）作用・効果
上述したように、本実施形態によれば、燃料電池システムの起動時において、酸化剤ガス供給手段４０から燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに供給される空気及び追加ガスの供給流量を大きくすることによって、酸化剤極１０ｂ中の空気の通過時間が短くなる（言い換えれば、流速が大きくなる）ので、酸化剤極１０ｂにおける酸素濃度分布の偏りが抑制される。
【００３７】
さらに、本実施形態においては、追加ガスを供給することによって、酸化剤極１０ｂに供給されるガス中の酸素濃度が低下するので、酸化剤極１０ｂにおける酸素濃度分布の偏りがさらに抑制される。その結果、酸素濃度分布によって発生する局部電池が抑制され、カーボン腐食が抑制される。これにより、燃料電池システムの起動過程における電池材料の劣化を抑制することができるので、電池の耐久性及び電池特性を飛躍的に向上させることができる。
【００３８】
なお、上記の実施形態においては、追加ガスとして窒素を用いたが、実際の燃料電池システムを運用する際には窒素を用いることは困難である。そこで、追加ガスとして原燃料ガスもしくは改質器バーナー燃焼排ガスを用いることで、実際の燃料電池システムにおいて、本発明を簡便に実施することができる。
【００３９】
（３）第３実施形態
（３−１）構成
本実施形態の燃料電池システム３は、図７に示すように、燃料電池１０と、燃料電池１０の燃料極１０ａに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段２０と、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段５０とから構成されている。なお、燃料電池１０及び燃料ガス供給手段２０の構成は、上記第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００４０】
本実施形態においては、図７に示すように、酸化剤ガス供給手段５０が、酸化剤ガスである空気を供給する酸化剤ガス供給源５１と、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに空気を供給する第１の酸化剤ガス供給配管５２と、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂから酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出配管５３と、前記酸化剤ガス供給源５１に切り替えスイッチ５５を介して接続された第２の酸化剤ガス供給配管５４と、前記切り替えスイッチ５５を制御する制御装置５６から構成されている。
【００４１】
そして、前記制御装置５６によって切り替えスイッチ５５が“開”にされると、第１の酸化剤ガス供給配管５２だけでなく、第２の酸化剤ガス供給配管５４からも燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに空気が供給され、酸化剤ガス排出配管３３から排出されるように構成されている。なお、切り替えスイッチ５５が“閉”にされると、第２の酸化剤ガス供給配管５４から酸化剤極１０ｂへの空気の供給は停止されるように構成されている。
【００４２】
（３−２）燃料電池システムの起動方法
次に、上記のような構成を有する本実施形態の燃料電池システムの起動方法について説明する。
【００４３】
図８に示すように、燃料電池システムの起動操作開始時には、まず、燃料ガス供給手段２０によって、燃料電池１０の燃料極１０ａへの燃料ガスの供給を開始する（ステップ８０１）。続いて、切り替えスイッチ５５が“開”に切り替わり（ステップ８０２）、酸化剤ガス供給手段４０による酸化剤極１０ｂへの空気の供給を開始する。その際、酸化剤ガス供給源５１から供給される空気は、第１の酸化剤ガス供給配管５２と第２の酸化剤ガス供給配管５４を通って酸化剤極１０ｂに供給される（ステップ８０３）。
【００４４】
続いて、酸化剤極１０ｂへの空気の供給が開始されてから、予め定められた時間が経過したか否かが判断され（ステップ８０４）、未だ、予め定められた時間が経過していないと判断された場合には、ステップ８０３に戻り、第１の酸化剤ガス供給配管５２と第２の酸化剤ガス供給配管５４の両配管を介して、酸化剤極１０ｂへの空気の供給を継続する。
【００４５】
一方、ステップ８０４において、酸化剤極１０ｂへの空気の供給が開始されてから予め定められた時間が経過したと判断された場合には、ステップ８０５に進み、切り替えスイッチ５５が“閉”に切り替わり、第２の酸化剤ガス供給配管５４を介する空気の供給が停止され、第１の酸化剤ガス供給配管５２を介する通常発電時の空気供給流量に変更して（ステップ８０６）、起動操作を完了する。その後、酸化剤極１０ｂへの空気の供給を継続し、燃料電池１０から電流を取り出す。
【００４６】
（３−３）作用・効果
上述したような本実施形態によれば、燃料電池システムの起動時において、２つの酸化剤ガス供給配管５２、５４を用いて酸化剤極へ空気を供給することにより、酸化剤ガス供給手段５０から燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに供給される空気の供給流量を大きくすることができる。その結果、酸化剤極１０ｂ中の空気の通過時間が短くなり（言い換えれば、流速が大きくなる）、酸化剤極１０ｂにおける酸素濃度分布の偏りが抑制されるので、酸素濃度分布によって発生する局部電池が抑制され、カーボン腐食が抑制される。これにより、燃料電池システムの起動過程における電池材料の劣化を抑制することができるので、電池の耐久性及び電池特性を飛躍的に向上させることができる。
【００４７】
なお、本実施形態においては、２つの酸化剤ガス供給配管を使用して酸化剤ガスを酸化剤極１０ｂに供給したが、酸化剤ガス供給配管は３つ以上設置しても良いことは言うまでもない。
【００４８】
（４）他の実施形態
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、次に例示するような他の実施形態も含むものである。例えば、上記の各実施形態では、酸化剤ガスとして空気を用いた例について説明したが、酸化剤ガスとして酸素を用いても良い。
【００４９】
また、本発明は、固体高分子形燃料電池を備えた燃料電池システムに対して好適であるが、これらの手法は、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体電解質形燃料電池、アルカリ燃料電池を備えた燃料電池システムに対しても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態の構成を示す図。
【図２】図１に示した燃料電池システムにおける起動操作開始後の処理の流れを示すフローチャート。
【図３】図１に示した燃料電池システムにおいて、空気供給量を通常運転時の空気供給量の０．５倍〜７倍に変化させた場合における局部電池で流れる電流値の相対比を示した図。
【図４】本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態の構成を示す図。
【図５】図４に示した燃料電池システムにおける起動操作開始後の処理の流れを示すフローチャート。
【図６】図４に示した燃料電池システムにおいて、追加ガスとして窒素を用い、空気供給流量は固定しつつ窒素ガスの流量を変化させた場合における局部電池で流れる電流値の相対比を示した図。
【図７】本発明に係る燃料電池システムの第３実施形態の構成を示す図。
【図８】図７に示した燃料電池システムにおける起動操作開始後の処理の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５１】
１，２，３…燃料電池システム
１０…燃料電池
１０ａ…燃料極
１０ｂ…酸化剤極
２０…燃料ガス供給手段
２１…燃料ガス供給源
２２…燃料ガス供給配管
２３…燃料ガス排出配管
３０、４０、５０…酸化剤ガス供給手段
３１、４１、５１…酸化剤ガス供給源
３２、４２…酸化剤ガス供給配管
３３、４３、５３…酸化剤ガス排出配管
３４、４６、５６…制御装置
４４…追加ガス供給源
４５…追加ガス供給配管
５２…第１の酸化剤ガス供給配管
５４…第２の酸化剤ガス供給配管
５５…切り替えスイッチ
【図１】
2007207580.tif 000003
【図２】
2007207580.tif 000004
【図３】
2007207580.tif 000005
【図４】
2007207580.tif 000006
【図５】
2007207580.tif 000007
【図６】
2007207580.tif 000008
【図７】
2007207580.tif 000009
【図８】
2007207580.tif 000010