(57)【要約】【課題】高い出力および発電効率でアルカリ形燃料電池を稼動させることができるアルカリ形燃料電池の制御装置およびこれを用いた燃料電池システムを提供する。【解決手段】アニオン伝導性電解質膜を含む膜電極複合体を備えるアルカリ形燃料電池の状態を検出する検出部２０と、該アルカリ形燃料電池の温度を変更するための温度変更部３０と、該アルカリ形燃料電池の膜電極複合体に流れる電流値を変更するための電流値変更部４０と、検出部２０、温度変更部３０および電流値変更部４０に接続され、検出部２０による検出結果に応じて、アルカリ形燃料電池の温度を上昇させることにより該温度が所定温度Ｘ以上になるように温度変更部３０を制御するとともに、該所定温度Ｘ以上の温度下において、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れるように電流値変更部４０を制御するための制御部５０とを備える制御装置およびこれを用いた燃料電池システムである。【選択図】図１
2013045701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アニオン伝導性電解質膜を含む膜電極複合体を備えるアルカリ形燃料電池の状態を検出する検出部と、
前記アルカリ形燃料電池の温度を変更するための温度変更部と、
前記アルカリ形燃料電池の膜電極複合体に流れる電流値を変更するための電流値変更部と、
前記検出部、前記温度変更部および前記電流値変更部に接続され、前記検出部による検出結果に応じて、前記アルカリ形燃料電池の温度を上昇させることにより該温度が所定温度Ｘ以上になるように前記温度変更部を制御するとともに、前記所定温度Ｘ以上の温度下において、前記膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れるように前記電流値変更部を制御するための制御部と、
を備える制御装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記アルカリ形燃料電池の温度と、単位時間Ｔ0内における、前記膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が流れた時間Ｔ1の割合Ｔ1／Ｔ0とを少なくとも検出するものである請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記温度変更部は、前記アルカリ形燃料電池を加熱および冷却することが可能な加熱冷却装置または前記アルカリ形燃料電池を加熱するための加熱装置を含む請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記温度変更部は、前記アルカリ形燃料電池が備える、熱媒体を流通させるための流路に対して熱媒体を供給するための装置を含む請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記電流値変更部は、前記アルカリ形燃料電池に接続される電子負荷装置または可変抵抗器を含む請求項１〜４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
前記膜電極複合体は、前記アニオン伝導性電解質膜と、前記アニオン伝導性電解質膜の第１表面に積層される第１電極と、前記アニオン伝導性電解質膜の前記第１表面に対向する第２表面に積層される第２電極とからなり、
前記温度変更部は、前記第１電極の温度を変更するものである請求項１〜５のいずれかに記載の制御装置。
【請求項７】
前記第１電極がアノード極であり、前記第２電極がカソード極である請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記所定温度Ｘは、前記温度変更部によって温度を上昇させる直前のアルカリ形燃料電池の温度の１０５％〜１５０％の温度である請求項１〜７のいずれかに記載の制御装置。
【請求項９】
前記所定電流値Ａは、６００〜１０００ｍＡ／ｃｍ2の範囲内である請求項１〜８のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１０】
前記アルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、請求項１〜９のいずれかに記載の制御装置とを備える燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い出力および発電効率でアルカリ形燃料電池を稼動させることができるアルカリ形燃料電池の制御装置およびこれを用いた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、発電主要部として、電解質膜をアノード極およびカソード極で挟持した構成の膜電極複合体（ＭＥＡ）を備えており、電解質膜の種類によって、固体高分子形燃料電池（直接形燃料電池を含む）、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、アルカリ形燃料電池などに分類される。
【０００３】
上記のうち、アルカリ形燃料電池は、電解質膜としてアニオン伝導性電解質膜（アニオン交換膜）を用いた、電荷キャリアが水酸化物イオン（ＯＨ-）である燃料電池である。アルカリ形燃料電池においては、アノード極とカソード極とを電気的に接続すると、次のような電気化学反応によりアノード極とカソード極との間に電流が流れ、電気エネルギーを得ることができる。すなわち、カソード極に酸化剤（たとえば酸素または空気など）および水（この水は、アノード極で生じ、電解質膜を透過した水であり得る）を供給すると、下記式（１）：
カソード極：１／２Ｏ2＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ‐  →  ２ＯＨ-        （１）
で表される触媒反応によりＯＨ-が生成される。このＯＨ-は、水分子との水和状態で電解質膜を介してアノード極側に伝達される。一方、アノード極では、供給された燃料、たとえばＨ2ガスとカソード極から伝達されたＯＨ-とが、下記式（２）：
アノード極：Ｈ2＋２ＯＨ-  →  ２Ｈ2Ｏ＋２ｅ‐            （２）
で表される触媒反応を起こし、水および電子を生成する。
【０００４】
アルカリ形燃料電池は、触媒などの構成材料の制限が少なく、より安価に製造できるなどの利点を有している一方、他の燃料電池と異なり、電解質膜および触媒層の電解質にアニオン伝導性電解質を用いるために、電解質膜および触媒層が環境中の二酸化炭素（ＣＯ2）を吸収し、電解質膜および触媒層中のＯＨ-が、下記式（３）および（４）：
ＣＯ2＋２ＯＨ-  →  ＣＯ32-＋Ｈ2Ｏ                        （３）
ＣＯ2＋ＯＨ-  →  ＨＣＯ3-                               （４）
のような反応によってＣＯ32-および／またはＨＣＯ3-（以下、「ＣＯ2由来アニオン」ということがある。）に置換されやすいという本来的な課題を有している。このようなＣＯ2由来アニオンの濃度上昇（ＯＨ-イオン濃度の低下）は、電解質のアニオン伝導度を低下させ、結果、セル抵抗を大きく増大させるため、出力および発電効率の低下を招く。
【０００５】
上記セル抵抗増大の問題は、「セルフパージ」により改善できることが知られている（たとえば非特許文献１）。「セルフパージ」とは、たとえばアルカリ形燃料電池の稼動によってアノード極とカソード極の間に電流を流すことにより、アニオン伝導度の低下の要因である、電解質膜および触媒層に含まれるＣＯ2由来アニオンがアノード極に移動し、燃料によって還元され、ＣＯ2ガスとしてアノード極から排出させる操作をいい、具体的には下記式（５）および（６）：
Ｈ2＋ＣＯ32-  →  ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ-                     （５）
Ｈ2＋２ＨＣＯ3-  →  ２ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-              （６）
で表すことができる。
【０００６】
ところで、アルカリ形燃料電池に限らず、燃料電池の発電電力を有効に利用するためには、当該燃料電池を電力源とする電子機器の電力消費量に応じて、燃料電池の発電量を調整する必要がある。たとえば、電子機器の電力消費が無い場合には、燃料電池の稼動（発電）を停止したり、電子機器の電力消費が小さい場合には、燃料電池の発電量（すなわち、動作電流値）を小さくしたり、電力消費が大きい場合には、燃料電池の発電量を大きくしたりする必要がある。
【０００７】
しかしながら、アルカリ形燃料電池においては、電子機器の電力消費量に応じて稼動停止したり、動作電流値を小さくしたりすると、セルフパージによるアノード極からのＣＯ2ガスの排出が十分に進行せず、セル抵抗増大による出力および発電効率の低下を十分に抑制することができない。また、アノード極へのＣＯ2由来アニオンの蓄積が進行することにより、アノード極における反応過電圧が高くなるという問題もある。反応過電圧の増大も出力および発電効率を低下させる要因となる（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｈｉｒｏｙｕｋｉ  Ｙａｎａｇｉ，ａｎｄ  Ｋｅｎｊｉ  Ｆｕｋｕｔａ，ＥＣＳ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，１６（２），２５７−２６２（２００８）
【非特許文献２】Ｙｕ  Ｍａｔｓｕｉ，Ｍｏｒｉｈｉｒｏ  Ｓａｉｔｏ，Ａｋｉｍａｓａ  Ｔａｓａｋａ，ａｎｄ  Ｍｉｎｏｒｕ  Ｉｎａｂａ，ＥＣＳ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，２５（１３），１０５−１１０（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、高い出力および発電効率でアルカリ形燃料電池を稼動させることができるアルカリ形燃料電池の制御装置およびこれを用いた燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、アニオン伝導性電解質膜を含む膜電極複合体を備えるアルカリ形燃料電池の状態を検出する検出部と、該アルカリ形燃料電池の温度を変更するための温度変更部と、該アルカリ形燃料電池の膜電極複合体に流れる電流値を変更するための電流値変更部と、検出部、温度変更部および電流値変更部に接続され、検出部による検出結果に応じて、アルカリ形燃料電池の温度を上昇させることにより該温度が所定温度Ｘ以上になるように温度変更部を制御するとともに、該所定温度Ｘ以上の温度下において、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れるように電流値変更部を制御するための制御部とを備える制御装置を提供する。
【００１１】
検出部は、好ましくは、アルカリ形燃料電池の温度と、単位時間Ｔ0内における、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が流れた時間Ｔ1の割合Ｔ1／Ｔ0とを少なくとも検出するものである。
【００１２】
温度変更部は、アルカリ形燃料電池を加熱および冷却することが可能な加熱冷却装置またはアルカリ形燃料電池を加熱するための加熱装置を含むことが好ましい。温度変更部の好ましい一例として、アルカリ形燃料電池が備える、熱媒体を流通させるための流路に対して熱媒体を供給するための装置を含むものを挙げることができる。
【００１３】
前記電流値変更部は、アルカリ形燃料電池に接続される電子負荷装置または可変抵抗器を含むものであることができる。
【００１４】
本発明の１つの好ましい実施形態において、膜電極複合体は、アニオン伝導性電解質膜と、アニオン伝導性電解質膜の第１表面に積層される第１電極と、アニオン伝導性電解質膜の第１表面に対向する第２表面に積層される第２電極とからなり、温度変更部は、第１電極の温度を変更するものである。好ましくは第１電極がアノード極であり、第２電極がカソード極である。
【００１５】
所定温度Ｘは、たとえば温度変更部によって温度を上昇させる直前のアルカリ形燃料電池の温度の１０５％〜１５０％の温度である。所定電流値Ａは、たとえば６００〜１０００ｍＡ／ｃｍ2の範囲内である。
【００１６】
また本発明は、上記アルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、本発明に係る制御装置とを備える燃料電池システムを提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の制御装置および燃料電池システムによれば、高い出力および発電効率でアルカリ形燃料電池を稼動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る制御装置およびこれを適用した燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図２】アルカリ形燃料電池の膜電極複合体に、ある単位時間内における一定時間、所定電流値Ａ以上の電流が流れるサイクルが繰り返されている状態およびこのときのＣＯ2由来アニオン濃度の変化の様子を示す概念図である。
【図３】アルカリ形燃料電池の膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が１回のみ流れるときのＣＯ2由来アニオン濃度の変化の様子を示す概念図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る制御装置およびこれを適用した燃料電池システムを示す概略図である。
【図５】燃料電池部が備え得るアルカリ形燃料電池の一例を示す概略断面図である。
【図６】燃料電池部が備え得るアルカリ形燃料電池の他の一例を示す概略断面図である。
【図７】燃料電池部が備え得るアルカリ形燃料電池のさらに他の一例を示す概略断面図である。
【図８】図７に示されるアルカリ形燃料電池を構成する第２セパレータを示す概略上面図である。
【図９】図８に示される第２セパレータの表面に第２壁を配置した状態を示す概略上面図である。
【図１０】第２セパレータの他の一例を示す概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明に係る制御装置およびこれを適用した燃料電池システムの構成を示す概略図である。図１に示されるように、本発明の制御装置は、アルカリ形燃料電池を含む燃料電池部１０に接続され、アルカリ形燃料電池の状態を検出するための検出部２０；燃料電池部１０に接続され、アルカリ形燃料電池の温度を変更するための温度変更部３０；燃料電池部１０に接続され、アルカリ形燃料電池の膜電極複合体に流れる電流の電流値を変更するための電流値変更部４０；ならびに、検出部２０、温度変更部３０および電流値変更部４０に接続される制御部５０を基本的に備える。制御部５０は、検出部２０からアルカリ形燃料電池の状態に関する検出結果（情報信号）を受信し、受信した検出結果に応じて、アルカリ形燃料電池の温度を上昇させることにより該温度が所定温度Ｘ以上になるように温度変更部３０を制御するとともに、該所定温度Ｘ以上の温度下において、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れるように電流値変更部４０を制御する。
【００２０】
本発明の燃料電池システムは、アルカリ形燃料電池を含む燃料電池部１０と、上記制御装置とを備えるものであり、燃料電池部１０は、制御装置の検出部２０、温度変更部３０および電流値変更部４０と接続される。燃料電池部１０を構成するアルカリ形燃料電池は、アニオン伝導性電解質膜を有する膜電極複合体を備えるものである。
【００２１】
本発明の制御装置および燃料電池システムは、上記所定温度Ｘ以上の温度下において、燃料電池部１０に含まれるアルカリ形燃料電池の膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が「一定時間」流れるように燃料電池を制御するものである。図２はアルカリ形燃料電池の膜電極複合体に、ある単位時間内における一定時間、所定電流値Ａ以上の電流が流れるサイクルが繰り返されている状態を示した概念図である。図２を参照して説明すると、本発明において「膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れる」とは、アルカリ形燃料電池がこれを電力源とする電子機器への電力供給を行なっているか（すなわち、発電しているか）否かに関わらず、単位時間Ｔ0内におけるある一定時間、所定電流値Ａ以上の電流が流れていることを意味している。そして好ましくは、図２に示されるように、このような所定電流値Ａ以上の電流が流れている一定時間を含む単位時間Ｔ0のサイクル（すなわち、間欠的に所定電流値Ａ以上の電流が流れている状態）が繰り返される。
【００２２】
上記の「アルカリ形燃料電池がこれを電力源とする電子機器への電力供給を行なっているか（すなわち、発電しているか）否かに関わらず」とは、所定電流値Ａ以上の電流が、電子機器からの要求に従った発電によるものか、制御装置が強制的に流したものであるかを問わないことを意味している。
【００２３】
所定電流値Ａ以上の電流が流れている一定時間を含む単位時間Ｔ0のサイクルが２回以上繰り返される場合において、上記一定時間はすべて同じ時間長さであってもよいし、２種以上の異なる時間長さを含んでいてもよい。また、膜電極複合体に流れる電流は所定電流値Ａ以上である限り特に制限されず、すべて同じ電流値であってもよいし、２種以上の異なる電流値を含んでいてもよい。単位時間Ｔ0内に所定電流値Ａ以上の電流が複数回流されてもよい。
【００２４】
図２には、アルカリ形燃料電池の膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が流れている一定時間を含む単位時間Ｔ0のサイクルが繰り返されている（所定電流値Ａ以上の電流が間欠的に流れている）ときの、ＣＯ2由来アニオン濃度の変化の様子を併せて示している。図示されるように、所定電流値Ａ以上の電流が流れている一定時間を含む単位時間Ｔ0のサイクルが繰り返されることにより、所定電流値Ａ以上の大電流でのセルフパージが間欠的に繰り返されるため、膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度を実質的に常に低い状態に維持することができ、ＣＯ2由来アニオンの蓄積を抑制することができる。これにより、セル抵抗増大およびアノード極における反応過電圧の上昇の問題が改善され、アルカリ形燃料電池の出力および発電効率を向上させることができる。
【００２５】
一方、図３は、アルカリ形燃料電池の膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が流れている一定時間を含む単位時間Ｔ0が１つのみである（所定電流値Ａ以上の電流が１回のみ流れる）ときの、ＣＯ2由来アニオン濃度の変化の様子を概念的に示したものである。このような場合とは、たとえば、制御装置によって所定電流値Ａ以上の電流を強制的に流し、それ以降、制御装置およびアルカリ形燃料電池の稼動を行なわない場合；制御装置によって所定電流値Ａ以上の電流を強制的に流し、それ以降、所定電流値Ａ未満の電流でアルカリ形燃料電池が発電を行なう場合；所定電流値Ａ以上の電流でアルカリ形燃料電池が発電を行なった後、それ以降、所定電流値Ａ未満の電流でアルカリ形燃料電池が発電を行なうか、またはアルカリ形燃料電池の稼動を停止する場合などである。
【００２６】
本発明における「膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れる」とは、図３に示されるような場合、すなわち、所定電流値Ａ以上の電流が流れている一定時間を含む単位時間Ｔ0が１つのみである場合を含み得るが、好ましくは図２に示されるように、このような単位時間Ｔ0のサイクルが繰り返される。膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度を実質的に常に低い状態に維持できるためである。所定電流値Ａ以上の電流が流れている一定時間を含む単位時間Ｔ0が１つのみである場合には、当該単位時間Ｔ0後にアルカリ形燃料電池の発電を行なう際、十分に高い出力または発電効率が得られにくい場合がある。ただし、出力や発電効率を顕著に低下させる程度にまでＣＯ2由来アニオンが電解質膜および触媒層中に蓄積された後にアルカリ形燃料電池の発電を行なわないような場合には、所定電流値Ａ以上の電流が流れている一定時間を含む単位時間Ｔ0が１つのみであってもよい。
【００２７】
ここで、本発明の制御装置および燃料電池システムの特徴の１つは、電流値変更部４０とともに温度変更部３０を制御して、アルカリ形燃料電池の温度を上昇させることによって所定温度Ｘ以上の温度とし、該温度下において、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れるように制御することにある。所定温度Ｘは、温度を上昇させる直前のアルカリ形燃料電池の温度（以下、直前温度ともいう）よりも高い温度である。膜電極複合体に流すことができる電流値は、アルカリ形燃料電池の温度が高いほど大きくなる。したがって、アルカリ形燃料電池の温度を高い温度領域に調節することにより、アルカリ形燃料電池の温度が上記直前温度に維持される場合と比較して、所定電流値Ａ以上の電流値がより実現しやすくなるとともに、一定時間流される電流の電流値をより大きくすることができる。より大きな電流を流すことができるため、アノード極から排出される単位時間あたりのＣＯ2ガス量を増大させることができ、その結果、膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度をより早期に低減させることができる。
【００２８】
なお、本発明においては基本的に、膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度が比較的高い場合に、アルカリ形燃料電池の温度を所定温度Ｘ以上とし、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れるように制御を行なうが、膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度が比較的高い場合においては、電解質膜や電極触媒層中の電解質は、主に炭酸イオン型になっているので、アルカリ形燃料電池の温度を上げてもこれらの劣化は生じ難い。
【００２９】
本発明によれば、上記のとおり、アルカリ形燃料電池が発電しているか否か（換言すれば、アルカリ形燃料電池を電力源とする電子機器の電力消費量）に関わらず、膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度を実質的に常に低くした状態に維持することができるため、セル抵抗増大およびアノード極における反応過電圧の上昇を抑制した状態でアルカリ形燃料電池を発電させることができ、これにより出力および発電効率を向上させることができる。そしてさらに本発明によれば、上記のとおり、膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度をより早期に低減させることができることにより、所定電流値Ａ以上の電流が流される時間長さ（すなわち、後述する一定時間Ｔ2）を短くできるため、出力および発電効率の改善効果をより早期に得ることができるとともに、さらなる余剰電力の低減ならびに、出力および発電効率の向上においても有利となる。
【００３０】
さらに、本発明の制御装置およびこれを適用した燃料電池システムは、次のような作用効果を奏し得る。
【００３１】
〔ｉ〕膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度を低くした状態でアルカリ形燃料電池の稼動を停止することができ、また、停止中においても、ＣＯ2由来アニオン濃度を低くした状態に維持できるため、アルカリ形燃料電池を起動する際の立ち上げ（立ち上げ時間）を早くすることができる（すなわち、要求される発電量に達するまでの時間を短くすることができる）。
【００３２】
なお、本発明の制御装置による温度および電流値制御は、アルカリ形燃料電池の定常運転時（発電時）、稼動停止後の起動時（稼動初期段階）、または、アルカリ形燃料電池の待機運転時（電子機器に電力を供給しない状態）のいずれか１以上の運転モードにおいて実施することができる。
【００３３】
〔ｉｉ〕単位時間Ｔ0内におけるある一定時間、動作電流値が大きくなるように制御する本発明によれば、連続的に動作電流値を大きくする場合と比べて、余剰電力（電子機器が要求する量を超える電力）の発生を抑制することができる。このことも出力および発電効率の向上に寄与する。なお、当該余剰電力に起因する出力および発電効率の低下を抑制するために、間欠的に動作電流値が大きくする場合においても、余剰電力をたとえば図示しない蓄電池などに蓄電してもよい。
【００３４】
また上記のように、膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度が比較的高い場合においては、アルカリ形燃料電池の温度を上げても電解質膜や電極触媒層中の電解質の劣化は生じ難い一方、ＣＯ2由来アニオン濃度が低下し、電解質膜や電解質が主にＯＨ-型になると、高い温度下では、ＯＨ-が電解質膜や電解質のカチオン部位を攻撃し劣化しやすくなることに鑑みても、単位時間Ｔ0内におけるある一定時間、動作電流値が大きくなるように制御するとともに、当該一定時間のみ、あるいは、当該一定時間およびこの前後の特定時間のみ（この特定時間が短いほど好ましい。）、所定温度Ｘ以上の温度となるように制御することが好ましい。
【００３５】
〔ｉｉｉ〕間欠的に動作電流値が大きくなるように制御する態様によれば、たとえば１回のみ動作電流値が大きくなるように制御する場合と比べて、高い出力および発電効率を長時間維持することができる。
【００３６】
〔ｉｖ〕単位時間Ｔ0内におけるある一定時間、動作電流値を大きくするよう制御する本発明によれば、このような制御を一切行なわない（大電流を流さない）場合と比べて、アルカリ形燃料電池のアノード極における生成水量を増加させることができる〔上記式（２）参照〕。これにより、アニオン伝導性電解質膜の含水量を適度に高く維持してそのアニオン伝導抵抗を低く維持することができるようになる。このこともまた、出力および発電効率の向上ならびに立ち上げ時間の短縮化に寄与する。
【００３７】
一方、本発明による制御に従い、アルカリ形燃料電池の温度を上昇させたときには、燃料の相対湿度が低下することによりアノード極が適度な乾燥状態となるため、所定温度Ｘ以上の温度下において膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流を流してもアノード極のフラッディングが生じ難く、また、間欠的に動作電流値が大きくなるように制御する態様によれば、当該フラッディング抑制効果を長時間維持することができる。
【００３８】
また本発明において、検出部２０によって検出される「燃料電池の状態」とは、膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度を評価することができる指標（パラメータ）を指しており、アルカリ形燃料電池に関し、具体的には次のものを挙げることができる。
【００３９】
〔ａ〕ある単位時間Ｔ0内における、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が流れた時間Ｔ1の割合Ｔ1／Ｔ0、
〔ｂ〕アニオン伝導性電解質膜中のＣＯ2由来アニオン濃度（またはこのうちのＣＯ32-濃度）、
〔ｃ〕アニオン伝導性電解質膜のｐＨ、
〔ｄ〕アニオン伝導性電解質膜の抵抗値、
〔ｅ〕アルカリ形燃料電池の出力電圧値。
【００４０】
上記のなかでも、膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度に影響を与える指標であるとともに、検出手法が比較的容易であることから、検出部２０は、膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度を評価するためのパラメータとして上記〔ａ〕を検出するものであることが好ましい。検出部２０は、膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度を評価するためのパラメータに加え、通常、アルカリ形燃料電池の温度および膜電極複合体に流れる電流値を検出できるものである。
【００４１】
以下、実施の形態を示して本発明の制御装置および燃料電池システムについてより詳細に説明する。後述する実施形態はいずれも、アルカリ形燃料電池の状態として上記〔ａ〕を検出するものである。
【００４２】
図４は、本実施形態に係る制御装置およびこれを適用した燃料電池システムを示す概略図であり、電力が供給される電子機器（電子機器６０）と接続された状態で制御装置および燃料電池システムの構成を示したものである。本実施形態の制御装置は、アニオン伝導性電解質膜を有する膜電極複合体を備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部１０としての燃料電池部１０ａに接続される、検出部２０としての、上記〔ａ〕（ある単位時間Ｔ0内における、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が流れた時間Ｔ1の割合Ｔ1／Ｔ0）を検出する検出部２０ａ；燃料電池部１０ａに接続される、温度変更部３０としての、アルカリ形燃料電池の温度を変更するための温度調節器３０ａ；燃料電池部１０ａに接続されるとともに、電子機器６０に対して並列に接続される、電流値変更部４０としての、アルカリ形燃料電池の膜電極複合体に流れる電流の電流値を変更するための電子負荷装置４０ａ；ならびに、検出部２０ａ、温度調節器３０ａおよび電子負荷装置４０ａとに接続され、検出部２０ａによる検出結果に応じて、アルカリ形燃料電池の温度を上昇させることにより該温度が所定温度Ｘ以上になるように温度調節器３０ａを制御するとともに、該所定温度Ｘ以上の温度下において、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れるように電子負荷装置４０ａを制御するための制御部５０ａを備えている。
【００４３】
本実施形態において検出部２０ａは、膜電極複合体に流れる電流値〔より具体的には膜電極複合体の第１電極（たとえばアノード極）−第２電極（たとえばカソード極）間を流れる電流値〕を測定するための、燃料電池部１０ａ（アルカリ形燃料電池）に接続された電流計と、燃料電池部１０ａ（アルカリ形燃料電池）の温度を測定するための温度センサ（温度計）とを備えている。また、検出部２０ａは、単位時間Ｔ0および膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が流れた時間Ｔ1を測定するための時間測定手段（タイマーなど）、ならびに、電流値および時間Ｔ0、Ｔ1を記憶する記憶手段（メモリなど）を具備する。ただし、時間測定手段および記憶手段は制御部５０ａに包含させることもできる。
【００４４】
温度調節器３０ａとしては、たとえばアルカリ形燃料電池を加熱および冷却することが可能な加熱冷却装置や、アルカリ形燃料電池を加熱するための加熱装置（ヒータ等）などを挙げることができる。加熱冷却装置としては、後述するような熱媒体を用いてアルカリ形燃料電池の加熱冷却を行なうものを好ましく用いることができる。上述のように、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流を流す際には、アルカリ形燃料電池の温度を上昇させて所定温度Ｘ以上とする必要がある一方、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流を流す必要のない状態（ＣＯ2由来アニオン濃度が十分に低い状態等）においては、電解質膜や電極触媒層中の電解質の劣化抑制の観点から、所定温度Ｘ未満（望ましくは、上記直前温度）まで温度を低下させておくことが好ましいことから、温度調節器３０ａとしては、加熱および冷却が可能な加熱冷却装置を用いることが好ましい。
【００４５】
ここで、本実施形態において温度調節器３０ａは、少なくとも第１電極（たとえばアノード極）および第２電極（たとえばカソード極）の双方の温度を所定温度Ｘ以上にすることができるものである。このようなものとしては、たとえば第１電極および第２電極の双方に接続された加熱冷却装置または加熱装置（第１電極に接続される加熱冷却装置または加熱装置と、第２電極に接続される加熱冷却装置または加熱装置とを別個に有していてもよい）、ならびに、燃料電池部１０ａ（アルカリ形燃料電池）全体を収容する温度調節可能な恒温槽などが挙げられる。
【００４６】
電子負荷装置４０ａとしては従来公知のものを使用することができ、可変抵抗器を使用することもできる。制御部５０ａとしては、検出部２０ａによる検出結果に応じて、温度調節器３０ａおよび電子負荷装置４０ａを制御できるものであれば特に制限されず、たとえばパーソナルコンピュータなどであることができる。
【００４７】
なお、燃料電池部１０ａと電子機器６０との接続に関し、これらはコンバータ（昇圧回路）を介して接続されてもよい。
【００４８】
本実施形態において、検出部２０ａは上記時間割合Ｔ1／Ｔ0を好ましくは常時検出し、この時間割合Ｔ1／Ｔ0が所定の時間割合ＷT未満であると制御部５０ａによって判断された場合、制御部５０ａは、燃料電池部１０ａが発電（電子機器６０への電力供給）を行なっているかに関わらず、アルカリ形燃料電池（少なくとも第１電極および第２電極）の温度が所定温度Ｘ以上まで上昇するように温度調節器３０ａを制御するとともに、該所定温度Ｘ以上の温度下において、膜電極複合体（第１電極−第２電極間）に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れるように（たとえば図２に示されるような電流波形パターンが得られるように）電子負荷装置４０ａを制御する。
【００４９】
より具体的に説明すると、時間割合Ｔ1／Ｔ0が所定の時間割合ＷT未満であると制御部５０ａによって判断された場合、第１電極（アノード極）に燃料、第２電極（カソード極）に酸化剤を供給しつつ、制御部５０ａによって、アルカリ形燃料電池（少なくとも第１電極および第２電極）の温度を上昇させて所定温度Ｘ以上となるように温度調節器３０ａを制御しつつ、該所定温度Ｘ以上の温度下において、電子負荷装置４０ａに流れる負荷電流を大きくすることにより、Ｔ2／Ｔ0≧ＷTとなるようなある一定時間Ｔ2の間、第１電極−第２電極間に所定電流値Ａ以上の電流を流す。そして好ましくは時間割合Ｔ1／Ｔ0を常時検出して、所定電流値Ａ以上の電流が流れている一定時間を含む単位時間Ｔ0のサイクルが繰り返されるようにする。また、好ましくは、一定時間Ｔ2の間、第１電極−第２電極間に所定電流値Ａ以上の電流を流した後（すなわち、単位時間Ｔ0のうち、一定時間Ｔ2以外の時間）は、アルカリ形燃料電池の温度が所定温度Ｘ未満となるように、望ましくは上記直前温度となるように温度調節器３０ａを制御する。
【００５０】
なお上述のように、本発明においては、実質的に常に低いＣＯ2由来アニオン濃度を実現するために、燃料電池部１０ａが発電（電子機器６０への電力供給）を行なっているかに関わらず、好ましくは、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れている状態が維持されればよく、たとえば、所定電流値Ａ以上の電流が流れている一定時間を含む単位時間Ｔ0のサイクルが繰り返される場合において、流れる電流の少なくとも一部は、電子機器６０の要求に従って行なわれた発電によるものであってもよい。すなわち、電子機器６０の要求に従って発電が行なわれ、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が流れている場合、上記制御フローに従えば、制御部５０ａは強制的に所定電流値Ａ以上の電流が流れるような制御を行なわないが、この場合でも、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れている状態が維持されるため、実質的に常に低いＣＯ2由来アニオン濃度が実現される。
【００５１】
上記単位時間Ｔ0は特に制限されず、たとえば１０〜３０分程度の範囲内とすることができる。上記所定の時間割合ＷTは、所望する出力および発電効率向上の程度や立ち上げ時間向上の程度などを考慮して決定され、たとえば５〜２０％の範囲（たとえば１０％）から選択することができる。
【００５２】
所定電流値Ａも、所望する出力および発電効率向上の程度や立ち上げ時間向上の程度などを考慮して決定され、４００〜１０００ｍＡ／ｃｍ2の範囲、好ましくは６００〜１０００ｍＡ／ｃｍ2の範囲、さらに好ましくは７００〜１０００ｍＡ／ｃｍ2の範囲から選択することができる。なお本発明でいう電流値（検出部によって検出する電流値および一定時間（Ｔ2）流される電流の電流値の双方）とは、膜電極複合体〔第１電極（アノード極）−第２電極（カソード極）間〕に流れる電流量を、カソード極の電解質膜への投影面積で割った値である。
【００５３】
検出部２０ａによる検出結果に応じて、膜電極複合体に一定時間（時間長さＴ2）流される「所定電流値Ａ以上の電流」の値は、検出部２０ａによって検出する「単位時間Ｔ0内における、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が流れた時間Ｔ1の割合Ｔ1／Ｔ0」において設定される「所定電流値Ａ」と同じであってもよいし、これより大きくてもよい。Ｔ2は通常、Ｔ1より長くなるように設定される。
【００５４】
所定温度Ｘは、上記直前温度より高い温度であって、かつ、上記所定電流値Ａ以上の電流値を実現できる温度であればよく、たとえば直前温度の１０５％〜１５０％の温度であり、好ましくは直前温度の１１０％〜１２５％の温度である。
【００５５】
〔アルカリ形燃料電池〕
次に、燃料電池部１０ａが備え得るアルカリ形燃料電池について詳細に説明する。図５は、燃料電池部１０ａが備え得るアルカリ形燃料電池の一例を示す概略断面図である。図５に示されるアルカリ形燃料電池１００は、アニオン伝導性電解質膜１０１、アニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面に積層される第１電極（アノード極）１０２およびアニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面に対向する第２表面に積層される第２電極（カソード極）１０３からなる膜電極複合体（ＭＥＡ）；燃料を受け入れるための燃料受容部１０６を少なくとも備える、第１電極１０２上に積層される第１セパレータ１０４；酸化剤を受け入れるための酸化剤受容部１０７を少なくとも備える、第２電極１０３上に積層される第２セパレータ１０５を備える。
【００５６】
第１電極１０２と第２電極１０３とは、アニオン伝導性電解質膜１０１を介して対向するように設けられている。より具体的には、第１電極１０２および第２電極１０３は、アニオン伝導性電解質膜１０１面内における位置が一致するように、アニオン伝導性電解質膜１０１表面の略中心部に積層されている。電極の周縁には、電極端面からの空気等の浸入を防止するために、ガスケット１５０（たとえば、シリコーンゴム等の弾性樹脂からなる層や、エポキシ系樹脂等の硬化性樹脂の硬化物層）が設けられている。
【００５７】
（１）アニオン伝導性電解質膜
アニオン伝導性電解質膜１０１としては、ＯＨ-イオンを伝導でき、かつ、第１電極１０２と第２電極１０３との間の短絡を防止するために電気的絶縁性を有する限り特に制限されないが、アニオン伝導性固体高分子電解質膜を好適に用いることができる。アニオン伝導性固体高分子電解質膜の好ましい例は、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第４級アンモニウム系の固体高分子電解質膜（アニオン交換膜）が挙げられる。また、ポリアクリル酸に濃厚水酸化カリウム溶液を含浸させた膜やアニオン伝導性固体酸化物電解質膜、水酸化物伝導性を示す層状複水酸化物をアニオン伝導性電解質膜１０１として用いることもできる。
【００５８】
アニオン伝導性電解質膜１０１は、アニオン伝導率が１０-5Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましく、パーフルオロスルホン酸系高分子電解質膜などのアニオン伝導率が１０-3Ｓ／ｃｍ以上の電解質膜を用いることがより好ましい。アニオン伝導性電解質膜１０１の厚みは、通常５〜３００μｍであり、好ましくは１０〜２００μｍである。
【００５９】
（２）第１電極および第２電極
アニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面に積層され、発電時にアノード極として機能する第１電極１０２、および、第１表面に対向する第２表面に積層され、発電時にカソード極として機能する第２電極１０３は、触媒と電解質とを含有する多孔質層からなる触媒層を少なくとも含む。これらの触媒層は、アニオン伝導性電解質膜１０１の表面に接して積層される。第１電極１０２の触媒（アノード触媒）は、第１電極１０２に供給された燃料とＯＨ-アニオンとから、水および電子を生成する反応を触媒する。第１電極１０２の触媒層（アノード触媒層）に含有される電解質は、アニオン伝導性電解質膜１０１から伝導してきたＯＨ-アニオンを触媒反応サイトへ伝導する機能を有する。一方、第２電極１０３の触媒（カソード触媒）は、第２電極１０３に供給された酸化剤および水と、第１電極１０２から伝達された電子とから、ＯＨ-アニオンを生成する反応を触媒する。第２電極１０３の触媒層（カソード触媒層）に含有される電解質は、生成したＯＨ-アニオンをアニオン伝導性電解質膜１０１へ伝導する機能を有する。
【００６０】
アノード触媒およびカソード触媒としては、従来公知のものを使用することができ、たとえば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン、これらの金属化合物、およびこれらの金属の２種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金等、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。アノード触媒とカソード触媒とは同種であってもよいし、異種であってもよい。
【００６１】
アノード触媒およびカソード触媒は、担体、好ましくは導電性の担体に担持されたものを用いることが好ましい。導電性担体としては、たとえば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。
【００６２】
第１電極１０２および第２電極１０３の触媒層に含有される電解質としては、アニオン伝導性固体高分子電解質膜を構成する電解質と同様のものを用いることができる。各触媒層における触媒と電解質との含有比は、重量基準で、通常５／１〜１／４程度であり、好ましくは３／１〜１／３程度である。
【００６３】
第１電極１０２および第２電極１０３はそれぞれ、触媒層上に積層されるガス拡散層を備えていてもよい。ガス拡散層は、供給される燃料または酸化剤を面内において拡散させる機能を有するとともに、触媒層との間で電子の授受を行なう機能を有する。
【００６４】
ガス拡散層は、導電性を有する多孔質層であることができ、具体的には、たとえば、カーボンペーパー；カーボンクロス；カーボン粒子を含有するエポキシ樹脂膜；金属または合金の発泡体、焼結体または繊維不織布などであることができる。ガス拡散層の厚みは、厚み方向に対して垂直な方向（面内方向）への燃料または酸化剤の拡散抵抗を低減させるために、１０μｍ以上であることが好ましく、厚み方向への拡散抵抗を低減させるために、１ｍｍ以下であることが好ましい。ガス拡散層の厚みは、より好ましくは１００〜５００μｍである。
【００６５】
（３）第１セパレータおよび第２セパレータ
第１セパレータ１０４および第２セパレータ１０５はそれぞれ、第１電極１０２、第２電極１０３に燃料、酸化剤を供給するための部材である。第１セパレータ１０４は、燃料受容部１０６を構成する凹部をアニオン伝導性電解質膜１０１側表面に少なくとも有する部材であることができ、第２セパレータ１０５は、酸化剤受容部１０７を構成する凹部をアニオン伝導性電解質膜１０１側表面に少なくとも有する部材であることができる。
【００６６】
燃料受容部１０６を構成する凹部、酸化剤受容部１０７を構成する凹部はそれぞれ、第１電極１０２、第２電極１０３が積層される領域における第１セパレータ１０４、第２セパレータ１０５のアニオン伝導性電解質膜１０１側表面に設けられる。
【００６７】
燃料受容部１０６を構成する凹部、酸化剤受容部１０７を構成する凹部はそれぞれ、たとえばサーペンタイン状、ライン状またはその他の形状を有する１または２以上の流路溝であることができる他、槽型の比較的大面積に広がって形成された凹部などであることができる。燃料受容部１０６に導入された燃料は、その直上に配置された第１電極１０２に供給され、酸化剤受容部１０７に導入された酸化剤は、その直下に配置された第２電極１０３に供給される。燃料受容部１０６を構成する凹部には、その入口側端部、出口側端部にそれぞれ、燃料供給用配管、燃料排出用配管を接続してもよい。同様に、酸化剤受容部１０７を構成する凹部には、その入口側端部、出口側端部にそれぞれ、酸化剤供給用配管、酸化剤排出用配管を接続してもよい。
【００６８】
第１セパレータ１０４および第２セパレータ１０５の材質は特に制限されないが、好ましくはカーボン材料、導電性高分子、各種金属、ステンレスに代表される合金などの導電性材料である。導電性材料を用いることにより、これらのセパレータに集電機能、すなわち、接する電極との間で電子の授受を行なうとともに電気的配線を行なう取り出し電極としての機能を付与することができる。ただし、第１セパレータ１０４および第２セパレータ１０５をプラスチック材料等の非導電性材料で構成し、別途、アノード集電層およびカソード集電層を設けてもよい。この場合、これらの集電層は、たとえば電極とセパレータとの間に配置される。
【００６９】
第１セパレータ１０４および第２セパレータ１０５として、燃料受容部と酸化剤受容部とを兼ね備えた、いわゆるバイポーラプレートを用いることもできる。この場合、バイポーラプレートは、一方の主面（第１表面）に燃料受容部１０６を構成する凹部を有し、第１表面に対向する他方の主面（第２表面）に酸化剤受容部１０７を構成する凹部を有する。このバイポーラプレートを第１セパレータ１０４として用いる場合には、その第１表面がアニオン伝導性電解質膜１０１側となるように第１電極１０２上に積層される。バイポーラプレートを第２セパレータ１０５として用いる場合には、その第２表面がアニオン伝導性電解質膜１０１側となるように第２電極１０３上に積層される。バイポーラプレートの使用は、たとえば単セルを複数積層してスタック構造を構築する際におけるスタック構造の薄型化に有利である。
【００７０】
図６は、燃料電池部１０ａが備え得るアルカリ形燃料電池の他の一例を示す概略断面図である。燃料電池部１０ａは、図６に示されるようなアルカリ形燃料電池２００を備えるものであってもよい。図６に示されるアルカリ形燃料電池２００は、その第１電極１０２が有する触媒層（アノード触媒層）の体積を第２電極１０３が有する触媒層（カソード触媒層）の体積より大きくして、アノード触媒層に含有されるアノード触媒の重量をカソード触媒層に含有されるカソード触媒の重量より多くしたこと以外は、図５のアルカリ形燃料電池１００と同様である。これにより、第１電極（アノード極）１０２から排出される単位時間あたりのＣＯ2ガス量を増大させることができ、その結果、膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度をより早期に低減させることができる。このことは、所定電流値Ａ以上の電流が流される時間長さ（すなわち、一定時間Ｔ2）を短くできることを意味しており、さらなる余剰電力の低減ならびに、出力および発電効率の向上に寄与する。
【００７１】
第１電極１０２が有する触媒層（アノード触媒層）の体積を第２電極１０３が有する触媒層（カソード触媒層）の体積より大きくする手段としては、アノード触媒層の面積をより大きくする、すなわち、アノード触媒層におけるアニオン伝導性電解質膜１０１側の面の面積をカソード触媒層におけるアニオン伝導電解質膜１０１側の面の面積より大きくする；アノード触媒層の厚さをカソード触媒層の厚さより大きくする；および、これらの組み合わせが挙げられる。このようなアノード触媒層の面積や厚みをより大きくすることは、アノード触媒層の耐久性向上の観点からも有利である。図６は、アノード触媒層の面積をカソード触媒層より大きくした例である。
【００７２】
図７は、燃料電池部１０ａが備え得るアルカリ形燃料電池のさらに他の一例を示す概略断面図である。図８は、図７に示されるアルカリ形燃料電池３００を構成する第２セパレータ１０５を示す概略上面図であり、第２セパレータ１０５のアニオン伝導性電解質膜１０１側表面を示したものである。また図９には、第２セパレータ１０５の表面に第２壁１１３を配置した状態を概略上面図で示している。
【００７３】
図７に示されるアルカリ形燃料電池３００は、熱媒体を流通させるための熱媒体流路１２０を有することを特徴としており、それ以外の構成は、基本的には図５のアルカリ形燃料電池１００と同様であることができる。
【００７４】
アルカリ形燃料電池３００は、アニオン伝導性電解質膜１０１、アニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面１０１ｂに積層される第１電極（アノード極）１０２、および、アニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面１０１ｂに対向する第２表面１０１ａに積層される第２電極（カソード極）１０３からなる膜電極複合体；燃料を受け入れるための燃料受容部１０６を少なくとも備える、第１電極１０２上に積層される第１セパレータ１０４；酸化剤を受け入れるための酸化剤受容部１０７を少なくとも備える、第２電極１０３上に積層される第２セパレータ１０５；ならびに、熱媒体流路１２０から主に構成される。
【００７５】
アルカリ形燃料電池３００のような、熱媒体流路を有するアルカリ形燃料電池は、温度調節器３０ａ（温度変更部）が、熱媒体を用いてアルカリ形燃料電池の加熱（好ましくは、さらに冷却）を行なうものである場合に使用される。この場合、温度調節器３０ａ（温度変更部）は、温度調節された熱媒体をアルカリ形燃料電池の熱媒体流路に供給する装置を含む。
【００７６】
以下、図面を参照しながら、アルカリ形燃料電池３００についてさらに詳細に説明すると、熱媒体流路１２０は、膜電極複合体のうちアニオン伝導性電解質膜１０１のみに熱媒体を接触させるように構成されており、具体的には、アニオン伝導性電解質膜１０１の第１電極側表面（第１表面１０１ｂ）のみに熱媒体を接触させるための第１熱媒体流路１２２、および、アニオン伝導性電解質膜１０１の第２電極側表面（第２表面１０１ａ）のみに熱媒体を接触させるための第２熱媒体流路１２１からなる〔図７参照〕。
【００７７】
このように、熱媒体が膜電極複合体のうちアニオン伝導性電解質膜１０１のみに接触、供給されるように構成された熱媒体流路１２０を備えたアルカリ形燃料電池３００によれば、電極の直近に位置するアニオン伝導性電解質膜１０１が直接、熱媒体により温度調節されるため、熱交換効率の向上を図ることができる（したがって、燃料電池が所望の温度に達するのに要する時間を短くすることができる）とともに、電極およびアニオン伝導性電解質膜１０１の温度調節の精度を向上させることができる。
【００７８】
また、膜電極複合体の電極に熱媒体が直接的に供給されることがないので、フラッディングに代表されるような電極細孔の閉塞が生じてアルカリ形燃料電池の発電効率や出力安定性が低下することを防止でき、また、電極が熱媒体中の微量不純物によって劣化するおそれもない。
【００７９】
アルカリ燃料電池３００において第１電極１０２および第２電極１０３は、アニオン伝導性電解質膜１０１、第１セパレータ１０４および第２セパレータ１０５よりも小さい面積を有しており、したがって、各電極の側方であってアニオン伝導性電解質膜１０１と各セパレータとの間に、電極が存在しない隙間（空間）を有している。第１電極１０２および第２電極１０３は、アニオン伝導性電解質膜１０１面内における位置が一致するように、アニオン伝導性電解質膜１０１表面の略中心部に積層されている。
【００８０】
第１熱媒体流路１２２は、第１セパレータ１０４とアニオン伝導性電解質膜１０１の間に介在する上述の電極が存在しない隙間（空間）の一部であって、離間して配置された２つの第１壁１１２によって挟まれた第１空間１１０を含んで構成されており、より具体的には、第１空間１１０と、第１空間１１０の直下に位置するとともに第１空間１１０に連続する第１凹部１０８とで構成されている。第１壁１１２は、第１凹部１０８の幅方向両端部に沿うように形成され〔図９と同様〕、また厚み方向に関して、第１セパレータ１０４におけるアニオン伝導性電解質膜１０１側表面からアニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面１０１ｂまで延びる。すなわち、第１空間１１０は、第１セパレータ１０４、アニオン伝導性電解質膜１０１および２つの第１壁１１２によって形成された内部空間である。これにより、第１空間１１０外への熱媒体の漏洩が防止されている。
【００８１】
第１空間１１０は、その周縁に設けられた第１壁１１２によって、電極が存在しない隙間（空間）の他の部分、ならびに、第１電極１０２および燃料受容部１０６から隔離（空間的に分離）されており、膜電極複合体のうちアニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面１０１ｂのみに接している。
【００８２】
第１凹部１０８は、第１電極１０２が存在しない領域における第１セパレータ１０４のアニオン伝導性電解質膜１０１側表面に設けられた凹部であり、燃料受容部１０６を構成する第３凹部とは独立して、かつ燃料受容部１０６を取り囲むように形成されている〔図８と同様〕。
【００８３】
同様に、第２熱媒体流路１２１は、第２セパレータ１０５とアニオン伝導性電解質膜１０１の間に介在する上述の電極が存在しない隙間（空間）の一部であって、離間して配置された２つの第２壁１１３によって挟まれた第２空間１１１を含んで構成されており、より具体的には、第２空間１１１と、第２空間１１１の直上に位置するとともに第２空間１１１に連続する第２凹部１０９とで構成されている。第２壁１１３は、第２凹部１０９の幅方向両端部に沿うように形成され〔図９参照〕、また厚み方向に関して、第２セパレータ１０５におけるアニオン伝導性電解質膜１０１側表面からアニオン伝導性電解質膜１０１の第２表面１０１ａまで延びる。すなわち、第２空間１１１は、第２セパレータ１０５、アニオン伝導性電解質膜１０１および２つの第２壁１１３によって形成された内部空間である。これにより、第２空間１１１外への熱媒体の漏洩が防止されている。
【００８４】
第２空間１１１は、その周縁に設けられた第２壁１１３によって、電極が存在しない隙間（空間）の他の部分、ならびに、第２電極１０３および酸化剤受容部１０７から隔離（空間的に分離）されており、膜電極複合体のうちアニオン伝導性電解質膜１０１の第２表面１０１ａのみに接している。
【００８５】
第２凹部１０９は、第２電極１０３が存在しない領域における第２セパレータ１０５のアニオン伝導性電解質膜１０１側表面に設けられた凹部であり、酸化剤受容部１０７を構成する第４凹部とは独立して、かつ酸化剤受容部１０７を取り囲むように形成されている〔図８参照〕。
【００８６】
アルカリ形燃料電池３００において、第１セパレータ１０４は、燃料受容部１０６を構成する第３凹部と、第１熱媒体流路１２２の一部である第１凹部１０８とをアニオン伝導性電解質膜１０１側表面に少なくとも有する部材であることができる。第２セパレータ１０５は、酸化剤受容部１０７を構成する第４凹部と、第２熱媒体流路１２１の一部である第２凹部１０９とをアニオン伝導性電解質膜１０１側表面に少なくとも有する部材であることができる。第３凹部、第４凹部はそれぞれ、第１電極１０２、第２電極１０３が積層される領域における第１セパレータ１０４、第２セパレータ１０５のアニオン伝導性電解質膜１０１側表面に設けられる。
【００８７】
第３凹部および第４凹部は、たとえば図８に示されるようなサーペンタイン状、ライン状またはその他の形状を有する１または２以上の流路溝であることができる他、槽型の比較的大面積に広がって形成された凹部などであることができる。第３凹部には、その入口側端部、出口側端部にそれぞれ、燃料供給用配管、燃料排出用配管を接続してもよい。同様に、第４凹部には、その入口側端部、出口側端部にそれぞれ、酸化剤供給用配管、酸化剤排出用配管を接続してもよい。
【００８８】
図８（第２セパレータ１０５を例示したものである）に示されるように、第１凹部１０８、第２凹部１０９はそれぞれ、燃料受容部１０６（第３凹部）、酸化剤受容部１０７（第４凹部）を取り囲むように形成された一本の流路溝であるが、これに限定されるものではなく、熱交換効率などを考慮して種々の形状を採り得る。たとえば、第１凹部１０８および第２凹部１０９は、電解質膜表面のより広い面積にわたって熱媒体を接触させることができるよう、複数の流路溝や枝分かれ状の流路溝、槽型の比較的大面積に広がって形成された凹部（溝）などであることができ、それぞれ第１セパレータ１０４、第２セパレータ１０５表面の、燃料受容部１０６、酸化剤受容部１０７を除く全領域またはほぼ全領域に形成してもよい。
【００８９】
また、たとえば図１０（第２セパレータ１０５を例示したものである）のように、第１凹部１０８および第２凹部１０９は、良好な熱交換効率や燃料電池内の温度の均一性を得るために、第１電極１０２や第２電極１０３を複数に分割するとともに、これに応じて燃料受容部１０６や酸化剤受容部１０７も複数に分割し、分割された燃料受容部１０６や酸化剤受容部１０７の間に第１凹部１０８や第２凹部１０９を配置するなどの構成を採用することにより、第１凹部１０８および第２凹部１０９が第１セパレータ１０４や第２セパレータ１０５表面のできるだけ広い面積にわたって、また面内にできるだけ均一に配置されるようにしてもよい。このような構成とすることで、熱交換量が多くなり熱交換効率を高めることができることに加え、セパレータ面内の温度均一性、ひいては、アルカリ形燃料電池内の温度の均一性を高めることができる。
【００９０】
アルカリ形燃料電池３００においても、第１セパレータ１０４および第２セパレータ１０５として、燃料受容部と酸化剤受容部とを兼ね備えたバイポーラプレートを用いてもよい。
【００９１】
第１壁１１２および第２壁１１３はそれぞれ、熱媒体流路の一部である第１空間１１０、第２空間１１１を、上述の電極が存在しない隙間（空間）の他の部分、ならびに、電極および燃料／酸化剤受容部から隔離する壁であり、厚み方向に関して、セパレータのアニオン伝導性電解質膜１０１側表面からアニオン伝導性電解質膜１０１表面まで延びている。
【００９２】
第１壁１１２および第２壁１１３はそれぞれ、第１凹部１０８、第２凹部１０９と略平行に、該凹部の幅方向両端部に沿うように形成される〔図９参照〕。第１壁１１２および第２壁１１３は、第１空間１１０、第２空間１１１以外の、電極が存在しない隙間（空間）のすべてを覆うように形成してもよく、その場合、アルカリ形燃料電池の第１セパレータと、第２セパレータとを締結部材等で締結した際に、応力が均等化され、安定性が向上する。第１セパレータ−第２セパレータ間の締結は、ネジやボルト・ナットなどの締結部材を用いて行なうことができる。
【００９３】
また、第１壁１１２および第２壁１１３はそれぞれ、第１凹部１０８、第２凹部１０９と略平行に、該凹部の幅方向両端部に沿うように形成された溝に、その一部を嵌め込むように配置してもよい。このような構成によれば、アルカリ形燃料電池組立時の第１壁、第２壁の位置決めが容易になり、生産性が向上する。また、第１壁、第２壁の位置ズレを防止することができるため、信頼性の高いアルカリ形燃料電池を提供できることができる。
【００９４】
第１壁１１２および第２壁１１３の材質は、熱媒体に対して耐性を有し、かつ熱媒体不透過性である限り特に制限されず、たとえば、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、四フッ化エチレンプロピレンゴム、四フッ化エチレンパーフルオロメチルビニリデン系ゴム等の弾性体；テトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンに代表される熱可塑性樹脂、ステンレスに代表される金属または合金等の非弾性体などを挙げることができる。
【００９５】
なかでも、第１壁１１２および第２壁１１３は弾性体からなることが好ましい。各セパレータとアニオン伝導性電解質膜１０１との間に介在され、熱媒体流路空間の一部を形成する隔離壁として弾性壁を用いることにより、燃料電池の厚み方向に圧力を加えることによる弾性壁の変形を利用して、弾性壁と各セパレータおよびアニオン伝導性電解質膜１０１とを良好に面接触させることができる。これにより、これら界面のシール性を向上させることができ、電極、さらには燃料受容部１０６／酸化剤受容部１０７への熱媒体の漏洩をより確実に防止することができる。
【００９６】
また、弾性壁を用いることにより、弾性壁とセパレータおよびアニオン伝導性電解質膜１０１との界面の良好なシール性、ならびに、電極とセパレータとの間の接触抵抗の十分な低減効果を得るために、第１セパレータ−第２セパレータ間を締結することにより燃料電池の厚み方向に十分な圧力を加えた場合においても、該圧力により弾性壁が適度に潰れ反発力を生じるので、電極の過度の潰れおよびこれに伴う細孔閉塞による物質拡散抵抗の増大を有効に防止することができる。
【００９７】
熱媒体としては、空気、水蒸気、クロロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン等の気体；水、水溶液、油、エチレングリコール等の液体など公知の熱媒体を用いることができるが、熱容量が高く効率的な熱交換が可能であること、および、取扱い性の観点から液体を用いることが好ましく、水または水溶液を用いることがより好ましい。
【００９８】
また、水または水溶液を熱媒体として用いると、アニオン伝導性電解質膜１０１を直接加湿することができるとともに、アニオン伝導性電解質膜１０１を介して第２電極（カソード極）１０３に水分を供給することができるため、従来必要であった燃料および／または酸化剤を加湿するための加湿器を省略することが可能となり、燃料電池システムの小型化に有利である。また、アニオン伝導性電解質膜１０１の加湿により、発電効率および起動性（発電開始から所望の出力を得るために要する時間）を向上させることができる。
【００９９】
以上、熱媒体流路を有するアルカリ形燃料電池として、セパレータ表面に形成された凹部（第１凹部１０８および第２凹部１０９）を熱媒体流路の一部とするアルカリ形燃料電池３００について説明したが、これに限定されるものではなく、熱媒体流路はセパレータ内部に形成されていてもよく、あるいはセパレータとは異なる箇所に設けられてもよい（アルカリ形燃料電池に熱媒体流路を別途付設する等）。
【０１００】
アルカリ形燃料電池の第１電極（アノード極）に供給される燃料としては、たとえばＨ2ガス、炭化水素ガス、メタノール等のアルコール、アンモニアガスなどを用いることができ、なかでもＨ2ガスを用いることが好ましい。第２電極（カソード極）に供給される酸化剤としては、たとえばＯ2ガスや、空気等のＯ2を含むガスなどを用いることができ、なかでも空気が好ましく用いられる。燃料および／または酸化剤は加湿されていてもよい。
【０１０１】
上述のように、燃料電池部１０ａとして、たとえばアルカリ形燃料電池３００のような熱媒体流路を有するアルカリ形燃料電池を用いる場合、温度調節器３０ａ（温度変更部）は、温度調節された熱媒体をアルカリ形燃料電池の熱媒体流路に供給する装置を含む。このような温度調節器３０ａとしては、たとえば、アルカリ形燃料電池の熱媒体流路に接続され、該熱媒体流路とともに熱媒体を循環させるための循環流路を形成する接続流路（図７〜１０における接続流路１３０）と、該循環流路内に熱媒体を循環させる循環装置（循環ポンプ等）と、循環流路内の熱媒体との間での熱交換により、熱媒体の温度調節を行なう熱交換装置とを有するものを挙げることができる。熱交換装置は、たとえば、アルカリ形燃料電池の熱媒体流路に供給される熱媒体とは別の熱媒体（第２熱媒体）を収容する槽や、接続流路の周囲に設けられ、第２熱媒体を流通させるジャケットなどであることができる。
【０１０２】
本発明の制御装置および燃料電池システムは、以上に示した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、上記の実施形態においては、アルカリ形燃料電池の温度を所定温度Ｘ以上の温度に上昇させる際、少なくとも第１電極および第２電極の双方（たとえばアルカリ形燃料電池全体）の温度を所定温度Ｘ以上にするようにしているが、温度調節器３０ａ（温度変更部）として、いずれか一方の電極の温度を変更できるものを使用することにより、当該いずれか一方の電極のみを所定温度Ｘ以上の温度まで上昇させ、他方の温度を上記直前温度またはその付近に維持するようにしてもよい。
【０１０３】
上記の場合において、所定温度Ｘ以上の温度まで上昇させる電極はアノード極であり、上記直前温度またはその付近に維持される電極はカソード極であることがとりわけ好ましい。これにより、ＯＨ-アニオンを生成し、ＯＨ-アニオン濃度が高くなる傾向にある電極であるカソード極が高い温度下におかれることによって触媒層の電解質が劣化することを抑制しつつ、アノード極から排出される単位時間あたりのＣＯ2ガス量を増大させることができ、もって膜電極複合体中のＣＯ2由来アニオン濃度を早期に低減させることができる。
【０１０４】
いずれか一方の電極の温度のみを変更する手段としては、たとえば、当該電極に積層するセパレータのみに熱媒体流路を設け、該熱媒体流路に熱媒体を供給する装置を含む温度変更部（温度調節器）を用いることや、当該電極のみに接続された加熱冷却装置または加熱装置からなる温度変更部（温度調節器）を用いることなどが挙げられる。
【０１０５】
また、検出部２０は、「アルカリ形燃料電池の状態」として、上述の〔ｂ〕〜〔ｅ〕のいずれかを検出するものであってもよく、このような場合においても同様の効果を奏し得る。
【０１０６】
「アルカリ形燃料電池の状態」として、〔ｂ〕アニオン伝導性電解質膜中のＣＯ2由来アニオン濃度（またはこのうちのＣＯ32-濃度）を検出する場合においては、当該濃度を検出部２０により常時または一定時間おきに検出し、当該濃度が所定の濃度を超えていると判断された場合、制御部５０は、燃料電池部１０が発電を行なっているかに関わらず、アルカリ形燃料電池の温度を上昇させることにより該温度が所定温度Ｘ以上になるように温度変更部３０を制御するとともに、該所定温度Ｘ以上の温度下において、膜電極複合体に所定電流値Ａ以上の電流が一定時間流れるよう電流値変更部４０を制御する。
【０１０７】
「アルカリ形燃料電池の状態」として、〔ｃ〕アニオン伝導性電解質膜のｐＨを検出する場合においては、当該ｐＨを検出部２０（アニオン伝導性電解質膜に接触させたｐＨメータ）により常時または一定時間おきに検出し、当該ｐＨが所定のｐＨを下回っていると判断された場合、制御部５０は上記のような制御を行なう。
【０１０８】
「アルカリ形燃料電池の状態」として、〔ｄ〕アニオン伝導性電解質膜の抵抗値を検出する場合においては、当該抵抗値を検出部２０により、カレントインタラプト測定またはインピーダンス測定などの方法で常時または一定時間おきに検出し、当該抵抗値が所定の抵抗値を超えていると判断された場合、制御部５０は上記のような制御を行なう。
【０１０９】
「アルカリ形燃料電池の状態」として、〔ｅ〕アルカリ形燃料電池の出力電圧値を検出する場合においては、当該電圧値を検出部２０（膜電極複合体に接続した電圧計）により常時または一定時間おきに検出し、得られる電圧／電流特性が所定の電圧／電流特性を下回っている（所定の電圧／電流特性より劣っている）と判断された場合、制御部５０は上記のような制御を行なう。
【実施例】
【０１１０】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１１１】
〔制御装置および燃料電池システムの作製〕
＜実施例１＞
以下の手順で、図７と同様の構成のアルカリ形燃料電池を作製し、これを用いて、図４と同様の構成を有する制御装置および燃料電池システムを作製した。
【０１１２】
（１）膜電極複合体の作製
芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体をクロロメチル化した後、アミノ化することにより、触媒層用のアニオン伝導性固体高分子電解質を得た。これをテトラヒドロフランに添加することにより、５重量％アニオン伝導性固体高分子電解質溶液を得た。
【０１１３】
Ｐｔ担持量が５０重量％のＰｔ／Ｃである触媒担持カーボン粒子（田中貴金属社製「ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ」）と、上記で得られた電解質溶液とを、重量比で２／０．２となるように混合し、さらにイオン交換水およびエタノールを添加することにより、アノード触媒層用の触媒ペーストを調製した。
【０１１４】
同様に、Ｐｔ担持量が５０重量％のＰｔ／Ｃである触媒担持カーボン粒子（田中貴金属社製「ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ」）と、上記で得られた電解質溶液とを、重量比で２／０．２となるように混合し、さらにイオン交換水およびエタノールを添加することにより、カソード触媒層用の触媒ペーストを調製した。
【０１１５】
次に、アノードガス拡散層としてカーボンペーパー（東レ社製「ＴＧＰ−Ｈ−０６０」、厚み約１９０μｍ）を縦２２．３ｍｍ×横２２．３ｍｍのサイズに切り出し、そのアノードガス拡散層の一方の面に、上記のアノード触媒層用の触媒ペーストを触媒量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるように、縦２２．３ｍｍ×横２２．３ｍｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、室温にて乾燥させることにより、アノードガス拡散層であるカーボンペーパーの片面の全面にアノード触媒層が形成されたアノード極（第１電極）１０２を作製した。得られたアノード極１０２の厚みは約２００μｍであった。
【０１１６】
同様に、カソードガス拡散層としてカーボンペーパー（東レ社製「ＴＧＰ−Ｈ−０６０」、厚み約１９０μｍ）を縦２２．３ｍｍ×横２２．３ｍｍのサイズに切り出し、そのカソードガス拡散層の一方の面に、上記のカソード触媒層用の触媒ペーストを触媒量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるように、縦２２．３ｍｍ×横２２．３ｍｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、室温にて乾燥させることにより、カソードガス拡散層であるカーボンペーパーの片面の全面にカソード触媒層が形成されたカソード極（第２電極）１０３を作製した。得られたカソード極１０３の厚みは約２００μｍであった。
【０１１７】
次に、縦９０ｍｍ×横９０ｍｍのサイズに切り出したフッ素樹脂系高分子電解質（旭化成社製「アシプレックス」）をアニオン伝導性電解質膜１０１として用い、上記アノード極１０２と電解質膜１０１と上記カソード極１０３をこの順で、それぞれの触媒層が電解質膜１０１に対向するように重ね合わせた後、１３０℃、１０ｋＮで２分間の熱圧着を行なうことにより、アノード極１０２およびカソード極１０３を電解質膜１０１に接合し、膜電極複合体を得た。上記重ね合わせは、アノード極１０２とカソード極１０３の電解質膜１０１の面内における位置が一致するように、かつアノード極１０２と電解質膜１０１とカソード極１０３の中心が一致するように行なった。
【０１１８】
（２）アルカリ形燃料電池の作製
外形が縦９０ｍｍ×横９０ｍｍ×厚み２０ｍｍであり、一方の表面に図８に示されるような流路溝（図７における燃料受容部１０６および第１凹部１０８、または、酸化剤受容部１０７および第２凹部１０９）が形成されたカーボン材料からなる部材を２つ用意し、これらをそれぞれ、集電機能を有する第１セパレータ１０４、第２セパレータ１０２とした。第１セパレータ１０４が有する燃料受容部１０６および第２セパレータ１０５が有する酸化剤受容部１０７は、図８に示されるようなサーペンタイン状の流路溝である（流路の幅８００μｍ、深さ８００μｍ）。燃料受容部１０６および酸化剤受容部１０７が形成されている領域はそれぞれ、第１セパレータ１０４、第２セパレータ１０５の中心であり、そのサイズは縦２２．３ｍｍ×横２２．３ｍｍである。また、第１凹部１０８および第２凹部１０９は幅８００μｍ、深さ８００μｍであり、それぞれ燃料受容部１０６、酸化剤受容部１０７の周囲を取り囲むように形成されている。第１セパレータ１０４には、検出部２０ａを構成する温度センサ（熱電対）を挿入するための穴が形成されている。
【０１１９】
第１壁１１２、第２壁１１３として、それぞれ、図９に示されるような２つの四フッ化エチレンプロピレンゴムシート（厚み１８０μｍ）を用い、これらを第１セパレータ１０４、第２セパレータ１０５の図９に示されるような位置に配置した。
【０１２０】
ついで、上記（１）で得られた膜電極複合体のアノードガス拡散層上に、溝形成面がアノードガス拡散層に対向するように、かつ第１壁１１２，１１２間の第１空間１１０が第１凹部１０８の直上に配置されるように（アノード極１０２が燃料受容部１０６の直上に配置されるように）第１セパレータ１０４を積層するとともに、カソードガス拡散層上に、溝形成面がカソードガス拡散層に対向するように、かつ第２壁１１３，１１３間の第２空間１１１が第２凹部１０９の直下に配置されるように（カソード極１０３が酸化剤受容部１０７の直下に配置されるように）第２セパレータ１０５を積層し、これらをボルトおよびナットを用いて締結することにより、アルカリ形燃料電池を得た。
【０１２１】
（３）制御装置および燃料電池システムの作製
図４と同様の構成を有する制御装置を作製し、上記で作製したアルカリ形燃料電池を燃料電池部１０ａとして用いて、燃料電池システムを作製した。具体的には次のとおりである。
【０１２２】
燃料供給用配管を第１セパレータ１０４の燃料受容部１０６に燃料を供給できるように接続するとともに、酸化剤供給用配管を第２セパレータ１０５の燃料受容部１０７に酸化剤を供給できるように接続した。また、検出部２０ａおよび電子負荷装置４０ａとしての充放電バッテリシステム（菊水電気工業株式会社製「ＰＦＸ２０１１」、電流計、電圧計および電子負荷装置を一体として備えている）を燃料電池部１０ａの第１セパレータ１０４および第２セパレータ１０５に接続するとともに、第１セパレータ１０４の温度センサ取り付け用穴に検出部２０ａとしての熱電対を挿入した。この検出部２０ａは、単位時間Ｔ0内における、膜電極複合体のアノード極−カソード極間）に所定電流値Ａ以上の電流が流れた時間Ｔ1の割合Ｔ1／Ｔ0を検出するものである。
【０１２３】
また、温度調節器３０ａとして、アルカリ形燃料電池の熱媒体流路（第１セパレータ１０４および第２セパレータ１０５双方の熱媒体流路）の入口端部および出口端部にＳＵＳ製配管を接続して、熱媒体を流通させるための循環流路を構築した。該循環流路には、熱媒体を循環させるダブルプランジャーポンプを介在させた。ＳＵＳ配管の一部を、温度調節可能なオイルバスに浸漬させ、熱媒体の温度制御を可能とした。
【０１２４】
さらに、制御部５０ａとしてのパーソナルコンピュータ〔時間測定手段（タイマー）および電流値および時間Ｔ0、Ｔ1を記憶する記憶手段（メモリ）を備えている。〕を充放電バッテリシステム、熱電対および温度調節器３０ａを構成するオイルバスに接続して検出結果を受信可能にするとともに、該検出結果に基づき充放電バッテリシステムに制御情報を送信可能とした。
【０１２５】
〔アルカリ形燃料電池の発電効率の評価〕
（１）５０℃の環境下に置かれ、単位時間Ｔ0＝１４分、時間割合ＷT（＝Ｔ1／Ｔ0）＝１０％、所定電流値Ａ＝６００ｍＡ／ｃｍ2、所定電流値Ａの電流を流す時間Ｔ2を６分、所定温度Ｘ＝５５℃（アノード極側、カソード極側双方）に設定した実施例１の制御装置（燃料電池システム）において、加湿したＨ2ガス（相対湿度９５％）を、アルカリ形燃料電池の燃料受容部１０６に２００ｍＬ／分の流量で供給するとともに、加湿した酸素ガス（相対湿度９５％）を、酸化剤受容部１０７に５００ｍＬ／分の流量で供給しながら、燃料電池部１０ａ（アルカリ形燃料電池）の発電を停止（電流値０ｍＡ／ｃｍ2）しておくことにより、電流値０ｍＡ／ｃｍ2（１４分間、５０℃）→電流値０ｍＡ／ｃｍ2（２分間、５０℃から５５℃まで昇温）→電流値６００ｍＡ／ｃｍ2（６分間、５５℃）→電流値０ｍＡ／ｃｍ2（２分間、５５℃から５０℃へ降温）→電流値０ｍＡ／ｃｍ2（１４分間、５０℃）→・・・という温度および電流値パターンで、膜電極複合体に間欠的に６００ｍＡ／ｃｍ2の電流を強制的に流した。
【０１２６】
このようなパターンでの電流取り出しは、制御部５０ａによる時間割合ＷT＝０との判断に基づくものである。上記のようなパターンでの電流取り出しを２時間行なった後、２００ｍＡ／ｃｍ2の電流を取り出したところ、５０％の発電効率が得られるまでの時間は４分であった。なお、電流値はいずれもアノード極−カソード極間に流れる電流量を、カソード極の電解質膜への投影面積で割った値である。
【０１２７】
発電効率は、充放電バッテリシステムが備える電圧計によって計測された実電圧値（出力電圧値）に基づき、下記式：
発電効率＝実電圧値／１．２３
により算出した。
【０１２８】
（２）次に、所定電流値Ａ＝７００ｍＡ／ｃｍ2に設定を変更し、加湿したＨ2ガス（相対湿度９５％）を、アルカリ形燃料電池の燃料受容部１０６に２００ｍＬ／分の流量で供給するとともに、加湿した酸素ガス（相対湿度９５％）を、酸化剤受容部１０７に５００ｍＬ／分の流量で供給しながら、燃料電池部１０ａ（アルカリ形燃料電池）の発電を停止（電流値０ｍＡ／ｃｍ2）しておくことにより、電流値０ｍＡ／ｃｍ2（１４分間、５０℃）→電流値０ｍＡ／ｃｍ2（２分間、５０℃から５５℃まで昇温）→電流値７００ｍＡ／ｃｍ2（６分間、５５℃）→電流値０ｍＡ／ｃｍ2（２分間、５５℃から５０℃へ降温）→電流値０ｍＡ／ｃｍ2（１４分間、５０℃）→・・・という温度および電流値パターンで、膜電極複合体に間欠的に７００ｍＡ／ｃｍ2の電流を強制的に流した。
【０１２９】
上記のようなパターンでの電流取り出しを２時間行なった後、２００ｍＡ／ｃｍ2の電流を取り出したところ、５０％の発電効率が得られるまでの時間は３分であった。
【０１３０】
＜実施例２＞
第２凹部１０９を有する第２セパレータ１０５の代わりに、該凹部を有しないセパレータを用い、第２壁１１３の設置を省略したこと以外は実施例１と同様にしてアルカリ形燃料電池を作製し、これを用いて実施例１と同様にして燃料電池システムを作製した。
【０１３１】
上記実施例１の（１）と同様にして発電効率を評価したところ（ただし、５５℃まで昇温されるのはアノード極側のみである）、５０％の発電効率が得られるまでの時間は４分であった。
【０１３２】
＜比較例１＞
温度調節器３０ａを有していないこと以外は実施例１と同様にして燃料電池システムを作製した。
【０１３３】
５０℃の環境下に置かれ、単位時間Ｔ0＝１４分、時間割合ＷT（＝Ｔ1／Ｔ0）＝１０％、所定電流値Ａ＝５００ｍＡ／ｃｍ2、所定電流値Ａの電流を流す時間Ｔ2を６分に設定した比較例１の制御装置（燃料電池システム）において、加湿したＨ2ガス（相対湿度９５％）を、アルカリ形燃料電池の燃料受容部１０６に２００ｍＬ／分の流量で供給するとともに、加湿した酸素ガス（相対湿度９５％）を、酸化剤受容部１０７に５００ｍＬ／分の流量で供給しながら、燃料電池部１０ａ（アルカリ形燃料電池）の発電を停止（電流値０ｍＡ／ｃｍ2）しておくことにより、電流値０ｍＡ／ｃｍ2（１４分間、５０℃）→電流値５００ｍＡ／ｃｍ2（６分間、５０℃）→電流値０ｍＡ／ｃｍ2（１４分間、５０℃）→・・・という温度および電流値パターンで、膜電極複合体に間欠的に５００ｍＡ／ｃｍ2の電流を強制的に流した。
【０１３４】
上記のようなパターンでの電流取り出しを２時間行なった後、２００ｍＡ／ｃｍ2の電流を取り出したところ、５０％の発電効率が得られるまでの時間は８分であった。
【符号の説明】
【０１３５】
１０，１０ａ  燃料電池部、２０，２０ａ  検出部、３０  温度変更部、３０ａ  温度調節器、４０  電流値変更部、４０ａ  電子負荷装置、５０，５０ａ  制御部、１００，２００，３００  アルカリ形燃料電池、１０１  アニオン伝導性電解質膜、１０１ａ  第２表面、１０１ｂ  第１表面、１０２  第１電極、１０３  第２電極、１０４  第１セパレータ、１０５  第２セパレータ、１０６  燃料受容部、１０７  酸化剤受容部、１０８  第１凹部、１０９  第２凹部、１１０  第１空間、１１１  第２空間、１１２  第１壁、１１３  第２壁、１２０  熱媒体流路、１２１  第２熱媒体流路、１２２  第１熱媒体流路、１３０  接続流路、１５０  ガスケット。
【図１】
2013045701.tif 000003
【図２】
2013045701.tif 000004
【図３】
2013045701.tif 000005
【図４】
2013045701.tif 000006
【図５】
2013045701.tif 000007
【図６】
2013045701.tif 000008
【図７】
2013045701.tif 000009
【図８】
2013045701.tif 000010
【図９】
2013045701.tif 000011
【図１０】
2013045701.tif 000012