(57)【要約】【課題】コスト上昇を抑えつつ、電解質膜の塑性変形の改善を図った燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１００は、高分子を含む電解質膜１４と、前記電解質膜を互いの間に挟むアノード１５およびカソード１６とを有する膜−電極接合体が積層されたセルスタック１１を備え、アノードガスとカソードガスとを用いて発電を行う燃料電池１０と、前記アノードガスが前記アノードへ流通する第１供給流路２０と、前記カソードガスが前記カソードへ流通する第２供給流路３０と、前記電解質膜を加熱する加熱器４０と、制御器５０と、を備え、前記制御器は、前記加熱器を制御して、前記高分子のガラス転移温度以上かつ分解温度未満で前記電解質膜を加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子を含む電解質膜と、前記電解質膜を互いの間に挟むアノードおよびカソードとを有する膜−電極接合体を含む複数のセルが積層されたセルスタックを備え、各セルのアノードおよびカソードにそれぞれアノードガスおよびカソードガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記電解質膜を加熱する加熱器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記加熱器を制御して、前記高分子のガラス転移温度以上かつ分解温度未満の温度で前記電解質膜を加熱する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記燃料電池システムの運転時に、前記加熱器を制御して、前記電解質膜を加熱する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池システムの起動回数および停止回数のいずれか一方の回数を記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御器は、前記回数が所定回数に達するとき、前記加熱器を制御して、前記電解質膜を加熱する、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記カソードから排出されるカソードオフガスの水素濃度を検知する水素検知器をさらに備え、
前記制御器は、前記水素濃度が所定濃度以上になったとき、前記加熱器を制御して、前記電解質膜を加熱する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御器は、前記燃料電池システムの停止後所定時間以内に、前記加熱器を制御して、前記電解質膜を加熱する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記加熱器は電熱ヒーターである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記セルは、前記膜−電極接合体を互いの間に挟む一対のセパレータをさらに備え、
前記加熱器は前記セパレータに当接または近接している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池のアノードガス入口へアノードガスを供給するために第１供給流路と、
前記燃料電池のカソードガス入口へカソードガスを供給するための第２供給流路と、をさらに備え、
前記加熱器が前記第１供給流路および前記第２供給流路の少なくともいずれか一方の供給流路に設けられる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池へ冷却水が流通する第３供給流路と、
前記第３供給流路の開放および遮断する弁と、をさらに備え、
前記制御器は、前記加熱器を作動させるとき、前記弁を制御して、前記第３供給流路を遮断する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
高分子を含む電解質膜と、前記電解質膜を互いの間に挟むアノードおよびカソードとを有する膜−電極接合体が積層されたセルスタックとを備え、各セルのアノードおよびカソードにそれぞれアノードガスおよびカソードガスが供給されて発電する燃料電池を備えている燃料電池システムのメンテナンス方法であって、
前記燃料電池から取り出された前記セルスタックを前記高分子のガラス転移温度以上かつ分解温度未満の温度で加熱する、燃料電池セルスタックのメンテナンス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよびそのメンテナンス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質膜を用いた燃料電池システムとして、たとえば、特許文献１に示す燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムでは、所定以上の温度で収縮する熱収縮部材により電解質膜の外縁部が固定されている。そして、電解質膜の塑性変形の程度を示す指標値が所定値に達すると、熱収縮部材を加熱して収縮させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−５４１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示す燃料電池システムでは、コスト、および、電解質膜の塑性変形の改善の観点から、未だ改善の余地があった。本発明は、コスト上昇を抑えつつ、電解質膜の塑性変形の改善を図った燃料電池システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様に係る燃料電池システムは、高分子を含む電解質膜と、前記電解質膜を互いの間に挟むアノードおよびカソードとを有する膜−電極接合体を含む複数のセルが積層されたセルスタックを備え、各セルのアノードおよびカソードにそれぞれアノードガスおよびカソードガスが供給されて発電する燃料電池と、前記電解質膜を加熱する加熱器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記加熱器を制御して、前記高分子のガラス転移温度以上かつ分解温度未満の温度で前記電解質膜を加熱する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、燃料電池システムおよびそのメンテナンス方法において、コスト上昇を抑えつつ、電解質膜の塑性変形の改善が可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の燃料電池システムのメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を概略的に示す図である。
【図４】図３の燃料電池システムのメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態３に係る燃料電池システムの構成を概略的に示す図である。
【図６】図５の燃料電池システムのメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態４に係る燃料電池システムの構成を概略的に示す図である。
【図８】図７の燃料電池システムのメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態５に係る燃料電池システムのメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態６に係る燃料電池システムの構成を概略的に示す図である。
【図１１】実施の形態７に係る燃料電池システムの構成を概略的に示す図である。
【図１２】実施の形態８に係る燃料電池システムの構成を概略的に示す図である。
【図１３】図１２の燃料電池システムのメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（本発明の基礎となる知見）
本発明者等は、燃料電池システムにおいて、コスト上昇を抑えつつ、電解質膜の塑性変形の改善を図ることについて検討を重ねた。その結果、本発明者らは従来技術には下記のような問題があることを見出した。
【０００９】
特許文献１の燃料電池システムでは、熱収縮部材を電解質膜の外縁部に固定している。このため、熱収縮部材を別途、燃料電池システムに備える必要があり、その部品コストおよび固定コストが嵩んでしまう。
【００１０】
また、電解質膜の塑性変形を検知すると、熱収縮部材を加熱している。これにより、熱収縮部材は、収縮し、電解質膜に外縁部に向けた張力を生じさせている。しかしながら、塑性変形によって電解質膜の緩みが既に生じている。このため、このような塑性変形した電解質膜を熱収縮部材により熱収縮部材側に引っ張っても、その塑性変形を改善することは難しかった。
【００１１】
そこで、鋭意検討した結果、長時間の運転で劣化した膜に再び加熱を施すことで、膜の強度および伸びが回復することを見出した。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、コスト上昇を抑えつつ、電解質膜の塑性変形の改善を図った燃料電池システムである。
【００１３】
（実施の形態）
本発明の実施の第１の態様に係る燃料電池システムは、高分子を含む電解質膜と、前記電解質膜を互いの間に挟むアノードおよびカソードとを有する膜−電極接合体を含む複数のセルが積層されたセルスタックを備え、各セルのアノードおよびカソードにそれぞれアノードガスおよびカソードガスが供給されて発電する燃料電池と、前記電解質膜を加熱する加熱器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記加熱器を制御して、前記高分子のガラス転移温度以上かつ分解温度未満の温度で前記電解質膜を加熱する。
【００１４】
かかる構成では、電解質膜の高分子のガラス転移温度以上で電解質膜を加熱することにより、弱まっていた親水部および疎水部の結合が強められるため、電解質膜の強度および伸縮性を回復させることができる。また、電解質膜の高分子の分解温度未満で電解質膜を加熱することにより、電解質膜の熱による劣化を防止することができる。
【００１５】
本発明の実施の第２の態様に係る燃料電池システムでは、第１の態様において、前記制御器は、前記燃料電池システムの運転時に、前記加熱器を制御して、前記電解質膜を加熱してもよい。
【００１６】
かかる構成では、燃料電池システムの運転時は燃料電池の発電により発生する熱によって電解質膜が昇温しているため、加熱器により電解質膜を加熱するための熱量を抑えることができる。
【００１７】
本発明の実施の第３の態様に係る燃料電池システムは、第１または第２の態様において、前記燃料電池システムの起動回数および停止回数のいずれか一方の回数を記憶する記憶部をさらに備え、前記制御器は、前記回数が所定回数に達するとき、前記加熱器を制御して、前記電解質膜を加熱してもよい。
【００１８】
かかる構成では、電解質膜を加熱することで燃料電池システムの起動および停止により弱まっていた親水部および疎水部の結合が強められるため、電解質膜の強度および伸縮性を回復させることができる。
【００１９】
本発明の実施の第４の態様に係る燃料電池システムは、第１〜第３のいずれかの態様において、前記カソードから排出されるカソードオフガスの水素濃度を検知する水素検知器をさらに備え、前記制御器は、前記水素濃度が所定濃度以上になったとき、前記加熱器を制御して、前記電解質膜を加熱してもよい。
【００２０】
かかる構成では、水素ガスのクロスリークを検知することにより、電解質膜の機械劣化を正確に検知することができる。このため、電解質膜の強度および伸びの回復が必要とされる的確なタイミングで電解質膜を加熱することができる。
【００２１】
本発明の実施の第５の態様に係る燃料電池システムでは、第１〜第４のいずれかの態様において、前記制御器は、前記燃料電池システムの停止後所定時間以内に、前記加熱器を制御して、前記電解質膜を加熱してもよい。
【００２２】
かかる構成では、燃料電池システムの停止後の所定時間以内で電解質膜に熱量が残っているときに電解質膜を加熱することで、電解質膜をガラス転移温度以上かつ分解温度未満に加熱するための熱量および時間を抑制することができる。
【００２３】
本発明の実施の第６の態様に係る燃料電池システムでは、第１〜第５のいずれかの態様において、前記加熱器は電熱ヒーターであってもよい。
【００２４】
かかる構成では、電熱ヒーターは小型であって柔軟性を有するため、燃料電池システム１００のサイズを大きくすることなく、電解質膜を加熱することができる位置に加熱器を配置することができる。
【００２５】
本発明の実施の第７の態様に係る燃料電池システムでは、第１〜第６のいずれかの態様において、前記セルは、前記膜−電極接合体を互いの間に挟む一対のセパレータをさらに備え、前記加熱器は前記セパレータに当接または近接していてもよい。
【００２６】
かかる構成では、セパレータの熱が電解質膜に伝わることにより、電解質膜をより均一かつ迅速に加熱することができる。
【００２７】
本発明の実施の第８の態様に係る燃料電池システムは、第１〜第７のいずれかの態様において、前記燃料電池のアノードガス入口へアノードガスを供給するための第１供給流路と、前記燃料電池のカソードガス入口へカソードガスを供給するための第２供給流路と、をさらに備え、前記加熱器が前記第１供給流路および前記第２供給流路の少なくともいずれか一方の供給流路に設けられていてもよい。
【００２８】
かかる構成では、加熱器を容易に配置することができ、また、電解質膜を均一に加熱することができる。
【００２９】
本発明の実施の第９の態様に係る燃料電池システムは、第１〜第８のいずれかの態様において、前記燃料電池へ冷却水が流通する第３供給流路と、前記第３供給流路の開放および遮断する弁と、をさらに備え、前記制御器は、前記加熱器を作動させるとき、前記弁を制御して、前記第３供給流路を遮断してもよい。
【００３０】
かかる構成では、冷却水による電解質膜を冷却する能力が低減するため、加熱器による加熱時間および加熱量を抑制し、短時間かつ効率的に電解質膜を回復することができる。
【００３１】
本発明の実施の第１０の態様に係る燃料電池システムのメンテナンス方法は、高分子を含む電解質膜と、前記電解質膜を互いの間に挟むアノードおよびカソードとを有する膜−電極接合体が積層されたセルスタックとを備え、各セルのアノードおよびカソードにそれぞれアノードガスおよびカソードガスが供給されて発電する燃料電池を備えている燃料電池システムのメンテナンス方法であって、前記燃料電池から取り出された前記セルスタックを前記高分子のガラス転移温度以上かつ分解温度未満の温度で加熱する。
【００３２】
かかる構成では、燃料電池から取り出されたセルスタックを高分子のガラス転移温度以上かつ分解温度未満で加熱する。これによりセルスタック内の電解質膜がガラス転移温度以上かつ分解温度未満で加熱されるため、電解質膜の強度および伸縮性を回復させることができる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００３４】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る燃料電池システム１００の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００の構成を概略的に示す図である。燃料電池システム１００は、燃料電池１０、加熱器４０および制御器５０を備えている。さらに、燃料電池システム１００は、第１供給流路２０、第２供給流路３０および温度検知器６０を備えていてもよい。
【００３５】
燃料電池１０は、アノードガスとカソードガスとを用いて発電を行う装置である。燃料電池１０は、複数のセルが積層されたセルスタック１１を備えている。セルスタック１１は、複数の燃料セルを直列に接続して形成されている。なお、燃料電池１０は、複数のセルスタック１１を並列に接続して構成されていてもよい。
【００３６】
セルは、膜−電極接合体（Membrane Electrode Assembly）、一対のセパレータ１２、および、ガスケット１３を備えている。膜−電極接合体は、高分子を含む電解質膜１４と、電解質膜１４を互いの間に挟むアノード１５およびカソード１６とを有している。
【００３７】
電解質膜１４は、ガラス転移温度（Ｔｇ）および分解温度（Ｔｍ）を有する固体高分子材料で形成されており、好ましくは、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す材料で形成されている。電解質膜１４は、たとえば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜が用いられる。この分子構造は、たとえば、ＣＦ２−を由来とする高分子骨格である疎水部と、末端基のスルホン酸を含む親水部とを有している。イオン交換膜と一例しては、Ｎａｆｉｏｎ（デュポン社の登録商標）の膜が挙げられる。電解質膜１４は、たとえば、長方形状の主面を有し、この主面に直交する方向の厚みが薄い膜である。電解質膜１４のガラス転移温度（Ｔｇ）および分解温度（Ｔｍ）は、たとえば、ＤＭＡ（Dynamic Mechanical Analysis）およびＤＳＣ（Differential Scanning Calorimetry）などの熱分析により測定され得る。なお、電解質膜１４のガラス転移温度（Ｔｇ）は、燃料電池１０の運転温度よりも高い。
【００３８】
アノード１５およびカソード１６は、それぞれ、導電性を有する担体上に触媒を担持させた電極である。これらは、たとえば、長方形状の主面を有し、この主面に直交する方向の厚みが薄い膜である。これらは、触媒層１５ａ、１６ａおよびガス拡散層１５ｂ、１６ｂにより形成されている。
【００３９】
アノード１５の触媒層１５ａは電解質膜１４の一方の主面上に設けられ、カソード１６の触媒層１６ａは電解質膜１４の他方の主面上に設けられている。アノード１５およびカソード１６の各触媒層１５ａ、１６ａは、たとえば、それぞれ、白金触媒を担持したカーボン粒子と、電解質膜１４を構成する高分子電解質と同質の電解質とにより形成されている。
【００４０】
アノード１５およびカソード１６の各ガス拡散層１５ｂ、１６ｂは、ガス透過性を有する導電性部材で形成されている。このガス拡散層１５ｂ、１６ｂとして、たとえば、カーボンペーパー、カーボンクロス、金属メッシュ、または、発泡金属などが用いられる。アノード１５のガス拡散層１５ｂは、供給されたアノードガスを拡散してアノード１５の触媒層１５ａに供給する。カソード１６のガス拡散層１６ｂは、供給されたカソードガスを拡散してカソード１６の触媒層１６ａに供給する。
【００４１】
一対のセパレータ１２は、膜−電極接合体を互いの間に挟むように配置されている。この一方のセパレータ（アノード側セパレータ）１２はアノード側ガス拡散層１５ｂに接触するように設けられ、他方のセパレータ（カソード側セパレータ）１２はカソード側ガス拡散層１６ｂに接触するように設けられている。アノード側セパレータ１２は、アノードガスが透過しない導電性部材で形成され、アノードガスの隔壁として機能する。カソード側セパレータ１２は、カソードガスが透過しない導電性部材で形成され、カソードガスの隔壁として機能する。各セパレータ１２は、ガス不透過性、熱伝導性および耐久性などを有する材料、たとえば、圧縮カーボン、または、ステンレス鋼などの金属材料によって形成されている。
【００４２】
セパレータ１２は、たとえば、長方形状の主面を有し、この主面に直交する方向の厚みが電解質膜１４、アノード１５およびカソード１６より厚い板状体である。セパレータ１２の主面のサイズは電解質膜１４、アノード１５およびカソード１６の各主面より大きく、セパレータ１２の端部は電解質膜１４、アノード１５およびカソード１６の各端部から突出している。また、セパレータ１２は、導電性であるので、熱伝導性である。
【００４３】
セパレータ１２には、ガス拡散層１５ｂ、１６ｂに対向する一方主面に溝状の第１凹部１２ａまたは第２凹部１２ｂが設けられている。アノード側セパレータ１２の第１凹部１２ａとアノード側ガス拡散層１５ｂとにより囲まれた空間は、アノードガスが流通する流路（アノードガス流路）２１として機能する。カソード側セパレータ１２の第２凹部１２ｂとカソード側ガス拡散層１６ｂとにより囲まれた空間は、カソードガスが流通する流路（カソードガス流路）３１として機能する。
【００４４】
ガスケット１３は、アノードガスまたはカソードガスの流出を防止するためのシール部材である。ガスケット１３には、たとえば、Ｏリング、ゴム状シート、あるいは、弾性樹脂と剛性樹脂との複合シートなどが用いられる。アノードガスの流出を防止するガスケット１３は、アノード側セパレータ１２と電解質膜１４との間においてアノード１５の端部に設けられている。カソードガスの流出を防止するガスケット１３は、カソード側セパレータ１２と電解質膜１４との間においてカソード１６の端部に設けられている。
【００４５】
第１供給流路２０は、燃料電池１０のアノードガス入口（図示せず）へアノードガスを供給するための流路である。第１供給流路２０の上流端は、アノードガス供給器（図示せず）に接続される。アノードガス入口はアノードガス供給マニホールド等を介して各セルのアノードガス流路２１に連通している。このため、アノードガスは、第１供給流路２０、アノードガス供給マニホールド等、およびセルのアノードガス流路２１を介してアノードに供給される。アノードガスは、水素を含有するガスである。
【００４６】
第２供給流路３０は、燃料電池１０のカソードガス入口へカソードガスを供給するための流路である。第２供給流路３０の上流端は、カソードガス供給器（図示せず）に接続される。カソードガス入口はカソードガス供給マニホールド等を介して各セルのカソードガス流路３１に連通している。このため、カソードガスは、第２供給流路３０、カソードガス供給マニホールド等、およびセルのカソードガス流路３１を介してカソードに供給される。カソードガスは、酸化剤ガスであって、たとえば、空気または酸素が用いられる。
【００４７】
加熱器４０は、電解質膜１４を加熱する機器である。加熱器４０には、たとえば、電熱ヒーターが用いられる。加熱器４０は、セパレータ１２に当接または近接している。この実施の形態では、加熱器４０は、長方形状のセパレータ１２の一端部に接触するように配置されている。このセパレータ１２の端部は電解質膜１４、アノード１５およびカソード１６の各端部から突出しているため、加熱器４０は電解質膜１４、アノード１５およびカソード１６の各端部に接触せずに、セパレータ１２の端部に接触する。なお、セパレータ１２の一端部に限らず、セパレータ１２の外周部に接するように加熱器４０が配置されていてもよい。また、セパレータ１２の端部に直接、接触せず、端部との間に隙間を開けて加熱器４０が配置されていてもよい。この隙間は、加熱器４０の熱がセパレータ１２に与えられるように設定される。
【００４８】
温度検知器６０は、電解質膜１４の温度を計測するセンサであって、たとえば、電解質膜１４またはその近傍に配置されている。温度検知器６０は、検知した温度を電解質膜１４の温度として制御器５０へ出力する。
【００４９】
制御器５０は、燃料電池１０の発電のために燃料電池システム１００の各構成部を制御する機能を有するものであればよく、たとえば、演算処理部（図示せず）および第１記憶部（図示せず）を備えている。演算処理部としては、ＭＰＵおよびＣＰＵ等のプロセッサが例示される。第１記憶部は、制御プログラムを記憶しており、たとえば、不揮発性メモリなどが例示される。なお、制御器５０による機能は、制御プログラムが演算処理部により第１記憶部から読み出されて実行されることにより実現される。換言すると、制御プログラムが演算処理部にそのプログラムされた制御を実行させる。また、制御器５０は、集中制御を行う単独の制御器５０で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器５０で構成されていてもよい。
【００５０】
また、制御器５０は、燃料電池システム１００のメンテナンスのために加熱器４０などを制御する機能を有し、温度検知部５１および加熱制御部５２を備えている。温度検知部５１は、温度検知器６０からの信号に基づいて電解質膜１４の温度を取得する機能を有する。加熱制御部５２は、加熱器４０を制御する機能を有する。これらの機能部は、１つの制御装置で構成されていてもよいし、個別の制御装置でそれぞれ構成されていてもよい。これらが１つの制御装置で構成される場合、各機能部の機能は各制御装置に格納されたプログラムによって実現される。
【００５１】
たとえば、制御器５０の加熱制御部５２は、高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）以上かつ分解温度（Ｔｍ）未満の適温Ｔで電解質膜１４を加熱するように、加熱器４０を作動させる。この適温Ｔとしては、電解質膜１４がNafionで形成されている場合、たとえば、１２０℃である。
【００５２】
次に、燃料電池システム１００のメンテナンス方法について、図２を参照して説明する。図２は、燃料電池システム１００のメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。この燃料電池システム１００のメンテナンス方法における各動作は、たとえば、制御器５０による制御により実現される。この実施の形態では、制御器５０は、燃料電池システム１００の運転時に、電解質膜１４を加熱するように加熱器４０を作動させる。
【００５３】
具体的には、制御器５０は、燃料電池システム１００が運転中か否かを判定する（ステップＳ１）。燃料電池システム１００が運転中でなければ(ステップＳ１：ＮＯ)、この運転をさらに監視する。
【００５４】
一方、燃料電池システム１００が運転中であれば(ステップＳ１：ＹＥＳ)、制御器５０は加熱器４０を作動させる(ステップＳ２)。ここで、加熱器４０によってセパレータ１２の端部が加熱されると、熱伝導性が良いセパレータ１２の全体が昇温する。これにより、セパレータ１２の熱が電解質膜１４に伝わって、電解質膜１４が均一に加熱される。
【００５５】
そして、温度検知部５１は温度検知器６０から電解質膜１４の温度（検知温度）を取得する。この検知温度が電解質膜１４の高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）以上かつ分解温度（Ｔｍ）未満の適温Ｔであるか否かを、制御器５０が判定する(ステップＳ３)。検知温度が適温Ｔでなければ(ステップＳ３：ＮＯ)、制御器５０の加熱制御部５２は電解質膜１４の温度を調整する(ステップＳ４)。つまり、検知温度がガラス転移温度未満であれば、加熱制御部５２は電解質膜１４の温度が上昇するように各部が制御する。たとえば、加熱制御部５２は、加熱器４０により加えられ熱量（加熱量）を増加させる。一方、検知温度が分解温度より高ければ、加熱制御部５２は電解質膜１４の温度が上昇するように各部が制御する。たとえば、加熱制御部５２は、加熱器４０による加熱量を減少させたり、加熱器４０を中断させたりする。この加熱器４０の中断は加熱器４０の作動の一形態である。
【００５６】
一方、検知温度が適温Ｔであれば(ステップＳ３：ＹＥＳ)、電解質膜１４が適切な温度に加熱されている。このように電解質膜１４が適温Ｔになると、電解質膜１４の強度および伸縮性を増加させることができる。すなわち、電解質膜１４が伸縮すると、電解質膜１４における親水部および疎水部における結合が弱まり、電解質膜１４が劣化（塑性変形）する。これに対して、電解質膜１４がガラス転移点以上になると、電解質膜１４における親水部および疎水部の結合が形成され、電解質膜１４の強度および伸縮性が回復する。そして、制御器５０は加熱器４０を停止する(ステップＳ５)。
【００５７】
上記構成によれば、電解質膜１４の高分子のガラス転移温度以上で電解質膜１４を加熱器４０により加熱させている。これにより、弱まっていた親水部および疎水部の結合が強められるため、電解質膜１４の強度および伸縮性を回復させることができる。
【００５８】
さらに、電解質膜１４の高分子の分解温度未満で電解質膜１４を加熱器４０により加熱させている。これにより、電解質膜１４が分解温度に達しないため、電解質膜１４の熱による劣化を防止することができる。
【００５９】
また、燃料電池システム１００の運転時に、加熱器４０を作動させて、電解質膜１４を加熱している。このような運転中には燃料電池１０の発電により熱が発生しているため、この熱によって電解質膜１４が昇温している。よって、加熱器４０により電解質膜１４を加熱するための熱量を抑えることができる。
【００６０】
さらに、加熱器４０に電熱ヒーターを用いている。この電熱ヒーターは小型であって柔軟性を有するため、燃料電池システム１００のサイズを大きくすることなく、電解質膜１４を加熱することができる位置に加熱器４０を配置することができる。
【００６１】
また、加熱器４０をセパレータ１２に当接または近接して配置している。このため、熱伝導性が良いセパレータ１２が加熱器４０により加熱されると、セパレータ１２の全体が均一かつ迅速に昇温する。このような一対のセパレータ１２に電解質膜１４は挟まれていることにより、電解質膜１４も全体的に均一かつ迅速に昇温される。
【００６２】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る燃料電池システム１００の構成について、図３を参照して説明する。図３は、実施の形態２に係る燃料電池システム１００の構成を概略的に示す図である。図３に示す燃料電池システム１００は、図１に示す燃料電池システム１００の構成に加えて、第２記憶部７０をさらに備えている。この第２記憶部７０は、制御器５０からアクセス可能なメモリであって、燃料電池システム１００の起動回数および停止回数のいずれか一方の回数を記憶する。この第２記憶部７０は、制御プログラムを記憶する第１記憶部と同じ装置であってもよいし、この第１記憶部とは別に設けられた装置であってもよい。
【００６３】
制御器５０は、燃料電池システム１００が起動する度に、第２記憶部７０に記憶されている燃料電池システム１００の起動回数に１を加算して、起動回数を更新する。これにより、第２記憶部７０に、燃料電子システムの起動回数が記憶される。または、制御器５０は、燃料電池システム１００が停止する度に、第２記憶部７０に記憶されている燃料電池システム１００の停止回数に１を加算して、停止回数を更新する。これにより、第２記憶部７０に、燃料電子システムの停止回数が記憶される。
【００６４】
次に、燃料電池システム１００のメンテナンス方法について、図４を参照して説明する。図４は、燃料電池システム１００のメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、燃料電池システム１００の起動回数に基づいて加熱器４０の作動を判断しているが、燃料電池システム１００の停止回数に基づいて加熱器４０の作動を判断しても、同様であるためにその説明を省略する。
【００６５】
図４に示すメンテナンス方法では、図２のステップＳ１の処理に代えて、ステップＳ１１の処理を行う。これにより、制御器５０は、燃料電池システム１００の起動回数が所定回数に達するとき、電解質膜１４を加熱するように加熱器４０を作動させている。なお、この所定回数は、燃料電池システム１００の起動回数と電解質膜１４の劣化との関係に基づいて実験などにより予め定められる。
【００６６】
すなわち、電解質膜１４は湿潤状態で良好なイオン導電性を発揮するため、膜−電極接合体に水蒸気が供給される。また、電解質膜１４を挟むアノード１５およびカソード１６において発電反応が行われると、水が生成される。このような燃料電池システム１００の起動後の運転中には、水蒸気および生成された水により電解質膜１４が膨潤して伸長する。一方、発電していない燃料電池１０の起動時および停止時には、膜−電極接合体に湿度の低いカソードガスが供給されるため、電解質膜１４が乾燥して収縮する。このように、燃料電池システム１００の起動および停止に伴って、電解質膜１４が伸縮して劣化する。よって、燃料電池システム１００の起動回数または停止回数と電解質膜１４の状態との関係に応じて、所定回数が定められる。
【００６７】
具体的には、制御器５０は、第２記憶部７０における燃料電池システム１００の起動回数が所定回数か否かを判定する（ステップＳ１１）。起動回数が所定回数未満であければ(ステップＳ１１：ＮＯ)、この起動回数をさらに監視する。一方、燃料電池システム１００の起動回数が所定回数であれば(ステップＳ１１：ＹＥＳ)、制御器５０は加熱器４０を作動させる(ステップＳ２)。そして、検知温度が電解質膜１４の高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）以上かつ分解温度（Ｔｍ）未満の適温Ｔでなければ(ステップＳ３：ＮＯ)、制御器５０の加熱制御部５２は電解質膜１４の温度を調整する(ステップＳ４)。一方、検知温度が適温Ｔであれば(ステップＳ３：ＹＥＳ)、制御器５０は加熱器４０を停止する(ステップＳ５)。
【００６８】
上記構成によれば、制御器５０は、燃料電池システム１００の起動回数または停止回数が所定回数に達するとき、電解質膜１４を加熱するように加熱器４０を作動させている。これにより、電解質膜１４は適温Ｔになる。よって、燃料電池システム１００の起動および停止により弱まっていた親水部および疎水部の結合が強められるため、電解質膜１４の強度および伸縮性を回復させることができる。
【００６９】
なお、この燃料電池システム１００は、電気を動力とする自動車に搭載することができる。この自動車では燃料電池システム１００を頻繁に起動および停止させる。このため、所定の起動回数ごとまたは所定の停止回数ごとに電解質膜１４を加熱することにより、起動および停止に伴う電解質膜１４の機械劣化に対して電解質膜１４の強度および伸縮性を回復させることができる。
【００７０】
また、上記構成では、制御器５０は、燃料電池システム１００の起動回数または停止回数が所定回数に達するとき、電解質膜１４を加熱するように加熱器４０を作動させた。これに対して、燃料電池システム１００の運転時間が第１所定時間に達するとき、電解質膜１４を加熱するように加熱器４０を作動させてもよい。この第１所定時間は、燃料電池システム１００の運転時間と電解質膜１４の劣化との関係に基づいて実験などにより予め定められる。また、運転時間としては、たとえば、起動から停止までの１回の運転の時間、および、連続する複数回の運転の時間を累積した時間が挙げられる。
【００７１】
この燃料電池システム１００は、通常、頻繁に起動および停止が行われないため、起動から停止までの１回の運転の時間が長い。これに対して、燃料電池システム１００の運転時間に基づいて電解質膜１４を加熱している。これにより、起動および停止に伴う電解質膜１４の機械劣化だけでなく、長時間の運転による電解質膜１４の機械劣化に対しても、電解質膜１４の強度および伸縮性を回復させることができる。
【００７２】
また、制御器５０は、図４のステップＳ１１の処理と共に、図２のステップＳ１の処理を実行してもよい。
【００７３】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る燃料電池システム１００の構成について、図５を参照して説明する。図５は、実施の形態３に係る燃料電池システム１００の構成を概略的に示す図である。図５に示す燃料電池システム１００は、図１に示す燃料電池システム１００の構成に加えて、水素検知器８０をさらに備えている。また、燃料電池システム１００は、第１排出流路２２および第２排出流路３２をさらに備えていてもよい。
【００７４】
この水素検知器８０は、カソード１６から排出されるカソードオフガス中の水素濃度を計測するセンサである。水素検知器８０は、たとえば、第２排出流路３２内に設けられており、第２排出流路３２を流れる水素の濃度を計測して制御器５０へ出力する。
【００７５】
第１排出流路２２は、燃料電池１０のアノードオフガス出口（図示せず）から排出されたアノードオフガスが流通する流路である。アノードオフガス出口は、アノードガス排出マニホールド等を介して各セルのアノードガス流路２１に連通している。このため、アノードオフガスは、アノード１５からアノードガス流路２１およびアノードガス排出マニホールドを介して第１排出流路２２へ排出される。
【００７６】
第２排出流路３２は、燃料電池１０のカソードオフガス出口（図示せず）から排出されたカソードオフガスが流通する流路である。カソードオフガス出口は、カソードガス排出マニホールド等を介して各セルのカソードガス流路３１に連通している。このため、カソードオフガスは、カソード１６からカソードガス流路３１およびカソードガス排出マニホールドを介して第２排出流路３２へ排出される。
【００７７】
次に、燃料電池システム１００のメンテナンス方法について、図６を参照して説明する。図６は、燃料電池システム１００のメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。図６に示すメンテナンス方法では、図２のステップＳ１の処理に代えて、ステップＳ２１の処理を行う。これにより、制御器５０は、水素濃度が所定濃度に達するとき、電解質膜１４を加熱するように加熱器４０を作動させている。なお、この所定回数は、カソード１６フガス中の水素濃度と電解質膜１４の劣化との関係に基づいて実験などにより予め定められる。
【００７８】
すなわち、電解質膜１４が劣化すると、電解質膜１４の厚みが薄くなる。これにより、アノードガスは、電解質膜１４を通過（クロスリーク）して、第２供給流路３０に進入し流れる。このたアノードガスに含まれる水素の量は電解質膜１４の劣化が進行するに伴い増加するため、第２供給流路３０を流れるガス中の水素の濃度も劣化に従って増える。よって、第２供給流路３０を流れる水素の濃度と電解質膜１４の状態との関係に応じて、所定回数が定められる。
【００７９】
具体的には、制御器５０は、水素検知器８０により検知された水素濃度が所定濃度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。水素濃度が所定濃度未満であければ(ステップＳ２１：ＮＯ)、この水素濃度をさらに監視する。一方、水素濃度が所定濃度以上であれば(ステップＳ２１：ＹＥＳ)、制御器５０は加熱器４０を作動させる(ステップＳ２)。そして、検知温度が電解質膜１４の高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）以上かつ分解温度（Ｔｍ）未満の適温Ｔでなければ(ステップＳ３：ＮＯ)、制御器５０の加熱制御部５２は電解質膜１４の温度を調整する(ステップＳ４)。一方、検知温度が適温Ｔであれば(ステップＳ３：ＹＥＳ)、制御器５０は加熱器４０を停止する(ステップＳ５)。
【００８０】
上記構成によれば、制御器５０は、水素濃度が所定濃度以上になったとき、電解質膜１４を加熱するように加熱器４０を作動させている。このように、水素ガスのクロスリークを検知することにより、電解質膜１４の機械劣化を正確に検知することができる。このため、電解質膜１４の強度および伸びの回復が必要とされる的確なタイミングで電解質膜１４を加熱することができ、燃料電池システム１００の耐久性を高めることができる。
【００８１】
なお、実施の形態３において、制御器５０は、図６のステップＳ２１の処理と共に、図２のステップＳ１の処理を実行してもよい。また、実施の形態３の燃料電池システム１００は、図３の第２記憶部７０をさらに備え、図６のステップＳ２１の処理と共に、図４のステップＳ１１の処理を実行してもよい。
【００８２】
また、上記構成では、水素検知器８０を第２排出流路３２内に設け、水素検知器８０により第２排出流路３２を流れる水素の濃度を計測した。これに対して、カソードガス排出マニホールドおよびカソードガス流路３１にもカソードオフガスが流れている。このため、カソードガス排出マニホールドまたは／およびカソードガス流路３１を第２排出流路の一部として、これに水素検知器８０を設けてもよい。この場合も、水素検知器８０を第２排出流路３２内に設けた場合と同様に、水素検知器８０によりクロスリークした水素を検知することができる。
【００８３】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る燃料電池システム１００の構成について、図７を参照して説明する。図７は、実施の形態４に係る燃料電池システム１００の構成を概略的に示す図である。図７に示す燃料電池システム１００は、図１に示す燃料電池システム１００の構成に加えて、時間計測部５３をさらに備えている。この時間計測部５３は、燃料電池システム１００が停止してからの経過時間を内蔵タイマなどにより計測する。時間計測部５３は、この実施の形態では、制御器５０に設けられているが、制御機と別に設けられた制御装置により構成されていてもよい。
【００８４】
次に、燃料電池システム１００のメンテナンス方法について、図８を参照して説明する。図８は、燃料電池システム１００のメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。図８に示すメンテナンス方法では、図２のステップＳ１の処理に代えて、ステップＳ３１の処理を行う。これにより、制御器５０は、燃料電池システム１００停止後所定時間（第２所定時間）以内に、電解質膜１４を加熱するように加熱器４０を作動させている。なお、この第２所定時間は、燃料電池システム１００が停止してからの経過時間と、電解質膜１４との温度との関係に基づいて実験などにより予め定められる。
【００８５】
すなわち、燃料電池１０ではアノード１５およびカソード１６において発電反応が行われると、熱が生成される。この熱により、アノード１５とカソード１６との間に挟まれる電解質膜１４は昇温している。これに対し、燃料電池システム１００の停止後には、電解質膜１４の温度が停止後からの経過時間に応じて低下して常温に近づいていく。このため、電解質膜１４の温度が常温より高い間は、この温度の差分に相当する熱量が電解質膜１４に蓄えられており、この熱量だけ加熱器４０により与えられる熱量を削減することができる。よって、燃料電池システム１００を停止してからの経過時間と電解質膜１４の温度との関係に応じて、第２所定時間が予め定められる。
【００８６】
具体的には、制御器５０は、時間計測部５３により計測された燃料電池システム１００の停止後の経過時間が第２所定時間以内か否かを判定する（ステップＳ３１）。経過時間が第２所定時間を超えていれば(ステップＳ３１：ＮＯ)、メンテナンス方法を終了する。一方、経過時間が第２所定時間以内であれば(ステップＳ３１：ＹＥＳ)、制御器５０は加熱器４０を作動させる(ステップＳ２)。そして、検知温度が電解質膜１４の高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）以上かつ分解温度（Ｔｍ）未満の適温Ｔでなければ(ステップＳ３：ＮＯ)、制御器５０の加熱制御部５２は電解質膜１４の温度を調整する(ステップＳ４)。一方、検知温度が適温Ｔであれば(ステップＳ３：ＹＥＳ)、制御器５０は加熱器４０を停止する(ステップＳ５)。
【００８７】
上記構成によれば、制御器５０は、燃料電池システム１００の停止後から第２所定時間以内に電解質膜１４を加熱するように加熱器４０を作動させている。このように燃料電池システム１００の停止後から第２所定時間以内であれば、電解質膜１４に熱量が残っている。よって、この熱量の分だけ、電解質膜１４をガラス転移温度以上かつ分解温度未満に加熱するための熱量を削減することができる。このため、電解質膜１４を加熱するための熱量および時間を抑制しながら、電解質膜１４の強度および伸縮性を回復させることができる。
【００８８】
なお、制御器５０は、図８のステップＳ３１の処理と共に、図２のステップＳ１の処理を実行してもよい。また、実施の形態４の燃料電池システムは、図３の第２記憶部７０をさらに備え、図８のステップＳ３１の処理と共に、図４のステップＳ１１の処理を行ってもよい。また、実施の形態４の燃料電池システムは、図５の水素検知器８０をさらに備え、図８のステップＳ３１の処理と共に、図６のステップＳ２１の処理を行ってもよい。
【００８９】
（実施の形態５）
実施の形態５に係る燃料電池システム１００のメンテナンス方法について、図９を参照して説明する。図９は、燃料電池システム１００のメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。図９に示すメンテナンス方法では、図２のステップＳ３の処理とステップ５の処理との間に、ステップＳ６の処理を行う。この処理では、電解質膜１４の温度が高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）以上かつ分解温度（Ｔｍ）未満の適温Ｔになってからの経過時間が第３所定時間に達すると、加熱器４０を停止する。なお、この第３所定時間は、電解質膜１４が適温で加熱される時間と、電解質膜１４の状態との関係に基づいて実験などにより予め定められる。たとえば、第３所定時間としては、１０分に設定される。
【００９０】
すなわち、電解質膜１４が適温に加熱されている時間が短すぎると、電解質膜１４における親水部および疎水部の結合が形成されなかったり、形成される結合の量が少なかったりして、電解質膜１４の強度および伸縮性を十分に回復することはできない。一方、電解質膜１４が適温に加熱されている時間が長すぎると、形成される結合の量が増えなかったり、その増える割合が少なかったりして、加熱器４０による加熱量を浪費することになる。よって、電解質膜１４が適温に加熱される時間と電解質膜１４の回復状態との関係に応じて、第３所定時間が予め定められる。
【００９１】
具体的には、制御器５０は、燃料電池システム１００が運転しているか否かを判定する（ステップＳ１）。燃料電池システム１００が運転していなければ (ステップＳ１：ＮＯ)、燃料電池システム１００の運転をさらに監視する。一方、燃料電池システム１００が運転していれば(ステップＳ１：ＹＥＳ)、制御器５０は加熱器４０を作動させる(ステップＳ２)。そして、検知温度が電解質膜１４の高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）以上かつ分解温度（Ｔｍ）未満の適温Ｔでなければ(ステップＳ３：ＮＯ)、制御器５０の加熱制御部５２は電解質膜１４の温度を調整する(ステップＳ４)。一方、検知温度が適温Ｔであれば(ステップＳ３：ＹＥＳ)、制御器５０は検知温度が適温になってからの経過時間を内蔵タイマなどにより計測する。そして、経過時間が第３所定時間未満であれば（ステップＳ６：ＮＯ）、ステップＳ３の処理に戻り、加熱器４０の作動を継続する。一方、経過時間が第３所定時間以上になれば（ステップＳ６：ＹＥＳ）、制御器５０は加熱器４０を停止する(ステップＳ５)。
【００９２】
上記構成によれば、制御器５０は、電解質膜１４の温度が高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）以上かつ分解温度（Ｔｍ）未満の適温Ｔになってからの経過時間が第３所定時間に達すると、加熱器４０を停止させている。このように電解質膜１４を第３所定時間、加熱することにより、加熱器４０による加熱量の浪費を抑えながら、電解質膜１４の強度および伸縮性を回復させることができる。
【００９３】
なお、実施の形態５の燃料電池システムは、図３の第２記憶部７０をさらに備え、図９のステップＳ１の処理に代えてまたはこれと共に、図４のステップＳ１１の処理を実行してもよい。また、実施の形態５の燃料電池システムは、図５の水素検知器８０をさらに備え、図９のステップＳ１の処理に代えてまたはこれと共に、図６のステップＳ２１の処理を行ってもよい。さらに、実施の形態５の燃料電池システムは、図７の時間計測部をさらに備え、図９のステップＳ１の処理に代えてまたはこれと共に、図８のステップＳ３１の処理を行ってもよい。
【００９４】
（実施の形態６）
実施の形態６に係る燃料電池システム１００の構成について、図１０を参照して説明する。図１０は、実施の形態６に係る燃料電池システム１００の構成を概略的に示す図である。この燃料電池システム１００では、加熱器４０が第１供給流路２０および第２供給流路３０の少なくともいずれか一方の流路に設けられている。つまり、図１０では、熱器を第１供給流路２０および第２供給流路３０に設けている。しかしながら、加熱器４０を第１供給流路２０に設けてもよい。または、加熱器４０を第２供給流路３０に設けてもよい。また、加熱器４０を各流路の内部に配置してもよいし、加熱器４０を各流路の周りに巻いてもよい。
【００９５】
この構成によれば、加熱器４０を第１供給流路２０および／または第２供給流路３０に設けている。加熱器４０を容易に配置することができる。
【００９６】
また、第１供給流路２０および／または第２供給流路３０を流れるガスは、加熱器４０により加熱されて、高温になる。加熱されたガスの温度は、このガスにより電解質膜１４が高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）以上かつ分解温度（Ｔｍ）未満の適温Ｔになる温度である。この高温のガスは電解質膜１４へ流れるため、電解質膜１４は均一に加熱される。よって、電解質膜１４は全体的に均一に回復する。
【００９７】
なお、図３、図５および図７に示す燃料電池システム１００においても、加熱器４０を、セパレータ１２に当接または近接して配置するのに代えて、第１供給流路２０および第２供給流路３０の少なくともいずれか一方の流路に設けてもよい。
【００９８】
（実施の形態７）
実施の形態７に係る燃料電池システム１００の構成について、図１１を参照して説明する。図１１は、実施の形態７に係る燃料電池システム１００の構成を概略的に示す図である。この燃料電池システム１００は、第３供給流路９０および弁９１をさらに備えている。燃料電池システム１００は、冷却水流路９２をさらに備えていてもよい。
【００９９】
第３供給流路９０は、燃料電池１０へ冷却水が流通する流路である。第３供給流路９０として、冷却水循環供給流路、または、冷却水供給器（図示せず）と繋がる冷却水配管が例示される。また、第３供給流路９０は、セルの冷却水流路９２とを接続する。このため、冷却水は、第３供給流路９０および冷却水流路９２を通り、電解質膜１４を冷却する。
【０１００】
冷却水流路９２は、セパレータ１２に設けられている。すなわち、アノード側セパレータ１２の一方主面と反対側の他方主面に、溝状の第３凹部１２ｃが設けられている。第３凹部１２ｃの開口は、このセルに隣接するセルのカソード側セパレータ１２により覆われている。この第３凹部１２ｃと隣接するカソード側セパレータ１２とにより囲まれた空間が、冷却水が流通する流路（冷却水流路）９２として機能する。
【０１０１】
弁９１は、第３供給流路９０の開放および遮断する弁であって、第３供給流路に設けられている。この弁９１には、公知の弁を用いることができる。弁９１は、第３供給流路９０の開放および遮断することにより、冷却水を第３供給流路９０に流したり、この冷却水の流れを止めたり、冷却水が流れる流量を調整したりする。
【０１０２】
アノードガスおよびカソードガスの流出を防止するガスケット１３に加えて、冷却水の流出を防止するガスケット１３が設けられる。この冷却水の流出を防止するガスケット１３は、たとえば、カソード側セパレータ１２に対向するアノード側セパレータ１２の面に配置されている。ただし、このガスケット１３は、アノード側セパレータ１２に対向するカソード側セパレータ１２の面に設けられてもよい。
【０１０３】
この実施の形態７に係る燃料電池システム１００のメンテナンス方法において、制御器５０は、加熱器４０を作動させるとき、第３供給流路９０を遮断するよう弁９１を作動させる。具体的には、制御器５０の加熱制御部５２は、電解質膜１４の温度を調整する際(図２のステップＳ４)、弁９１を制御する。
【０１０４】
つまり、検知温度がガラス転移温度未満であれば、加熱制御部５２は、弁９１を制御して、第３供給流路９０を流れる冷却水の流量を減少させたり、冷却水の流れを停止させたりする。これにより、冷却水による電解質膜１４の温度低下が抑制されるため、電解質膜１４の温度が上昇する。なお、加熱制御部５２は、弁９１を制御すると共に、加熱器４０による加熱量が増加させてもよい。
【０１０５】
一方、検知温度が分解温度より高ければ、加熱制御部５２は、冷却水の流量を増加するように、弁９１を制御する。これにより、電解質膜１４が冷却水により冷却されて、電解質膜１４の温度が低下する。この際、加熱制御部５２は、弁９１を制御すると共に、加熱器４０による加熱量が減少させたり、加熱器４０を中断させたりしてもよい。
【０１０６】
上記構成によれば、制御器５０の加熱制御部５２は、加熱器４０を作動させるとき、第３供給流路９０を遮断するよう弁９１を作動させている。これにより、第３供給流路９０における冷却水の流れを停止させたり、冷却水の流量を調整したりすることができる。よって、冷却水による電解質膜１４を冷却する能力が低減するため、加熱器４０による加熱時間および加熱量を抑制し、短時間かつ効率的に電解質膜１４を回復することができる。
【０１０７】
なお、図３、図５、図７および図１０に示す燃料電池システム１００においても、第３供給流路９０および弁９１を設けてもよい。この場合、図４、図６、図８、図９に示す燃料電池システム１００のメンテナンス方法においても、ステップ４の処理において弁９１を制御してもよい。
【０１０８】
なお、燃料電池システム１００は、加熱器４０を設けずに、燃料電池システム１００の運転時に弁９１を遮断することにより、電解質膜１４を昇温する構成でもよい。すなわち、燃料電池システム１００の運転中は燃料電池１０の発電により熱が発生するので、弁９１を遮断して冷却水の流れを止めて電解質膜１４の冷却を止めることで、燃料電池１０の発電により発生する熱によって電解質膜１４を加熱することができる。
【０１０９】
（実施の形態８）
実施の形態８に係る燃料電池システム１００について、図１２を参照して説明する。図１２は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００の構成を概略的に示す図である。この燃料電池システム１００は、燃料電池１０、第１供給流路２０および第２供給流路３０を備えている。この燃料電池１０にはセルスタック１１が脱着可能に備えられている。
【０１１０】
さらに、燃料電池システム１００は、燃料電池１０の発電を制御する制御器５０、および、温度検知器６０を備えていてもよい。この実施の形態では、燃料電池システム１００は加熱器４０を内部に備えていないが、燃料電池システム１００は加熱器４０を備えていてもよい。加熱器４０が備えられていない場合、加熱器４０を制御する加熱制御部５２は燃料電池システム１００に設けられない。また、温度検知器６０は温度検知部５１に接続されず、たとえば、加熱器の制御部などに接続される。
【０１１１】
実施の形態８に係る燃料電池システム１００のメンテナンス方法では、燃料電池１０から取り出されたセルスタック１１を高分子のガラス転移温度以上かつ分解温度未満で加熱する。
【０１１２】
たとえば、図１２に示す方法により燃料電池システム１００のメンテナンスが行われる。図１２は、実施の形態８に係る燃料電池システム１００のメンテナンス方法の一例を示すフローチャートである。この図１２に示すメンテナンス方法では、図２のステップＳ１の処理に代えてステップＳ１２の処理を行い、このステップＳ１２の処理の前にステップＳ７の処理を行う。また、図２のステップＳ５の処理に代えてステップＳ１５の処理を行い、このステップＳ１５の処理の後にステップＳ８の処理を行う。
【０１１３】
具体的には、たとえば、燃料電池システム１００の定期検針時などに、燃料電池１０からセルスタック１１を取り出す（ステップＳ７）。取り出されたセルスタック１１に熱処理を施す（ステップＳ１２）たとえば、高温炉などの加熱器（図示せず）にセルスタック１１を入れることにより、セルスタック１１が加熱されて、セルスタック１１内の電解質膜１４の温度が上昇する。
【０１１４】
そして、電解質膜１４の温度が高分子のガラス転移温度（Ｔｇ）以上かつ分解温度（Ｔｍ）未満の適温Ｔであるか否かを判定する(ステップＳ３)。この電解質膜１４の温度は、温度検知器６０により検知された温度であってもよいし、計測された高温炉内の温度であってもよい。温度検知器６０により温度が検知される場合、温度検知器６０は高温炉の制御器（図示せず）に接続される。
【０１１５】
この電解質膜１４の温度が適温Ｔでなければ(ステップＳ３：ＮＯ)、電解質膜１４の温度を調整する(ステップＳ４)。この温度調整は、高温炉内の温度を調整する高温炉の制御器により実行される。
【０１１６】
一方、電解質膜１４の温度が適温であれば(ステップＳ３：ＹＥＳ)、熱処理を終了する（ステップＳ１５）。この際、たとえば、セルスタック１１を高温炉から取り出すことにより熱処理を終了してもよいし、高温炉の加熱を停止することにより熱処理を終了してもよい。そして、セルスタック１１を燃料電池１０に取り付ける（ステップＳ８）。
【０１１７】
上記構成によれば、燃料電池１０から取り出されたセルスタック１１を高分子のガラス転移温度以上かつ分解温度未満で加熱する。これによりセルスタック１１内の電解質膜１４がガラス転移温度以上かつ分解温度未満で加熱されるため、電解質膜１４の強度および伸縮性を回復させることができる。
【０１１８】
また、加熱器４０を燃料電子システムに備えていなくてもよい。よって、加熱器４０を設けることによる燃料電池システム１００をコストおよびサイズの上昇を抑えることができる。
【０１１９】
なお、上記の構成では、加熱器に高温炉を用いたが、燃料電池１０から取り出したセルスタック１１を加熱できるものであれば、これに限定されない。たとえば、加熱器に電熱ヒーターを用いることもできる。この場合、セルスタック１１を電熱ヒーターで覆い、セルスタック１１を加熱する。
【０１２０】
また、実施の形態８の燃料電池システムは、図３の第２記憶部７０をさらに備え、図１３のステップＳ７の処理の前に図４のステップＳ１１の処理を行ってもよい。また、実施の形態８の燃料電池システムは、図５の水素検知器８０をさらに備え、図１３のステップＳ７の処理の前に図６のステップＳ２１の処理を行ってもよい。さらに、実施の形態８の燃料電池システムは、図７の時間計測部をさらに備え、図１３のステップＳ７の処理の前に図８のステップＳ３１の処理を行ってもよい。また、実施の形態８の燃料電池システムは、図１３のステップＳ３とＳ５の処理の前に図９のステップＳ６の処理を行ってもよい。さらに、実施の形態８の燃料電池システムは、図１１の第３供給流路９０および弁９１をさらに備えていてもよい。
【０１２１】
（その他）
上記全ての実施の形態では、燃料電池システム１００としては固体高分子形燃料電池が用いられた。これに対して、その高分子のガラス転移温度および分解温度を有する電解質膜１４が備えられた燃料電池システム１００であれば、これに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明の燃料電池システムおよびそのメンテナンス方法は、たとえば、コスト上昇を抑えつつ、電解質膜の塑性変形の改善を図った燃料電池システムおよびそのメンテナンス方法などに利用できる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０    ：燃料電池
１１    ：セルスタック
１２    ：アノード側セパレータ
１２    ：カソード側セパレータ
１４    ：電解質膜
１５    ：アノード
１６    ：カソード
２０    ：第１供給流路
３０    ：第２供給流路
４０    ：加熱器
５０    ：制御器
７０    ：第２記憶部
８０    ：水素検知器
９０    ：第３供給流路
９１    ：弁
１００  ：燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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