(57)【要約】【課題】燃料電池の再起動時において、円滑に十分な発電量を得ることができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】  燃料電池システム２では、加湿器５１は、加湿空気供給ライン５６の途中に介在されている。三方弁５２は、上流側空気供給ライン５５と、加湿空気供給ライン５６と、バイパスライン５８との接続部分に介在されている。燃料電池３の再起動時には、三方弁５２は、バイパスライン５８の供給方向上流端を開放し、加湿空気供給ライン５６の供給方向上流端を閉鎖する。そして、カソード電極１７には、バイパスライン５８を通過した無加湿空気が供給される。その後、三方弁５２は、バイパスライン５８の供給方向上流端を閉鎖し、加湿空気供給ライン５６の供給方向上流端を開放する。そして、カソード電極１７には、加湿空気供給ライン５６を通過した加湿空気が供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一方側に配置され、液体燃料が供給される燃料側電極と、前記固体電解質膜の他方側に配置され、空気が供給される酸素側電極とを備える燃料電池と、
前記酸素側電極に対して空気を供給するための空気供給経路と、
前記空気供給経路に介在し、前記酸素側電極に供給する空気を加湿するための加湿部と、
前記加湿部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の再起動時には、前記加湿部による加湿を行わない無加湿空気を前記酸素側電極に供給した後に、前記加湿部によって加湿した加湿空気を前記酸素側電極に供給するように、前記加湿部を制御することを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記空気供給経路は、前記酸素側電極に対して空気を供給するための第１空気供給経路および第２空気供給経路を備え、
前記加湿部は、
前記酸素側電極に供給する空気を加湿するための加湿器であって、前記第１空気供給経路に介在し、かつ、前記第２空気供給経路に介在されない加湿器と、
前記第１空気供給経路および前記第２空気供給経路のいずれか一方に空気を流入させる空気流入部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の再起動時には、前記第２空気供給経路に空気を流入した後に、前記第１空気供給経路に空気を流入するように、前記空気流入部を制御することを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両などに搭載される燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電解質層と、電解質層の一方側に配置されたアノードと、電解質層の他方側に配置されたカソードとを有する燃料電池と、アノードに燃料を供給するための燃料供給管と、カソードに空気を供給するための空気供給管と、を備える燃料電池システムが知られている。
【０００３】
このような燃料電池システムでは、通常、空気供給管には、空気を加湿するための加湿器が設けられる。そして、加湿した空気をカソードに供給することで、燃料電池における発電が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３４９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、上記特許文献１に記載の燃料電池システムでは、発電において、アノードに供給された液体燃料、および、アノードで生じる水が、電解質層を透過してカソードに漏出して、カソードに滞留する場合がある。この場合、一旦燃料電池システムを停止させた後に、燃料電池システムを再起動すると、カソードに滞留した液体燃料および水が、カソードへの空気の供給を阻害して、燃料電池における電気化学反応が円滑に行われないおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、再起動時において、円滑に十分な発電量を得ることができる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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一方側に配置され、液体燃料が供給される燃料側電極と、前記固体電解質膜の他方側に配置され、空気が供給される酸素側電極とを備える燃料電池と、前記酸素側電極に対して空気を供給するための空気供給経路と、前記空気供給経路に介在し、前記酸素側電極に供給する空気を加湿するための加湿部と、前記加湿部を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記燃料電池の再起動時には、前記加湿部による加湿を行わない無加湿空気を前記酸素側電極に供給した後に、前記加湿部によって加湿した加湿空気を前記酸素側電極に供給するように、前記加湿部を制御することを特徴としている。
【０００８】
このような構成によれば、加湿部は、燃料電池の再起動時には、まず、無加湿空気を酸素側電極に供給するように制御される。
【０００９】
そのため、燃料側電極に供給される液体燃料、および、燃料側電極において生じる水が、固体電解質膜を透過して酸素側電極に漏出し、酸素側電極に滞留している状態において燃料電池を起動したとしても、無加湿空気により、これらの液体燃料および水を酸素側電極から排出しながら、酸素側電極に酸素を供給できる。
【００１０】
その結果、再起動時において、円滑に十分な発電量を得ることができる。
【００１１】
また、その後、加湿部は、加湿空気を酸素側電極に供給するように制御される。
【００１２】
そのため、電気化学反応を生じやすい状態の酸素側電極に、酸素（Ｏ２）および水（Ｈ２Ｏ）を安定的に供給できる。これにより、電気化学反応を安定的に継続させることができる。
【００１３】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記空気供給経路は、前記酸素側電極に対して空気を供給するための第１空気供給経路および第２空気供給経路を備えることが好適である。前記加湿部は、前記酸素側電極に供給する空気を加湿するための加湿器であって、前記第１空気供給経路に介在し、かつ、前記第２空気供給経路に介在されない加湿器と、前記第１空気供給経路および前記第２空気供給経路のいずれか一方に空気を流入させる空気流入部と、を備えることが好適である。前記制御部は、前記燃料電池の再起動時には、前記第２空気供給経路に空気を流入した後に、前記第１空気供給経路に空気を流入するように、前記空気流入部を制御することが好適である。
【００１４】
このような構成によれば、第２空気供給経路に空気を流入することで加湿しない無加湿空気を酸素側電極に供給でき、第１空気供給経路に空気を流入することで加湿した加湿空気を酸素側電極に供給できる。
【００１５】
そのため、簡易な構成で、無加湿空気の流入経路と、加湿空気の流入経路とを確実に切り替えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料電池システムによれば、再起動時において、円滑に十分な発電量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムが搭載された電動車両の概略構成図である。
【図２】図２は、燃料電池の発電量の結果を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態の燃料電池システムが搭載された電動車両の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．電動車両の全体構成
図１に示すように、電動車両１は、モータ４２を動力源とし、燃料電池３およびバッテリ４４を電源としてモータ４２を駆動させる電動車両である。電動車両１は、燃料電池システム２を搭載している。
【００１９】
燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、空気給排部５と、制御部６と、動力部７とを備えている。
（１）燃料電池
燃料電池３は、燃料成分を含む燃料の一例としての液体燃料が直接供給される直接液体燃料形燃料電池であり、アニオン交換型燃料電池として構成されている。
【００２０】
燃料成分としては、例えば、メタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのエーテル類、ヒドラジンなどのヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、アルコール類およびヒドラジン類が挙げられ、さらに好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。
【００２１】
液体燃料としては、燃料成分をそのまま用いてもよいが、燃料成分を、例えば、水などで希釈して用いることができる。
【００２２】
燃料電池３は、燃料電池セル１１を備えている。なお、燃料電池３は、複数の燃料電池セル１１が積層されたスタック構造として構成される場合があるが、図１においては、図解しやすいように１つの燃料電池セル１１のみを示している。
【００２３】
燃料電池セル１１は、膜電極接合体１２と、燃料供給部材１３、空気供給部材１４とを備えている。
【００２４】
膜電極接合体１２は、固体電解質膜の一例としての電解質膜１５と、燃料側電極の一例としてのアノード電極１６と、酸素側電極の一例としてのカソード電極１７とを備えている。
【００２５】
電解質膜１５は、アニオン交換形の高分子電解質膜から形成されている。
【００２６】
アノード電極１６は、電解質膜１５の厚み方向一方側の表面に、薄層として積層されている。アノード電極１６は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、アノード電極１６は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。
【００２７】
カソード電極１７は、電解質膜１５に対してアノード電極１６の反対側、すなわち、電解質膜１５の厚み方向他方側の表面に、薄層として積層されている。カソード電極１７は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、カソード電極１７は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。
【００２８】
燃料供給部材１３は、膜電極接合体１２の厚み方向一方側に配置されている。燃料供給部材１３は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。燃料供給部材１３には、燃料流路１８が形成されている。なお、膜電極接合体１２と燃料供給部材１３との間には、図示しないガス拡散層が介在されている。
【００２９】
燃料流路１８は、燃料供給部材１３の厚み方向他方面に形成されている。燃料流路１８は、燃料供給部材１３の厚み方向他方面から厚み方向一方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。燃料流路１８は、アノード電極１６に向かい合っている。
【００３０】
空気供給部材１４は、膜電極接合体１２の厚み方向他方側に配置されている。空気供給部材１４は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。空気供給部材１４には、空気流路１９が形成されている。なお、膜電極接合体１２と空気供給部材１４との間には、図示しないガス拡散層が介在されている。
【００３１】
空気流路１９は、空気供給部材１４の厚み方向一方面に形成されている。空気流路１９は、空気供給部材１４の厚み方向一方面から厚み方向他方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。空気流路１９は、カソード電極１７に向かい合っている。
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、燃料タンク２１、調整タンク２２、第１燃料供給ライン２３、第１ポンプ２８、開閉弁２９、第２燃料供給ライン２４、第２ポンプ３１、還流ライン２６、気液分離器３２および排気ライン２７を備えている。
【００３２】
燃料タンク２１は、上記した液体燃料を貯蔵する。
【００３３】
燃料タンク２１内における液体燃料の燃料成分濃度は、燃料成分の種類によっても異なるが、燃料成分がヒドラジンである場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、６０質量％以下、好ましくは、４０質量％以下である。
【００３４】
調整タンク２２は、燃料電池３の近傍に配置されている。調整タンク２２には、燃料タンク２１からの液体燃料が希釈された状態で貯蔵されている。
【００３５】
調整タンク２２内における液体燃料の燃料成分濃度は、燃料タンク２１内における液体燃料の燃料成分濃度よりも低い。より具体的には、調整タンク２２内における液体燃料の燃料成分濃度は、電動車両１の走行状態に応じて調整されるが、電動車両１が一定の速度で走行している場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、２０質量％以下、好ましくは、１５質量％以下である。
【００３６】
第１燃料供給ライン２３は、燃料タンク２１から調整タンク２２へ液体燃料を供給するための配管である。第１燃料供給ライン２３の供給方向上流端は、燃料タンク２１の下端部に接続されている。第１燃料供給ライン２３の供給方向下流端は、調整タンク２２の下端部に接続されている。
【００３７】
第１ポンプ２８は、第１燃料供給ライン２３の途中に介在されている。第１ポンプ２８としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが挙げられる。第１ポンプ２８は、燃料タンク２１内の液体燃料を調整タンク２２に輸送する。
【００３８】
開閉弁２９は、第１燃料供給ライン２３の途中において、調整タンク２２と第１ポンプ２８との間に介在されている。開閉弁２９としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。
【００３９】
第２燃料供給ライン２４は、調整タンク２２内の液体燃料を燃料流路１８に供給するための配管である。第２燃料供給ライン２４の供給方向上流端は、調整タンク２２の下端部に接続されている。第２燃料供給ライン２４の供給方向下流端は、燃料流路１８の下端部に連通するように、燃料供給部材１３の下端部に接続されている。
【００４０】
第２ポンプ３１は、第２燃料供給ライン２４の途中に介在されている。第２ポンプ３１としては、上記した第１ポンプ２８と同様の送液ポンプが挙げられる。第２ポンプ３１は、調整タンク２２内の液体燃料を燃料流路１８に輸送する。
【００４１】
還流ライン２６は、燃料流路１８から排出された液体燃料を調整タンク２２に還流するための配管である。還流ライン２６の還流方向上流端は、燃料流路１８の上端部に連通するように、燃料供給部材１３の上端部に接続されている。還流ライン２６の還流方向下流端は、調整タンク２２に接続されている。これにより、調整タンク２２から、第２燃料供給ライン２４、燃料流路１８および還流ライン２６を順次介して調整タンク２２に戻る循環ラインが形成される。
【００４２】
気液分離器３２は、還流ライン２６の途中に介在されている。気液分離器３２は、燃料電池３の燃料流路１８から排出された液体燃料と、ガス（気体）とを分離する。
【００４３】
排気ライン２７は、気液分離器３２で分離されたガスを排気するための配管である。排気ライン２７の排気方向上流端は、気液分離器３２に接続されている。排気ライン２７の排気方向下流端は、大気開放されている。なお、排気ライン２７の途中には、ガスを無害化および無臭化するための図示しない浄化装置が介在されている。
（３）空気給排部
空気給排部５は、空気供給経路の一例としての空気供給ライン３３と、エアポンプ３５と、加湿器５１と、空気流入部の一例としての三方弁５２と、空気排出ライン３４とを備えている。
【００４４】
空気供給ライン３３は、空気流路１９内に空気を供給するための配管である。空気供給ライン３３は、上流側空気供給ライン５５と、第１空気供給経路の一例としての加湿空気供給ライン５６と、下流側空気供給ライン５７と、第２空気供給経路の一例としてのバイパスライン５８とを備えている。
【００４５】
上流側空気供給ライン５５は、空気供給ライン３３の上流側の配管である。上流側空気供給ライン５５の供給方向上流端は、大気開放されている。
【００４６】
加湿空気供給ライン５６は、空気供給ライン３３の中央部分の配管である。加湿空気供給ライン５６の供給方向上流端は、上流側空気供給ライン５５の供給方向下流端に接続されている。
【００４７】
下流側空気供給ライン５７は、空気供給ライン３３の下流側の配管である。下流側空気供給ライン５７の供給方向上流端は、加湿空気供給ライン５６の下流端に接続されており、下流側空気供給ライン５７の供給方向下流端は、空気流路１９の上端部に連通するように、空気供給部材１４の上端部に接続されている。
【００４８】
バイパスライン５８は、加湿空気供給ライン５６を迂回して空気を供給するための配管である。バイパスライン５８の供給方向上流端は、上流側空気供給ライン５５と加湿空気供給ライン５６との接続部分に接続されており、バイパスライン５８の供給方向下流端は、加湿空気供給ライン５６と下流側空気供給ライン５７との接続部分に接続されている。
【００４９】
エアポンプ３５は、上流側空気供給ライン５５の途中に介在されている。エアポンプ３５としては、例えば、エアコンプレッサなどの公知の送気ポンプが挙げられる。
【００５０】
加湿器５１は、加湿空気供給ライン５６の途中に介在されている。加湿器５１は、加湿空気供給ライン５６を通過する空気を加湿するように構成されている。加湿器５１における加湿のための構成としては、例えば、公知の加湿器が挙げられる。
【００５１】
三方弁５２は、上流側空気供給ライン５５と、加湿空気供給ライン５６と、バイパスライン５８との接続部分に介在されている。三方弁５２は、バイパスライン５８の供給方向上流端を閉鎖し、加湿空気供給ライン５６の供給方向上流端を開放する第１位置と、バイパスライン５８の供給方向上流端を開放し、加湿空気供給ライン５６の供給方向上流端を閉鎖する第２位置とに切り替えられる。三方弁５２と加湿器５１とが加湿部の一例を構成している。
【００５２】
空気排出ライン３４は、空気流路１９から空気を排出するための配管である。空気排出ライン３４の排出方向上流端は、空気流路１９の下端部に連通するように、空気供給部材１４の下端部に接続されている。空気排出ライン３４の排出方向下流端は、大気開放されている。
（４）制御部
制御部６は、ＥＣＵ４１を備えている。
【００５３】
ＥＣＵ４１は、電動車両１における電気的な制御を実行するコントロールユニット（すなわち、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。ＥＣＵ４１は、第１ポンプ２８、開閉弁２９、第２ポンプ３１、エアポンプ３５および三方弁５２に電気的に接続されており、それらを制御する。
（５）動力部
動力部７は、電動車両１の前端部において、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。動力部７は、モータ４２と、インバータ４３と、バッテリ４４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５とを備えている。
【００５４】
モータ４２は、燃料電池３に電気的に接続されている。モータ４２は、燃料電池３またはバッテリ４４から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換する。モータ４２としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの公知の三相電動機などが挙げられる。
【００５５】
インバータ４３は、配線により、燃料電池３とモータ４２との間に電気的に接続されている。インバータ４３は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する。インバータ４３としては、例えば、公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置などが挙げられる。
【００５６】
バッテリ４４は、燃料電池３とモータ４２との間の配線に電気的に接続されている。バッテリ４４としては、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの公知の二次電池などが挙げられる。バッテリ４４は、燃料電池３からの電力を蓄電可能、かつ、モータ４２に電力を供給可能である。
【００５７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、配線により、燃料電池３とインバータ４３との間に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、ＥＣＵ４１にも電気的に接続されており、ＥＣＵ４１の制御により、燃料電池３の出力電圧を昇圧または降圧し、燃料電池３の電力およびバッテリ４４の入出力電力を調整する。
２．発電動作
（１）初期発電
次いで、燃料電池システム２における発電、詳しくは、燃料電池システム２を最初に起動させた場合における発電動作について説明する。
【００５８】
燃料電池システム２において発電するには、まず、電動車両１のイグニッションスイッチをオンして、燃料電池システム２を起動させる。
【００５９】
燃料電池システム２が起動すると、ＥＣＵ４１の制御により、開閉弁２９が開放され、三方弁５２が第１位置に配置される。その後、ＥＣＵ４１の制御により、第１ポンプ２８、第２ポンプ３１およびエアポンプ３５が駆動される。
【００６０】
すると、燃料タンク２１内の液体燃料が、第１燃料供給ライン２３を介して調整タンク２２に供給される。調整タンク２２では、後述するように、液体燃料の濃度調整が行われる。そして、濃度調整された調整タンク２２内の液体燃料が、第２燃料供給ライン２４を介して燃料電池３の燃料流路１８に供給される。
【００６１】
燃料流路１８に供給された液体燃料は、アノード電極１６と接触しながら燃料流路１８内を下側から上側へ流れて、還流ライン２６へ排出される。
【００６２】
また、電動車両１の外部からの空気が、上流側空気供給ライン５５、加湿空気供給ライン５６および下流側空気供給ライン５７を介して、燃料電池３の空気流路１９に供給される。そして、空気は、加湿空気供給ライン５６を通過するときに、加湿器５１によって加湿される。すなわち、燃料電池３の空気流路１９には、加湿空気が供給される。
【００６３】
加湿空気供給ライン５６を通過した空気（加湿空気）の相対湿度は、例えば５０％ＲＨ以上、好ましくは、６０％ＲＨ以上であり、例えば、１００％ＲＨ以下であり、好ましくは、８０％ＲＨ以下である。
【００６４】
そして、空気流路１９に供給された空気は、カソード電極１７と接触しながら空気流路１９内を上側から下側へ流れて空気排出ライン３４へ排出される。
【００６５】
空気流路１９に供給された空気の、１つの燃料電池セル１１に対する流速（単位セルあたり流速）は、例えば、１Ｌ／ｍｉｎ以上であり、好ましくは、２Ｌ／ｍｉｎ以上であり、例えば、１０Ｌ／ｍｉｎ以下であり、好ましくは、５Ｌ／ｍｉｎ以下である。
【００６６】
このとき、燃料電池３では、燃料成分がヒドラジンである場合には、下記反応式（１）〜（３）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（１）  Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−  （アノード電極１６での反応）
（２）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−  （カソード電極１７での反応）
（３）  Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ  （燃料電池３全体での反応）
なお、燃料成分がメタノールである場合には、下記反応式（４）〜（６）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（４）  ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−  （アノード電極１６での反応）
（５）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−  （カソード電極１７での反応）
（６）  ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ  （燃料電池３全体での反応）
これらの反応により、燃料成分（Ｎ２Ｈ４またはＣＨ３ＯＨ）が消費されるとともに、生成物の一例としての水（Ｈ２Ｏ）およびガス（Ｎ２またはＣＯ２）が生成され、起電力（ｅ−）が発生する。発生した起電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５によって変圧され、インバータ４３により三相交流電力に変換された後、モータ４２に供給されて、電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。なお、機械エネルギーに変換されなかった余剰の電力は、バッテリ４４に蓄電される。
【００６７】
そして、燃料電池３から還流ライン２６に排出された液体燃料（排出液の一例）は、上記の電気化学反応において残存した燃料成分と、上記の電気化学反応により生成する水とが含まれており、気液分離器３２において、ガス成分（上記電気化学反応により生じるガス（Ｎ２またはＣＯ２）や、分解反応で生じるガス（Ｎ２、Ｈ２、ＮＨ３）と分離されて、調整タンク２２に供給される。
【００６８】
そして、ＥＣＵ４１の制御により、開閉弁２９の開度を調整するなどして、調整タンク２２内において、液体燃料の燃料成分濃度が調整され、上記動作が繰り返される。
【００６９】
なお、電動車両１の走行に十分な電力（通常電力）は、電動車両１の重量や、モータ４２の出力などのバランスを考慮して適宜設定されるが、例えば、５ｋＷ以上、好ましくは、１０ｋＷ以上、例えば、２０ｋＷ以下、好ましくは、１５ｋＷ以下である。
（２）再起動
上記した燃料電池システム２における発電動作において、アノード電極１６に供給された液体燃料、および、アノード電極１６で生成される水（Ｈ２Ｏ）が、いわゆるクロスリーク（アノード電極１６に供給された液体燃料、および、アノード電極１６で生成された水が、電解質膜１５を透過してカソード電極１７に漏出すること）によってカソード電極１７に漏出する場合がある。
【００７０】
そして、この状態で、燃料電池システム２を停止すると、カソード電極１７に供給されていた空気が供給されなくなり、カソード電極１７において液体燃料および水が滞留する。
【００７１】
この状態から燃料電池システム２を再起動させると、カソード電極１７に滞留する液体燃料および水が、カソード電極１７への空気の供給を阻害するため、十分な発電量を得るまでの時間が長くなるという不具合がある。そのため、燃料電池システム２を再起動した場合には、ＥＣＵ４１は以下のように制御する。なお、燃料電池システム２の再起動とは、カソード電極１７に液体燃料および水が滞留している状態で、停止している燃料電池システム２を起動させることをいう。
【００７２】
燃料電池システム２を再起動させると、ＥＣＵ４１の制御により、開閉弁２９が開放され、三方弁５２が第２位置に配置される。その後、上記したように、ＥＣＵ４１の制御により、第１ポンプ２８、第２ポンプ３１およびエアポンプ３５が駆動される。
【００７３】
すると、上記したように、調整タンク２２内の液体燃料が燃料電池３の燃料流路１８に供給される。
【００７４】
また、電動車両１の外部からの空気が、上流側空気供給ライン５５、バイパスライン５８および下流側空気供給ライン５７を介して、燃料電池３の空気流路１９に供給される。このとき、空気は、加湿空気供給ライン５６を迂回してバイパスライン５８を通過するため、加湿されない。すなわち、燃料電池３の空気流路１９には、無加湿空気が供給される。
【００７５】
バイパスライン５８を通過した空気（無加湿空気）の相対湿度は、例えば０％ＲＨ以上、好ましくは、１０％ＲＨ以上であり、例えば、２０％ＲＨ以下であり、好ましくは、１５％ＲＨ以下である。
【００７６】
そして、無加湿空気がカソード電極１７に触れることにより、カソード電極１７に滞留している液体燃料および水が、完全には蒸発しないようにして、カソード電極１７から排出される。また、同時に、カソード電極１７に酸素（Ｏ２）が供給されて、各電極において、上記した電気化学反応が生じる。
【００７７】
そして、燃料電池３で発生する電力が、通常電力に対しての一定量以上に達すると、ＥＣＵ４１の制御により、三方弁５２が第１位置に配置される。
【００７８】
なお、三方弁５２が第２位置から第１位置に配置されるときの燃料電池３の電力は、例えば、通常電力の３０％以上、好ましくは、５０％以上である。
【００７９】
すると、電動車両１の外部からの空気が、上流側空気供給ライン５５、加湿空気供給ライン５６および下流側空気供給ライン５７を介して、燃料電池３の空気流路１９に供給される。このとき、空気は、加湿空気供給ライン５６を通過するため、上記したように加湿される。
【００８０】
これにより、電気化学反応を生じやすい状態のカソード電極１７に、酸素（Ｏ２）および水（Ｈ２Ｏ）を安定的に供給される。すなわち、電気化学反応が安定的に継続される。
【００８１】
３．作用効果
この燃料電池システム２では、図１に示すように、三方弁５２は、燃料電池３の再起動時には、まず、第２位置に配置される。そして、カソード電極１７には、加湿されていない無加湿空気が供給される。
【００８２】
そのため、カソード電極１７に液体燃料および水が滞留している状態で燃料電池システム２を起動したとしても（燃料電池システム２を再起動したとしても）、無加湿空気により、これらの液体燃料および水をカソード電極１７から排出しながら、カソード電極１７に酸素を供給できる。
【００８３】
その結果、燃料電池システム２の再起動時において、円滑に十分な発電量を得ることができる。
【００８４】
具体的には、図３に示すように、燃料電池システム２の再起動時において、無加湿空気が供給された場合の発電量を示すグラフＡと、加湿空気が供給された場合の発電量を示すグラフＢとを比較すると、無加湿空気が供給された場合において所定の発電量（例えば、８０Ａの電流）を得るまでの時間（例えば、Ｔ１）は、加湿空気が供給された場合において所定の発電量（例えば、８０Ａの電流）を得るまでの時間（例えば、Ｔ２）よりも短くなる。
【００８５】
そのため、上記したように、燃料電池システム２の再起動時に、カソード電極１７に無加湿空気を供給すれば、円滑に十分な発電量を得ることができる。
【００８６】
そして、カソード電極１７に無加湿空気を供給した後に、三方弁５２は、第２位置から第１位置に配置される。また、カソード電極１７には、加湿器５１によって加湿された空気（加湿空気）が供給される。
【００８７】
そのため、電気化学反応を生じやすい状態のカソード電極１７に、酸素（Ｏ２）および水（Ｈ２Ｏ）を安定的に供給できる。これにより、電気化学反応を安定的に継続させることができる。
【００８８】
また、この燃料電池システム２では、図１に示すように、三方弁５２を第２位置して、バイパスライン５８に空気を流入することで加湿しない無加湿空気をカソード電極１７に供給できる。そして、三方弁５２を第１位置して、加湿空気供給ライン５６に空気を流入することで加湿器５１により加湿された加湿空気をカソード電極１７に供給できる。
【００８９】
そのため、簡易な構成で、無加湿空気の流入経路と、加湿空気の流入経路とを確実に切り替えることができる。
【００９０】
４．第２実施形態
（１）第２実施形態の燃料電池システム
図２を参照して、燃料電池システム２の第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態において、上記した実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
【００９１】
上記した第１実施形態では、図１に示すように、三方弁５２を制御して、空気を加湿空気供給ライン５６を通過させることにより加湿空気を燃料電池３に供給し、また、空気をバイパスライン５８を通過させることにより無加湿空気を燃料電池３に供給している。
【００９２】
対して、第２実施形態では、加湿器５１を制御することにより、加湿空気および無加湿空気のいずれか一方を燃料電池３に供給する。
【００９３】
詳しくは、図２に示すように、第２実施形態では、空気供給ライン３３は、上流側空気供給ライン５５、加湿空気供給ライン５６、バイパスライン５８および下流側空気供給ライン５７を備えておらず、分岐しない一つの配管として形成されている。
【００９４】
空気供給ライン３３の供給方向上流端は、大気開放されており、空気供給ライン３３の供給方向下流端は、空気流路１９の上端部に連通するように、空気供給部材１４の上端部に接続されている。空気供給ライン３３の途中には、エアポンプ３５および加湿器５１が介在されている。
【００９５】
加湿器５１は、空気供給ライン３３において、エアポンプ３５と空気供給部材１４との間に介在されている。加湿器５１は、ＥＣＵ４１によって、その動作が制御される。
【００９６】
そして、燃料電池３の再起動時においては、ＥＣＵ４１の制御により、加湿器５１の動作が停止される。すなわち、燃料電池３の再起動時においては、空気供給ライン３３を通過する空気は加湿されない。
【００９７】
これにより、無加湿空気が燃料電池３に供給される。
【００９８】
その後、上記したように、燃料電池３で発生する電力が通常電力に対しての一定量以上に達すると、ＥＣＵ４１の制御により、加湿器５１が作動する。
【００９９】
これにより、加湿空気が燃料電池３に供給される。
（２）第２実施形態の作用効果
第２実施形態の燃料電池システム２では、図２に示すように、加湿器５１を制御することにより、加湿空気および無加湿空気のいずれか一方を燃料電池３に供給している。
【０１００】
そのため、燃料電池システム２を簡易に構成できる。
【符号の説明】
【０１０１】
２      燃料電池システム
３      燃料電池
６      制御部
１５    電解質膜
１６    アノード電極
１７    カソード電極
３３    空気供給ライン
５１    加湿器
５２    三方弁
５６    加湿空気供給ライン
５８    バイパスライン
【図１】
2016048599.tif 000003
【図２】
2016048599.tif 000004
【図３】
2016048599.tif 000005