(57)【要約】【課題】  不活性ガスを用いることなく、カソードの劣化を防止しかつ停止中に酸化剤ガス流路へ透過した水素を除去することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】電解質層、前記電解質層の両主面にそれぞれ設けられたアノード電極及びカソード電極、並びに前記電解質層を挟んで配置されその一方が前記アノード電極に水素を含む燃料ガスを供給するための燃料ガス流路を有しその他方が前記カソード電極に酸化剤ガスを供給するために酸化剤ガス流路を有する導電性の一対のセパレータを備える燃料電池１と、前記一対のセパレータの間に前記アノード電極に対し前記カソード電極が正となる極性の直流電圧を印加する直流電圧印加器５と、制御器６と備え、前記制御器は、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスの供給を開始するまでに前記電圧印加器５によって前記直流電圧の印加を実行する。【選択図】    図１
2009170388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層、前記電解質層の両主面にそれぞれ設けられたアノード電極及びカソード電極、並びに前記電解質層を挟んで配置されその一方が前記アノード電極に水素を含む燃料ガスを供給するための燃料ガス流路を有しその他方が前記カソード電極に酸化剤ガスを供給するために酸化剤ガス流路を有する導電性の一対のセパレータを備える燃料電池と、
前記一対のセパレータの間に前記アノード電極に対し前記カソード電極が正となる極性の直流電圧を印加する直流電圧印加器と、
制御器と備え、
前記制御器は、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスの供給を開始するまでに前記電圧印加器によって前記直流電圧の印加を実行する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、前記直流電圧の印加が終了してから前記酸化剤ガスの供給を開始するまでの待機時間が、前記酸化剤ガスの供給を開始しても前記カソード電極が劣化しない時間となるように前記直流電圧の印加を実行する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御器は、前記燃料電池システムの起動処理を開始してから酸化剤ガスの供給を開始する迄の間に前記直流電圧の印加を実行する前記酸化剤ガスの供給を開始する、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御器は、前記燃料電池システムの停止処理が完了してから次の起動処理を開始するまでの期間に前記直流電圧の印加を実行した後、所定時間内に前記起動条件が満たされない場合、再度、前記直流電圧の印加を実行するよう構成されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記所定時間が、前記酸化剤ガスの供給を開始しても前記カソード電極が劣化しない上限時間である、請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御器は、前記停止処理が完了してから前記所定時間内に前記起動条件が満たされた場合には前記酸化剤ガスの供給を開始し、前記停止処理が完了してから前記所定時間内に前記起動条件が満たされない場合に、前記直流電圧の印加を実行するよう構成されている、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池は、前記電解質層、前記アノード電極及びカソード電極、並びに前記一対のセパレータを有する単位電池が２以上積層されてなるセルスタックを備え、
前記制御器は、１以上の前記単位電池から構成される単位電池ユニット毎に、順次、前記直流電圧の印加を実行するよう構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御器は、前記印加する直流電圧の上限値を、前記カソード電極を構成する材料の中で酸化還元電位に拡散過電圧を加えた電位が最も低い材料の酸化還元電位に拡散過電圧を加えた電位よりも小さい値となるよう制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御器は、前記印加する直流電圧の上限値を、前記カソード電極を構成する材料の中で酸化還元電位が最も低い材料の酸化還元電位よりも小さい値となるよう制御する、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】
本発明は燃料電池システムに関し、特に燃料電池の停止中にその酸化剤ガス流路へ透過した水素を除去する機構を備えるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを、電気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に発生させるものであり、使用する燃料や構成材料により、様々な種類がある。このうち、家庭用及び車載用の典型的な燃料電池として、固体高分子電解質形燃料電池が知られている。この固体高分子電解質形燃料電池は、電解質として、水素イオンを選択的に輸送する陽イオン交換樹脂からなる高分子電解質膜を備えていて、この高分子電解質膜の両面に、白金など、触媒能を有する金属を担持させたカーボン粉末を主成分とする触媒層が形成されている。この触媒層の外側には燃料ガス又は酸化剤ガスからなる反応ガスを通過させる通気性と電子伝導性とを併せ持つガス拡散層が形成されている。これら、高分子電解質膜とその両面に存在するガス拡散層および触媒層とが合体したものを、ＭＥＡ（電極-解質膜接合体）と呼ぶ。
【０００３】
そして、供給される燃料ガス及び酸化剤ガスが外にリークしたり、各々のガスが互いに混合したりしないように、ＭＥＡの周囲には高分子電解質膜を挟んで一対のガスシール材が配置されている。さらに、この一対のガスシール材の外面には、隣接したＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための一対の導電性のセパレータが配置されている。この一対のセパレータの内面には、触媒層に燃料ガスあるいは酸化剤ガスを供給するためのガス流路が設けられている。さらに、この一対のセパレータの外面にはＭＥＡで発電が起こる時に発生する熱を除去するための熱吸収構造が設けられている。この熱吸収構造としては、水や不凍液などの液状の冷却媒体を、セパレータ表面に設けた流路を通すことにより、熱を吸収するものが一般的であるが、冷却フィンや熱伝導管を用いた冷却構造も提案されている。
【０００４】
そして、ＭＥＡとガスシール材とセパレータより構成される単位電池が、要求される出力に応じて２〜２００段積層され、その外側に一対の集電板と一対の絶縁板とが配置され、さらにこれらが一対の端板で挟まれかつ締結ボルトで締結されてセルスタックに形成されている。このセルスタックが燃料電池の主要部を構成している。
【０００５】
このような燃料電池は、発電を維持及び制御する機器で構成される燃料電池システムに組み込まれ、電気とお湯とを供給するコジェネレーションシステムの電源や、自動車やバイクなどの輸送手段の動力源や、ポータブル機器の電源などとして用いられる。
【０００６】
このような用途では、燃料電池システムは、負荷の要求に応じて起動、運転、及び停止が繰り返される。また、運転時間及び停止時間は、負荷の要求に応じて大きく変化する。したがって、不定期に起動、運転、停止のサイクルが繰り返されても、数千時間から数万時間にわたり、発電性能を維持できる耐久性が燃料電池に求められる。
【０００７】
しかしながら、停止中に燃料電池のガス流路内に酸素が存在すると、酸化反応により、Ｐｔなどの金属触媒やカーボンなどの構造材料が損耗し、また、高分子電解質膜を用いた燃料電池では、触媒作用により酸素から生成される酸素ラジカルにより、高分子電解質膜の分解反応（劣化反応）が起こる。これらの劣化反応は、酸素濃度の高さに比例して反応速度が増大するが、発電中は、酸素が消費されるため、劣化反応速度は小さく、停止中に最大となる。
【０００８】
したがって、耐久性能を高めるためには、停止中の燃料電池の内部から酸素を除去する必要がある。
【０００９】
この課題を解決するために、例えば、特許文献１では、停止動作中に窒素やアルゴンや都市ガスなどの不活性ガスを酸化剤ガス流路に流し、流路中の酸化剤ガスを押し出した後、停止中は燃料電池を封止してこの不活性ガスを流路中に閉じ込めることで、燃料電池内の酸素濃度を低い状態に保つことが提案されている。
【００１０】
ところで、特許文献２には、このように停止中に酸化剤ガス流路に不活性ガスを保持しても、燃料ガス流路に水素を含む燃料ガスを保持すると、停止中に水素が電解質膜を透過して酸化剤ガス流路へ溜まり、次の起動時に酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが供給された時、カソード触媒表面で水素と酸素との直接燃焼反応が起こり、燃焼のエネルギーにより電解質膜やカーボンなどの燃料電池構成部材の損耗や、Ｐｔのシンターリングによる粒径増大などの劣化が起こることが課題として指摘されている。そして、特許文献２には、起動動作の直前に酸化剤ガス流路に不活性ガスを流すことで、水素と酸素とが直接接触することを防ぎ、劣化を抑制できる旨記載されている。
【特許文献１】特開２００５−２５９６６３
【特許文献２】特開２００５−９３１１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載された従来の技術は、都市ガス配管や、ボンベ等のガス貯蔵手段などの不活性ガスを供給する設備が不可欠であり、自動車などの移動又は輸送手段の動力源や、モバイル機器用電源や、水素を主成分の一つに持つ燃料ガスが供給される定地用コジェネレーションシステムとして用いられる燃料電池システムでは、重量や設置容積の関係から実施することが困難であった。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、不活性ガスを用いることなく、カソードの劣化を防止しかつ停止中に酸化剤ガス流路へ透過した水素を除去することが可能な燃料電池システム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】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、電解質層、前記電解質層の両主面にそれぞれ設けられたアノード電極及びカソード電極、並びに前記電解質層を挟んで配置されその一方が前記アノード電極に水素を含む燃料ガスを供給するための燃料ガス流路を有しその他方が前記カソード電極に酸化剤ガスを供給するために酸化剤ガス流路を有する導電性の一対のセパレータを備える燃料電池と、前記一対のセパレータの間に前記アノード電極に対し前記カソード電極が正となる極性の直流電圧を印加する直流電圧印加器と、制御器と備え、前記制御器は、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスの供給を開始するまでに前記電圧印加器によって前記直流電圧の印加を実行する。このような構成とすると、直流電圧を印加したときに、カソード電極では水素の酸化反応によりプロトンが生成し、アノード電極ではプロトンの還元反応により水素が発生する。すなわち、酸化剤ガス流路中の水素が燃料ガス流路へと移動することになり、酸化剤ガス流路中の水素を除去することができる。その結果、酸化剤ガスの供給を開始したときのカソード電極の劣化を防止することができる。
【００１４】
前記制御器は、前記直流電圧の印加が終了してから前記酸化剤ガスの供給を開始するまでの待機時間が、前記酸化剤ガスの供給を開始しても前記カソード電極が劣化しない時間となるように前記直流電圧の印加を実行してもよい。このような構成とすると、水素除去処理から酸化剤ガス供給までの待機時間が、当該カソード電極が劣化しない時間に制限されるので、酸化剤ガスの供給を開始したときのカソード電極の劣化を防止することができる。
前記制御器は、前記燃料電池システムの起動処理を開始してから酸化剤ガスの供給を開始する迄の間に前記直流電圧の印加を実行してもよい。このような構成とすると、直流電圧印加後、酸化剤ガス流路に透過してきて蓄積される水素ガスの量を最小限に抑制できるので、酸化剤ガスの供給を開始したときのカソード電極の劣化をより低減することができる。
【００１５】
前記制御器は、前記燃料電池システムの停止処理が完了してから次の起動処理を開始するまでの期間に前記直流電圧の印加を実行した後、所定時間内に前記起動条件が満たされない場合、再度、前記直流電圧の印加を実行するよう構成されていてもよい。このような構成とすると、燃料電池の停止期間に水素除去処理を行うことができるので、速やかに発電を開始することができ、かつ、起動指令を待機して所定時間が経過すると水素除去処理を行うので、長時間待機しても、酸化剤ガスの供給を開始したときのカソード電極の劣化を防止することができる。
前記所定時間が、前記酸化剤ガスの供給を開始しても前記カソード電極が劣化しない上限時間であることが好ましい。
【００１６】
前記制御器は、前記停止処理が完了してから前記所定時間内に前記起動条件が満たされた場合には前記酸化剤ガスの供給を開始し、前記停止処理が完了してから前記所定時間内に前記起動条件が満たされない場合に、前記直流電圧の印加を実行するよう構成されていてもよい。
【００１７】
前記燃料電池は、前記電解質層、前記アノード電極及びカソード電極、並びに前記一対のセパレータを有する単位電池が２以上積層されてなるセルスタックを備え、前記制御器は、１以上の前記単位電池から構成される単位電池ユニット毎に、順次、前記直流電圧の印加を実行するよう構成されていてもよい。水素欠乏によるカソード電極の劣化や、処理が不十分で、水素が酸化剤ガス流路内に残存してしまうことを防ぐことができる。
【００１８】
前記制御器は、前記印加する直流電圧の上限値を、前記カソード電極を構成する材料の中で酸化還元電位に拡散過電圧を加えた電位が最も低い材料の酸化還元電位に拡散過電圧を加えた電位よりも小さい値となるよう制御することが好ましい。このような構成とすると、カソード電極を構成する材料の酸化還元電位以上で起こる酸化反応による材料の損耗を抑制することができる。
【００１９】
前記制御器は、前記印加する直流電圧の上限値を、前記カソード電極を構成する材料の中で酸化還元電位が最も低い材料の酸化還元電位よりも小さい値となるよう制御することが好ましい。このような構成とすると、カソード電極を構成する材料の酸化還元電位以上で起こる酸化反応による材料の損耗を好適に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は以上に説明したような構成を有し、不活性ガスを用いることなく、カソードの劣化を防止しかつ停止中に酸化剤ガス流路へ透過した水素を除去することが可能な燃料電池システムを提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、全ての図を通じて同一又は相当する要素には同じ参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略の構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１０１は燃料電池１を備えている。燃料電池システム１０１は、例えば、自動車などの移動又は輸送手段の動力源用（車載用）、モバイル機器の電源用、又は水素を主成分の一つに持つ燃料ガスが供給される定地用コジェネレーションシステム用の燃料電池システムで構成されている。燃料電池１は、例えば、固体高分子電解質形燃料電池で構成されている。
【００２３】
燃料電池１は、内部燃料ガス経路１７と内部酸化剤ガス経路１８とを有している。内部燃料ガス経路１７は、後述するように、順に接続された燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス流路、及び燃料ガス排出マニホールドを含んでいる。内部酸化剤ガス経路１８は、後述するように、順に接続された酸化剤ガス供給マニホールド、酸化剤ガス流路、及び酸化剤ガス排出マニホールドを含んでいる。内部燃料ガス経路１７の入口１７ａには燃料ガス供給路７の下流端が接続されている。燃料ガス供給路７の上流端には燃料ガス供給器２が接続されている。燃料ガスとして、ここでは、水素含有ガス又は純水素ガスが用いられる。燃料ガス供給器２は、メタノール等のアルコール燃料の貯蔵タンク及びアルコール燃料を水素含有ガスに改質する改質器、高圧水素タンク、水素ボンベ、外部より供給される水素の流量を出力により調節する流量調節器等で構成されている。
【００２４】
内部燃料ガス経路１７の出口１７ｂには、燃料ガス排出路１０の上流端が接続されている。燃料ガス排出路１０には、排出された未反応の燃料ガスを燃焼させる燃焼器等（図示せず）が必要に応じて配設され、燃料ガス排出路１０の下流端は大気に開放されている。
内部酸化剤ガス経路１８の入口１８ａには酸化剤ガス供給路８の下流端が接続されている。酸化剤ガス供給路８の上流端には酸化剤ガス供給器３が接続されている。酸化剤ガスとして、ここでは空気が用いられる。酸化剤ガス供給器３は、空気（大気）を吸入及び圧縮して供給するコンプレッサ、空気（大気）を吸入及び送出するブロワ等で構成されている。酸化剤ガス供給路８には加湿器（図示せず）が必要に応じて設けられる。
【００２５】
内部酸化剤ガス経路１８の出口１８ｂには、酸化剤ガス排出路１３の上流端が接続されている。酸化剤ガス排出路１８の下流端は大気に開放されている。
【００２６】
燃料ガス供給路７、燃料ガス排出路９、酸化剤ガス供給路１１、及び酸化剤ガス排出路１３には、それぞれ、第１封止弁８、第２封止弁１０、第３封止弁１２、及び第４封止弁１４が配設されている。第１乃至第４封止弁８，１０，１２，１４はいずれも開閉弁で構成されている。第１封止弁８及び第２封止弁１０を閉止することにより、内部燃料ガス経路１７（正確には、燃料ガス供給路７の第１封止弁８より下流側の部分、内部燃料ガス経路１７、及び燃料ガス排出流路９の第２封止弁１０より上流側の部分）に燃料ガスを封止することができる。また、第３封止弁１２及び第４封止弁１３を閉止することにより、酸化剤ガス供給路１１の第３封止弁１２より下流側の部分、内部酸化剤ガス経路１８、及び酸化剤ガス排出流路１３の第４封止弁１４より上流側の部分（以下、酸化剤ガス封止空間１９という）に酸化剤ガスを封止することができる。つまり、内部酸化剤ガス経路１８に酸化剤ガスを封止することができる。
【００２７】
また、燃料電池システム１０１は、燃料電池１を通るように形成された冷却水循環経路と、この冷却水循環経路に配設された冷却水循環ポンプ及び放熱器とを有する冷却システムを備えている。この冷却システムでは、発電時には、冷却水循環ポンプにより冷却水循環経路を循環される冷却水が燃料電池１と熱交換し、その熱交換で得た熱を放熱器で放出する。それにより、燃料電池１が所定の温度に維持される。しかし、この冷却システムは本発明には直接関係しないため、これ以上の説明とその図示を省略する。
【００２８】
燃料電池１の一対の電気出力端子１６Ａ，１６Ｂには出力制御器４の入力端子（図示せず）が接続されている。出力制御器４は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）とインバータ（図示せず）とで構成されている。なお、車載用の燃料電池システムのように、負荷２１が直流負荷である場合には、インバータが省略される。
【００２９】
出力制御器４の出力端子（図示せず）には負荷２１が接続される。出力制御器４の出力端子と負荷２１とを接続する電気配線には、負荷２１で消費される電力（負荷電力）を検出する負荷検出器１５が配設されている。負荷検出器１５は、例えば、電力計で構成されている。負荷検出器１５で検出された負荷電力は後述する制御器６に入力される。
【００３０】
燃料電池システム１０１は、さらに、電圧印加器５と制御器６とを備えている。電圧印加器５は、燃料電池１に電圧を印加するためのもので、後で詳しく説明する。
【００３１】
制御器６は、演算部（図示せず）と記憶部（図示せず）とを備えている。制御器６は、マイクロコンピュータ等の演算器で構成され、演算部がそのＣＰＵ等のプロセッサで構成され、記憶部がその内部メモリで構成されている。本発明において、制御器とは単独の制御器のみならず、制御器群をも意味する。従って、制御器６は、必ずしも単独の制御器で構成される必要はなく、複数の制御器が分散して配置され、それらが協働して所定の制御を行うよう構成されていてもよい。
【００３２】
制御器６の演算部（以下、単に演算部という場合がある）には、負荷検出器１５で検出された負荷電力と電圧印加器５で検出された電流（後述する）と印加電圧とが入力される他、燃料電池システム１０１の所要の構成要素から所要の情報が入力される。一方、制御器６の記憶部（以下、単に記憶部という場合がある）には所定の制御プログラムが格納されている。演算部は、これらの制御プログラムを記憶部から読み出して実行し、上述の入力に基づいて所要の処理を行い、燃料電池システム１０１の被制御要素に制御信号を出力して燃料電池システム１０１の全体の動作を制御する。
【００３３】
次に、燃料電池１の構成を詳しく説明する。図２は図１の燃料電池１の構成を示す部分分解図である。
【００３４】
図２に示すように、燃料電池１は、ＭＥＡ３４を備えている。ＭＥＡ３４は、高分子電解質膜３１と、高分子電解質膜３１の一方の主面の周縁部を除く部分（中央部）に形成されたアノード触媒層３２Ａと、アノード触媒層３２Ａの上に形成されたガス拡散層３３と、高分子電解質膜３１の他方の主面の周縁部を除く部分（中央部）に形成されたカソード触媒層３２Ｂと、カソード触媒層３２Ｂの上に形成されたガス拡散層３３と、を備えている。アノード触媒層３２Ａとガス拡散層３３とがアノード電極７１を構成し、カソード触媒層３２Ｂとガス拡散層３３とがカソード電極７２を構成している。
【００３５】
高分子電解質膜３は、水素イオンを選択的に輸送する陽イオン交換樹脂で構成されており、具体的には、例えば、パーフルオロスルホン酸系の材料で構成されている。アノード触媒層３２Ａ及びカソード触媒層３２Ｂは、例えば、白金系の触媒とこの触媒を担持するカーボン粉末からなる担体とで構成されている。ガス拡散層３３は、通気性と導電性とを有する材料で構成されており、具体的には、例えば、カーボンからなる不織布、紙などで構成されている。
【００３６】
ＭＥＡ３４の両主面の周縁部には、それぞれアノード電極７１及びカソード電極７２を囲むように一対のガスケット３５が配設されている。ガスケット３５は、図２に示すように、燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路とを互いにかつ外部に対しシールするような形状に形成されている。そして、この一対のガスケット３５とＭＥＡ３４とを挟むようにアノードセパレータ３６Ａ及びカソードセパレータ３６Ｂが配設されている。アノードセパレータ３６Ａはその一方の主面（以下、内面という）がＭＥＡ３４のアノード電極７１に当接するように配設され、カソードセパレータ３６Ｂはその一方の主面（以下、内面という）がＭＥＡ３４のカソード電極７２に当接するように配設されている。アノードセパレータ３６Ａ及びカソードセパレータ３６Ｂは、金属、カーボン等の導電性材料で構成され、板状に形成されている。アノードセパレータ３６Ａの周縁部には、燃料ガス供給マニホールド孔２１Ａ、燃料ガス排出マニホールド孔２２Ａ、酸化剤ガス供給マニホールド孔２３Ａ、酸化剤ガス排出マニホールド孔２４Ａ、冷却水供給マニホールド孔２５Ａ、及び冷却水排出マニホールド孔２６Ａが形成されている。カソードセパレータ３６Ｂの周縁部のアノードセパレータ３６Ａのマニホールド孔２１Ａ〜２６Ａに対応する位置には、それぞれ、燃料ガス供給マニホールド孔２１Ｂ、燃料ガス排出マニホールド孔２２Ｂ、酸化剤ガス供給マニホールド孔２３Ｂ、酸化剤ガス排出マニホールド孔２４Ｂ、冷却水供給マニホールド孔２５Ｂ、及び冷却水排出マニホールド孔２６Ｂが形成されている。
【００３７】
アノードセパレータ３６Ａの内面には、燃料ガス供給マニホールド孔２１Ａと燃料ガス排出マニホールド孔２２Ａとを接続するように溝状の燃料ガス流路３７Ａが形成されている。アノードセパレータ３６Ａの他方の主面（以下、外面という）には、冷却水供給マニホールド孔２５Ａと冷却水排出マニホールド孔２６Ａとを接続するように溝状の冷却水流路３８Ａが形成されている。カソードセパレータ３６Ｂの内面には、酸化剤ガス供給マニホールド孔２１Ｂと酸化剤ガス排出マニホールド孔２２Ｂとを接続するように溝状の酸化剤ガス流路３７Ｂが形成されている。カソードセパレータ３６Ｂの他方の主面（以下、外面という）には、冷却水供給マニホールド孔２５Ｂと冷却水排出マニホールド孔２６Ｂとを接続するように溝状の冷却水流路３８Ｂが形成されている。
【００３８】
これらのＭＥＡ３４と、一対のガスケット３５と、アノードセパレータ３６Ａと、カソードセパレータ３６Ｂとで単位電池３９が構成されている。そして、この単位電池３９が所定数積層されてセル積層体が構成されている。このセル積層体の両側に一対の集電板４０Ａ，４０Ｂ、一対の絶縁板４１，４１、及び一対の端板４２，４２が順に配設されている。一対の端板４２の４隅には貫通孔４３がそれぞれ設けられていて、この貫通孔４３に締結ボルト（図示せず）が挿通されてナット（図示せず）とこの締結ボルトとにより一対の端板４２，４２を締め付けることにより、燃料電池（セルスタック）１が形成されている。集電板４０Ａ，４０Ｂは金属材料で構成され、絶縁板４１及び端板４２は樹脂材料で構成されている。
【００３９】
この燃料電池１においては、アノードパレータ３６Ａ及びカソードセパレータ３６Ｂの燃料ガス供給マニホールド孔２１Ａ，２１Ｂ、燃料ガス排出マニホールド孔２２Ａ，２２Ｂ、酸化剤ガス供給マニホールド孔２３Ａ，２３Ｂ、酸化剤ガス排出マニホールド孔２４Ａ，２４Ｂ、冷却水供給マニホールド孔２５Ａ，２５Ｂ、及び冷却水排出マニホールド孔２６Ａ，２６Ｂが繋がって、それぞれ、燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス排出マニホールド、酸化剤ガス供給マニホールド、酸化剤ガス排出マニホールド、冷却水供給マニホールド、及び冷却水排出マニホールドが形成されている。また、隣接する単位電池同士の境界において、冷却水流路３８Ａと冷却水流路３８Ｂとが接合して１つの冷却水流路が形成されている。さらに、燃料電池１の一端に内部燃料ガス経路１７の入口１７ａ（図１参照、図２には示さず）、内部酸化剤ガス経路１８の入口１８ａ（図１参照、図２には示さず）、及び冷却水の入口（図示せず）が形成され、燃料電池１の他端に燃料ガスの出口１７ｂ（図１参照、図２には示さず）、酸化剤ガスの出口１８ｂ（図１参照、図２には示さず）、及び冷却水の出口（図示せず）が形成されている。そして、燃料電池１の一端側に配置された集電板４０Ａ、絶縁板４１、及び端板４２を貫通するように、内部燃料ガス経路１７の入口１７ａ、内部酸化剤ガス経路１８の入口１８ａ、及び冷却水の入口と、燃料ガス供給マニホールド、酸化剤ガス供給マニホールド、及び冷却水供給マニホールドの燃料電池１の一端側の端と、をそれぞれ連通する連通孔（図示せず）が形成されている。また、燃料電池１の他端側に配置された集電板４０Ｂ、絶縁板４１、及び端板４２を貫通するように、内部燃料ガス経路１７の出口１７ｂ、内部酸化剤ガス経路１８の出口１８ｂ、及び冷却水の出口と、燃料ガス供給マニホールド、酸化剤ガス供給マニホールド、及び冷却水供給マニホールドの燃料電池１の他端側の端と、をそれぞれ連通する連通孔（図示せず）が形成されている。そして、燃料電池１の両端部に形成された上述の連通孔と、燃料ガス供給マニホールドと、各単位電池の燃料ガス流路３７Ａと、燃料ガス排出マニホールドとで内部燃料ガス経路１７が構成されている。また、燃料電池１の両端部に形成された上述の連通孔と、酸化剤ガス供給マニホールドと、各単位電池の酸化剤ガス流路３７Ｂと、燃料ガス排出マニホールドとで内部酸化剤ガス経路１８が構成されている。なお、燃料電池１の両端部に形成された上述の連通孔と、冷却水供給マニホールドと、各単位電池間の冷却水流路３８Ａ，３８Ｂと、冷却水排出マニホールドとで冷却水循環経路の燃料電池通過部分が構成されている。
【００４０】
次に、本発明を特徴付ける電圧印加器５の構成を詳しく説明する。図３は図１の電圧印加器５の構成を示す模式図である。
【００４１】
図３において、燃料電池１はｎ個の単位電池３９を備えている。すなわち、燃料電池１は、第１単位電池３９−１乃至第ｎ単位電池３９−ｎを備えている。なお、図３において、単位電池３９−１〜３９−ｎの構成は模式的に簡略化されて描かれている。例えば、ＭＥＡ３４がセパレータ３６Ａ，３７Ｂと同じ大きさに描かれ、ガスケットが省略されている。
【００４２】
そして、電圧印加器５は、直流電源５１と、接続切替器５２と、電流検出器６１と、電圧検出器６２と、を備えている。直流電源５１は、本実施の形態では直流電圧を変化させて出力することが可能な電圧源で構成されている。ここでは、直流電源５１は例えばスイッチング電源で構成されている。直流電源５１のＯＮ及びＯＦＦ並びに出力電圧は、制御器６によって制御される。直流電源５１の出力端子間には、直流電源５１により印加される電圧（以下、印加電圧又は出力電圧という場合がある）を検出する電圧検出器６２が配設されている。電圧検出器５０は、例えば、電圧計で構成されている。電圧検出器５０で検出される印加電圧は制御器６の演算部に入力される。接続切替器５２は燃料電池１の単位電池３９の数と同じ数の切替ユニット５７を備えている。切替ユニット５７は、第１端子５３と、この第１端子５３に対向しかつ互いに並ぶように配設された第２端子５４及び第３端子５５と、接触子５５とを備えている。接触子５５は、第１端子５３を第２端子５４に接続する第１接続状態、第１端子５３を第３端子５５に接続する第２接続状態、及び第１端子５３を第２端子５４及び第３端子５５のいずれにも接続しない第３接続状態、のいずれかとなるように位置する。なお、ここでは、理解を容易にするために、機械的に接続を切り替えるよう構成された接続切替器５２を用いたが、これと同じ接続切替機能を半導体デバイスを用いて電気的かつ非接触的に実現した接続切替器５２を用いてもよいことは言うまでもない。また、ロータリスイッチ、デマルチプレクサ等の１入力多出力のスイッチングデバイスを用いてもよい。
【００４３】
第１端子５３は、当該第１端子５３が属する切替ユニット５７に対応する単位電池３９−１〜３９−ｎのセパレータに接続されている。第１端子５３が接続されるセパレータはアノードセパレータ３６Ａ及びカソードセパレータ３６Ｂのいずれでも構わないが、全ての単位電池３９−１〜３９−ｎを通じて、アノードセパレータ３６Ａ及びカソードセパレータ３６Ｂのいずれかに統一されていなければならない。本実施の形態では、第１端子５３は、カソードセパレータ３６Ｂに接続されている。
【００４４】
第２端子５４及び第３端子５５は、それぞれ、直流電源５１のマイナス（−）端子及びプラス（＋）端子に接続されている。また、本実施の形態では、燃料電池１の第１単位電池３９−１のアノードセパレータに当接する集電板４０Ａが直流電源５１のマイナス端子に接続されている。そして、接触子５５の接続切替動作が制御器６によって制御される。接続切替器５２と直流電源５１の出力端子との間の配線には電流検出器６１が配設されている。電流検出器６１は、例えば、電流計で構成されている。電流検出器６１で検出される電流は制御器６の演算部に入力される。これにより、直流電源５１の出力電圧を燃料電池１の任意の単位電池３９−１〜３９−ｎに印加することができる。
【００４５】
次に、以上のように構成された燃料電池システム１０１の動作を一般的動作と特徴的動作とに分けて説明する。これらの動作は制御器６の制御により遂行される。
【００４６】
まず、一般的動作を簡単に説明する。図１及び図２において、燃料電池システム１０１は制御器６に制御されて動作し、その動作として、待機動作と、起動処理と、発電運転と、停止処理とを有している。待機動作とは、いわゆる「停止状態」を意味しており、制御器６が動作していて（活性化されていて）、燃料電池システム１０１の主要部（直接発電に関わる部分）が停止している状態をいう。起動処理とは、燃料電池システムを待機動作からスムーズに立ち上げて発電運転に移行させる動作をいう。発電運転とは、発電を行う動作をいう。停止処理とは、燃料電池システムを発電運転からスムーズに立ち下げて待機動作に移行させる動作をいう。
【００４７】
起動処理において、燃料電池システム１０１では、第１乃至第４封止弁８，１０，１２，１４が開放される。そして、燃料ガス供給器２による燃料ガスの供給と酸化剤ガス供給器３による酸化剤ガスの供給とが開始される。燃料電池システム１０１の起動の際には、所定の起動条件が満たされたと制御器６が判定すると、制御器６は起動信号を燃料電池システム１０１の所要の構成要素に出力する。上記起動条件が満たされる場合としては、より具体的には、負荷電力が所定の閾値以上になった場合、ユーザによる所定の入力装置（図示せず）を通じた起動要求の入力がされた場合、ユーザーの入力装置を通じた入力により設定された起動時刻になった場合、又は学習運転制御により予め設定された起動時刻になった場合等が挙げられる。そして、本発明において、起動処理を開始するとは、所定の起動条件が満たされ、制御器６が上記起動信号を出力したことをいう（指す）。
【００４８】
発電運転において、燃料電池システム１０１では、燃料ガス供給器２から燃料ガスが燃料電池１の内部燃料ガス経路１７に供給され、酸化剤ガス供給器３から酸化剤ガスが燃料電池１の内部酸化剤ガス経路１８に供給される。内部燃料ガス経路１７に供給された燃料ガスはアノード電極７１に到達し、アノード電極７１において、燃料ガス中の水素の酸化反応により電子とプロトンとが生成する。電子は負荷２１を含む電気回路を通じてカソード電極７２に移動し、プロトンは高分子電解質膜３１により輸送されてカソード電極７２に移動する。そして、カソード電極７２でプロトンの還元反応により水素が発生する。一方、内部酸化剤ガス経路１８に供給された酸化剤ガスはカソード電極７２に到達し、カソード電極７２において、酸化剤ガス中の酸素が前述の水素と反応して水が生成する。そして、この一連の反応において電気と熱が発生する。発生した電気は出力制御装置４を通じて負荷２１に供給されそこで消費される。発生した熱は冷却水により運ばれて放熱器から放出される。発電運転において、制御器６は、負荷検出器１５で検知される負荷電力に基づいて発電目標を設定し、その発電目標に基づいて燃料電池システム１０１を適宜制御しながら発電を行う。その際、制御器６は、負荷電力に応じて燃料電池システム１０１を適宜停止及び起動する。
【００４９】
アノード電極７１で消費されなかった未反応の燃料ガスは燃料ガス排出路９に排出され、そこで燃焼等されて最終的に大気中に放出される。カソード電極７２で消費されなかった未反応の酸化剤ガスは酸化剤ガス排出路１３を通じて大気中に放出される。
【００５０】
停止処理において、燃料電池システム１０１では、燃料ガス供給器２による燃料ガスの供給と酸化剤ガス供給器３による酸化剤ガスの供給とが停止される。そして、第１乃至第４封止弁８，１０，１２，１４が閉止される。これにより、燃料電池１の内部燃料ガス経路１７に燃料ガスが封止され、燃料電池１の内部酸化剤ガス経路１８に酸化剤ガスが封止される。そして、待機動作に移行する。
【００５１】
待機動作においては、時間の経過とともに、内部燃料ガス経路１７に封止された燃料ガス中の水素が高分子電解質膜３１を透過して内部酸化剤ガス経路１８に移動する。この移動した水素は酸化剤ガス中の酸素と反応して消費される。やがて、内部酸化剤ガス経路１８中（正確には酸化剤ガス封止空間１９中）の酸素が消費され尽くす。これにより、カソード電極７２の酸化による劣化が防止される。そして、酸素が消費され尽くした後は、内部酸化剤ガス経路１８にアノード電極７１側から移動してくる水素が溜まる。
【００５２】
次に、本発明の特徴的動作を説明する。
【００５３】
図４は燃料電池システム１０１の水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。図５及び図６は電圧印加器の動作を示す模式図である。
【００５４】
図４に示すように、燃料電池システム１０１が、その停止処理が完了して待機動作に移行すると（ステップＳ１）、制御器６（正確にはその演算部）は、所定の起動条件が満たされることを待機する(ステップＳ２)。
【００５５】
起動条件が満たされると、制御器６は起動信号を出力し（ステップＳ３）、水素除去工程Ｓ１００を遂行する。
【００５６】
この水素除去工程Ｓ１００においては、まず、制御器６は、第１単位電池３９−１を直流電源５１に接続する（ステップＳ４）。具体的には、図５に示すように、制御器６は接続切替器５２を制御して、第１単位電池３９−１に対応する接続切替ユニット５７において、接触子５６により第１端子５３を第３端子５５に接続する。そして、第１単位電池３９−１以外の単位電池３９−２〜３９−ｎに対応する接続切替ユニット５７において、接触子５６を、第１端子５３を第２端子５４及び第３端子５５のいずれにも接続しない中立位置に位置させる。
【００５７】
次に、制御器６は、直流電源５１をＯＮする（ステップＳ５）。これにより、直流電源５１によって第１単位電池３９−１に直流電圧が印加される。ここで、本実施の形態では、制御器６の記憶部に、印加電圧の上限値（以下、上限電圧という）が記憶されている（設定されている）。この上限電圧は、カソード電極７２を構成する材料の中で最も酸化還元電位が低い材料の酸化還元電位の９０％の値に決定される。最も酸化還元電位が低い材料を基準に上限電圧を決定する理由は、カソード電極７２を構成する材料の酸化による劣化（腐食）を防止するためである。９０％という数値は、直流電源５１による電圧印加の制御の遅れを考慮したものである。従って、この９０％という数値は電圧印加器５の応答速度に応じて変更する必要がある。本実施の形態では、上述のように、カソード電極７２は、白金系の触媒とカーボン粉末からなる触媒担体とで構成されたカソード触媒層３２Ｂと、カーボンからなる不織布、紙などで構成されたガス拡散層３３とで構成されているので、これらの中で最も酸化還元電位が低い材料はカーボンである。カーボンの酸化還元電位は０．２３Ｖである。従って、本実施の形態では、０．２３Ｖの９０％である０．２１Ｖが上限電圧と定められている。なお、ここでは、理想的な上限電圧を定めるべく、カソード電極７２を構成する材料の中で最も酸化還元電位が低い材料の酸化還元電位を基準に上限電圧を定めたが、カソード電極７２を構成する材料の中で酸化還元電位に過電圧を加えた電圧（以下、便宜的に実質酸化電位と呼ぶ）が最も低い材料の実質酸化電位を基準に上限電圧を定めてもよい。カソード電極７２を構成する材料は、実際には実質酸化電位を超える電圧が印加されないと酸化されないからである。このように、実質酸化電位を基準に上限電圧を定める場合には、カーボンの実質酸化電位を基準に定めることになる。例えば、単位電池のカソード電極７２に窒素ガスを、アノード電極７１に水素ガスを供給した状態で、外部直流電源の正極とカソード電極７２とを、外部電源の負極とアノード電極７１とをそれぞれ接続した試験において、外部電源の電圧を増大させた時、０．３Ｖ〜０．５Ｖの電流値が、低い値で安定する。このことから、この電圧範囲ではカーボンの腐食による電流が過電圧により流れていないとすると考えることができる。そこでこの場合、上限電圧は、０．４Ｖに定められる。この値は、材料や構造により変化するため、同様の試験により値を決定する必要がある。また、実質酸化電位の測定方法はこれには限定されず、他の測定方法でもよい。
【００５８】
この上限電圧の下で、制御器６は、電流（以下、水素除去電流という）の値が所定の一定値（以下、所定電流値という）となるように直流電源５１の出力電圧（印加電圧）を制御する。この所定電流値は、直流電源５１による印加電圧が上限電圧を超えないことという条件以外に制約は無い。この所定電流値は、実験、計算等により予め決定されて、制御器６の記憶部に記憶される。制御器６は、電流検出器６１で検出される電流がこの記憶された所定電流値になるよう直流電源５１の出力電圧を制御する。これにより、内部酸化剤ガス経路１８内（正確には酸化剤ガス封止空間１９内）に存在する水素の酸化反応が開始される。そして、時間が経過するに連れて酸化剤ガス経路１８路内の水素濃度が薄く（低く）なり、それに連れて拡散過電圧が上昇する。一方、制御器６は、水素除去電流を所定電流値に維持するよう直流電源５１の印加電圧（出力電圧）を制御するので、印加電圧が上昇していく。制御器６は、この印加電圧が上限電圧を超えたか否かを電圧検出器６２によって監視する（ステップＳ６）。やがて、印加電圧が上限電圧を超えると、制御器６は直流電源５１をＯＦＦする。これにより、直流電圧の印加が終了する（ステップＳ７）。その結果、第１単位電池３９−１の内部酸化剤ガス経路１８（正確には、酸化剤ガス封止空間１９）内に溜まった水素が除去される。この水素除去処理（ステップＳ５〜Ｓ７）は、通常、数秒で終了する。
【００５９】
次いで、制御器６は、水素除去処理した単位電池が最後の単位電池か否か判定する（ステップＳ８）。ここでは、最後の単位電池ではないので、ステップＳ１２に進む。
【００６０】
ステップＳ１２において、制御器６は、次の単位電池、すなわち第２単位電池３９−２を直流電源５１に接続する。具体的には、図６に示すように、制御器６は接続切替器５２を制御して、第１単位電池３９−１に対応する接続切替ユニット５７において、接触子５６により第１端子５３を第２端子５４に接続する。また、第２単位電池３９−２に対応する接続切替ユニット５７において、接触子５６により第１端子５３を第３端子５５に接続する。そして、第１単位電池３９−１及び第２単位電池３９−２以外の単位電池３９−３〜３９−ｎに対応する接続切替ユニット５７において、接触子５６を、第１端子５３を第２端子５４及び第３端子５５のいずれにも接続しない中立位置に位置させる。
【００６１】
次いで、制御器６は、上記と同様に第２単位電池３９−２に直流電圧を印加して水素除去処理を行う（ステップＳ５〜Ｓ７）。
【００６２】
そして、制御器６は、残りの単位電池に対して、ステップＳ１２，Ｓ５〜Ｓ８繰り返して遂行し、最後の単位電池、すなわち、第ｎ単位電池３９−ｎに対して水素除去処理（ステップＳ５〜Ｓ７）を遂行すると、ステップＳ９に進む（ステップＳ８においてＹＥＳ）。これにより、水素除去工程Ｓ１００が完了する。
【００６３】
ステップＳ８において、制御器６は、封止弁８，１０，１２，１４を開放する。これにより、燃料ガス供給路７、燃料ガス排出路９、酸化剤ガス供給路１１、酸化剤ガス排出路１３が開放される。
【００６４】
次いで、制御器６は、燃料ガス供給器２及び酸化剤ガス供給器３を制御して、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を開始する（ステップＳ１１）。このとき、内部酸化剤ガス経路１８（正確には酸化剤ガス封止空間１９）内の水素が除去されているので、供給される酸化剤ガス中の酸素と水素との直接燃焼反応による燃料電池構成部材の損耗を防止することができる。
【００６５】
次いで、制御器６は、燃料電池システム１０１全体を制御して、発電を開始する（ステップＳ１１）。
【００６６】
以上に説明したように、本実施の形態においては、燃料電池システム１０１は、停止処理時に、封止弁８，１０，１２，１４により、燃料電池１の内部燃料ガス経路１７及び内部酸化剤ガス経路１８内に、それぞれ、燃料ガス及び酸化剤ガスを封止する。これにより、内部酸化剤ガス経路１８内の酸化剤ガス中の酸素が高分子電解質膜３１を透過する水素によって消費されるので、カソード電極７２の酸化による劣化を、不活性ガスを用いることなく防止することができる。さらに、酸素が消費尽くされた後において、内部酸化剤ガス経路１８に溜まる水素が電圧印加器５によって各単位電池に電圧を印加することにより除去されるので、発電開始時における酸素と水素との直接燃焼反応による燃料電池構成部材の損耗を防止することができる。
【００６７】
また、本実施の形態においては、全ての単位電池３９−１〜３９−ｎを、１つずつ、順次直流電圧を印加して水素除去処理を行うので、一部の単位電池の転極による劣化や、一部の単位電池に除去されない水素が残存することを防止することができる。
すなわち、燃料電池１を構成する単位電池の数が多い場合、燃料電池１全体に印加する直流電圧は、（１つの単位電池に必要な直流電圧）×（積層される単位電池の数）となる。しかし、すべての単位電池が均一な状態であればよいが、各単位電池が内包する（その内部酸化剤ガス流路１８に存在する）水素量や各単位電池の部品抵抗などの物性値ばらつきなどにより、水素除去処理に必要な直流電圧にばらつきが生じる。このような状態で、多くの単位電池に一括して電流を流すと、内包する水素の少ない単位電池が先に水素除去処理が終わってしまい、この時点で水素除去工程を終了すると、他の単位電池では、処理されない水素が残存してしまう。一方、内包する水素量が最も多い単位電池の水素除去処理が終了する時点で水素除去工程を終了すると、先に水素が無くなってしまった単位電池では、水素の酸化以外の反応により電流を流す必要があるため、カソード電極を構成する材料の劣化反応が引き起こされる。そこで、本実施形態のように、全ての単位電池３９−１〜３９−ｎを、１つずつ、順次直流電圧を印加して水素除去処理を行うことにより、そのような不具合を防止することができる。
【００６８】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの電圧印加器の構成を示す模式図である。図８は本実施の形態の燃料電池システム１０１の水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。
【００６９】
本実施の形態は、水素除去工程が実施の形態１と相違し、その他は実施の形態１と同じである。以下、この相違点を説明する。
【００７０】
図７に示すように、本実施の形態では、第１に、電圧印加器５において、実施の形態１の電圧検出器６２（図３）が省略されている。本実施の形態では、印加電圧を必ずしも変化させる必要はないので、直流電源５１として、スイッチング電源の他、一次電池、二次電池、燃料電池などの化学電池、太陽電池や温度差電池などの物理電池、あるいはキャパシタなどを用いることができる。第２に、図８に示すように、水素除去工程Ｓ１０１において、実施の形態１の印加電圧を監視するステップＳ６（図４）に代えて、水素除去電流を監視するステップＳ１３が遂行される。
【００７１】
具体的には、ステップＳ５において、制御器６は直流電源５１が上限電圧より低い所定の一定電圧を出力するよう制御する。一方、時間の経過に伴って酸化剤ガス経路１８路内の水素濃度が薄くなると、それに連れて水素除去電流が減少する。そして、やがて水素除去電流はある一定値（以下に説明する電流Ｉ）に収束する。
【００７２】
この水素除去電流の変化の過程を詳しく説明する。内部酸化剤ガス経路１８中の酸素が消費され尽くした後の直流電流（水素除去電流）は、水素除去処理中に内部燃料ガス経路１７から高分子電解質膜３１を透過してくる水素が酸化されることで賄われることになる。すなわち、内部燃料ガス経路１７における水素の分圧と電解質（高分子電解質膜３１）中の水素ガス透過係数により内部酸化剤ガス経路１７（正確には酸化剤ガス封止空間１９）中の水素が除去された後の電極面積あたりの直流電流値Ｉは、（１）式より求められる。
【００７３】
Ｉ＝２ＤＦＡΔＰ／δＲＴ・・・（１）
（１）式において、Ｉは内部燃料ガス経路１７より透過してくる水素を酸化するために必要な透過水素酸化電流（直流電流）（A）、Ｄは電解質の水素拡散係数（cm2/sec）、Ｆはファラデー定数（C/mol）、Ａは水素を透過する電解質の面積(cm2)、ΔＰは内部燃料ガス経路１７における水素分圧と内部酸化剤ガス経路１８における水素分圧との差圧（Pa）、δは電解質（高分子電解質膜３１）の厚み（cm）、Ｒは気体定数（mol・K/Pa/cm3）、Ｔは水素除去工程を遂行しているときの温度（K）である。
【００７４】
従って、印加電圧を一定となるように制御した場合、単位電池を流れる直流電流（水素除去電流）の値は、内部酸化剤ガス経路１８内の水素濃度の低下に比例して減少し、（１）式で求められる直流電流Ｉで一定となる。それ故、単位電池を流れる電流値がＩに達した（減少した）時点が、水素除去処理を終了する時点となる。
【００７５】
本実施の形態では、この直流電流値Ｉを、予め、燃料ガスの流路７，１７，９に水素を流し、酸化剤ガスの流路１１，１８，１３に窒素を流した状態で、各単位電池３９−１〜３９−ｎ毎に測定し、この測定した直流電流値Ｉに所定の許容差（誤差）δＩを見込んだ電流範囲（（Ｉ−δＩ）〜（Ｉ＋δＩ））を水素除去電流の許容範囲として、各単位電池３９−１〜３９−ｎ毎に制御器６の記憶部に記憶している。そして、制御器６は、電流検出器６１で検出される電流が、該当する単位電池の水素除去電流の許容範囲内にあるか否か監視する（ステップＳ１３）。そして、電流検出器６１で検出される電流がこの水素除去電流の許容範囲内に入ると（ステップＳ１３でＹＥＳ）、直流電源５１をＯＦＦして直流電圧の印加を停止する（ステップＳ７）。これ以外のステップは実施の形態１と同様である。
【００７６】
このような実施の形態２によっても実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００７７】
なお、記憶部に記憶する電流許容範囲の基礎となる直流電流値Ｉは、予め測定した電解質（ここでは高分子電解質膜３１）の物性、燃料電池１の構造、及び燃料電池システム１０１の停止時の状態から計算によって求めてもよい。
【００７８】
また、記憶部に電流許容範囲を記憶するのではなく、水素除去電流を所定のサンプリング間隔で取得して、その変化率を算出し、この算出した変化率がほぼゼロとなるか否かによって、電圧の印加を終了するか否か判定するようにしてもよい。このようにすると、電解質の物性値は、燃料電池１の運転による劣化や、電解質の含水率や、外気温や、外気圧などの外乱により変化するので、その変化による誤判定を防止することができる。
【００７９】
（実施の形態３）
図９は本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの電圧印加器の構成を示す模式図である。図１０は本実施の形態の燃料電池システム１０１の水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。
【００８０】
本実施の形態は、水素除去工程が実施の形態１と相違し、その他は実施の形態１と同じである。以下、この相違点を説明する。
【００８１】
本実施の形態では、第１に、図９に示すように、電圧印加器５において、実施の形態１の電流検出器１６及び電圧検出器６２（図３）に代えて積算電荷量測定器６４が配設されている。本実施の形態では、印加電圧を必ずしも変化させる必要はないので、直流電源５１として、スイッチング電源の他、一次電池、二次電池、燃料電池などの化学電池、太陽電池や温度差電池などの物理電池、あるいはキャパシタなどを用いることができる。
【００８２】
積算電荷量測定器６４は、直流電源５１から単位電池３９−１〜３９−ｎに移動する電荷量の積算値を測定する。積算電荷量測定器６４は、例えば、電流計とマイクロコンピュータとを備え、電流計によって所定のサンプリング間隔で水素除去電流を測定し、マイクロコンピュータによってこの測定した水素除去電流をサンプリング期間毎に積分し、この積分値を順次積算することによって積算電荷量を測定するよう構成されている。
【００８３】
積算電荷量測定器６４で測定された積算電荷量は、制御器６の演算部に入力される。
【００８４】
第２に、図１０に示すように、水素除去工程Ｓ１０２において、実施の形態１の印加電圧を監視するステップＳ６（図４）に代えて、積算電荷量を監視するステップＳ１４が遂行される。
【００８５】
具体的には、ステップＳ４において、制御器６は直流電源５１が上限電圧より低い所定の一定電圧を出力するよう制御する。一方、既述のように、時間の経過に伴って酸化剤ガス経路１８路内の水素濃度が薄くなると、それに連れて水素除去電流が減少する。そして、やがて水素除去電流は、既述のように、電流Ｉに収束する。この電流Ｉは、初期の水素除去電流に比べて微小な電流である。従って、積算電荷量も水素除去電流の電流Ｉへの収束に伴ってある値（以下、収束積算電荷量Ｑという）実質的に収束する。それ故、積算電荷量が収束積算電荷量Ｑに達した時点が、水素除去処理を終了する時点となる。
【００８６】
本実施の形態では、この収束積算電荷量Ｑを、予め、燃料ガスの流路７，１７，９に水素を流し、酸化剤ガスの流路１１，１８，１３に窒素を流した状態で、各単位電池３９−１〜３９−ｎ毎に測定し、この測定した収束積算電荷量Ｑに所定の許容差（誤差）δＱを見込んだ積算電荷量範囲（（Ｑ−δＱ）〜（Ｑ＋δＱ））を積算電荷量の許容範囲として、各単位電池３９−１〜３９−ｎ毎に制御器６の記憶部に記憶している。そして、制御器６は、積算電荷量測定器６４で測定される積算電荷量が、該当する単位電池の積算電荷量の許容範囲内にあるか否か監視する（ステップＳ１４）。そして、積算電荷量測定器６４で測定される積算電荷量がこの積算電荷量の許容範囲内に入ると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、直流電源５１をＯＦＦして直流電圧の印加を停止する（ステップＳ７）。これ以外のステップは実施の形態１と同様である。
【００８７】
このような実施の形態３によっても実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００８８】
なお、記憶部に記憶する積算電荷量許容範囲の基礎となる収束積算電荷量Ｑは、予め測定した電解質（ここでは高分子電解質膜３１）の物性、燃料電池１の構造、及び燃料電池システム１０１の停止時の状態から計算によって求めてもよい。
【００８９】
また、記憶部に積算電荷量許容範囲を記憶するのではなく、積算電荷量の変化率を算出し、この算出した変化率がほぼゼロとなるか否かによって、電圧の印加を終了するか否か判定するようにしてもよい。このようにすると、電解質の物性値は、燃料電池１の運転による劣化や、電解質の含水率や、外気温や、外気圧などの外乱により変化するので、その変化による誤判定を防止することができる。
【００９０】
（実施の形態４）
図１１は本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの電圧印加器の構成を示す模式図である。図１２は本実施の形態の燃料電池システム１０１の水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。
【００９１】
本実施の形態は、水素除去工程が実施の形態１と相違し、その他は実施の形態１と同じである。以下、この相違点を説明する。
【００９２】
図１１に示すように、本実施の形態では、第１に、電圧印加器５において、実施の形態１の電流検出器１６及び電圧検出器６２（図３）が省略されている。また、燃料電池システム１０１がタイマ６３を備えている。本実施の形態では、印加電圧を必ずしも変化させる必要はないので、直流電源５１として、スイッチング電源の他、一次電池、二次電池、燃料電池などの化学電池、太陽電池や温度差電池などの物理電池、あるいはキャパシタなどを用いることができる。タイマ６３は、ここでは、制御器６を構成するマイクロコンピュータ等の演算器に内蔵されている時計で構成されている。制御器６は、タイマ６３の計時情報を適宜取得するよう構成されている。
【００９３】
第２に、図１２に示すように、水素除去工程Ｓ１０３において、実施の形態１の印加電圧を監視するステップＳ６（図４）に代えて、タイマ６３により所定時間を計測するステップＳ１５が遂行される。
【００９４】
具体的には、ステップＳ５において、制御器６は直流電源５１が上限電圧より低い所定の一定電圧を出力するよう制御する。一方、既述のように、時間の経過に伴って酸化剤ガス経路１８路内の水素濃度が薄くなると、それに連れて水素除去電流が減少する。そして、やがて水素除去電流は、既述のように、電流Ｉに収束する。換言すれば、水素除去電流は、直流電圧の印加を開始してからある時間内に電流Ｉに収束する。従って、この電圧を印加する期間（以下、所定電圧印加期間という）を適切に選択することにより、所定電圧印加期間の終了時点を、水素除去処理の終了時点とすることができる。
【００９５】
本実施の形態では、この所定電圧印加期間を予め実験により求め、この求めた所定電圧印加期間を制御器６の記憶部に記憶している。なお、所定電圧印加期間を、実験ではなく、計算によって求めてもよい。そして、制御器６は、直流電圧の印加を開始すると（ステップＳ５）、タイマ６３により所定電圧印加期間の計測を開始し、所定電圧印加期間が終了すると（ステップＳ１５）、直流電源５１をＯＦＦして直流電圧の印加を停止する（ステップＳ７）。これ以外のステップは実施の形態１と同様である。
【００９６】
このような実施の形態４によっても実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００９７】
（実施の形態５）
以上に述べた実施の形態１乃至４では、起動処理時に、すなわち、起動信号が出力された後に、水素除去工程が遂行されるが、本発明の実施の形態５では、停止期間中（待機動作時）に水素除去工程が遂行される。
【００９８】
本実施の形態は、ハードウエアの構成は実施の形態１と全く同じであり、水素除去工程に関する制御プログラムが実施の形態１と異なる。以下、この相違点について説明する。
【００９９】
図１３は本実施の形態の燃料電池システム１０１の水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。
【０１００】
図１３に示すように、本実施の形態では、燃料電池システム１０１の停止処理が終了すると（ステップＳ１）、制御器６は、起動条件が満たされたか否か判定する（ステップＳ２）。
【０１０１】
起動条件が満たされた場合（ステップＳ２でＹＥＳ）には、起動信号を出力する（ステップＳ３）。次いで、封止弁８，１０，１２，１４を開放し（ステップＳ９）、その後、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を開始し（ステップＳ１０）、燃料電池システム１０１を発電運転へと移行させる（ステップＳ９〜１１）。
【０１０２】
起動条件が満たされない場合には（ステップＳ２でＮＯ）、水素除去処理が必要か否か判定する（ステップＳ２１）。ここで、この水素除去処理が必要か否かの判定基準について説明する。
【０１０３】
本実施の形態では、予め、下記（２）式に基づいて水素蓄積時間時間τを算出しておき、この水素蓄積時間τが経過したか否かにより水素除去処理が必要か否か判定する。
【０１０４】
詳しく説明すると、内部酸化剤ガス経路１８（正確には酸化剤ガス封止空間１９）の酸素が消費し尽くされた後、内部燃料ガス経路１７から電解質（高分子電解質膜３１）を透過して内部酸化剤ガス経路１８に存在する水素の量（モル数）は、
Ｍ＝２ＤＡｔΔＰ／δＲＴ・・・（２）
となる。ここで、Ｍは酸化剤ガス流路に存在する水素のモル数（mol）、ｔは酸素が消費し尽くされた時点（水素の蓄積が始まる時点）からの経過時間（sec）である。Ｄ、Ａ、ΔＰ、δ、Ｒ、Ｔは（１）式について説明した通りである。
【０１０５】
一方、安全面から内部酸化剤ガス経路１８に存在することが許容される水素の量（以下、許容水素量という場合がある）は、その水素が燃焼したときに、カソード電極７２を構成する材料の熱容量によって吸収可能な上限の熱量を発生するような量である。そこで、この上限の熱量を発生する水素量がＭとして（２）式に代入され、これをｔについて解いて、許容される上限の量の水素が内部酸化剤ガス経路１８に蓄積されるまでの時間ｔｍａｘが算出される。そして、この時間ｔｍａｘに所定の安全係数（０以上１未満の値）が乗算されて、水素蓄積時間τが決定される。安全係数の値が小さくなる程、安全性が向上するが、水素除去処理の回数が多くなる。なお、この水素蓄積時間τを実験やシミュレーションによって求めてもよい。この水素蓄積時間τは、実際には、バラツキがあり季節等によって変動するが、１５０時間程度である。
【０１０６】
そして、この水素蓄積時間τが制御器６の記憶部に予め記憶されている。
【０１０７】
制御器６は、前回の水素除去処理の終了（図４のステップＳ７の終了）又は燃料電池システム１０１の停止処理の完了から現時点までの経過時間が水素蓄積積時間τを超えない場合には、水素除去処理が必要ないと判定し（ステップＳ２１でＮＯ）、ステップＳ２に戻る。なお、燃料電池システム１０１の停止処理の完了から現時点までの経過時間には内部酸化剤ガス経路１８中の酸素が消費される時間が含まれているので、燃料電池システム１０１の停止処理の完了を起点として水素除去処理の要否を判定することは、前回水素除去処理の終了を起点として水素除去処理の要否を判定することより安全な判定であり、問題はない。
【０１０８】
一方、制御器６は、前回の水素除去処理の終了又は燃料電池システム１０１の停止処理の完了から現時点までの経過時間が水素蓄積積時間τを超える場合には、水素除去処理が必要であると判定し（ステップＳ２１でＮＯ）、実施の形態１（図４）の水素除去工程（ステップＳ１００）を遂行し、その後、ステップＳ２に戻る。
【０１０９】
以上の制御によれば、燃料電池システム１０１の停止後、どのタイミングであろうと、起動条件が満たされた場合（ステップＳ２でＹＥＳ）には燃料電池システム１０１が起動される（ステップＳ３，９）。従って、水素除去処理が必要であると判定される前に、起動条件が満たされた場合には、水素除去工程を遂行することなく起動される。しかし、燃料電池システム１０１の停止時には、水素が内部酸化剤ガス経路１８に蓄積されておらず、当該停止の後、水素の蓄積が始まるので、このように動作しても特に問題はない。むしろ、燃料電池システム１０１を速やかに起動させる観点からは好ましい。
【０１１０】
一方、起動条件が満たされなかった場合であってかつ水素除去処理が必要と判定された場合（ステップＳ２でＮＯ，ステップ２１でＹＥＳ）には、水素除去工程が遂行される（ステップＳ１００）。さらに、一旦、水素除去工程が遂行された後、起動条件が満たされなかった場合には、水素除去処理が必要と判定されると（ステップＳ２でＮＯ，ステップ２１でＹＥＳ）、再度、水素除去工程が遂行される（ステップＳ１００）。以降、この動作が繰り返される。
【０１１１】
このような本実施の形態によれば、燃料電池システム１０１の停止時間（待機動作）を利用して水素除去処理が行われ、かつ燃料電池システム１０１の停止後、いつ起動条件が満たされても起動されるので、速やかに起動することができる。しかも、水素除去処理を遂行した後、待機している間に再び水素除去処理が必要になった場合には、これを遂行することができる。
【０１１２】
また、待機している間に内部酸化剤ガス経路１８に蓄積される水素の許容量を、その量の水素が燃焼したときに、カソード電極７２を構成する材料の熱容量によって吸収可能な上限の熱量を発生するような量に抑制するので、燃料電池システム１０１の起動後に酸化剤ガスが供給された場合に、蓄積された水素により引き起こされるカソード電極７２構成材料の損傷を抑制することができる。
【０１１３】
なお、上記では実施の形態１の水素除去工程Ｓ１００を遂行したが、これに代えて、実施の形態２乃至４の水素除去工程Ｓ１０１〜Ｓ１０３を遂行してもよい。
また、上記では、予め決定された水素蓄積時間τが経過したか否かにより水素除去処理の要否を判定したが、内部酸化剤ガス経路１８に蓄積される水素の量を感知又は予測して水素除去処理の要否を判定してもよい。
【０１１４】
例えば、酸化剤ガス経路１８内に水素濃度センサを配設し、この水素濃度センサで検出した水素濃度から水素蓄積量を算出し、この水素蓄積量が上述の許容水素量を超えるか否かにより水素除去処理の要否を判定するよう構成してもよい。
【０１１５】
また、ガスクロマトグラフィーなどの分析装置を備え、内部酸化剤ガス経路１８内のガスの一部をサンプリングし、当該分析装置で定量分析して水素蓄積量を算出し、この水素蓄積量が上述の許容水素量を超えるか否かにより水素除去処理の要否を判定するよう構成してもよい。
【０１１６】
また、上述の（２）式を制御器６の記憶部に記憶し、前回の水素除去工程の終了又は燃料電池システム１０１の停止処理の完了から現時点までの経過時間をｔとして（２）式に代入して水素蓄積量Ｍを算出し、この水素蓄積量Ｍが上述の許容水素量を超えるか否かにより水素除去処理の要否を判定するよう構成してもよい。
（実施の形態６）
以上に述べた実施の形態１乃至４では、起動処理時に水素除去工程が遂行され、また実施の形態５では、水素除去工程が遂行されない場合があるが、本発明の実施の形態６では、停止期間中（待機動作時）に必ず水素除去工程が遂行される。これ以外は、実施の形態１と同様である。
本実施の形態の燃料電池システム１０１においては、水素除去処理が完了してから燃料電池１の内部酸化剤ガス流路１８に酸化剤ガスの供給を開始するまでの待機時間が、酸化剤ガスの供給を開始してもカソード電極が劣化しない時間であれば起動処理時でなくても待機動作時に水素除去処理が実行される。
具体的に説明すると、本実施の形態では、例えば、ユーザの入力装置を通じた入力により設定された起動時刻になった場合、又は学習運転制御により予め設定された起動時刻になった場合等のように、起動すべき時刻（起動時刻）が確定していて、現在の時刻がその起動時刻になったことが起動条件である。そして、現在時刻がこの起動時刻まで所定時間以内になったことを制御器６が検知した場合に、水素除去工程を遂行するよう構成されている。
【０１１７】
この所定時間は、記酸化剤ガスの供給を開始しても前記カソード電極が劣化しない上限時間として定義されており、より具体的には、実施の形態５の水素蓄積時間τに等しい時間である。
すなわち、実施の形態５で述べたように、安全面から内部酸化剤ガス経路１８に存在することが許容される水素の量は、その水素が燃焼したときに、カソード電極７２を構成する材料の熱容量によって吸収可能な上限の熱量を発生するような量である。この上限の熱量を発生する水素量と（２）式とを用いて、許容される上限の量の水素が内部酸化剤ガス経路１８に蓄積されるまでの時間ｔｍａｘが算出される。そして、この時間ｔｍａｘに所定の安全係数が乗算されて、水素蓄積時間τが決定される。この水素蓄積時間τに等しい時間である上記所定時間が制御器６の記憶部に予め記憶されている。
図１４は本実施の形態の燃料電池システム１０１の水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。図１４に示すように、本実施の形態では、燃料電池システム１０１が停止すると(ステップＳ１)、制御器６は、現在時刻から上記起動時刻までの時間が上記所定時間以内になるのを待機する（ステップＳ３１）。そして、現在時刻から起動時刻までの時間が上記所定時間以内になると（ステップＳ３１でＹＥＳ）、水素除去工程を遂行する（ステップＳ１００）。
次いで、現在時刻が起動時刻になるのを待機する（ステップＳ３２）。このステップＳ３２が、実施の形態１乃至５において、起動条件が満たされた否かを判定するステップＳ２に相当する。そして、現在時刻が起動時刻になると、制御器６は起動信号を出力し（ステップＳ３）、起動処理を経て発電運転へと移行する（ステップＳ９〜Ｓ１１）。
このような本実施の形態においては、上記所定時間（上限時間）は、通常、燃料電池システム１０１の起動時間よりも長いため、待機動作時において水素除去処理を実行しても実施の形態１乃至４と同様の効果が得られる。
【０１１８】
（実施の形態７）
本実施の形態は実施の形態６を変形したものである。すなわち、本実施の形態の燃料電池システム１０１は、現在の時刻が起動時刻になったことが起動条件とされ、起動条件が満たされるタイミングが予め予測できる第１の運転モードと、負荷電力が所定の閾値以上になったこと、またはユーザにより起動要求が入力されたこと等が起動条件とされ、起動条件が満たされるタイミングが予め予測できない第２の運転モードとを有している。第１の運転モードの場合における水素除去処理は実施の形態６と同様であり、第２の運転モードの場合における水素除去処理は実施の形態５と同様である。それ故、ここでは、第１の運転モードにおいて  上記水素除去処理が実行された後に運転モードが第２の運転モードに変更された場合について説明する。
図１５は本実施の形態の燃料電池システム１０１の、水素除去工程の前後において運転モードが変更された場合における制御動作を示すフローチャートである。図１５に示すように、本実施の形態では、燃料電池システム１０１が停止すると(ステップＳ１)、制御器６は、現在時刻から上記起動時刻までの時間が第１の所定時間以内になるのを待機し（ステップＳ３１）、現在時刻から起動時刻までの時間が第１の所定時間以内になると（ステップＳ３１でＹＥＳ）、水素除去工程を遂行する（ステップＳ１００）。第１の所定時間は、実施の形態５の水素蓄積時間τに等しい時間である。
ここでは、その後、運転モードが第１の運転モードから第２の運転モードに変更される（ステップＳ３３）。
【０１１９】
次いで、制御器６は、上記水素除去工程ステップＳ１００の終了後、上記所定時間内に第２運転モードにおける起動条件が満たされたか否か判定する（ステップＳ３４）。このステップＳ３４が、実施の形態１乃至５において、起動条件が満たされた否かを判定するステップＳ２に相当する。そして、第２の所定時間内に起動条件が満たされない場合（ステップＳ３４でＮＯ）には、水素除去工程ステップＳ１００’が遂行される。この水素除去工程ステップＳ１００’は上記水素除去工程ステップＳ１００と全く同じ内容である。つまり、再度、水素除去処理が行われる。その後、ステップＳ３４に戻る。そして、第２の所定時間内に起動条件が満たされない限り、この動作が繰り返される。第２の所定時間は、実施の形態５の水素蓄積時間τに等しい時間である。
【０１２０】
一方、ステップＳ３４において、第２の所定時間内に起動条件が満たされた場合（ステップＳ３４でＹＥＳ）には、制御器６は起動信号を出力し（ステップＳ３）、起動処理を経て発電運転へと移行する（ステップＳ９〜Ｓ１１）。
【０１２１】
このような本実施の形態によれば、燃料電池システム１０１において、水素除去処理が実行された後に運転モードが、起動条件が満たされるタイミングが予め予測できない運転モードに変更される場合でも適切に水素除去処理を行うことができる。
【０１２２】
（実施の形態８）
図１６は本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの電圧印加器の構成を示す模式図である。
【０１２３】
図１６に示すように、本実施の形態では、接続切替器５２において、複数（ここでは２）の単位電池からなる単位電池ユニット毎に切替ユニット５７が設けられている。そして、切替ユニット５７の第１端子６３が偶数番目の単位電池３９−２，３９−４・・・のカソードセパレータ３６Ｂに接続されている。そして、全ての単位電池ユニットが、接続切替器５２により、順次、直流電源５１に接続されて、水素除去工程（ここでは実施の形態４の水素除去工程Ｓ１０３）が遂行される。これ以外の点は実施の形態４と同様である。
【０１２４】
なお、単位電池ユニットに属する単位電池の数は２に限らず、３でも４でも構わない。単位電池ユニットに属する単位電池の数が増加する程、水素除去処理を行うための構成が簡素化され、水素除去処理に要する時間も短縮される。しかし、単位電池ユニットに属する単位電池の数が増加すると、実施の形態１で述べたような水素除去処理による劣化を招く危険性が高くなる。そのため、精度の高い印加電圧の制御が必要となる。
【０１２５】
なお、実施の形態８において、セルスタックの全ての単位電池に一括して直流電圧を印加するようにしても構わない。但し、実施の形態１で述べたような水素除去処理による劣化を招く危険性がより高くなる。
【０１２６】
また、本発明において、「セパレータ」には車載用燃料電池等において使用される「フィールドプレート」も含まれる。従って、上述の実施の形態１〜６において、アノードセパレータ３６Ａ及びカソードセパレータ３６Ｂを「フィールドプレート」で構成してもよい。
【０１２７】
また、実施の形態６及び７では実施の形態１の水素除去工程Ｓ１００を遂行したが、これに代えて、実施の形態２乃至４の水素除去工程Ｓ１０１〜Ｓ１０３を遂行してもよいことは言うまでもない。
【０１２８】
また、上述の実施の形態１乃至８では、燃料ガスとして水素を含むガスを使用する燃料電池に本発明を適用する例を述べたが、例えば、メタノールを直接燃料として用いる直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）のように、水素を含まない燃料を用いる燃料電池にも本発明を適用することができる。
【０１２９】
また、上述の実施の形態１乃至８では燃料ガス供給路７、燃料ガス排出路９、酸化剤ガス供給路１１、及び酸化剤ガス排出路１３にそれぞれ、封止弁８，１０，１２，１４を設けた。これらの封止弁は安全性を考慮するとあった方が好ましい。但し、本発明の本質においては、酸化剤ガスの流路において燃料ガスの流路から透過してくる水素が拡散する領域のみが、本発明が作用する範囲であるので、これらの封止弁は必ずしも必要ではない。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明の燃料電池システムは、自動車やバイク等の移動及び輸送機械に搭載する動力源や定置用のコジェネレーションシステム等として有用である。また、モバイル機器の電源システムとしても適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の燃料電池１の構成を示す部分分解図である。
【図３】図１の電圧印加器５の構成を示す模式図である。
【図４】図１の燃料電池システムの水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。
【図５】図１の電圧印加器の動作を示す模式図である。
【図６】図１の電圧印加器の動作を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの電圧印加器の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態２の燃料電池システムの水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの電圧印加器の構成を示す模式図である。図１０は本実施の形態の燃料電池システムの水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態３の燃料電池システムの水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの電圧印加器の構成を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態４の燃料電池システムの水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態５の燃料電池システムの水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態６の燃料電池システムの水素除去工程の前後に渡る制御動作を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態７の燃料電池システムの、水素除去工程の前後において運転モードが変更された場合における制御動作を示すフローチャートである。
【図１６】は本発明の実施の形態８に係る燃料電池システムの電圧印加器の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１  燃料電池
２  燃料ガス供給器
３  酸化剤ガス供給器
４  出力制御器
５  電圧印加器
６  制御器
７  燃料ガス供給路
８  第１封止弁
９  燃料ガス排出路
１０  第２封止弁
１１  酸化剤ガス供給路
１２  第３封止弁
１４  第４封止弁
１５  負荷検出器
１７  内部燃料ガス経路
１８  内部酸化剤ガス経路
１９  酸化剤ガス封止空間
２１  負荷
３１  高分子電解質膜
３２Ａ  アノード触媒層
３２Ｂ  カソード触媒層
３３  ガス拡散層
３４  ＭＥＡ
３５  ガスケット
３６Ａ  アノードセパレータ
３６Ｂ  カソードセパレータ
３７Ａ  燃料ガス流路
３７Ｂ  酸化剤ガス流路
３８Ａ，３８Ｂ  冷却水流路
３９  単位電池
４０Ａ，４０Ｂ  集電板
４１  絶縁板
４２  端板
４３  貫通孔
５１  直流電源
５２  接続切替器
５３  第１端子
５４  第２端子
５５  第３端子
５６  接触子
５７  切替ユニット
６１  電流検出器
６２  電圧検出器
６３  タイマ
６４  積算電荷量測定器
７１  アノード電極
７２  カソード電極
１０１  燃料電池システム
【図１】
2009170388.tif 000003
【図２】
2009170388.tif 000004
【図３】
2009170388.tif 000005
【図４】
2009170388.tif 000006
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2009170388.tif 000018