(57)【要約】【課題】乾燥した環境下でも運転を開始するのが容易であって、加湿のための水タンクや水ポンプや精製水が不要であり、加湿のためのエネルギー消費も少ない高分子型燃料電池及び高分子型燃料電池システムを提供する。【解決手段】本発明の高分子型燃料電池は、膜電極接合体１０が第1筐体１４内に収容された発電部１４を備えている。膜電極接合体１０の高分子電解質膜１１は、第1の筐体１４の上端から外部に露出する膜露出部１５を有し、膜露出部１５水生成触媒とともに第２の筐体２０内に収容されている。第２の筐体２０には、水素ガス導入口２０ａと、空気ガス導入口２０ｂと、ガス排出口２０ｃとが設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜が触媒を含有する反応層で両側から挟持され、該反応層の両側からガス透過可能な拡散層で挟持された膜電極接合体が第1の筐体内に収容された発電部を備える高分子型燃料電池において、
前記高分子電解質膜は前記第1の筐体の外部に露出する膜露出部を有し、該膜露出部は水素と酸素との混合ガスから水を生成する化学反応を促進する水生成触媒とともに第２の筐体内に収容されており、該第２の筐体には水素ガスを導入するための水素ガス導入口と、酸化ガスを導入するための酸化ガス導入口と、該第２の筐体内のガスを排出するためのガス排出口とが設けられていることを特徴とする高分子型燃料電池。
【請求項２】
前記水生成触媒は、前記膜露出部に付着していることを特徴とする請求項１記載の高分子型燃料電池。
【請求項３】
前記膜露出部は折りたたまれた状態で前記第２の筐体内に収容されていることを特徴とする請求項１又は２記載の高分子型燃料電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの高分子型燃料電池と、
前記第２の筐体内へ水素ガスを供給するための水素ガス供給装置と、
前記第２の筐体内へ酸化ガスを供給するための酸化ガス供給装置と、
前記第２の筐体内の水素濃度を爆発限界以下の濃度に保つために該水素ガス供給装置と該酸化ガス供給装置とを制御する水素ガス濃度制御装置と、
を備えることを特徴とする高分子型燃料電池システム。
【請求項５】
前記水素ガス濃度制御装置は、前記第２の筐体内の水素濃度、圧力又は前記第２の筐体内への水素ガス及び酸化ガスの導入量に基づいて制御を行なうことを特徴とする高分子型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子型燃料電池及び高分子型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子型燃料電池は、高分子電解質からなる膜が反応層で挟まれ、さらにその反応層の外側を集電及びガス拡散の役割を果たす拡散層で挟まれた膜電極接合体を備えている。反応層は、白金等の触媒を担持してなるカーボン粒子と、ナフィオン（登録商標、Nafion（Dupont社製））等の高分子電解質が混合されている。そして、膜電極接合体の両面は、空気や水素のガス流路を備えたセパレータで挟持されて単位セルが構成され、さらにこの単位セルが複数積層されたスタックが形成されている。
【０００３】
この高分子型燃料電池では以下の電気化学反応が行われる。
アノード側：Ｈ２  →  ２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード側：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ
全反応    ：Ｈ２＋１／２Ｏ２  →  Ｈ２Ｏ
【０００４】
こうした電気化学反応を円滑に継続させるためには、アノード側で発生したプロトンがカソード側まで高分子電解質膜内を移動しなければならず（すなわち、高分子電解質膜がプロトン伝導性をしていなければならず）、このためには、高分子電解質膜が水分を含んだ状態でなければならない。過酷な環境下で利用される自動車用の燃料電池では、高温低湿度という環境下においても利用した場合、特に燃料電池を運転開始したときに高分子電解質膜が乾燥状態となるおそれがあり、問題となっている。
【０００５】
このため、加湿器によって燃料電池に送る空気に水分を与えておき、高分子電解質膜の乾燥を防ぐことが行なわれている。また、特許文献１では、高分子電解質膜に連通する流水路を設け、その流水路に加湿用の水を供給することによって高分子電解質膜へ水分を供給し、プロトン伝導性を保つことが提案されている。さらに、非特許文献１では、高分子固体電解質膜内部で化学反応によって白金を析出分散させておき、高分子固体電解質膜内で水素と酸素を化合して水とする、自己加湿型燃料電池も提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２８７９３４号公報
【非特許文献１】J.Electrochem.Soc.145巻  第4号  1137ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１の高分子型燃料電池では、流水路の形成が必要とされる上、流水路に水を供給するための水タンクや水ポンプが必要となり、駆動のためのエネルギーを使用する。また、水タンク内の水の凍結を防止しなくてはならず、さらには、燃料電池内の汚染を防ぐため、精製水を用いなければならない。また、上記特許文献２の高分子型燃料電池では、高分子電解質膜内部に化学反応で白金を析出分散させるため、触媒分散の制御が難しく、安定な品質の自己加湿型燃料電池とすることは、困難と考えられる。
【０００８】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、乾燥した環境下でも運転を開始するのが容易であって、加湿のための水タンクや水ポンプや精製水が不要であり、加湿のためのエネルギー消費も少ない高分子型燃料電池及び高分子型燃料電池システムを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第1の局面の高分子型燃料電池は、高分子電解質膜が触媒を含有する反応層で両側から挟持され、該反応層の両側からガス透過可能な拡散層で挟持された膜電極接合体が第1の筐体内に収容された発電部を備える高分子型燃料電池において、
前記高分子電解質膜は前記第1の筐体の外部に露出する膜露出部を有し、該膜露出部は水素と酸素との混合ガスから水を生成する化学反応を促進する水生成触媒とともに第２の筐体内に収容されており、該第２の筐体には水素ガスを導入するための水素ガス導入口と、酸化ガスを導入するための酸化ガス導入口と、該第２の筐体内のガスを排出するためのガス排出口とが設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第1の局面の高分子型燃料電池では、高分子電解質膜の一部が第1の筐体の外に露出する膜露出部を有しており、水生成触媒とともに第２の筐体内に収容されている。そして、第２の筐体には水素ガス導入口と酸化ガス導入口とが設けられている。このため、第２の筐体内に水素ガス導入口から水素を導入し、酸化ガス導入口から空気や酸素等の酸化ガスを導入すれば、第２の筐体内の水生成触媒によって水が生成する。こうして生成された水は、高分子固体電解質膜の膜露出部から浸透し、発電部内に存在する高分子固体電解質膜に水分を供給することができる。すなわち、本発明の高分子型燃料電池によれば、第２の筐体内に空気や酸素等の酸化ガスと水素ガスとを供給することにより、乾燥した環境下でも発電部内に存在する高分子固体電解質膜に水分を供給することができ、運転を開始することができる。また、加湿のための水タンクや水ポンプや精製水が不要であり、加湿のためのエネルギー消費も少ない。
【００１１】
本発明の第２の局面の高分子型燃料電池は、前記水生成触媒は、前記膜露出部に付着していることとした。水生成触媒が膜露出部に付着していれば、水生成触媒によって生成した水が直接膜露出部を濡らすこととなる。このため、より迅速に発電部内に存在する高分子固体電解質膜に水分を供給することができる。このため、過酷な乾燥環境下においても、迅速に発電させることができる。
【００１２】
本発明の第３の局面の高分子型燃料電池は、前記膜露出部は折りたたまれた状態で前記第２の筐体内に収容されていることとした。膜露出部を折りたたまれた状態で第２の筐体内に収容すれば、広い面積の膜露出部を第２の筐体内に配置させることができる。このため、より広い面積で水に膜露出部を接触させて濡らすことにより、迅速に発電部内に存在する高分子固体電解質膜に水分を供給することができる。このため、過酷な乾燥環境下においても、迅速に発電させることができる。
【００１３】
本発明の高分子型燃料電池を用いることにより、乾燥した環境下でも運転を開始することができる高分子型燃料電池システムを構築することができる。すなわち、本発明の第1の局面の高分子型燃料電池システムは、請求項１乃至３のいずれかの高分子型燃料電池と、
前記第２の筐体内へ水素ガスを供給するための水素ガス供給装置と、
前記第２の筐体内へ酸化ガスを供給するための酸化ガス供給装置と、
前記第２の筐体内の水素濃度を爆発限界以下の濃度に保つために該水素ガス供給装置と該酸化ガス供給装置とを制御する水素ガス濃度制御装置とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第1の局面の高分子型燃料電池システムでは、水素ガス供給装置によって第２の筐体内へ水素ガスを供給され、酸化ガス供給装置によって第２の筐体内に酸化ガスが供給される。これにより、第２の筐体内の水生成触媒の作用によって水が生成する。こうして生成した水は、上述したように、高分子固体電解質膜の膜露出部から浸透し、発電部内に存在する高分子固体電解質膜に水分を供給することができる。このため、乾燥した環境下でも発電部内に存在する高分子固体電解質膜に水分を供給することができ、運転を開始することができる。また、加湿のための水タンクや水ポンプや精製水が不要であり、加湿のためのエネルギー消費も少ない。しかも、本発明の第1の局面の高分子型燃料電池システムでは、第２の筐体内の水素濃度を爆発限界以下の濃度に保つために水素ガス供給装置と酸化ガス供給装置とを制御する水素ガス濃度制御装置が備えられているために、第２の筐体内での爆発を防止することができ、安全に発電を行うことができる。
【００１５】
第２の筐体内の水素濃度を爆発限界以下の濃度に保つための制御方法としては、（１）第２の筐体内の水素濃度をセンシングして水素ガス供給装置と酸化ガス供給装置とを制御する方法、（２）第２の筐体内の圧力をセンシングして水素導入による圧力の増加割合から水素濃度を計算し、水素ガス供給装置と酸化ガス供給装置とを制御する方法、及び（３）第２の筐体内への水素ガス及び酸化ガスの導入量に基づいて水素濃度を計算し、水素ガス供給装置と酸化ガス供給装置とを制御する方法、等が挙げられる。このため、本発明の第２の局面の高分子型燃料電池システムでは、前記水素ガス濃度制御装置は、前記第２の筐体内の水素濃度、圧力又は前記第２の筐体内への水素ガス及び酸化ガスの導入量に基づいて制御を行なうこととした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜高分子型燃料電池＞
（実施形態１）
実施形態１の高分子型燃料電池は、図１に示すように、発電部１と加湿部２とを備えている。発電部１の内部には、膜電極接合体１０が積層されたスタックを収容している。膜電極接合体１０は、ナフィオン（登録商標）からなる高分子電解質膜１１の両面に触媒層１２ａ，１２ｂが密着されており、さらにその両外側に拡散層１３ａ，１３ｂが密着された構成とされている。触媒層１２ａ，１２ｂは白金触媒が担持されたカーボンと高分子電解質とから構成されている。また、拡散層１３ａ，１３ｂは、ガス拡散が可能なカーボン製の織物やカーボン製の紙等からなる。膜電極接合体１０は、第１筐体１４内に収容されており、高分子電解質膜１１の上端は第１筐体１４の外部に突出する露出部１５とされており、露出部１５の表面には白金触媒が分散された触媒層１６が被覆されている。第１筐体１４と拡散層１３ａ，１３ｂとの間には水素ガス流路１７ａ及び酸化ガス流路１７ｂが形成されている。また、第１筐体１４の一端側には水素ガス流路１７ａ及び酸化ガス流路１７ｂに連通する水素ガス流入口１８ａ及び酸化ガス流入口１８ｂが設けられており、他端側には水素ガス流路１７ａ及び酸化ガス流路１７ｂに連通するに連通する水素ガス流出口１９ａ及び酸化ガス流出口１９ｂが設けられている。また、触媒層１６で被覆された露出部１５は第２筐体２０の内部に収容されており、第２筐体２０には外部と連通する水素導入口２０ａと、空気導入口２０ｂと、ガス排出口２０ｃとが設けられている。
【００１７】
以上のように構成された実施形態１の高分子型燃料電池では、高分子電解質膜１１が乾燥していてプロトン移動が困難となっている場合、水素導入口２０ａから水素を導入し、空気導入口２０ｂから空気を導入する。こうして第２筐体２０内に導入された水素と空気とが混合し、触媒層１６の表面で化学反応を起こして水となる。こうして生成した水は、高分子電解質からなる露出部１５内に浸透し、さらには第１筐体１４内の固体電解質膜１１まで拡散していく。こうして第１筐体１４内の固体電解質膜１１が湿潤してプロトン伝導性が確保されるようになってから、第１筐体１４の水素ガス流入口１８ａから水素ガスを流し、酸化ガスガス流入口１８ｂから空気を導入し、発電を行う。このときには既に電解質膜１１が湿潤してプロトン伝導性が確保されているため、電極反応は円滑に進行し、高い出力が得られる。このため、この高分子型燃料電池では、乾燥した環境下でも運転を開始するのが容易である。また、この高分子型燃料電池の駆動には、加湿のための水タンクや水ポンプや精製水が不要であり、加湿のためのエネルギー消費も少ない。
【００１８】
（実施形態２）
実施形態２の高分子型燃料電池は、図２に示すように、高分子電解質膜２１の上端が第２の筐体２２内で折りたたまれた構造の露出部２３を備えており、その表面に白金触媒が担持されたカーボンと高分子電解質とからなる触媒層２４が被覆されている。その他の構成は図１に示す実施形態１の高分子型燃料電池と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００１９】
実施形態２の高分子型燃料電池では、折りたたまれた構造の露出部２３に触媒層２４が被覆されているため、触媒と混合ガスとの接触面積が広くなる。このため、効率よく水を生成することができ、第２筐体２２の体積をより小さなものとすることができる。
【００２０】
（実施形態３）
実施形態３の高分子型燃料電池は、図３に示すように、高分子電解質膜２５の上端は、第２の筐体２６に突出することなく露出する露出部２７を有している。また、第２の筐体２５内には、折りたたまれた構造の触媒担体２８に水生成触媒２９が付着されている。その他の構成は図１に示す実施形態１の高分子型燃料電池と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２１】
実施形態３の高分子型燃料電池では、水生成触媒２９が高分子固体電解質膜とは別に、触媒担体２８に付着した構造とされているため、高分子固体電解質膜の形状が単純で作製が容易となる。水生成触媒２９によって生成した水は露出部２７上に溜まり、露出部２７から第１筐体１４内の固体電解質膜１１まで拡散していく。こうして第１筐体１４内の固体電解質膜２５が湿潤してプロトン伝導性が確保される。また、触媒担体２８に水生成触媒２９が付着されているため、触媒と混合ガスとの接触面積が広くなる。このため、実施形態２の高分子型燃料電池と同様、効率よく水を生成することができ、第２筐体２０の体積をより小さなものとすることができる。
【００２２】
＜高分子型燃料電池システム＞
次に、上記高分子型燃料電池を用いた、燃料電池システムについて述べる。
【００２３】
（第２筐体内での加湿に必要な水素ガス量の見積もり）
発明者は、低加湿環境下での発電性能試験、及びそのときの高分子電解質膜の含水率データを測定した過去のデータから、過酷な乾燥条件下での燃料電池の起動に必要とされる高分子電解質膜の最小限の水分量は、0.01gH2O/g-membraneと見積もった。そして、この水分量を生成するために必要な水素量は12.4cm3/g-membraneとなる。また、第２筐体内での爆発の危険性を回避するためには、第２筐体内での水素濃度を爆発限界内に収めなければならない。第２筐体の内容積を4.5cm3/g-membraneとすると、第２筐体内の空気量に対する爆発限界4%の水素量は0.18cm3/g-membraneとなる。このため、爆発下限水素濃度を維持するためには、空気側バルブを間欠的に開閉しつつ、水素ガスを0.18cm3ずつ導入する必要がある。1秒に1回水素を導入した場合、すべての水素を導入するのに約69秒を要する。
また、必要酸素量の総量に対し、第２筐体の内容積を4.5cm3/g-membraneとした場合には、この容積の大気圧空気中の酸素量は1cm3/g-membraneとなるため、水素ガス導入10回に1度の割合で空気の入れ替えを行う必要がある。第２筐体の内容積を大きくすると空気の入れ替え回数は減るが、その場合においても反応に不要な窒素は残るため、第２筐体内のガス置換は必要である。これらを勘案して、第２筐体の内容積を適宜決定することが好ましい。
【００２４】
以上の結果を考慮した本発明の高分子型燃料電池システムの実施形態について以下に述べる。
【００２５】
(実施形態４)
実施形態４の高分子型燃料電池システムは、図４に示すように、高分子型燃料電池３０と、高分子型燃料電池３０に水素ガスを供給するための水素ガス供給装置３１と、高分子型燃料電池３０に空気を供給するための空気ガス供給装置３２と、ガスの供給を制御する制御装置３３とから構成されている。
【００２６】
高分子型燃料電池３０は、上記実施形態１〜３で説明した本発明の高分子型燃料電池であり、内部に単体セルを積層したスタックを収容する発電部３０ａと、単体セルの高分子電解質膜を加湿するために高分子電解質膜の露出部と水生成触媒とを収容する加湿部３０ｂとが設けられている。
【００２７】
水素ガス供給装置３１は、水素ボンベ３１ａと、水素ボンベ３１ａの水素ガスを加湿部３０ｂに導入するガスの流量を調節するための電磁弁Ｖ１と、水素ボンベ３１ａの水素ガスを発電部３１ｂに導入するガスの流量を調節するための電磁弁Ｖ４とが設けられている。また、空気ガス供給装置３２は、コンプレッサ３２ａと、コンプレッサ３２ａからの空気ガスを加湿部３０ｂに導入するガスの流量を調節するための電磁弁Ｖ２と、コンプレッサ３２ａからの空気ガスを発電部３１ｂに導入するガスの流量を調節するための電磁弁Ｖ５とが設けられている。また、加湿部３０ｂには、加湿部３０ｂ内のガスを外部に排出するための排出用電磁弁Ｖ３が接続されている。
【００２８】
制御装置３３には、発電部３０内に設けられた温度センサ３３ａ及び湿度センサ３３ｂ、加湿部３０ｂ内に設けられた水素センサ３３ｃ並びに温度センサ３３ａ、湿度センサ３３ｂ及び水素センサ３３ｃからの出力信号に基づいて加湿部３０ｂに接続された電磁弁Ｖ１及び電磁弁Ｖ２を制御する制御部３３ｄが設けられている。
【００２９】
以上のように構成された実施形態４の高分子型燃料電池システムでは、起動時の高分子型燃料電池３０の温度及び湿度を温度センサ３３ａ、湿度センサ３３ｂで検知し、それらの測定信号が制御部３３ｄに送られる。制御部３３ｄでは、それらの測定信号に基づいて、燃料電池システムの起動可能か否かを判断する。そして、起動不可能と判断された場合、コンプレッサ３２ａが駆動されるとともに、電磁弁Ｖ２及び電磁弁Ｖ３を開けられ、加湿部３０ｂ内に空気が導入される。そして、所定量の空気を送った後、電磁弁Ｖ２及び電磁弁Ｖ３が閉じられ、電磁弁Ｖ１が開けられ、加湿部３０ｂ内に水素ガスが送られる。そして、水素センサ３３ｃからの測定信号によって制御部３３ｄが爆発限界である４％よりも小さい所定の濃度に達したら、電磁弁Ｖ１が閉じられる。こうして、加湿部３０ｂ内には、空気と爆発限界以下の濃度の水素が充填され、加湿部３０ｂ内の水生成触媒の作用によって水が生成する。こうして生成された水は、加湿部３０ｂ内で露出する高分子電解質を浸透し、発電部内の高分子固体電解質膜に水分が補給される。こうして加湿部３０ｂ内に導入された水素ガスは徐々に消費され、所定の濃度以下となったことが水素センサ３３ｃによって検知された場合、制御部３３ｄは再び電磁弁Ｖ１を開け、水素が再び導入される。こうして所定の回数水素ガスの導入が繰り返された後、電磁弁Ｖ２及び電磁弁Ｖ５が開けられ、コンプレッサ３２ａが駆動され、加湿部３０ｂ内に溜まった窒素が排出される。
【００３０】
制御部３３ｄによる上述の繰り返しの電磁弁操作の結果、温度センサ３３ａ及び湿度センサ３３ｂで検知された値が、燃料電池の駆動に必要な要件を満たすようになった場合には、電磁弁Ｖ４と電磁弁Ｖ５とが開けられ、発電部３０ａに水素ガスと空気とが導入され、発電が行なわれる。こうして、過酷な乾燥条件下においても、発電部において発電を行うことが可能となる。
【００３１】
（実施形態５）
実施形態５の高分子型燃料電池システムは、圧力を制御することによって、加湿部内の水素濃度が爆発限界内になるように維持をする方式を採用している。すなわち、この燃料電池システムは、図５に示すように、加湿部３０ｂ内に圧力センサ４３ｃが設けられており、圧力センサ４３ｃが制御部４３ｄに接続されている。その他の構成については実施形態４の高分子型燃料電池システムと同様であり、同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３２】
以上のように構成された実施形態５の高分子型燃料電池システムでは、起動時の高分子型燃料電池３０の温度及び湿度を温度センサ３３ａ、湿度センサ３３ｂで検知し、それらの測定信号が制御部４３ｄに送られる。制御部４３ｄでは、それらの測定信号に基づいて、燃料電池システムの起動可能か否かを判断し、必要とされる水分量を生成するために必要な水素ガスの量を算出する。そして、起動不可能と判断された場合、コンプレッサ３２ａが駆動されるとともに、電磁弁Ｖ２及び電磁弁Ｖ３を開けられ、加湿部３０ｂ内に空気を導入する。そして、所定量の空気を送った後、電磁弁Ｖ２及び電磁弁Ｖ３が閉じられ、電磁弁Ｖ１が開けられ、加湿部３０ｂ内に水素ガスが送られる。そして、圧力センサ４３ｃからの測定信号によって制御部４３ｄが爆発限界である４％よりも小さい所定の濃度に達したと判断した場合、電磁弁Ｖ１が閉じられる。こうして、加湿部３０ｂ内には、空気と爆発限界以下の濃度の水素が充填され、加湿部３０ｂ内の水生成触媒の作用によって水が生成する。こうして生成された水は、加湿部３０ｂ内で露出する高分子電解質を浸透し、発電部内の高分子固体電解質膜に水分が補給される。こうして加湿部３０ｂ内に導入された水素ガスは徐々に消費され、所定の濃度以下となったことが圧力センサ４３ｃによって検知された場合、制御部４３ｄは再び電磁弁Ｖ１を開け、水素が再び導入される。こうして所定の回数水素ガスの導入が繰り返された後、電磁弁Ｖ２及び電磁弁Ｖ５が開けられ、コンプレッサ３２ａが駆動して加湿部３０ｂ内に溜まった窒素が排出される。
【００３３】
制御部４３ｄによる上述の繰り返しの電磁弁操作の結果、温度センサ３３ａ及び湿度センサ３３ｂで検知された値が、燃料電池の駆動に必要な要件を満たすようになった場合には、電磁弁Ｖ４と電磁弁Ｖ５とが開けられ、発電部３０ａに水素ガスと空気とが導入され、発電が行なわれる。こうして、過酷な乾燥条件下においても、発電部において発電を行うことが可能となる。
【００３４】
（実施形態６）
実施形態６の高分子型燃料電池システムは、導入した水素の量を制御することによって、加湿部内の水素濃度が爆発限界内になるように維持をする方式を採用している。すなわち、この燃料電池システムは、図６に示すように、電磁弁１と水素ボンベ３１ａとの間に水素ガスを貯留する前室５０が設けられており、さらに、前室５０の上流側に電磁弁Ｖ６が設けられている。その他の構成については実施形態４の高分子型燃料電池システムと同様であり、同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３５】
以上のように構成された実施形態６の高分子型燃料電池システムでは、起動時の高分子型燃料電池３０の温度及び湿度を温度センサ３３ａ、湿度センサ３３ｂで検知し、それらの測定信号が制御部３３ｄに送られる。そして、制御部３３ｄに送られたセンサからの信号基づいて、燃料電池システムの起動可能か否かを判断し、必要とされる水分量を生成するために必要な水素ガスの量を算出する。そして、起動不可能と判断された場合、コンプレッサ３２ａを駆動するとともに、電磁弁Ｖ２及び電磁弁Ｖ３を開けて加湿部３０ｂ内に空気を導入する。そして、所定量の空気を送った後、電磁弁Ｖ６を開けて必要な量の水素ガスを前室５０に貯留する。そして、電磁弁Ｖ６を閉じてから、加湿部ない３０ｂ内の水素ガス濃度が爆発限界を超えないように電磁弁Ｖ１を間歇的に開けながら、加湿部３０ｂ内に水素を導入する。こうして、加湿部３０ｂ内には、空気と爆発限界以下の濃度の水素が充填され、加湿部３０ｂ内の水生成触媒の作用によって水が生成する。こうして生成された水は、加湿部３０ｂ内で露出する高分子電解質を浸透し、発電部内の高分子固体電解質膜に水分が補給される。そして、所定時間ごとに電磁弁Ｖ２及び電磁弁Ｖ３が開けられ、コンプレッサ３２ａが駆動されて加湿部３０ｂ内に溜まった窒素が排出される。こうして前室５０内の水素ガスが消費され尽くしたら、電磁弁Ｖ４と電磁弁Ｖ５とが開けられ、発電部３０ａに水素ガスと空気とが導入され、発電が行なわれる。こうして、過酷な乾燥条件下においても、発電部において発電を行うことが可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態の４〜６は、コンプレッサを用いて加湿部内に空気を供給しているが、コンプレッサの代わりにファンを用いて空気を供給してもよいことは言うまでもない。
この発明は、上記発明の実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態１の高分子型燃料電池の模式断面図である。
【図２】実施形態２の高分子型燃料電池の一部模式断面図である。
【図３】実施形態３の高分子型燃料電池の一部模式断面図である。
【図４】実施形態４の高分子型燃料電池システムのブロック図である。
【図５】実施形態５の高分子型燃料電池システムのブロック図である。
【図６】実施形態６の高分子型燃料電池システムのブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１，２１，２５…高分子電解質膜
１２ａ，１２ｂ…反応層
１３ａ，１３ｂ…拡散層
１０…膜電極接合体
１４…第1筐体（第1の筐体）
２０…第２筐体（第２の筐体）
２０…膜露出部
１６，２４，２９…水生成触媒
２０ａ…水素ガス導入口
２０ｂ…空気ガス導入口（酸化ガス導入口）
２０ｃ…ガス排出口
３０…高分子型燃料電池
３１…水素ガス供給装置
３２…酸化ガス供給装置
３３ｄ，４３ｄ…水素ガス濃度制御装置
【図１】
2009245670.tif 000003
【図２】
2009245670.tif 000004
【図３】
2009245670.tif 000005
【図４】
2009245670.tif 000006
【図５】
2009245670.tif 000007
【図６】
2009245670.tif 000008