JP2005209362A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池の内部を適切なタイミングで加湿原料ガスの雰囲気に曝すことで、電解質膜の乾燥促進および局所燃焼並びに電極撥水性劣化等、燃料電池のＤＳＳ運転に関する各種の問題に適切に対応できて、燃料電池の性能安定化を図れる燃料電池発電装置を提供する。
【解決手段】 燃料電池発電装置１００は、燃料ガス流路を有する燃料電池２１と、原料ガスを供給する原料ガス供給手段２２とを備え、前記燃料電池２１の発電期間には、前記燃料ガス流路に前記原料ガスから生成される燃料ガスを供給することによって前記燃料電池２１を発電させ、前記燃料電池２１の停止期間から発電期間までの間の前記燃料電池の移行期間には、前記原料ガス供給手段２２から送出された原料ガスを加湿して、この加湿された原料ガスの雰囲気に前記燃料電池２１の内部を曝すものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料電池発電装置に関し、特に燃料電池の停止期間から発電期間までの間の移行期間に燃料電池の内部を加湿原料ガスの雰囲気に曝すことを可能にする燃料電池発電装置に関する。

家庭用の燃料電池発電装置においては、光熱費削減の点から日常生活の電力消費量の多寡に応じて燃料電池の発電および停止を頻繁に反復させることが望まれる。

具体的には電力消費の増加する昼間には発電装置を作動させ、反面、電力消費の減少する夜間には発電装置を停止させるという所謂ＤＳＳ（Daily Start-up & Shut-down）運転が光熱費の有効利用の点で優れている。このような状況下にあって、ＤＳＳ運転に柔軟に対応できるよう、燃料電池の発電および停止の反復動作に関する技術的な課題およびその対応策が報告されている。例えば、高分子電解質膜（イオン交換膜）の停止保管中の電解質膜の乾燥を防止して燃料電池を停止保管から速やかに再起動させるため、燃料電池の停止直後、その内部に残留する燃料ガスおよび酸化剤ガスを水または加湿された不活性ガスによって置換させたうえで、燃料電池のガス流路を封止する方法が開示されている（特許文献１参照）。

確かに、特許文献１のように燃料電池の停止保管中に燃料電池の内部を加湿不活性ガスの雰囲気に曝すことで燃料電池の電解質膜の乾燥化に対処できる可能性はあると考えられる。
特開平６−２５１７８８号公報

ところで、上記の従来の燃料電池の停止保管方法によれば、電解質膜の乾燥促進を防止する目的で加湿不活性ガスによって燃料電池の内部を置換することを開示はしているものの、この停止保管方法には次のような改善すべき事項を有している。

第一に、たとえ燃料電池を外部雰囲気から遮断するよう封止しても、燃料電池を一定期間（例えば１５時間〜３日程度）保管した場合、この封止部から空気（酸素ガス）が燃料電池の内部にもれて混入する可能性がある。とりわけ特開平６−２５１７８８号公報に記載の加湿不活性ガス導入法（停止直後の導入）の場合、燃料電池の内部の温度低下によって加湿不活性ガスに含有する水蒸気が結露して負圧化が促進されて、酸素ガス混入の懸念は一層高まる。そしてこのような状況下で、燃料電池の再起動時に水素リッチな燃料ガスを供給すれば、燃料電池のアノードにおいて酸素ガスと燃料ガスによる局所燃焼を起こして燃料電池の破損や燃料電池の性能劣化に至りかねない。

第二に、上記の従来の燃料電池の停止保管方法においては、燃料電池の電解質膜の乾燥状態を把握する手立てを開示してなく、電解質膜の良否を判定せずに燃料電池の発電を開始して燃料電池の局所燃料を適切に防止できないという懸念がある。

第三に、燃料電池の発電および停止を長期間（例えば２〜３年程度）亘って頻繁に反復した場合、停止期間中に継続的に燃料電池電極を水に浸すことになって、この恒常的な水の雰囲気に起因して電極の撥水性が侵食されることで燃料電池の運転時の排水能力が損なわれ、燃料電池の性能劣化を招きかねない。よって、上記の従来の停止保管方法のように、燃料電池の内部を長時間、加湿ガスの雰囲気に曝すことは極力避ける必要がある。

第四に、上記公報に記載のように別途、不活性ガス供給装置の付加設備を設ける場合、燃料電池発電装置の大型化やコストアップを招いてしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、電解質膜の乾燥促進および局所燃焼並びに電極撥水性劣化等、燃料電池のＤＳＳ運転に関する各種の問題に適切に対応できて、燃料電池の性能安定化を図れる燃料電池発電装置を提供することにある。

本発明に係る燃料電池発電装置は、燃料ガス流路を有する燃料電池と、原料ガスを供給する原料ガス供給手段とを備えており、前記燃料電池の発電期間には、前記燃料ガス流路に前記原料ガスから生成される燃料ガスを供給することによって前記燃料電池を発電させ、停止と発電を交互に反復する燃料電池における停止期間から発電期間までの間の前記燃料電池の移行期間には、前記原料ガス供給手段から送出された原料ガスを加湿して、この加湿された原料ガスの雰囲気に前記燃料電池の内部を曝すものである。より詳しくは、前記燃料ガス流路に前記原料ガスを流通させることによって前記燃料電池の内部の電解質膜を前記原料ガスの雰囲気に曝すことを可能にするものである。

これによって、燃料電池の内部を適切なタイミングで加湿原料ガスの雰囲気に曝すことができ、電解質膜の乾燥促進および局所燃焼並びに電極撥水性劣化等、燃料電池のＤＳＳ運転に関する各種の問題に適切に対応できる。より詳しくは、燃料電池の停止期間から発電期間までの間の移行期間に燃料電池の内部を加湿原料ガスに曝すことができ、停止保管中に乾燥した燃料電池の電解質膜を加湿できると共に、仮に停止保管中に燃料電池の内部に酸素ガスが混入した場合であっても、この酸素ガスによってもたらされる燃料ガスとの局所燃焼を未然に防止できる。また、燃料電池の停止期間から発電期間までの間の移行期間に、燃料電池の内部に加湿原料ガスを導くようにしたため、燃料電池の内部を長期間、加湿原料ガスの雰囲気で曝すことがなく、燃料電池の電極の撥水性が損なわれない。

ここで、燃料電池の電解質膜を充分に保水させるため、前記原料ガスの露点を前記燃料電池の稼働温度以上に維持できるように、前記原料ガスを加湿することが望ましい。

更に、原料ガス中にイオウ成分を含有する場合、燃料電池の白金触媒の表面に吸着して反応表面に悪影響をもたらすため、前記原料ガス供給手段に備えられたガス清浄部によって前記原料ガス中のイオウ成分を除去した後、前記原料ガスの雰囲気に前記燃料電池の内部を曝すことが望ましい。

同様に、燃料電池の白金触媒の活性阻害等をもたらさないよう、原料ガスとしてメタンガス、プロパンガス、ブタンガスおよびエタンガスのうちの何れかのガスを選定することが好ましい。

加えて、本発明に係る燃料電池発電装置は、前記原料ガス供給手段から供給される原料ガスと水蒸気とから前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器を備え、前記原料ガス供給手段から送出された原料ガスを、前記燃料生成器の内部で加湿する際に、前記燃料生成器において前記原料ガスを炭化させる下限温度よりも低く、前記燃料生成器の温度は維持するように制御されるものである。より望ましくは、燃料生成器（改質部）においてＭＥＡの触媒毒作用を有する一酸化炭素ガスが原料ガスおよび水蒸気から発生することがないよう、前記燃料生成器の温度は３００℃以下に維持するように制御される。

ここで、ある実施の形態では、前記燃料電池の内部に電解質膜を挟むアノードとカソードが配置され、前記アノードを前記原料ガスの雰囲気に曝した後、前記カソードを前記原料ガスの雰囲気に曝すように処理しても良い。このような加湿原料ガスの供給法によれば、仮に燃料電池の停止保管中に酸素ガスがアノードに混入した場合、アノードを経てからカソードに導くという加湿原料ガスの導入経路を採用できて酸化劣化され易いアノードの酸素ガスを優先的に排除できる。

なおこの場合、前記原料ガス供給手段から供給される原料ガスと水蒸気とから前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器を備え、前記原料ガスを前記燃料生成器の内部で加湿することが可能である。

また、他の実施の形態では、前記燃料電池の内部に電解質膜を挟むアノードとカソードが配置され、前記カソードを前記原料ガスの雰囲気に曝した後、前記アノードを前記原料ガスの雰囲気に曝すように処理しても良い。

なおこの場合、前記カソードに供給する、前記燃料ガスとの発電反応用の酸化剤ガスを加湿する加湿器を備え、前記原料ガスを前記加湿器で加湿することが可能である。

更に、他の実施の形態では、前記燃料電池の内部に電解質膜を挟むアノードとカソードが配置され、前記カソードを前記原料ガスから分流する前記第一の原料ガスの雰囲気に曝すと共に、前記アノードを前記原料ガスから分流する前記第二の原料ガスの雰囲気に曝すように処理しても良い。このような加湿原料ガスの供給法によれば、第一の原料ガスと第二の原料ガスは互いに混合することなく別個独立して、燃料電池のカソードに第一の原料ガスを通過させ、燃料電池のアノードに第二の原料ガスを通過させるように構成したため、アノードおよびカソードの両方を確実に加湿処理できる。

なおこの場合、前記原料ガス供給手段から供給される原料ガスと水蒸気とから前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器および前記カソードに供給する酸化剤ガスを加湿する加湿器を備え、前記第一の原料ガスを前記加湿器の内部で加湿し、前記第二の原料ガスを前記燃料生成器の内部で加湿することが可能である。

加えて、前記停止期間から前記発電期間までの間の前記燃料電池の移行期間において、前記燃料電池の内部に備えられた電解質膜の導電率に基づいて前記発電期間を開始させても良い。こうすることで、電解質膜の保水状態を的確に予測できて燃料電池発電装置の発電開始時期の判断の信頼性が向上させることができる。より詳しくは、前記燃料電池の内部における所定の相対湿度に対応する前記電解質膜の導電率に基づいて前記発電期間を開始させる。

本発明によれば、燃料電池の内部を適切なタイミングで加湿原料ガスの雰囲気に曝すことで、電解質膜の乾燥促進および局所燃焼並びに電極撥水性劣化等、燃料電池のＤＳＳ運転に関する各種の問題に適切に対応できて、燃料電池の性能安定化を図れる燃料電池発電装置が得られる。

最初に、固体高分子電解質形の燃料電池の基本的な発電原理を概説すると共に、加湿原料ガスによって電解質膜の乾燥を防止する目的を理解するため、電解質膜の保水管理の必要性を説明する。

燃料電池は、水素ガス等の燃料ガスをアノードに、空気等の酸化剤ガスをカソードに供給することによりこれらを電気化学的に反応させて電気と熱を同時に生成するものである。

電解質膜としては水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜が利用され、この電解質膜の両面に配置された多孔質の触媒反応層は、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分としており、アノードの触媒反応層において下記の（１）式の反応が発生し、カソードの触媒反応層において下記の（２）式の反応が発生し、燃料電池全体として下記の（３）式の反応が発生する。

Ｈ_２ → ２Ｈ^＋＋ ２ｅ⁻ （１）
１／２Ｏ_２＋ ２Ｈ^＋ ＋ ２ｅ⁻ → Ｈ_２Ｏ （２）
Ｈ_２ ＋ １／２Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ （３）
即ち、（１）式の反応で生成した水素イオンを、電解質膜を介してアノードからカソードに輸送させると共に、外部回路を介してアノードからカソードに電子を移動させ、カソードでは酸素ガスおよび水素イオン並びに電子が（３）式のように反応して水を生成すると共に、触媒反応による反応熱を得ることができる。

このように電解質膜には水素イオンを選択的に輸送する機能が必要であり、電解質膜に保水させることによって、電解質膜に含まれる水を移動経路として、アノードからカソードに水素イオンを輸送できるイオン伝導性が発現すると考えられている。

従って、水素イオン輸送能確保のため、電解質膜を保水させることが必須であり、電解質膜の乾燥化を防止して電解質膜の保水管理を適切に行うことは、電解質膜の基本性能にかかわる重要な技術事項である。

次に、既存の高分子電解質形の燃料電池の構成につき図面を参照して説明する。

図１に電解質接合体（ＭＥＡ；Membrane-Electrode Assembly）を備えた固体高分子電解質形の燃料電池の断面図が示されている。

水素イオン伝導性を備えたパーフルオロカーボンスルフォン酸からなる高分子電解質膜１１の両面に、この電解質膜１１を挟むようにアノード１４ａおよびカソード１４ｃが配置されている。なお、参照番号の添え字ａは水素ガス等の燃料ガス関与側のアノード１４ａに関連するものを示しており、添え字ｃは空気等の酸化剤ガス関与側のカソード１４ｃに関連するものを示している。

アノード１４ａおよびカソード１４ｃは共に二層膜構造を有しており、電解質膜１１と接触する第一層膜は、多孔質カーボンに白金等の貴金属を担持した触媒と水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなるアノード１４ａの触媒反応層１２ａ（以下、触媒反応層１２ａという）およびカソード１４ｃの触媒反応層１２ｃ（以下、触媒反応層１２ｃという）であり、これらの触媒反応層１２ａ、１２ｃの外面に密着して積層する第二層膜は、通気性と電気伝導性を兼ね備えたアノード１４ａのガス拡散層１３ａ（以下、ガス拡散層１３ａという）およびカソード１４ｃのガス拡散層１３ｃ（以下、ガス拡散層１３ｃという）である。

なお、ＭＥＡ１７は、電解質膜１１およびアノード１４ａ並びにカソード１４ｃで構成されており、このＭＥＡ１７は機械的に固定されると共に、互いに隣接するＭＥＡ１７同士が電気的に直列に接続される。

また、アノード１４ａの外面に接触してアノード１４ａに対する導電性セパレータ板１６ａ（以下、導電性セパレータ板１６ａという）が配置され、カソード１４ｃの外面に接触してカソード１４ｃに対する導電性セパレータ板１６ｃ（以下、導電性セパレータ板１６ｃという）が配置されている。

また、アノード１４ａおよびカソード１４ｃに反応ガスを供給して、反応後の反応生成ガスや反応に寄与しなかった余剰の反応ガスを運び去る溝（深さ：０．５ｍｍ）からなるアノード１４ａに対する燃料ガス流路１８ａ（以下、ガス流路１８ａという）およびカソード１４ｃに対する酸化剤ガス流路１８ｃ（以下、ガス流路１８ｃという）が導電性セパレータ板１６ａ、１６ｃのＭＥＡ１７との接触面に形成されている。

こうしてＭＥＡ１７とセパレータ板１６ａと１６ｃからなる燃料電池セル（単セル）２０が形成される。

なお、燃料電池２１の内部には、例えば燃料電池セル２０が６０セル程度積層されており、より具体的には、一方の燃料電池セル２０の導電性セパレータ板１６ａの外面と、他方の燃料電池セル２０の導電性セパレータ板１６ｃの外面とが互いに向き合って接触して隣接するように燃料電池セル２０は積層される。

また、導電性セパレータ板１６ａとこれに隣接する導電性セパレータ１６ｃの接触面には、導電性セパレータ板１６ａに形成された溝（深さ：０．５ｍｍ）１９ａと、導電性セパレータ板１６ｃに形成された溝（深さ：０．５ｍｍ）１９ｃとからなる冷却水通路１９が設けられている。

こうして冷却水通路１９の内部を流れる冷却水によって導電性セパレータ板１６ａ、１６ｃの温度調整を行い、これらの導電性セパレータ１６ａ、１６ｃを介してＭＥＡ１７の温度調整を可能にしている。

なお、導電性セパレータ板１６ａ、１６ｃとしては、例えば、２０ｃｍ×３２ｃｍ×１．３ｍｍの外寸で、フェノール樹脂を含浸させた黒鉛板が用いられる。

また一方、ＭＥＡ１７の外周部のアノード側主面およびカソード側主面にそれぞれ、環状のゴム製のアノード１４ａの側のＭＥＡガスケット１５ａ（以下、ＭＥＡガスケット１５ａという）およびカソード１４ｃの側のＭＥＡガスケット１５ｃ（以下、ＭＥＡガスケット１５ｃという）が設けられ、導電性セパレータ板１６ａ、１６ｃとＭＥＡ１７の間を、ＭＥＡガスケット１５ａ、１５ｃによって封止させる。こうして、ＭＥＡガスケット１５ａ、１５ｃによってガス流路１８ａ、１８ｃを流れるガスのガス混合やガスリークが防止される。更には、ＭＥＡガスケット１５ａ、１５ｃの外側には冷却水通流用および燃料ガス通流用並びに酸化剤ガス通流用のマニホールド穴（図示せず）が形成されている。

以上のような燃料電池を使用した燃料電池発電装置のガス供給系の構成および動作について図面を参照しながら説明する。図２は、燃料電池発電装置の基本構成を示すブロック図である。

最初に、図１および図２を用いて、本発明の燃料電池発電装置１００の基本構成を説明する。

燃料電池発電装置１００は主として、燃料生成器２３に原料ガスを供給するための原料ガス供給手段２２、燃料生成器２３に水を供給するための第二の水供給手段７５、原料ガス供給手段２２から供給された原料ガスおよび第二の水供給手段７５から供給された水から改質反応によって水素リッチな燃料ガスを生成する燃料生成器２３、加湿器２３に酸化剤ガス（空気）を供給するための空気供給手段としてのブロア２８、加湿器２４に水を供給するための第一の水供給手段７４、ブロア２８から供給された空気を、燃料生成器２３から供給された熱および第一の水供給手段７４から供給された水によって加湿させる加湿器３４、燃料生成器２３からアノード１４ａに供給された燃料ガスおよび加湿器２４からカソード１４ｃに供給された加湿酸化剤ガスを使って発電しおよび熱を生成する燃料電池２１、原料ガス供給手段２２および第一、第二の水供給手段７４、７５並びに燃料生成器２３並びにブロア２８並びに燃料電池２１の適切な制御を制御する制御部２７、燃料電池２１で生成された電力を取り出す回路部２５およびこの回路部２５の電圧（発電電圧）を測定する測定部２６等から構成されている。更に、燃料電池発電装置１００には、後ほど詳しく説明する第一の切り替え弁２９および第一、第二、第三の遮断弁３０、３１、３２が設けられ、制御部２７によって制御されている。なお、図２中の点線は制御信号を示している。

次に、燃料電池発電装置の通常運転時（発電時）のガス供給の動作について説明する。

原料ガス供給手段２２のガス清浄部２２ｐにおいて原料ガスに含有する燃料電池の性能劣化物質を除去して原料ガスを清浄化させたうえで、原料ガス供給配管６３を介して清浄化原料ガスが燃料生成器２３に供給される。なおここでは、原料ガスにメタンガス、エタンガス、プロパンガスおよびブタンガスを含有する都市ガス１３Ａを使用するため、ガス清浄部２２ｐで都市ガス１３Ａに含まれる付臭剤のターシャリブチルメルカプタン（ＴＢＭ）およびジメチルサルファイド（ＤＭＳ）並びにテトラヒドロチオフィン（ＴＨＴ）等の不純物が吸着除去される。

また一方、第二の水供給手段７５（例えば、水供給ポンプ）から燃料生成器２３の内部に水が供給される。

こうして原料ガスと水蒸気から燃料生成器２３の改質部２３ｅにおいて改質反応によって水素ガスリッチな燃料ガス（改質ガス）が生成される。燃料生成器２３から送出される燃料ガスは、第一の切り替え弁２９によって燃料ガス供給配管６１とアノード側入口２１ａを連通させたうえで、燃料ガス供給配管６１を介して燃料電池２１のアノード側入口２１ａに供給され、アノード１４ａにおいて（１）式の反応に利用される。なお、第一の切り替え弁２９は、アノード側入口２１ａと燃料生成器２３の間の燃料ガス供給配管６１の途中に配置されている。

また、燃料電池２１に供給された燃料ガスのうち、燃料電池２１で発電反応に利用されなかったものはアノード側出口２１ｂから送出されアノード排気配管４７を介して開栓状態の第一の遮断弁３０を通って燃料電池２１の外部に導かれる。

なお、第一の遮断弁３０は、アノード側出口２１ｂと水除去部３３の間のアノード排気配管４７の途中に配置されている。外部に導かれた残余の燃料ガスは、アノード排気配管４７の途中の第二の逆止弁４８（第二の逆止弁４８は流れを許す方向）を通過すると共に、第一の逆止弁４１によって第一の連結配管６４の方向への逆流を防止される。そして、残余の燃料ガスは、アノード排気配管４７に配置された水除去部３３によって水を除去された後、燃料生成器２３の燃焼部（図示せず）に送られて、燃焼部の内部で燃焼される。なお、この燃焼によって発生する熱は、改質反応のような吸熱反応用の熱として利用される。

一方、酸化剤ガス供給手段としてのブロア２８から酸化剤ガス供給配管６２を介して加湿器２４に供給された酸化剤ガス（空気）は、加湿器２４において加湿処理された後、開栓状態の第二の遮断弁３１を通って酸化剤ガス供給配管６２を介して燃料電池２１のカソード側入口２１ｃに供給され、カソード１４ｃにおいて（２）式の反応に利用される。なお、第二の遮断弁３１は、加湿器２４とカソード側入口２１ｃの間の酸化剤ガス供給配管６２の途中に配置されている。

加湿に必要な水は、第一の水供給手段７４（例えば、水供給ポンプ）から加湿器２４の内部に補給され、加湿に必要な熱は、図２中に二重線で示された燃料生成器２３から加湿器２４に供給されている。燃料電池２１に供給された加湿酸化剤ガスのうち、燃料電池２１で発電反応に利用されなかったものはカソード側出口２１ｄから開栓状態の第三の遮断弁３２を通って燃料電池２１の外部に導かれ、残余の酸化剤ガスはカソード排気配管６０を介して再び加湿器２４へ還流されて、還流酸化剤ガス中に含まれる水および熱を加湿器２４の内部においてブロア２８から送られる新気の酸化剤ガスに与える。なお、第三の遮断弁３２は、カソード側出口２１ｄと加湿器２４の間のカソード排気配管６０の途中に配置されている。また加湿部２４として、イオン交換膜を用いた全熱交換加湿器３４と温水加湿器３５が併用されている。

なおここで、原料ガス供給手段２２およびブロア２８並びに第一、第二の水供給手段７４、７５並びに燃料生成器２３並びに燃料電池２１の動作並びに第一の切り替え弁２９の切り替え動作並びに第一、第二、第三の遮断弁３０、３１、３２の開閉動作は、各種機器の検知信号（例えば、温度信号）に基づいて制御部２７によって制御されて、適切なＤＳＳ運転が実施されている。

こうして、アノード１４ａの出力端子７２ａ（以下、出力端子７２ａという）およびカソード１４ｃの出力端子７２ｃ（以下、出力端子７２ｃという）に回路部２５が接続されて、回路部２５に燃料電池２１の内部で生成された電力が取り出されて、回路部２５の発電電圧が測定部２６にてモニタされている。

ここで、燃料生成器２３の内部には、メタンガス等の原料ガスを、水蒸気を用いて改質する改質部２３ｅの他、改質部２３ｅから送出された燃料ガス中に含有される一酸化炭素ガス（ＣＯガス）の一部を変成反応によって除去するＣＯ変成部２３ｆと、ＣＯ変成部２３ｆから送出された燃料ガス中のＣＯガス濃度を１０ｐｐｍ以下に低下させ得るＣＯ除去部２３ｇが備えられている。ＣＯガス濃度を所定濃度レベル以下に低減させて、燃料電池２１の動作温度域においてＣＯガスによってアノード１４ａに含まれる白金の被毒を防ぎ、その触媒活性の劣化が回避され得る。勿論、アノード１４ａに白金−ルテニウム等、耐ＣＯガス性を有する触媒を使用して触媒材料の面でもＣＯガス被毒の対策を講じている。

メタンガスを原料ガスの例として燃料生成器２３の内部の反応変遷をより具体的に説明すると、次のような反応が行われる。

改質部２３ｅにおいて、（４）式に示した水蒸気改質反応によって水素ガス（約９０％）とＣＯガス（約１０％）が生成される。

ＣＨ_４ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＣＯ ＋ ３Ｈ_２ （４）
続いてＣＯ変成部２３ｆにおいて、このＣＯガスは二酸化炭素に酸化され、その濃度が約５０００ｐｐｍまで減少させられる（（５）式参照）。変成部２３ｆの下流側のＣＯ除去部２３ｇにおいてもＣＯガスを酸化によって排除できるが、ＣＯ除去部２３ｇは、ＣＯガスの他、有用な水素ガスまでも酸化させるため、ＣＯ変成部２３ｆにおいて可能な限りＣＯガス濃度を低下させる方が望ましい。

ＣＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２ ＋ Ｈ_２ （５）
変成部２３ｆで除去しきれなかった残留するＣＯガスは、ＣＯ除去部２３ｇで酸化して除去されその濃度を約１０ｐｐｍ以下まで低下させられる（（６）式参照）。こうして、燃料電池２１に用いられる燃料ガスとして使用に耐え得るＣＯガス濃度レベルに到達できる。因みに、燃料生成器２３の全反応式を（７）式に示しておく。

ＣＯ ＋ １／２Ｏ_２ → ＣＯ_２ （６）
ＣＨ_４ ＋ ２Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２ ＋ ４Ｈ_２ （７）
次に、燃料電池発電装置１００の起動開始時の動作について説明する。

燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の温度が７００℃以下であれば、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）において（４）式の改質反応が発生されない。このため起動開始時においては、燃料ガスから送出されるガスはアノード側入口２１ａに導かれることなく、第一の切り替え弁２９の切り替え動作によって燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７に、第一の連結配管６４とこの途中に設けられた第一の逆止弁４１を介して連通させて、燃料生成器２３から送出されたガスを第一の逆止弁４１（第一の逆止弁は流れを許す方向）を通してアノード排気配管４７に導く。その後、このガスは第二の逆止弁４８によってアノード側出口２１ｂの方向への逆流を防止されて、水除去部３３にて水除去された後、燃料生成器２３の燃焼器に供給されて燃焼器の内部で燃焼させられる。これによって、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の昇温を速やかに行えて、起動開始から発電までの時間を短縮できる。

更に、燃料電池発電装置１００の起動停止時の動作について説明する。

燃料電池発電装置１００の起動停止時には、第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７に連通させ、燃料ガス供給配管６１とアノード側入口２１ａを遮断する。また、第一、第二、第三の遮断弁３０、３１、３２をそれぞれ閉じる。これによって起動停止後、燃料ガスを燃料電池２１のアノード１４ａに封入でき、かつ酸化剤ガスを燃料電池２１のカソード１４ｃに封入できる。

（実施の形態１）
通常運転時（発電時）および起動開始時並びに運転停止時について燃料電池発電装置の基本構成のガス供給系の動作を概説したが、停止期間および発電期間を有して停止と発電を頻繁に交互に反復する燃料電池発電装置（例えば、家庭用の燃料電池発電装置）においては、燃料電池の停止期間から発電期間までの間の移行期間に燃料電池の内部を加湿した原料ガスの雰囲気に曝すことによって、燃料電池の停止時における電解質膜の乾燥化や長期保管でもたらされる酸素ガス混入に起因する燃料電池の局所燃焼という燃料電池の起動および停止の反復動作に関する技術的な課題を解消することができる。

なおここで、原料ガスの加湿とは、原料ガスの露点を燃料電池の稼働温度以上になるように、原料ガスの雰囲気を維持させることをいう。

以下、燃料電池の内部を、上記の移行期間に加湿原料ガスで曝すことを特徴とする燃料電池発電装置のガス供給系の構成例および動作例を説明する。

図３は、実施の形態１に係る燃料電池発電装置の構成を示したブロック図であり、図４Ａおよび図４Ｂは、図３の燃料電池発電装置のガス供給動作を説明するフローチャート図である。

燃料電池２１、第一の水供給手段７４、第二の水供給手段７５、原料ガス供給手段２２、燃料生成器２３、加湿器２４、インピーダンス測定器７３、回路部２５、測定部２６および制御部２７の構成については基本構成（図１および図２参照）にて説明したものと同様である。

但し、実施の形態１は、加湿原料ガスの燃料電池２１への導入配管および切り替え弁並びに遮断弁並びにマスフローメータ等の制御部２７の入力センサを以下のようにした点で基本構成と相違しており、ここでは配管および切り替え弁並びに遮断弁並びにマスフローメータ等の入力センサの変更点を中心に説明する。

図３において、燃料生成器２３の出口直後の燃料ガス供給配管６１の途中にガス流量を測定するためのアノード１４ａのマスフローメータ７０ａ（以下、マスフローメータ７０ａという）が配置されている。なお、マスフローメータ７０ａの下流側であって燃料電池２１のアノード側入口２１ａの上流側の第一の切り替え弁２９は、燃料生成器２３から延びてアノード側入口２１ａに連通する燃料ガス供給配管６１の途中に配置される。

また、第一の切り替え弁２９は、図２と同様に第一の逆止弁４１を配置された第一の連結配管６４を介してアノード排気配管４７と連通される。なお、第一の連結配管６４およびアノード排気配管４７の接続部位の位置は、水除去部３３と第二の逆止弁４８の間にある。

アノード出口側２１ｂから燃料生成器２３に延びるアノード排気配管４７の途中に第二の切り替え弁４２が配置され、この第二の切り替え弁４２の下流側であって水除去部３３の上流側には、第一の遮断弁３０および第二の逆止弁４８がこの順番に、アノード排気配管４７の途中に配置されている。

更に、加湿器２４からカソード側入口２１ｃに延びる酸化剤ガス供給配管６２の途中には、第二の遮断弁３１および第三の切り替え弁４３がこの順番に設けられ、カソード側出口２１ｄから加湿器２１に延びるカソード排気配管６０の途中には 第四の切り替え弁４４および第三の遮断弁３２がこの順番に設けられている。

加えて、第三の切り替え弁４３は、第一の循環配管４５を介してアノード排気配管４７の途中と連結され、第四の切り替え弁４４は、第二の循環配管４６を介して第二の切り替え弁４２と連結されている。なお、第一の循環配管４５およびアノード排気配管４７の接続部位の位置は、水除去部３３と第二の逆止弁４８の間にある。

また、燃料電池２１の内部の温度を検知する温度検知手段（Ｐｔ抵抗体の熱電対が望ましい）７１は、図３に示すように燃料電池２１のほぼ中央付近に配置され、燃料電池セル２０中のカソード１４ｃの導電性セパレータ板１６ｃの内部に埋め込まれている（図１参照）。

また、後ほど詳しく説明する燃料電池２１の電解質膜１１の膜抵抗（導電率）を求めるため、出力端子７２ａ、７２ｃに接続するインピーダンス測定器７３が設けられている。

なお、出力端子７２ａ、７２ｃに回路部２５が接続されて、回路部２５において燃料電池２１の内部で生成された電力が取り出されて、回路部２５の電圧（発電電圧）が測定部２６でモニタされる。

ここで、マスフローメータ７０ａの出力信号、温度検知手段７１の出力信号（測定部２６を介して）および出力端子７２ａ、７２ｃの出力信号（インピーダンス測定器７３を介して）は、制御部２７に入力される。こうして、マスフローメータ７０ａの出力信号に基づき原料ガスの流量が制御部２７によってモニタされ、温度検知手段７１の出力信号を測定部２６で処理された処理信号に基づき燃料電池２１の内部温度が制御部２７によってモニタされ、出力端子７２ａ、７２ｃの出力信号をインピーダンス測定器７３で処理された処理信号に基づき電解質膜１１の膜抵抗が制御部２７によってモニタされている。また、制御部２７によって以下に説明する第一、第二、第三、第四の切り替え弁２９、４２、４３、４４の切り替え動作および第一、第二、第三の遮蔽弁３０、３１、３２の開閉動作は制御されている。

以下、燃料電池発電装置の停止保管動作および起動開始動作並びに発電開始可否の確認動作並びに発電動作に分けて、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給の動作を、図３のブロック図および図４Ａ、図４Ｂのフローチャート図を参照しながら詳細に説明する。

〔燃料電池発電装置の停止保管動作〕
燃料電池発電装置１００の停止後、燃料電池２１の内部を原料ガスによって充填封止の状態に保って燃料電池発電装置１００を長期保管させる。ここで、燃料電池発電装置１００の停止保管のため、切り替え弁および遮断弁を次のように動作させる（ステップＳ４０１）。

第二の切り替え弁４２に接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びに第四の切り替え弁４４に接続する第三の遮断弁３２をそれぞれ閉める。

この状態で、第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管６１をアノード側入口２１ａと遮断させる。また、第二の切り替え弁４２を動作させてアノード側出口２１ｂを第一の遮断弁３０と連通させる一方、アノード側出口２１ｂを第二の循環配管４６と遮断させる。更に、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを第二の遮断弁３１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを第一の循環配管４５と遮断させる。更にまた、第四の切り替え弁４４を動作させてカソード側出口２１ｄを第三の遮断弁３２と連通させる一方、カソード側出口２１ｄを第二の循環配管４６と遮断させる。

こうして燃料電池２１の内部に燃料ガスおよび酸化剤ガスを確実に封入することができる。なお、燃料電池２１の内部は燃料電池稼働温度（７０℃）以下で維持されており、通常は室温（約２０℃〜３０℃）近くに保たれている。

〔燃料電池発電装置の起動開始動作〕
後ほど説明する加湿原料ガスによって燃料電池２１の内部をパージ処理させるため、最初に燃料電池２１の触媒に悪影響を及ぼさないような原料ガスの選定および原料ガスの清浄化処置を行う（ステップＳ４０２）。

具体的には、燃料電池２１の白金触媒を表面に吸着して、水素過電圧を上昇させることを防止する目的で、原料ガス中の不純物の除去、とりわけイオウ成分の除去は必要不可欠な清浄化処理である。また原料ガス自体の選択として、燃料電池２１の白金触媒の活性阻害等をもたらさないガスを選定することが必要であり、この観点からメタンガス、プロパンガス、ブタンガスおよびエタンガス（またはこれらの混合ガス）の何れかのガスを使用することが望ましい。

次に、燃料電池２１の内部を、稼働温度（７０℃）まで昇温する（ステップＳ４０３）。

具体的な昇温方法として、例えば、ヒータ（図示せず）または燃料電池発電装置１００のコージェネレーション給湯器（図示せず）の貯蔵温水を使用する。なお、燃料電池２１の内部温度は、温度検知手段７１の検知信号に基づいて制御部２７によってモニタされ、燃料電池２１の適切な昇温動作が制御される。

ここで、燃料電池２１の内部温度が稼働温度（７０℃）以上に達している否かを判定して（ステップＳ４０４）、昇温不足であれば（Ｓ４０４においてＮｏ）、Ｓ４０３の昇温動作を継続させ、７０℃以上に到達すれば（Ｓ４０４においてＹｅｓ）、次のステップに進む。

続いて、燃料生成器２３の内部を予備加熱させるため、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させる（ステップＳ４０５）。

第二の切り替え弁４２に接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びに第四の切り替え弁４４に接続する第三の遮断弁３２をそれぞれ閉める。

この状態で、第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管６１をアノード側入口２１ａと遮断させる。また、第二の切り替え弁４２を動作させてアノード側出口２１ｂを第一の遮断弁３０と連通させる一方、アノード側出口２１ｂを第二の循環配管４６と遮断させる。更に、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを第二の遮断弁３１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを第一の循環配管４５と遮断させる。更にまた、第四の切り替え弁４４を動作させてカソード側出口２１ｄを第三の遮断弁３２と連通させる一方、カソード側出口２１ｄを第二の循環配管４６と遮断させる。

こうして燃料生成器２３から送出され燃料ガス供給配管６１を流れるガスを、第一の連結配管６４（第一の逆止弁４１は流れを許す方向）およびアノード排気配管４７を通って燃料生成器２３の燃焼部に還流させ燃焼部の内部で燃焼させる。

これによって、所定温度範囲（燃料生成器２３（改質部２３ｅ）において原料ガスおよび水蒸気からＣＯガスを発生させることなく、しかも原料ガスの炭素析出をさせない温度範囲）まで燃料生成器２３を予備加熱させる（ステップＳ４０６）。

具体的な燃料生成器２３の昇温温度の範囲として、次のような理由によって３００℃以下である。もっとも効率的に原料ガスを加熱して加湿させる点から昇温温度の範囲は、好ましくは２５０℃以上である。

燃料生成器２３の温度が７００℃を超えると、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の改質反応によって原料ガスと水蒸気から水素ガスが生成し、このような水素ガスによって燃料電池２１の内部をパージ処理した場合、発電開始とともに水素ガスによって燃料電池２１の内部で局所燃焼が発生する可能性がある。

燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の温度が７００℃以下では、改質反応によって水素ガスは発生しないものの、５００℃以上、７００℃以下の温度の範囲内では燃料生成器２３（改質部２３ｅ）において原料ガスを炭化させて原料ガスから炭素析出させる可能性があり、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の温度を５００℃以上の温度に保っておくことも好ましくない。加えて、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の温度が３００℃以下であれば、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）においてＭＥＡ１７の触媒毒作用を有する一酸化炭素ガスが原料ガスおよび水蒸気から発生することがない。

以上の理由により燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の温度を３００℃以下に保って、この温度範囲で加湿させた原料ガスをパージ処理用ガスとして使用することが好適である。

なお、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の温度は、改質温度測定部（図示せず）の検知信号に基づいて制御部２７によってモニタされて、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の適切な昇温動作が図られる。

ここで、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の温度が２５０℃〜３００℃の範囲まで昇温したか否かを判定して（ステップＳ４０７）、昇温不足であれば（Ｓ４０７においてＮｏ）、Ｓ４０６の燃料生成器２３の予備加熱動作を継続させ、２５０℃〜３００℃の範囲まで昇温したら（Ｓ４０７においてＹｅｓ）、次のステップに進む。

燃料生成器２３の予備加熱の後、燃料生成器２３の内部を、原料ガス供給手段２２から供給される原料ガスの露点を燃料電池２１の稼働温度（７０℃）以上に維持できるよう原料ガスを加湿処理できる状態に移行させる（ステップＳ４０８）。既に燃料生成器２３は３００℃近傍まで昇温されており、加湿に要する水は第二の水供給手段７５から燃料生成器２３に供給できるため、これらの熱と水によって燃料生成器２３の内部で原料ガスを加湿させることが可能である。

続いて、加湿原料ガス供給のため、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させる（ステップＳ４０９）。

第二の切り替え弁４２に接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びに第四の切り替え弁４４に接続する第三の遮断弁３２をそれぞれ閉める。

この状態で、第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７と遮断させる一方、燃料ガス供給配管６１をアノード側入口２１ａと連通させる。また、第二の切り替え弁４２を動作させてアノード側出口２１ｂを第一の遮断弁３０と遮断させる一方、アノード側出口２１ｂを第二の循環配管４６と連通させる。更には、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを第二の遮断弁３１と遮断させる一方、カソード側入口２１ｃを第一の循環配管４５と連通させる。更にまた、第四の切り替え弁４４を動作させてカソード側出口２１ｄを第三の遮断弁３２と遮断させる一方、カソード側出口２１ｄを第二の循環配管４６と連通させる。

上記の弁動作を行った後、燃料生成器２３から送出された加湿原料ガスは次のようにして燃料電池２１の内部を加湿させて外部に導かれて、燃料電池２１の内部を加湿原料ガスの雰囲気に置換するというパージ処理が行われる（ステップＳ４１０）。

原料ガス供給手段２２から供給される原料ガスはガス清浄部２２ｐにおいて清浄化された後、原料ガス供給配管６３を介して燃料生成器２３に送られて、燃料生成器２３の内部で加湿される。その後、加湿原料ガスは、燃料生成器２３から送出され、燃料ガス供給配管６１を介して燃料電池２１のアノード側入口２１ａから燃料電池２１の内部に流入して、アノード１４ａが加湿原料ガスの雰囲気に曝された後、加湿原料ガスはアノード側出口２１ｄから送出されて燃料電池２１の外部に流出する。続いて加湿原料ガスは、第二の切り替え弁４２によって第二の循環配管４６の方向に向きを切り替えて、この第二の循環配管４６を通過し、第四の切り替え弁４４によって燃料電池カソード側出口２１ｄの方向に向きを切り替えて再び燃料電池２１の内部に再流入する。こうしてカソード１４ｃが加湿原料ガスの雰囲気に曝されて、原料ガスはカソード側入口２１ｃから送出されて燃料電池２１の外部に再流出する。

その後、原料ガスは、第三の切り替え弁４３によって向きを切り替えて第一の循環配管４５の方向に流れて、アノード排気配管４７に到達する。アノード排気配管４７に到達した原料ガスは、第一、第二の逆止弁４１、４８によって逆流を防止されて、水除去部３３の方向に導かれてこの水除去部３３において加湿原料ガスから水除去された後、燃料生成器２３の燃焼部に送られる。

すなわち加湿原料ガスは、図３中の太い点線のように燃料電池２１のアノード側入口２１ａおよびアノード側出口２１ｂ並びにカソード側出口２１ｄ並びにカソード側入口２１ｃの順番に通過して燃料電池２１の周囲を環状に流れてアノード排気配管４７に至る。燃焼部に供給された燃料ガスは、燃焼部の内部で燃焼され、この燃焼で生成した熱は燃料生成器２３の加熱に利用される。

加湿原料ガスのトータル供給量は、燃料電池２１の内部空間のガス充填可能容積の少なくとも３倍以上必要であり、例えば、ガス充填可能容積が約１．０Ｌであれば、加湿原料ガスの流量１．５Ｌ／分でもって約５分間、これを燃料電池２１の内部に供給すれば良く、このトータル供給量はマスフローメータ７０ａの出力信号に基づいて制御部２７によってモニタされている。

こうして燃料電池２１の停止期間から発電期間までの間の移行期間に燃料電池２１の内部を加湿原料ガスに曝すことができ、停止保管中に乾燥した燃料電池２１の電解質膜１１を加湿できると共に、仮に停止保管中に燃料電池２１の内部に酸素ガスが混入した場合、この酸素ガスによってもたらされる燃料ガスとの局所燃焼を未然に防止できる。

更に、燃料電池２１の停止期間から発電期間までの間の移行期間に、燃料電池２１の内部に加湿原料ガスを導くようにしたため、燃料電池２１の内部を長期間、加湿原料ガスの雰囲気で曝すことがなく、燃料電池の電極の撥水性が損なわれない。

加えて、アノード１４ａに燃料電池２１の停止保管中に混入した酸素ガスが万一残留すると、ルテニウム溶出をきたして触媒機能が失われるため、アノード１４ａを経てからカソード１４ｃに導くという加湿原料ガスの導入経路を採用して酸化劣化され易いアノード１４ａの酸素ガスを優先的に排除する原料ガスの供給法は、触媒劣化防止の観点から理にかなっている。

また、図３の太い点線を付して示した単一の加湿原料ガス供給経路によってアノード１４ａとカソード１４ｃの両方を加湿処理させることができ、ガス供給配管を簡素化できる。

燃料電池２１の内部に充分、加湿原料ガスを供給した後、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させて（ステップＳ４１１）、燃料電池発電装置１００の燃料生成器２３の加熱促進を図って、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の内部温度を（４）式の改質反応可能な温度（約７００℃以上）まで速やかに昇温させる。

第二の切り替え弁４２に接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びに第四の切り替え弁４４に接続する第三の遮断弁３２をそれぞれ閉める。

この状態で、第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管６１をアノード側入口２１ａと遮断させる。また、第二の切り替え弁４２を動作させてアノード側出口２１ｂを第一の遮断弁３０と連通させる一方、アノード側出口２１ｂを第二の循環配管４６と遮断させる。更に、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを第二の遮断弁３１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを第一の循環配管４５と遮断させる。更にまた、第四の切り替え弁４４を動作させてカソード側出口２１ｄを第三の遮断弁３２と連通させる一方、カソード側出口２１ｄを第二の循環配管４６と遮断させる。

こうして燃料生成器２３から燃料ガス供給配管６１に送出されるガスを、第一の連結配管６４（第一の逆止弁４１は流れを許す方向）およびアノード排気配管４７を通って燃料生成器２３の燃焼部に還流させ燃焼部の内部で燃焼させる。これによって、所定温度範囲（改質反応によって原料ガスと水蒸気から水素ガスが生成する温度範囲；７００℃以上）まで燃料生成器２３を加熱させる（ステップＳ４１２）。

ここで、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の温度が７００℃以上に昇温したか否かを判定して（ステップＳ４１３）、昇温不足であれば（Ｓ４１３においてＮｏ）、Ｓ４１２の加熱動作を継続させ、７００℃以上に到達したら（Ｓ４１３においてＹｅｓ）、次のステップに進む。

〔燃料電池発電装置の発電開始可否の確認動作〕
燃料生成器２３の内部を７００℃以上に昇温させた後、燃料電池２１の内部温度の確認および燃料電池２１の電解質膜１１の導電率の確認を行って、燃料電池発電装置１００の発電を開始して良いか否かを判定する。

第一の確認動作として、燃料電池２１の内部温度が稼働温度（７０℃）以上であるか否かを判定して（ステップＳ４１４）、昇温不足であれば（Ｓ４１４においてＮｏ）、Ｓ４０４の昇温動作を再実行させて、７０℃以上に昇温したら（Ｓ４１４においてＹｅｓ）、次にステップに進む。

第二の確認動作として、燃料電池２１の電解質膜１１の導電率を求めてこの導電率：σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１以上か否かを判定して（ステップＳ４１６）、σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１未満であれば（Ｓ４１６においてＮｏ）、電解質膜１１の加湿不足であると判断してＳ４０９およびＳ４１０の動作を再実行させ（ステップＳ４１７）、σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１以上であれば（Ｓ４１６においてＹｅｓ）、次のステップに進む。

ここで、図面を参照して電解質膜の導電率の算出法および電解質膜の導電率と相対湿度の関係を説明する。

図５において、横軸に実抵抗成分Z’をとり、縦軸にリアクタンス成分Z''をとって、燃料電池２１（電極面積：１４４ｃｍ^２）に印加する交流電流の周波数を０．１Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲で可変させて測定した燃料電池２１の交流インピーダンスプロファイル図が示されている（交流法によるインピーダンス測定）。図５によれば、交流インピーダンスプロファイルは周波数１ｋＨｚの交流電流において横軸（Z’）と交差するため、周波数１ｋＨｚの交流電流におけるインピーダンスが電解質膜１１の抵抗Ｒｓを示すと推定される。即ち、図５は、交流インピーダンスを測定した所謂コールコールプロット（Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅ ｐｌｏｔ）の模式図であり、この場合、半円と横軸の交点のうちの抵抗値の小さいもの（図５に示されたＲｓ）が電解質膜１１の膜抵抗を意味する。

制御部２７によって制御されるインピーダンス測定器７３（図３参照）に接続された燃料電池２１の出力端子７２ａ、７２ｃに対して、インピーダンス測定器７３から測定用交流電圧（１ｋＨｚ）を印加する。これによって得られる燃料電池２１の電解質膜１１の交流インピーダンスに基づいて電解質膜１１の導電率は推定され得る。具体的には、燃料電池セル２０を、例えば１０セル毎に交流電圧（１ｋＨｚ）を印加して交流インピーダンスを測定して、この測定値と電解質膜１１の膜厚および面積から電解質膜１１の導電率を算出している。

このような算出法で得られた導電率がσ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１以上であれば、図６に基づいて次のような理由で燃料電池２１は、発電開始可能な状態であると判定できる。

図６は、電解質膜１１の温度を８０℃に保った場合、横軸に高分子電解質膜（米国ＤｕＰｏｎｔ社のＮａｆｉｏｎ１１２の電解質膜であって膜厚は５０μｍ）の相対湿度をとり、縦軸に電解質膜の導電率をとって両者の相関関係を示すものであって、電解質膜の相対湿度に電解質膜の導電率がどのように依存するかを説明するためのものである。

図６によれば、電解質膜を乾燥させるに伴って電解質膜の導電率がゼロに漸近する一方（相対湿度：２０％近傍）、電解質膜の湿度が増せば、導電率も単調に増加するという傾向が観察される。ここで、電解質膜の性能上、充分に保水された相対湿度を５０％以上とみなすと、この相対湿度に対応する導電率は、σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１である。

よって、このように電解質膜の導電率（例えば、Ｎａｆｉｏｎ１１２の電解質膜においてはσ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１）を電解質膜の保水状態を求める簡易的な指標として使用することができ、導電率に基づいて燃料電池２１の発電開始の可否を予測し得ると言える。

こうして停止期間および発電期間を有する燃料電池の発電開始時期を燃料電池の温度に基づく判定に加え、燃料電池セルの電解質膜の導電率に基づく判定を実施するため、電解質膜の保水状態を的確に予測できて燃料電池発電装置の発電開始時期の判断の信頼性が向上させることができる。

〔燃料電池発電装置の発電動作〕
上記の確認動作の数値が所定値に到達した後（具体的には燃料電池２１の温度が７０℃以上、電解質膜の導電率σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１以上）、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させて燃料電池２１を発電させる（ステップＳ４１８およびステップＳ４１９）。

第二の切り替え弁４２に接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びに第四の切り替え弁４４に接続する第三の遮断弁３２をすべて開栓する。

この状態で第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７と遮断させる一方、燃料ガス供給配管６１をアノード側入口２１ａと連通させる。また、第二の切り替え弁４２を動作させてアノード側出口２１ｂを第一の遮断弁３０と連通させる一方、アノード側出口２１ｂを第二の循環配管４６と遮断させる。そして、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを第二の遮断弁３１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを第一の循環配管４５と遮断させる。更に、第四の切り替え弁４４を動作させてカソード側出口２１ｄを第三の遮断弁３２と連通させる一方、カソード側出口２１ｄを第二の循環配管４６と遮断させる。

このような切り替え弁および遮断弁の動作によって燃料ガス供給配管６１を介して燃料生成器２３から送出される水素ガスリッチな燃料ガスを燃料電池２１のアノード側入口２１ａに導入すると共に、アノード側出口２１ｂから送出され、アノード１４ａで消費されなかった残余の燃料ガスを、アノード排気配管４７を介して燃料電池２１の燃料生成器２３に還流させる。

一方、酸化剤ガス供給配管６２を介して加湿器２３から送出される加湿空気（加湿酸化剤ガス）を燃料電池２１のカソード側入口２１ｃに導入すると共に、カソード側出口２１ｄから送出され、カソード１４ｃで消費されなかった残余の酸化剤ガスを、カソード排気配管６０を介して燃料電池２１の加湿器２４に還流させる。

こうして燃料ガスをアノード１４ａに供給し、酸化剤ガスをカソード１４ｃに供給して、燃料電池２１の内部にて水素イオンと電子を生成させて、出力端子７２ａ、７２ｃを介して回路部２５に電流を取り出すことができ、測定部２６において発電電圧がモニタされる。

（実施の形態２）
以下、燃料電池２１の内部を、停止期間から発電期間までの間の移行期間に加湿原料ガスで曝すようにした燃料電池発電装置１００のガス供給系の他の構成例を説明する。

図７は、実施の形態２に係る燃料電池発電装置の構成を示したブロック図である。

燃料電池２１、第一の水供給手段７４、第二の水供給手段７５、原料ガス供給手段２２、燃料生成器２３、加湿器２４、インピーダンス測定器７３、回路部２５、測定部２６および制御部２７の構成については実施の形態１にて説明したものと同様である。

但し、実施の形態２は、加湿原料ガスの燃料電池２１への導入配管および切り替え弁並びに遮断弁並びにマスフローメータの配置を以下のように変更した点で実施の形態１（図３）と相違しており、ここでは配管および切り替え弁並びに遮断弁並びにマスフローメータの変更点を中心に説明する。

図３に示された第三の切り替え弁４３とアノード排気配管４７を繋ぐ第一の循環配管４５を取り除く。また、ガス清浄部２２ｐの出口直後に第六の切り替え弁５４を配置して、これによって清浄化原料ガスを加湿器２４（原料ガス分岐配管５１）に送出する場合と燃料生成器２３に送出する場合の切り替え動作を行う。加えて、加湿部２４の内部を通って、第三の切り替え弁４３と第六の切り替え弁５４とを連通させる原料ガス分岐配管５１が設けられている。更に、第一の切り替え弁２９の下流側であって燃料電池２１のアノード側入口２１ａの上流側を繋ぐ燃料ガス供給配管６１の途中に、第五の切り替え弁５２を追加すると共に、この第五の切り替え弁５２とアノード排気配管４７を繋ぐ第二の連結配管５３を設けている。なお、第二の連結配管５３とアノード排気配管４７との接続部位の位置は、第二の逆止弁４８と水除去部３３の間にある。また、マスフローメータ７０ａ（図３参照）を取り除いて、ガス流量を測定するためのカソード１４ｃのマスフローメータ７０ｃ（以下、マスフローメータ７０ｃという）を加湿器２４と第三の切り替え弁４３の間であって原料ガス分岐配管５１の途中に配置する。

以下、停止保管動作および起動開始動作並びに発電開始可否の確認動作並びに発電動作に分けて、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給動作を図７のブロック図および図８Ａ、図８Ｂのフローチャート図を参照しながら詳細に説明する。

〔燃料電池発電装置の停止保管動作〕
燃料電池発電装置の停止後、燃料電池２１の内部を原料ガスによって充填封止の状態に保って長期保管する。ここで、燃料電池発電装置１００の停止保管のため、切り替え弁および遮断弁を次のように動作させる（ステップＳ８０１）。

第二の切り替え弁４２に接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びに第四の切り替え弁４４に接続する第三の遮断弁３２をそれぞれ閉める。

この状態で、第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１を第５の切り替え弁５２と連通させる一方、燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７と遮断させる。また、第二の切り替え弁４２を動作させてアノード側出口２１ｂを第一の遮断弁３０と連通させる一方、アノード側出口２１ｂを第二の循環配管４６と遮断させる。更に、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを第二の遮断弁３１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを原料ガス分岐配管５１と遮断させる。また、第四の切り替え弁４４を動作させてカソード側出口２１ｄと第三の遮断弁３２を連通させる一方、カソード側出口２１ｄと第二の循環配管４６を遮断させる。加えて、第５の切り替え弁５２を動作させてアノード側入口２１ａを第一の切り替え弁２９と連通させる一方、アノード側入口２１ａをアノード排気配管２７と遮断させる。

こうして燃料電池２１の内部に燃料ガスおよび酸化剤ガスを確実に封入することができる。なお、燃料電池２１の内部の温度は通常、室温（約２０℃〜３０℃）近くになっており、これは燃料電池稼働温度（７０℃）よりも低く保たれる。

〔燃料電池発電装置の起動開始動作〕
最初に、燃料電池２１の触媒に悪影響を及ぼさないような原料ガスの選定および原料ガスの清浄化の処置を行う（ステップＳ８０２）。原料ガス清浄化の方法および原料ガス選択の内容は実施の形態１と同様である。

次に、燃料電池２１の内部を、稼働温度（７０℃）まで昇温する（ステップＳ８０３）。なお、燃料電池２１の内部の昇温方法は、実施の形態１で説明したものと同じである。

ここで、燃料電池２１の内部温度が稼働温度（７０℃）以上にまで到達しているか否かを判定して（ステップＳ８０４）、昇温不足であれば（Ｓ８０４においてＮｏ）、Ｓ８０３の昇温動作を継続させ、７０℃以上に到達すれば（Ｓ８０４においてＹｅｓ）、次のステップに進む。

続いて、第一の水供給手段７４から加湿器２４に供給される水および燃料生成器２３から加湿器２４に供与される熱を使用して、原料ガスを加湿器２４の内部で加湿処理できる状態に移行させる（ステップＳ８０５）。

具体的には、原料ガスの加湿に温水が必要であるが、加湿器２４においては熱源としての燃焼器がないため、加湿器２４の外部から適宜、熱を受け取ることを要する。実施の形態２においては、図７に二重線によって燃料生成器２３から加湿器２４の熱供給ラインが示されているように、燃料生成器２３の燃焼器で発生する熱を加湿器２４に与えることで加湿器２４の昇温を図っている。

続いて、加湿原料ガスを燃料電池２１の内部に供給するため、各種の遮断弁および切り替え弁を以下のように動作させる（ステップＳ８０６）。

第二の切り替え弁４２に接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びに第四の切り替え弁４４に接続する第三の遮断弁３２をそれぞれ閉める。

この状態で、第二の切り替え弁４２を動作させてアノード側出口２１ｂを第一の遮断弁３０と遮断させる一方、アノード側出口２１ｂと第二の循環配管４６を連通させる。また、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを原料ガス分岐配管５１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを遮断弁３１と遮断させる。更に、第四の切り替え弁４４を動作させてカソード側出口２１ｄを第二の遮断弁３１と遮断させる一方、カソード側出口２１ｄを第二の循環配管４６と連通させる。加えて、第五の切り替え弁５２を動作させてアノード側入口２１ａを第一の切り替え弁２９と遮断させる一方、アノード側入口２１ａをアノード排気配管４７と連通させる。更には、第六の切り替え弁５４を動作させてガス清浄部２２ｐと原料ガス分岐配管５１を連通させる一方、ガス清浄部２２ｐを燃料生成器２３と遮断させる。

こうして清浄化原料ガスは、以下のような経路で燃料電池２１の内部に供給され（ステップＳ８０７）、燃料電池２１の内部を加湿原料ガスの雰囲気に置換するというパージ処理が行われる。

原料ガス供給手段２２から供給され、ガス清浄部２２ｐで清浄化された原料ガスは、原料ガス供給配管６３を通って第六の切り替え弁５４によって原料ガス分岐配管５１の方向に向けられ、原料ガス分岐配管５１を介して加湿器２４に流入して、加湿器２４の内部（正確には温水加湿器）で加湿される。続いて加湿原料ガスは、第三の切り替え弁４３によって燃料電池２１のカソード側入口２１ｃの方向に向きを切り替えて燃料電池２１の内部に流入する。こうしてカソード１４ｃを加湿原料ガスの雰囲気に曝して、この加湿原料ガスはカソード側出口２１ｄから外部に流出する。

加湿原料ガスはその後、第四の切り替え弁４４によって第二の循環配管４６の方向に向きを切り替えて燃料電池２１の一辺に沿って原料ガスは第二の循環配管４６を通過して、第二の切り替え弁４２によって燃料電池２１のアノード側出口２１ｂの方向に向きを切り替えて燃料電池２１の内部に再流入する。こうしてアノード１４ａを加湿原料ガスの雰囲気に曝して、この加湿原料ガスはアノード側入口２１ａから外部に再流出する。

再流出後の加湿原料ガスは、第五の切り替え弁５２によって第二の連結配管５３の方向に向きを切り替えて、この第二の連結配管５３を通ってアノード排気配管４７に到達する。アノード排気配管４７に到達した原料ガスは、第一、第二の逆止弁４１、４８によって逆流を防止されて、水除去部３３の方向に導かれてこの水除去部３３において加湿原料ガスから水除去された後、燃料生成器２３の燃焼部に送られ、燃焼器の内部で燃焼させられる。

すなわち加湿原料ガスは、図７中の太い点線のように燃料電池２１のカソード側入口２１ｃおよびカソード側出口２１ｄ並びにアノード側出口２１ｂ並びにアノード側入口２１ａの順番に通過して燃料電池２１の周囲をコノ字状に流れてアノード排気配管４７に至る。加湿原料ガスのトータル供給量は、燃料電池２１の内部空間のガス充填可能容積の少なくとも３倍以上必要であり、例えば、ガス充填可能容積が約１．０Ｌであれば、加湿原料ガスの流量１．５Ｌ／分でもって約５分間、これを燃料電池２１の内部に供給すれば良く、このトータル供給量はマスフローメータ７０ｃの出力信号に基づいて制御部２７によってモニタされる。

こうして燃料電池２１の停止期間から発電期間までの間の移行期間に燃料電池２１の内部を加湿原料ガスで曝すことができて、停止保管中に乾燥した燃料電池２１の電解質膜１１を加湿できると共に、仮に停止保管中に燃料電池２１の内部に酸素ガスが混入した場合、この酸素ガスによってもたらされる燃料ガスとの局所燃焼を未然に防止できる。

また、燃料電池２１の停止期間から発電期間までの間の移行期間に、燃料電池２１の内部に加湿原料ガスを導くようにしたため、燃料電池２１の内部を長期間、加湿原料ガスの雰囲気で曝すことがなく、燃料電池２１の電極の撥水性が損なわれない。

加えて、図７の太い点線で示すように単一の経路によってアノード１４ａとカソード１４ｃの両方を加湿処理させることができ、ガス供給配管を簡素化できる。

燃料電池２１の内部に充分、加湿原料ガスを供給した後、燃料生成器２３の加熱のため、切り替え弁および遮断弁を次のように動作させる（ステップＳ８０８）。

第二の切り替え弁４２に接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びに第四の切り替え弁４４に接続する第三の遮断弁３２をそれぞれ閉める。

この状態で、第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管６１を第五の切り替え弁５２と遮断させる。また、第二の切り替え弁４２を動作させてアノード側出口２１ｂを第一の遮断弁３０と連通させる一方、アノード側出口２１ｂを第二の循環配管４６と遮断させる。更に、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを第二の遮断弁３１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを原料ガス分岐配管５１と遮断させる。加えて、第四の切り替え弁４４を動作させてカソード側出口２１ｄを第三の遮断弁３２と連通させる一方、カソード側出口２１ｄを第二の循環配管４６と遮断させる。また、第五の切り替え弁５２を動作させてアノード側入口２１ａを第一の切り替え弁２９と連通させる一方、アノード側入口２１ａをアノード排気配管４７と遮断させる。
更に、第六の切り替え弁５４を動作させてガス清浄部２２ｐを燃料生成器２３と連通させる一方、ガス清浄部２２ｐを原料ガス分岐配管５１と遮断させる。

上記の弁動作を行った後、燃料生成器２３から送出されるガスを、第一の切り替え弁２９で切り替えられて、第一の連結配管６４およびアノード排気配管４７を通って（第一の逆止弁４１は流れを許す方向）、水除去部３３で水除去された後、燃料生成器２３に還流させてこの燃料生成器２３の燃焼部で燃焼できるため、燃料生成器２３の速やかに加熱できて（ステップＳ８０９）、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の内部温度を（４）式の改質反応可能な温度（約７００℃以上）まで昇温させることができる。

ここで、燃料生成器２３の温度が７００℃以上に昇温したか否かを判定して（ステップＳ８１０）、昇温不足であれば（Ｓ８１０においてＮｏ）、Ｓ８０９の加熱動作を継続させ、７００℃以上に到達したら（Ｓ８１０においてＹｅｓ）、次のステップに進む。

〔燃料電池発電装置の発電開始可否の確認動作〕
燃料生成器２３を７００℃以上に昇温させた後、燃料電池２１の内部温度の確認および燃料電池２１の電解質膜１１の導電率の確認を行って、燃料電池発電装置１００の発電を開始して良いか否かを判定する。

第一の確認動作として、燃料電池２１の内部温度が稼働温度（７０℃）以上であるか否かを判定して（ステップＳ８１１）、昇温不足であれば（Ｓ８１１においてＮｏ）、Ｓ８０３の昇温動作を再実行させて（ステップＳ８１２）、７０℃以上に昇温したら（Ｓ８１１においてＹｅｓ）、次にステップに進む。

第二の確認動作として、燃料電池２１の電解質膜１１の導電率を求めてこの導電率：σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１以上か否かを判定して（ステップＳ８１３）、σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１未満であれば（Ｓ８１３においてＮｏ）、電解質膜１１の加湿不足であると判断してＳ８０６およびＳ８０７の動作を再実行させ（ステップＳ８１４）、σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１以上であれば（Ｓ８１３においてＹｅｓ）、次のステップに進む。なお、電解質膜の導電率の測定法および電解質膜の導電率と相対湿度の関係については、実施の形態１において説明したものと同様である。

こうして停止期間および発電期間を有する燃料電池の発電開始時期を燃料電池の温度に基づく判定に加え、燃料電池セルの電解質膜の導電率に基づく判定を実施するため、電解質膜の保水状態を的確に予測できて燃料電池発電装置の発電開始時期の判断の信頼性が向上させることができる。

〔燃料電池発電装置の発電動作〕
上記の確認動作の数値が所定値に到達した後（具体的には燃料電池２１の温度が７０℃以上、電解質膜の導電率σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１以上）、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させて燃料電池２１を発電させる（ステップＳ８１５およびステップＳ８１６）。

第二の切り替え弁４２に接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びに第四の切り替え弁４４に接続する第三の遮断弁３２をすべて開栓する。

この状態で第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７と遮断させる一方、燃料ガス供給配管６１を第五の切り替え弁５２と連通させる。また、第二の切り替え弁４２を動作させてアノード側出口２１ｂを第一の遮断弁３０と連通させる一方、アノード側出口２１ｂを第二の循環配管４６と遮断させる。また、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを第二の遮断弁３１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを原料ガス分岐配管５１と遮断させる。更に、第四の切り替え弁４４を動作させてカソード側出口２１ｄを第三の遮断弁３２と連通させる一方、カソード側出口２１ｄを第二の循環配管４６と遮断させる。加えて、第五の切り替え弁５２を動作させてアノード側入口２１ａを第一の切り替え弁２９と連通させる一方、アノード側入口２１ａをアノード排気配管４７と遮断させる。更に、第六の切り替え弁５４を動作させてガス清浄部２２ｐを燃料生成器２３と連通させる一方、ガス清浄部２２ｐを原料ガス分岐配管５１と遮断させる。

こうして切り替え弁および遮断弁の動作によって燃料ガス供給配管６１を介して燃料生成器２３から水素ガスリッチな燃料ガスを燃料電池２１のアノード側入口２１ａに導入すると共に、アノード側出口２１ｂから送出され、アノード１４ａで消費されなかった残余の燃料ガスを、アノード排気配管４７を介して燃料電池２１の燃料生成器２３に還流させる。

一方、酸化剤ガス供給配管６２を介して加湿器２３から送出された加湿空気（酸化剤ガス）を燃料電池２１のカソード側入口２１ｃに導入すると共に、カソード側出口２１ｄから送出され、カソード１４ｃで消費されなかった残余の酸化剤ガスを、カソード排気配管６０を介して燃料電池２１の加湿器２４に還流させる。

これによって燃料ガスをアノード１４ａに供給し、酸化剤ガスをカソード１４ｃに供給して、燃料電池２１の内部にて水素イオンと電子を生成させて、出力端子７２ａ、７２ｃを介して回路部２５に電流を取り出すことができ、測定部２６において発電電圧がモニタされる。

（実施の形態３）
以下、燃料電池２１の内部を、停止期間から発電期間までの間の移行期間に加湿原料ガスで曝すことを特徴とする燃料電池発電装置のガス供給系の他の構成例を説明する。

図９は、実施の形態３に係る燃料電池発電装置の構成を示したブロック図である。燃料電池２１、第一の水供給手段７４、第二の水供給手段７５、原料ガス供給手段２２、燃料生成器２３、加湿器２４、インピーダンス測定器７３、回路部２５、測定部２６および制御部２７の構成については実施の形態１にて説明したものと同様である。

実施の形態３は、加湿原料ガスの燃料電池２１への導入配管および切り替え弁並びに遮断弁並びにマスフローメータの配置を変更した点で実施の形態１と相違しており、ここでは実施の形態１に対して導入配管および切り替え弁並びに遮断弁並びにマスフローメータの変更点を中心に説明する。

実施の形態１（図３）において使用された第二、第四の切り替え弁４２、４４および第一、第二の循環配管４５、４６を取り除く。また、ガス清浄部２２ｐの出口直後に分流弁５５が配置され、この分流弁５５によって加湿器２３の方向に流れる原料ガスの流量と燃料生成器２３の方向に流れる原料ガスの流量の比率を決めることができる。加えて、加湿部２４の内部を通って、第三の切り替え弁４３と分流弁５５とを連通させる原料ガス分岐配管５１が設けられている。更に、またマスフローメータ７０ａに加えて、マスフローメータ７０ｃが加湿器２４と第三の切り替え弁４３の間であって原料ガス分岐配管５１の途中に設けられている。

以下、停止保管動作および起動開始動作並びに発電開始可否の確認動作並びに発電動作に分けて、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給動作を図９のブロック図および図１０Ａ、図１０Ｂのフローチャート図を参照しながら詳細に説明していく。

〔燃料電池発電装置の停止保管動作〕
燃料電池発電装置１００の停止後、燃料電池２１の内部を原料ガスによって充填封止の状態に保って長期保管する。ここで、燃料電池発電装置１００の停止保管のため、切り替え弁および遮断弁を次のように動作させる（ステップＳ１００１）。

アノード側出口２１ｂに接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びにカソード側出口２１ｄに接続する第三の遮断弁３２をそれぞれ閉める。

この状態で、第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管６１をアノード側入口２１ａと遮断させる。また、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを第二の遮断弁３１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを原料ガス分岐配管５１と遮断させる。

こうして燃料電池２１の内部に燃料ガスおよび酸化剤ガスを確実に封入することができる。なお、燃料電池２１の内部は燃料電池稼働温度（７０℃）以下で維持されており、室温（約２０℃〜３０℃）近くに保たれている。

〔燃料電池発電装置の起動開始動作〕
燃料電池２１の触媒に悪影響を及ぼさないような原料ガスの選定および原料ガスの清浄化処置を行う（ステップＳ１００２）。原料ガス清浄化の方法および原料ガス選択の内容は実施の形態１と同様である。

続いて、燃料電池２１の内部を稼働温度（７０℃）まで昇温する（ステップＳ１００３）。なお、燃料電池２１の内部の昇温方法は、実施の形態１で説明したものと同じである。

ここで、燃料電池２１の内部温度が稼働温度（７０℃）以上にまで到達しているか否かを判定して（ステップＳ１００４）、昇温不足であれば（Ｓ１００４においてＮｏ）、Ｓ１００３の昇温動作を継続させ、７０℃以上に到達すれば（Ｓ１００４においてＹｅｓ）、次のステップに進む。

次に、燃料生成器２３の内部を予備加熱させるため、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させる（ステップＳ１００５）。

アノード側出口２１ｂに接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びにカソード側出口２１ｄに接続する第三の遮断弁３２をそれぞれ閉める。

この状態で、第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管６１をアノード側入口２１ａと遮断させる。また、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを第二の遮断弁３１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを原料ガス分岐配管５１と遮断させる。更に、分流弁５５を動作させて原料ガス供給配管６３を流れる原料ガスを全量、燃料生成器２３に導くように、原料ガス供給配管６３を流れる原料ガス流量に対する燃料ガス供給配管６１を流れる原料ガス流量の分流比率を１に設定する。

こうして燃料生成器２３から送出されるガスを、第一の切り替え弁２９の切り替え動作によって第一の連結配管６４を通過させ（第一の逆止弁４１は流れを許す方向）、アノード排気配管４７を介して、第二の逆止弁４８によって逆流を防いで燃料生成器２３の燃焼部に還流させて燃焼部で燃焼させて、燃料生成器２３を予備加熱させる（ステップＳ１００６）。

燃料生成器２３の予備加熱の昇温温度範囲については、実施の形態１で説明したものと同じ（燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の温度を２５０℃〜３００℃の範囲に昇温）である。

ここで、燃料生成器２３（改質部２３ｅ）の温度が２５０℃〜３００℃の範囲まで昇温したか否かを判定して（ステップＳ１００７）、昇温不足であれば（Ｓ１００７においてＮｏ）、Ｓ１００６の燃料生成器２３の予備加熱動作を継続させ、２５０℃〜３００℃の範囲まで昇温したら（Ｓ１００７においてＹｅｓ）、次のステップに進む。

燃料生成器２３の予備加熱の後、燃料生成器２３および加湿器２４において原料ガス供給手段２２から供給される原料ガスの露点を燃料電池２１の稼働温度（７０℃）以上に維持できるよう原料ガスを加湿処理できる状態に移行させる（ステップＳ１００８）。燃料生成器２３は３００℃近傍まで昇温されており、加湿に必要な水は第二の水供給手段７５から燃料生成器２３に供給され、これによって原料ガスを燃料生成器２３の内部で加湿できる。同時に、第一の水供給手段７４から加湿器２４の内部に供給される水および燃料生成器２３から加湿器２４に供給される熱によって原料ガスを加湿器２４の内部で加湿できる。

続いて、加湿原料ガス供給のため、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させる（ステップＳ１００９）。

第二の切り替え弁４２に接続する第一の遮断弁３０および第四の切り替え弁４４に接続する第三の遮断弁３２をそれぞれ開く。

この状態で、第一の切り替え弁２９を動作させてアノード側入口２１ａを燃料ガス供給配管６１と連通させる一方、アノード側入口２１ａをアノード排気配管４７と遮断させる。また、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを原料ガス分岐配管５１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを遮断弁３１と遮断させる。更に、分流弁５５を動作させて、ガス清浄部２２ｐから送出される清浄化原料ガスを加湿器２３と燃料生成器２３の両方にほぼ均等に導き得るように分流比率を０．５に設定する。

こうして、ガス清浄部２２ｐから送出された加湿原料ガスは以下のようにして燃料電池２１の内部を加湿させて外部に導かれて、燃料電池２１の内部を加湿原料ガスの雰囲気に置換するというパージ処理が行われる（ステップＳ１０１０）。

ガス清浄部２２ｐで清浄化され原料ガス供給配管６３を介して送出される原料ガスは、原料ガス分岐配管５１を流れる第一の原料ガスと燃料ガス供給配管６１を流れる第二の原料ガスにほぼ均等（分流比率：０．５）に分流される。

第一の原料ガスにおいては、ガス清浄部２２ｐから原料ガス供給配管６３を介して送出される清浄化原料ガスは、分流弁５５で分流され、原料ガス分岐配管５１を通って加湿器２４に導かれ、加湿器２４において加湿される。その後、加湿原料ガスは、第三の切り替え弁４３によって燃料電池２１のカソード側入口２１ｃに向きを切り替えて原料ガス分岐配管５１を介してカソード１４ｃに供給される。これによって燃料電池２１のカソード１４ｃを加湿原料ガスの雰囲気に曝した後、加湿原料ガスはカソード側出口２１ｄから外部に流出する。流出後の加湿原料ガスは、カソード排気配管６０を通って加湿部２４に戻り、この加湿部２４にて処理された後、適宜希釈されて大気に排出される。

第二の原料ガスにおいては、ガス清浄部２２ｐから原料ガス供給配管６３を介して送出される清浄化原料ガスが分流弁５５で分流されて、燃料生成器２３に導かれ、燃料生成器２３の内部で加湿される。その後、燃料生成器２３から送出される加湿原料ガスは、第一の切り替え弁２９によって燃料電池のアノード側入口２１ａに向きを切り替えて燃料ガス供給配管６１を介して燃料電池２１のアノード１４ａに供給される。これによってアノード１４ａを加湿原料ガスの雰囲気に曝した後、加湿原料ガスはアノード出口２１ｂから燃料電池２１の外部に流出する。流出後の加湿原料ガスは、アノード排気配管４７を通って水除去部３３にて水除去された後、燃料生成器２３の燃焼部に戻され燃焼部で燃焼されて燃料生成器２３の加熱に利用される。

ここで、加湿原料ガスのトータル供給量は、燃料電池２１の内部空間のガス充填可能容積の少なくとも３倍以上必要であり、例えば、ガス充填可能容積が約１．０Ｌであれば、加湿原料ガスの流量１．５Ｌ／分でもって約５分間、これを燃料電池２１の内部に供給すれば良く、このトータル供給量はマスフローメータ７０ａおよびマスフローメータ７０ｃの出力信号に基づいて制御部２７でモニタされる。

こうして燃料電池２１の停止期間から発電期間までの間の移行期間に燃料電池２１の内部を加湿原料ガスで曝すことができて、停止保管中に乾燥した燃料電池２１の電解質膜１１を加湿できると共に、仮に停止保管中に燃料電池の内部に酸素ガスが混入した場合、この酸素ガスによってもたらされる燃料ガスとの局所燃焼を未然に防止できる。また、燃料電池２１の停止期間から発電期間までの間の移行期間に、燃料電池２１の内部に加湿原料ガスを導くようにしたため、燃料電池２１の内部を長期間、加湿原料ガスの雰囲気で曝すことがなく、燃料電池の電極の撥水性が損なわれない。加えて、第一の原料ガスと第二の原料ガスは互いに混合することなく別個独立して、燃料電池２１のカソード１４ｃに第一の原料ガスを通過させ、燃料電池２１のアノード１４ａに第二の原料ガスを通過させるように構成したため、アノード１４ａおよびカソード１４ｃの両方を確実に加湿処理できる。

燃料電池２１の内部に充分、加湿原料ガスを供給した後、燃料生成器２３を加熱させるため、切り替え弁および遮断弁を次のように動作させる（ステップＳ１０１１）。

アノード側出口２１ｂに接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びにカソード側出口２１ｄに接続する第三の遮断弁３２をそれぞれ閉める。

この状態で、第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７と連通させる一方、燃料ガス供給配管６１をアノード側入口２１ａと遮断させる。また、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを第二の遮断弁３１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを原料ガス分岐配管５１と遮断させる。分流弁５５を動作させて原料ガス供給配管６３を流れる原料ガスを全量、燃料生成器２３に導くように、原料ガス供給配管６３を流れる原料ガス流量に対する燃料ガス供給配管６１を流れる原料ガス流量の分流比率を１に設定する。

こうして燃料生成器２３から送出されるガスを、第一の切り替え弁２９の切り替え動作によって第一の連結配管６４を通過させ（第一の逆止弁４１は流れを許す方向）、アノード排気配管４７を介して、第二の逆止弁４８によってアノード側出口２１ｂの方向への逆流を防いで燃料生成器２３の燃焼部に還流させて燃焼部で燃焼させて、燃料生成器２３を加熱させる（ステップＳ１０１２）。

ここで、燃料生成器２３の温度が７００℃以上に昇温したか否かを判定して（ステップＳ１０１３）、昇温不足であれば（Ｓ１０１３においてＮｏ）、Ｓ１０１２の加熱動作を継続させ、７００℃以上に到達したら（Ｓ１０１３においてＹｅｓ）、次のステップに進む。

〔燃料電池発電装置の発電開始可否の確認動作〕
燃料生成器２３の昇温完了の後、燃料電池２１の内部温度の確認および燃料電池２１の電解質膜１１の導電率の確認を行って、燃料電池発電装置１００の発電を開始して良いか否かを判定する。

第一の確認動作として、燃料電池２１の内部温度が稼働温度（７０℃）以上であるか否かを判定して（ステップＳ１０１４）、昇温不足であれば（Ｓ１０１４においてＮｏ）、ステップＳ１００３の昇温動作を再実行させて（ステップＳ１０１５）、７０℃以上に昇温したら（Ｓ１０１４においてＹｅｓ）、次にステップに進む。

第二の確認動作として、燃料電池２１の電解質膜１１の導電率を測定してこの導電率：σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１以上か否かを判定して（ステップＳ１０１６）、σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１未満であれば（Ｓ１０１６においてＮｏ）、電解質膜１１の加湿不足であると判断してＳ１００９およびＳ１０１０の動作を再実行させ（ステップＳ１０１７）、σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１以上であれば（Ｓ１０１７においてＹｅｓ）、次のステップに進む。

なお、電解質膜の導電率の測定法および電解質膜の導電率と相対湿度の関係については、実施の形態１において説明したものと同様である。

こうして停止期間および発電期間を有する燃料電池の発電開始時期を燃料電池の温度に基づく判定に加え、燃料電池セルの電解質膜の導電率に基づく判定を実施するため、電解質膜の保水状態を的確に予測できて燃料電池発電装置の発電開始時期の判断の信頼性が向上させることができる。

〔燃料電池発電装置の発電動作〕
上記の確認動作が所定値に到達した後（具体的には燃料電池２１の内部温度が７０℃以上、電解質膜の導電率σ＝１．９３×１０^−２Ｓｃｍ^−１以上）、切り替え弁および遮断弁を以下のように動作させて燃料電池２１を発電させる（ステップＳ１０１８およびステップＳ１０１９）。

アノード側出口２１ｂに接続する第一の遮断弁３０および第三の切り替え弁４３に接続する第二の遮断弁３１並びにカソード側出口２１ｄに接続する第三の遮断弁３２をすべて開栓する。

この状態で、第一の切り替え弁２９を動作させて燃料ガス供給配管６１をアノード排気配管４７と遮断させる一方、燃料ガス供給配管６１をアノード側入口２１ａと連通させる。また、第三の切り替え弁４３を動作させてカソード側入口２１ｃを第二の遮断弁３１と連通させる一方、カソード側入口２１ｃを原料ガス分岐配管５１と遮断させる。加えて、分流弁５５を動作させて原料ガス供給配管６３を流れる原料ガスを全量、燃料生成器２３に導くように、原料ガス供給配管６３を流れる原料ガス流量に対する燃料ガス供給配管６１を流れる原料ガス流量の分流比率を１に設定する。

こうした切り替え弁および遮断弁の動作によって燃料ガス供給配管６１を介して燃料生成器２３から送出された水素ガスリッチな燃料ガスを燃料電池２１のアノード側入口２１ａに導入すると共に、アノード側出口２１ｂから送出され、アノード１４ａで消費されなかった残余の燃料ガスを、アノード排気配管４７を介して燃料電池２１の燃料生成器２３に還流させる。また、酸化剤ガス供給配管６２を介して加湿器２３から加湿空気（酸化剤ガス）を燃料電池２１のカソード側入口２１ｃに導入すると共に、カソード側出口２１ｄから送出され、カソード１４ｃで消費されなかった残余の酸化剤ガスを、カソード排気配管６０を介して燃料電池２１の加湿器２４に還流させる。

これによって燃料ガスをアノード１４ａに供給し、酸化剤ガスをカソード１４ｃに供給して、燃料電池２１の内部にて水素イオンと電子を生成させて、出力端子７２ａ、７２ｃを介して回路部２５に電流を取り出すことができ、測定部２６において発電電圧がモニタされる。

実施の形態１〜実施の形態３に記載の加湿原料ガスのパージ処理によってもたらされる燃料電池の性能安定化の効果を以下のような燃料電池２１の特性評価（ＭＥＡ１７の電圧評価）によって検証した。なお、この燃料電池２１の特性評価においては、燃料電池発電装置１００の触媒材料として次のようなものを使用する。

脱硫触媒体の材質例としてはゼオライトを使用し、改質部２３ｅの改質触媒体例としてはＲｕ／Ａｌ_２Ｏ_３を使用し、変成部２３ｆの変成触媒体例としてはＰｔ／ＣｅＺｒＯｘ（Ｐｔ＝２ｗｔ％、Ｃｅ：Ｚｒ＝１：１、ｘ＝３または４）を使用し、およびＣＯ除去部２３ｇのＣＯ除去触媒体例としてはＰｔ／Ａｌ_２Ｏ_３およびＲｕ／ゼオライトをハニカムにしてＰｔ／Ａｌ_２Ｏ_３（上流側）とＲｕ／ゼオライトを１：１で使用する。

また、燃料電池２１のＭＥＡ１７は、次のような製法で作ったものを使用する。

炭素粉末であるケッチェンブラック（ケッチェンブラックインターナショナル株式会社製のＫｅｔｊｅｎ Ｂｌａｃｋ ＥＣ、粒径３０ｎｍ）上にＰｔ触媒を担持させて得られる触媒体（５０重量％のＰｔ）６６重量部を、水素イオン伝導材であって結着剤のパーフルオロカーボンスルフォン酸アイオノマー（米国Ａｌｄｒｉｃｈ社製の５重量％のＮａｆｉｏｎ分散液）３３重量部（高分子乾燥重量）と混合して得られる混合物を成形して触媒反応層１２ａ、１２ｃ（１０〜２０μｍ）が形成される。

炭素粉末であるアセチレンブラック（電気化学工業株式会社製のデンカブラック、粒径３５ｎｍ）を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の水性ディスパージョン（ダイキン工業株式会社製のＤ１）と混合し、乾燥重量としてＰＴＦＥを２０重量％含む撥水インクを調製する。このインクを、ガス拡散層１３ａ、１３ｃの基材となるカーボンペーパー（東レ株式会社製のＴＧＰＨ０６０Ｈ）の上に塗布して含浸させ、熱風乾燥機を用いて３００℃で熱処理してガス拡散層１３ａ、１３ｃ（約２００μｍ）を形成する。

こうして製作したガス拡散層１３ａ、１３ｃと触媒反応層１２ａ、１２ｃとを、高分子電解質膜１１（米国ＤｕＰｏｎｔ社のＮａｆｉｏｎ１１２の電解質膜）の両面に接合し、ＭＥＡ１７を完成させる。

このような燃料電池発電装置１００の触媒材料系において燃料電池２１の起動（発電）停止の回数を４０００回まで行い、加湿原料ガスのパージ処理を行わない比較例と共に実施の形態１〜３に記載の加湿原料ガスのパージ処理例のＭＥＡ電圧の変化を以下の表に纏めて示している。なお、図１１に、横軸に燃料電池の起動停止回数をとり、縦軸にＭＥＡ１７の電圧をとって、加湿原料パージ処理例（実施の形態３）と比較例におけるＭＥＡ１７の電圧変化の様子が示されている。

実施の形態１〜３の加湿原料ガスによるパージ処理によれば、発電および停止の反復動作に基づく局所燃焼等が防止できるため、ＭＥＡ１７の劣化が抑制されて起動停止回数に依存することなく長期間、燃料電池２１の電圧が安定して維持される。

これに対して比較例においては、局所燃焼等によってＭＥＡ１７の触媒劣化が進行して、起動停止回数が１０００回以降においてＭＥＡ１７の電圧の僅かの低下が観察され、更には、３０００回以降においてＭＥＡ１７が破壊（穴あき）されてＭＥＡ１７の電圧が急峻に減少している。

本発明に係る燃料電池発電装置は、燃料電池の停止および発電を反復しても燃料電池の性能安定化が図れて、例えば家庭用の燃料電池発電装置として有用である。

電解質接合体（ＭＥＡ；Membrane-Electrode Assembly）を備えた固体高分子電解質形の燃料電池の断面図である。 燃料電池発電装置の基本構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る燃料電池発電装置の構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るガス供給動作を説明するフローチャートの前半部分の図である。 本発明の実施の形態１に係るガス供給動作を説明するフローチャートの後半部分の図である。 燃料電池に対する印加周波数を０．１Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲で可変させて測定した燃料電池の交流インピーダンスプロファイル図である。 電解質膜の相対湿度と導電率の関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る燃料電池発電装置の構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るガス供給動作を説明するフローチャートの前半部分の図である。 本発明の実施の形態２に係るガス供給動作を説明するフローチャートの後半部分の図である。 本発明の実施の形態３に係る燃料電池発電装置の構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態３に係るガス供給動作を説明するフローチャートの前半部分の図である。 本発明の実施の形態３に係るガス供給動作を説明するフローチャートの後半部分の図である。 起動停止回数に基づくＭＥＡ電圧の特性評価結果の図である。

符号の説明

１１ 電解質膜
１２ａ アノードの触媒反応層
１２ｃ カソードの触媒反応層
１３ａ アノードのガス拡散層
１３ｃ カソードのガス拡散層
１４ａ アノード
１４ｃ カソード
１５ａ アノードの側のＭＥＡガスケット
１５ｃ カソードの側のＭＥＡガスケット
１６ａ アノードに対する導電性セパレータ板
１６ｃ カソードに対する導電性セパレータ板
１７ ＭＥＡ
１８ａ 燃料ガス流路
１８ｃ 酸化剤ガス流路
１９ａ 導電性セパレータ板１６ａに形成された溝
１９ｃ 導電性セパレータ板１６ｃに形成された溝
２０ 燃料電池セル
２１ 燃料電池
２２ 原料ガス供給手段
２２ｐ ガス清浄部
２３ 燃料生成器
２３ｅ 改質部
２３ｆ 変成部
２３ｇ ＣＯ除去部
２４ 加湿部
２５ 回路部
２６ 測定部
２７ 制御部
２８ ブロア
２９ 第一の切り替え弁
３０ 第一の遮断弁
３１ 第二の遮断弁
３２ 第三の遮断弁
３３ 水除去部
３４ 全熱交換加湿器
３５ 温水加湿器
４１ 第一の逆止弁
４２ 第二の切り替え弁
４３ 第三の切り替え弁
４４ 第四の切り替え弁
４５ 第一の循環配管
４６ 第二の循環配管
４７ アノード排気配管
４８ 第二の逆止弁
５１ 原料ガス分岐配管
５２ 第五の切り替え弁
５３ 第二の連結配管
５４ 第六の切り替え弁
５５ 分流弁
６０ カソード排気配管
６１ 燃料ガス供給配管
６２ 酸化剤ガス供給配管
６３ 原料ガス供給配管
６４ 第一の連結配管
７０ａ アノードのマスフローメータ
７０ｃ カソードのマスフローメータ
７１ 温度検知手段
７２ａ アノードの出力端子
７２ｃ カソードの出力端子
７３ インピーダンス測定器
７４ 第一の水供給手段
７５ 第二の水供給手段

Claims (15)

1. 燃料ガス流路を有する燃料電池と、原料ガスを供給する原料ガス供給手段とを備え、
   前記燃料電池の発電期間には、前記燃料ガス流路に前記原料ガスから生成される燃料ガスを供給することによって前記燃料電池を発電させ、停止と発電を交互に反復する燃料電池における停止期間から発電期間までの間の前記燃料電池の移行期間には、前記原料ガス供給手段から送出された原料ガスを加湿して、この加湿された原料ガスの雰囲気に前記燃料電池の内部を曝す燃料電池発電装置。
2. 前記燃料ガス流路に前記原料ガスを流通させることによって前記燃料電池の内部の電解質膜を前記原料ガスの雰囲気に曝す請求項１記載の燃料電池発電装置。
3. 前記原料ガスの露点を前記燃料電池の稼働温度以上に維持できるように、前記原料ガスを加湿する請求項２記載の燃料電池発電装置。
4. 前記原料ガス供給手段はガス清浄部を備え、前記ガス清浄部によって前記原料ガス中のイオウ成分を除去した後、前記原料ガスの雰囲気に前記燃料電池の内部を曝す請求項１乃至３の何れかに記載の燃料電池発電装置。
5. 前記原料ガスは、メタンガス、プロパンガス、ブタンガスおよびエタンガスのうちの何れかのガスである請求項４記載の燃料電池発電装置。
6. 前記原料ガス供給手段から供給される前記原料ガスと水蒸気とから前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器を備え、前記移行期間に前記原料ガス供給手段から送出された原料ガスを、前記燃料生成器の内部で加湿する際に、前記燃料生成器において前記原料ガスを炭化させる下限温度よりも低く、前記燃料生成器の温度を維持する請求項１記載の燃料電池発電装置。
7. 前記燃料生成器の温度を３００℃以下に維持する請求項６記載の燃料電池発電装置。
8. 前記燃料電池の内部に電解質膜を挟むアノードとカソードが配置され、前記アノードを前記原料ガスの雰囲気に曝した後、前記カソードを前記原料ガスの雰囲気に曝す請求項１記載の燃料電池発電装置。
9. 前記原料ガス供給手段から供給される前記原料ガスと水蒸気とから前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器を備え、前記原料ガスを前記燃料生成器の内部で加湿する請求項８記載の燃料電池発電装置。
10. 前記燃料電池の内部に電解質膜を挟むアノードとカソードが配置され、前記カソードを前記原料ガスの雰囲気に曝した後、前記アノードを前記原料ガスの雰囲気に曝す請求項１記載の燃料電池発電装置。
11. 前記カソードに供給する、前記燃料ガスとの発電反応用の酸化剤ガスを加湿する加湿器を備え、前記原料ガスを前記加湿器で加湿する請求項１０記載の燃料電池発電装置。
12. 前記燃料電池の内部に電解質膜を挟むアノードとカソードが配置され、前記カソードを前記原料ガスから分流する前記第一の原料ガスの雰囲気に曝すと共に、前記アノードを前記原料ガスから分流する前記第二の原料ガスの雰囲気に曝す請求項１記載の燃料電池発電装置。
13. 前記原料ガス供給手段から供給される前記原料ガスと水蒸気とから前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器および前記カソードに供給する酸化剤ガスを加湿する加湿器を備え、前記第一の原料ガスを前記加湿器の内部で加湿し、前記第二の原料ガスを前記燃料生成器の内部で加湿する請求項１２記載の燃料電池発電装置。
14. 前記燃料電池の内部に電解質膜を備え、前記電解質膜の導電率に基づいて前記発電期間を開始させる請求項１記載の燃料電池発電装置。
15. 前記燃料電池の内部における所定の相対湿度に対応する前記電解質膜の導電率に基づいて前記発電期間を開始させる請求項１４記載の燃料電池発電装置。

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