CN101682065A - 燃料电池系统及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

燃料电池系统(100a)具备燃料电池(11)、提供燃料气体的燃料气体供给装置(16)、提供氧化剂气体的氧化剂气体供给装置(17)、控制装置(20)；进一步具备用于将水分提供给所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者的水分供给机构(27，28，29)，所述控制装置被构成为：在切断所述燃料电池和负载的电连接之前，以将水分提供给所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者的形式控制所述水分供给机构，从而使所述燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点上升，之后切断所述燃料电池和负载的电连接。

Description

燃料电池系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及具备利用含氢燃料气体以及含氧的氧化剂气体来进行发电的高分子电解质型燃料电池的燃料电池系统以及其运行方法。
背景技术
近年来，面向至少具备高分子电解质型燃料电池、将含有水分(水以及/或者水蒸汽)的燃料气体提供给高分子电解质型燃料电池的阳极的燃料气体供给装置以及将含有水分的氧化剂气体提供给高分子电解质型燃料电池的阴极的氧化剂气体供给装置的燃料电池系统的实用化(例如作为电动汽车等的移动体用的发电系统以及家庭用热电联供系统的实用化)，而作了各种各样的研究。
在这些研究中，为了充分确保燃料电池系统的能量转换效率的技术开发是重要课题之一。因此，作为能够充分确保能量转换效率的燃料电池系统以及其运行方法之一而提出了以下的燃料电池系统的运行方法或者根据这个运行方法进行工作的燃料电池系统：在将燃料气体的露点设定为Tda，将氧化剂气体的露点设定为Tdc，进一步将高分子电解质型燃料电池的温度设定为Tcell的时候，在满足“Tcell＞Tda并且Tcell＞Tdc”的相互关系的运行条件(以下，根据需要将该运行条件称为“低加湿条件”)下进行发电运行。
另一方面，在燃料电池系统的运行方法中，在不需要电能和热能的状况下，就没有必要使燃料电池系统运行。因此，通常，在燃料电池系统的运行方法中，采用在需要电能和热能的情况下启动燃料电池系统、而在不需要电能和热能的情况下停止燃料电池系统的运行的所谓启动停止型的运行方式。
可是，在采用启动停止型的运行方式的燃料电池系统中，从使高分子电解质型燃料电池发电运行的状态使其发电运行停止的时候，高分子电解质型燃料电池的状态从闭路状态向开路状态转移。在此，在燃料电池系统于低加湿条件下进行运行的时候，在高分子电解质型燃料电池的状态伴随着其发电运行的停止而从闭路状态向开路状态转移时，由于不生成水而引起高分子电解质膜的湿润状态的变化，由此很明显使得高分子电解质膜不断劣化。其结果为，在这种燃料电池系统中，由于其高分子电解质膜的劣化，而使得高分子电解质膜的分解物氟化物离子从高分子电解质型燃料电池的阳极以及阴极排出。
因此，为了解决该问题而提出了如下的燃料电池系统以及其运行方法(例如参照专利文献1)，即，从燃料电池系统在低加湿条件下进行运行的状态使其发电运行停止的时候，控制燃料气体或者氧化剂气体的露点，从而使高分子电解质型燃料电池的温度与燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点相一致，之后，切断高分子电解质型燃料电池与电力负载之间的电连接，从而控制高分子电解质膜中的含水量，由此，避免发电运行停止时的低加湿状态，从而防止高分子电解质膜的劣化。
另一方面，在燃料电池系统所具备的一氧化碳去除装置方面，公开了如下的构成：将加湿了的空气(氧化剂气体)提供给燃料电池，并将在燃料电池中没有被消耗而作为阴极废气被排出的气体导入到其选择氧化反应器。在此，在高分子电解质型燃料电池中，因为在阴极附近氧与氢发生反应而生成水，所以从高分子电解质型燃料电池中排出的空气成为含氧量较当初减少且相对于含氧量的含氮量增加的富含水蒸汽的阴极废气。于是，在该一氧化碳去除装置中，通过将阴极废气导入到其选择氧化反应器中，从而在增加反应气体的热容量的同时稀释反应气体中的一氧化碳以及氧，从而能够避免选择氧化反应在反应器的气体导入口附近剧烈地进行而降低反应效率(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：WO 2007/046483A1
专利文献2：日本特许第3732004号公报
发明内容
然而，在专利文献1所述的提案中，在控制燃料气体的露点的时候，必须变更燃料气体供给装置所具备的重整器的运行条件。或者，在该提案中，为了控制燃料气体的露点，而必须变更被配设于燃料气体供给装置和高分子电解质型燃料电池之间的加湿器的运行条件。
然而，在变更燃料气体供给装置所具备的重整器的运行条件来控制燃料气体的露点的情况下，具体为在变更S/C比(水蒸汽/碳比)而使燃料气体的露点上升的情况下，由被添加的水夺取了重整器的热。因此，在变更重整器的运行条件来控制燃料气体的露点的情况下，会发生重整器的重整效率降低的新问题。
另外，在变更加湿器的运行条件来控制燃料气体的露点的情况下，因为加湿器具备将从高分子电解质型燃料电池排出的废气中的水分移动至提供给高分子电解质型燃料电池的供给气体中的构成，所以为了获得从高分子电解质型燃料电池排出的废气的露点以上的供给气体，必须重新向加湿器提供水分。因此，在变更加湿器的运行条件来控制燃料气体的露点的情况下，因为必须重新设置用于将水分提供给加湿器的水流路，所以估计会有成本增大和系统复杂化的问题。
另一方面，在专利文献2所记载的燃料电池系统所具备的一氧化碳去除装置中，虽然如果将从燃料电池排出的阴极废气导入到选择氧化反应器，则水分就被给予了选择氧化反应器中的反应气体，但是由于该技术的目的在增加反应气体的热容量的同时稀释反应气体中的一氧化碳以及氧来抑制急剧的选择氧化反应，所以推测其是主要设想了将燃料气体提供给燃料电池的发电运行时的情况。也就是说，专利文献2所记载的提案并不是以燃料电池的非发电运行时的高分子电解质膜的加湿作为目的的技术，而且对此也没有提及。
本发明就是为了解决上述现有技术的问题而做出的，目的通过由简便的构成来控制燃料气体的露点，从而提供能够防止在低加湿条件下进行运行的高分子电解质型燃料电池向开路状态过渡的时候的高分子电解质膜的劣化的具备卓越的耐久性的燃料电池系统以及其运行方法。
本发明人为了达到上述目的而反复进行专心研究，结果发现以下情况较合适，从而想到本发明：在具备高分子电解质型燃料电池的燃料电池系统中，在切断高分子电解质型燃料电池和电力负载的电连接之前，以使被提供给燃料电池的燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点上升的形式加以控制，之后再切断高分子电解质型燃料电池和电力负载的电连接。
即，本发明所涉及的燃料电池系统以及其运行方法为：具备：燃料电池，使用含氢的燃料气体以及含氧的氧化剂气体进行发电；燃料气体供给装置，将所述燃料气体提供给所述燃料电池；氧化剂气体供给装置，将所述氧化剂气体提供给所述燃料电池；以及控制装置，至少控制所述燃料电池、所述燃料气体供给装置以及所述氧化剂气体供给装置；所述燃料电池系统进一步具备水分供给机构，用于将水分提供给所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者；所述控制装置在切断所述燃料电池和负载之间的电连接之前，根据所述燃料气体的露点或者与露点相关的信息、以及所述氧化剂气体的露点或者与露点相关的信息中的至少一者，以将水分提供给所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者的方式控制所述水分供给机构，从而使所述燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点上升，然后切断所述燃料电池和所述负载之间的电连接。
根据这种构成，在停止燃料电池系统发电运行的过程中，恰当地将水分(moisture)提供给燃料电池，由此恰当地使燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点上升，所以可以由简便的构成而相对且恰当地使高分子电解质膜的含水量上升，并且可以抑制高分子电解质膜的劣化。由此，能够提供具备卓越耐久性的燃料电池系统。
在此情况下，所述燃料气体供给装置具备：重整部，使用原料并通过重整反应而生成含有一氧化碳的燃料气体；转化部，通过转化反应来减少由所述重整部生成的燃料气体中的一氧化碳；选择氧化部，通过选择氧化反应进一步减少已由所述转化部减少了一氧化碳的燃料气体中的一氧化碳；所述水分供给机构是被构成为将水分提供给所述选择氧化部的选择氧化用水分供给机构。
根据这种构成，因为由选择氧化用水分供给机构将水分提供给选择氧化部，所以在具备燃料气体供给装置的燃料电池系统中，可以抑制高分子电解质膜的劣化。
在此情况下，所述选择氧化部具备：选择氧化用空气供给路径，向由所述转化部减少了一氧化碳的燃料气体中供给选择氧化用空气；混合部，将从所述选择氧化用空气供给路径提供的选择氧化用空气和由所述转化部减少了一氧化碳的燃料气体进行混合；以及选择氧化催化部，使用由所述混合部混合了的燃料气体和选择氧化用空气的混合气体，通过选择氧化反应而减少该混合气体中的一氧化碳；所述选择氧化用水分供给机构被构成为：将水分提供给所述选择氧化用空气供给路径或者所述混合部。
根据该构成，因为是将水分提供给选择氧化用空气供给路径或者混合部，所以能够使从转化部排出的燃料气体和水分充分混合。由此，可以恰当地使燃料气体的露点上升。
在此情况下，所述选择氧化用水分供给机构具备：储存水的水箱，使所述水箱与所述选择氧化部相连通的水分供给路径，以及被设置于所述水分供给路径上的水分量调节部。
根据这种构成，可以由具备水箱和水分供给路径以及水分量调节部这样的比较简单的结构，来构成选择氧化用水分供给机构。由此，能够避免燃料电池系统的构成的复杂化。
另外，在如上所述的情况下，进一步具备将选择氧化用空气提供给所述选择氧化部的选择氧化用空气供给部；所述选择氧化用水分供给机构具备：阴极尾气旁通路径，将从所述燃料电池排出的含有未消耗的所述氧化剂气体的阴极尾气提供给所述选择氧化部；以及选择氧化用空气调节部，将从所述阴极尾气旁通路径提供的阴极尾气以及从所述选择氧化用空气供给部提供的选择氧化用空气中的至少一者，提供给所述选择氧化部。
根据这种构成，在燃料电池系统停止动作的时候，维持燃料电池发电的原样，并将含有从该燃料电池排出的氧化剂气体的阴极尾气提供给燃料气体供给装置所具备的选择氧化部，从而就能够恰当地使被提供给燃料电池的燃料气体的露点上升。还有，在阴极尾气中含有在燃料电池中由燃料气体与氧化剂气体的电化学反应而生成的水(水蒸汽)，且将该水作为在选择氧化部中为了使燃料气体的露点上升的水来加以利用，所以可以由简便的构成来实现。其结果为，能够使燃料电池所具备的高分子电解质膜的非发电时的含水量与发电时相比较相对来说上升，并且能够抑制高分子电解质膜的劣化。由此，就能够提高燃料电池系统的耐久性。
另外，在如上所述的情况下，进一步具备将选择氧化用空气提供给所述选择氧化部的选择氧化用空气供给部；所述控制装置被构成为：在以将水分提供给所述选择氧化部的方式控制所述选择氧化用水分供给机构的时候，控制所述选择氧化用空气供给部以及所述选择氧化用水分供给机构中的至少一者，从而使所述选择氧化部的温度达到规定的阈值以上。
根据这种构成，在以将水分提供给选择氧化部的形式控制选择氧化用水分供给机构的时候，例如从选择氧化用空气供给部将空气提供给选择氧化部从而抑制该选择氧化部的温度的降低，所以可以防止选择氧化部中的一氧化碳减少效率的下降。由此，可以确保从选择氧化部排出的燃料气体的品质。
另外，在如上所述的情况下，所述控制装置被构成为：以在切断了所述燃料电池和所述负载之间的电连接之后、使所述燃料气体充填于所述选择氧化部的内部的方式加以控制。
根据这种构成，因为在切断燃料电池和负载的电连接之后使燃料气体充填于选择氧化部的内部，所以能够减少选择氧化部内的水分。如上所述，通过对选择氧化部内进行干燥并除去水分，从而能够抑制选择氧化催化剂的劣化。
另外，在如上所述的情况下，所述燃料电池系统具备：储存水的水箱，连通该水箱与所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者的第2水分供给路径，以及被设置于该第2水分供给路径上的第2水分量调节部；所述水分供给机构是被构成为将水分从所述水箱向所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者进行供给的燃料电池用水分供给机构。
根据这种构成，因为是从水箱将水分直接提供给燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者，所以即使是在搭载氢气瓶来取代燃料气体供给装置的例如作为电动汽车的动力电源的燃料电池系统中，也能够抑制高分子电解质膜的劣化。
在此情况下，具备：温度控制装置，用于控制所述燃料电池的温度；环状的热介质路径，用于使热介质在所述温度控制装置和所述燃料电池之间循环，从而使热从该燃料电池移动到所述温度控制装置；以及热交换部；所述热交换部被构成为：在所述环状的热介质路径和所述第2水分供给路径之间进行热交换。
根据这种构成，因为是由热交换部在热介质路径和第2水分供给路径之间进行热交换，所以可以在燃料电池系统停止动作的时候有效地利用燃料电池的热。另外，因为在使燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点上升的同时促进燃料电池温度的降低，所以可以缩短直至切断燃料电池和电力负载的电连接为止的待机时间。
另外，在此情况下，所述燃料气体供给装置具备使用原料并通过重整反应而生成含有一氧化碳的燃料气体的重整部；而且所述燃料电池系统具备热交换部；所述热交换部被构成为：在所述重整部和所述第2水分供给路径之间进行热交换。
根据这种构成，通过由热交换部在重整部和第2水分供给路径之间进行热交换，从而在燃料电池系统停止动作的时候能够有效地利用重整部的热。另外，因为促进了重整部温度的降低，所以可以缩短直至切断燃料电池和电力负载的电连接为止的待机时间。
另外，在如上所述的情况下，所述控制装置被构成为：在所述燃料电池系统发电运行的时候，以使所述燃料气体以及所述氧化剂气体的露点小于所述燃料电池的温度的方式进行控制。
根据这种构成，燃料电池系统的燃料电池在低加湿条件下进行发电，所以能量转换效率得到改善。另外，在低加湿条件下进行发电的燃料电池在非发电的时候，适度保湿燃料电池所具备的高分子电解质膜。
另外，在如上所述的情况下，所述控制装置被构成为：在切断所述燃料电池和负载之间的电连接之前，根据所述燃料气体的露点或与露点相关的信息、以及所述氧化剂气体的露点或与露点相关的信息中的至少一者，以将水分提供给所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者的方式控制所述水分供给机构，从而使所述燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点上升，并使所述燃料电池的温度与所述燃料气体以及所述氧化剂气体中的至少一者的露点相一致，然后切断所述燃料电池和所述负载之间的电连接。
或者，在如上所述的情况下，所述控制装置被构成为：在切断所述燃料电池和负载之间的电连接之前，根据所述燃料气体的露点或者与露点相关的信息、以及所述氧化剂气体的露点或者与露点相关的信息中的至少一者，以将水分提供给所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者的方式控制所述水分供给机构，从而使所述燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点上升；并在切断所述燃料电池和所述负载之间的电连接的时候，以使所述燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点达到所述燃料电池的温度以上的方式进行控制。
根据这种构成，因为在燃料电池系统停止动作的时候以及在停止的时候，燃料电池内的燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点变成了燃料电池的温度以上，所以由包含于燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者中的水分就能够充分加湿燃料电池所具备的高分子电解质膜。因此，就能够抑制高分子电解质膜的劣化，从而能够有助于燃料电池的耐久性的提高。
根据本发明所涉及的燃料电池系统以及其运行方法的构成，通过由简便的构成对燃料气体的露点进行控制，从而可以提供能够防止在低加湿条件下进行运行的高分子电解质型燃料电池向开路状态过渡的时候的高分子电解质膜劣化的具备卓越的耐久性的燃料电池系统。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统所具备的燃料电池的截面结构的截面图。
图2是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的第1结构的框图。
图3是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的第2结构的框图。
图4是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的第1特征动作的流程图。
图5是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的第1特征动作中的燃料电池的温度Tcell、燃料气体的露点Tda、氧化剂气体的露点Tdc、选择氧化部的温度Tprox以及燃料电池的输出电压Vfc的变化的时序图。
图6是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的第2特征动作的流程图。
图7是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的第2特征动作中的燃料电池的温度Tcell、燃料气体的露点Tda、氧化剂气体的露点Tdc、选择氧化部的温度Tprox以及燃料电池的输出电压Vfc的变化的时序图。
图8是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的选择氧化部的具体结构的斜视图以及平面图。
图9是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的第1结构的框图。
图10是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的第2结构的框图。
图11是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的特征动作的流程图。
图12是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的特征动作中的燃料电池的温度Tcell、燃料气体的露点Tda、氧化剂气体的露点Tdc、氧化部的温度Tprox以及燃料电池的输出电压Vfc的变化的时序图。
图13是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的第3结构的框图。
图14是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的燃料电池系统的第1结构的框图。
图15是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的燃料电池系统的第2结构的框图。
图16是示意性地表示本发明的实施方式4所涉及的燃料电池系统的第1结构的框图。
图17是示意性地表示本发明的实施方式4所涉及的燃料电池系统的第2结构的框图。
符号说明
1高分子电解质膜
2a催化剂反应层(阳极侧)
2c催化剂反应层(阴极侧)
3a气体扩散层(阳极侧)
3c气体扩散层(阴极侧)
4a阳极
4c阴极
5MEA(膜-电极组件)
6a燃料气体流路
6c氧化剂气体流路
7a隔板(阳极侧)
7c隔板(阴极侧)
8a，8c冷却水流路
9a，9c密封垫圈
10密封垫圈
11燃料电池(高分子电解质型燃料电池)
12燃料气体供给路径
13氧化剂气体供给路径
14阳极尾气排出路径
15阴极尾气排出路径
16燃料气体供给装置
17氧化剂气体供给装置
18加湿器
19温度控制装置
20控制装置
21a，21c露点传感器
22温度传感器
23重整部
24转化部
25选择氧化部
26开闭阀(空气供给机构)
27开闭阀(水供给机构)
28供水泵
29水箱
30氢气瓶
31内筒
32外筒
33空气供给部
34转化气体供给部
35，36混合部
37选择氧化催化部
38，39，40开孔
41开闭阀(氢供给机构)
42热交换部
43第1三通阀(氧化剂气体供给路径切换机构)
44第2三通阀(氧化剂气体排出切换机构)
45第3三通阀
46开闭阀
47旁通路径
48氧化反应用氧化剂气体供给路径
49燃烧器
50燃料气体出口
51氧化剂气体出口
52选择性的气体供给部
53循环路径
54阴极尾气供给路径
55可变节流孔
56泵
57选择性的气体供给部
58燃料气体供给系统
59氧化剂气体供给系统
60燃料气体排出系统
61氧化剂气体排出系统
62输出控制装置
100a～100i燃料电池系统
101燃料电池
102单电池(cell)
103选择氧化部
具体实施方式
以下参照附图就用于实施本发明的最佳方式加以详细的说明。还有，在以下的说明中，在全部附图中将相同的参照符号标注于相同或者相当的要素，省略其重复说明。另外，在以下的说明中，将高分子电解质型燃料电池简记为“燃料电池”。而且，将具备该燃料电池的燃料电池系统简记为“燃料电池系统”。再有，在以下的说明中，将膜-电极组件简记为“MEA”。
另外，在本说明书中，所谓“水分”，是指液体状的水或者气体状的水(也就是水蒸汽)，或者是指液体状的水和气体状的水的混合物等。还有，如果从为了实现使燃料气体和氧化剂气体的露点升高这样的本发明的特征事项的观点出发，虽然在以下的说明中没有加以示例，但是在燃料电池系统的适当的构成里面也可以使用固体状的水(也就是冰)作为“水分”来取代液体状的水和气体状的水以及其混合物。或者，如果是在燃料电池系统的适当的构成条件下，那么即使是含水分子的物质或通过化学反应等提供水分子的物质，也可以作为“水分”来加以利用。
(实施方式1)
首先，参照图1以及图2就本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的构成作如下说明。
图1是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统所具备的燃料电池的截面构成的截面图。还有，在图1中，为了简便起见，而且为了清楚地说明燃料电池的基本构成，仅仅选取了燃料电池的主要部分来进行图示。
如图1所示，在本实施方式所涉及的燃料电池101中，MEA5是通过将一对密封垫圈9a以及密封垫圈9c配置于其周缘部而被一对隔板7a以及隔板7c所夹持的。由此，在该燃料电池101中构成了单电池102。还有，在以下的说明中，为了简便起见，将“单电池”记作为“电池(cell)”。于是，该单电池102被串联层叠多个从而构成了燃料电池101。
更具体而言，如图1所示，MEA5具备有质子传导性的高分子电解质膜1。该高分子电解质膜1在含水状态下选择性地输送质子。该高分子电解质膜1的质子输送能通过如下方式实现：在含水状态下，在被固定于高分子电解质膜1中的固定电荷进行电离的同时，作为该固定电荷的对离子起作用的氢进行离子化从而成为可移动。作为如此的高分子电解质膜1，优选由杜邦公司制的NAFION(注册商标)所示例的全氟化碳磺酸(perfluoro-carbon sulfonic acid)膜。并且，如图1所示，在该高分子电解质膜1的两面的中央部，以担载了铂系的金属催化剂的碳粉末作为主成分的催化剂反应层2a以及催化剂反应层2c是以分别相对的方式被附着设置。在这些催化剂反应层2a，2c中，在催化剂反应层2a中，来自于由在图1中未图示的燃料气体供给装置所提供的燃料气体的氢，如化学式(1)所示，被转换成电子和质子。在此，由催化剂反应层2a所生成的电子经由被连接于燃料电池系统的在图1中未图示的电力负载，从而到达催化剂反应层2c。另外，由催化剂反应层2a所生成的质子通过高分子电解质膜1而到达催化剂反应层2c。
另一方面，在燃料电池101的催化剂反应层2c中，使用了经由电力负载而到达的电子、通过高分子电解质膜1而进行透过的质子以及来自于在图1中没有被显示的氧化剂气体供给装置所提供的氧化剂气体的氧，如化学式(2)所示生成水。通过进行这一系列的化学反应，燃料电池101在输出电力的同时产生热。
H2→2H++2e-……化学式(1)
(1/2)O2+2H++2e-→H2O……化学式(2)
另外，如图1所示，在催化剂反应层2a以及催化剂反应层2c的没有接触于高分电解质膜1的面上，以相对的方式分别配设一对的气体扩散层3a以及气体扩散层3c。这些气体扩散层3a以及气体扩散层3c兼备燃料气体以及氧化剂气体的通气性以及导电性，并且是以分别电连接于催化剂反应层2a以及催化剂反应层2c的表面的方式被附着设置。
于是，在该燃料电池101中，由催化剂反应层2a和气体扩散层3a构成了阳极4a。另外，同样地，在该燃料电池101中，由催化剂反应层2c和气体扩散层3c构成了阴极4c。于是，在该燃料电池101中，由高分子电解质膜1和阳极4a以及阴极4c构成了MEA5。
另一方面，如图1所示，MEA5的高分子电解质膜1是被具备电绝缘性的密封垫圈9a以及密封垫圈9c所夹持，再有，这些密封垫圈9a以及密封垫圈9c被具备导电性的隔板7a以及隔板7c所夹持。由此，在燃料电池中101中构成了单电池102。在此，在该单电池102中，在隔板7a的与气体扩散层3a相接触的面上，凹陷地设置有燃料气体流路6a。该燃料气体流路6a在将由燃料气体供给装置所提供的燃料气体提供给MEA5的气体扩散层3a的同时，将剩余的燃料气体(阳极尾气)排出至单电池102的外部。另外，在该单电池102中，在隔板7c的与气体扩散层3c相接触的面上，凹陷地设置有氧化剂气体流路6c。该氧化剂气体流路6c在将由氧化剂气体供给装置所提供的氧化剂气体提供给MEA5的气体扩散层3c的同时，把由催化剂反应所产生的气体以及剩余的氧化剂气体(阴极尾气)排出至单电池102的外部。还有，隔板7a和气体扩散层3a是互相电连接的，隔板7c和气体扩散层3c也是互相电连接的。
于是，如图1所示，多个单电池102以电串联的形式被层叠，从而构成了燃料电池101。在该燃料电池101中，以一个单电池102的隔板7a与另一个单电池102的隔板7c相互电连接的形式进行配置，从而以获得所期望的输出电压的方式，电串联地层叠多个单电池102。在此，在该燃料电池101中，在隔板7a的与隔板7c相接触的面和隔板7c的与隔板7a相接触的面上，形成互相相对的凹部，由此，构成了冷却水流路8a以及冷却水流路8c。另外，为了防止在这些冷却水流路8a以及冷却水流路8c中流通的冷却水的泄漏，在隔板7a和隔板7c之间配设密封垫圈10。还有，从图1中没有显示的冷却水供给装置将冷却水提供给冷却水流路8a以及冷却水流路8c，该冷却水冷却在发电运行时发热的燃料电池101。另外，由冷却水从燃料电池101回收的热能被使用于例如供应热水。
图2是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的第1构成的框图。还有，在图2中，仅选取了为了说明本发明所必须的构成要素来进行图示，有关其他的构成要素则省略了图示。
如图2所示，本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统100a的构成基本上与目前所使用的一般的燃料电池系统的构成相同。
具体是，如图2所示，本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统100a具备作为其发电部的主体的被提供燃料气体以及氧化剂气体而进行发电的燃料电池11。另外，该燃料电池系统100a具备：分别生成用于提供给燃料电池11的燃料气体以及氧化剂气体的燃料气体供给装置16以及氧化剂气体供给装置17，在中途加湿从该氧化剂气体供给装置17提供给燃料电池11的氧化剂气体的加湿器18，分别检测燃料气体以及氧化剂气体的露点的露点传感器21a以及21c。另外，该燃料电池系统100a具备：由冷却介质控制被提供燃料气体以及氧化剂气体而进行发电的时候的燃料电池11温度的温度控制装置19，检测在该温度控制装置19和上述燃料电池11之间进行循环的冷却介质的温度的温度传感器22。再有，该燃料电池系统100a具备对上述的燃料电池11、燃料气体供给装置16以及氧化剂气体供给装置17、温度控制装置19的动作进行恰当控制的控制装置20。
在此，如图2所示，在本实施方式所涉及的燃料电池11上分别连接有：提供燃料气体以及氧化剂气体的燃料气体供给路径12以及氧化剂气体供给路径13，排出剩余的燃料气体以及剩余的氧化剂气体的阳极尾气排出路径14以及阴极尾气排出路径15。并且，在燃料电池系统100a发电运行的时候，燃料气体供给装置16所生成的燃料气体在其露点被露点传感器21a检测出之后，被提供给连接于燃料电池11的燃料气体供给路径12。另外，在燃料电池11中剩余的燃料气体从被连接于燃料电池11的阳极尾气排出路径14排出。另一方面，来自于氧化剂气体供给装置17的氧化剂气体在加湿器18中被加湿并且在其露点被露点传感器21c检测出之后，被提供给连接于燃料电池11的氧化剂气体供给路径13。另外，在燃料电池11中变成剩余的氧化剂气体从被连接于燃料电池11的阴极尾气排出路径15排出。
在本实施方式中，燃料气体供给装置16，例如是使用城市燃气或者丙烷气等的原料，在其重整部23中通过水蒸汽重整反应而生成富含氢的含氢气体(以下为了方便起见而记作为“燃料气体”)。在此，由该重整部23所生成的燃料气体除了富含氢之外，还含有大量的对于燃料电池11来说有害的一氧化碳。因此，在本实施方式中，燃料气体供给装置16的转化部24通过进行规定的转化反应，从而减少由重整部23生成的燃料气体中的一氧化碳。于是，由转化部24减少了一氧化碳的燃料气体在这之后被提供给了选择氧化部25。在被提供了氧化反应用氧化剂气体的选择氧化部25中，该被提供的燃料气体中的一氧化碳被燃烧去除，作为一氧化碳被充分减少了的燃料气体，被从燃料气体供给装置16提供给燃料电池11。
在此，如图2所示，本实施方式所涉及的燃料电池系统100a被构成为：使得氧化反应用氧化剂气体通过开闭阀26而被提供给选择氧化部25。另外，如图2所示，该燃料电池系统100a被构成为：使得被储存于水箱29中的水通过供水泵28(水分量调节器)以及开闭阀27，而被提供给选择氧化部25。还有，作为水箱29，虽然在图2中没有加以显示，但可以列举出：燃料电池系统通常所具备的、储存从阳极尾气以及阴极尾气中分离出来的冷凝水的冷凝水箱、储存用于重整部中的水蒸汽重整反应的重整水的重整水箱以及储存用于冷却燃料电池的冷却水的冷却水箱等。
如上所述，在本实施方式中，燃料气体在水蒸汽重整反应的时候被加湿，并以含有水蒸汽的状态被提供给燃料电池11。由此，燃料电池11的在图2中没有显示的高分子电解质膜被维持于规定的湿润状态。
另一方面，在本实施方式中，氧化剂气体供给装置17例如是由西洛克风扇从大气中取入作为氧化反应用氧化剂气体的空气。于是，该氧化剂气体供给装置17将其取入的空气提供给加湿器18。之后，加湿器18在加湿了该被提供的空气之后，将该已被加湿了的空气提供给燃料电池11。
在本实施方式中，露点传感器21a检测从燃料气体供给装置16被提供给燃料电池11的燃料气体的露点。另外，露点传感器21c检测从氧化剂气体供给装置17通过加湿器18而被提供给燃料电池11的氧化剂气体的露点。在此，在本实施方式中，将这些由露点传感器21a以及露点传感器21c检测出的燃料气体的露点以及氧化剂气体的露点看作为在燃料电池11的内部的燃料气体的露点Tda以及氧化剂气体的露点Tdc。还有，作为这些露点传感器21a以及露点传感器21c，只要是相对于燃料气体以及氧化剂气体之类具备耐久性而且具备温度耐久性的露点传感器，那么就可以使用任何的露点传感器。另外，燃料气体的露点Tda依存于燃料气体供给装置16的性能，氧化剂气体的露点Tdc依存于加湿器18的性能。因此，也可以是这样的构成：作为燃料气体的露点Tda，使用根据燃料气体供给装置16的工作条件(例如原料流量、重整水量、重整温度等参数)计算出的露点；作为氧化剂气体的露点Tdc，使用根据加湿器18的工作条件计算出的露点或者加湿器18的温度。也就是说，在本实施方式中，也可以采用使用用于驱动燃料气体供给装置16的现有的控制要素来决定燃料气体以及氧化剂气体的露点的构成，来取代使用露点传感器21a以及露点传感器21c的构成。作为这种构成，将会在后面作详述，而其可以恰当地确定提供给选择氧化部25的水量以及空气量。
另一方面，在本实施方式中，温度控制装置19例如是由使冷却介质循环的循环泵和使所循环的冷却介质放热的放热器(冷却片、热交换器等)构成。该温度控制装置19例如在将冷却介质提供给燃料电池11的同时，从燃料电池11中回收由伴随着发电而产生的热进行加热而使温度上升了的冷却介质。然后，该温度控制装置19在冷却了该温度上升了的冷却介质之后，再将温度降低了的冷却介质提供给燃料电池11。或者，该温度控制装置19通过改变冷却介质的流量以及温度中的至少一个条件，从而降低燃料电池11的温度。例如，通过增加温度控制装置19内的冷却介质的流量，从而可以使燃料电池11的温度冷却。由此，温度控制装置19将燃料电池11的温度维持在恒定的温度。还有，由冷却介质从燃料电池11回收的热能例如被使用于供应热水等用途。
在此，由图2所表示的温度传感器22检测从燃料电池11向温度控制装置19排出的冷却介质的温度。在本实施方式中，将由该温度传感器22检测出的冷却介质的温度看作为燃料电池11的温度Tcell。还有，燃料电池11的温度Tcell是在燃料电池11中最高的温度。作为其检测方法，可以考虑以下的方法：测定被提供给燃料电池11的冷却介质的温度的方法，由热电偶直接测定构成燃料电池11的在图2中没有显示的隔板的温度的方法，测定从燃料电池11排出的冷却介质的温度的方法等。另一方面，燃料电池11中的温度最高的部分被设想为是从入口提供的冷却介质的出口部分。因此，在本实施方式中，形成由温度传感器22检测从燃料电池11被排出至温度控制装置19的冷却介质的温度的构成。
还有，在本实施方式中，所谓低加湿条件，例如可以是，满足燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度≤Tda＜燃料电池11中的冷却介质的出口部分的温度(Tcell)、并且燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度≤Tdc＜燃料电池11中的冷却介质的出口部分的温度(Tcell)的运行条件。即使是如该情况这样在燃料电池11内部的至少一部分为低加湿条件的情况下，也能够取得本发明的效果。
另外，在本实施方式中，所谓低加湿条件，例如可以是满足Tda＜燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度、并且Tdc＜燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度的运行条件。在此情况下，燃料电池11内部的基本上整体为低加湿条件，从而就能够更加显著地取得本发明的效果。
也就是说，在本实施方式中，所谓低加湿条件，例如可以是满足燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度≤Tda＜燃料电池11中的冷却介质的出口部分的温度(Tcell)、并且Tdc＜燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度的运行条件。或者，所谓低加湿条件，例如也可以是满足Tda＜燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度≤Tdc＜燃料电池11中的冷却介质的出口部分的温度(Tcell)的运行条件。即使是该情况这样的在燃料电池11内部的至少一部分为低加湿条件的情况下，也能够取得本发明的效果。
另一方面，在本实施方式中，控制装置20至少适当控制燃料电池11、燃料气体供给装置16以及氧化剂气体供给装置17、温度控制装置19的动作。该控制装置20具备例如MPU(微处理机)以及存储器，根据预先存储在储存器中的程序以及参数等的数据，至少适当控制燃料电池11、燃料气体供给装置16以及氧化剂气体供给装置17、温度控制装置19的动作。在此，在本实施方式中，所谓控制装置，不仅是指单独的控制装置，而且是指由多个控制装置构成的控制装置群。因此，控制装置20既可以由单独的控制装置加以构成，又可以由被分散配置并协同工作而进行控制的多个控制装置来加以构成。
接着，参照图3就发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的变形例做如下说明。
图3是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的第2构成的框图。
如图3所示，本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统100b具备基本上与由图2所表示的燃料电池系统100a的构成相同的构成。即，该燃料电池系统100b具备燃料气体供给装置16、氧化剂气体供给装置17以及加湿器18、露点传感器21a以及露点传感器21c、燃料电池11、温度控制装置19、控制装置20。而且，该燃料电池系统100b被构成为：在从燃料气体供给装置16通过露点传感器21a将燃料气体提供给燃料电池11的同时，从氧化剂气体供给装置17通过加湿器18以及露点传感器21c将氧化剂气体提供给燃料电池11。另外，该燃料电池系统100b被构成为：在由温度控制装置19控制燃料电池11的温度的同时，由控制装置20适当控制燃料电池系统100b的动作。
另一方面，燃料电池系统100a被构成为从水箱29通过供水泵28以及开闭阀27将水提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25，相对于此，如图3所示，本实施方式所涉及的燃料电池系统100b被构成为从水箱29通过供水泵28以及开闭阀27而将水提供给转化部24和选择氧化部25之间的连接配管中。还有，有关其它方面，与由图2所表示的燃料电池系统100a的情况相同。
接着，就本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的特征动作，做如下详细的说明。
本实施方式所涉及的燃料电池系统100a的动作除了下述方面之外与现有的燃料电池系统的动作相同：在切断低加湿条件下运行的燃料电池11和电力负载的电连接(也就是说，燃料电池11成为开路状态)之前，将水添加到燃料气体供给装置16的选择氧化部25，并适当控制燃料气体的露点，从而适当加湿燃料电池11所具备的高分子电解质膜。因此，在以下的叙述中，只就本实施方式所涉及的燃料电池系统的特征动作做详细的说明。
图4是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的第1特征动作的流程图。还有，在图4中，仅选取了为了说明本发明而必须的步骤进行图示，关于其他的步骤则省略其图示。
另外，图5是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的第1特征动作中的燃料电池的温度Tcell、燃料气体的露点Tda、氧化剂气体的露点Tdc、选择氧化部的温度Tprox以及燃料电池的输出电压Vfc的随时间变化的时序图。还有，在图5中，仅选取了为了说明本发明而必须的操作进行图示，关于其他的操作则省略其图示。
如图4以及图5所示，在本实施方式中，在停止燃料电池系统100a、100b的发电运行的时候，在燃料电池11在满足Tcell＞Tda并且Tcell＞Tdc的相互关系的低加湿运行条件下进行运行的状态(图5的状态1)下，控制装置20首先通过控制由图2以及图3所表示的开闭阀27(水供给机构)将水添加到选择氧化部25(图4的步骤S1、图5的操作1)，从而使燃料气体的露点Tda上升直至燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell相一致为止(图4的步骤S2以及图5的状态2)。在此，在该由图5所表示的状态2下，控制装置20并不切断燃料电池11和电力负载的电连接，而是以使燃料电池11继续放电的方式加以控制。还有，如图5所示，在该状态2下，氧化剂气体的露点Tdc以及燃料电池的温度Tcell基本上不发生变化，但是因为将水提供给了选择氧化部25，所以在燃料气体的露点Tda随着时间的推移而上升的同时，选择氧化部25的温度Tprox随着时间的推移而降低。关于补偿该选择氧化部25的温度Tprox的降低的方式，将在后面作具体的说明。
接着，控制装置20一边让燃料电池11继续放电，一边根据露点传感器21a以及温度传感器22的输出信号，判断燃料气体的露点Tda是否与燃料电池11的温度Tcell相一致(步骤S3)。
具体为，在这个步骤S3中，如果判定燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell不一致的时候(在步骤S3中为“否(NO)”)，那么控制装置20在让燃料电池11继续放电的情况下，继续图4的步骤S2以后的控制直至燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell相一致为止(图5的状态2)。
另外，在步骤S3中，如果判定为燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell相一致的时候(在步骤S3中为“是(YES)”)，那么控制装置20一边让燃料电池11继续放电，一边控制由图2以及图3所表示的开闭阀27来停止向选择氧化部25供水(图4的步骤S4以及图5的操作2)，由此，使燃料气体的露点Tda的上升停止(步骤S5)。
然后，控制装置20照原样维持燃料电池系统100a、100b的运行状态直至计测时间Tm达到预先设定的规定时间Tpd为止(图4的步骤S6以及图5的状态3)。在该由图5所表示的状态3下，燃料电池11的高分子电解质膜通过利用主要包含于燃料气体中的水分，从而被充分加湿直至能够防止高分子电解质膜的劣化的状态。
具体为，在由图5所表示的状态3下，控制装置20判断计测时间Tm是否达到预先设定的规定时间Tpd(步骤S6)。
在该步骤S6中，如果判定为计测时间Tm未达到预先设定的规定时间Tpd(步骤S6中为“否”)，那么控制装置20在让燃料电池11继续放电的状态下，进一步维持燃料电池系统100a、100b的运行状态直至计测时间Tm到达预先设定的规定时间Tpd为止。
另一方面，在这个步骤S6中，如果判定为计测时间Tm已到达预先设定的规定时间Tpd(在步骤S6中为“是”)，那么控制装置20切断燃料电池11和电力负载的电连接(图5的操作3)，从而停止燃料电池11的放电(步骤S7)。于是，控制装置20使燃料电池系统100a、100b的燃料电池11成为开路状态(图5的状态4)。
之后，控制装置20停止燃料气体供给装置16以及氧化剂气体供给装置17的动作。然后，控制装置20停止燃料电池系统100a、100b的发电运行所涉及的所有动作。
再有，控制装置20在步骤S7中在切断燃料电池11和电力负载的电连接之后，通过将燃料气体充填于选择氧化部25中，从而使选择氧化部25干燥。通过该操作，可以防止在燃料电池系统100a、100b运行停止时水向选择氧化部25发生凝集。由此，可以抑制选择氧化部25所具备的选择氧化催化剂的劣化。另外，不会因为该操作而增加选择氧化部25的启动能量，所以可以提供高效率的燃料电池系统。
在此，以上所说明的燃料电池系统100a、100b的特征动作是由预先被输入到控制装置20的存储器中的规定程序来加以实现的。
如上所述，在本实施方式中，在满足Tcell＞Tda并且Tcell＞Tdc的相互关系的低加湿条件之下从使燃料电池11进行运行的状态停止其发电运行的时候，控制装置20通过向选择氧化部25提供水，从而使燃料气体的露点Tda上升，并让燃料电池11继续放电直至其燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell相一致为止，在燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell相一致之后停止向电力负载放电。由此，燃料电池11在停止向电力负载放电的开路状态下实现Tcell≤Tda的相互关系，并且高分子电解质膜被充分加湿，所以可以充分确保燃料电池11的耐久性。
在此，参照图8就本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统100a、100b所具备的选择氧化部25的具体构成以及水的具体供给位置做如下说明。
图8(a)是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统所具备的选择氧化部的具体构成的斜视图，图8(b)是示意性地表示从上方观察由图8(a)所表示的选择氧化部的时候的具体构成的平面图。还有，为了方便起见，在图8(a)中示意性地表示纵断构成选择氧化部的外筒而使其内部可视的状态，在图8(b)中示意性地表示横断构成选择氧化部的外筒而使其内部可视的状态。
如图8(a)以及图8(b)所示，本实施方式所涉及的选择氧化部103具备：构成其内壁以及外壁的被配置成同心状的内筒31以及外筒32，从转化部(没有图示)提供燃料气体(转化气体)的转化气体供给部34，用于将空气提供给该被供给的燃料气体的空气供给部33，将从该空气供给部33提供的空气和从转化部提供的燃料气体进行混合的混合部35、36，用于使用从混合部36中排出的燃料气体和空气的混合气体并通过选择氧化反应而减少燃料气体中的一氧化碳的选择氧化催化部37。还有，如图8(a)以及图8(b)所示，该选择氧化部103具备：用于使被提供给转化气体供给部34的燃料气体移动至混合部35的开孔38，用于进一步使在混合部35中混合了空气的燃料气体移动至混合部36的多个开孔39，用于使在混合部36中被充分混合了空气的燃料气体移动至选择氧化催化部37的被多个配置成环状的开孔40。
并且，在本实施方式中，提供给选择氧化部103的水是直接提供给该选择氧化部103的选择氧化催化部37，或者是与空气一起提供给空气供给部33。或者，在本实施方式中，提供给选择氧化部103的水是直接提供给该选择氧化部103的混合部35，或者是直接提供给其混合部36。
如上所述，通过将水提供给空气供给部33、混合部35或混合部36、或者选择氧化催化部37，从而该被提供的水由于空气的流动或者燃料气体的流动而有效且均匀地与燃料气体相混合。由此，在非常简便的构成中，可以将含有水蒸汽的露点被恰当控制了的燃料气体提供给燃料电池系统100a、100b的燃料电池11。
接着，就补偿使燃料气体的露点Tda随时间上升的时候的选择氧化部25的温度Tprox降低的方式，做如下具体的说明。
补偿温度Tprox降低的方式所涉及的燃料电池系统以及其所具备的燃料电池的硬件方面的构成，与由图1以及图2、3所表示的本实施方式所涉及的燃料电池系统100a、100b的构成以及其所具备的燃料电池的硬件方面的构成相同。因此，在此省略有关燃料电池系统以及其所具备的燃料电池的构成的说明。
正如已经说明了的那样，在使燃料气体的露点Tda上升的时候，因为将水提供给了选择氧化部25，所以选择氧化部25的温度Tprox随着时间的推移而降低。在此情况下，如果选择氧化部25的温度Tprox降低了，那么就会有在该选择氧化部25中所进行的选择氧化反应的效率发生降低的情况出现。
因此，在本实施方式中，为了抑制该选择氧化部25的温度Tprox随时间推移发生降低的情况，而在使燃料气体的露点Tda上升的时候，将空气提供给选择氧化部25。通过形成这种构成，从而抑制在选择氧化部25中所进行的选择氧化反应的效率发生降低的情况。
以下就使燃料气体的露点Tda随时间上升的时候的补偿选择氧化部25的温度Tprox的降低的方式，加以详细的说明。
图6是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的第2特征动作的流程图。还有，在图6中，仅选取并图示了为了说明本发明而必需的步骤，关于其他的步骤则省略其图示。
另外，图7是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的第2特征动作中的燃料电池的温度Tcell、燃料气体的露点Tda、氧化剂气体的露点Tdc、选择氧化部的温度Tprox以及燃料电池的输出电压Vfc的变化的时序图。还有，在图7中，仅选取并图示了为了说明本发明所必需的操作，关于其他的操作则省略其图示。
如图6以及图7所示，在本实施方式中，在停止燃料电池系统100a、100b发电运行的时候，在燃料电池11在满足Tcell＞Tda并且Tcell＞Tdc的相互关系的低加湿运行条件下进行运行的状态(图7的状态1)下，控制装置20首先通过控制由图2以及图3所表示的开闭阀27(水供给机构)将水添加到选择氧化部25(图6的步骤S1、图7的操作1)，从而为了使燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell相一致而使燃料气体的露点Tda上升(图6的步骤S2、图7的状态2)。在此，在该由图7所表示的状态2下，控制装置20以不切断燃料电池11和电力负载的电连接而使燃料电池11继续放电的形式加以控制。
此时，如图7所示，在状态2下，氧化剂气体的露点Tdc以及燃料电池的温度Tcell基本上不发生变化，但是因为将水提供给了选择氧化部25，所以在燃料气体的露点Tda随着时间的推移上升的同时，选择氧化部25的温度Tprox随着时间的推移降低。
因此，在本实施方式中，一边确认选择氧化部25的温度Tprox由所提供的水是否被降低到规定的阈值Tp以下，一边并不切断燃料电池11和电力负载的电连接而是使燃料电池11继续放电。然后，当选择氧化部25的温度Tprox发生降低而被判定为与规定阈值Tp相一致时(在步骤S3中为“是”)，控制装置20通过控制由图2、3所表示的开闭阀26(空气供给机构)而进一步将空气加入到选择氧化部25(图6的步骤S4、图7的操作2)中，从而使选择氧化部25的温度Tprox上升(图7的状态3)。在该状态3下，控制装置20为了迅速地使选择氧化部25的温度Tprox上升，所以暂且停止向选择氧化部25供水。然后，控制装置20在确认了选择氧化部25的温度Tprox已经上升之后，在停止向选择氧化部25提供空气的同时，再开始向选择氧化部25供水(图6的步骤S1、图7的操作3)，为了使燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell相一致，而再使燃料气体的露点Tda上升(图6的步骤S2、图7的状态4)。
并且，控制装置20如果判定为选择氧化部25的温度Tprox没有降低到规定阈值Tp(在步骤S3中为“否”)，那么一边继续使燃料电池11放电，一边根据露点传感器21a以及温度传感器22的输出信号，来判断燃料气体的露点Tda是否与燃料电池11的温度Tcell相一致(步骤S5)。
具体是，在该步骤S5中，在燃料气体的露点Tda被判定为与燃料电池11的温度Tcell不相一致的情况(在步骤S5中为“否”)下，控制装置20在使燃料电池11继续放电的情况下，继续图6的步骤S2以后的控制直至燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell相一致为止(图7的状态4)。
另一方面，在步骤S5中，在燃料气体的露点Tda被判定为与燃料电池11的温度Tcell相一致的情况(在步骤S5中为“是”)下，控制装置20一边继续使燃料电池11放电，一边控制由图2、3所表示的开闭阀27停止向选择氧化部25供水(图6的步骤S6、图7的操作4)，由此使燃料气体的露点Tda的上升停止(步骤S7)。
然后，控制装置20保持原样地维持燃料电池系统100a、100b的运行状态直至计测时间Tm达到预先设定的规定时间Tpd为止(图6的步骤S8、图7的状态5)。在该由该图7所表示的状态5下，燃料电池11的高分子电解质膜通过利用主要包含于燃料气体中的水分，从而被充分加湿至能够防止高分子电解质膜的劣化的状态。
具体为，在由图7所表示的状态5下，控制装置20判断计测时间Tm是否达到预先设定的规定时间Tpd(步骤S8)。
在该步骤S8中，如果判定计测时间Tm未达到预先设定的规定时间Tpd(步骤S8中为“否”)，那么控制装置20保持让燃料电池11继续放电，进一步维持燃料电池系统100a、100b的运行状态直至计测时间Tm到达预先设定的规定时间Tpd为止。
另一方面，在这个步骤S8中，如果判定为计测时间Tm已到达预先设定的规定时间Tpd(在步骤S8中为“是”)，那么控制装置20切断燃料电池11和电力负载的电连接(图7的操作5)，从而停止燃料电池11的放电(步骤S9)。于是，控制装置20使燃料电池系统100a、100b的燃料电池11成为开路状态(图7的状态6)。
之后，控制装置20停止燃料气体供给装置16以及氧化剂气体供给装置17的动作。然后，控制装置20停止燃料电池系统100a、100b的发电运行所涉及的所有动作。另外，控制装置20在步骤S9中在切断燃料电池11和电力负载的电连接之后，通过将燃料气体充填于选择氧化部25中，从而使选择氧化部25干燥。
如上所述，在本实施方式中，从在满足Tcell＞Tda而且Tcell＞Tdc的相互关系的低加湿条件之下使燃料电池11运行的状态到停止其发电运行的时候，控制装置20一边抑制选择氧化部25的温度Tprox的下降，一边通过向选择氧化部25供水，从而使燃料气体的露点Tda上升，并继续使燃料电池11放电直至该燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell相一致为止，在燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell相一致之后，停止向电力负载放电。由此，在燃料电池11停止向电力负载放电的开路状态下实现Tcell≤Tda的相互关系，并且高分子电解质膜被充分加湿，所以可以充分确保燃料电池11的耐久性。
另外，根据该实施方式，因为抑制在使燃料气体的露点Tda上升的过程中选择氧化部25的温度Tprox发生降低的情况，所以可以防止选择氧化部25中的一氧化碳的减少效率发生降低的情况。由此，可以确保从选择氧化部25排出的燃料气体的品质。
还有，在本实施方式中，虽然就这样的方式进行了说明，即控制装置20在切断燃料电池11和负载的电连接之前，根据燃料气体的露点或者与露点相关的信息，以将水分提供给燃料电池11的阳极的形式加以控制而使燃料气体的露点上升，之后切断燃料电池11和负载的电连接，但是本发明并不限定于这样的方式。即，也可以是：控制装置20在切断燃料电池11和负载的电连接之前，根据氧化剂气体的露点或者与露点相关的信息，以将水分提供给燃料电池11的阴极的形式加以控制而使氧化剂气体的露点上升，之后切断燃料电池11和负载的电连接。或者，也可以是：控制装置20在切断燃料电池11和负载的电连接之前，根据燃料气体的露点或者与露点相关的信息、以及氧化剂气体的露点或者与露点相关的信息中的至少一者，以将水分提供给燃料电池11的阳极以及阴极中的至少一者的形式加以控制，从而使燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点上升，之后切断燃料电池11和负载的电连接。
还有，关于其他方面，与由图1～图5所表示的燃料电池系统100a、100b的构成及其动作相同。
如果形成本实施方式的构成，那么在停止燃料电池系统的发电运行的过程中，能够将水恰当地提供给其选择氧化部。参照图2具体说明的话，即，根据本实施方式所涉及的燃料电池系统100a的构成，那么控制装置20通过控制供水泵28的动作，从而在使燃料电池系统100a的发电运行停止的过程中，就能够从水箱29将水提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25。于是，此时，控制装置20可以根据燃料气体的露点或者与露点相关的信息而恰当地控制供水泵28的动作。因此，如果是本实施方式的构成，那么就是从水箱29向燃料气体供给装置16的选择氧化部25提供为了恰当地使燃料气体的露点上升而必需的适量的水。由此，因为恰当地使燃料气体的露点上升，所以可以由简单的构成，而将仅仅使用必要的量的水来适当加湿的燃料气体，提供给高分子电解质型燃料电池。其结果为可以使高分子电解质膜的含水量相对上升，从而可以抑制高分子电解质膜的劣化也。由此，可以提供具备卓越耐久性的燃料电池系统。
另外，按照本实施方式的构成，能够有效地利用选择氧化部中的不需要的热。如果参照图2说明具体例的话，那么在燃料气体供给装置16的选择氧化部25中所进行的一氧化碳的燃烧除去反应是产生热的放热反应。于是，根据本实施方式的构成，那么就能够通过利用由该选择氧化部25中的放热反应而过剩产生的热(也就是不需要的热)，从而以在该选择氧化部25中接近于燃料气体的温度的形式加热从水箱29提供到选择氧化部25的水。由此，燃料气体在选择氧化部25中被高效率地加湿。如上所述，从缩短到停止燃料电池系统的动作为止的待机时间的观点出发，高效率地加湿燃料气体是非常有效的手段。因此，根据本实施方式的构成，可以有效地利用选择氧化部25中的不需要的热。
(实施方式2)
首先，参照图9就本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的构成作如下说明。
图9是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的第1构成的框图。还有，在本实施方式中，燃料电池系统所具备的燃料电池以及单电池的截面构成与实施方式1所涉及的燃料电池系统所具备的燃料电池以及单电池的截面构成完全相同。因此，在以下的说明中，略有关燃料电池系统所具备的燃料电池以及单电池的截面构成的说明。
如图9所示，本实施方式所涉及的燃料电池系统100c具备：接受燃料气体以及氧化剂气体的供给而产生电和热的燃料电池11，将燃料气体提供给该燃料电池11的燃料气体供给系统58，将氧化剂气体提供给燃料电池11的氧化剂气体供给系统59，从燃料电池11排出剩余的燃料气体的燃料气体排出系统60，从燃料电池11排出剩余的氧化剂气体的氧化剂气体排出系统61，调节燃料电池11的温度的温度控制装置19，从燃料电池11中取出电力的输出控制装置62，适当地控制燃料电池系统100c的动作的控制装置20。
在此，就燃料气体供给系统58的构成作如下说明。
如图9所示，燃料气体供给系统58与实施方式1的情况同样，具备：由原料和氧化反应用氧化剂气体生成燃料气体的燃料气体供给装置16，检测从燃料气体供给装置16向燃料电池11提供的燃料气体的露点的露点传感器21a。然后，在燃料电池系统100c发电运行的时候，由燃料气体供给装置16中生成的燃料气体，在由露点传感器21a检测出其露点之后，被提供给燃料电池11。
燃料气体供给装置16与实施方式1的情况相同，具备重整部23、转化部24以及选择氧化部25，例如是使用城市燃气或者丙烷气等的原料来生成富含氢的燃料气体。还有，在用脱硫器(没有图示)除去包含于原料中的硫成分之后，被提供给重整部23。
重整部23例如是采用利用水蒸汽重整反应的重整方式，并具备：在内部填充了作为重整催化剂的镍系催化剂的容器，以及作为热源的燃烧器49。然后，在重整部23中，通过由被提供的原料和高温水蒸汽所进行的水蒸汽重整反应，从而生成富含氢的燃料气体。由该重整部23所生成的燃料气体被送往转化部24。还有，在重整部23中所生成的燃料气体富含氢，而另一方面，还含有大量的对于燃料电池11来说有害的一氧化碳。
转化部24例如具备充填了作为转化用催化剂的铜-锌系催化剂等的容器。在该转化部24中，通过进行氧化一氧化碳而生成二氧化碳的规定的转化反应，从而减少由重整部23生成的燃料气体中的一氧化碳。于是，在转化部24中一氧化碳被减少了的燃料气体其后被提供给了选择氧化部25。
氧化部25例如具备充填了作为选择氧化催化剂的铂-铝系催化剂等的容器。在氧化部25中，由从转化部24送来的转化后的燃料气体与从氧化反应用氧化剂气体供给路径48取入的氧化反应用氧化剂气体(在这里为空气)，通过进行规定的选择氧化反应，从而降低燃料气体中的一氧化碳浓度。如上所述，一氧化碳被充分减少了的燃料气体通过燃料气体供给路径12而被提供给燃料电池11。这样，在燃料气体供给装置16中生成的燃料气体在水蒸汽重整反应的时候被加湿，从而在较多地含有水蒸汽的状态下被提供给燃料电池11。燃料电池11的高分子电解质膜1由包含于燃料气体中的水分而被维持在规定的湿润状态。
还有，在本实施方式中设置有选择性的气体供给部52，其向燃料气体供给装置16选择性地提供含有从燃料电池11排出的氧化剂气体的阴极尾气和氧化反应用氧化剂气体。具体是，选择性的气体供给部52是由用于将氧化反应用氧化剂气体提供给选择氧化部25的氧化反应用氧化剂气体供给路径48、被设置于该氧化反应用氧化剂气体供给路径48中的作为氧化剂气体供给路径切换机构的第1三通阀43、其下游端被连接于该第1三通阀43的阴极尾气供给路径54构成的。由第1三通阀43能够切换至：将氧化反应用氧化剂气体提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25的状态，将阴极尾气提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25的状态，氧化反应用氧化剂气体和阴极尾气都不提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25的状态。
为了检测从燃料气体供给装置16提供给燃料电池11的燃料气体的露点，在将由燃料气体供给装置16生成的燃料气体提供给燃料电池11的燃料气体供给路径12上设置有露点传感器21a。在本实施方式中，也将由该露点传感器21a检测出的燃料气体的露点看作为燃料电池11内部的燃料气体的露点Tda。还有，与实施方式1的情况同样，作为露点传感器21a，只要是具备相对于燃料气体之类的耐久性而且具备温度耐久性的露点传感器，就可以使用任何的露点传感器。
还有，在本实施方式中，所谓Tda，是将包含于燃料气体中的水分的总量换算成露点温度的时候的温度。在此，所谓包含于燃料气体中的水分的总量，是指将包含于燃料气体中的水蒸汽和水合计后的水分的总量。例如，即使是包含于燃料气体中的一部分水分发生结露而在燃料气体中包含水蒸汽和水的情况，也是根据上述定义，将合计了包含于该燃料气体中的水蒸汽和水的水分的总量换算成露点温度，由此获得的温度被作为Tda。
接着，就氧化剂气体供给系统59的构成加以说明。
如图9所示，氧化剂气体供给系统59具备氧化剂气体供给装置17、加湿器18、检测被提供给燃料电池11的氧化剂气体的露点的露点传感器21c。来自于氧化剂气体供给装置17的氧化剂气体在加湿器18中被加湿，并在由露点传感器21c检测出其露点之后被提供给燃料电池11。
氧化剂气体供给装置17与实施方式1的情况相同，例如是由西洛克风扇构成，由该西洛克风扇从大气中取入氧化剂气体(在这里是空气)，并将该取入的氧化剂气体提供给加湿器18。于是，加湿器18在加湿了由氧化剂气体供给装置17提供的氧化剂气体之后，将该被加湿了的氧化剂气体提供给燃料电池11。
为了检测从氧化剂气体供给装置17通过加湿器18提供给燃料电池11的氧化剂气体的露点，在从加湿器18将氧化剂气体提供给燃料电池11的氧化剂气体供给路径13上设置有露点传感器21c。在本实施方式中，也将由该露点传感器21c检测出的氧化剂气体的露点看作为在燃料电池11内部的氧化剂气体的露点Tdc。还有，作为露点传感器21c，也是只要是具备相对于氧化剂气体之类的耐久性而且具备温度耐久性的露点传感器，就可以使用任何的露点传感器。
还有，在本实施方式中，所谓Tdc，是将包含于氧化剂气体中的水分的总量换算成露点温度的时候的温度。在此，所谓包含于氧化剂气体中的水分的总量，是指将包含于氧化剂气体中的水蒸汽和水加合起来的水分的总量。例如，即使是包含于氧化剂气体中的一部分水分发生结露而在氧化剂气体中包含水蒸汽和水这二者的情况，也是根据上述定义，将加合了包含于氧化剂气体中的水蒸汽和水的水分总量换算成露点温度，由此获得的温度被作为Tdc。
接着，就燃料气体排出系统60的构成加以说明。
燃料气体排出系统60具备连接燃料电池11的燃料气体出口50和燃烧器49的燃料气体供给口的阳极尾气排出路径14。被提供给燃料电池11的燃料气体中的未被消耗的燃料气体(剩余的燃料气体)被排出至阳极尾气排出路径14。在此，将含有从燃料电池11排出至阳极尾气排出路径14的燃料气体的气体称作为“阳极尾气”。在阳极尾气排出路径14上配设有未图示的热交换器和未图示的冷凝器，在该热交换器中包含于阳极尾气中的燃料气体以及水蒸汽被冷却，进一步，在冷凝器中水分被除去。如上所述，阳极尾气中的燃料气体被提供给燃烧器49并作为燃烧用燃料而被利用。
还有，如图9所示，在阳极尾气排出路径14上连接有：从燃料气体供给路径12旁通燃料电池11而将燃料气体送往燃烧器49的旁通路径47的下游端。在阳极尾气排出路径14与旁通路径47的连接部的上游侧配设有开闭阳极尾气排出路径14的开闭阀46。另外，在旁通路径47的上游端与燃料气体供给路径12的连接部上配设有第3三通阀45。由该第3三通阀45可以切换成：将在燃料气体供给装置16中生成的燃料气体送往燃料电池11的状态、以及旁通燃料电池11而将燃料气体送往燃烧器49的状态。
接着，就氧化剂气体排出系统61的构成作如下说明。
氧化剂气体排出系统61具备其上游端被连接于燃料电池11的氧化剂气体出口51的阴极尾气排出路径15。在燃料电池11中没有被使用的剩余的氧化剂气体和所生成的水被排出至阴极尾气排出路径15。在此，将包含被排出至阴极尾气排出路径15的氧化剂气体的气体称作为“阴极尾气”。在阴极尾气中含有高温的氧、氮以及水蒸汽。在阴极尾气排出路径15上配设有作为阴极尾气排出路径切换机构的第2三通阀44，阴极尾气排出路径15由该第2三通阀44而被分支成排出路径、至燃料气体供给装置16的选择氧化部25的供给路径。作为至燃料气体供给装置16的选择氧化部25的供给路径，配设了其上游端被连接于第2三通阀44的阴极尾气供给路径54。阴极尾气供给路径54的下游端被连接于第1三通阀43，该第1三通阀43作为被配设于将氧化反应用氧化剂气体提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25的氧化反应用氧化剂气体供给路径48上的氧化剂气体供给路径切换机构。如上所述，本实施方式所涉及的燃料电池系统100c被构成为：使得从燃料电池11排出的阴极尾气的一部分或者全部可通过阴极尾气供给路径54而提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25。还有，阴极尾气排出路径15的下游端是向大气开放的。
接着，就温度控制装置19的构成作如下说明。
温度控制装置19与实施方式1的情况相同，具备：使冷却介质在温度控制装置19和燃料电池11之间循环的循环路径53以及循环泵(未图示)，使在循环路径53中进行循环的冷却介质放热的冷却片、热交换器等的放热器。在该温度控制装置19中，在循环路径53中进行循环的冷却介质被提供给燃料电池11，由伴随着发电所产生的热加热而温度上升之后，从燃料电池11排出，在放热器中被冷却以降低温度之后，再被提供给燃料电池11。还有，由冷却介质从燃料电池11中回收的热能例如被使用于提供热水等的用途。
另外，该温度控制装置19被构成为：通过使冷却介质的流量以及放热量中的至少一个条件发生变化，从而将燃料电池11的温度维持在恒定的温度。为了进行像这样的燃料电池11的温度控制，温度控制装置19具备检测冷却介质温度的温度传感器22。在本实施方式中，温度传感器22是以能够检测从燃料电池11被排出到温度控制装置19中的冷却介质的温度的方式而加以配设的。作为燃料电池11的温度的检测方法，考虑有：测定提供给燃料电池11的冷却介质的温度的方法，由热电偶直接测定构成燃料电池11的隔板7a、7c的温度的方法，测定从燃料电池11排出的冷却介质的温度的方法等。
在本实施方式中，也将由该温度传感器22检测出的冷却介质的温度看作为“燃料电池11的温度Tcell”。还有，燃料电池11的温度Tcell在燃料电池11中为最高温度。燃料电池11中的温度最高的部分被设想为从入口提供的冷却介质的出口部分。因此，在本实施方式中，是由温度传感器22检测从燃料电池11被排出至温度控制装置19的冷却介质的温度的构成。
接着，就有关输出控制装置62的构成作如下说明。
输出控制装置62为：其输入端子连接燃料电池11的输出端子，其输出端子被连接于电力负载。在此，输出控制装置62具备变流器(inverter)，从而将由燃料电池11发电得到的直流电力变换成交流电力并输出至负载。另外，输出控制装置62通过控制从燃料电池11取出的电流(输出)，从而控制燃料电池11的发电量。由该输出控制装置62来进行燃料电池11和电力负载的电连接以及电切断。
最后，就控制装置20的构成作如下说明。
与实施方式1的情况相同，本实施方式所涉及的控制装置20具备例如MPU以及存储器，根据预先存储在储存器中的程序以及参数等的数据适当控制构成燃料电池系统100的各个要素的动作。在本实施方式中，控制装置20至少适当控制燃料电池11、燃料气体供给装置16、氧化剂气体供给装置17以及温度控制装置19的动作，同时适当控制第1三通阀43、第2三通阀44以及输出控制装置62的动作。
接着，参照图10就本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的变形例作如下说明。
图10是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的第2构成的框图。
如图10所示，本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统100d具备基本上与由图9所表示的燃料电池系统100c的构成相同的构成。即，该燃料电池系统100d具备燃料气体供给装置16、氧化剂气体供给装置17以及加湿器18、露点传感器21a以及露点传感器21c、燃料电池11、温度控制装置19、输出控制装置62、控制装置20。而且，该燃料电池系统100d也是被构成为，在从燃料气体供给装置16通过露点传感器21a将燃料气体提供给燃料电池11的同时，从氧化剂气体供给装置17通过加湿器18以及露点传感器21c将氧化剂气体提供给燃料电池11。另外，该燃料电池系统100d也是被构成为：在由温度控制装置19控制燃料电池11的温度的同时，由控制装置20适当控制燃料电池系统100d动作。
另一方面，燃料电池系统100c被构成为通过氧化反应用氧化剂气体供给路径48将氧化反应用氧化剂气体等提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25，相对于此，如图10所示，本实施方式所涉及的燃料电池系统100d被构成为通过氧化反应用氧化剂气体供给路径48而将氧化反应用氧化剂气体等提供给转化部24和选择氧化部25的连接配管。还有，有关其它方面，与由图9所表示的燃料电池系统100c的情况相同。
接着，就本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的特征动作作如下详细说明。还有，以下所说明的燃料电池系统100c、100d的特征动作是通过由MPU执行预先储存于控制装置20的存储器中的规定程序来进行的。
本实施方式所涉及的燃料电池系统100c、100d具有下列4种工作模式：与发电直接相关的所有的构成要素都停止的“停止状态(待机状态)”，进行发电的“发电运行”，从“停止状态”顺利地将燃料电池系统100c、100d启动成“发电运行”的“启动动作”，从“发电运行”顺利地将燃料电池系统100c、100d关闭成“停止状态”的“停止动作”。
在本实施方式中，在“停止状态”下控制装置20以外的构成要素是停止的。在本发明中，所谓“启动动作”开始时，是指在燃料电池系统100c、100d中输出“启动信号”之时。所谓“停止动作”开始时，是指在燃料电池系统100c、100d中输出“停止信号”之时。所谓“发电运行”开始时，是指燃料电池11开始发电之时。因此，所谓“启动动作时”，是指在燃料电池系统100c、100d中从输出“启动信号”之时到燃料电池11开始发电为止的期间。所谓“发电运行时”，是指在燃料电池系统100c、100d中从燃料电池11开始发电之时到输出“停止信号”时为止的期间。所谓“停止动作时”，是指在燃料电池系统100c、100d中从输出“停止信号”之时到与发电直接相关的所有的构成要素停止为止的这一期间。另外，将燃料电池11和电力负载被电连接从而使燃料电池11处于闭路状态之时，称为“发电时”，而将燃料电池11和电力负载被电切断而使燃料电池11处于开路状态之时，称为“非发电时”。
在本实施方式中，在发电运行时的燃料电池系统100c、100d中，燃料电池11是在恰当的低加湿条件之下进行发电的。这其中也包括燃料电池11的内部的至少一部分为低加湿条件得情况。还有，在此，所谓“低加湿条件”，例如是满足燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度≤Tda＜燃料电池11中的冷却介质的出口部分的温度(Tcell)、并且燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度≤Tdc＜燃料电池11中的冷却介质的出口部分的温度(Tcell)的运行条件。
但是，低加湿条件只要是至少满足“Tcell＞Tda而且Tcell＞Tdc”这样的相互关系的运行条件即可。因此，低加湿条件也可以是，例如满足Tda＜燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度并且Tdc＜燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度的运行条件。在此情况下，燃料电池11内部的大致全体变成了低加湿条件。另外，低加湿条件也可以是，例如满足燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度≤Tda＜燃料电池11中的冷却介质的出口部分的温度(Tcell)并且Tdc＜燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度的运行条件。或者，低加湿条件也可以是，例如满足Tda＜燃料电池11中的冷却介质的入口部分的温度≤Tdc＜燃料电池11中的冷却介质的出口部分的温度(Tcell)的运行条件。
本实施方式所涉及的燃料电池系统100c、100d的动作除了以下方面之外，与现有的燃料电池系统的动作相同：在由燃料电池系统100c、100d开始停止动作之时，并在切断在低加湿条件下进行发电的燃料电池11和电力负载的电连接之前(也就是，燃料电池11成为开路状态之前)，将阴极尾气提供给燃料气供给装置16的选择氧化部25。因此，在以下的叙述中，仅选取本实施方式所涉的燃料电池系统100c、100d的特征动作来加以详细说明。
图11是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的特征动作的流程图。还有，在图11中，仅仅选取并图示了为了说明本发明而必需的步骤，关于其他的步骤则省略其图示。
另外，图12是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的特征动作中的燃料电池的温度Tcell、燃料气体的露点Tda、氧化剂气体的露点Tdc、氧化部的温度Tprox以及燃料电池的输出电压Vfc的变化的时序图。还有，在图12中，仅仅是选取并图示了为了说明本发明所必需的操作，关于其他的操作则省略其图示。
如图11以及12所示，发电运行时的燃料电池系统100c、100d的燃料电池11是在低加湿条件下进行发电的(状态1)。在由该图12所表示的状态1下，在燃料电池系统100c、100d中开始停止动作之后，首先，控制装置20在维持燃料电池11和电力负载的电连接的状态下，也就是说，在维持发电的状态下，以将阴极尾气提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25的方式，使第2三通阀44动作(步骤S1，图12的操作1)。由此，将包含较多水分的阴极尾气提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25，并且燃料气体的露点Tda上升(状态2)。还有，在燃料电池11中在燃料气体与氧化剂气体发生反应之时所生成的水作为水蒸汽而被包含在阴极尾气中。
在由图12所表示的状态2下，因为燃料电池11的发电正在继续，所以氧化剂气体的露点Tdc以及燃料电池11的温度Tcell基本上没有发生变化，但是因为将包含较多水分的阴极尾气提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25，所以燃料气体的露点Tda随着时间的推移而上升，而选择氧化部25的温度Tprox随着时间的推移而下降。
还有，被提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25的阴极尾气的流量被作了适当调节。例如，通过在第2三通阀44中调节阴极尾气的供给路径和排出路径的流量比，从而能够控制被提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25的阴极尾气的流量。在此情况下，最好具备将阴极尾气压送到阴极尾气供给路径54的泵等的压送手段。或者，以使得所有的阴极尾气都流入到阴极尾气供给路径54的方式使第2三通阀44动作，同时以氧化剂气体供给装置17调节提供给燃料电池11的氧化剂气体的流量，从而就能够控制被提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25的阴极尾气的流量。
接着，控制装置20一边使燃料电池11继续发电，一边判断燃料电池11的温度Tcell是否与燃料气体的露点Tda相一致(步骤S2)。在此，控制装置20根据露点传感器21a和温度传感器22的检测值，来判断燃料气体的露点Tda和燃料电池11的温度Tcell的大小关系。
若燃料气体的露点Tda上升而差不多燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell相一致(在步骤S2中为“是”)，则控制装置20原样维持燃料电池11和电力负载的电连接，并以停止向燃料气体供给装置16的选择氧化部25提供阴极尾气的方式使第2三通阀44动作(步骤S3，图12的操作2)。由此，燃料气体的露点Tda的上升停止。
在此，控制装置20在燃料电池11的温度Tcell与燃料气体的露点Tda相一致时，停止向燃料气体供给装置16的选择氧化部25提供阴极尾气，但是只要停止向燃料气体供给装置16的选择氧化部25提供阴极尾气时的条件是燃料气体的露点Tda为燃料电池11的温度Tcell以上，就能够获得本发明的效果。
然后，控制装置20以停止向选择氧化部25提供阴极尾气的方式使第2三通阀44动作之后开始计测时间，并判断计测时间Tm是否到达预先被设定的规定时间Tpd(步骤S4)。在此，在该步骤S4中，如果判断为计测时间Tm还未到达预先被设定的规定时间Tpd(在步骤S4中为“否”)，那么控制装置20照旧使燃料电池11继续发电，并且维持燃料电池系统100的状态直至计测时间Tm到达预先被设定的规定时间Tpd为止(状态3)。在该由图12所表示的状态3下，燃料电池11的发电在继续，燃料电池11的高分子电解质膜1由包含于燃料气体以及氧化剂气体中的水分而被充分加湿直至能够防止高分子电解质膜劣化的状态。
不久，在计测时间Tm达到预先被设定的规定时间Tdp之后(在步骤S4中为“是”)，控制装置20切断燃料电池11和电力负载的电连接(步骤S5，图12的操作3)。由此，停止燃料电池11的发电，燃料电池11从闭路状态变成开路状态(状态4)。
在由该图12所表示的状态4下，虽然由于变成开路而使燃料电池11的输出电压Vfc上升，但是燃料电池11的高分子电解质膜1的湿润状态比在低加湿条件下的发电运行过程中的高分子电解质膜1的湿润状态更高。这是因为：燃料气体的露点由于包含于阴极尾气中的水分而发生上升从而使“燃料电池的温度Tcell≤燃料气体的露点Tda”的相互关系成立，高分子电解质膜1由包含于燃料气体中的水分而被充分加湿。如上所述，在非发电时的燃料电池11中，由于高分子电解质膜1被充分加湿，从而缓和高分子电解质膜1的膨润以及收缩。由此，能够防止伴随着高分子电解质型燃料电池11的发电停止次数的增加而发生的高分子电解质膜1破裂等的破损，从而能够抑制劣化。
之后，控制装置20停止燃料气体供给装置16以及氧化剂气体供给装置17的动作。在此，优选在停止燃料气体供给装置16的动作之前，燃料电池11在开路状态时，将原料充填于燃料气体供给装置16的选择氧化部25中。具体是，控制装置20在步骤S5中切断了燃料电池11和电力负载的电连接之后，原样维持原料的供给，并以停止氧化剂气体以及阴极尾气的供给的方式使第1三通阀43动作。进一步，在将第3三通阀45向旁通路径47侧进行切换的同时，关闭开闭阀46，从而成了在选择氧化部25内的燃料气体不通过燃料电池11而被提供给燃烧器49的状态。如上所述，通过将原料充填于燃料气体供给装置16的选择氧化部25，从而因为选择氧化部25被干燥，所以能够防止在燃料电池系统100c、100d停止时水凝集到选择氧化部25中。由此，能够抑制燃料气体供给装置16的选择氧化部25所具备的选择氧化催化剂的劣化。再有，因为不增加燃料气体供给装置16的选择氧化部25的启动能量，所以能够有助于燃料电池系统100c、100d的高效率化。
最后，控制装置20停止直接参与燃料电池系统100c、100d的发电的所有构成要素的动作，而使燃料电池系统100c、100d处于停止状态。
如上所述，在本实施方式中，从燃料电池11在低加湿条件下进行发电的状态停止其发电时，因为将含有水分的阴极尾气提供给了燃料气体供给装置16的选择氧化部25，所以被提供给燃料电池11的燃料气体的露点Tda上升。在该状态下使燃料电池11继续发电，在燃料气体的露点Tda上升至与燃料电池11的温度Tcell相一致之后，停止燃料电池11的发电。由此，在非发电时的燃料电池11中，“燃料电池11的温度Tcell≤燃料气体的露点Tda”的相互关系成立。因此，在燃料电池11非发电之时，高分子电解质膜1被充分加湿，所以高分子电解质1的劣化被抑制从而提高燃料电池11的耐久性。
还有，在本实施方式中，虽然就使用露点传感器21a以及露点传感器21c来检测燃料气体的露点Tda和氧化剂气体的露点Tdc的方式作了说明，但是并不限定于像这样的方式。例如，也可以与实施方式1的情况同样，是这样的方式：根据燃料气体的露点Tda依存于燃料气体供给装置16的性能并且氧化剂气体的露点Tdc依存于加湿器18的性能的情况，使用根据燃料气体供给装置16的动作条件(例如原料流量、重整水量以及重整温度等参数)计算出的露点作为燃料气体的露点Tda，使用根据加湿器18的动作条件计算出的露点或者加湿器18的温度作为氧化剂气体的露点Tdc。在此情况下，控制装置20由温度传感器22的检测值和开始向选择氧化部25提供阴极尾气之后的经过时间，来判断燃料气体的露点Tda和燃料电池11的温度Tcell的大小关系。
另外，在本实施方式中，就计测时间Tm到达预先被设定的规定时间Tpd之后切断燃料电池11和电力负载的电连接的方式作了说明，但是并不限定于像这样的方式。例如，也可以是在燃料电池11的温度Tcell刚达到与燃料气体的露点Tda相一致之后就切断燃料电池11和电力负载的电连接的方式。作为这种方式，也能够获得与在本实施方式中所得的效果相同的效果。
另外，在本实施方式中，就被提供给燃料电池11的燃料气体的露点Tda上升、并在上升至燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell相一致之后停止燃料电池11的发电的方式作了说明，但是并不限定于像这样的方式。例如，也可以是这样的方式：被提供给燃料电池11的燃料气体的露点Tda上升，并在上升至燃料气体的露点Tda变得高于燃料电池11的温度Tcell之后，停止燃料电池11的发电。由此，在非发电时的燃料电池11中，“燃料电池11的温度Tcell＜燃料气体的露点Tda”的相互关系成立。由此，在燃料电池11的非发电时，更加充分地加湿了高分子电解质膜1，从而能够更加切实地抑制高分子电解质膜1的劣化。
接着，参照图13就本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的第2变形例作如下说明。
图13是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的第3构成的框图。
本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的第3构成，除了不具备由图9所表示的第1三通阀43以及第2三通阀44这一点、以及从氧化剂气体供给装置17将氧化反应用氧化剂气体提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25这一点之外，与由图9所表示的燃料电池系统100c的构成相同。因此，在此，就燃料电池系统的第3构成与由图9所表示的燃料电池系统100c的构成的不同点作如下说明，省略有关共通部分的说明。
如图13所示，在燃料电池系统100e中，从氧化剂气体供给装置17通过氧化反应用氧化剂气体供给路径48，而将氧化反应用氧化剂气体提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25。在氧化反应用氧化剂气体供给路径48中，为了调节提供给选择氧化部25的氧化反应用氧化剂气体的供给量(流量)，而配设了作为流量调节器的可变节流孔55。另一方面，在该燃料电池系统100e中，通过阴极尾气供给路径54将从燃料电池11的氧化剂气体出口51排出的阴极尾气提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25。阴极尾气供给路径54是从被连接于燃料电池11的氧化剂气体出口51的阴极尾气排出路径15分支出来的阴极尾气的流路。为了调节被提供给选择氧化部25的阴极尾气的供给量(流量)以及为了压送阴极尾气，在阴极尾气供给路径54上配设了泵56。由这些可变节流孔55和泵56，构成了选择性的气体供给部57。
并且，在燃料电池11发电之时，可变节流孔55被开放至规定的开度，并从氧化剂气体供给装置17将氧化反应用氧化剂气体提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25。此时，因为泵56处于停止状态，所以阴极尾气不会流入到阴极尾气供给路径54，且也不会有选择氧化部25中的燃料气体流入(逆流)到阴极尾气供给路径54的情况。
另外，在燃料电池系统100e的停止动作时，在将阴极尾气提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25时，控制装置20通过使泵56工作，从而在通过阴极尾气供给路径54将阴极尾气压送到选择氧化部25的同时，关闭可变节流孔55。由此，将含水较多的阴极尾气提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25，结果使从选择氧化部25提供给燃料电池11的燃料气体的露点上升。还有，至选择氧化部25的阴极尾气的供给量根据泵56的压送能力进行调节。
另外，在燃料电池系统100e的停止动作之时，在停止将阴极尾气提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25之时，控制装置20通过使泵56停止，从而停止向选择氧化部25提供阴极尾气。如上所述，在燃料电池系统100e的停止动作时以及停止时，燃料电池11的高分子电解质膜1由包含于燃料气体中的水分而被充分加湿，从而维持适度的加湿状态。因此，就能够抑制燃料电池11所具备的高分子电解质膜1的劣化，并能够对延长燃料电池11的寿命做出贡献。
另外，在此，就配设可变节流孔55作为流量调节器的方式作了说明，但是并不限定于像这样的方式。例如，也可以是配设固定节流孔以及开闭阀作为流量调节器的方式。作为这种方式，也能够获得与在本实施方式中所取得的效果相同的效果。
还有，在本实施方式中，选择性的气体供给部52、57是完全择一性地将氧化反应用氧化剂气体和阴极尾气提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25，但是也可以以规定的混合比例提供这两者。如上所述，在本实施方式中，在由选择性的气体供给部52、57将气体提供给燃料气体供给装置16的选择氧化部25的情况中，不仅包括完全择一性地提供氧化反应用氧化剂气体和阴极尾气的情况，也包括以规定的混合比例提供这两者的情况。
(实施方式3)
在本发明的实施方式1、2中，已就燃料电池系统具备燃料气体供给装置的方式作了说明。相对于此，在将燃料电池系统作为电动汽车的动力电源来加以使用的情况下，通常是使用氢气瓶(hydrogen bombe)来取代燃料电池供给装置。因此，在本发明的实施方式3中，就燃料电池系统具备氢气瓶来取代燃料气体供给装置的情况的方式作如下说明。
首先，参照图14就本发明的实施方式3所涉及的燃料电池系统的第1构成以及其动作作如下说明。
图14是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的燃料电池系统的第1构成的框图。还有，在图14中仅仅是选取并显示了为了说明本发明所必需的构成要素，关于其他的构成要素则省略其图示。另外，在本实施方式中，燃料电池系统所具备的燃料电池的截面构成也与实施方式1所涉及的燃料电池系统所具备的燃料电池的截面构成完全相同。因此，在以下的说明中，省略有关燃料电池系统所具备的燃料电池的截面构成的说明。
另外，本实施方式所涉及的燃料电池系统的构成，除了不具备由图2所表示的燃料气体供给装置16和开闭阀26、27以及加湿器18这一点、从氢气瓶将氢(燃料气体)提供给燃料电池这一点、以及将来自于水箱的水提供给来自于氢气瓶的氢这一点之外，与由图2所表示的燃料电池系统100a的构成相同。因此，在本实施方式中，就燃料电池系统的第1构成和由图2所表示的燃料电池系统100a的构成的不同点作如下说明，省略有关共通部分的说明。
如图14所示，在本实施方式所涉及的燃料电池系统100f中，从作为燃料气体供给部的氢气瓶30，通过作为氢供给机构的开闭阀41，将作为燃料气体的氢提供给露点传感器21a。在此，开闭阀41通过被控制装置20控制其动作，从而控制从氢气瓶30提供给露点传感器21a的氢的供给量(流量)。另外，在该燃料电池系统100f中，从氧化剂气体供给装置17将氧化剂气体提供给露点传感器21c。另一方面，如图14所示，在该燃料电池系统100f中，从水箱29通过供水泵28向露点传感器21a提供水。具体是，将从水箱29通过供水泵28而提供的水导入到从氢气瓶30通过开闭阀41而被提供的氢中。也就是说，本实施方式所涉及的燃料电池系统100f被构成为：能够同时将来自于氢气瓶30的氢和来自于水箱29的水提供给露点传感器21a。在此，供水泵28通过其动作被控制装置20控制，从而控制从水箱29向露点传感器21a提供的水的供给量(流量)。
于是，在燃料电池11发电时，开闭阀41被开放至规定的开度，从氢气瓶30通过露点传感器21a以及燃料气体供给路径12，将作为燃料气体的氢提供给燃料电池11的阳极。此时，因为供水泵28停止，所以来自于氢气瓶30的氢不会流入到水箱29。另外，在该燃料电池11发电时，从氧化剂气体供给装置17，通过露点传感器21c，将氧化剂气体提供给燃料电池11的阴极。
另外，在燃料电池系统100f的停止动作时，在将水提供给从氢气瓶30提供的氢时，控制装置20通过使供水泵28动作，从而从水箱29将水向露点传感器21a压送。由此，将来自于水箱29的水提供给来自于氢气瓶30的氢，结果为从露点传感器21a提供给燃料电池11的燃料气体的露点上升。还有，提供给来自于氢气瓶30的氢的水的供给量根据供水泵28的压送能力进行调节。另外，此时，开闭阀41虽然被开放至规定的开启程度，但是因为从氢气瓶30向露点传感器21a提供氢，所以水不会流向氢气瓶30。
另外，在燃料电池系统100f的停止动作时，在停止向来自于氢气瓶30的氢提供水时，控制装置20使供水泵28的动作停止，从而停止将水提供给来自于氢气瓶30的氢。如上所述，在燃料电池系统100f的停止动作时以及停止时，燃料电池11的高分子电解质膜1被包含于燃料气体中的水分充分加湿，从而被维持在适度的加湿状态。因此，即使通过本实施方式，也能够抑制燃料电池11所具备的高分子电解质膜1的劣化，并能够对延长燃料电池11的寿命做出贡献。
另外，在本实施方式中，已就将液体状的水提供给来自于氢气瓶30的氢的方式作了说明，但是本发明并不限定于像这样的方式。例如，也可以是如下方式：燃料电池系统100f具备雾化液体状的水的喷雾器，并将由该喷雾器进行雾化的水提供给来自于氢气瓶30的氢。即使作为这种方式，也能够获得与以本实施方式所取得的效果相同的效果。
还有，关于其他方面，与实施方式1、2的情况相同。
接着，参照图15就本发明的实施方式3所涉及的燃料电池系统的第2构成以及其动作作如下说明。
图15是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的燃料电池系统的第2构成的框图。
如图15所示，本发明的实施方式3所涉及的燃料电池系统100g具备基本上与由图14所表示的燃料电池系统100f的构成相同的构成。即，该燃料电池系统100g具备氢气瓶30以及开闭阀41、氧化剂气体供给装置17、露点传感器21a以及露点传感器21c、燃料电池11、温度控制装置19以及温度传感器22、控制装置20。而且，该燃料电池系统100g被构成为：在从氢气瓶30通过开闭阀41以及露点传感器21a将氢提供给燃料电池11的同时，从氧化剂气体供给装置17通过露点传感器21c而将氧化剂气体提供给燃料电池11。另外，该燃料电池系统100g被构成为：在由温度控制装置19控制燃料电池11的温度的同时，由控制装置20适当控制燃料电池系统100g的动作。
另一方面，燃料电池系统100f被构成为从水箱29通过供水泵28将水提供给来自于氢气瓶30的氢，相对于此，如图15所示，本实施方式所涉及的燃料电池系统100g被构成为，从水箱29通过供水泵28将水提供给来自于氧化剂气体供给装置17的氧化剂气体。还有，关于其他方面，与由图14所表示的燃料电池系统100f的情况相同。
如上所述，即使是从水箱29通过供水泵28将水提供给来自于氧化剂气体供给装置17的氧化剂气体的方式进行构成，在燃料电池系统100g停止动作时以及停止时，燃料电池11的高分子电解质膜1也被包含于氧化剂气体中的水分充分加湿。因此，就能够获得与本实施方式所取得的效果相同的效果。
还有，在本实施方式中，已就使用露点传感器21a以及露点传感器21c来检测燃料气体的露点Tda和氧化剂气体的露点Tdc的方式作了说明，但是并不限定于像这样的方式。例如，也可以是使用根据来自于氢气瓶30的氢的供给量以及来自于水箱29的水的供给量等参数计算出的露点作为燃料气体的露点Tda的方式。在此情况下，控制装置20由温度传感器22的检测值和在开始提供来自于水箱29的水之后的经过时间，来判断燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell的大小关系。另外，也可以是例如使用根据来自于氧化剂气体供给装置17的氧化剂气体的供给量以及来自于水箱29的水的供给量等参数计算出的露点作为氧化剂气体的露点Tdc的方式。在此情况下，控制装置20由温度传感器22的检测值和在开始提供来自于水箱29的水之后的经过时间，来判断氧化剂气体的露点Tdc与燃料电池11的温度Tcell的大小关系。
(实施方式4)
在本发明的实施方式3中已就燃料电池系统具备氢气瓶的方式作了说明。相对于此，在从水箱29将水提供给从氢气瓶提供的氢的情况下，从有效地使作为燃料气体的氢的露点Tda和氧化剂气体的露点Tdc上升的观点出发，更加优选在适度加热来自于水箱的水之后再提供给来自于氢气瓶的氢的构成。因此，在本发明的实施方式4中，就燃料电池系统除了具备氢气瓶之外还具备加热来自于水箱的水的加热手段的方式、以及燃料电池系统除了具备燃料气体供给装置之外还具备加热来自于水箱的水的加热手段的方式所如下说明。
首先，参照图16就本发明的实施方式4所涉及的燃料电池系统的第1构成以及其动作作如下说明。
图16是示意性地表示本发明的实施方式4所涉及的燃料电池系统的第1构成的框图。还有，在图16中，仅仅是选取并显示了为了说明本发明所必需的构成要素，关于其他的构成要素则省略其图示。另外，在本实施方式中，燃料电池系统所具备的燃料电池的截面构成也与实施方式1所涉及的燃料电池系统所具备的燃料电池的截面构成完全相同。因此，在以下的说明中，省略有关燃料电池系统所具备的燃料电池的截面构成的说明。
另外，本实施方式所涉及的燃料电池系统的第1构成除了以下方面之外与由图14所表示的燃料电池系统100f的构成相同：除了具备如图14所表示的燃料电池系统100f的构成之外进一步具备热交换部，在该热交换部中加热从水箱29提供的水，并将该已加热了的水提供给来自于氢气瓶30的氢。因此，在此，就燃料电池系统的第1构成和由图14所表示的燃料电池系统100f的构成不相同的方面作如下说明，省略有关共通部分的说明。
如图16所示，在本实施方式所涉及的燃料电池系统100h中，从作为燃料气体供给部的氢气瓶30，通过作为氢供给机构的开闭阀41，将作为燃料气体的氢提供给露点传感器21a。在此，开闭阀41通过由控制装置20控制其动作从而控制从氢气瓶30提供给露点传感器21a的氢的供给量(流量)。另外，在该燃料电池系统100f中，从氧化剂气体供给装置17将氧化剂气体提供给露点传感器21c。另一方面，如图16所示，在该燃料电池系统100h中，来自于水箱29的水通过供水泵28以及热交换部42被提供给通过了露点传感器21a的来自于氢气瓶30的氢。在此，热交换部42被构成为：通过在循环于温度控制装置19和燃料电池11之间的冷却介质与从供水泵28排出的来自于水箱29的水之间进行热交换，从而加热从该水箱29提供的水。也就是说，本实施方式所涉及的燃料电池系统100h被构成为：能够将由热交换部42加热了的来自于水箱29的水提供给通过了露点传感器21a的氢。在此，供水泵28通过由控制装置20控制其动作，从而控制从水箱29向热交换部42提供的水的供给量。
于是，在燃料电池11发电时，开闭阀41被开放至规定的开度，从氢气瓶30通过露点传感器21a以及燃料气体供给路径12，将作为燃料气体的氢提供给燃料电池11的阳极。此时，因为供水泵28正处于停止状态，所以来自于氢气瓶30的氢不会流入到水箱29。另外，在该燃料电池11发电时，从氧化剂气体供给装置17通过露点传感器21c将氧化剂气体提供给燃料电池11的阴极。
另外，在燃料电池系统100h的停止动作时，在将水提供给从氢气瓶30供给的氢时，控制装置20通过使供水泵28动作，从而从水箱29将水向露点传感器21a的下游压送。由此，由热交换部42加热了的水被提供给来自于氢气瓶30的氢，其结果是被提供给燃料电池11的燃料气体的露点有效地上升。还有，与实施方式3的情况同样，提供给来自于氢气瓶30的氢的水的供给量根据供水泵28的压送能力进行调节。另外，此时，开闭阀41虽然被开放至规定的开度，但因为从氢气瓶30向露点传感器21a提供氢，所以水不会流向氢气瓶30。
另外，在燃料电池系统100h停止动作时，在停止向来自于氢气瓶30的氢提供水时，控制装置20使供水泵28的动作停止，从而停止向来自于氢气瓶30的氢提供水。如上所述，在燃料电池系统100h停止动作时以及停止时，燃料电池11的高分子电解质膜1在此进一步充分地被包含于作为燃料气体的氢中的水分加湿，从而维持适度的加湿状态。因此，通过本实施方式，也能够抑制燃料电池11所具备的高分子电解质膜1的劣化，并能够对延长燃料电池11的寿命做出贡献。
另外，在本实施方式中，已就将液体状的加热水提供给来自于氢气瓶30的氢的方式作了说明，但是并不限定于像这样的方式。例如，也可以是如下方式：燃料电池系统100h在热交换部42的下游侧具备雾化液体状的水的喷雾器，并将由该喷雾器进行雾化了的加热水提供给来自于氢气瓶30的氢。作为这样的方式也能够获得与本实施方式所取得的效果相同的效果。
还有，在本实施方式所涉及的燃料电池系统100h中，循环于温度控制装置19和燃料电池11之间的冷却介质与从水箱29提供的水的热交换的位置，也就是热交换部42的配设位置，只要是能够进行那样的热交换的位置，可以是任何的位置。但是，从更加有效地加热来自于水箱29的水的观点出发，更加优选热交换部42被配置于循环冷却介质的路径中冷却介质的温度较高的位置。即，更加优选热交换部42被配置于循环冷却介质的路径中的燃料电池11的出口侧并且是温度控制装置19的入口侧的部分。由此，在燃料电池系统100h中，可以由冷却介质更加有效地加热来自于水箱29的水。
还有，关于其他方面，与实施方式1～3的情况相同。
接着，参照图17就本发明的实施方式4所涉及的燃料电池系统的第2构成以及其动作作如下说明。
图17是示意性地表示本发明的实施方式4所涉及的燃料电池系统的第2构成的框图。
如图17所示，本发明的实施方式4所涉及的燃料电池系统100i具备基本上与由图14所表示的燃料电池系统100f的构成相同的构成。即，该燃料电池系统100i具备作为氢气瓶30以及开闭阀41的替代机构的燃料气体供给装置16以及开闭阀26、水箱29以及供水泵28、氧化剂气体供给装置17、露点传感器21a以及露点传感器21c、燃料电池11、温度控制装置19以及温度传感器22、控制装置20。而且，该燃料电池系统100i被构成为：在从燃料气体供给装置16通过露点传感器21a将燃料气体提供给燃料电池11的同时，从氧化剂气体供给装置17通过露点传感器21c将氧化剂气体提供给燃料电池11。另外，该燃料电池系统100i被构成为：在由温度控制装置19控制燃料电池11的温度的同时，由控制装置20适当控制燃料电池系统100i的动作。
另一方面，由图16所表示的燃料电池系统100h被构成为：来自于水箱29的水在由将燃料电池1的冷却介质作为热源的热交换部42加热之后被提供给来自于氢气瓶30的氢；相对于此，如图17所示，本实施方式所涉及的燃料电池系统100i被构成为：来自于水箱29的水在由将重整部23作为热源的热交换部42加热之后，被提供给来自于选择氧化部25的氢。还有，关于其他方面，与由图16所表示的燃料电池系统100h的情况相同。
如上所述，即使被构成为从水箱29通过供水泵28以及将重整部23作为热源的热交换部42，而将加热水提供给来自于燃料气体供给装置16的燃料气体，在燃料电池系统100i停止动作时以及停止时，燃料电池11的高分子电解质膜1也被包含于燃料气体中的水分充分加湿。因此，作为该构成，也能够取得与由图16所表示的燃料电池系统100h的构成所获得的效果相同的效果。
还有，在本实施方式所涉及的燃料电池系统100h中，已就使用露点传感器21a以及露点传感器21c来检测燃料气体的露点Tda和氧化剂气体的露点Tdc的方式作了说明，但是并不限定于像这样的方式。例如，也可以是使用根据来自于氢气瓶30的氢的供给量以及来自于水箱29的水的供给量等参数计算出的露点作为燃料气体的露点Tda的方式。在此情况下，控制装置20由温度传感器22的检测值和在开始提供来自于水箱29的水之后的经过时间，来判断燃料气体的露点Tda与燃料电池11的温度Tcell的大小关系。另外，也可以是例如使用根据来自于氧化剂气体供给装置17的氧化剂气体的供给量以及来自于水箱29的水的供给量等参数计算出的露点作为氧化剂气体的露点Tdc的方式。在此情况下，控制装置20根据温度传感器22的检测值和在开始提供来自于水箱29的水之后的经过时间，来判断氧化剂气体的露点Tdc与燃料电池11的温度Tcell的大小关系。
产业上的可利用性
本发明所涉及的燃料电池系统以及其运行方法通过由简单的构成来控制燃料气体的露点，从而作为能够有效地抑制在以低加湿条件运行的高分子电解质型燃料电池向开路状态过渡之时的高分子电解质膜的劣化的、具备卓越耐久性的燃料电池系统以及其运行方法，具有产业上的可利用性。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统以及其运行方法，作为适用于要求高输出特性和短时间启动的电动汽车的动力电源或者要求长期可靠性的家庭用热电联供系统等用途中的燃料电池系统以及其运行方法，具有产业上的可利用性。

Claims (14)

1.一种燃料电池系统，其特征在于：
具备：
燃料电池，使用含氢的燃料气体以及含氧的氧化剂气体进行发电；
燃料气体供给装置，将所述燃料气体提供给所述燃料电池；
氧化剂气体供给装置，将所述氧化剂气体提供给所述燃料电池；以及
控制装置，至少控制所述燃料电池、所述燃料气体供给装置以及所述氧化剂气体供给装置；
所述燃料电池系统进一步具备水分供给机构，用于将水分提供给所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者；
所述控制装置被构成为：在切断所述燃料电池和负载之间的电连接之前，根据所述燃料气体的露点或者与露点相关的信息、以及所述氧化剂气体的露点或者与露点相关的信息中的至少一者，以将水分提供给所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者的方式控制所述水分供给机构，从而使所述燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点上升，然后切断所述燃料电池和所述负载之间的电连接。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述燃料气体供给装置具备：重整部，使用原料并通过重整反应而生成含有一氧化碳的燃料气体；转化部，通过转化反应来减少由所述重整部生成的燃料气体中的一氧化碳；选择氧化部，通过选择氧化反应进一步减少已由所述转化部减少了一氧化碳的燃料气体中的一氧化碳；
所述水分供给机构是被构成为将水分提供给所述选择氧化部的选择氧化用水分供给机构。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述选择氧化部具备：
选择氧化用空气供给路径，向由所述转化部减少了一氧化碳的燃料气体中供给选择氧化用空气；
混合部，将从所述选择氧化用空气供给路径提供的选择氧化用空气和由所述转化部减少了一氧化碳的燃料气体进行混合；以及
选择氧化催化部，使用由所述混合部混合了的燃料气体和选择氧化用空气的混合气体，通过选择氧化反应而减少该混合气体中的一氧化碳；
所述选择氧化用水分供给机构被构成为：将水分提供给所述选择氧化用空气供给路径或者所述混合部。
4.如权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述选择氧化用水分供给机构具备：
储存水的水箱，
使所述水箱与所述选择氧化部相连通的水分供给路径，以及
被设置于所述水分供给路径上的水分量调节部。
5.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于：
进一步具备将选择氧化用空气提供给所述选择氧化部的选择氧化用空气供给部；
所述选择氧化用水分供给机构具备：
阴极尾气旁通路径，将从所述燃料电池排出的含有未消耗的所述氧化剂气体的阴极尾气提供给所述选择氧化部；以及
选择氧化用空气调节部，将从所述阴极尾气旁通路径提供的阴极尾气以及从所述选择氧化用空气供给部提供的选择氧化用空气中的至少一者，提供给所述选择氧化部。
6.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于：
进一步具备将选择氧化用空气提供给所述选择氧化部的选择氧化用空气供给部；
所述控制装置被构成为：在以将水分提供给所述选择氧化部的方式控制所述选择氧化用水分供给机构的时候，控制所述选择氧化用空气供给部以及所述选择氧化用水分供给机构中的至少一者，从而使所述选择氧化部的温度达到规定的阈值以上。
7.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述控制装置被构成为：以在切断了所述燃料电池和所述负载之间的电连接之后、使所述燃料气体充填于所述选择氧化部的内部的方式加以控制。
8.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述燃料电池系统具备：储存水的水箱，连通该水箱与所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者的第2水分供给路径，以及被设置于该第2水分供给路径上的第2水分量调节部；
所述水分供给机构是被构成为将水分从所述水箱向所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者进行供给的燃料电池用水分供给机构。
9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于：
具备：
温度控制装置，用于控制所述燃料电池的温度；
环状的热介质路径，用于使热介质在所述温度控制装置和所述燃料电池之间循环，从而使热从该燃料电池移动到所述温度控制装置；以及
热交换部；
所述热交换部被构成为：在所述环状的热介质路径和所述第2水分供给路径之间进行热交换。
10.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述燃料气体供给装置具备使用原料并通过重整反应而生成含有一氧化碳的燃料气体的重整部；
而且所述燃料电池系统具备热交换部；
所述热交换部被构成为：在所述重整部和所述第2水分供给路径之间进行热交换。
11.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述控制装置被构成为：在所述燃料电池系统发电运行的时候，以使所述燃料气体以及所述氧化剂气体的露点小于所述燃料电池的温度的方式进行控制。
12.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述控制装置被构成为：在切断所述燃料电池和负载之间的电连接之前，根据所述燃料气体的露点或与露点相关的信息、以及所述氧化剂气体的露点或与露点相关的信息中的至少一者，以将水分提供给所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者的方式控制所述水分供给机构，从而使所述燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点上升，并使所述燃料电池的温度与所述燃料气体以及所述氧化剂气体中的至少一者的露点相一致，然后切断所述燃料电池和所述负载之间的电连接。
13.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述控制装置被构成为：在切断所述燃料电池和负载之间的电连接之前，根据所述燃料气体的露点或者与露点相关的信息、以及所述氧化剂气体的露点或者与露点相关的信息中的至少一者，以将水分提供给所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者的方式控制所述水分供给机构，从而使所述燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点上升；并在切断所述燃料电池和所述负载之间的电连接的时候，以使所述燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点达到所述燃料电池的温度以上的方式进行控制。
14.一种燃料电池系统的运行方法，其特征在于：
所述燃料电池系统具备：
燃料电池，使用含氢的燃料气体以及含氧的氧化剂气体进行发电；
燃料气体供给装置，将所述燃料气体提供给所述燃料电池；
氧化剂气体供给装置，将所述氧化剂气体提供给所述燃料电池；以及
控制装置，至少控制所述燃料电池、所述燃料气体供给装置以及所述氧化剂气体供给装置；
所述燃料电池系统进一步具备水分供给机构，用于将水分提供给所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者；
所述燃料电池系统的运行方法是：在切断所述燃料电池和负载之间的电连接之前，根据所述燃料气体的露点或者与露点相关的信息、以及所述氧化剂气体的露点或者与露点相关的信息中的至少一者，以将水分提供给所述燃料电池的阳极以及阴极中的至少一者的方式控制所述水分供给机构，从而使所述燃料气体以及氧化剂气体中的至少一者的露点上升，然后切断所述燃料电池和所述负载之间的电连接。
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