アルカリ形燃料電池システム
【課題】アルカリ形燃料電池が有する電極の湿度（水分含有量）を最適に調整することにより、高い出力電圧を安定して維持することのできるアルカリ形燃料電池システムを提供する。
【解決手段】アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部１０１と、アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部１０２と、カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部１０３と、アノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度を調整するための第１調整部１０４と、アノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈを少なくとも検出する第１検出部１０５と、第１調整部１０４および第１検出部１０５に接続され、第１検出部１０５による検出結果に基づいて、第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第１制御部１０６とを備えるアルカリ形燃料電池システムである。
【解決手段】アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部１０１と、アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部１０２と、カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部１０３と、アノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度を調整するための第１調整部１０４と、アノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈを少なくとも検出する第１検出部１０５と、第１調整部１０４および第１検出部１０５に接続され、第１検出部１０５による検出結果に基づいて、第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第１制御部１０６とを備えるアルカリ形燃料電池システムである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ形燃料電池が有する電極の湿度（水分含有量）を最適に調整することができるアルカリ形燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、小型軽量化や高出力密度を実現できる可能性を有していることから、携帯用電子機器用の新規電源や家庭用コジェネレーションシステムなどへの用途展開が精力的に進められている。燃料電池は、発電主要部として、電解質膜をアノード極およびカソード極で挟持した構成の膜電極複合体（ＭＥＡ）を備えており、電解質膜の種類によって、固体高分子形燃料電池（直接形燃料電池を含む）、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、アルカリ形燃料電池などに分類される。
【０００３】
アルカリ形燃料電池は、電解質膜としてアニオン交換膜を用いた、電荷キャリアが水酸化物イオン（ＯＨ-）である燃料電池である（たとえば、特許文献１参照）。アルカリ形燃料電池においては、次のような電気化学反応により電力が取り出される。すなわち、カソード極に酸化剤および水（この水は、アノード極で生じ、電解質膜を透過した水であり得る）を供給すると、下記式（１）：
カソード極：１／２Ｏ2＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ‐ → ２ＯＨ- （１）
で表される触媒反応によりＯＨ-が生成される。このＯＨ-は、水分子との水和状態で電解質膜を介してアノード極側に伝達される。一方、アノード極では、供給された還元剤（燃料）、たとえばＨ2ガスとカソード極から伝達されたＯＨ-とが、下記式（２）：
アノード極：Ｈ2＋２ＯＨ- → ２Ｈ2Ｏ＋２ｅ‐ （２）
で表される触媒反応を起こし、水および電子を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１３５１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記式（２）に示されるように、アルカリ形燃料電池のアノード極では、反応により水が発生するが、その水の生成量はアノード極−カソード極間に流れる電流量の増減に応じて増減し、したがって、アノード極の湿度（水分含有量）も増減することになる。このようなアノード極の湿度変動は、燃料電池の出力電圧の低下を招き得る。すなわち、アノード極の湿度が過度に高くなると、水膜状となってアノード極の細孔を閉塞させ、還元剤の供給が阻害される、いわゆる「フラッディング」が生じる。また、湿度が過度に低くなると、電解質膜が乾燥した状態（以下、「ドライアップ」ともいう）になることによって電解質膜のアニオン伝導抵抗が増加する。「フラッディング」および「ドライアップ」はともに燃料電池の出力電圧を低下させる要因となる。
【０００６】
一方、上記式（１）に示されるように、アルカリ形燃料電池のカソード極では、反応により水が消費されるが、その水の消費量はアノード極−カソード極間に流れる電流量の増減に応じて増減し、したがって、カソード極の湿度（水分含有量）も増減することになる。このようなカソード極の湿度変動もまた、燃料電池の出力電圧の低下を招き得る。すなわち、カソード極の湿度が過度に高くなると、水膜状となってカソード極の細孔を閉塞させ、酸化剤の供給が阻害される「フラッディング」が生じる。また、湿度が過度に低くなると、「ドライアップ」が生じて電解質膜のアニオン伝導抵抗が増加する。
【０００７】
従来のアルカリ型燃料電池でも、「ドライアップ」および「フラッディング」を抑制するため、アノード極に供給する還元剤の湿度、および／または、カソード極に供給する酸化剤の湿度を一定値（たとえば、相対湿度＝１００〔％ＲＨ〕）に調節することが行なわれてきたが、アルカリ形燃料電池の動作状態が変わることによって、上述のように、アノード極−カソード極間に流れる電流量の増減すると、アルカリ形燃料電池の電極の湿度（水分含有量）が変動するため、電極の湿度（水分含有量）を最適な状態に維持することができないという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、アルカリ形燃料電池が有する電極の湿度（水分含有量）を最適に調整することにより、高い出力電圧を安定して維持することのできるアルカリ形燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
アルカリ形燃料電池のアノード極に供給される還元剤の流量（アノード極に導入される直前の流量）をＮt、その還元剤の湿度をφw（ただし、０≦φw≦１）とすると、この還元剤の水分含有量はφw×Ｎtである。そして、アノード極内で生成する水の量をＮrとすると、アノード極内での還元剤の流量はおよそＮtであり、その水分含有量はφw×Ｎt＋Ｎrと計算される。そうすると、アノード極内での還元剤の湿度（アノード極の湿度と実質的に同じとみなすことができる。）は、下記式（３）：
アノード極内での還元剤の湿度＝（φw×Ｎt＋Ｎr）／Ｎt
＝φw＋Ｎr／Ｎt （３）
と算出できる。
【００１０】
上記式（３）は、アノード極の湿度が、還元剤の流量Ｎtおよび／またはアノード極に導入される還元剤の湿度φwの調整により制御可能であることを意味している。そして、アノード極の湿度（アノード極内での還元剤の湿度）は、アノード極から排出される還元剤の湿度から把握することができる。また、アノード極−カソード極間に流れる電流量が増加してアノード極内で生成する水の量Ｎrが増加すると、アノード極の湿度が上昇することもわかる。
【００１１】
また、アルカリ形燃料電池のカソード極に供給される酸化剤の流量（カソード極に導入される直前の流量）をＮt’、その酸化剤の湿度をφw’（ただし、０≦φw’≦１）とすると、この酸化剤の水分含有量はφw’×Ｎt’である。そして、カソード極内で消費される水の量をＮr’とすると、カソード極内での酸化剤の流量はおよそＮt’であり、その水分含有量はφw’×Ｎt’−Ｎr’と計算される。そうすると、カソード極内での酸化剤の湿度（カソード極の湿度と実質的に同じとみなすことができる。）は、下記式（４）：
カソード極内での酸化剤の湿度＝（φw’×Ｎt’−Ｎr’）／Ｎt’
＝φw’−Ｎr’／Ｎt’ （４）
と算出できる。
【００１２】
上記式（４）は、カソード極の湿度が、酸化剤の流量Ｎt’および／またはカソード極に導入される酸化剤の湿度φw’の調整により制御可能であることを意味している。そして、カソード極の湿度（カソード極内での酸化剤の湿度）は、カソード極から排出される酸化剤の湿度から把握することができる。また、アノード極−カソード極間に流れる電流量が増加してカソード極内で消費される水の量Ｎr’が増加すると、カソード極の湿度が低下することもわかる。本発明は、本発明者らによる以上のような着想に基づき、さらに種々の検討を重ねてなされたものである。
【００１３】
すなわち本発明は、アルカリ形燃料電池の電極（アノード極および／またはカソード極）の湿度を最適に調整することができるアルカリ形燃料電池システムを提供するものであり、具体的には下記〔Ａ〕および〔Ｂ〕のアルカリ形燃料電池システムを提供する。
【００１４】
〔Ａ〕アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部と、カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部と、アノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度を調整するための第１調整部と、アノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈを少なくとも検出する第１検出部と、第１調整部および第１検出部に接続され、第１検出部による検出結果に基づいて、第１調整部による還元剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第１制御部とを備えるアルカリ形燃料電池システム。
【００１５】
第１検出部は、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉ（以下、単にΔｉという）および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ（以下、単にΔＶという）をさらに検出するものであることが好ましい。
【００１６】
上記〔Ａ〕のアルカリ形燃料電池システムは、たとえば次のような制御によりアノード極の湿度の調整を行なう。
【００１７】
（ａ）第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＡH（ただし、ＡHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、第１制御部は、第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、相対湿度Ｈが所定値ＢH（ただし、ＢHは１００％ＲＨより大きい値である。）以上である場合には、第１制御部は、第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する。
【００１８】
ここで相対湿度Ｈとは、アルカリ形燃料電池の温度に置かれた還元剤が水蒸気として含むことができる水重量の最大値に対する、還元剤に含まれる水重量の比を百分率で表したものと定義され、１００％ＲＨより大きい値とは、還元剤に含まれる水重量が、アルカリ形燃料電池の温度に置かれた還元剤が水蒸気として含むことができる水重量の最大値より大きい場合となる。
【００１９】
相対湿度Ｈの所定値ＡHは、好ましくは８０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、所定値ＢHは、好ましくは１０５〜１５０〔％ＲＨ〕の範囲内である。
【００２０】
（ｂ）第１検出部によって検出されたΔｉがＣi〜Ｄi（ただし、Ｃiは負の値であり、Ｄiは正の値である。）の範囲内である場合において、第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＥH（ただし、ＥHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、第１制御部は、第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する。一方、第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＦH（ただし、ＦH＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、第１制御部は、第１検出部がΔＶを検出するように制御するとともに、該ΔＶが所定値ＧV（ただし、ＧVは負の値である。）未満である場合には、第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する。
【００２１】
（ｃ）第１検出部によって検出されたΔｉがＣi〜Ｄi（ただし、Ｃiは負の値であり、Ｄiは正の値である。）の範囲内である場合において、第１検出部によって検出されたΔＶが所定値ＧV（ただし、ＧVは負の値である。）未満である場合には、第１制御部は、第１検出部が相対湿度Ｈを検出するように制御するとともに、該相対湿度Ｈが所定値ＥH（ただし、ＥHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する。一方、相対湿度Ｈが所定値ＦH（ただし、ＦH＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する。
【００２２】
上記（ｂ）および（ｃ）のアノード極の湿度制御において、Δｉの所定値Ｃiは、好ましくは−５０〜−２５〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、所定値Ｄiは、好ましくは＋２５〜＋５０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内である。相対湿度Ｈの所定値ＥHは、好ましくは８０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内である。また、ΔＶの所定値ＧVは、好ましくは−５０〜−２〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内である。
【００２３】
第１検出部によって検出されたΔｉが所定値Ｃiより小さい場合には、第１制御部は、第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、第１検出部によって検出されたΔｉが所定値Ｄiより大きい場合には、第１制御部は、第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御することが好ましい。
【００２４】
上記〔Ａ〕のアルカリ形燃料電池システムが有するアルカリ形燃料電池は、アノードセパレータ、アノード極、アニオン伝導性電解質膜、カソード極およびカソードセパレータをこの順で備えるものであることができる。還元剤供給部は、たとえば、還元剤を保持する還元剤供給源とアルカリ形燃料電池のアノードセパレータとを接続する配管を含むものであることができる。この場合、第１調整部は、該配管に備えられた流量調整弁および／または調湿器であることができる。
【００２５】
〔Ｂ〕アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部と、カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部と、カソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度を調整するための第２調整部と、カソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’を少なくとも検出する第２検出部と、第２調整部および第２検出部に接続され、第２検出部による検出結果に基づいて、第２調整部による酸化剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第２制御部とを備えるアルカリ形燃料電池システム。
【００２６】
第２検出部は、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉ’（以下、単にΔｉ’という）および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ’（以下、単にΔＶ’という）をさらに検出するものであることが好ましい。
【００２７】
上記〔Ｂ〕のアルカリ形燃料電池システムは、たとえば次のような制御によりカソード極の湿度の調整を行なう。
【００２８】
（ａ’）第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＡH’（ただし、ＡH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、第２制御部は、第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御し、第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＢH’（ただし、ＢH’は１００％ＲＨより大きい値である。）以上である場合には、第２制御部は、第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する。
【００２９】
ここで相対湿度Ｈ’とは、アルカリ形燃料電池の温度に置かれた酸化剤が水蒸気として含むことができる水重量の最大値に対する、酸化剤に含まれる水重量の比を百分率で表したものと定義され、１００％ＲＨより大きい値とは、酸化剤に含まれる水重量が、アルカリ形燃料電池の温度に置かれた酸化剤が水蒸気として含むことができる水重量の最大値より大きい場合となる。
【００３０】
相対湿度Ｈ’の所定値ＡH’は、好ましくは７０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、所定値ＢH’は、好ましくは１０５〜１３０〔％ＲＨ〕の範囲内である。
【００３１】
（ｂ’）第２検出部によって検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’（ただし、Ｃi’は負の値であり、Ｄi’は正の値である。）の範囲内である場合において、第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＥH’（ただし、ＥH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、第２制御部は、第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する。一方、第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＦH’（ただし、ＦH’＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、第２制御部は、第２検出部がΔＶ’を検出するように制御するとともに、該ΔＶ’が所定値ＧV’（ただし、ＧV’は負の値である。）未満である場合には、第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する。
【００３２】
（ｃ’）第２検出部によって検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’（ただし、Ｃi’は負の値であり、Ｄi’は正の値である。）の範囲内である場合において、第２検出部によって検出されたΔＶ’が所定値ＧV’（ただし、ＧV’は負の値である。）未満である場合には、第２制御部は、第２検出部が相対湿度Ｈ’を検出するように制御するとともに、該相対湿度Ｈ’が所定値ＥH’（ただし、ＥH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する。一方、相対湿度Ｈ’が所定値ＦH’（ただし、ＦH’＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する。
【００３３】
上記（ｂ’）および（ｃ’）のカソード極の湿度制御において、Δｉ’の所定値Ｃi’は、好ましくは−５０〜−２５〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、所定値Ｄi’は、好ましくは＋２５〜＋５０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内である。相対湿度Ｈ’の所定値ＥH’は、好ましくは７０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内である。また、ΔＶ’の所定値ＧV’は、好ましくは−５０〜−２〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内である。
【００３４】
第２検出部によって検出されたΔｉ’が所定値Ｃi’より小さい場合には、第２制御部は、第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御し、第２検出部によって検出されたΔｉ’が所定値Ｄi’より大きい場合には、第２制御部は、第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御することが好ましい。
【００３５】
上記〔Ｂ〕のアルカリ形燃料電池システムが有するアルカリ形燃料電池は、アノードセパレータ、アノード極、アニオン伝導性電解質膜、カソード極およびカソードセパレータをこの順で備えるものであることができる。酸化剤供給部は、たとえば、酸化剤供給源とアルカリ形燃料電池のカソードセパレータとを接続する配管を含むものであることができる。この場合、第２調整部は、該配管に備えられた流量調整弁および／または調湿器であることができる。
【００３６】
本発明のアルカリ形燃料電池システムにおいて、燃料電池部は、直列または並列に電気的に接続された２以上のアルカリ形燃料電池を含むことができる。本発明のアルカリ形燃料電池システムに用いられる還元剤は好ましくは水素ガスであり、酸化剤は好ましくは空気である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、アルカリ形燃料電池の動作状態を反映するアノード極から排出される還元剤の湿度および／またはカソード極から排出される酸化剤の湿度、さらにはアノード極とカソード極との間を流れる電流値、出力電圧値を検出し、それに基づき、アノード極に供給する還元剤および／またはカソード極に供給する酸化剤の湿度や流量を調整することで、アルカリ形燃料電池が有する電極（アノード極および／またはカソード極）の湿度（水分含有量）を最適に調整することができ、もって高い出力電圧を安定して維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムの構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムに用いるアルカリ形燃料電池の好ましい一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムの構成の他の一例を示す概略図である。
【図１１】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１８】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムの構成の他の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
＜第１の実施形態＞
［ａ］アルカリ形燃料電池システムの構成
図１は、本発明に係る上記アルカリ形燃料電池システム〔Ａ〕の構成の一例を示す概略図である。図１に示されるアルカリ形燃料電池システム１００は、アルカリ形燃料電池が有するアノード極の湿度を最適に調整することが可能なシステムであり、アルカリ形燃料電池を含む燃料電池部１０１；燃料電池部１０１に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部１０２；燃料電池部１０１に接続され、アルカリ形燃料電池のカソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部１０３；還元剤供給部１０２に接続され、アノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度を調整するための第１調整部１０４；燃料電池部１０１に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈを少なくとも検出する第１検出部１０５；ならびに、第１調整部１０４および第１検出部１０５に接続され、第１検出部１０５による検出結果に基づいて、第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第１制御部１０６を含む。
【００４０】
第１検出部１０５は、アノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈのほか、好ましくは、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉおよび出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶをさらに検出するものである。
【００４１】
なお以下では、アノード極に供給される還元剤の湿度（相対湿度）を還元剤の「入口側湿度（入口側相対湿度）」とも称し、アノード極から排出される還元剤の湿度（相対湿度Ｈ）を還元剤の「出口側湿度（出口側相対湿度Ｈ）」とも称する。
【００４２】
本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによれば、還元剤の出口側相対湿度Ｈ、さらにはΔｉおよびΔＶのような電池特性を検出し、当該検出結果に基づいてリアルタイムにアルカリ形燃料電池のアノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度（入口側湿度）の最適化を行なうことができるため、アノード極の湿度が最適化され、結果、上述したアノード極への還元剤の供給を阻害させる「フラッディング」および電解質膜の水分が過少となりアニオン伝導抵抗を増加させる「ドライアップ」の未然防止または改善を図ることが可能になる。これにより、安定して高い出力電圧を維持することができる。
【００４３】
（燃料電池部）
燃料電池部１０１はアルカリ形燃料電池から構成される。アルカリ形燃料電池とは、電解質膜としてアニオン伝導性電解質膜（アニオン交換膜）を備えた、電荷キャリアが水酸化物イオン（ＯＨ-）である燃料電池である。アルカリ形燃料電池は、アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で有する膜電極複合体（ＭＥＡ）を発電主要部として備える。
【００４４】
図２は、本発明のアルカリ形燃料電池システムに用いるアルカリ形燃料電池の好ましい一例を示す概略断面図であり、アルカリ形燃料電池の単セル構造を示したものである。図２に示されるアルカリ形燃料電池２００は、アノード極２０２、アニオン伝導性電解質膜２０１およびカソード極２０３をこの順で有する膜電極複合体（ＭＥＡ）２１０と、アノード極２０２の外面に積層されるアノードセパレータ２０４と、カソード極２０３の外面に積層されるカソードセパレータ２０５とを備える。アノードセパレータ２０４およびカソードセパレータ２０５のＭＥＡ側表面には、それぞれ還元剤、酸化剤をアノード極２０２、カソード極２０３に導入するための還元剤流路２０６、酸化剤流路２０７が設けられている。
【００４５】
（１）アニオン伝導性電解質膜
アニオン伝導性電解質膜２０１としては、ＯＨ-イオンを伝導でき、かつ、アノード極２０２とカソード極２０３との間の短絡を防止するために電気的絶縁性を有する限り特に制限されないが、アニオン伝導性固体高分子電解質膜を好適に用いることができる。アニオン伝導性固体高分子電解質膜の好ましい例は、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第４級アンモニウム系の固体高分子電解質膜（アニオン交換膜）が挙げられる。また、ポリアクリル酸に濃厚水酸化カリウム溶液を含浸させた膜やアニオン伝導性固体酸化物電解質膜をアニオン伝導性電解質膜２０１として用いることもできる。
【００４６】
アニオン伝導性電解質膜２０１は、アニオン伝導率が１０-5Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましく、パーフルオロスルホン酸系高分子電解質膜などのアニオン伝導率が１０-3Ｓ／ｃｍ以上の電解質膜を用いることがより好ましい。アニオン伝導性電解質膜２０１の厚みは、通常５〜３００μｍであり、好ましくは１０〜２００μｍである。
【００４７】
（２）アノード極およびカソード極
アニオン伝導性電解質膜２０１の一方の面に形成されるアノード極２０２および他方の面に形成されるカソード極２０３には、触媒（それぞれアノード触媒、カソード触媒）と電解質（それぞれアノード電解質、カソード電解質）とを含有する多孔質層からなる触媒層（それぞれアノード触媒層、カソード触媒層）が少なくとも設けられる。これらの触媒層は、アニオン伝導性電解質膜２０１の表面に接して積層される。アノード触媒は、アノード極２０２に供給された還元剤とＯＨ-とから、水および電子を生成する反応を触媒する。アノード電解質は、アニオン伝導性電解質膜２０１から伝導してきたＯＨ-を触媒反応サイトへ伝導する機能を有する。一方、カソード触媒は、カソード極２０３に供給された酸化剤および水と、アノード極２０２から伝達された電子とから、ＯＨ-を生成する反応を触媒する。カソード電解質は、生成したＯＨ-をアニオン伝導性電解質膜２０１へ伝導する機能を有する。
【００４８】
アノード触媒およびカソード触媒としては、従来公知のものを使用することができ、たとえば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン、これらの金属化合物、およびこれらの金属の２種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金等、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。アノード触媒とカソード触媒とは同種であってもよいし、異種であってもよい。
【００４９】
アノード触媒およびカソード触媒は、担体、好ましくは導電性の担体に担持されたものを用いることが好ましい。導電性担体としては、たとえば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。
【００５０】
アノード電解質およびカソード電解質としては、アニオン伝導性固体高分子電解質膜を構成する電解質と同様のものを用いることができる。アノード触媒層およびカソード触媒層における触媒と電解質との含有比は、重量基準で、通常５／１〜１／４であり、好ましくは３／１〜１／３である。
【００５１】
アノード極２０２およびカソード極２０３はそれぞれ、アノード、カソード触媒層上に積層されるアノードガス拡散層、カソードガス拡散層を備えていてもよい。これらのガス拡散層は、アノード極２０２、カソード極２０３に供給される還元剤または酸化剤を面内において拡散させる機能を有するとともに、アノード触媒層、カソード触媒層と電子の授受を行なう機能を有する。
【００５２】
アノードガス拡散層およびカソードガス拡散層は、導電性を有する多孔質層であることができ、具体的には、たとえば、カーボンペーパー；カーボンクロス；カーボン粒子を含有するエポキシ樹脂膜；金属または合金の発泡体、焼結体または繊維不織布などであることができる。アノードガス拡散層およびカソードガス拡散層の厚みはそれぞれ、厚み方向に対して垂直な方向（面内方向）への還元剤または酸化剤の拡散抵抗を低減させるために、１０μｍ以上であることが好ましく、厚み方向への拡散抵抗を低減させるために、１ｍｍ以下であることが好ましい。アノードガス拡散層およびカソードガス拡散層の厚みは、より好ましくは１００〜５００μｍである。
【００５３】
（３）アノードセパレータおよびカソードセパレータ
図２に示されるように、アルカリ形燃料電池は、通常、膜電極複合体２１０のアノード極２０２上に配置される、還元剤をアノード極２０２へ導入するためのアノードセパレータ２０４およびカソード極２０３上に配置される、酸化剤をカソード極２０３に導入するためのカソードセパレータ２０５を備える。アノードセパレータ２０４およびカソードセパレータ２０５はそれぞれ、膜電極複合体２１０側の面に還元剤または酸化剤を流通させるための溝からなる流路（それぞれ還元剤流路２０６、酸化剤流路２０７）を備えるものであることができる。当該流路は、１または２以上の溝から構成することができ、その形状は特に制限されず、ライン状、サーペンタイン状等であることができる。後述する還元剤供給部と還元剤流路２０６とを接続することにより、還元剤を還元剤流路２０６に流通させて、アノード極２０２に還元剤を供給することができる。同様に、後述する酸化剤供給部と酸化剤流路２０７とを接続することにより、酸化剤を酸化剤流路２０７に流通させて、カソード極２０３に酸化剤を供給することができる。
【００５４】
アノードセパレータ２０４およびカソードセパレータ２０５の材質は特に制限されず、たとえば、カーボン材料、導電性高分子、各種金属、ステンレスに代表される合金などの導電性材料のほか、各種プラスチック材料などの非導電性材料が挙げられる。なかでも、アノードセパレータ２０４およびカソードセパレータ２０５に集電機能を付与できることから、導電性材料を用いることが好ましい。非導電性材料を用いる場合には、アノード極およびカソード極に別途、触媒層やガス拡散層上に積層される上記導電性材料からなる集電体（集電層）が設けられる。あるいは、アノードセパレータ２０４およびカソードセパレータ２０５を導電性材料から構成し、それらの外側または膜電極複合体２１０と各セパレータとの間に集電体を別途設けてもよい。アノードセパレータ２０４とカソードセパレータ２０５（またはアノード集電体とカソード集電体）とを電気的に接続することにより、アノード極とカソード極との電気的接続を行なうことができる。
【００５５】
還元剤（燃料）としては、たとえば、Ｈ2ガス、炭化水素ガス、アンモニアガスなどを用いることができる。なかでも、Ｈ2ガスを用いることが好ましい。酸化剤としては、たとえば、Ｏ2ガスや、空気等のＯ2を含むガスなどを用いることができる。なかでも、空気が好ましく用いられる。
【００５６】
燃料電池部１０１は、アルカリ形燃料電池を２以上備えることができる。２以上のアルカリ形燃料電池は、互いに直列に電気的接続されていてもよいし、並列に電気的接続されていてもよく、あるいはこれらの両者の電気的接続を含んでいてもよい。たとえば、図２に示されるような単セルの複数を直列に積層した燃料電池スタックや、図２に示されるような単セルの複数を同一平面上に配置し、これらを並列に電気的接続した平面状集積電池、および該平面状集積電池の複数を直列に積層した燃料電池スタックなどを挙げることができる。
【００５７】
（還元剤供給部および酸化剤供給部）
還元剤供給部１０２は、アルカリ形燃料電池のアノード極に還元剤を供給するための部位であり、たとえば、還元剤供給源（還元剤収容タンクなど）とアルカリ形燃料電池のアノード側（より具体的にはアノードセパレータの還元剤流路）とを接続する配管であることができる。また、酸化剤供給部１０３は、アルカリ形燃料電池のカソード極に酸化剤を供給するための部位であり、たとえば、酸化剤供給源（酸化剤収容タンクなど）とアルカリ形燃料電池のカソード側（より具体的にはカソードセパレータの酸化剤流路）とを接続する配管であることができる。還元剤供給部１０２および酸化剤供給部１０３の材質は特に制限されず、高分子材料、金属、合金などであってよい。還元剤供給部１０２および酸化剤供給部１０３には、必要に応じて、還元剤または酸化剤の流動を促進するポンプやファンが設けられてもよい。
【００５８】
（第１調整部）
第１調整部１０４は、還元剤供給部１０２を流通する（アノード極に供給されることとなる）還元剤の流量あるいは湿度（相対湿度）、またはこれらの双方を調整するための部位であり、還元剤供給部１０２に接続される。第１調整部１０４は、たとえば、還元剤供給部１０２内に設けられた、還元剤の流量を調整する流量調整弁あるいは還元剤の湿度を調整する調湿器、またはこれらの双方であることができる。流量調整弁および調湿器は従来公知のものであってよい。
【００５９】
調湿器の具体例を挙げれば、たとえば次のようなものが挙げられる。
１）温度制御可能な水浴を有しており、還元剤を水浴中の水中へバブリングさせることにより加湿を行なう装置。水浴の温度を調整することにより、還元剤の湿度を増減させることができる。
【００６０】
２）還元剤供給部１０２内を流通する還元剤に対して、温度制御された霧状（スプレー状）の水を吹き込む装置。この装置においても水温の調整により、還元剤の湿度を増減させることができる。
【００６１】
３）細孔に水を含む多孔質金属（発泡金属など）を備え、該細孔内に還元剤を通過させることにより加湿を行なう装置。この装置においても多孔質金属の温度調整により、還元剤の湿度を増減させることができる。
【００６２】
上記のような、温度により還元剤の湿度を調整する調湿器を用いる場合には、第１調整部１０４は、調湿器の温度（水温、多孔質金属の温度等）を検知するための温度検知手段（温度センサ）を具備するとともに、燃料電池部１０１は、アルカリ形燃料電池内（特にアノード極）の温度を検知するための温度検知手段（温度センサ）を具備することが好ましい。この場合、後述する第１制御部１０６は、両者の温度検知手段による温度検知結果に基づき、調湿器が所望の温度調整を行なうように制御する。具体的には、調湿器の温度を高く／低くすることにより、還元剤の湿度を増加／低下させることができる。
【００６３】
第１調整部１０４によって調節される「還元剤の湿度」は、下記式（５）：
還元剤の湿度＝〔第１調整部（調湿器）の温度における水の飽和蒸気圧〕／〔アルカリ形燃料電池の温度における水の飽和蒸気圧〕 （５）
により定義される。
【００６４】
なお、ある温度Ｔにおける水の飽和蒸気圧は、各温度における水の飽和蒸気圧を記録したテーブルを第１制御部１０６に備え、それを参照することにより求めたり、近似的に下記式（６）：
温度Ｔにおける水の飽和蒸気圧＝６．１１×１０{7.5T/(T+237.3)}〔ｈＰａ〕 （６）
を用いて算出したりすることで得ることができる。得られた還元剤の湿度を参照することにより、第１調整部１０４による還元剤の湿度調整を好適な範囲内で行なうことが可能になる。
【００６５】
なお、第１調整部１０４は、任意で、調整後（または調整前後）の還元剤の流量および／または湿度（すなわち、入口側湿度）を検知する検知器を有していてもよい。この場合、当該検知器の検知結果を参照することにより、第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度調整を好適な範囲内で行なうことが可能になる。
【００６６】
（第１検出部）
第１検出部１０５は、燃料電池部１０１に接続される、アルカリ形燃料電池のアノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈ（出口側相対湿度Ｈ）を少なくとも検出するための部位である。本発明において、出口側相対湿度Ｈは、アルカリ燃料電池にフラッディングもしくはドライアップがすでに生じているか（あるいはそのような兆候が認められるか）否かを判断するためのパラメータである。出口側相対湿度Ｈを検出し、この検出結果に基づき、アノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度を適切に調整することにより、フラッディングもしくはドライアップの改善を図ることができる。
【００６７】
第１検出部１０５は、アノードセパレータ２０４が有する還元剤流路２０６の出口側端部または当該端部に接続される、還元剤を外部に排出するための還元剤排出部に設けられる湿度計を含むものであることができる。還元剤の相対湿度Ｈの検出を行なう湿度計としては、たとえば、タスコジャパン株式会社製「高精度圧力露点プローブＴＭＳ−４４２−５」などの湿度計を利用することができる。たとえば、湿度計を還元剤排出部内に設置し、湿度計および還元剤排出部を、アルカリ形燃料電池の温度より高い温度に保持することで、水の凝結を伴うことなく、１００％ＲＨ以上の相対湿度Ｈを計測することができる。
【００６８】
第１検出部１０５は、アルカリ形燃料電池のフラッディングまたはドライアップ状態を判断するための他のパラメータとして、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉおよび出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶをさらに検出するものであることが好ましい。Δｉはアルカリ燃料電池がフラッディングまたはドライアップを生じる方向へ向かっているか否かを判断するために有効なパラメータである。また、ΔＶはフラッディングを判断するために有効なパラメータである。
【００６９】
ここでΔｉは、下記式（７）：
Δｉ＝（ｉ1−ｉ0）／（ｔ1−ｔ0）〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕 （７）
〔ｉ0は測定開始時間ｔ0（ｍｉｎ）における電流量（ｍＡ／ｃｍ2）であり、ｉ1は測定終了時間ｔ1における電流量である。〕
で表される。測定時間（すなわち、ｔ1−ｔ0）は、１〜１０分の間で任意の測定時間を選択することができる。電流量ｉ0、ｉ1は、通常用いられている電流計やテスター等を用いて測定することができる。好ましくは、回路内に直接組み込んで電流量を常時測定することができる電流計が用いられる。
【００７０】
ΔＶは、下記式（８）：
ΔＶ＝（Ｖ1−Ｖ0）／（ｔ1−ｔ0）〔ｍＶ／ｍｉｎ〕 （８）
〔Ｖ0は測定開始時間ｔ0（ｍｉｎ）における電圧量（ｍＶ）であり、Ｖ1は測定終了時間ｔ1における電圧量である。〕
で表される。測定時間（すなわち、ｔ1−ｔ0）は、１〜１０分の間で任意の測定時間を選択することができる。電圧量Ｖ0、Ｖ1は、通常用いられている電圧計やテスター等を用いて測定することができる。好ましくは、回路内に直接、並列に組み込んで電圧量を常時測定することができる電圧計が用いられる。
【００７１】
なお、上述のように、燃料電池部１０１は、アルカリ形燃料電池を２以上備えることができる。この場合、ΔｉやΔＶ値は、それぞれのアルカリ形燃料電池ごとに測定されてもよいが、接続関係や制御の容易性の観点から、２以上のアルカリ形燃料電池を１つの燃料電池とみなして、全体としてのΔｉやΔＶ値を測定することが好ましい。
【００７２】
（第１制御部）
第１制御部１０６は、第１検出部１０５から出力される検出結果信号（相対湿度Ｈ、または、相対湿度Ｈ、ΔｉおよびΔＶ値）に基づいて、第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を制御する部位であり、第１調整部１０４および第１検出部１０５に接続される。第１調整部１０４および燃料電池部１０１が上述の温度検知手段を備える場合には、これらとも接続され、温度検知手段からの検知信号に基づいて、調湿器による温度調整を制御する。具体的には、第１制御部１０６は、第１検出部１０５から出力される検出結果信号を、後述するフローに従って逐次受信し、受信された相対湿度Ｈ、Δｉ、ΔＶ値と、予め設定した所定値との大小関係を判定する（この点については後で詳述する。）。この判定結果に基づき、アノード極の湿度が最適になるよう第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整の制御を行なう。第１制御部１０６としては、特に制限されず、たとえば、パーソナルコンピュータなどを用いることができる。
【００７３】
（その他の構成部位）
本実施形態のアルカリ形燃料電池システム（後述する他の実施形態についても同様である。）は、上記で述べたもの以外の他の構成部位を含むことができる。たとえば、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムは、通常、アルカリ形燃料電池のアノードセパレータを通過した還元剤を外部に排出するための還元剤排出部、および、カソードセパレータを通過した酸化剤を外部に排出するための酸化剤排出部を備える。還元剤排出部および酸化剤排出部はそれぞれ、アノードセパレータの還元剤流路、カソードセパレータの酸化剤流路の出口側端部に接続することができる。また、燃料電池部から排出された還元剤を放出できる程度まで希釈するための希釈部、あるいは、燃料電池部から排出された還元剤を還元剤供給部に戻すためのリサイクル用配管が設けられてもよい。
【００７４】
［ｂ］アノード極の湿度制御
次に、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御について、いくつかの例を示して詳細に説明する。なお、下記に例示するアノード極の湿度制御フローは、アルカリ形燃料電池の稼動中、所定の時間間隔を設けて繰り返し行なうことが好ましい。
【００７５】
（アノード極湿度制御フロー１）
図３は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の一例を示すフローチャートである。図３に示される湿度制御においては、まず、第１検出部１０５により出口側相対湿度Ｈが検出される。そして、検出されたＨが所定値ＡH（ただし、ＡHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下であるか否か、および、所定値ＢH（ただし、ＢHは１００％ＲＨより大きい値である。）以上であるか否か（換言すれば、Ｈが１００％ＲＨを含むＡH超ＢH未満の範囲内でないかどうか）が、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ３０１）。この判定結果に基づき、第１制御部１０６は、第１調整部１０４を次のように制御する。
【００７６】
〔１〕Ｈが所定値ＡH以下である場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度（入口側湿度）の増加を行なうように制御する（ステップＳ３０２）。このような制御は、本発明では「Ｈ≦ＡH」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ≦ＡH」（排出された還元剤の相対湿度が過度に低いこと）は、アノード極内の湿度が十分に高くないことを意味しているといえるからである。
【００７７】
〔２〕Ｈが所定値ＢH以上である場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度（入口側湿度）の低減を行なうように制御する（ステップＳ３０３）。このような制御は、本発明では「Ｈ≧ＢH」との判定結果が「フラッディング（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ≧ＢH」（排出された還元剤の相対湿度が過度に高いこと）は、アノード極内の湿度が過度に高くなっていることを意味しているといえるからである。
【００７８】
このように、本例のアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するために適用することができる。すなわち、本例の湿度制御は、相対湿度Ｈの検出結果に基づいて、フィードバック制御を行なうものである。本例のアノード極の湿度制御は、出口側相対湿度Ｈのみを検出すればよいため、迅速な制御を行なうことができる点において有利である。
【００７９】
アノード極の湿度制御は、アノード極に供給される還元剤の流量調整のみで行なってもよいし、還元剤の湿度調整のみで行なってもよいし、流量および湿度の双方を調整することにより行なってもよい（後述する他の湿度制御フローにおいても同様である。）。還元剤の流量調整は、アノード極の湿度制御を容易、かつ迅速に行なうことができる点で有利である。一方、還元剤の湿度調整は、アノード極の湿度制御を高い精度で行なうことができる点で有利である。
【００８０】
なお、アノード極の湿度を低減させるために還元剤の流量を増加させる場合においては、還元剤の利用効率を考慮して、還元剤の流量を極端に大きくすることは避けることが好ましい。一方、アノード極の湿度を増加させるために還元剤の流量を低減させる場合においては、要求される電力量を供給できなくなるおそれがあることから、還元剤の流量を極端に小さくすることは避けることが好ましい。また、アノード極の湿度を低減させるために還元剤の湿度（入口側湿度）を低減させる場合においては、還元剤の湿度を極端に小さくすることは避けることが好ましい。アノード極の入口側の湿度が極端に低くなることによってアノード極の入口側と出口側との間で極端な湿度差が生じ、ひいては反応量に極端な差が生じて、燃料電池の劣化が生じやすくなるためである。このような適切な範囲内での還元剤の流量および／または湿度の調整は、たとえば、上述した調整後（または調整前後）の還元剤の流量および／または湿度を検知する検知器の検知結果に基づく制御により達成することができる。以上の還元剤の流量および湿度の下限値および上限値に関する事項は、後述する他の湿度制御フローにおいても当てはまる。
【００８１】
所定値ＡHは、好ましくは８０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、より好ましくは９０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内である。また、所定値ＢHは、好ましくは１０５〜１５０〔％ＲＨ〕の範囲内であり、より好ましくは１０５〜１３０〔％ＲＨ〕の範囲内である。
【００８２】
本例の湿度制御において、検出されたＨがＡH＜Ｈ＜ＢHを満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のＨの検出時まで第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【００８３】
（アノード極湿度制御フロー２）
図４は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図４に示される湿度制御においては、まず、第１検出部１０５によりΔｉが検出される。そして、検出されたΔｉが０を含むＣi〜Ｄi（ただし、Ｃiは負の値であり、Ｄiは正の値である。）の範囲内であるか否かが、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ４０１）。ΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内である場合（すなわち、アルカリ形燃料電池の動作状態の変化がほぼなく、電流量の増減によるアノード極で生成する水の量の変化がほぼないと判断できる場合）、第１制御部１０６は、第１検出部１０５が出口側相対湿度Ｈを検出するように制御する（なお、ΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内でない場合については後述。）。そして、検出されたＨが所定値ＡH（ＡHは上記と同じ意味である。）以下であるか否か、および、所定値ＢH（ＢHは上記と同じ意味である。）以上であるか否か（換言すれば、ＨがＡH超ＢH未満の範囲内でないかどうか）が、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ４０２）。この判定結果に基づき、第１制御部１０６は、第１調整部１０４等を次のように制御する。
【００８４】
〔１〕Ｈが所定値ＡH以下である場合には、第１制御部１０６は、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ４０３）。このような制御は、本発明では「Ｈ≦ＡH」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ≦ＡH」（排出された還元剤の相対湿度が過度に低いこと）は、アノード極内の湿度が十分に高くないことを意味しているといえるからである。
【００８５】
〔２〕Ｈが所定値ＢH以上である場合には、第１制御部１０６は、アノード極に供給される還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度（入口側湿度）の低減を行なうように制御する（ステップＳ４０４）。このような制御は、本発明では「Ｈ≧ＢH」との判定結果が「フラッディング（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ≧ＢH」（排出された還元剤の相対湿度が過度に高いこと）は、アノード極内の湿度が過度に高くなっていることを意味しているといえるからである。
【００８６】
検出されたＨがＡH＜Ｈ＜ＢHを満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のΔｉの検出時まで第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【００８７】
以上のフロー制御により、電流量の増減によるアノード極で生成する水の量の変化がほぼない場合において生じ得るドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）を改善することができる。
【００８８】
Δｉの所定値Ｃiは、好ましくは−５０〜−２５〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、より好ましくは−４０〜−３０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内である。所定値Ｄiは、好ましくは＋２５〜＋５０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、より好ましくは＋３０〜＋４０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内である。
【００８９】
ここで、図５を参照して、検出されたΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内でない場合においては、第１制御部１０６は、第１調整部１０４を次のように制御することが好ましい。
【００９０】
〔１〕Δｉが所定値Ｃiより小さい場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ５０１）。このような制御は、本発明では「Δｉ＜Ｃi」との判定結果が「ドライアップを生じる方向へ向かっている」と判断されることに基づく。「Δｉ＜Ｃi（電流値の低下）」は、アノード極での反応により生成する水量の低下、ひいてはアノード極の湿度の低下をもたらし、結果、ドライアップを生じやすいからである。
【００９１】
〔２〕Δｉが所定値Ｄiより大きい場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ５０２）。このような制御は、本発明では「Δｉ＞Ｄi」との判定結果が「フラッディングを生じる方向へ向かっている」と判断されることに基づく。「Δｉ＞Ｄi（電流値の上昇）」は、アノード極での反応により生成する水量の増加、ひいてはアノード極の湿度の増加をもたらし、結果、フラッディングを生じやすいからである。
【００９２】
このように、本例の湿度制御では、Δｉおよび相対湿度Ｈをこの順で検出し、アノード極の湿度の最適化を行なう。これらの特性をリアルタイムに検出することにより、アノード極の湿度状態を把握することができ、これに応じてアノード極の湿度を最適に制御することができる。Δｉの検出結果に基づくアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生の未然防止に有効であり、相対湿度Ｈの検出結果に基づくアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するのに有効である。このように本例の湿度制御は、Δｉの検出結果に基づくフィードフォワード制御と相対湿度Ｈの検出結果に基づくフィードバック制御の２つの制御手法を組み合わせたものである。
【００９３】
（アノード極湿度制御フロー３）
図６は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図６に示される湿度制御においては、まず、第１検出部１０５によりΔｉが検出される。そして、検出されたΔｉが０を含むＣi〜Ｄi（ＣiおよびＤiは上記と同じ意味である。）の範囲内であるか否かが、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ６０１）。ΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内である場合、第１制御部１０６は、第１検出部１０５が出口側相対湿度Ｈを検出するように制御する（なお、ΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内でない場合については後述。）。そして、検出されたＨが所定値ＥH（ただし、ＥHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下であるか否か、および、所定値ＦH（ただし、ＦH＝１００％ＲＨである。）以上であるか否か（換言すれば、ＨがＥH超ＦH未満の範囲内でないかどうか）が、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ６０２）。この判定結果に基づき、第１制御部１０６は、第１調整部１０４等を次のように制御する。
【００９４】
〔１〕Ｈが所定値ＥH以下である場合には、第１制御部１０６は、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ６０３）。このような制御は、本発明では「Ｈ≦ＥH」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。
【００９５】
〔２〕Ｈが所定値ＦH以上である場合には、第１制御部１０６は、第１検出部１０５がΔＶを検出するように制御する。そして、検出されたΔＶが所定値ＧV（ただし、Ｇvは負の値である。）未満であるか否かが、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ６０４）。検出されたΔＶが所定値Ｇv未満の場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ６０５）。このような制御は、本発明では、「Ｈ≧ＦH」およびそれに続く「ΔＶ＜ＧV」との判定結果が「電圧値の低下がドライアップではなく、フラッディングによるもの」と判断されることに基づく。すなわち、「ΔＶ＜ＧV」（電圧値の低下）との判定結果はドライアップまたはフラッディングが生じていること、あるいはその傾向にあることを意味するが、「Ｈ≧ＦH」との判定結果はドライアップ（あるいはその傾向）が生じていないことを意味している。
【００９６】
一方、ステップＳ６０４において検出されたΔＶがＧV以上である場合には、還元剤の流量および／または湿度の調整は不要である。「ΔＶ≧ＧV」との判定結果は、電圧値が増加しており、ドライアップまたはフラッディング（あるいはそのような傾向）を生じていないと判断されるためである。
【００９７】
〔３〕ステップＳ６０２において検出されたＨがＥH＜Ｈ＜ＦHを満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のΔｉの検出時まで第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【００９８】
相対湿度Ｈの所定値ＥHは、好ましくは８０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、より好ましくは９０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内である。また、ΔＶの所定値ＧVは、好ましくは−５０〜−２〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内であり、より好ましくは−３０〜−１０〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内である。
【００９９】
ここで、図７を参照して、検出されたΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内でない場合においては、上述のアノード極湿度制御フロー２と同様、第１制御部１０６は、第１調整部１０４を次のように制御することが好ましい。
【０１００】
〔１〕Δｉが所定値Ｃiより小さい場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ７０１）。
【０１０１】
〔２〕Δｉが所定値Ｄiより大きい場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ７０２）。
【０１０２】
このように、本例の湿度制御では、Δｉ、相対湿度ＨおよびΔＶをこの順で検出し、アノード極の湿度の最適化を行なう。これらの特性をリアルタイムに検出することにより、アノード極の湿度状態を把握することができ、これに応じてアノード極の湿度を最適に制御することができる。Δｉの検出結果に基づくアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生の未然防止に有効であり、相対湿度ＨおよびΔＶの検出結果に基づくアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するのに有効である。このように本例の湿度制御は、Δｉの検出結果に基づくフィードフォワード制御と相対湿度ＨおよびΔＶの検出結果に基づくフィードバック制御の２つの制御手法を組み合わせたものである。特に、本例によれば、ステップＳ６０２において「Ｈ≧ＦH」でないと判定されれば、ΔＶの検出は不要であり、比較的簡便にアノード極の湿度の最適化を行なうことができる。
【０１０３】
（アノード極湿度制御フロー４）
図８は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図８に示される湿度制御においては、まず、第１検出部１０５によりΔｉが検出される。そして、検出されたΔｉが０を含むＣi〜Ｄi（ＣiおよびＤiは上記と同じ意味である。）の範囲内であるか否かが、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ８０１）。ΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内である場合、第１制御部１０６は、第１検出部１０５がΔＶを検出するように制御する（なお、ΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内でない場合については後述。）。そして、検出されたΔＶが所定値Ｇv（Ｇvは上記と同じ意味である。）未満であるか否かが、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ８０２）。この判定結果に基づき、第１制御部１０６は、第１調整部１０４等を次のように制御する。
【０１０４】
〔１〕ΔＶが所定値Ｇv未満である場合には、第１制御部１０６は、第１検出部１０５が出口側相対湿度Ｈを検出するように制御する。そして、検出されたＨが所定値ＥH（ＥHは上記と同じ意味である。）以下であるか否か、および、所定値ＦH（ＦHは上記と同じ意味である。）以上であるか否か（換言すれば、ＨがＥH超ＦH未満の範囲内でないかどうか）が、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ８０３）。検出されたＨが所定値ＥH以下である場合には、第１制御部１０６は、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ８０４）。このような制御は、本発明では「Ｈ≦ＥH」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。
【０１０５】
一方、ステップＳ８０３にて検出されたＨが所定値ＦH以上である場合には、第１制御部１０６は、アノード極に供給される還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ８０５）。このような制御は、本発明では、「ΔＶ＜ＧV」およびそれに続く「Ｈ≧ＦH」との判定結果が「電圧値の低下がドライアップではなく、フラッディングによるもの」と判断されることに基づく。すなわち、「ΔＶ＜ＧV」（電圧値の低下）との判定結果はドライアップまたはフラッディングが生じていること、あるいはその傾向にあることを意味するが、「Ｈ≧ＦH」との判定結果はドライアップ（あるいはその傾向）が生じていないことを意味している。
【０１０６】
〔２〕ステップＳ８０３において検出されたＨがＥH＜Ｈ＜ＦHを満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のΔｉの検出時まで第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【０１０７】
〔３〕ステップＳ８０２において検出されたΔＶが所定値Ｇv以上である場合には、還元剤の流量および／または湿度の調整は不要である。「ΔＶ≧ＧV」との判定結果は、電圧値が増加しており、ドライアップまたはフラッディング（あるいはそのような傾向）を生じていないと判断されるためである。
【０１０８】
図９に示されるように、本例の湿度制御においても、検出されたΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内でない場合においては、第１制御部１０６は、上述のアノード極湿度制御フロー２および３と同様の制御を行なうことが好ましい。すなわち、Δｉが所定値Ｃiより小さい場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し（ステップＳ９０１）、Δｉが所定値Ｄiより大きい場合には、還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ９０２）ことが好ましい。
【０１０９】
このように、本例の湿度制御では、Δｉ、ΔＶおよび相対湿度Ｈをこの順で検出し、アノード極の湿度の最適化を行なう。これらの特性をリアルタイムに検出することにより、アノード極の湿度状態を把握することができ、これに応じてアノード極の湿度を最適に制御することができる。Δｉの検出結果に基づくアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生の未然防止に有効であり、相対湿度ＨおよびΔＶの検出結果に基づくアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するのに有効である。このように本例の湿度制御は、Δｉの検出結果に基づくフィードフォワード制御と相対湿度ＨおよびΔＶの検出結果に基づくフィードバック制御の２つの制御手法を組み合わせたものである。特に、本例によれば、ステップＳ８０２において「ΔＶ＜ＧV」でない（すなわち、「ΔＶ≧ＧV」）と判断されれば、出口側相対湿度Ｈの検出は不要であり、比較的簡便にアノード極の湿度の最適化を行なうことができる。
【０１１０】
＜第２の実施形態＞
［ａ］アルカリ形燃料電池システムの構成
図１０は、本発明に係る上記アルカリ形燃料電池システム〔Ｂ〕の構成の一例を示す概略図である。図１０に示されるアルカリ形燃料電池システム１０００は、アルカリ形燃料電池が有するカソード極の湿度を最適に調整することが可能なシステムであり、アルカリ形燃料電池を含む燃料電池部１００１；燃料電池部１００１に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部１００２；燃料電池部１００１に接続され、アルカリ形燃料電池のカソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部１００３；酸化剤供給部１００３に接続され、カソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度を調整するための第２調整部１００４；燃料電池部１００１に接続され、アルカリ形燃料電池のカソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’を少なくとも検出する第２検出部１００５；ならびに、第２調整部１００４および第２検出部１００５に接続され、第２検出部１００５による検出結果に基づいて、第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第２制御部１００６を含む。
【０１１１】
第２検出部１００５は、カソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’のほか、好ましくは、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉ’および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ’をさらに検出するものである。
【０１１２】
なお以下では、カソード極に供給される酸化剤の湿度（相対湿度）を酸化剤の「入口側湿度（入口側相対湿度）」とも称し、カソード極から排出される酸化剤の湿度（相対湿度Ｈ’）を酸化剤の「出口側湿度（出口側相対湿度Ｈ’）」とも称する。
【０１１３】
本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによれば、酸化剤の出口側相対湿度Ｈ’、さらにはΔｉおよびΔＶのような電池特性を検出し、当該検出結果に基づいてリアルタイムにアルカリ形燃料電池のカソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度（入口側湿度）の最適化を行なうことができるため、カソード極の湿度が最適化され、結果、上述したカソード極への酸化剤の供給を阻害させる「フラッディング」および電解質膜の水分が過少となりアニオン伝導抵抗を増加させる「ドライアップ」の未然防止または改善を図ることが可能になる。これにより、安定して高い出力電圧を維持することができる。
【０１１４】
本実施形態のアルカリ形燃料電池システムが備える燃料電池部、還元剤供給部および酸化剤供給部の構成は、上記第１の実施形態で説明したものと同様であることができる。
【０１１５】
（第２調整部）
第２調整部１００４は、酸化剤供給部１００３を流通する（カソード極に供給されることとなる）酸化剤の流量あるいは湿度（相対湿度）、またはこれらの双方を調整するための部位であり、酸化剤供給部１００３に接続される。第２調整部１００４は、上記第１の実施形態で説明した第１調整部と同様、たとえば、酸化剤供給部１００３内に設けられた、酸化剤の流量を調整する流量調整弁あるいは酸化剤の湿度を調整する調湿器、またはこれらの双方であることができる。流量調整弁および調湿器は従来公知のものであってよい。調湿器の具体例も第１調整部と同様である。
【０１１６】
第２調整部１００４によって調節される「酸化剤の湿度」は、下記式（９）：
酸化剤の湿度＝〔第２調整部（調湿器）の温度における水の飽和蒸気圧〕／〔アルカリ形燃料電池の温度における水の飽和蒸気圧〕 （９）
により定義される。
【０１１７】
第２調整部１００４は、任意で、調整後（または調整前後）の酸化剤の流量および／または湿度（すなわち、入口側湿度）を検知する検知器を有していてもよい。この場合、当該検知器の検知結果を参照することにより、第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度調整を好適な範囲内で行なうことが可能になる。
【０１１８】
（第２検出部）
第２検出部１００５は、燃料電池部１００１に接続される、アルカリ形燃料電池のカソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’（出口側相対湿度Ｈ’）を少なくとも検出するための部位である。本発明において、出口側相対湿度Ｈ’は、アルカリ燃料電池にフラッディングもしくはドライアップがすでに生じているか（あるいはそのような兆候が認められるか）否かを判断するためのパラメータである。出口側相対湿度Ｈ’を検出し、この検出結果に基づき、カソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度を適切に調整することにより、フラッディングもしくはドライアップの改善を図ることができる。
【０１１９】
第２検出部８０５は、図２を参照して、カソードセパレータ２０５が有する酸化剤流路２０７の出口側端部または当該端部に接続される、酸化剤を外部に排出するための酸化剤排出部に設けられる湿度計を含むものであることができる。酸化剤の相対湿度Ｈ’の検出を行なう湿度計としては、たとえば、タスコジャパン株式会社製「高精度圧力露点プローブＴＭＳ−４４２−５」などの湿度計を利用することができる。たとえば、湿度計を酸化剤排出部内に設置し、湿度計および酸化剤排出部を、アルカリ形燃料電池の温度より高い温度に保持することで、水の凝結を伴うことなく、１００％ＲＨ以上の相対湿度Ｈ’を計測することができる。
【０１２０】
第２検出部１００５は、アルカリ形燃料電池のフラッディングまたはドライアップ状態を判断するための他のパラメータとして、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉ’および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ’をさらに検出するものであることが好ましい。Δｉ’はアルカリ燃料電池がフラッディングまたはドライアップを生じる方向へ向かっているか否かを判断するために有効なパラメータである。また、ΔＶ’はフラッディングを判断するために有効なパラメータである。Δｉ’およびΔＶ’はそれぞれ、第１の実施形態におけるΔｉおよびΔＶと同様、上記式（７）および（８）で定義される。
【０１２１】
（第２制御部）
第２制御部１００６は、第２検出部１００５から出力される検出結果信号（相対湿度Ｈ’、または、相対湿度Ｈ’、Δｉ’およびΔＶ’値）に基づいて、第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整を制御する部位であり、第２調整部１００４および第２検出部１００５に接続される。第２調整部１００４および燃料電池部１００１が、第１の実施形態において説明したような温度検知手段を備える場合には、これらとも接続され、温度検知手段からの検知信号に基づいて、調湿器による温度調整を制御する。具体的には、第２制御部１００６は、第２検出部１００５から出力される検出結果信号を、後述するフローに従って逐次受信し、受信された相対湿度Ｈ’、Δｉ’、ΔＶ’値と、予め設定した所定値との大小関係を判定する（この点については後で詳述する。）。この判定結果に基づき、カソード極の湿度が最適になるよう第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整の制御を行なう。第２制御部１００６としては、特に制限されず、たとえば、パーソナルコンピュータなどを用いることができる。
【０１２２】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様、還元剤（燃料）としては、たとえば、Ｈ2ガス、炭化水素ガス、アンモニアガスなどを用いることができる。なかでも、Ｈ2ガスを用いることが好ましい。酸化剤としては、たとえば、Ｏ2ガスや、空気等のＯ2を含むガスなどを用いることができる。なかでも、空気が好ましく用いられる。
【０１２３】
［ｂ］カソード極の湿度制御
次に、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御について、いくつかの例を示して詳細に説明する。なお、下記に例示するカソード極の湿度制御フローは、アルカリ形燃料電池の稼動中、所定の時間間隔を設けて繰り返し行なうことが好ましい。
【０１２４】
（カソード極湿度制御フロー１）
図１１は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の一例を示すフローチャートである。図１１に示される湿度制御においては、まず、第２検出部１００５により出口側相対湿度Ｈ’が検出される。そして、検出されたＨ’が所定値ＡH’（ただし、ＡH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下であるか否か、および、所定値ＢH’（ただし、ＢH’は１００％ＲＨより大きい値である。）以上であるか否か（換言すれば、Ｈ’が１００％ＲＨを含むＡH超ＢH未満の範囲内でないかどうか）が、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１１０１）。この判定結果に基づき、第２制御部１００６は、第２調整部１００４を次のように制御する。
【０１２５】
〔１〕Ｈ’が所定値ＡH’以下である場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度（入口側湿度）の増加を行なうように制御する（ステップＳ１１０２）。このような制御は、本発明では「Ｈ’≦ＡH’」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ’≦ＡH’」（排出された酸化剤の相対湿度が過度に低いこと）は、カソード極内の湿度が十分に高くないことを意味しているといえるからである。
【０１２６】
〔２〕Ｈ’が所定値ＢH’以上である場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度（入口側湿度）の低減を行なうように制御する（ステップＳ１１０３）。このような制御は、本発明では「Ｈ’≧ＢH’」との判定結果が「フラッディング（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ’≧ＢH’」（排出された酸化剤の相対湿度が過度に高いこと）は、カソード極内の湿度が過度に高くなっていることを意味しているといえるからである。
【０１２７】
このように、本例のカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するために適用することができる。すなわち、本例の湿度制御は、相対湿度Ｈ’の検出結果に基づいて、フィードバック制御を行なうものである。本例のカソード極の湿度制御は、出口側相対湿度Ｈ’のみを検出すればよいため、迅速な制御を行なうことができる点において有利である。
【０１２８】
カソード極の湿度制御は、カソード極に供給される酸化剤の流量調整のみで行なってもよいし、酸化剤の湿度調整のみで行なってもよいし、流量および湿度の双方を調整することにより行なってもよい（後述する他の湿度制御フローにおいても同様である。）。酸化剤の流量調整は、カソード極の湿度制御を容易、かつ迅速に行なうことができる点で有利である。一方、酸化剤の湿度調整は、カソード極の湿度制御を高い精度で行なうことができる点で有利である。
【０１２９】
なお、カソード極の湿度を増加させるために酸化剤の流量を増加させる場合においては、酸化剤供給のためにファンなどの補機を用いたときに補機の電力ロスが大きくなることから、酸化剤の流量を極端に大きくすることは避けることが好ましい。一方、カソード極の湿度を低減させるために酸化剤の流量を低減させる場合においては、要求される電力量を供給できなくなるおそれがあることから、酸化剤の流量を極端に小さくすることは避けることが好ましい。また、カソード極の湿度を増加させるために酸化剤の湿度（入口側湿度）を増加させる場合においては、酸化剤の湿度を極端に大きくすることは避けることが好ましい。カソード極の入口側の湿度が極端に高くなることによってカソード極の入口側と出口側との間で極端な湿度差が生じ、ひいては反応量に極端な差が生じて、燃料電池の劣化が生じやすくなるためである。このような適切な範囲内での酸化剤の流量および／または湿度の調整は、たとえば、上述した調整後（または調整前後）の酸化剤の流量および／または湿度を検知する検知器の検知結果に基づく制御により達成することができる。以上の酸化剤の流量および湿度の下限値および上限値に関する事項は、後述する他の湿度制御フローにおいても当てはまる。
【０１３０】
所定値ＡH’は、好ましくは７０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、より好ましくは８５〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内である。また、所定値ＢH’は、好ましくは１０５〜１３０〔％ＲＨ〕の範囲内であり、より好ましくは１０５〜１１５〔％ＲＨ〕の範囲内である。
【０１３１】
本例の湿度制御において、検出されたＨ’がＡH’＜Ｈ’＜ＢH’を満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のＨ’の検出時まで第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【０１３２】
（カソード極湿度制御フロー２）
図１２は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図１２に示される湿度制御においては、まず、第２検出部１００５によりΔｉ’が検出される。そして、検出されたΔｉ’が０を含むＣi’〜Ｄi’（ただし、Ｃi’は負の値であり、Ｄi’は正の値である。）の範囲内であるか否かが、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１２０１）。Δｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内である場合（すなわち、アルカリ形燃料電池の動作状態の変化がほぼなく、電流量の増減によるカソード極で消費される水の量の変化がほぼないと判断できる場合）、第２制御部１００６は、第２検出部１００５が出口側相対湿度Ｈ’を検出するように制御する（なお、Δｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内でない場合については後述。）。そして、検出されたＨ’が所定値ＡH’（ＡH’は上記と同じ意味である。）以下であるか否か、および、所定値ＢH’（ＢH’は上記と同じ意味である。）以上であるか否か（換言すれば、Ｈ’がＡH’超ＢH’未満の範囲内でないかどうか）が、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１２０２）。この判定結果に基づき、第２制御部１００６は、第２調整部１００４等を次のように制御する。
【０１３３】
〔１〕Ｈ’が所定値ＡH’以下である場合には、第２制御部１００６は、カソード極に供給される酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ１２０３）。このような制御は、本発明では「Ｈ’≦ＡH’」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ’≦ＡH’」（排出された酸化剤の相対湿度が過度に低いこと）は、カソード極内の湿度が十分に高くないことを意味しているといえるからである。
【０１３４】
〔２〕Ｈ’が所定値ＢH’以上である場合には、第２制御部１００６は、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度（入口側湿度）の低減を行なうように制御する（ステップＳ１２０４）。このような制御は、本発明では「Ｈ’≧ＢH’」との判定結果が「フラッディング（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ’≧ＢH’」（排出された酸化剤の相対湿度が過度に高いこと）は、カソード極内の湿度が過度に高くなっていることを意味しているといえるからである。
【０１３５】
検出されたＨ’がＡH’＜Ｈ’＜ＢH’を満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のΔｉ’の検出時まで第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【０１３６】
以上のフロー制御により、電流量の増減によるカソード極で消費される水の量の変化がほぼない場合において生じ得るドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）を改善することができる。
【０１３７】
Δｉ’の所定値Ｃi’は、好ましくは−５０〜−２５〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、より好ましくは−４０〜−３０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内である。所定値Ｄi’は、好ましくは＋２５〜＋５０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、より好ましくは＋３０〜＋４０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内である。
【０１３８】
ここで、図１３を参照して、検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内でない場合においては、第２制御部１００６は、第２調整部１００４を次のように制御することが好ましい。
【０１３９】
〔１〕Δｉ’が所定値Ｃi’より小さい場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ１３０１）。このような制御は、本発明では「Δｉ’＜Ｃi’」との判定結果が「フラッディングを生じる方向へ向かっている」と判断されることに基づく。「Δｉ’＜Ｃi’（電流値の低下）」は、カソード極での反応により消費される水量の低下、したがってカソード極の湿度の増加をもたらし、結果、フラッディングを生じやすいからである。
【０１４０】
〔２〕Δｉ’が所定値Ｄi’より大きい場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ１３０２）。このような制御は、本発明では「Δｉ’＞Ｄi’」との判定結果が「ドライアップを生じる方向へ向かっている」と判断されることに基づく。「Δｉ’＞Ｄi’（電流値の上昇）」は、カソード極での反応により消費される水量の増加、したがってカソード極の湿度の低下をもたらし、結果、ドライアップを生じやすいからである。
【０１４１】
このように、本例の湿度制御では、Δｉ’および相対湿度Ｈ’をこの順で検出し、カソード極の湿度の最適化を行なう。これらの特性をリアルタイムに検出することにより、カソード極の湿度状態を把握することができ、これに応じてカソード極の湿度を最適に制御することができる。Δｉ’の検出結果に基づくカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生の未然防止に有効であり、相対湿度Ｈ’の検出結果に基づくカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するのに有効である。このように本例の湿度制御は、Δｉ’の検出結果に基づくフィードフォワード制御と相対湿度Ｈ’の検出結果に基づくフィードバック制御の２つの制御手法を組み合わせたものである。
【０１４２】
（カソード極湿度制御フロー３）
図１４は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図１４に示される湿度制御においては、まず、第２検出部１００５によりΔｉ’が検出される。そして、検出されたΔｉ’が０を含むＣi’〜Ｄi’（Ｃi’およびＤi’は上記と同じ意味である。）の範囲内であるか否かが、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１４０１）。Δｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内である場合、第２制御部１００６は、第２検出部１００５が出口側相対湿度Ｈ’を検出するように制御する（なお、Δｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内でない場合については後述。）。そして、検出されたＨ’が所定値ＥH’（ただし、ＥH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下であるか否か、および、所定値ＦH’（ただし、ＦH’＝１００％ＲＨである。）以上であるか否か（換言すれば、Ｈ’がＥH’超ＦH’未満の範囲内でないかどうか）が、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１４０２）。この判定結果に基づき、第２制御部１００６は、第２調整部１００４等を次のように制御する。
【０１４３】
〔１〕Ｈ’が所定値ＥH’以下である場合には、第２制御部１００６は、カソード極に供給される酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ１４０３）。このような制御は、本発明では、「Ｈ’≦ＥH’」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。
【０１４４】
〔２〕Ｈ’が所定値ＦH’以上である場合には、第２制御部１００６は、第２検出部１００５がΔＶ’を検出するように制御する。そして、検出されたΔＶ’が所定値ＧV’（ただし、Ｇv’は負の値である。）未満であるか否かが、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１４０４）。検出されたΔＶ’が所定値Ｇv’未満の場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ１４０５）。このような制御は、本発明では、「Ｈ’≧ＦH’」およびそれに続く「ΔＶ’＜ＧV’」との判定結果が「電圧値の低下がドライアップではなく、フラッディングによるもの」と判断されることに基づく。すなわち、「ΔＶ’＜ＧV’」（電圧値の低下）との判定結果はドライアップまたはフラッディングが生じていること、あるいはその傾向にあることを意味するが、「Ｈ’≧ＦH’」との判定結果はドライアップ（あるいはその傾向）が生じていないことを意味している。
【０１４５】
一方、ステップＳ１４０４において検出されたΔＶ’がＧV’以上である場合には、酸化剤の流量および／または湿度の調整は不要である。「ΔＶ’≧ＧV’」との判定結果は、電圧値が増加しており、ドライアップまたはフラッディング（あるいはそのような傾向）を生じていないと判断されるためである。
【０１４６】
〔３〕ステップＳ１４０２において検出されたＨ’がＥH’＜Ｈ’＜ＦH’を満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のΔｉ’の検出時まで第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【０１４７】
相対湿度Ｈ’の所定値ＥH’は、好ましくは７０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、より好ましくは８５〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内である。また、ΔＶ’の所定値ＧV’は、好ましくは−５０〜−２〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内であり、より好ましくは−３０〜−１０〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内である。
【０１４８】
ここで、図１５を参照して、検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内でない場合においては、上述のカソード極湿度制御フロー２と同様、第２制御部１００６は、第２調整部１００４を次のように制御することが好ましい。
【０１４９】
〔１〕Δｉ’が所定値Ｃi’より小さい場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ１５０１）。
【０１５０】
〔２〕Δｉ’が所定値Ｄi’より大きい場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ１５０２）。
【０１５１】
このように、本例の湿度制御では、Δｉ’、相対湿度Ｈ’およびΔＶ’をこの順で検出し、カソード極の湿度の最適化を行なう。これらの特性をリアルタイムに検出することにより、カソード極の湿度状態を把握することができ、これに応じてカソード極の湿度を最適に制御することができる。Δｉ’の検出結果に基づくカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生の未然防止に有効であり、相対湿度Ｈ’およびΔＶ’の検出結果に基づくカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するのに有効である。このように本例の湿度制御は、Δｉ’の検出結果に基づくフィードフォワード制御と相対湿度Ｈ’およびΔＶ’の検出結果に基づくフィードバック制御の２つの制御手法を組み合わせたものである。特に、本例によれば、ステップＳ１４０２において「Ｈ’≧ＦH’」でないと判定されれば、ΔＶ’の検出は不要であり、比較的簡便にカソード極の湿度の最適化を行なうことができる。
【０１５２】
（カソード極湿度制御フロー４）
図１６は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図１６に示される湿度制御においては、まず、第２検出部１００５によりΔｉ’が検出される。そして、検出されたΔｉ’が０を含むＣi’〜Ｄi’（Ｃi’およびＤi’は上記と同じ意味である。）の範囲内であるか否かが、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１６０１）。Δｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内である場合、第２制御部１００６は、第２検出部１００５がΔＶ’を検出するように制御する（なお、Δｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内でない場合については後述。）。そして、検出されたΔＶ’が所定値Ｇv’（Ｇv’は上記と同じ意味である。）未満であるか否かが、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１６０２）。この判定結果に基づき、第２制御部１００６は、第２調整部１００４等を次のように制御する。
【０１５３】
〔１〕ΔＶ’が所定値Ｇv’未満である場合には、第２制御部１００６は、第２検出部１００５が出口側相対湿度Ｈ’を検出するように制御する。そして、検出されたＨ’が所定値ＥH’（ＥH’は上記と同じ意味である。）以下であるか否か、および、所定値ＦH’（ＦH’は上記と同じ意味である。）以上であるか否か（換言すれば、Ｈ’がＥH’超ＦH’未満の範囲内でないかどうか）が、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１６０３）。検出されたＨ’が所定値ＥH’以下である場合には、第２制御部１００６は、カソード極に供給される酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ１６０４）。このような制御は、本発明では、「Ｈ’≦ＥH’」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。
【０１５４】
一方、ステップＳ１６０３にて検出されたＨ’が所定値ＦH’以上である場合には、第２制御部１００６は、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ１６０５）。このような制御は、本発明では、「ΔＶ’＜ＧV’」およびそれに続く「Ｈ’≧ＦH’」との判定結果が「電圧値の低下がドライアップではなく、フラッディングによるもの」と判断されることに基づく。すなわち、「ΔＶ’＜ＧV’」（電圧値の低下）との判定結果はドライアップまたはフラッディングが生じていること、あるいはその傾向にあることを意味するが、「Ｈ’≧ＦH’」との判定結果はドライアップ（あるいはその傾向）が生じていないことを意味している。
【０１５５】
〔２〕ステップＳ１６０３において検出されたＨ’がＥH’＜Ｈ’＜ＦH’を満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のΔｉ’の検出時まで第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【０１５６】
〔３〕ステップＳ１６０２において検出されたΔＶ’が所定値Ｇv’以上である場合には、酸化剤の流量および／または湿度の調整は不要である。「ΔＶ’≧ＧV’」との判定結果は、電圧値が増加しており、ドライアップまたはフラッディング（あるいはそのような傾向）を生じていないと判断されるためである。
【０１５７】
図１７に示されるように、本例の湿度制御においても、検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内でない場合においては、第２制御部１００６は、上述のカソード極湿度制御フロー２および３と同様の制御を行なうことが好ましい。すなわち、Δｉ’が所定値Ｃi’より小さい場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御し（ステップＳ１７０１）、Δｉ’が所定値Ｄi’より大きい場合には、酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ１７０２）ことが好ましい。
【０１５８】
このように、本例の湿度制御では、Δｉ’、ΔＶ’および相対湿度Ｈ’をこの順で検出し、カソード極の湿度の最適化を行なう。これらの特性をリアルタイムに検出することにより、カソード極の湿度状態を把握することができ、これに応じてカソード極の湿度を最適に制御することができる。Δｉ’の検出結果に基づくカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生の未然防止に有効であり、相対湿度Ｈ’およびΔＶ’の検出結果に基づくカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するのに有効である。このように本例の湿度制御は、Δｉ’の検出結果に基づくフィードフォワード制御と相対湿度Ｈ’およびΔＶ’の検出結果に基づくフィードバック制御の２つの制御手法を組み合わせたものである。特に、本例によれば、ステップＳ１６０２において「ΔＶ’＜ＧV’」でない（すなわち、「ΔＶ’≧ＧV’」）と判断されれば、出口側相対湿度Ｈ’の検出は不要であり、比較的簡便にカソード極の湿度の最適化を行なうことができる。
【０１５９】
＜第３の実施形態＞
図１８は、本発明に係るアルカリ形燃料電池システムの構成の他の一例を示す概略図である。図１８に示されるアルカリ形燃料電池システム１８００は、アルカリ形燃料電池が有するアノード極およびカソード極の湿度を最適に調整することが可能なシステムであり、上記第１および第２の実施形態を組み合わせたものといえる。
【０１６０】
図１８に示されるアルカリ形燃料電池システム１８００は、アルカリ形燃料電池を含む燃料電池部１８０１；燃料電池部１８０１に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部１８０２；燃料電池部１８０１に接続され、アルカリ形燃料電池のカソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部１８０３；還元剤供給部１８０２に接続され、アノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度を調整するための第１調整部１８０４ａ；酸化剤供給部１８０３に接続され、カソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度を調整するための第２調整部１８０４ｂ；燃料電池部１８０１に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈおよびカソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’を少なくとも検出する検出部１８０５；ならびに、第１調整部１８０４ａ、第２調整部１８０４ｂおよび検出部１８０５に接続され、検出部１８０５による検出結果に基づいて、第１調整部１８０４ａによる還元剤の流量および／または湿度の調整、ならびに、第２調整部１８０４ｂによる酸化剤の流量および／または湿度の調整を制御するための制御部１８０６を含む。
【０１６１】
検出部１８０５は、アノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈおよびカソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’のほか、好ましくは、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉ（＝Δｉ’）および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ（＝ΔＶ’）をさらに検出するものである。
【０１６２】
本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによれば、還元剤の出口側相対湿度Ｈ、酸化剤の出口側相対湿度Ｈ’さらにはΔｉおよびΔＶのような電池特性を検出し、当該検出結果に基づいてリアルタイムにアルカリ形燃料電池のアノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度（入口側湿度）、さらにはカソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度（入口側湿度）の最適化を行なうことができるため、アノード極、さらにはカソード極の湿度が最適化され、その結果、フラッディングおよびドライアップの未然防止または改善をより効果的に図ることが可能になる。これにより、安定して高い出力電圧を維持することができる。
【０１６３】
本実施形態のアルカリ形燃料電池システムが備える燃料電池部、還元剤供給部および酸化剤供給部の構成は、上記第１の実施形態で説明したものと同様であることができる。第１調整部１８０４ａおよび第２調整部１８０４ｂもまた、それぞれ第１の実施形態における第１調整部１０４、第２の実施形態における第２調整部１００４と同様であることができる。
【０１６４】
検出部１８０５は、アノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈを検出する第１検出部と、カソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’を検出する第２検出部の、独立した２つの検出部から構成されていてもよい。
【０１６５】
制御部１８０６は、第１調整部１８０４ａによる還元剤の流量および／または湿度の調整と、第２調整部１８０４ｂによる酸化剤の流量および／または湿度の調整とをそれぞれ独立に制御できるものであり、第１調整部１８０４ａによる還元剤の流量および／または湿度の調整を制御する制御部と、第２調整部１８０４ｂによる酸化剤の流量および／または湿度の調整を制御する制御部の、独立した２つの制御部から構成されていてもよい。
【０１６６】
本実施形態のアルカリ形燃料電池システムは、上述したアノード極の湿度制御とカソード極の湿度制御とを、アルカリ形燃料電池の稼動中、それぞれ独立に並行して実施する。具体的なアノード極の湿度制御フローおよびカソード極の湿度制御フローは上述のとおりである。
【実施例】
【０１６７】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１６８】
〔アルカリ形燃料電池システムの作製〕
＜実施例１＞
以下の手順でアルカリ形燃料電池システムを作製した。
【０１６９】
（１）膜電極複合体の作製
芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体をクロロメチル化した後、アミノ化することにより、触媒層用のアニオン伝導性固体高分子電解質を得た。これをテトラヒドロフランに添加することにより、５重量％アニオン伝導性固体高分子電解質溶液を得た。
【０１７０】
Ｐｔ担持量が５０重量％のＰｔ／Ｃである触媒担持カーボン粒子（田中貴金属社製「ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ」）と、上記で得られた電解質溶液とを、重量比で２／０．２となるように混合し、さらにイオン交換水およびエタノールを添加することにより、アノード触媒層用の触媒ペーストを作製した。
【０１７１】
同様に、Ｐｔ担持量が５０重量％のＰｔ／Ｃである触媒担持カーボン粒子（田中貴金属社製「ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ」）と、上記で得られた電解質溶液とを、重量比で２／０．２となるように混合し、さらにイオン交換水およびエタノールを添加することにより、カソード触媒層用の触媒ペーストを作製した。
【０１７２】
次に、アノードガス拡散層としてカーボンペーパー（東レ社製「ＴＧＰ−Ｈ−０６０」、厚み約１９０μｍ）を縦２３ｍｍ×横２３ｍｍのサイズに切り出し、そのアノードガス拡散層の一方の面に、上記のアノード触媒層用の触媒ペーストを触媒量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるように、縦２３ｍｍ×横２３ｍｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、室温にて乾燥させることにより、アノードガス拡散層であるカーボンペーパーの片面の全面にアノード触媒層が形成されたアノード極を作製した。得られたアノード極の厚みは約２００μｍであった。
【０１７３】
同様に、カソードガス拡散層としてカーボンペーパー（東レ社製「ＴＧＰ−Ｈ−０６０」、厚み約１９０μｍ）を縦２３ｍｍ×横２３ｍｍのサイズに切り出し、そのカソードガス拡散層の一方の面に、上記のカソード触媒層用の触媒ペーストを触媒量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるように、縦２３ｍｍ×横２３ｍｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、室温にて乾燥させることにより、カソードガス拡散層であるカーボンペーパーの片面の全面にカソード触媒層が形成されたカソード極を作製した。得られたカソード極の厚みは約２００μｍであった。
【０１７４】
次に、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズに切り出したフッ素樹脂系高分子電解質（旭化成社製「アシプレックス」）をアニオン伝導性固体高分子電解質膜として用い、上記アノード極と電解質膜と上記カソード極をこの順で、それぞれの触媒層が電解質膜に対向するように重ね合わせた後、１３０℃、１０ｋＮで２分間の熱圧着を行なうことにより、アノード極およびカソード極を電解質膜に接合し、膜電極複合体を得た。上記重ね合わせは、アノード極とカソード極の電解質膜の面内における位置が一致するように、かつアノード極と電解質膜とカソード極の中心が一致するように行なった。
【０１７５】
（２）アルカリ形燃料電池の作製
上記膜電極複合体を、市販の燃料電池セル（エレクトロケム社製）を分解して取り出した部品と組み合わせて燃料電池を作製した。具体的には、まず、アノード極側集電体（エンドプレート）／カーボン製アノード極セパレータ（ガスフロープレート）／ポリテトラフルオロエチレン製ガスケット／膜電極複合体／ポリテトラフルオロエチレン製ガスケット／カーボン製カソード極セパレータ（ガスフロープレート）／カソード極側集電体（エンドプレート）の順に積層した。なお、両ガスケットの中心部には貫通孔が形成されているため、得られた積層体において、各極セパレータと膜電極複合体とは接触している。最後に、Ｍ３のボルトおよびナットを用いて５Ｎ・ｍで締め付けることによって、アルカリ形燃料電池を得た。
【０１７６】
（３）アルカリ形燃料電池システムの作製
作製したアルカリ形燃料電池を燃料電池部１０１として用い、図１と同様の構成のアルカリ形燃料電池システムを作製した。具体的には次のとおりである。
【０１７７】
還元剤供給部１０２としてのステンレス製の配管を燃料電池部１０１のアノード極セパレータに還元剤を供給できるように接続するとともに、酸化剤供給部１０３としてのステンレス製の配管を燃料電池部１０１のカソード極セパレータに酸化剤を供給できるように接続した。還元剤供給部１０２としてのステンレス製の配管は、第１調整部１０４としての流量調整弁および調湿器を有している。調湿器は、温度制御可能な水浴を有しており、還元剤を水浴中の水中へバブリングさせることにより加湿を行なうタイプである。第１検出部１０５として、アノード極セパレータが有する還元剤流路の出口側端部に湿度計（タスコジャパン株式会社製「高精度圧力露点プローブＴＭＳ−４４２−５」）を設置するとともに、電流計および電圧計を、燃料電池部１０１のアノード極側集電体およびカソード極側集電体に接続した（電流計は燃料電池に対して直列、電圧計は燃料電池に対して並列に接続）。また、第１制御部１０６としてのパーソナルコンピュータを第１検出部１０５に接続して第１検出部１０５からの電気信号を受信可能にするとともに、第１調整部１０４に接続して、第１検出部１０５からの情報に基づき第１調整部１０４に制御情報を送信可能とした。また、燃料電池内部の温度をモニターするために、アノード極セパレータ内部の膜電極複合体近傍に温度センサを設置するとともに、調湿器内部の水浴の温度をモニターするための温度センサを該水浴中に設置した。これらの温度センサの検知結果を第１制御部１０６に送信できるようにした。
【０１７８】
＜実施例２＞
上記実施例１の（１）〜（２）の方法で作製したアルカリ形燃料電池を燃料電池部１００１として用い、図１０と同様の構成のアルカリ形燃料電池システムを作製した。具体的には次のとおりである。
【０１７９】
還元剤供給部１００２としてのステンレス製の配管を燃料電池部１００１のアノード極セパレータに還元剤を供給できるように接続するとともに、酸化剤供給部１００３としてのステンレス製の配管を燃料電池部１００１のカソード極セパレータに酸化剤を供給できるように接続した。酸化剤供給部１００３としてのステンレス製の配管は、第２調整部１００４としての流量調整弁および調湿器を有している。調湿器は、温度制御可能な水浴を有しており、酸化剤を水浴中の水中へバブリングさせることにより加湿を行なうタイプである。第２検出部１００５として、カソード極セパレータが有する酸化剤流路の出口側端部に湿度計（タスコジャパン株式会社製「高精度圧力露点プローブＴＭＳ−４４２−５」）を設置するとともに、電流計および電圧計を、燃料電池部１００１のアノード極側集電体およびカソード極側集電体に接続した（電流計は燃料電池に対して直列、電圧計は燃料電池に対して並列に接続）。また、第２制御部１００６としてのパーソナルコンピュータを第２検出部１００５に接続して第２検出部１００５からの電気信号を受信可能にするとともに、第２調整部１００４に接続して、第２検出部１００５からの情報に基づき第２調整部１００４に制御情報を送信可能とした。また、燃料電池内部の温度をモニターするために、カソード極セパレータ内部の膜電極複合体近傍に温度センサを設置するとともに、調湿器内部の水浴の温度をモニターするための温度センサを該水浴中に設置した。これらの温度センサの検知結果を第２制御部１００６に送信できるようにした。
【０１８０】
＜比較例１＞
第１調整部１０４および第１制御部１０６を有しないこと以外は実施例１と同様にしてアルカリ形燃料電池システムを作製した。
【０１８１】
〔アノード極の湿度制御実験およびその評価〕
（１）図５に示されるフローチャートに従うアノード極の湿度制御
＜実施例Ａ−１＞
実施例１で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝３００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を６００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させ、時刻Ｔ2までこの電流量を維持した（Ｔ1−Ｔ0＝５分）。
【０１８２】
以上の発電操作において、図５に示されるフローチャートに従い、次のようなアノード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃiは−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄiは３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡHは９０％ＲＨ、ＢHは１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ0〜Ｔ1における１分間、第１検出部１０５により電流量を測定して、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉを検出し、「Δｉ＞Ｄi」との判定結果に基づき（ステップＳ４０１）、第１制御部１０６による制御により、還元剤の流量を２倍に増加させることにより、アノード極の湿度を低減させた（ステップＳ５０２）。このようなアノード極の湿度制御の結果、時刻Ｔ1〜Ｔ2において、安定した出力電圧を維持することができた。
【０１８３】
次に、時刻Ｔ2における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻Ｔ2から時刻Ｔ3にかけて直線的に電流量を６００ｍＡ／ｃｍ2から３００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させ、以後この電流量を維持した（Ｔ3−Ｔ2＝５分）。
【０１８４】
以上の発電操作において、図５に示されるフローチャートに従い、次のようなアノード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃiは−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎに設定した。時刻Ｔ2〜Ｔ3における１分間、第１検出部１０５により電流量を測定し、電流量の単位時間あたりの変化量Δｉを検出し、「Δｉ＜Ｃi」との判定結果に基づき（ステップＳ４０１）、第１制御部１０６による制御により、還元剤の流量を半減させ、発電初期の流量に戻すことにより、アノード極の湿度を増加させた（ステップＳ５０１）。このようなアノード極の湿度制御の結果、時刻Ｔ3以降において、安定した出力電圧を維持することができた。
【０１８５】
＜実施例Ａ−２＞
ステップＳ５０２において、還元剤の流量を増加させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約９５％となるように調整し、アノード極の湿度を低減させた以外は実施例Ａ−１と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。また、ステップＳ５０１において、還元剤の流量を低減させる代わりに、還元剤の相対湿度を増加させ、発電初期の相対湿度に戻すことにより、アノード極の湿度を増加させた以外は実施例Ａ−１と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。このようなアノード極の湿度制御の結果、時刻Ｔ1〜Ｔ2および時刻Ｔ3以降において、安定した出力電圧を維持することができた。なお、相対湿度の増減は、第１調整部１０４の調湿器の温度を調整することにより行なった。
【０１８６】
＜比較例Ｘ−１＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システム（第１調整部１０４および第１制御部１０６を有しない。）を用いたこと以外は実施例Ａ−１と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加／低減要請に応じて、実施例Ａ−１と同様に電流量を増加／低下させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ａ−１およびＡ−２の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1〜Ｔ2において、フラッディングが原因と見られる出力電圧の漸次的な低下が認められた。また、時刻Ｔ3以降においては、ドライアップが原因と見られる出力電圧の漸次的な低下が認められた。
【０１８７】
＜実施例Ａ−３＞
実施例１で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝３００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させ、以後この電流量を維持した。
【０１８８】
以上の発電操作において、図５に示されるフローチャートに従い、次のようなアノード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃiは−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄiは３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡHは９０％ＲＨ、ＢHは１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第１検出部１０５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi≦Δｉ≦Ｄi」との判定結果を得た（ステップＳ４０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈを測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ＝１１５％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ≧ＢH」との判定結果を得た（ステップＳ４０２）。
【０１８９】
当該判定結果に基づき、第１制御部１０６による制御により、還元剤の流量を約２倍に増加させることにより、アノード極の湿度を減少させた（ステップＳ４０４）。なお、以上のような図５に示される一連のフローを終了した後、図５のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０１９０】
＜実施例Ａ−４＞
ステップＳ４０４において、還元剤の流量を増加させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約９５％となるように調整し、アノード極の湿度を減少させた以外は実施例Ａ−３と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約９５％となるように減少させた後、図５のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０１９１】
＜比較例Ｘ−２＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システム（第１調整部１０４および第１制御部１０６を有しない。）を用いたこと以外は実施例Ａ−３と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ａ−３と同様に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ａ−３およびＡ−４の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、フラッディングが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０１９２】
＜実施例Ａ−５＞
実施例１で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝７００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させ、以後この電流量を維持した。
【０１９３】
以上の発電操作において、図５に示されるフローチャートに従い、次のようなアノード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃiは−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄiは３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡHは９０％ＲＨ、ＢHは１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第１検出部１０５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi≦Δｉ≦Ｄi」との判定結果を得た（ステップＳ４０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈを測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ＝８５％との検出結果から、「Ｈ≦ＡH」との判定結果を得た（ステップＳ４０２）。
【０１９４】
当該判定結果に基づき、第１制御部１０６による制御により、還元剤の流量を約６０％に減少させることにより、アノード極の湿度を増加させた（ステップＳ４０３）。流量を約６０％倍に減少させた後、図５のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０１９５】
＜実施例Ａ−６＞
ステップＳ４０３において、還元剤の流量を減少させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約１０４％となるように調整し、アノード極の湿度を増加させた以外は実施例Ａ−５と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約１０４％となるように増加させた後、図５のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０１９６】
＜比較例Ｘ−３＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システム（第１調整部１０４および第１制御部１０６を有しない。）を用いたこと以外は実施例Ａ−５と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ａ−５と同様に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ａ−５およびＡ−６の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、ドライアップが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０１９７】
（２）図７に示されるフローチャートに従うアノード極の湿度制御
＜実施例Ｂ−１＞
実施例１で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝３００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させ、以後この電流量を維持した。
【０１９８】
以上の発電操作において、図７に示されるフローチャートに従い、次のようなアノード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃiは−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄiは３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＥHは９０％ＲＨ、ＦHは１００％ＲＨ、ＧVは−３０ｍＶ／ｍｉｎに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第１検出部１０５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi≦Δｉ≦Ｄi」との判定結果を得た（ステップＳ４０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈを測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ＝１００％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ≧ＦH」との判定結果を得た（ステップＳ４０２）。さらに続いて、当該判定結果に基づき出力電圧値を測定し（測定時間１分）、出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ＝−６０ｍＶ／ｍｉｎとの検出結果から、「ΔＶ＜ＧV」との判定結果を得た（ステップＳ４０４）。
【０１９９】
当該判定結果に基づき、第１制御部１０６による制御により、還元剤の流量を約２．３倍に増加させることにより、アノード極の湿度を減少させた（ステップＳ４０５）。流量を約２．３倍に増加させた後、図７のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２００】
＜実施例Ｂ−２＞
ステップＳ４０５において、還元剤の流量を増加させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約９５％となるように調整し、アノード極の湿度を減少させた以外は実施例Ｂ−１と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約９５％となるように減少させた後、図７のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２０１】
＜比較例Ｘ−２＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システム（第１調整部１０４および第１制御部１０６を有しない。）を用いたこと以外は実施例Ｂ−１と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ｂ−１と同様に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｂ−１およびＢ−２の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、フラッディングが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０２０２】
＜実施例Ｂ−３＞
実施例１で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝７００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させ、以後この電流量を維持した。
【０２０３】
以上の発電操作において、図７に示されるフローチャートに従い、次のようなアノード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃiは−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄiは３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＥHは９０％ＲＨ、ＦHは１００％ＲＨ、ＧVは−３０ｍＶ／ｍｉｎに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第１検出部１０５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi≦Δｉ≦Ｄi」との判定結果を得た（ステップＳ４０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈを測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ＝８５％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ≦ＥH」との判定結果を得た（ステップＳ４０２）。
【０２０４】
当該判定結果に基づき、第１制御部１０６による制御により、還元剤の流量を約６０％に減少させることにより、アノード極の湿度を増加させた（ステップＳ４０３）。流量を約６０％倍に減少させた後、図７のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２０５】
＜実施例Ｂ−４＞
ステップＳ４０３において、還元剤の流量を減少させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約１０４％となるように調整し、アノード極の湿度を増加させた以外は実施例Ｂ−３と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約１０４％となるように増加させた後、図７のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２０６】
＜比較例Ｘ−３＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システム（第１調整部１０４および第１制御部１０６を有しない。）を用いたこと以外は実施例Ｂ−３と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ｂ−３と同様に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで減少させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｂ−３およびＢ−４の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、ドライアップが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０２０７】
〔カソード極の湿度制御実験およびその評価〕
（１）図１３に示されるフローチャートに従うカソード極の湿度制御
＜実施例Ｃ−１＞
実施例２で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝３００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を６００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させ、時刻Ｔ2までこの電流量を維持した（Ｔ1−Ｔ0＝５分）。
【０２０８】
以上の発電操作において、図１３に示されるフローチャートに従い、次のようなカソード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃi’は−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄi’は３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡH’は９０％ＲＨ、ＢH’は１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ0〜Ｔ1における１分間、第２検出部１００５により電流量を測定して、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ’を検出し、「Δｉ’＞Ｄi’」との判定結果に基づき（ステップＳ１２０１）、第２制御部１００６による制御により、酸化剤の流量を２倍に増加させることにより、カソード極の湿度を増加させた（ステップＳ１３０２）。このようなカソード極の湿度制御の結果、時刻Ｔ1〜Ｔ2において、安定した出力電圧を維持することができた。
【０２０９】
次に、時刻Ｔ2における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻Ｔ2から時刻Ｔ3にかけて直線的に電流量を６００ｍＡ／ｃｍ2から３００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させ、以後この電流量を維持した（Ｔ3−Ｔ2＝５分）。
【０２１０】
以上の発電操作において、図１３に示されるフローチャートに従い、次のようなカソード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃi’は−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄi’は３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡH’は９０％ＲＨ、ＢH’は１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ2〜Ｔ3における１分間、第２検出部１００５により電流量を測定し、電流量の単位時間あたりの変化量Δｉ’を検出し、「Δｉ’＜Ｃi’」との判定結果に基づき（ステップＳ１２０１）、第２制御部１００６による制御により、酸化剤の流量を半減させ、発電初期の流量に戻すことにより、カソード極の湿度を減少させた（ステップＳ１３０１）。このようなカソード極の湿度制御の結果、時刻Ｔ3以降において、安定した出力電圧を維持することができた。
【０２１１】
＜実施例Ｃ−２＞
ステップＳ１３０２において、酸化剤の流量を増加させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約１０５％となるように調整し、カソード極の湿度を増加させた以外は実施例Ｃ−１と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。また、ステップＳ１３０１において、酸化剤の流量を減少させる代わりに、酸化剤の相対湿度を減少させ、発電初期の相対湿度に戻すことにより、カソード極の湿度を増加させた以外は実施例Ｃ−１と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。このようなカソード極の湿度制御の結果、時刻Ｔ1〜Ｔ2および時刻Ｔ3以降において、安定した出力電圧を維持することができた。なお、相対湿度の増減は、第２調整部１００４の調湿器の温度を調整することにより行なった。
【０２１２】
＜比較例Ｙ−１＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例Ｃ−１と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加／低減要請に応じて、実施例Ｃ−１と同様に電流量を増加／低下させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｃ−１およびＣ−２の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1〜Ｔ2において、ドライアップが原因と見られる出力電圧の漸次的な低下が認められた。また、時刻Ｔ3以降においては、フラッディングが原因と見られる出力電圧の漸次的な低下が認められた。
【０２１３】
＜実施例Ｃ−３＞
実施例２で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝３００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させ、以後この電流量を維持した。
【０２１４】
以上の発電操作において、図１３に示されるフローチャートに従い、次のようなカソード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃi’は−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄi’は３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡH’は９０％ＲＨ、ＢH’は１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第２検出部１００５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ’＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi’≦Δｉ’≦Ｄi’」との判定結果を得た（ステップＳ１２０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈを測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ’＝１１５％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ’≧ＢH’」との判定結果を得た（ステップＳ１２０２）。
【０２１５】
当該判定結果に基づき、第２制御部１００６による制御により、酸化剤の流量を半減させることにより、カソード極の湿度を減少させた（ステップＳ１２０４）。なお、以上のような図１３に示される一連のフローを終了した後、図１３のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２１６】
＜実施例Ｃ−４＞
ステップＳ１２０４において、酸化剤の流量を半減させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約９５％となるように調整し、カソード極の湿度を減少させた以外は実施例Ｃ−３と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約９５％となるように減少させた後、図１３のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２１７】
＜比較例Ｙ−２＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例Ｃ−３と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ｃ−３と同様に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｃ−３およびＣ−４の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、フラッディングが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０２１８】
＜実施例Ｃ−５＞
実施例２で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝７００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させ、以後この電流量を維持した。
【０２１９】
以上の発電操作において、図１３に示されるフローチャートに従い、次のようなカソード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃi’は−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄi’は３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡH’は９０％ＲＨ、ＢH’は１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第２検出部１００５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ’＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi’≦Δｉ’≦Ｄi’」との判定結果を得た（ステップＳ１２０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈ’を測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ’＝８５％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ’≦ＡH’」との判定結果を得た（ステップＳ１２０２）。
【０２２０】
当該判定結果に基づき、第２制御部１００６による制御により、酸化剤の流量を約３．８倍に増加させることにより、カソード極の湿度を増加させた（ステップＳ１２０３）。流量を約３．８倍に増加させた後、図１３のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２２１】
＜実施例Ｃ−６＞
ステップＳ１２０３において、酸化剤の流量を増加させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約１０４％となるように調整し、カソード極の湿度を増加させた以外は実施例Ｃ−５と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約１０４％となるように増加させた後、図１３のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２２２】
＜比較例Ｙ−３＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例Ｃ−５と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ｃ−５と同様に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｃ−５およびＣ−６の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、ドライアップが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０２２３】
（２）図１５に示されるフローチャートに従うカソード極の湿度制御
＜実施例Ｄ−１＞
実施例２で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝３００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させ、以後この電流量を維持した。
【０２２４】
以上の発電操作において、図１５に示されるフローチャートに従い、次のようなカソード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃi’は−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄi’は３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＥH’は９０％ＲＨ、ＦH’は１００％ＲＨ、ＧV’は−３０ｍＶ／ｍｉｎに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第２検出部１００５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ’＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi’≦Δｉ’≦Ｄi’」との判定結果を得た（ステップＳ１４０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈ’を測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ’＝１００％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ’≧ＦH’」との判定結果を得た（ステップＳ１４０２）。さらに続いて、当該判定結果に基づき出力電圧値を測定し（測定時間１分）、出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ’＝−６０ｍＶ／ｍｉｎとの検出結果から、「ΔＶ’＜ＧV’」との判定結果を得た（ステップＳ１４０４）。
【０２２５】
当該判定結果に基づき、第２制御部１００６による制御により、酸化剤の流量を半減させることにより、カソード極の湿度を減少させた（ステップＳ１４０５）。流量を半減させた後、図１５のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２２６】
＜実施例Ｄ−２＞
ステップＳ１４０５において、酸化剤の流量を半減させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約９５％となるように調整し、カソード極の湿度を減少させた以外は実施例Ｄ−１と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約９５％となるように減少させた後、図１５のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２２７】
＜比較例Ｙ−２＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例Ｄ−１と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ｄ−１と同様に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｄ−１およびＤ−２の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、フラッディングが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０２２８】
＜実施例Ｄ−３＞
実施例２で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝７００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させ、以後この電流量を維持した。
【０２２９】
以上の発電操作において、図１５に示されるフローチャートに従い、次のようなカソード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃi’は−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄi’は３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＥH’は９０％ＲＨ、ＦH’は１００％ＲＨ、ＧV’は−３０ｍＶ／ｍｉｎに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第２検出部１００５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ’＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi’≦Δｉ’≦Ｄi’」との判定結果を得た（ステップＳ１４０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈ’を測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ’＝８５％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ’≦ＥH’」との判定結果を得た（ステップＳ１４０２）。
【０２３０】
当該判定結果に基づき、第２制御部１００６による制御により、酸化剤の流量を約３．８倍に増加させることにより、カソード極の湿度を増加させた（ステップＳ１４０３）。流量を約３．８倍に増加させた後、図１５のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２３１】
＜実施例Ｄ−４＞
ステップＳ１４０３において、酸化剤の流量を減少させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約１０４％となるように調整し、カソード極の湿度を増加させた以外は実施例Ｄ−３と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約１０４％となるように増加させた後、図１５のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２３２】
＜比較例Ｙ−３＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例Ｄ−３と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ｄ−３と同様に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで減少させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｄ−３およびＤ−４の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、ドライアップが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【符号の説明】
【０２３３】
１００，１０００，１８００ アルカリ形燃料電池システム、１０１，１００１，１８０１ 燃料電池部、１０２，１００２，１８０２ 還元剤供給部、１０３，１００３，１８０３ 酸化剤供給部、１０４，１８０４ａ 第１調整部、１０５ 第１検出部、１０６ 第１制御部、２００ アルカリ形燃料電池、２０１ アニオン伝導性電解質膜、２０２ アノード極、２０３ カソード極、２０４ アノードセパレータ、２０５ カソードセパレータ、２０６ 還元剤流路、２０７ 酸化剤流路、２１０ 膜電極複合体、１００４，１８０４ｂ 第２調整部、１００５ 第２検出部、１００６ 第２制御部、１８０５ 検出部、１８０６ 制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ形燃料電池が有する電極の湿度（水分含有量）を最適に調整することができるアルカリ形燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、小型軽量化や高出力密度を実現できる可能性を有していることから、携帯用電子機器用の新規電源や家庭用コジェネレーションシステムなどへの用途展開が精力的に進められている。燃料電池は、発電主要部として、電解質膜をアノード極およびカソード極で挟持した構成の膜電極複合体（ＭＥＡ）を備えており、電解質膜の種類によって、固体高分子形燃料電池（直接形燃料電池を含む）、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、アルカリ形燃料電池などに分類される。
【０００３】
アルカリ形燃料電池は、電解質膜としてアニオン交換膜を用いた、電荷キャリアが水酸化物イオン（ＯＨ-）である燃料電池である（たとえば、特許文献１参照）。アルカリ形燃料電池においては、次のような電気化学反応により電力が取り出される。すなわち、カソード極に酸化剤および水（この水は、アノード極で生じ、電解質膜を透過した水であり得る）を供給すると、下記式（１）：
カソード極：１／２Ｏ2＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ‐ → ２ＯＨ- （１）
で表される触媒反応によりＯＨ-が生成される。このＯＨ-は、水分子との水和状態で電解質膜を介してアノード極側に伝達される。一方、アノード極では、供給された還元剤（燃料）、たとえばＨ2ガスとカソード極から伝達されたＯＨ-とが、下記式（２）：
アノード極：Ｈ2＋２ＯＨ- → ２Ｈ2Ｏ＋２ｅ‐ （２）
で表される触媒反応を起こし、水および電子を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１３５１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記式（２）に示されるように、アルカリ形燃料電池のアノード極では、反応により水が発生するが、その水の生成量はアノード極−カソード極間に流れる電流量の増減に応じて増減し、したがって、アノード極の湿度（水分含有量）も増減することになる。このようなアノード極の湿度変動は、燃料電池の出力電圧の低下を招き得る。すなわち、アノード極の湿度が過度に高くなると、水膜状となってアノード極の細孔を閉塞させ、還元剤の供給が阻害される、いわゆる「フラッディング」が生じる。また、湿度が過度に低くなると、電解質膜が乾燥した状態（以下、「ドライアップ」ともいう）になることによって電解質膜のアニオン伝導抵抗が増加する。「フラッディング」および「ドライアップ」はともに燃料電池の出力電圧を低下させる要因となる。
【０００６】
一方、上記式（１）に示されるように、アルカリ形燃料電池のカソード極では、反応により水が消費されるが、その水の消費量はアノード極−カソード極間に流れる電流量の増減に応じて増減し、したがって、カソード極の湿度（水分含有量）も増減することになる。このようなカソード極の湿度変動もまた、燃料電池の出力電圧の低下を招き得る。すなわち、カソード極の湿度が過度に高くなると、水膜状となってカソード極の細孔を閉塞させ、酸化剤の供給が阻害される「フラッディング」が生じる。また、湿度が過度に低くなると、「ドライアップ」が生じて電解質膜のアニオン伝導抵抗が増加する。
【０００７】
従来のアルカリ型燃料電池でも、「ドライアップ」および「フラッディング」を抑制するため、アノード極に供給する還元剤の湿度、および／または、カソード極に供給する酸化剤の湿度を一定値（たとえば、相対湿度＝１００〔％ＲＨ〕）に調節することが行なわれてきたが、アルカリ形燃料電池の動作状態が変わることによって、上述のように、アノード極−カソード極間に流れる電流量の増減すると、アルカリ形燃料電池の電極の湿度（水分含有量）が変動するため、電極の湿度（水分含有量）を最適な状態に維持することができないという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、アルカリ形燃料電池が有する電極の湿度（水分含有量）を最適に調整することにより、高い出力電圧を安定して維持することのできるアルカリ形燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
アルカリ形燃料電池のアノード極に供給される還元剤の流量（アノード極に導入される直前の流量）をＮt、その還元剤の湿度をφw（ただし、０≦φw≦１）とすると、この還元剤の水分含有量はφw×Ｎtである。そして、アノード極内で生成する水の量をＮrとすると、アノード極内での還元剤の流量はおよそＮtであり、その水分含有量はφw×Ｎt＋Ｎrと計算される。そうすると、アノード極内での還元剤の湿度（アノード極の湿度と実質的に同じとみなすことができる。）は、下記式（３）：
アノード極内での還元剤の湿度＝（φw×Ｎt＋Ｎr）／Ｎt
＝φw＋Ｎr／Ｎt （３）
と算出できる。
【００１０】
上記式（３）は、アノード極の湿度が、還元剤の流量Ｎtおよび／またはアノード極に導入される還元剤の湿度φwの調整により制御可能であることを意味している。そして、アノード極の湿度（アノード極内での還元剤の湿度）は、アノード極から排出される還元剤の湿度から把握することができる。また、アノード極−カソード極間に流れる電流量が増加してアノード極内で生成する水の量Ｎrが増加すると、アノード極の湿度が上昇することもわかる。
【００１１】
また、アルカリ形燃料電池のカソード極に供給される酸化剤の流量（カソード極に導入される直前の流量）をＮt’、その酸化剤の湿度をφw’（ただし、０≦φw’≦１）とすると、この酸化剤の水分含有量はφw’×Ｎt’である。そして、カソード極内で消費される水の量をＮr’とすると、カソード極内での酸化剤の流量はおよそＮt’であり、その水分含有量はφw’×Ｎt’−Ｎr’と計算される。そうすると、カソード極内での酸化剤の湿度（カソード極の湿度と実質的に同じとみなすことができる。）は、下記式（４）：
カソード極内での酸化剤の湿度＝（φw’×Ｎt’−Ｎr’）／Ｎt’
＝φw’−Ｎr’／Ｎt’ （４）
と算出できる。
【００１２】
上記式（４）は、カソード極の湿度が、酸化剤の流量Ｎt’および／またはカソード極に導入される酸化剤の湿度φw’の調整により制御可能であることを意味している。そして、カソード極の湿度（カソード極内での酸化剤の湿度）は、カソード極から排出される酸化剤の湿度から把握することができる。また、アノード極−カソード極間に流れる電流量が増加してカソード極内で消費される水の量Ｎr’が増加すると、カソード極の湿度が低下することもわかる。本発明は、本発明者らによる以上のような着想に基づき、さらに種々の検討を重ねてなされたものである。
【００１３】
すなわち本発明は、アルカリ形燃料電池の電極（アノード極および／またはカソード極）の湿度を最適に調整することができるアルカリ形燃料電池システムを提供するものであり、具体的には下記〔Ａ〕および〔Ｂ〕のアルカリ形燃料電池システムを提供する。
【００１４】
〔Ａ〕アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部と、カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部と、アノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度を調整するための第１調整部と、アノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈを少なくとも検出する第１検出部と、第１調整部および第１検出部に接続され、第１検出部による検出結果に基づいて、第１調整部による還元剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第１制御部とを備えるアルカリ形燃料電池システム。
【００１５】
第１検出部は、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉ（以下、単にΔｉという）および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ（以下、単にΔＶという）をさらに検出するものであることが好ましい。
【００１６】
上記〔Ａ〕のアルカリ形燃料電池システムは、たとえば次のような制御によりアノード極の湿度の調整を行なう。
【００１７】
（ａ）第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＡH（ただし、ＡHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、第１制御部は、第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、相対湿度Ｈが所定値ＢH（ただし、ＢHは１００％ＲＨより大きい値である。）以上である場合には、第１制御部は、第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する。
【００１８】
ここで相対湿度Ｈとは、アルカリ形燃料電池の温度に置かれた還元剤が水蒸気として含むことができる水重量の最大値に対する、還元剤に含まれる水重量の比を百分率で表したものと定義され、１００％ＲＨより大きい値とは、還元剤に含まれる水重量が、アルカリ形燃料電池の温度に置かれた還元剤が水蒸気として含むことができる水重量の最大値より大きい場合となる。
【００１９】
相対湿度Ｈの所定値ＡHは、好ましくは８０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、所定値ＢHは、好ましくは１０５〜１５０〔％ＲＨ〕の範囲内である。
【００２０】
（ｂ）第１検出部によって検出されたΔｉがＣi〜Ｄi（ただし、Ｃiは負の値であり、Ｄiは正の値である。）の範囲内である場合において、第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＥH（ただし、ＥHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、第１制御部は、第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する。一方、第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＦH（ただし、ＦH＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、第１制御部は、第１検出部がΔＶを検出するように制御するとともに、該ΔＶが所定値ＧV（ただし、ＧVは負の値である。）未満である場合には、第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する。
【００２１】
（ｃ）第１検出部によって検出されたΔｉがＣi〜Ｄi（ただし、Ｃiは負の値であり、Ｄiは正の値である。）の範囲内である場合において、第１検出部によって検出されたΔＶが所定値ＧV（ただし、ＧVは負の値である。）未満である場合には、第１制御部は、第１検出部が相対湿度Ｈを検出するように制御するとともに、該相対湿度Ｈが所定値ＥH（ただし、ＥHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する。一方、相対湿度Ｈが所定値ＦH（ただし、ＦH＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する。
【００２２】
上記（ｂ）および（ｃ）のアノード極の湿度制御において、Δｉの所定値Ｃiは、好ましくは−５０〜−２５〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、所定値Ｄiは、好ましくは＋２５〜＋５０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内である。相対湿度Ｈの所定値ＥHは、好ましくは８０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内である。また、ΔＶの所定値ＧVは、好ましくは−５０〜−２〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内である。
【００２３】
第１検出部によって検出されたΔｉが所定値Ｃiより小さい場合には、第１制御部は、第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、第１検出部によって検出されたΔｉが所定値Ｄiより大きい場合には、第１制御部は、第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御することが好ましい。
【００２４】
上記〔Ａ〕のアルカリ形燃料電池システムが有するアルカリ形燃料電池は、アノードセパレータ、アノード極、アニオン伝導性電解質膜、カソード極およびカソードセパレータをこの順で備えるものであることができる。還元剤供給部は、たとえば、還元剤を保持する還元剤供給源とアルカリ形燃料電池のアノードセパレータとを接続する配管を含むものであることができる。この場合、第１調整部は、該配管に備えられた流量調整弁および／または調湿器であることができる。
【００２５】
〔Ｂ〕アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部と、カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部と、カソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度を調整するための第２調整部と、カソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’を少なくとも検出する第２検出部と、第２調整部および第２検出部に接続され、第２検出部による検出結果に基づいて、第２調整部による酸化剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第２制御部とを備えるアルカリ形燃料電池システム。
【００２６】
第２検出部は、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉ’（以下、単にΔｉ’という）および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ’（以下、単にΔＶ’という）をさらに検出するものであることが好ましい。
【００２７】
上記〔Ｂ〕のアルカリ形燃料電池システムは、たとえば次のような制御によりカソード極の湿度の調整を行なう。
【００２８】
（ａ’）第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＡH’（ただし、ＡH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、第２制御部は、第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御し、第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＢH’（ただし、ＢH’は１００％ＲＨより大きい値である。）以上である場合には、第２制御部は、第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する。
【００２９】
ここで相対湿度Ｈ’とは、アルカリ形燃料電池の温度に置かれた酸化剤が水蒸気として含むことができる水重量の最大値に対する、酸化剤に含まれる水重量の比を百分率で表したものと定義され、１００％ＲＨより大きい値とは、酸化剤に含まれる水重量が、アルカリ形燃料電池の温度に置かれた酸化剤が水蒸気として含むことができる水重量の最大値より大きい場合となる。
【００３０】
相対湿度Ｈ’の所定値ＡH’は、好ましくは７０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、所定値ＢH’は、好ましくは１０５〜１３０〔％ＲＨ〕の範囲内である。
【００３１】
（ｂ’）第２検出部によって検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’（ただし、Ｃi’は負の値であり、Ｄi’は正の値である。）の範囲内である場合において、第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＥH’（ただし、ＥH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、第２制御部は、第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する。一方、第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＦH’（ただし、ＦH’＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、第２制御部は、第２検出部がΔＶ’を検出するように制御するとともに、該ΔＶ’が所定値ＧV’（ただし、ＧV’は負の値である。）未満である場合には、第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する。
【００３２】
（ｃ’）第２検出部によって検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’（ただし、Ｃi’は負の値であり、Ｄi’は正の値である。）の範囲内である場合において、第２検出部によって検出されたΔＶ’が所定値ＧV’（ただし、ＧV’は負の値である。）未満である場合には、第２制御部は、第２検出部が相対湿度Ｈ’を検出するように制御するとともに、該相対湿度Ｈ’が所定値ＥH’（ただし、ＥH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する。一方、相対湿度Ｈ’が所定値ＦH’（ただし、ＦH’＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する。
【００３３】
上記（ｂ’）および（ｃ’）のカソード極の湿度制御において、Δｉ’の所定値Ｃi’は、好ましくは−５０〜−２５〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、所定値Ｄi’は、好ましくは＋２５〜＋５０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内である。相対湿度Ｈ’の所定値ＥH’は、好ましくは７０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内である。また、ΔＶ’の所定値ＧV’は、好ましくは−５０〜−２〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内である。
【００３４】
第２検出部によって検出されたΔｉ’が所定値Ｃi’より小さい場合には、第２制御部は、第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御し、第２検出部によって検出されたΔｉ’が所定値Ｄi’より大きい場合には、第２制御部は、第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御することが好ましい。
【００３５】
上記〔Ｂ〕のアルカリ形燃料電池システムが有するアルカリ形燃料電池は、アノードセパレータ、アノード極、アニオン伝導性電解質膜、カソード極およびカソードセパレータをこの順で備えるものであることができる。酸化剤供給部は、たとえば、酸化剤供給源とアルカリ形燃料電池のカソードセパレータとを接続する配管を含むものであることができる。この場合、第２調整部は、該配管に備えられた流量調整弁および／または調湿器であることができる。
【００３６】
本発明のアルカリ形燃料電池システムにおいて、燃料電池部は、直列または並列に電気的に接続された２以上のアルカリ形燃料電池を含むことができる。本発明のアルカリ形燃料電池システムに用いられる還元剤は好ましくは水素ガスであり、酸化剤は好ましくは空気である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、アルカリ形燃料電池の動作状態を反映するアノード極から排出される還元剤の湿度および／またはカソード極から排出される酸化剤の湿度、さらにはアノード極とカソード極との間を流れる電流値、出力電圧値を検出し、それに基づき、アノード極に供給する還元剤および／またはカソード極に供給する酸化剤の湿度や流量を調整することで、アルカリ形燃料電池が有する電極（アノード極および／またはカソード極）の湿度（水分含有量）を最適に調整することができ、もって高い出力電圧を安定して維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムの構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムに用いるアルカリ形燃料電池の好ましい一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムの構成の他の一例を示す概略図である。
【図１１】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。
【図１８】本発明に係るアルカリ形燃料電池システムの構成の他の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
＜第１の実施形態＞
［ａ］アルカリ形燃料電池システムの構成
図１は、本発明に係る上記アルカリ形燃料電池システム〔Ａ〕の構成の一例を示す概略図である。図１に示されるアルカリ形燃料電池システム１００は、アルカリ形燃料電池が有するアノード極の湿度を最適に調整することが可能なシステムであり、アルカリ形燃料電池を含む燃料電池部１０１；燃料電池部１０１に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部１０２；燃料電池部１０１に接続され、アルカリ形燃料電池のカソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部１０３；還元剤供給部１０２に接続され、アノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度を調整するための第１調整部１０４；燃料電池部１０１に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈを少なくとも検出する第１検出部１０５；ならびに、第１調整部１０４および第１検出部１０５に接続され、第１検出部１０５による検出結果に基づいて、第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第１制御部１０６を含む。
【００４０】
第１検出部１０５は、アノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈのほか、好ましくは、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉおよび出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶをさらに検出するものである。
【００４１】
なお以下では、アノード極に供給される還元剤の湿度（相対湿度）を還元剤の「入口側湿度（入口側相対湿度）」とも称し、アノード極から排出される還元剤の湿度（相対湿度Ｈ）を還元剤の「出口側湿度（出口側相対湿度Ｈ）」とも称する。
【００４２】
本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによれば、還元剤の出口側相対湿度Ｈ、さらにはΔｉおよびΔＶのような電池特性を検出し、当該検出結果に基づいてリアルタイムにアルカリ形燃料電池のアノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度（入口側湿度）の最適化を行なうことができるため、アノード極の湿度が最適化され、結果、上述したアノード極への還元剤の供給を阻害させる「フラッディング」および電解質膜の水分が過少となりアニオン伝導抵抗を増加させる「ドライアップ」の未然防止または改善を図ることが可能になる。これにより、安定して高い出力電圧を維持することができる。
【００４３】
（燃料電池部）
燃料電池部１０１はアルカリ形燃料電池から構成される。アルカリ形燃料電池とは、電解質膜としてアニオン伝導性電解質膜（アニオン交換膜）を備えた、電荷キャリアが水酸化物イオン（ＯＨ-）である燃料電池である。アルカリ形燃料電池は、アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で有する膜電極複合体（ＭＥＡ）を発電主要部として備える。
【００４４】
図２は、本発明のアルカリ形燃料電池システムに用いるアルカリ形燃料電池の好ましい一例を示す概略断面図であり、アルカリ形燃料電池の単セル構造を示したものである。図２に示されるアルカリ形燃料電池２００は、アノード極２０２、アニオン伝導性電解質膜２０１およびカソード極２０３をこの順で有する膜電極複合体（ＭＥＡ）２１０と、アノード極２０２の外面に積層されるアノードセパレータ２０４と、カソード極２０３の外面に積層されるカソードセパレータ２０５とを備える。アノードセパレータ２０４およびカソードセパレータ２０５のＭＥＡ側表面には、それぞれ還元剤、酸化剤をアノード極２０２、カソード極２０３に導入するための還元剤流路２０６、酸化剤流路２０７が設けられている。
【００４５】
（１）アニオン伝導性電解質膜
アニオン伝導性電解質膜２０１としては、ＯＨ-イオンを伝導でき、かつ、アノード極２０２とカソード極２０３との間の短絡を防止するために電気的絶縁性を有する限り特に制限されないが、アニオン伝導性固体高分子電解質膜を好適に用いることができる。アニオン伝導性固体高分子電解質膜の好ましい例は、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第４級アンモニウム系の固体高分子電解質膜（アニオン交換膜）が挙げられる。また、ポリアクリル酸に濃厚水酸化カリウム溶液を含浸させた膜やアニオン伝導性固体酸化物電解質膜をアニオン伝導性電解質膜２０１として用いることもできる。
【００４６】
アニオン伝導性電解質膜２０１は、アニオン伝導率が１０-5Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましく、パーフルオロスルホン酸系高分子電解質膜などのアニオン伝導率が１０-3Ｓ／ｃｍ以上の電解質膜を用いることがより好ましい。アニオン伝導性電解質膜２０１の厚みは、通常５〜３００μｍであり、好ましくは１０〜２００μｍである。
【００４７】
（２）アノード極およびカソード極
アニオン伝導性電解質膜２０１の一方の面に形成されるアノード極２０２および他方の面に形成されるカソード極２０３には、触媒（それぞれアノード触媒、カソード触媒）と電解質（それぞれアノード電解質、カソード電解質）とを含有する多孔質層からなる触媒層（それぞれアノード触媒層、カソード触媒層）が少なくとも設けられる。これらの触媒層は、アニオン伝導性電解質膜２０１の表面に接して積層される。アノード触媒は、アノード極２０２に供給された還元剤とＯＨ-とから、水および電子を生成する反応を触媒する。アノード電解質は、アニオン伝導性電解質膜２０１から伝導してきたＯＨ-を触媒反応サイトへ伝導する機能を有する。一方、カソード触媒は、カソード極２０３に供給された酸化剤および水と、アノード極２０２から伝達された電子とから、ＯＨ-を生成する反応を触媒する。カソード電解質は、生成したＯＨ-をアニオン伝導性電解質膜２０１へ伝導する機能を有する。
【００４８】
アノード触媒およびカソード触媒としては、従来公知のものを使用することができ、たとえば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン、これらの金属化合物、およびこれらの金属の２種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金等、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。アノード触媒とカソード触媒とは同種であってもよいし、異種であってもよい。
【００４９】
アノード触媒およびカソード触媒は、担体、好ましくは導電性の担体に担持されたものを用いることが好ましい。導電性担体としては、たとえば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。
【００５０】
アノード電解質およびカソード電解質としては、アニオン伝導性固体高分子電解質膜を構成する電解質と同様のものを用いることができる。アノード触媒層およびカソード触媒層における触媒と電解質との含有比は、重量基準で、通常５／１〜１／４であり、好ましくは３／１〜１／３である。
【００５１】
アノード極２０２およびカソード極２０３はそれぞれ、アノード、カソード触媒層上に積層されるアノードガス拡散層、カソードガス拡散層を備えていてもよい。これらのガス拡散層は、アノード極２０２、カソード極２０３に供給される還元剤または酸化剤を面内において拡散させる機能を有するとともに、アノード触媒層、カソード触媒層と電子の授受を行なう機能を有する。
【００５２】
アノードガス拡散層およびカソードガス拡散層は、導電性を有する多孔質層であることができ、具体的には、たとえば、カーボンペーパー；カーボンクロス；カーボン粒子を含有するエポキシ樹脂膜；金属または合金の発泡体、焼結体または繊維不織布などであることができる。アノードガス拡散層およびカソードガス拡散層の厚みはそれぞれ、厚み方向に対して垂直な方向（面内方向）への還元剤または酸化剤の拡散抵抗を低減させるために、１０μｍ以上であることが好ましく、厚み方向への拡散抵抗を低減させるために、１ｍｍ以下であることが好ましい。アノードガス拡散層およびカソードガス拡散層の厚みは、より好ましくは１００〜５００μｍである。
【００５３】
（３）アノードセパレータおよびカソードセパレータ
図２に示されるように、アルカリ形燃料電池は、通常、膜電極複合体２１０のアノード極２０２上に配置される、還元剤をアノード極２０２へ導入するためのアノードセパレータ２０４およびカソード極２０３上に配置される、酸化剤をカソード極２０３に導入するためのカソードセパレータ２０５を備える。アノードセパレータ２０４およびカソードセパレータ２０５はそれぞれ、膜電極複合体２１０側の面に還元剤または酸化剤を流通させるための溝からなる流路（それぞれ還元剤流路２０６、酸化剤流路２０７）を備えるものであることができる。当該流路は、１または２以上の溝から構成することができ、その形状は特に制限されず、ライン状、サーペンタイン状等であることができる。後述する還元剤供給部と還元剤流路２０６とを接続することにより、還元剤を還元剤流路２０６に流通させて、アノード極２０２に還元剤を供給することができる。同様に、後述する酸化剤供給部と酸化剤流路２０７とを接続することにより、酸化剤を酸化剤流路２０７に流通させて、カソード極２０３に酸化剤を供給することができる。
【００５４】
アノードセパレータ２０４およびカソードセパレータ２０５の材質は特に制限されず、たとえば、カーボン材料、導電性高分子、各種金属、ステンレスに代表される合金などの導電性材料のほか、各種プラスチック材料などの非導電性材料が挙げられる。なかでも、アノードセパレータ２０４およびカソードセパレータ２０５に集電機能を付与できることから、導電性材料を用いることが好ましい。非導電性材料を用いる場合には、アノード極およびカソード極に別途、触媒層やガス拡散層上に積層される上記導電性材料からなる集電体（集電層）が設けられる。あるいは、アノードセパレータ２０４およびカソードセパレータ２０５を導電性材料から構成し、それらの外側または膜電極複合体２１０と各セパレータとの間に集電体を別途設けてもよい。アノードセパレータ２０４とカソードセパレータ２０５（またはアノード集電体とカソード集電体）とを電気的に接続することにより、アノード極とカソード極との電気的接続を行なうことができる。
【００５５】
還元剤（燃料）としては、たとえば、Ｈ2ガス、炭化水素ガス、アンモニアガスなどを用いることができる。なかでも、Ｈ2ガスを用いることが好ましい。酸化剤としては、たとえば、Ｏ2ガスや、空気等のＯ2を含むガスなどを用いることができる。なかでも、空気が好ましく用いられる。
【００５６】
燃料電池部１０１は、アルカリ形燃料電池を２以上備えることができる。２以上のアルカリ形燃料電池は、互いに直列に電気的接続されていてもよいし、並列に電気的接続されていてもよく、あるいはこれらの両者の電気的接続を含んでいてもよい。たとえば、図２に示されるような単セルの複数を直列に積層した燃料電池スタックや、図２に示されるような単セルの複数を同一平面上に配置し、これらを並列に電気的接続した平面状集積電池、および該平面状集積電池の複数を直列に積層した燃料電池スタックなどを挙げることができる。
【００５７】
（還元剤供給部および酸化剤供給部）
還元剤供給部１０２は、アルカリ形燃料電池のアノード極に還元剤を供給するための部位であり、たとえば、還元剤供給源（還元剤収容タンクなど）とアルカリ形燃料電池のアノード側（より具体的にはアノードセパレータの還元剤流路）とを接続する配管であることができる。また、酸化剤供給部１０３は、アルカリ形燃料電池のカソード極に酸化剤を供給するための部位であり、たとえば、酸化剤供給源（酸化剤収容タンクなど）とアルカリ形燃料電池のカソード側（より具体的にはカソードセパレータの酸化剤流路）とを接続する配管であることができる。還元剤供給部１０２および酸化剤供給部１０３の材質は特に制限されず、高分子材料、金属、合金などであってよい。還元剤供給部１０２および酸化剤供給部１０３には、必要に応じて、還元剤または酸化剤の流動を促進するポンプやファンが設けられてもよい。
【００５８】
（第１調整部）
第１調整部１０４は、還元剤供給部１０２を流通する（アノード極に供給されることとなる）還元剤の流量あるいは湿度（相対湿度）、またはこれらの双方を調整するための部位であり、還元剤供給部１０２に接続される。第１調整部１０４は、たとえば、還元剤供給部１０２内に設けられた、還元剤の流量を調整する流量調整弁あるいは還元剤の湿度を調整する調湿器、またはこれらの双方であることができる。流量調整弁および調湿器は従来公知のものであってよい。
【００５９】
調湿器の具体例を挙げれば、たとえば次のようなものが挙げられる。
１）温度制御可能な水浴を有しており、還元剤を水浴中の水中へバブリングさせることにより加湿を行なう装置。水浴の温度を調整することにより、還元剤の湿度を増減させることができる。
【００６０】
２）還元剤供給部１０２内を流通する還元剤に対して、温度制御された霧状（スプレー状）の水を吹き込む装置。この装置においても水温の調整により、還元剤の湿度を増減させることができる。
【００６１】
３）細孔に水を含む多孔質金属（発泡金属など）を備え、該細孔内に還元剤を通過させることにより加湿を行なう装置。この装置においても多孔質金属の温度調整により、還元剤の湿度を増減させることができる。
【００６２】
上記のような、温度により還元剤の湿度を調整する調湿器を用いる場合には、第１調整部１０４は、調湿器の温度（水温、多孔質金属の温度等）を検知するための温度検知手段（温度センサ）を具備するとともに、燃料電池部１０１は、アルカリ形燃料電池内（特にアノード極）の温度を検知するための温度検知手段（温度センサ）を具備することが好ましい。この場合、後述する第１制御部１０６は、両者の温度検知手段による温度検知結果に基づき、調湿器が所望の温度調整を行なうように制御する。具体的には、調湿器の温度を高く／低くすることにより、還元剤の湿度を増加／低下させることができる。
【００６３】
第１調整部１０４によって調節される「還元剤の湿度」は、下記式（５）：
還元剤の湿度＝〔第１調整部（調湿器）の温度における水の飽和蒸気圧〕／〔アルカリ形燃料電池の温度における水の飽和蒸気圧〕 （５）
により定義される。
【００６４】
なお、ある温度Ｔにおける水の飽和蒸気圧は、各温度における水の飽和蒸気圧を記録したテーブルを第１制御部１０６に備え、それを参照することにより求めたり、近似的に下記式（６）：
温度Ｔにおける水の飽和蒸気圧＝６．１１×１０{7.5T/(T+237.3)}〔ｈＰａ〕 （６）
を用いて算出したりすることで得ることができる。得られた還元剤の湿度を参照することにより、第１調整部１０４による還元剤の湿度調整を好適な範囲内で行なうことが可能になる。
【００６５】
なお、第１調整部１０４は、任意で、調整後（または調整前後）の還元剤の流量および／または湿度（すなわち、入口側湿度）を検知する検知器を有していてもよい。この場合、当該検知器の検知結果を参照することにより、第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度調整を好適な範囲内で行なうことが可能になる。
【００６６】
（第１検出部）
第１検出部１０５は、燃料電池部１０１に接続される、アルカリ形燃料電池のアノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈ（出口側相対湿度Ｈ）を少なくとも検出するための部位である。本発明において、出口側相対湿度Ｈは、アルカリ燃料電池にフラッディングもしくはドライアップがすでに生じているか（あるいはそのような兆候が認められるか）否かを判断するためのパラメータである。出口側相対湿度Ｈを検出し、この検出結果に基づき、アノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度を適切に調整することにより、フラッディングもしくはドライアップの改善を図ることができる。
【００６７】
第１検出部１０５は、アノードセパレータ２０４が有する還元剤流路２０６の出口側端部または当該端部に接続される、還元剤を外部に排出するための還元剤排出部に設けられる湿度計を含むものであることができる。還元剤の相対湿度Ｈの検出を行なう湿度計としては、たとえば、タスコジャパン株式会社製「高精度圧力露点プローブＴＭＳ−４４２−５」などの湿度計を利用することができる。たとえば、湿度計を還元剤排出部内に設置し、湿度計および還元剤排出部を、アルカリ形燃料電池の温度より高い温度に保持することで、水の凝結を伴うことなく、１００％ＲＨ以上の相対湿度Ｈを計測することができる。
【００６８】
第１検出部１０５は、アルカリ形燃料電池のフラッディングまたはドライアップ状態を判断するための他のパラメータとして、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉおよび出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶをさらに検出するものであることが好ましい。Δｉはアルカリ燃料電池がフラッディングまたはドライアップを生じる方向へ向かっているか否かを判断するために有効なパラメータである。また、ΔＶはフラッディングを判断するために有効なパラメータである。
【００６９】
ここでΔｉは、下記式（７）：
Δｉ＝（ｉ1−ｉ0）／（ｔ1−ｔ0）〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕 （７）
〔ｉ0は測定開始時間ｔ0（ｍｉｎ）における電流量（ｍＡ／ｃｍ2）であり、ｉ1は測定終了時間ｔ1における電流量である。〕
で表される。測定時間（すなわち、ｔ1−ｔ0）は、１〜１０分の間で任意の測定時間を選択することができる。電流量ｉ0、ｉ1は、通常用いられている電流計やテスター等を用いて測定することができる。好ましくは、回路内に直接組み込んで電流量を常時測定することができる電流計が用いられる。
【００７０】
ΔＶは、下記式（８）：
ΔＶ＝（Ｖ1−Ｖ0）／（ｔ1−ｔ0）〔ｍＶ／ｍｉｎ〕 （８）
〔Ｖ0は測定開始時間ｔ0（ｍｉｎ）における電圧量（ｍＶ）であり、Ｖ1は測定終了時間ｔ1における電圧量である。〕
で表される。測定時間（すなわち、ｔ1−ｔ0）は、１〜１０分の間で任意の測定時間を選択することができる。電圧量Ｖ0、Ｖ1は、通常用いられている電圧計やテスター等を用いて測定することができる。好ましくは、回路内に直接、並列に組み込んで電圧量を常時測定することができる電圧計が用いられる。
【００７１】
なお、上述のように、燃料電池部１０１は、アルカリ形燃料電池を２以上備えることができる。この場合、ΔｉやΔＶ値は、それぞれのアルカリ形燃料電池ごとに測定されてもよいが、接続関係や制御の容易性の観点から、２以上のアルカリ形燃料電池を１つの燃料電池とみなして、全体としてのΔｉやΔＶ値を測定することが好ましい。
【００７２】
（第１制御部）
第１制御部１０６は、第１検出部１０５から出力される検出結果信号（相対湿度Ｈ、または、相対湿度Ｈ、ΔｉおよびΔＶ値）に基づいて、第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を制御する部位であり、第１調整部１０４および第１検出部１０５に接続される。第１調整部１０４および燃料電池部１０１が上述の温度検知手段を備える場合には、これらとも接続され、温度検知手段からの検知信号に基づいて、調湿器による温度調整を制御する。具体的には、第１制御部１０６は、第１検出部１０５から出力される検出結果信号を、後述するフローに従って逐次受信し、受信された相対湿度Ｈ、Δｉ、ΔＶ値と、予め設定した所定値との大小関係を判定する（この点については後で詳述する。）。この判定結果に基づき、アノード極の湿度が最適になるよう第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整の制御を行なう。第１制御部１０６としては、特に制限されず、たとえば、パーソナルコンピュータなどを用いることができる。
【００７３】
（その他の構成部位）
本実施形態のアルカリ形燃料電池システム（後述する他の実施形態についても同様である。）は、上記で述べたもの以外の他の構成部位を含むことができる。たとえば、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムは、通常、アルカリ形燃料電池のアノードセパレータを通過した還元剤を外部に排出するための還元剤排出部、および、カソードセパレータを通過した酸化剤を外部に排出するための酸化剤排出部を備える。還元剤排出部および酸化剤排出部はそれぞれ、アノードセパレータの還元剤流路、カソードセパレータの酸化剤流路の出口側端部に接続することができる。また、燃料電池部から排出された還元剤を放出できる程度まで希釈するための希釈部、あるいは、燃料電池部から排出された還元剤を還元剤供給部に戻すためのリサイクル用配管が設けられてもよい。
【００７４】
［ｂ］アノード極の湿度制御
次に、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御について、いくつかの例を示して詳細に説明する。なお、下記に例示するアノード極の湿度制御フローは、アルカリ形燃料電池の稼動中、所定の時間間隔を設けて繰り返し行なうことが好ましい。
【００７５】
（アノード極湿度制御フロー１）
図３は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の一例を示すフローチャートである。図３に示される湿度制御においては、まず、第１検出部１０５により出口側相対湿度Ｈが検出される。そして、検出されたＨが所定値ＡH（ただし、ＡHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下であるか否か、および、所定値ＢH（ただし、ＢHは１００％ＲＨより大きい値である。）以上であるか否か（換言すれば、Ｈが１００％ＲＨを含むＡH超ＢH未満の範囲内でないかどうか）が、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ３０１）。この判定結果に基づき、第１制御部１０６は、第１調整部１０４を次のように制御する。
【００７６】
〔１〕Ｈが所定値ＡH以下である場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度（入口側湿度）の増加を行なうように制御する（ステップＳ３０２）。このような制御は、本発明では「Ｈ≦ＡH」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ≦ＡH」（排出された還元剤の相対湿度が過度に低いこと）は、アノード極内の湿度が十分に高くないことを意味しているといえるからである。
【００７７】
〔２〕Ｈが所定値ＢH以上である場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度（入口側湿度）の低減を行なうように制御する（ステップＳ３０３）。このような制御は、本発明では「Ｈ≧ＢH」との判定結果が「フラッディング（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ≧ＢH」（排出された還元剤の相対湿度が過度に高いこと）は、アノード極内の湿度が過度に高くなっていることを意味しているといえるからである。
【００７８】
このように、本例のアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するために適用することができる。すなわち、本例の湿度制御は、相対湿度Ｈの検出結果に基づいて、フィードバック制御を行なうものである。本例のアノード極の湿度制御は、出口側相対湿度Ｈのみを検出すればよいため、迅速な制御を行なうことができる点において有利である。
【００７９】
アノード極の湿度制御は、アノード極に供給される還元剤の流量調整のみで行なってもよいし、還元剤の湿度調整のみで行なってもよいし、流量および湿度の双方を調整することにより行なってもよい（後述する他の湿度制御フローにおいても同様である。）。還元剤の流量調整は、アノード極の湿度制御を容易、かつ迅速に行なうことができる点で有利である。一方、還元剤の湿度調整は、アノード極の湿度制御を高い精度で行なうことができる点で有利である。
【００８０】
なお、アノード極の湿度を低減させるために還元剤の流量を増加させる場合においては、還元剤の利用効率を考慮して、還元剤の流量を極端に大きくすることは避けることが好ましい。一方、アノード極の湿度を増加させるために還元剤の流量を低減させる場合においては、要求される電力量を供給できなくなるおそれがあることから、還元剤の流量を極端に小さくすることは避けることが好ましい。また、アノード極の湿度を低減させるために還元剤の湿度（入口側湿度）を低減させる場合においては、還元剤の湿度を極端に小さくすることは避けることが好ましい。アノード極の入口側の湿度が極端に低くなることによってアノード極の入口側と出口側との間で極端な湿度差が生じ、ひいては反応量に極端な差が生じて、燃料電池の劣化が生じやすくなるためである。このような適切な範囲内での還元剤の流量および／または湿度の調整は、たとえば、上述した調整後（または調整前後）の還元剤の流量および／または湿度を検知する検知器の検知結果に基づく制御により達成することができる。以上の還元剤の流量および湿度の下限値および上限値に関する事項は、後述する他の湿度制御フローにおいても当てはまる。
【００８１】
所定値ＡHは、好ましくは８０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、より好ましくは９０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内である。また、所定値ＢHは、好ましくは１０５〜１５０〔％ＲＨ〕の範囲内であり、より好ましくは１０５〜１３０〔％ＲＨ〕の範囲内である。
【００８２】
本例の湿度制御において、検出されたＨがＡH＜Ｈ＜ＢHを満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のＨの検出時まで第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【００８３】
（アノード極湿度制御フロー２）
図４は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図４に示される湿度制御においては、まず、第１検出部１０５によりΔｉが検出される。そして、検出されたΔｉが０を含むＣi〜Ｄi（ただし、Ｃiは負の値であり、Ｄiは正の値である。）の範囲内であるか否かが、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ４０１）。ΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内である場合（すなわち、アルカリ形燃料電池の動作状態の変化がほぼなく、電流量の増減によるアノード極で生成する水の量の変化がほぼないと判断できる場合）、第１制御部１０６は、第１検出部１０５が出口側相対湿度Ｈを検出するように制御する（なお、ΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内でない場合については後述。）。そして、検出されたＨが所定値ＡH（ＡHは上記と同じ意味である。）以下であるか否か、および、所定値ＢH（ＢHは上記と同じ意味である。）以上であるか否か（換言すれば、ＨがＡH超ＢH未満の範囲内でないかどうか）が、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ４０２）。この判定結果に基づき、第１制御部１０６は、第１調整部１０４等を次のように制御する。
【００８４】
〔１〕Ｈが所定値ＡH以下である場合には、第１制御部１０６は、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ４０３）。このような制御は、本発明では「Ｈ≦ＡH」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ≦ＡH」（排出された還元剤の相対湿度が過度に低いこと）は、アノード極内の湿度が十分に高くないことを意味しているといえるからである。
【００８５】
〔２〕Ｈが所定値ＢH以上である場合には、第１制御部１０６は、アノード極に供給される還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度（入口側湿度）の低減を行なうように制御する（ステップＳ４０４）。このような制御は、本発明では「Ｈ≧ＢH」との判定結果が「フラッディング（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ≧ＢH」（排出された還元剤の相対湿度が過度に高いこと）は、アノード極内の湿度が過度に高くなっていることを意味しているといえるからである。
【００８６】
検出されたＨがＡH＜Ｈ＜ＢHを満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のΔｉの検出時まで第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【００８７】
以上のフロー制御により、電流量の増減によるアノード極で生成する水の量の変化がほぼない場合において生じ得るドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）を改善することができる。
【００８８】
Δｉの所定値Ｃiは、好ましくは−５０〜−２５〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、より好ましくは−４０〜−３０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内である。所定値Ｄiは、好ましくは＋２５〜＋５０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、より好ましくは＋３０〜＋４０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内である。
【００８９】
ここで、図５を参照して、検出されたΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内でない場合においては、第１制御部１０６は、第１調整部１０４を次のように制御することが好ましい。
【００９０】
〔１〕Δｉが所定値Ｃiより小さい場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ５０１）。このような制御は、本発明では「Δｉ＜Ｃi」との判定結果が「ドライアップを生じる方向へ向かっている」と判断されることに基づく。「Δｉ＜Ｃi（電流値の低下）」は、アノード極での反応により生成する水量の低下、ひいてはアノード極の湿度の低下をもたらし、結果、ドライアップを生じやすいからである。
【００９１】
〔２〕Δｉが所定値Ｄiより大きい場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ５０２）。このような制御は、本発明では「Δｉ＞Ｄi」との判定結果が「フラッディングを生じる方向へ向かっている」と判断されることに基づく。「Δｉ＞Ｄi（電流値の上昇）」は、アノード極での反応により生成する水量の増加、ひいてはアノード極の湿度の増加をもたらし、結果、フラッディングを生じやすいからである。
【００９２】
このように、本例の湿度制御では、Δｉおよび相対湿度Ｈをこの順で検出し、アノード極の湿度の最適化を行なう。これらの特性をリアルタイムに検出することにより、アノード極の湿度状態を把握することができ、これに応じてアノード極の湿度を最適に制御することができる。Δｉの検出結果に基づくアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生の未然防止に有効であり、相対湿度Ｈの検出結果に基づくアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するのに有効である。このように本例の湿度制御は、Δｉの検出結果に基づくフィードフォワード制御と相対湿度Ｈの検出結果に基づくフィードバック制御の２つの制御手法を組み合わせたものである。
【００９３】
（アノード極湿度制御フロー３）
図６は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図６に示される湿度制御においては、まず、第１検出部１０５によりΔｉが検出される。そして、検出されたΔｉが０を含むＣi〜Ｄi（ＣiおよびＤiは上記と同じ意味である。）の範囲内であるか否かが、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ６０１）。ΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内である場合、第１制御部１０６は、第１検出部１０５が出口側相対湿度Ｈを検出するように制御する（なお、ΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内でない場合については後述。）。そして、検出されたＨが所定値ＥH（ただし、ＥHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下であるか否か、および、所定値ＦH（ただし、ＦH＝１００％ＲＨである。）以上であるか否か（換言すれば、ＨがＥH超ＦH未満の範囲内でないかどうか）が、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ６０２）。この判定結果に基づき、第１制御部１０６は、第１調整部１０４等を次のように制御する。
【００９４】
〔１〕Ｈが所定値ＥH以下である場合には、第１制御部１０６は、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ６０３）。このような制御は、本発明では「Ｈ≦ＥH」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。
【００９５】
〔２〕Ｈが所定値ＦH以上である場合には、第１制御部１０６は、第１検出部１０５がΔＶを検出するように制御する。そして、検出されたΔＶが所定値ＧV（ただし、Ｇvは負の値である。）未満であるか否かが、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ６０４）。検出されたΔＶが所定値Ｇv未満の場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ６０５）。このような制御は、本発明では、「Ｈ≧ＦH」およびそれに続く「ΔＶ＜ＧV」との判定結果が「電圧値の低下がドライアップではなく、フラッディングによるもの」と判断されることに基づく。すなわち、「ΔＶ＜ＧV」（電圧値の低下）との判定結果はドライアップまたはフラッディングが生じていること、あるいはその傾向にあることを意味するが、「Ｈ≧ＦH」との判定結果はドライアップ（あるいはその傾向）が生じていないことを意味している。
【００９６】
一方、ステップＳ６０４において検出されたΔＶがＧV以上である場合には、還元剤の流量および／または湿度の調整は不要である。「ΔＶ≧ＧV」との判定結果は、電圧値が増加しており、ドライアップまたはフラッディング（あるいはそのような傾向）を生じていないと判断されるためである。
【００９７】
〔３〕ステップＳ６０２において検出されたＨがＥH＜Ｈ＜ＦHを満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のΔｉの検出時まで第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【００９８】
相対湿度Ｈの所定値ＥHは、好ましくは８０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、より好ましくは９０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内である。また、ΔＶの所定値ＧVは、好ましくは−５０〜−２〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内であり、より好ましくは−３０〜−１０〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内である。
【００９９】
ここで、図７を参照して、検出されたΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内でない場合においては、上述のアノード極湿度制御フロー２と同様、第１制御部１０６は、第１調整部１０４を次のように制御することが好ましい。
【０１００】
〔１〕Δｉが所定値Ｃiより小さい場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ７０１）。
【０１０１】
〔２〕Δｉが所定値Ｄiより大きい場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ７０２）。
【０１０２】
このように、本例の湿度制御では、Δｉ、相対湿度ＨおよびΔＶをこの順で検出し、アノード極の湿度の最適化を行なう。これらの特性をリアルタイムに検出することにより、アノード極の湿度状態を把握することができ、これに応じてアノード極の湿度を最適に制御することができる。Δｉの検出結果に基づくアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生の未然防止に有効であり、相対湿度ＨおよびΔＶの検出結果に基づくアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するのに有効である。このように本例の湿度制御は、Δｉの検出結果に基づくフィードフォワード制御と相対湿度ＨおよびΔＶの検出結果に基づくフィードバック制御の２つの制御手法を組み合わせたものである。特に、本例によれば、ステップＳ６０２において「Ｈ≧ＦH」でないと判定されれば、ΔＶの検出は不要であり、比較的簡便にアノード極の湿度の最適化を行なうことができる。
【０１０３】
（アノード極湿度制御フロー４）
図８は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるアノード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図８に示される湿度制御においては、まず、第１検出部１０５によりΔｉが検出される。そして、検出されたΔｉが０を含むＣi〜Ｄi（ＣiおよびＤiは上記と同じ意味である。）の範囲内であるか否かが、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ８０１）。ΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内である場合、第１制御部１０６は、第１検出部１０５がΔＶを検出するように制御する（なお、ΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内でない場合については後述。）。そして、検出されたΔＶが所定値Ｇv（Ｇvは上記と同じ意味である。）未満であるか否かが、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ８０２）。この判定結果に基づき、第１制御部１０６は、第１調整部１０４等を次のように制御する。
【０１０４】
〔１〕ΔＶが所定値Ｇv未満である場合には、第１制御部１０６は、第１検出部１０５が出口側相対湿度Ｈを検出するように制御する。そして、検出されたＨが所定値ＥH（ＥHは上記と同じ意味である。）以下であるか否か、および、所定値ＦH（ＦHは上記と同じ意味である。）以上であるか否か（換言すれば、ＨがＥH超ＦH未満の範囲内でないかどうか）が、第１制御部１０６により判定される（ステップＳ８０３）。検出されたＨが所定値ＥH以下である場合には、第１制御部１０６は、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ８０４）。このような制御は、本発明では「Ｈ≦ＥH」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。
【０１０５】
一方、ステップＳ８０３にて検出されたＨが所定値ＦH以上である場合には、第１制御部１０６は、アノード極に供給される還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ８０５）。このような制御は、本発明では、「ΔＶ＜ＧV」およびそれに続く「Ｈ≧ＦH」との判定結果が「電圧値の低下がドライアップではなく、フラッディングによるもの」と判断されることに基づく。すなわち、「ΔＶ＜ＧV」（電圧値の低下）との判定結果はドライアップまたはフラッディングが生じていること、あるいはその傾向にあることを意味するが、「Ｈ≧ＦH」との判定結果はドライアップ（あるいはその傾向）が生じていないことを意味している。
【０１０６】
〔２〕ステップＳ８０３において検出されたＨがＥH＜Ｈ＜ＦHを満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のΔｉの検出時まで第１調整部１０４による還元剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【０１０７】
〔３〕ステップＳ８０２において検出されたΔＶが所定値Ｇv以上である場合には、還元剤の流量および／または湿度の調整は不要である。「ΔＶ≧ＧV」との判定結果は、電圧値が増加しており、ドライアップまたはフラッディング（あるいはそのような傾向）を生じていないと判断されるためである。
【０１０８】
図９に示されるように、本例の湿度制御においても、検出されたΔｉがＣi〜Ｄiの範囲内でない場合においては、第１制御部１０６は、上述のアノード極湿度制御フロー２および３と同様の制御を行なうことが好ましい。すなわち、Δｉが所定値Ｃiより小さい場合には、アノード極に供給される還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し（ステップＳ９０１）、Δｉが所定値Ｄiより大きい場合には、還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ９０２）ことが好ましい。
【０１０９】
このように、本例の湿度制御では、Δｉ、ΔＶおよび相対湿度Ｈをこの順で検出し、アノード極の湿度の最適化を行なう。これらの特性をリアルタイムに検出することにより、アノード極の湿度状態を把握することができ、これに応じてアノード極の湿度を最適に制御することができる。Δｉの検出結果に基づくアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生の未然防止に有効であり、相対湿度ＨおよびΔＶの検出結果に基づくアノード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するのに有効である。このように本例の湿度制御は、Δｉの検出結果に基づくフィードフォワード制御と相対湿度ＨおよびΔＶの検出結果に基づくフィードバック制御の２つの制御手法を組み合わせたものである。特に、本例によれば、ステップＳ８０２において「ΔＶ＜ＧV」でない（すなわち、「ΔＶ≧ＧV」）と判断されれば、出口側相対湿度Ｈの検出は不要であり、比較的簡便にアノード極の湿度の最適化を行なうことができる。
【０１１０】
＜第２の実施形態＞
［ａ］アルカリ形燃料電池システムの構成
図１０は、本発明に係る上記アルカリ形燃料電池システム〔Ｂ〕の構成の一例を示す概略図である。図１０に示されるアルカリ形燃料電池システム１０００は、アルカリ形燃料電池が有するカソード極の湿度を最適に調整することが可能なシステムであり、アルカリ形燃料電池を含む燃料電池部１００１；燃料電池部１００１に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部１００２；燃料電池部１００１に接続され、アルカリ形燃料電池のカソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部１００３；酸化剤供給部１００３に接続され、カソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度を調整するための第２調整部１００４；燃料電池部１００１に接続され、アルカリ形燃料電池のカソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’を少なくとも検出する第２検出部１００５；ならびに、第２調整部１００４および第２検出部１００５に接続され、第２検出部１００５による検出結果に基づいて、第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第２制御部１００６を含む。
【０１１１】
第２検出部１００５は、カソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’のほか、好ましくは、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉ’および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ’をさらに検出するものである。
【０１１２】
なお以下では、カソード極に供給される酸化剤の湿度（相対湿度）を酸化剤の「入口側湿度（入口側相対湿度）」とも称し、カソード極から排出される酸化剤の湿度（相対湿度Ｈ’）を酸化剤の「出口側湿度（出口側相対湿度Ｈ’）」とも称する。
【０１１３】
本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによれば、酸化剤の出口側相対湿度Ｈ’、さらにはΔｉおよびΔＶのような電池特性を検出し、当該検出結果に基づいてリアルタイムにアルカリ形燃料電池のカソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度（入口側湿度）の最適化を行なうことができるため、カソード極の湿度が最適化され、結果、上述したカソード極への酸化剤の供給を阻害させる「フラッディング」および電解質膜の水分が過少となりアニオン伝導抵抗を増加させる「ドライアップ」の未然防止または改善を図ることが可能になる。これにより、安定して高い出力電圧を維持することができる。
【０１１４】
本実施形態のアルカリ形燃料電池システムが備える燃料電池部、還元剤供給部および酸化剤供給部の構成は、上記第１の実施形態で説明したものと同様であることができる。
【０１１５】
（第２調整部）
第２調整部１００４は、酸化剤供給部１００３を流通する（カソード極に供給されることとなる）酸化剤の流量あるいは湿度（相対湿度）、またはこれらの双方を調整するための部位であり、酸化剤供給部１００３に接続される。第２調整部１００４は、上記第１の実施形態で説明した第１調整部と同様、たとえば、酸化剤供給部１００３内に設けられた、酸化剤の流量を調整する流量調整弁あるいは酸化剤の湿度を調整する調湿器、またはこれらの双方であることができる。流量調整弁および調湿器は従来公知のものであってよい。調湿器の具体例も第１調整部と同様である。
【０１１６】
第２調整部１００４によって調節される「酸化剤の湿度」は、下記式（９）：
酸化剤の湿度＝〔第２調整部（調湿器）の温度における水の飽和蒸気圧〕／〔アルカリ形燃料電池の温度における水の飽和蒸気圧〕 （９）
により定義される。
【０１１７】
第２調整部１００４は、任意で、調整後（または調整前後）の酸化剤の流量および／または湿度（すなわち、入口側湿度）を検知する検知器を有していてもよい。この場合、当該検知器の検知結果を参照することにより、第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度調整を好適な範囲内で行なうことが可能になる。
【０１１８】
（第２検出部）
第２検出部１００５は、燃料電池部１００１に接続される、アルカリ形燃料電池のカソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’（出口側相対湿度Ｈ’）を少なくとも検出するための部位である。本発明において、出口側相対湿度Ｈ’は、アルカリ燃料電池にフラッディングもしくはドライアップがすでに生じているか（あるいはそのような兆候が認められるか）否かを判断するためのパラメータである。出口側相対湿度Ｈ’を検出し、この検出結果に基づき、カソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度を適切に調整することにより、フラッディングもしくはドライアップの改善を図ることができる。
【０１１９】
第２検出部８０５は、図２を参照して、カソードセパレータ２０５が有する酸化剤流路２０７の出口側端部または当該端部に接続される、酸化剤を外部に排出するための酸化剤排出部に設けられる湿度計を含むものであることができる。酸化剤の相対湿度Ｈ’の検出を行なう湿度計としては、たとえば、タスコジャパン株式会社製「高精度圧力露点プローブＴＭＳ−４４２−５」などの湿度計を利用することができる。たとえば、湿度計を酸化剤排出部内に設置し、湿度計および酸化剤排出部を、アルカリ形燃料電池の温度より高い温度に保持することで、水の凝結を伴うことなく、１００％ＲＨ以上の相対湿度Ｈ’を計測することができる。
【０１２０】
第２検出部１００５は、アルカリ形燃料電池のフラッディングまたはドライアップ状態を判断するための他のパラメータとして、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉ’および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ’をさらに検出するものであることが好ましい。Δｉ’はアルカリ燃料電池がフラッディングまたはドライアップを生じる方向へ向かっているか否かを判断するために有効なパラメータである。また、ΔＶ’はフラッディングを判断するために有効なパラメータである。Δｉ’およびΔＶ’はそれぞれ、第１の実施形態におけるΔｉおよびΔＶと同様、上記式（７）および（８）で定義される。
【０１２１】
（第２制御部）
第２制御部１００６は、第２検出部１００５から出力される検出結果信号（相対湿度Ｈ’、または、相対湿度Ｈ’、Δｉ’およびΔＶ’値）に基づいて、第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整を制御する部位であり、第２調整部１００４および第２検出部１００５に接続される。第２調整部１００４および燃料電池部１００１が、第１の実施形態において説明したような温度検知手段を備える場合には、これらとも接続され、温度検知手段からの検知信号に基づいて、調湿器による温度調整を制御する。具体的には、第２制御部１００６は、第２検出部１００５から出力される検出結果信号を、後述するフローに従って逐次受信し、受信された相対湿度Ｈ’、Δｉ’、ΔＶ’値と、予め設定した所定値との大小関係を判定する（この点については後で詳述する。）。この判定結果に基づき、カソード極の湿度が最適になるよう第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整の制御を行なう。第２制御部１００６としては、特に制限されず、たとえば、パーソナルコンピュータなどを用いることができる。
【０１２２】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様、還元剤（燃料）としては、たとえば、Ｈ2ガス、炭化水素ガス、アンモニアガスなどを用いることができる。なかでも、Ｈ2ガスを用いることが好ましい。酸化剤としては、たとえば、Ｏ2ガスや、空気等のＯ2を含むガスなどを用いることができる。なかでも、空気が好ましく用いられる。
【０１２３】
［ｂ］カソード極の湿度制御
次に、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御について、いくつかの例を示して詳細に説明する。なお、下記に例示するカソード極の湿度制御フローは、アルカリ形燃料電池の稼動中、所定の時間間隔を設けて繰り返し行なうことが好ましい。
【０１２４】
（カソード極湿度制御フロー１）
図１１は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の一例を示すフローチャートである。図１１に示される湿度制御においては、まず、第２検出部１００５により出口側相対湿度Ｈ’が検出される。そして、検出されたＨ’が所定値ＡH’（ただし、ＡH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下であるか否か、および、所定値ＢH’（ただし、ＢH’は１００％ＲＨより大きい値である。）以上であるか否か（換言すれば、Ｈ’が１００％ＲＨを含むＡH超ＢH未満の範囲内でないかどうか）が、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１１０１）。この判定結果に基づき、第２制御部１００６は、第２調整部１００４を次のように制御する。
【０１２５】
〔１〕Ｈ’が所定値ＡH’以下である場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度（入口側湿度）の増加を行なうように制御する（ステップＳ１１０２）。このような制御は、本発明では「Ｈ’≦ＡH’」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ’≦ＡH’」（排出された酸化剤の相対湿度が過度に低いこと）は、カソード極内の湿度が十分に高くないことを意味しているといえるからである。
【０１２６】
〔２〕Ｈ’が所定値ＢH’以上である場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度（入口側湿度）の低減を行なうように制御する（ステップＳ１１０３）。このような制御は、本発明では「Ｈ’≧ＢH’」との判定結果が「フラッディング（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ’≧ＢH’」（排出された酸化剤の相対湿度が過度に高いこと）は、カソード極内の湿度が過度に高くなっていることを意味しているといえるからである。
【０１２７】
このように、本例のカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するために適用することができる。すなわち、本例の湿度制御は、相対湿度Ｈ’の検出結果に基づいて、フィードバック制御を行なうものである。本例のカソード極の湿度制御は、出口側相対湿度Ｈ’のみを検出すればよいため、迅速な制御を行なうことができる点において有利である。
【０１２８】
カソード極の湿度制御は、カソード極に供給される酸化剤の流量調整のみで行なってもよいし、酸化剤の湿度調整のみで行なってもよいし、流量および湿度の双方を調整することにより行なってもよい（後述する他の湿度制御フローにおいても同様である。）。酸化剤の流量調整は、カソード極の湿度制御を容易、かつ迅速に行なうことができる点で有利である。一方、酸化剤の湿度調整は、カソード極の湿度制御を高い精度で行なうことができる点で有利である。
【０１２９】
なお、カソード極の湿度を増加させるために酸化剤の流量を増加させる場合においては、酸化剤供給のためにファンなどの補機を用いたときに補機の電力ロスが大きくなることから、酸化剤の流量を極端に大きくすることは避けることが好ましい。一方、カソード極の湿度を低減させるために酸化剤の流量を低減させる場合においては、要求される電力量を供給できなくなるおそれがあることから、酸化剤の流量を極端に小さくすることは避けることが好ましい。また、カソード極の湿度を増加させるために酸化剤の湿度（入口側湿度）を増加させる場合においては、酸化剤の湿度を極端に大きくすることは避けることが好ましい。カソード極の入口側の湿度が極端に高くなることによってカソード極の入口側と出口側との間で極端な湿度差が生じ、ひいては反応量に極端な差が生じて、燃料電池の劣化が生じやすくなるためである。このような適切な範囲内での酸化剤の流量および／または湿度の調整は、たとえば、上述した調整後（または調整前後）の酸化剤の流量および／または湿度を検知する検知器の検知結果に基づく制御により達成することができる。以上の酸化剤の流量および湿度の下限値および上限値に関する事項は、後述する他の湿度制御フローにおいても当てはまる。
【０１３０】
所定値ＡH’は、好ましくは７０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、より好ましくは８５〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内である。また、所定値ＢH’は、好ましくは１０５〜１３０〔％ＲＨ〕の範囲内であり、より好ましくは１０５〜１１５〔％ＲＨ〕の範囲内である。
【０１３１】
本例の湿度制御において、検出されたＨ’がＡH’＜Ｈ’＜ＢH’を満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のＨ’の検出時まで第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【０１３２】
（カソード極湿度制御フロー２）
図１２は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図１２に示される湿度制御においては、まず、第２検出部１００５によりΔｉ’が検出される。そして、検出されたΔｉ’が０を含むＣi’〜Ｄi’（ただし、Ｃi’は負の値であり、Ｄi’は正の値である。）の範囲内であるか否かが、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１２０１）。Δｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内である場合（すなわち、アルカリ形燃料電池の動作状態の変化がほぼなく、電流量の増減によるカソード極で消費される水の量の変化がほぼないと判断できる場合）、第２制御部１００６は、第２検出部１００５が出口側相対湿度Ｈ’を検出するように制御する（なお、Δｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内でない場合については後述。）。そして、検出されたＨ’が所定値ＡH’（ＡH’は上記と同じ意味である。）以下であるか否か、および、所定値ＢH’（ＢH’は上記と同じ意味である。）以上であるか否か（換言すれば、Ｈ’がＡH’超ＢH’未満の範囲内でないかどうか）が、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１２０２）。この判定結果に基づき、第２制御部１００６は、第２調整部１００４等を次のように制御する。
【０１３３】
〔１〕Ｈ’が所定値ＡH’以下である場合には、第２制御部１００６は、カソード極に供給される酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ１２０３）。このような制御は、本発明では「Ｈ’≦ＡH’」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ’≦ＡH’」（排出された酸化剤の相対湿度が過度に低いこと）は、カソード極内の湿度が十分に高くないことを意味しているといえるからである。
【０１３４】
〔２〕Ｈ’が所定値ＢH’以上である場合には、第２制御部１００６は、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度（入口側湿度）の低減を行なうように制御する（ステップＳ１２０４）。このような制御は、本発明では「Ｈ’≧ＢH’」との判定結果が「フラッディング（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。「Ｈ’≧ＢH’」（排出された酸化剤の相対湿度が過度に高いこと）は、カソード極内の湿度が過度に高くなっていることを意味しているといえるからである。
【０１３５】
検出されたＨ’がＡH’＜Ｈ’＜ＢH’を満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のΔｉ’の検出時まで第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【０１３６】
以上のフロー制御により、電流量の増減によるカソード極で消費される水の量の変化がほぼない場合において生じ得るドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）を改善することができる。
【０１３７】
Δｉ’の所定値Ｃi’は、好ましくは−５０〜−２５〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、より好ましくは−４０〜−３０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内である。所定値Ｄi’は、好ましくは＋２５〜＋５０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、より好ましくは＋３０〜＋４０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内である。
【０１３８】
ここで、図１３を参照して、検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内でない場合においては、第２制御部１００６は、第２調整部１００４を次のように制御することが好ましい。
【０１３９】
〔１〕Δｉ’が所定値Ｃi’より小さい場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ１３０１）。このような制御は、本発明では「Δｉ’＜Ｃi’」との判定結果が「フラッディングを生じる方向へ向かっている」と判断されることに基づく。「Δｉ’＜Ｃi’（電流値の低下）」は、カソード極での反応により消費される水量の低下、したがってカソード極の湿度の増加をもたらし、結果、フラッディングを生じやすいからである。
【０１４０】
〔２〕Δｉ’が所定値Ｄi’より大きい場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ１３０２）。このような制御は、本発明では「Δｉ’＞Ｄi’」との判定結果が「ドライアップを生じる方向へ向かっている」と判断されることに基づく。「Δｉ’＞Ｄi’（電流値の上昇）」は、カソード極での反応により消費される水量の増加、したがってカソード極の湿度の低下をもたらし、結果、ドライアップを生じやすいからである。
【０１４１】
このように、本例の湿度制御では、Δｉ’および相対湿度Ｈ’をこの順で検出し、カソード極の湿度の最適化を行なう。これらの特性をリアルタイムに検出することにより、カソード極の湿度状態を把握することができ、これに応じてカソード極の湿度を最適に制御することができる。Δｉ’の検出結果に基づくカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生の未然防止に有効であり、相対湿度Ｈ’の検出結果に基づくカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するのに有効である。このように本例の湿度制御は、Δｉ’の検出結果に基づくフィードフォワード制御と相対湿度Ｈ’の検出結果に基づくフィードバック制御の２つの制御手法を組み合わせたものである。
【０１４２】
（カソード極湿度制御フロー３）
図１４は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図１４に示される湿度制御においては、まず、第２検出部１００５によりΔｉ’が検出される。そして、検出されたΔｉ’が０を含むＣi’〜Ｄi’（Ｃi’およびＤi’は上記と同じ意味である。）の範囲内であるか否かが、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１４０１）。Δｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内である場合、第２制御部１００６は、第２検出部１００５が出口側相対湿度Ｈ’を検出するように制御する（なお、Δｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内でない場合については後述。）。そして、検出されたＨ’が所定値ＥH’（ただし、ＥH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下であるか否か、および、所定値ＦH’（ただし、ＦH’＝１００％ＲＨである。）以上であるか否か（換言すれば、Ｈ’がＥH’超ＦH’未満の範囲内でないかどうか）が、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１４０２）。この判定結果に基づき、第２制御部１００６は、第２調整部１００４等を次のように制御する。
【０１４３】
〔１〕Ｈ’が所定値ＥH’以下である場合には、第２制御部１００６は、カソード極に供給される酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ１４０３）。このような制御は、本発明では、「Ｈ’≦ＥH’」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。
【０１４４】
〔２〕Ｈ’が所定値ＦH’以上である場合には、第２制御部１００６は、第２検出部１００５がΔＶ’を検出するように制御する。そして、検出されたΔＶ’が所定値ＧV’（ただし、Ｇv’は負の値である。）未満であるか否かが、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１４０４）。検出されたΔＶ’が所定値Ｇv’未満の場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ１４０５）。このような制御は、本発明では、「Ｈ’≧ＦH’」およびそれに続く「ΔＶ’＜ＧV’」との判定結果が「電圧値の低下がドライアップではなく、フラッディングによるもの」と判断されることに基づく。すなわち、「ΔＶ’＜ＧV’」（電圧値の低下）との判定結果はドライアップまたはフラッディングが生じていること、あるいはその傾向にあることを意味するが、「Ｈ’≧ＦH’」との判定結果はドライアップ（あるいはその傾向）が生じていないことを意味している。
【０１４５】
一方、ステップＳ１４０４において検出されたΔＶ’がＧV’以上である場合には、酸化剤の流量および／または湿度の調整は不要である。「ΔＶ’≧ＧV’」との判定結果は、電圧値が増加しており、ドライアップまたはフラッディング（あるいはそのような傾向）を生じていないと判断されるためである。
【０１４６】
〔３〕ステップＳ１４０２において検出されたＨ’がＥH’＜Ｈ’＜ＦH’を満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のΔｉ’の検出時まで第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【０１４７】
相対湿度Ｈ’の所定値ＥH’は、好ましくは７０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、より好ましくは８５〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内である。また、ΔＶ’の所定値ＧV’は、好ましくは−５０〜−２〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内であり、より好ましくは−３０〜−１０〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内である。
【０１４８】
ここで、図１５を参照して、検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内でない場合においては、上述のカソード極湿度制御フロー２と同様、第２制御部１００６は、第２調整部１００４を次のように制御することが好ましい。
【０１４９】
〔１〕Δｉ’が所定値Ｃi’より小さい場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ１５０１）。
【０１５０】
〔２〕Δｉ’が所定値Ｄi’より大きい場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ１５０２）。
【０１５１】
このように、本例の湿度制御では、Δｉ’、相対湿度Ｈ’およびΔＶ’をこの順で検出し、カソード極の湿度の最適化を行なう。これらの特性をリアルタイムに検出することにより、カソード極の湿度状態を把握することができ、これに応じてカソード極の湿度を最適に制御することができる。Δｉ’の検出結果に基づくカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生の未然防止に有効であり、相対湿度Ｈ’およびΔＶ’の検出結果に基づくカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するのに有効である。このように本例の湿度制御は、Δｉ’の検出結果に基づくフィードフォワード制御と相対湿度Ｈ’およびΔＶ’の検出結果に基づくフィードバック制御の２つの制御手法を組み合わせたものである。特に、本例によれば、ステップＳ１４０２において「Ｈ’≧ＦH’」でないと判定されれば、ΔＶ’の検出は不要であり、比較的簡便にカソード極の湿度の最適化を行なうことができる。
【０１５２】
（カソード極湿度制御フロー４）
図１６は、本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによるカソード極の湿度制御の別の一例を示すフローチャートである。図１６に示される湿度制御においては、まず、第２検出部１００５によりΔｉ’が検出される。そして、検出されたΔｉ’が０を含むＣi’〜Ｄi’（Ｃi’およびＤi’は上記と同じ意味である。）の範囲内であるか否かが、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１６０１）。Δｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内である場合、第２制御部１００６は、第２検出部１００５がΔＶ’を検出するように制御する（なお、Δｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内でない場合については後述。）。そして、検出されたΔＶ’が所定値Ｇv’（Ｇv’は上記と同じ意味である。）未満であるか否かが、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１６０２）。この判定結果に基づき、第２制御部１００６は、第２調整部１００４等を次のように制御する。
【０１５３】
〔１〕ΔＶ’が所定値Ｇv’未満である場合には、第２制御部１００６は、第２検出部１００５が出口側相対湿度Ｈ’を検出するように制御する。そして、検出されたＨ’が所定値ＥH’（ＥH’は上記と同じ意味である。）以下であるか否か、および、所定値ＦH’（ＦH’は上記と同じ意味である。）以上であるか否か（換言すれば、Ｈ’がＥH’超ＦH’未満の範囲内でないかどうか）が、第２制御部１００６により判定される（ステップＳ１６０３）。検出されたＨ’が所定値ＥH’以下である場合には、第２制御部１００６は、カソード極に供給される酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ１６０４）。このような制御は、本発明では、「Ｈ’≦ＥH’」との判定結果が「ドライアップ（あるいはその傾向）を生じている」と判断されることに基づく。
【０１５４】
一方、ステップＳ１６０３にて検出されたＨ’が所定値ＦH’以上である場合には、第２制御部１００６は、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する（ステップＳ１６０５）。このような制御は、本発明では、「ΔＶ’＜ＧV’」およびそれに続く「Ｈ’≧ＦH’」との判定結果が「電圧値の低下がドライアップではなく、フラッディングによるもの」と判断されることに基づく。すなわち、「ΔＶ’＜ＧV’」（電圧値の低下）との判定結果はドライアップまたはフラッディングが生じていること、あるいはその傾向にあることを意味するが、「Ｈ’≧ＦH’」との判定結果はドライアップ（あるいはその傾向）が生じていないことを意味している。
【０１５５】
〔２〕ステップＳ１６０３において検出されたＨ’がＥH’＜Ｈ’＜ＦH’を満たす場合には、ドライアップおよびフラッディング（またはその傾向）は生じていないと判断して、次回のΔｉ’の検出時まで第２調整部１００４による酸化剤の流量および／または湿度の調整を実施しないことができる。
【０１５６】
〔３〕ステップＳ１６０２において検出されたΔＶ’が所定値Ｇv’以上である場合には、酸化剤の流量および／または湿度の調整は不要である。「ΔＶ’≧ＧV’」との判定結果は、電圧値が増加しており、ドライアップまたはフラッディング（あるいはそのような傾向）を生じていないと判断されるためである。
【０１５７】
図１７に示されるように、本例の湿度制御においても、検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’の範囲内でない場合においては、第２制御部１００６は、上述のカソード極湿度制御フロー２および３と同様の制御を行なうことが好ましい。すなわち、Δｉ’が所定値Ｃi’より小さい場合には、カソード極に供給される酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御し（ステップＳ１７０１）、Δｉ’が所定値Ｄi’より大きい場合には、酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する（ステップＳ１７０２）ことが好ましい。
【０１５８】
このように、本例の湿度制御では、Δｉ’、ΔＶ’および相対湿度Ｈ’をこの順で検出し、カソード極の湿度の最適化を行なう。これらの特性をリアルタイムに検出することにより、カソード極の湿度状態を把握することができ、これに応じてカソード極の湿度を最適に制御することができる。Δｉ’の検出結果に基づくカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生の未然防止に有効であり、相対湿度Ｈ’およびΔＶ’の検出結果に基づくカソード極の湿度制御は、ドライアップおよびフラッディングの発生（またはその傾向）を改善するのに有効である。このように本例の湿度制御は、Δｉ’の検出結果に基づくフィードフォワード制御と相対湿度Ｈ’およびΔＶ’の検出結果に基づくフィードバック制御の２つの制御手法を組み合わせたものである。特に、本例によれば、ステップＳ１６０２において「ΔＶ’＜ＧV’」でない（すなわち、「ΔＶ’≧ＧV’」）と判断されれば、出口側相対湿度Ｈ’の検出は不要であり、比較的簡便にカソード極の湿度の最適化を行なうことができる。
【０１５９】
＜第３の実施形態＞
図１８は、本発明に係るアルカリ形燃料電池システムの構成の他の一例を示す概略図である。図１８に示されるアルカリ形燃料電池システム１８００は、アルカリ形燃料電池が有するアノード極およびカソード極の湿度を最適に調整することが可能なシステムであり、上記第１および第２の実施形態を組み合わせたものといえる。
【０１６０】
図１８に示されるアルカリ形燃料電池システム１８００は、アルカリ形燃料電池を含む燃料電池部１８０１；燃料電池部１８０１に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部１８０２；燃料電池部１８０１に接続され、アルカリ形燃料電池のカソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部１８０３；還元剤供給部１８０２に接続され、アノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度を調整するための第１調整部１８０４ａ；酸化剤供給部１８０３に接続され、カソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度を調整するための第２調整部１８０４ｂ；燃料電池部１８０１に接続され、アルカリ形燃料電池のアノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈおよびカソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’を少なくとも検出する検出部１８０５；ならびに、第１調整部１８０４ａ、第２調整部１８０４ｂおよび検出部１８０５に接続され、検出部１８０５による検出結果に基づいて、第１調整部１８０４ａによる還元剤の流量および／または湿度の調整、ならびに、第２調整部１８０４ｂによる酸化剤の流量および／または湿度の調整を制御するための制御部１８０６を含む。
【０１６１】
検出部１８０５は、アノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈおよびカソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’のほか、好ましくは、アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉ（＝Δｉ’）および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ（＝ΔＶ’）をさらに検出するものである。
【０１６２】
本実施形態のアルカリ形燃料電池システムによれば、還元剤の出口側相対湿度Ｈ、酸化剤の出口側相対湿度Ｈ’さらにはΔｉおよびΔＶのような電池特性を検出し、当該検出結果に基づいてリアルタイムにアルカリ形燃料電池のアノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度（入口側湿度）、さらにはカソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度（入口側湿度）の最適化を行なうことができるため、アノード極、さらにはカソード極の湿度が最適化され、その結果、フラッディングおよびドライアップの未然防止または改善をより効果的に図ることが可能になる。これにより、安定して高い出力電圧を維持することができる。
【０１６３】
本実施形態のアルカリ形燃料電池システムが備える燃料電池部、還元剤供給部および酸化剤供給部の構成は、上記第１の実施形態で説明したものと同様であることができる。第１調整部１８０４ａおよび第２調整部１８０４ｂもまた、それぞれ第１の実施形態における第１調整部１０４、第２の実施形態における第２調整部１００４と同様であることができる。
【０１６４】
検出部１８０５は、アノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈを検出する第１検出部と、カソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’を検出する第２検出部の、独立した２つの検出部から構成されていてもよい。
【０１６５】
制御部１８０６は、第１調整部１８０４ａによる還元剤の流量および／または湿度の調整と、第２調整部１８０４ｂによる酸化剤の流量および／または湿度の調整とをそれぞれ独立に制御できるものであり、第１調整部１８０４ａによる還元剤の流量および／または湿度の調整を制御する制御部と、第２調整部１８０４ｂによる酸化剤の流量および／または湿度の調整を制御する制御部の、独立した２つの制御部から構成されていてもよい。
【０１６６】
本実施形態のアルカリ形燃料電池システムは、上述したアノード極の湿度制御とカソード極の湿度制御とを、アルカリ形燃料電池の稼動中、それぞれ独立に並行して実施する。具体的なアノード極の湿度制御フローおよびカソード極の湿度制御フローは上述のとおりである。
【実施例】
【０１６７】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１６８】
〔アルカリ形燃料電池システムの作製〕
＜実施例１＞
以下の手順でアルカリ形燃料電池システムを作製した。
【０１６９】
（１）膜電極複合体の作製
芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体をクロロメチル化した後、アミノ化することにより、触媒層用のアニオン伝導性固体高分子電解質を得た。これをテトラヒドロフランに添加することにより、５重量％アニオン伝導性固体高分子電解質溶液を得た。
【０１７０】
Ｐｔ担持量が５０重量％のＰｔ／Ｃである触媒担持カーボン粒子（田中貴金属社製「ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ」）と、上記で得られた電解質溶液とを、重量比で２／０．２となるように混合し、さらにイオン交換水およびエタノールを添加することにより、アノード触媒層用の触媒ペーストを作製した。
【０１７１】
同様に、Ｐｔ担持量が５０重量％のＰｔ／Ｃである触媒担持カーボン粒子（田中貴金属社製「ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ」）と、上記で得られた電解質溶液とを、重量比で２／０．２となるように混合し、さらにイオン交換水およびエタノールを添加することにより、カソード触媒層用の触媒ペーストを作製した。
【０１７２】
次に、アノードガス拡散層としてカーボンペーパー（東レ社製「ＴＧＰ−Ｈ−０６０」、厚み約１９０μｍ）を縦２３ｍｍ×横２３ｍｍのサイズに切り出し、そのアノードガス拡散層の一方の面に、上記のアノード触媒層用の触媒ペーストを触媒量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるように、縦２３ｍｍ×横２３ｍｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、室温にて乾燥させることにより、アノードガス拡散層であるカーボンペーパーの片面の全面にアノード触媒層が形成されたアノード極を作製した。得られたアノード極の厚みは約２００μｍであった。
【０１７３】
同様に、カソードガス拡散層としてカーボンペーパー（東レ社製「ＴＧＰ−Ｈ−０６０」、厚み約１９０μｍ）を縦２３ｍｍ×横２３ｍｍのサイズに切り出し、そのカソードガス拡散層の一方の面に、上記のカソード触媒層用の触媒ペーストを触媒量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるように、縦２３ｍｍ×横２３ｍｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、室温にて乾燥させることにより、カソードガス拡散層であるカーボンペーパーの片面の全面にカソード触媒層が形成されたカソード極を作製した。得られたカソード極の厚みは約２００μｍであった。
【０１７４】
次に、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズに切り出したフッ素樹脂系高分子電解質（旭化成社製「アシプレックス」）をアニオン伝導性固体高分子電解質膜として用い、上記アノード極と電解質膜と上記カソード極をこの順で、それぞれの触媒層が電解質膜に対向するように重ね合わせた後、１３０℃、１０ｋＮで２分間の熱圧着を行なうことにより、アノード極およびカソード極を電解質膜に接合し、膜電極複合体を得た。上記重ね合わせは、アノード極とカソード極の電解質膜の面内における位置が一致するように、かつアノード極と電解質膜とカソード極の中心が一致するように行なった。
【０１７５】
（２）アルカリ形燃料電池の作製
上記膜電極複合体を、市販の燃料電池セル（エレクトロケム社製）を分解して取り出した部品と組み合わせて燃料電池を作製した。具体的には、まず、アノード極側集電体（エンドプレート）／カーボン製アノード極セパレータ（ガスフロープレート）／ポリテトラフルオロエチレン製ガスケット／膜電極複合体／ポリテトラフルオロエチレン製ガスケット／カーボン製カソード極セパレータ（ガスフロープレート）／カソード極側集電体（エンドプレート）の順に積層した。なお、両ガスケットの中心部には貫通孔が形成されているため、得られた積層体において、各極セパレータと膜電極複合体とは接触している。最後に、Ｍ３のボルトおよびナットを用いて５Ｎ・ｍで締め付けることによって、アルカリ形燃料電池を得た。
【０１７６】
（３）アルカリ形燃料電池システムの作製
作製したアルカリ形燃料電池を燃料電池部１０１として用い、図１と同様の構成のアルカリ形燃料電池システムを作製した。具体的には次のとおりである。
【０１７７】
還元剤供給部１０２としてのステンレス製の配管を燃料電池部１０１のアノード極セパレータに還元剤を供給できるように接続するとともに、酸化剤供給部１０３としてのステンレス製の配管を燃料電池部１０１のカソード極セパレータに酸化剤を供給できるように接続した。還元剤供給部１０２としてのステンレス製の配管は、第１調整部１０４としての流量調整弁および調湿器を有している。調湿器は、温度制御可能な水浴を有しており、還元剤を水浴中の水中へバブリングさせることにより加湿を行なうタイプである。第１検出部１０５として、アノード極セパレータが有する還元剤流路の出口側端部に湿度計（タスコジャパン株式会社製「高精度圧力露点プローブＴＭＳ−４４２−５」）を設置するとともに、電流計および電圧計を、燃料電池部１０１のアノード極側集電体およびカソード極側集電体に接続した（電流計は燃料電池に対して直列、電圧計は燃料電池に対して並列に接続）。また、第１制御部１０６としてのパーソナルコンピュータを第１検出部１０５に接続して第１検出部１０５からの電気信号を受信可能にするとともに、第１調整部１０４に接続して、第１検出部１０５からの情報に基づき第１調整部１０４に制御情報を送信可能とした。また、燃料電池内部の温度をモニターするために、アノード極セパレータ内部の膜電極複合体近傍に温度センサを設置するとともに、調湿器内部の水浴の温度をモニターするための温度センサを該水浴中に設置した。これらの温度センサの検知結果を第１制御部１０６に送信できるようにした。
【０１７８】
＜実施例２＞
上記実施例１の（１）〜（２）の方法で作製したアルカリ形燃料電池を燃料電池部１００１として用い、図１０と同様の構成のアルカリ形燃料電池システムを作製した。具体的には次のとおりである。
【０１７９】
還元剤供給部１００２としてのステンレス製の配管を燃料電池部１００１のアノード極セパレータに還元剤を供給できるように接続するとともに、酸化剤供給部１００３としてのステンレス製の配管を燃料電池部１００１のカソード極セパレータに酸化剤を供給できるように接続した。酸化剤供給部１００３としてのステンレス製の配管は、第２調整部１００４としての流量調整弁および調湿器を有している。調湿器は、温度制御可能な水浴を有しており、酸化剤を水浴中の水中へバブリングさせることにより加湿を行なうタイプである。第２検出部１００５として、カソード極セパレータが有する酸化剤流路の出口側端部に湿度計（タスコジャパン株式会社製「高精度圧力露点プローブＴＭＳ−４４２−５」）を設置するとともに、電流計および電圧計を、燃料電池部１００１のアノード極側集電体およびカソード極側集電体に接続した（電流計は燃料電池に対して直列、電圧計は燃料電池に対して並列に接続）。また、第２制御部１００６としてのパーソナルコンピュータを第２検出部１００５に接続して第２検出部１００５からの電気信号を受信可能にするとともに、第２調整部１００４に接続して、第２検出部１００５からの情報に基づき第２調整部１００４に制御情報を送信可能とした。また、燃料電池内部の温度をモニターするために、カソード極セパレータ内部の膜電極複合体近傍に温度センサを設置するとともに、調湿器内部の水浴の温度をモニターするための温度センサを該水浴中に設置した。これらの温度センサの検知結果を第２制御部１００６に送信できるようにした。
【０１８０】
＜比較例１＞
第１調整部１０４および第１制御部１０６を有しないこと以外は実施例１と同様にしてアルカリ形燃料電池システムを作製した。
【０１８１】
〔アノード極の湿度制御実験およびその評価〕
（１）図５に示されるフローチャートに従うアノード極の湿度制御
＜実施例Ａ−１＞
実施例１で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝３００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を６００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させ、時刻Ｔ2までこの電流量を維持した（Ｔ1−Ｔ0＝５分）。
【０１８２】
以上の発電操作において、図５に示されるフローチャートに従い、次のようなアノード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃiは−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄiは３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡHは９０％ＲＨ、ＢHは１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ0〜Ｔ1における１分間、第１検出部１０５により電流量を測定して、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉを検出し、「Δｉ＞Ｄi」との判定結果に基づき（ステップＳ４０１）、第１制御部１０６による制御により、還元剤の流量を２倍に増加させることにより、アノード極の湿度を低減させた（ステップＳ５０２）。このようなアノード極の湿度制御の結果、時刻Ｔ1〜Ｔ2において、安定した出力電圧を維持することができた。
【０１８３】
次に、時刻Ｔ2における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻Ｔ2から時刻Ｔ3にかけて直線的に電流量を６００ｍＡ／ｃｍ2から３００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させ、以後この電流量を維持した（Ｔ3−Ｔ2＝５分）。
【０１８４】
以上の発電操作において、図５に示されるフローチャートに従い、次のようなアノード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃiは−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎに設定した。時刻Ｔ2〜Ｔ3における１分間、第１検出部１０５により電流量を測定し、電流量の単位時間あたりの変化量Δｉを検出し、「Δｉ＜Ｃi」との判定結果に基づき（ステップＳ４０１）、第１制御部１０６による制御により、還元剤の流量を半減させ、発電初期の流量に戻すことにより、アノード極の湿度を増加させた（ステップＳ５０１）。このようなアノード極の湿度制御の結果、時刻Ｔ3以降において、安定した出力電圧を維持することができた。
【０１８５】
＜実施例Ａ−２＞
ステップＳ５０２において、還元剤の流量を増加させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約９５％となるように調整し、アノード極の湿度を低減させた以外は実施例Ａ−１と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。また、ステップＳ５０１において、還元剤の流量を低減させる代わりに、還元剤の相対湿度を増加させ、発電初期の相対湿度に戻すことにより、アノード極の湿度を増加させた以外は実施例Ａ−１と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。このようなアノード極の湿度制御の結果、時刻Ｔ1〜Ｔ2および時刻Ｔ3以降において、安定した出力電圧を維持することができた。なお、相対湿度の増減は、第１調整部１０４の調湿器の温度を調整することにより行なった。
【０１８６】
＜比較例Ｘ−１＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システム（第１調整部１０４および第１制御部１０６を有しない。）を用いたこと以外は実施例Ａ−１と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加／低減要請に応じて、実施例Ａ−１と同様に電流量を増加／低下させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ａ−１およびＡ−２の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1〜Ｔ2において、フラッディングが原因と見られる出力電圧の漸次的な低下が認められた。また、時刻Ｔ3以降においては、ドライアップが原因と見られる出力電圧の漸次的な低下が認められた。
【０１８７】
＜実施例Ａ−３＞
実施例１で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝３００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させ、以後この電流量を維持した。
【０１８８】
以上の発電操作において、図５に示されるフローチャートに従い、次のようなアノード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃiは−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄiは３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡHは９０％ＲＨ、ＢHは１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第１検出部１０５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi≦Δｉ≦Ｄi」との判定結果を得た（ステップＳ４０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈを測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ＝１１５％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ≧ＢH」との判定結果を得た（ステップＳ４０２）。
【０１８９】
当該判定結果に基づき、第１制御部１０６による制御により、還元剤の流量を約２倍に増加させることにより、アノード極の湿度を減少させた（ステップＳ４０４）。なお、以上のような図５に示される一連のフローを終了した後、図５のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０１９０】
＜実施例Ａ−４＞
ステップＳ４０４において、還元剤の流量を増加させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約９５％となるように調整し、アノード極の湿度を減少させた以外は実施例Ａ−３と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約９５％となるように減少させた後、図５のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０１９１】
＜比較例Ｘ−２＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システム（第１調整部１０４および第１制御部１０６を有しない。）を用いたこと以外は実施例Ａ−３と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ａ−３と同様に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ａ−３およびＡ−４の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、フラッディングが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０１９２】
＜実施例Ａ−５＞
実施例１で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝７００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させ、以後この電流量を維持した。
【０１９３】
以上の発電操作において、図５に示されるフローチャートに従い、次のようなアノード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃiは−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄiは３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡHは９０％ＲＨ、ＢHは１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第１検出部１０５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi≦Δｉ≦Ｄi」との判定結果を得た（ステップＳ４０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈを測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ＝８５％との検出結果から、「Ｈ≦ＡH」との判定結果を得た（ステップＳ４０２）。
【０１９４】
当該判定結果に基づき、第１制御部１０６による制御により、還元剤の流量を約６０％に減少させることにより、アノード極の湿度を増加させた（ステップＳ４０３）。流量を約６０％倍に減少させた後、図５のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０１９５】
＜実施例Ａ−６＞
ステップＳ４０３において、還元剤の流量を減少させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約１０４％となるように調整し、アノード極の湿度を増加させた以外は実施例Ａ−５と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約１０４％となるように増加させた後、図５のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０１９６】
＜比較例Ｘ−３＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システム（第１調整部１０４および第１制御部１０６を有しない。）を用いたこと以外は実施例Ａ−５と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ａ−５と同様に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ａ−５およびＡ−６の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、ドライアップが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０１９７】
（２）図７に示されるフローチャートに従うアノード極の湿度制御
＜実施例Ｂ−１＞
実施例１で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝３００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させ、以後この電流量を維持した。
【０１９８】
以上の発電操作において、図７に示されるフローチャートに従い、次のようなアノード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃiは−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄiは３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＥHは９０％ＲＨ、ＦHは１００％ＲＨ、ＧVは−３０ｍＶ／ｍｉｎに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第１検出部１０５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi≦Δｉ≦Ｄi」との判定結果を得た（ステップＳ４０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈを測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ＝１００％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ≧ＦH」との判定結果を得た（ステップＳ４０２）。さらに続いて、当該判定結果に基づき出力電圧値を測定し（測定時間１分）、出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ＝−６０ｍＶ／ｍｉｎとの検出結果から、「ΔＶ＜ＧV」との判定結果を得た（ステップＳ４０４）。
【０１９９】
当該判定結果に基づき、第１制御部１０６による制御により、還元剤の流量を約２．３倍に増加させることにより、アノード極の湿度を減少させた（ステップＳ４０５）。流量を約２．３倍に増加させた後、図７のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２００】
＜実施例Ｂ−２＞
ステップＳ４０５において、還元剤の流量を増加させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約９５％となるように調整し、アノード極の湿度を減少させた以外は実施例Ｂ−１と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約９５％となるように減少させた後、図７のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２０１】
＜比較例Ｘ−２＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システム（第１調整部１０４および第１制御部１０６を有しない。）を用いたこと以外は実施例Ｂ−１と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ｂ−１と同様に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｂ−１およびＢ−２の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、フラッディングが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０２０２】
＜実施例Ｂ−３＞
実施例１で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝７００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させ、以後この電流量を維持した。
【０２０３】
以上の発電操作において、図７に示されるフローチャートに従い、次のようなアノード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃiは−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄiは３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＥHは９０％ＲＨ、ＦHは１００％ＲＨ、ＧVは−３０ｍＶ／ｍｉｎに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第１検出部１０５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi≦Δｉ≦Ｄi」との判定結果を得た（ステップＳ４０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈを測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ＝８５％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ≦ＥH」との判定結果を得た（ステップＳ４０２）。
【０２０４】
当該判定結果に基づき、第１制御部１０６による制御により、還元剤の流量を約６０％に減少させることにより、アノード極の湿度を増加させた（ステップＳ４０３）。流量を約６０％倍に減少させた後、図７のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２０５】
＜実施例Ｂ−４＞
ステップＳ４０３において、還元剤の流量を減少させる代わりに、還元剤の相対湿度を初期値の約１０４％となるように調整し、アノード極の湿度を増加させた以外は実施例Ｂ−３と同様にしてアノード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約１０４％となるように増加させた後、図７のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなアノード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２０６】
＜比較例Ｘ−３＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システム（第１調整部１０４および第１制御部１０６を有しない。）を用いたこと以外は実施例Ｂ−３と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ｂ−３と同様に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで減少させたが、発電開始以降、還元剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｂ−３およびＢ−４の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、ドライアップが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０２０７】
〔カソード極の湿度制御実験およびその評価〕
（１）図１３に示されるフローチャートに従うカソード極の湿度制御
＜実施例Ｃ−１＞
実施例２で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝３００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を６００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させ、時刻Ｔ2までこの電流量を維持した（Ｔ1−Ｔ0＝５分）。
【０２０８】
以上の発電操作において、図１３に示されるフローチャートに従い、次のようなカソード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃi’は−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄi’は３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡH’は９０％ＲＨ、ＢH’は１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ0〜Ｔ1における１分間、第２検出部１００５により電流量を測定して、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ’を検出し、「Δｉ’＞Ｄi’」との判定結果に基づき（ステップＳ１２０１）、第２制御部１００６による制御により、酸化剤の流量を２倍に増加させることにより、カソード極の湿度を増加させた（ステップＳ１３０２）。このようなカソード極の湿度制御の結果、時刻Ｔ1〜Ｔ2において、安定した出力電圧を維持することができた。
【０２０９】
次に、時刻Ｔ2における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻Ｔ2から時刻Ｔ3にかけて直線的に電流量を６００ｍＡ／ｃｍ2から３００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させ、以後この電流量を維持した（Ｔ3−Ｔ2＝５分）。
【０２１０】
以上の発電操作において、図１３に示されるフローチャートに従い、次のようなカソード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃi’は−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄi’は３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡH’は９０％ＲＨ、ＢH’は１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ2〜Ｔ3における１分間、第２検出部１００５により電流量を測定し、電流量の単位時間あたりの変化量Δｉ’を検出し、「Δｉ’＜Ｃi’」との判定結果に基づき（ステップＳ１２０１）、第２制御部１００６による制御により、酸化剤の流量を半減させ、発電初期の流量に戻すことにより、カソード極の湿度を減少させた（ステップＳ１３０１）。このようなカソード極の湿度制御の結果、時刻Ｔ3以降において、安定した出力電圧を維持することができた。
【０２１１】
＜実施例Ｃ−２＞
ステップＳ１３０２において、酸化剤の流量を増加させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約１０５％となるように調整し、カソード極の湿度を増加させた以外は実施例Ｃ−１と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。また、ステップＳ１３０１において、酸化剤の流量を減少させる代わりに、酸化剤の相対湿度を減少させ、発電初期の相対湿度に戻すことにより、カソード極の湿度を増加させた以外は実施例Ｃ−１と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。このようなカソード極の湿度制御の結果、時刻Ｔ1〜Ｔ2および時刻Ｔ3以降において、安定した出力電圧を維持することができた。なお、相対湿度の増減は、第２調整部１００４の調湿器の温度を調整することにより行なった。
【０２１２】
＜比較例Ｙ−１＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例Ｃ−１と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加／低減要請に応じて、実施例Ｃ−１と同様に電流量を増加／低下させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｃ−１およびＣ−２の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1〜Ｔ2において、ドライアップが原因と見られる出力電圧の漸次的な低下が認められた。また、時刻Ｔ3以降においては、フラッディングが原因と見られる出力電圧の漸次的な低下が認められた。
【０２１３】
＜実施例Ｃ−３＞
実施例２で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝３００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させ、以後この電流量を維持した。
【０２１４】
以上の発電操作において、図１３に示されるフローチャートに従い、次のようなカソード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃi’は−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄi’は３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡH’は９０％ＲＨ、ＢH’は１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第２検出部１００５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ’＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi’≦Δｉ’≦Ｄi’」との判定結果を得た（ステップＳ１２０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈを測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ’＝１１５％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ’≧ＢH’」との判定結果を得た（ステップＳ１２０２）。
【０２１５】
当該判定結果に基づき、第２制御部１００６による制御により、酸化剤の流量を半減させることにより、カソード極の湿度を減少させた（ステップＳ１２０４）。なお、以上のような図１３に示される一連のフローを終了した後、図１３のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２１６】
＜実施例Ｃ−４＞
ステップＳ１２０４において、酸化剤の流量を半減させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約９５％となるように調整し、カソード極の湿度を減少させた以外は実施例Ｃ−３と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約９５％となるように減少させた後、図１３のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２１７】
＜比較例Ｙ−２＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例Ｃ−３と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ｃ−３と同様に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｃ−３およびＣ−４の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、フラッディングが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０２１８】
＜実施例Ｃ−５＞
実施例２で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝７００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させ、以後この電流量を維持した。
【０２１９】
以上の発電操作において、図１３に示されるフローチャートに従い、次のようなカソード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃi’は−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄi’は３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＡH’は９０％ＲＨ、ＢH’は１１０％ＲＨに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第２検出部１００５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ’＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi’≦Δｉ’≦Ｄi’」との判定結果を得た（ステップＳ１２０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈ’を測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ’＝８５％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ’≦ＡH’」との判定結果を得た（ステップＳ１２０２）。
【０２２０】
当該判定結果に基づき、第２制御部１００６による制御により、酸化剤の流量を約３．８倍に増加させることにより、カソード極の湿度を増加させた（ステップＳ１２０３）。流量を約３．８倍に増加させた後、図１３のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２２１】
＜実施例Ｃ−６＞
ステップＳ１２０３において、酸化剤の流量を増加させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約１０４％となるように調整し、カソード極の湿度を増加させた以外は実施例Ｃ−５と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約１０４％となるように増加させた後、図１３のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２２２】
＜比較例Ｙ−３＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例Ｃ−５と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ｃ−５と同様に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｃ−５およびＣ−６の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、ドライアップが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０２２３】
（２）図１５に示されるフローチャートに従うカソード極の湿度制御
＜実施例Ｄ−１＞
実施例２で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝３００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力増加要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させ、以後この電流量を維持した。
【０２２４】
以上の発電操作において、図１５に示されるフローチャートに従い、次のようなカソード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃi’は−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄi’は３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＥH’は９０％ＲＨ、ＦH’は１００％ＲＨ、ＧV’は−３０ｍＶ／ｍｉｎに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第２検出部１００５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ’＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi’≦Δｉ’≦Ｄi’」との判定結果を得た（ステップＳ１４０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈ’を測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ’＝１００％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ’≧ＦH’」との判定結果を得た（ステップＳ１４０２）。さらに続いて、当該判定結果に基づき出力電圧値を測定し（測定時間１分）、出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ’＝−６０ｍＶ／ｍｉｎとの検出結果から、「ΔＶ’＜ＧV’」との判定結果を得た（ステップＳ１４０４）。
【０２２５】
当該判定結果に基づき、第２制御部１００６による制御により、酸化剤の流量を半減させることにより、カソード極の湿度を減少させた（ステップＳ１４０５）。流量を半減させた後、図１５のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２２６】
＜実施例Ｄ−２＞
ステップＳ１４０５において、酸化剤の流量を半減させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約９５％となるように調整し、カソード極の湿度を減少させた以外は実施例Ｄ−１と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約９５％となるように減少させた後、図１５のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２２７】
＜比較例Ｙ−２＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例Ｄ−１と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ｄ−１と同様に電流量を７００ｍＡ／ｃｍ2まで増加させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｄ−１およびＤ−２の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、フラッディングが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【０２２８】
＜実施例Ｄ−３＞
実施例２で作製したアルカリ形燃料電池システムにおけるアルカリ形燃料電池のアノード極側集電体とカソード極側集電体とを電子機器を介して接続するとともに、アノード極セパレータに還元剤（Ｈ2）を、カソード極セパレータに酸化剤（空気）を供給して、発電を開始した。この際、還元剤および酸化剤の流量および相対湿度、アノード極−カソード極間の電流量、ならびにアルカリ形燃料電池内の温度を一定に制御した（電流量＝７００ｍＡ／ｃｍ2、アルカリ形燃料電池内の温度＝５０℃）。その後、時刻Ｔ0における電子機器からの出力低減要請に基づき、時刻Ｔ0から時刻Ｔ1にかけて直線的に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで低下させ、以後この電流量を維持した。
【０２２９】
以上の発電操作において、図１５に示されるフローチャートに従い、次のようなカソード極の湿度制御を行なった。なお、所定値Ｃi’は−３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、Ｄi’は３０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ、ＥH’は９０％ＲＨ、ＦH’は１００％ＲＨ、ＧV’は−３０ｍＶ／ｍｉｎに設定した。時刻Ｔ1以後における１分間、第２検出部１００５により電流量を測定し、電流量の単位時間当たりの変化量Δｉ’＝１０ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎとの検出結果から、「Ｃi’≦Δｉ’≦Ｄi’」との判定結果を得た（ステップＳ１４０１）。続いて、当該判定結果に基づき相対湿度Ｈ’を測定し（測定時間１分）、相対湿度Ｈ’＝８５％ＲＨとの検出結果から、「Ｈ’≦ＥH’」との判定結果を得た（ステップＳ１４０２）。
【０２３０】
当該判定結果に基づき、第２制御部１００６による制御により、酸化剤の流量を約３．８倍に増加させることにより、カソード極の湿度を増加させた（ステップＳ１４０３）。流量を約３．８倍に増加させた後、図１５のフローを複数回実施して、流量の微小な増減を行ない、流量を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。以上のようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２３１】
＜実施例Ｄ−４＞
ステップＳ１４０３において、酸化剤の流量を減少させる代わりに、酸化剤の相対湿度を初期値の約１０４％となるように調整し、カソード極の湿度を増加させた以外は実施例Ｄ−３と同様にしてカソード極の湿度制御を行なった。なお、相対湿度を初期値の約１０４％となるように増加させた後、図１５のフローを複数回実施して、相対湿度の微小な増減を行ない、相対湿度を微調整（最適化）した。フロー終了から次のフロー開始までの時間間隔は５分とした。このようなカソード極の湿度制御の結果、出力電圧の低下が収まり、安定した出力電圧を達成することができた。
【０２３２】
＜比較例Ｙ−３＞
比較例１で作製したアルカリ形燃料電池システムを用いたこと以外は実施例Ｄ−３と同様にして発電操作を行なった。電子機器からの出力増加要請に応じて、実施例Ｄ−３と同様に電流量を２００ｍＡ／ｃｍ2まで減少させたが、発電開始以降、酸化剤の流量および相対湿度は一定に維持した（これらの一定値は実施例Ｄ−３およびＤ−４の初期値と同じである）。結果、時刻Ｔ1以降、時間の経過とともに、ドライアップが原因と見られる出力電圧の低下が徐々に顕著になっていった。
【符号の説明】
【０２３３】
１００，１０００，１８００ アルカリ形燃料電池システム、１０１，１００１，１８０１ 燃料電池部、１０２，１００２，１８０２ 還元剤供給部、１０３，１００３，１８０３ 酸化剤供給部、１０４，１８０４ａ 第１調整部、１０５ 第１検出部、１０６ 第１制御部、２００ アルカリ形燃料電池、２０１ アニオン伝導性電解質膜、２０２ アノード極、２０３ カソード極、２０４ アノードセパレータ、２０５ カソードセパレータ、２０６ 還元剤流路、２０７ 酸化剤流路、２１０ 膜電極複合体、１００４，１８０４ｂ 第２調整部、１００５ 第２検出部、１００６ 第２制御部、１８０５ 検出部、１８０６ 制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、
前記アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部と、
前記カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部と、
前記アノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度を調整するための第１調整部と、
前記アノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈを少なくとも検出する第１検出部と、
前記第１調整部および前記第１検出部に接続され、前記第１検出部による検出結果に基づいて、前記第１調整部による前記還元剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第１制御部と、
を備えるアルカリ形燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１検出部は、前記アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉおよび出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶをさらに検出するものである請求項１に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＡH（ただし、ＡHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、前記第１制御部は、前記第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＢH（ただし、ＢHは１００％ＲＨより大きい値である。）以上である場合には、前記第１制御部は、前記第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項１に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１検出部によって検出されたΔｉがＣi〜Ｄi（ただし、Ｃiは負の値であり、Ｄiは正の値である。）の範囲内である場合において、
前記第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＥH（ただし、ＥHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、前記第１制御部は、前記第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＦH（ただし、ＦH＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、前記第１制御部は、前記第１検出部がΔＶを検出するように制御するとともに、該ΔＶが所定値ＧV（ただし、ＧVは負の値である。）未満である場合には、前記第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項２に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１検出部によって検出されたΔｉがＣi〜Ｄi（ただし、Ｃiは負の値であり、Ｄiは正の値である。）の範囲内である場合において、
前記第１検出部によって検出されたΔＶが所定値ＧV（ただし、ＧVは負の値である。）未満である場合には、前記第１制御部は、前記第１検出部が相対湿度Ｈを検出するように制御するとともに、該相対湿度Ｈが所定値ＥH（ただし、ＥHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、前記第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、該相対湿度Ｈが所定値ＦH（ただし、ＦH＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、前記第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項２に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１検出部によって検出されたΔｉが所定値Ｃiより小さい場合には、前記第１制御部は、前記第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第１検出部によって検出されたΔｉが所定値Ｄiより大きい場合には、前記第１制御部は、前記第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項４または５に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項７】
相対湿度Ｈの所定値ＡHが８０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、所定値ＢHが１０５〜１５０〔％ＲＨ〕の範囲内である請求項３に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項８】
Δｉの所定値Ｃiが−５０〜−２５〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、所定値Ｄiが＋２５〜＋５０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、相対湿度Ｈの所定値ＥHが８０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、ΔＶの所定値ＧVが−５０〜−２〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内である請求項４〜６のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項９】
前記アルカリ形燃料電池は、アノードセパレータ、アノード極、アニオン伝導性電解質膜、カソード極およびカソードセパレータをこの順で備える請求項１〜８のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１０】
前記還元剤供給部は、還元剤供給源と前記アノードセパレータとを接続する配管を含み、
前記配管は、前記第１調整部としての流量調整弁および／または調湿器を具備する請求項９に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１１】
アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、
前記アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部と、
前記カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部と、
前記カソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度を調整するための第２調整部と、
前記カソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’を少なくとも検出する第２検出部と、
前記第２調整部および前記第２検出部に接続され、前記第２検出部による検出結果に基づいて、前記第２調整部による前記酸化剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第２制御部と、
を備えるアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１２】
前記第２検出部は、前記アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉ’および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ’をさらに検出するものである請求項１１に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１３】
前記第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＡH’（ただし、ＡH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、前記第２制御部は、前記第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＢH’（ただし、ＢH’は１００％ＲＨより大きい値である。）以上である場合には、前記第２制御部は、前記第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項１１に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１４】
前記第２検出部によって検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’（ただし、Ｃi’は負の値であり、Ｄi’は正の値である。）の範囲内である場合において、
前記第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＥH’（ただし、ＥH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、前記第２制御部は、前記第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＦH’（ただし、ＦH’＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、前記第２制御部は、前記第２検出部がΔＶ’を検出するように制御するとともに、該ΔＶ’が所定値ＧV’（ただし、ＧV’は負の値である。）未満である場合には、前記第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項１２に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１５】
前記第２検出部によって検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’（ただし、Ｃi’は負の値であり、Ｄi’は正の値である。）の範囲内である場合において、
前記第２検出部によって検出されたΔＶ’が所定値ＧV’（ただし、ＧV’は負の値である。）未満である場合には、前記第２制御部は、前記第２検出部が相対湿度Ｈ’を検出するように制御するとともに、該相対湿度Ｈ’が所定値ＥH’（ただし、ＥH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、前記第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御し、該相対湿度Ｈ’が所定値ＦH’（ただし、ＦH’＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、前記第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項１２に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１６】
前記第２検出部によって検出されたΔｉ’が所定値Ｃi’より小さい場合には、前記第２制御部は、前記第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御し、
前記第２検出部によって検出されたΔｉ’が所定値Ｄi’より大きい場合には、前記第２制御部は、前記第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する請求項１４または１５に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１７】
相対湿度Ｈ’の所定値ＡH’が７０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、所定値ＢH’が１０５〜１３０〔％ＲＨ〕の範囲内である請求項１３に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１８】
Δｉ’の所定値Ｃi’が−５０〜−２５〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、所定値Ｄi’が＋２５〜＋５０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、相対湿度Ｈ’の所定値ＥH’が７０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、ΔＶ’の所定値ＧV’が−５０〜−２〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内である請求項１４〜１６のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１９】
前記アルカリ形燃料電池は、アノードセパレータ、アノード極、アニオン伝導性電解質膜、カソード極およびカソードセパレータをこの順で備える請求項１１〜１８のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項２０】
前記酸化剤供給部は、酸化剤供給源と前記カソードセパレータとを接続する配管を含み、
前記配管は、前記第２調整部としての流量調整弁および／または調湿器を具備する請求項１９に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項２１】
前記燃料電池部は、直列または並列に電気的に接続された２以上の前記アルカリ形燃料電池を含む請求項１〜２０のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項２２】
前記還元剤が水素ガスであり、前記酸化剤が空気である請求項１〜２１のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１】
アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、
前記アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部と、
前記カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部と、
前記アノード極に供給される還元剤の流量および／または湿度を調整するための第１調整部と、
前記アノード極から排出される還元剤の相対湿度Ｈを少なくとも検出する第１検出部と、
前記第１調整部および前記第１検出部に接続され、前記第１検出部による検出結果に基づいて、前記第１調整部による前記還元剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第１制御部と、
を備えるアルカリ形燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１検出部は、前記アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉおよび出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶをさらに検出するものである請求項１に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＡH（ただし、ＡHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、前記第１制御部は、前記第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＢH（ただし、ＢHは１００％ＲＨより大きい値である。）以上である場合には、前記第１制御部は、前記第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項１に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１検出部によって検出されたΔｉがＣi〜Ｄi（ただし、Ｃiは負の値であり、Ｄiは正の値である。）の範囲内である場合において、
前記第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＥH（ただし、ＥHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、前記第１制御部は、前記第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第１検出部によって検出された相対湿度Ｈが所定値ＦH（ただし、ＦH＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、前記第１制御部は、前記第１検出部がΔＶを検出するように制御するとともに、該ΔＶが所定値ＧV（ただし、ＧVは負の値である。）未満である場合には、前記第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項２に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１検出部によって検出されたΔｉがＣi〜Ｄi（ただし、Ｃiは負の値であり、Ｄiは正の値である。）の範囲内である場合において、
前記第１検出部によって検出されたΔＶが所定値ＧV（ただし、ＧVは負の値である。）未満である場合には、前記第１制御部は、前記第１検出部が相対湿度Ｈを検出するように制御するとともに、該相対湿度Ｈが所定値ＥH（ただし、ＥHは１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、前記第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、該相対湿度Ｈが所定値ＦH（ただし、ＦH＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、前記第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項２に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１検出部によって検出されたΔｉが所定値Ｃiより小さい場合には、前記第１制御部は、前記第１調整部が還元剤の流量の低減および／または還元剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第１検出部によって検出されたΔｉが所定値Ｄiより大きい場合には、前記第１制御部は、前記第１調整部が還元剤の流量の増加および／または還元剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項４または５に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項７】
相対湿度Ｈの所定値ＡHが８０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、所定値ＢHが１０５〜１５０〔％ＲＨ〕の範囲内である請求項３に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項８】
Δｉの所定値Ｃiが−５０〜−２５〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、所定値Ｄiが＋２５〜＋５０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、相対湿度Ｈの所定値ＥHが８０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、ΔＶの所定値ＧVが−５０〜−２〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内である請求項４〜６のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項９】
前記アルカリ形燃料電池は、アノードセパレータ、アノード極、アニオン伝導性電解質膜、カソード極およびカソードセパレータをこの順で備える請求項１〜８のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１０】
前記還元剤供給部は、還元剤供給源と前記アノードセパレータとを接続する配管を含み、
前記配管は、前記第１調整部としての流量調整弁および／または調湿器を具備する請求項９に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１１】
アノード極、アニオン伝導性電解質膜およびカソード極をこの順で備えるアルカリ形燃料電池を含む燃料電池部と、
前記アノード極に還元剤を供給するための還元剤供給部と、
前記カソード極に酸化剤を供給するための酸化剤供給部と、
前記カソード極に供給される酸化剤の流量および／または湿度を調整するための第２調整部と、
前記カソード極から排出される酸化剤の相対湿度Ｈ’を少なくとも検出する第２検出部と、
前記第２調整部および前記第２検出部に接続され、前記第２検出部による検出結果に基づいて、前記第２調整部による前記酸化剤の流量および／または湿度の調整を制御するための第２制御部と、
を備えるアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１２】
前記第２検出部は、前記アルカリ形燃料電池のアノード極とカソード極との間を流れる電流値の単位時間当たりの変化量Δｉ’および出力電圧値の単位時間当たりの変化量ΔＶ’をさらに検出するものである請求項１１に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１３】
前記第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＡH’（ただし、ＡH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、前記第２制御部は、前記第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＢH’（ただし、ＢH’は１００％ＲＨより大きい値である。）以上である場合には、前記第２制御部は、前記第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項１１に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１４】
前記第２検出部によって検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’（ただし、Ｃi’は負の値であり、Ｄi’は正の値である。）の範囲内である場合において、
前記第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＥH’（ただし、ＥH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、前記第２制御部は、前記第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御し、
前記第２検出部によって検出された相対湿度Ｈ’が所定値ＦH’（ただし、ＦH’＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、前記第２制御部は、前記第２検出部がΔＶ’を検出するように制御するとともに、該ΔＶ’が所定値ＧV’（ただし、ＧV’は負の値である。）未満である場合には、前記第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項１２に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１５】
前記第２検出部によって検出されたΔｉ’がＣi’〜Ｄi’（ただし、Ｃi’は負の値であり、Ｄi’は正の値である。）の範囲内である場合において、
前記第２検出部によって検出されたΔＶ’が所定値ＧV’（ただし、ＧV’は負の値である。）未満である場合には、前記第２制御部は、前記第２検出部が相対湿度Ｈ’を検出するように制御するとともに、該相対湿度Ｈ’が所定値ＥH’（ただし、ＥH’は１００％ＲＨより小さい値である。）以下である場合には、前記第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御し、該相対湿度Ｈ’が所定値ＦH’（ただし、ＦH’＝１００％ＲＨである。）以上である場合には、前記第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御する請求項１２に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１６】
前記第２検出部によって検出されたΔｉ’が所定値Ｃi’より小さい場合には、前記第２制御部は、前記第２調整部が酸化剤の流量の低減および／または酸化剤の湿度の低減を行なうように制御し、
前記第２検出部によって検出されたΔｉ’が所定値Ｄi’より大きい場合には、前記第２制御部は、前記第２調整部が酸化剤の流量の増加および／または酸化剤の湿度の増加を行なうように制御する請求項１４または１５に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１７】
相対湿度Ｈ’の所定値ＡH’が７０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、所定値ＢH’が１０５〜１３０〔％ＲＨ〕の範囲内である請求項１３に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１８】
Δｉ’の所定値Ｃi’が−５０〜−２５〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、所定値Ｄi’が＋２５〜＋５０〔ｍＡ／ｃｍ2・ｍｉｎ〕の範囲内であり、相対湿度Ｈ’の所定値ＥH’が７０〜９５〔％ＲＨ〕の範囲内であり、ΔＶ’の所定値ＧV’が−５０〜−２〔ｍＶ／ｍｉｎ〕の範囲内である請求項１４〜１６のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項１９】
前記アルカリ形燃料電池は、アノードセパレータ、アノード極、アニオン伝導性電解質膜、カソード極およびカソードセパレータをこの順で備える請求項１１〜１８のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項２０】
前記酸化剤供給部は、酸化剤供給源と前記カソードセパレータとを接続する配管を含み、
前記配管は、前記第２調整部としての流量調整弁および／または調湿器を具備する請求項１９に記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項２１】
前記燃料電池部は、直列または並列に電気的に接続された２以上の前記アルカリ形燃料電池を含む請求項１〜２０のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
【請求項２２】
前記還元剤が水素ガスであり、前記酸化剤が空気である請求項１〜２１のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１６９０７９（Ｐ２０１２−１６９０７９Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７４７４（Ｐ２０１１−２７４７４）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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