以下、本発明を実施するための最良の形� ��について図面を参照しながら説明する。

 (第1実施形態)
 まず、本実施形態のPEFC本体(燃料電池本体)9 9の構成を説明する。

 図1は、本発明の第1実施形態の単電池及� �PEFC本体の積層構造を模式的に例示する部分� ��解斜視図である。

 一般的には、PEFCは、単電池(セル)10が複� �積層されたPEFC本体(スタック)99と、還元剤供 給マニホールド92Iと、酸化剤供給マニホール ド93Iと、水供給マニホールド94Iと、還元剤排 出マニホールド92Eと、酸化剤排出マニホール ド93Eと、水排出マニホールド94Eと、を有して 構成されている。還元剤供給マニホールド92I には、全ての単電池10の還元剤流路21の還元� �供給端21Iが接続され、酸化剤供給マニホー� �ド93Iには、全ての単電池10の酸化剤流路31の� ��化剤供給端31Iが接続されている。本実施形� ��では、図1に示すように、これらマニホール ド92I,93I,94I,92E,93E,94EがPEFC本体99に一体化され� ��構成されている。本実施形態のPEFCは、いわ ゆる内部マニホールド型のPEFCである。

 そして、単電池10はMEA5を挟んで対向する� ��ノードセパレータ板9A及びカソードセパレ� �タ板9C(両者をセパレータと総称する)を有す� ��。より正確には、単電池10は、MEA部材7が一� ��のセパレータ板9A、9Cで挟まれて構成されて いる。

 また、本実施形態では、全てのセパレー� ��板9A、9C及びMEA部材7には板面を貫通するマ� �ホールド孔が相互に積層するように形成さ� �ており、複数のセパレータ板9A、9C及びMEA部� ��7の積層によって還元剤供給マニホールド92I 、酸化剤供給マニホールド93I、水供給マニホ ールド94I、還元剤排出マニホールド92E、酸化 剤排出マニホールド93E及び水排出マニホール ド94Eが単電池10の積層方向に沿って延伸して� ��成されている。

 具体的には、平面視(セパレータ板9A、9C� �厚み方向)において、セパレータ板9A,9C及びME A部材7の周縁部には、ボルト孔15、25,35、還元 剤供給マニホールド孔12I、22I、32I、還元剤排 出マニホールド孔12E、22E、32E、酸化剤供給マ ニホールド孔13I、23I、33I、酸化剤排出マニホ ールド孔13E、23E、33E、水供給マニホールド孔 14I、24I、34I、および水排出マニホールド孔14E 、24E、34Eが、それぞれの主面を貫通するよう にして形成されている。還元剤供給マニホー ルド孔12I、22I、32I、および還元剤排出マニホ ールド孔12E、22E、32E、は、それぞれPEFC本体99 において連なって延伸して、還元剤供給マニ ホールド92Iおよび還元剤排出マニホールド92E を形成する。また、同様にして、酸化剤供給 マニホールド孔13I、23I、33I、および酸化剤排 出マニホールド孔13E、23E、33Eは、それぞれPEF C本体99において連なって延伸して、酸化剤供 給マニホールド93Iおよび酸化剤排出マニホー ルド93Eを形成する。さらに、同様にして、水 供給マニホールド孔14I、24I、34I、および水排 出マニホールド孔14E、24E、34Eは、それぞれPEF C本体99において連なって延伸して、水供給マ ニホールド94Iおよび水排出マニホールド94Eを 形成する。

 ここで、一般的に、PEFC本体99の発電運転� ��おいては、酸化剤の流量の方が還元剤の流� ��よりも多いので、酸化剤のマニホールド93I� ��93Eの方が、還元剤のマニホールド92I、92Eよ� ��も大きい形状となっている。例えば、図1に おいては、酸化剤供給マニホールド93I及び酸 化剤排出マニホールド93Eの管路断面(延伸方� �断面)の形状は、長径50mm程度、短径20mm程度� �楕円形状である。還元剤供給マニホールド92 I及び還元剤排出マニホールド92Eの管路断面(� ��伸方向断面)の形状は、長径30mm程度、短径20 mm程度の楕円形状である。

 セパレータ板9A、9Cは、導電性材料で構成 されている。例えば、黒鉛板、フェノール樹 脂を含浸させた黒鉛板、金属板からなる。ま た、アノードセパレータ板9Aの内面には、還� ��剤供給マニホールド孔22Iと還元剤排出マニ� ��ールド孔22Eとの間を結ぶようにして溝状の� ��元剤流路21が形成されている。還元剤供給� �21Iは、還元剤供給マニホールド孔22Iの壁面� �一部に形成されている。また、還元剤流路21 は、MEA当接領域20の略全面に亘ってサーペン� ��イン(serpentine)状に形成されている。

 同様にして、カソードセパレータ板9Cの� �面には、酸化剤供給マニホールド孔33Iと酸� �剤排出マニホールド孔33Eとの間を結ぶよう� �して溝状の酸化剤流路31が形成されている。 酸化剤供給端31Iは、酸化剤供給マニホールド 孔33Iの壁面の一部に形成されている。また、 酸化剤流路31は、MEA当接領域30の略全面に亘� �てサーペンタイン状に形成されている。

 これによって、セル10組立状態において� �MEA5が還元剤流路21及び酸化剤流路31の溝蓋と なる。正確には、還元剤流路21と酸化剤流路3 1とは、MEA5によって隔離されて、流路に構成� ��れる。MEA部材7とアノードセパレータ板9Aと� ��間には、還元剤供給マニホールド孔22Iと還� ��剤排出マニホールド孔22Eとを結んで延びる� ��元剤流路21が構成される。また、MEA部材7と� ��ソードセパレータ板9Cとの間には、酸化剤� �給マニホールド孔33Iと酸化剤排出マニホー� �ド孔33Eとを結んで延びる酸化剤流路31が構成 される。

 また、前述の酸化剤及び還元剤のマニホー� ��ドの形状比と同様に、一般的に、PEFC本体99� ��発電運転においては、酸化剤の流量の方が� ��元剤の流量よりも多いので、酸化剤流路31� �方が還元剤流路21よりも流路断面積が大きい 。そこで、一般的には、溝状の流路の本数に よって流路断面積が調整されている。本実施 形態では、還元剤流路21及び酸化剤流路31の� �幅は約2mm、溝深さは約1mmとなっている。そ� �て、図1では、還元剤流路21は1本の流路溝に� ��って構成されている。酸化剤流路31は3本の� ��路溝によって構成されている。ただし、本� ��施形態の還元剤流路21及び酸化剤流路31を構 成する溝数は、本実施形態の本数に限られな い。一般的に、還元剤流路21よりも酸化剤流� ��31の溝数の方が多く、還元剤流路21は1乃至5� ��によって構成され、酸化剤流路31は3本乃至1 0本によって構成される。すなわち、供給端21 I,31I(還元剤供給端21I及び酸化剤供給端31Iを総 称して供給端21I、31Iという)の開口形状は、1m m×2mmの矩形の孔部が、換言すると一般的には 数mm ² 程度の大きさの孔部が、単数若しくは複数並 ぶ形態となっている。

 以上から、供給端21I、31Iの開口面積は、� ��れぞれの供給マニホールド孔22I、33Iの断面� ��に比べ十分小さい。しかも、開口形状は複� ��に分割して形成されている。したがって、� ��性を有する液相の水を、それぞれの供給マ� ��ホールド孔22I、33Iから供給端21I、31Iに流入� ��せるには、かなりの注水圧を要する。

 図2は、図1の単電池の構造を示す要部断� �図である。

 MEA部材7は、MEA5と、MEA5の周縁に延在する� ��分子電解膜1に密着して、高分子電解質膜1� �挟み込むようにして構成された枠体6と、を� ��して構成されている。したがって、枠体6の 中央開口部(枠内)の両面にはMEA5が露出してい る。また、枠体6の材質は、耐環境性を有す� �弾性物質であり、ガスケットの機能を有し� �いる。枠体6の材質の例示としては、フッ素� ��ゴムが好適である。

 MEA5は、高分子電解質膜1とその両面に積� �して構成された一対の電極とを有して構成� �れている。具体的には、MEA5は、水素イオン� ��選択的に透過すると考えられているイオン� ��換膜からなる高分子電解質膜1と、高分子電 解質膜1の周縁部より内側の部分の両面に形� �された一対の電極層を有して構成されてい� �。アノード側の電極層は、高分子電解質膜1� ��一方の面に配設されたアノード側触媒層2A� �、アノード側触媒層2Aの外面に配設されたア ノード側ガス拡散層4Aとを備えて構成されて� ��る。カソード側の電極層は、高分子電解質� ��1の他方の面に配設されたカソード側触媒層 2Cと、カソード側触媒層2Cの外面に配設され� �カソード側ガス拡散層4Cとを備えて構成され ている。ここで、触媒層2A、2Cは白金族金属� �媒を担持したカーボン粉末を主成分として� �る。ガス拡散層4A,4Cは、通気性と電子伝導性 を併せ持つ多孔質構造を有している。

 高分子電解質膜1には、パーフルオロスル ホン酸からなる膜が好適である。例えば、DuP ont社製Nafion(登録商標)膜が例示される。そし� ��、MEA5は、一般的には、高分子電解質膜1上� �触媒層2A、2C及びガス拡散層4A,4Cを順次塗布� �転写、ホットプレス等の方法により形成し� �製造される。あるいは、MEAの市販品を利用� �ることもできる。

 ガス拡散層4Aは、単電池10組立状態におい て、アノードセパレータ板9Aの内面のMEA当接� ��域20(図1参照)に接触する。カソード側ガス� �散層4Cは、カソードセパレータ板9Cの内面のM EA当接領域30(図1参照)に接触する。

 アノードセパレータ板9Aの還元剤流路21が アノード側ガス拡散層4Aに当接している。こ� ��によって、還元剤流路21内を流通する還元� �は、外部に漏出することなく、多孔質のア� �ード側ガス拡散層4A内部に拡散しながら侵入 して、アノード側触媒層2Aまで到達する。同� ��にして、カソードセパレータ板9Cの酸化剤� �路31がカソード側ガス拡散層4Cに当接してい� ��。これによって、酸化剤流路31内を流通す� �酸化剤は、外部に漏出することなく、多孔� �のカソード側ガス拡散層4C内部に拡散しなが ら侵入して、カソード側触媒層2Cまで到達す� ��。そして、電池反応が可能となる。セパレ� ��タ板9A、9Cは導電性材料からなるので、MEA5� �おいて発生した電気エネルギーをセパレー� �板9A、9Cを経由して外部へ取り出すことがで� ��る。

 図3は、図1のPEFC本体の単電池間の積層構� ��を模式的に例示する分解斜視図である。

 図3に示すように、アノードセパレータ板 9Aの外面には、水供給マニホールド孔24Iと水� ��出マニホールド孔24Eとの間を結ぶようにし� ��溝状の水流路26が形成されている。水流路26 は、MEA当接領域20の背部を全面に亘ってサー� ��ンタイン状に形成されている。同様にして� ��カソードセパレータ板9Cの外面には、水供� �マニホールド孔34Iと水排出マニホールド孔34 Eとの間を結ぶようにして溝状の水流路36が形 成されている。水流路36は、MEA当接領域30の� �部を全面に亘ってサーペンタイン状に形成� �れている。また、PEFC本体99においては、水� �路26と水流路36とが接合するように形成され� ��いる。すなわち、単電池10積層状態におい� �水流路26,36は一体化し、積層された単電池10� ��士の積層面間には水供給マニホールド孔24I� ��34Iと水排出マニホールド孔24E,34Eとを結んで 延びる水流路が構成される。これによって、 水を伝熱媒体として利用することができる。 すなわち、PEFC本体99を流通する水によって、 発電運転時にはPEFC本体99の反応熱を除熱し、 また、発電運転開始前にはPEFC本体99を暖機す ることができる。

 図4は、図1のPEFC本体の端部の構造を模式� ��に例示する分解斜視図である。

 PEFC本体99は、単電池10の積層方向の両端� �一対の端部材が配設されて構成されている� �すなわち、単電池10の両端の最外層には、単 電池10と同形の平面を有する集電板50,51,絶縁� ��60,61,端板70,71が積層されている。集電板50,51 、絶縁板60,61,端板70,71の4隅にはボルト孔55,65, 75が形成されている。

 集電板50,51は銅金属等の導電性材料から� �り、それぞれ端子56が形成されている。そし て、一方の集電板50には、その主面を貫通す� ��供給孔及び排出孔が形成されている。具体� ��には、集電板50に当接するカソードセパレ� �タ板9CE、すなわち、積層された単電池10の一 方の端面を構成するカソードセパレータ板9CE の水供給マニホールド孔34Iに連通する水供給 孔54I、水排出マニホールド孔34Eに連通する水 排出孔54E、還元剤供給マニホールド孔32Iに連 通する還元剤供給孔52I、還元剤排出マニホー ルド孔32Eに連通する還元剤排出孔52E、酸化剤 供給孔33Iに連通する酸化剤供給孔53I、および 酸化剤排出マニホールド孔33Eに連通する酸化 剤排出孔53Eが形成されている。

 絶縁板60,61および端板70,71は電気絶縁性材 料からなる。そして、一方の絶縁板60には、� ��電板50に形成された供給孔及び排出孔52I,52E, 53I,53E,54I,54Eにそれぞれ連通する還元剤供給孔 62I、還元剤排出孔62E、酸化剤供給孔63I、酸化 剤排出孔63E、水供給孔64I、および水排出孔64E が形成され、一方の端板70には、絶縁板60に� �成された供給孔及び排出孔62I,62E,63I,63E,64I,64E にそれぞれ連通する還元剤供給孔72I、還元剤 排出孔72E、酸化剤供給孔73I、酸化剤排出孔73E 、水供給孔74I、および水排出孔74Eが形成され ている。そして、端板70外面側の供給孔及び� ��出孔72I,72E,73I,73E,74I,74Eにはそれぞれ還元剤� �給ノズル102I、還元剤排出ノズル102E、酸化剤 供給ノズル103I、酸化剤排出ノズル103E、水供� ��ノズル104I、水排出ノズル104Eが装着されて� �る。これらノズルには、外部の管路部材と� �一般的な接続部材が用いられる。また、図� �しないが、他方の集電板51,絶縁板61,および� �板71はこれら供給孔及び排出孔が形成されて いない点を除いて、集電板50,絶縁板60,端板70� ��同じ構成である。これによって、PEFC本体99� ��には、還元剤、酸化剤および水それぞれに� ��いて、供給孔52I、62I、72I、53I、63I、73I、54I� ��64I、74Iおよび供給マニホールド92I,93I,94Iを� �て、供給マニホールド92I,93I,94Iから単電池10� ��るいは単電池10の間の流路21,31,26,36に分流し て、排出マニホールド92E,93E,94Eで合流して、� ��出マニホールド92E,93E,94Eから排出孔52E、62E� �72E、53E、63E、73E、54E、64E、74Eに至る流路が� �成される。

 そして、締結部材によって、一対の端板間� ��締結されている。ここでは、ボルト80が、� �ルト孔15、25,35、55,65,75に挿通されて、PEFC本� ��99の両端間を貫通している。そして、ボル� �80の両端に座金81とナット82が装着されて、� �対の端板70,71間がボルト80と座金81とナット82 とによって締結されて構成されている。例え ば、セパレータの面積当たり10kgf/cm ² 程度の力で締結されている。

 なお、積層された単電池10の一方の端面� �構成するカソードセパレータ板9CEの外面に� �水流路36は形成されていない。また、図示し ないが、他方の端面を構成するアノードセパ レータの外面にも水流路26は形成されていな� ��。

 図1乃至図4の説明から明らかなように、PE FC本体99においては、PEFC本体99に供給される� �元剤は、還元剤供給マニホールド92Iから各� �元剤供給端21Iに分岐して還元剤流路21を流通 する。同様にして、PEFC本体99に供給される酸 化剤は、酸化剤供給マニホールド93Iから各酸 化剤供給端31Iに分岐して酸化剤流路31を流通� ��る。

 ここで、発明者らが見出した知見を説明� ��る。

 まず、PEFC本体99では、極力多くの単電池10� �おいて発電電力が均等になるように、後述� �る還元剤供給経路112Iから各還元剤供給端21I� ��分岐する還元剤の流量配分、及び酸化剤供� ��経路113I各酸化剤供給端31Iに分岐する酸化剤 の流量配分がそれぞれ均等となるように構成 されている。具体的には、一般的に、還元剤 供給経路112Iの一部をなす還元剤供給マニホ� �ルド92I、及び酸化剤供給経路113Iの一部をな� ��酸化剤供給マニホールド93Iの管路断面積は� ��還元剤流路21及び酸化剤流路31の流路断面積 より大きくなるよう設計されている。また、 還元剤流路21及び酸化剤流路31の排出側も背� �が均等となるように構成されている。例え� �、還元剤排出マニホールド92E及び酸化剤排� �マニホールド93Eが構成されている。これに� �り、還元剤供給マニホールド92I及び酸化剤� �給マニホールド93Iにおいては、流体の圧力� �均等化され、かつ、全ての単電池10の還元剤 流路21及び酸化剤流路31の流体の流量が均等� �される。ここで、発明者らは、還元剤及び� �化剤の供給マニホールド92I,93Iから還元剤流� ��21及び酸化剤流路31に分岐する流路構造は、 供給端21I31Iにおいて、比較的大きな流路抵抗 が生じることに気付いた。すなわち、これら マニホールド92I,93Iへ流体を流し込むに必要� �圧力に比べ、これらマニホールド92I、93Iか� �還元剤流路21及び酸化剤流路31へ流体を流し� ��むに必要な圧力は大きい。しかも、供給端2 1I、31Iは数mm ² 程度という小さな開口部単位に区画されてい て、液相の水は表面張力等の粘性を有するの で、水を流す場合には、形状効果による流路 抵抗が加わる。さらには、水が酸化剤流路31� ��び還元剤流路21を通り抜けるには、これら� �路21,31の流路抵抗が加わるものと推察した。 すなわち、還元剤供給マニホールド92I及び酸 化剤供給マニホールド93Iに水を注水する場合 、これらマニホールド内の残留ガスは、水に 押されて、還元剤流路21及び酸化剤流路31を� �由して、PEFC本体99の外部へと押し出される� �しかし、注水される水圧の程度によっては� �水は、流路抵抗などの要因から還元剤流路21 及び酸化剤流路31を通り抜けることなく供給� ��21I、31Iを水没させる。つまり、水は、還元� ��供給経路112I及び酸化剤供給経路113Iの一部� �ここでは還元剤供給マニホールド92I及び酸� �剤供給マニホールド93I、を閉塞する。発明� �らは、この知見を利用することによって本� �明に想到することができた。すなわち、PEFC� ��ステムの起動動作において水や不活性ガス� ��よる還元剤流路及び酸化剤流路のパージを� ��略することができる、PEFCシステムの運転方 法、及びその運転方法を利用したPEFCシステ� �を見出すことができた。

 図5は、第1実施形態のPEFCシステムの構成� ��概略的に示す図である。

 図5に示すように、PEFC本体99の還元剤供給 ノズル102Iには、還元剤供給経路112Iが接続さ� ��、還元剤供給経路112Iは還元剤供給部142に接 続されている。還元剤供給経路112Iには弁136V� ��配設されている。

 本実施形態では、還元剤には水素を含有� ��る水素ガスが用いられている。還元剤供給� ��142は一般的な構造を利用しているので詳細� ��図示しないが、水素ガスを供給する装置を� ��して構成されている。例えば、還元剤供給� ��142は、水素ガスを貯留する水素ガスボンベ� ��、水素ガスの供給圧あるいは流量を調節す� ��圧力調整弁あるいは弁開度調整弁とを有し� ��構成されている。あるいは、還元剤供給部1 42は、天然ガス等の炭化水素系物質を供給す� ��供給インフラと、プランジャポンプと、流� ��調整具と、当該炭化水素系物質を原料にし� ��水蒸気改質反応等により水素ガスを生成か� ��供給する水素製造供給システムとを有して� ��成されていてもよい。

 また、還元剤排出ノズル102Eには、還元剤 排出経路112Eが接続されている。還元剤排出� �路112Eには弁139Vが配設されている。そして、 還元剤の流通方向において弁139Vの下流側に� �液分離装置127が配設されている。気液分離� �置127の下流側の還元剤排出経路112Eの大気開� ��端、すなわち還元剤の流通方向において下� ��端には還元剤排出経路112E内の気体を焼却処 分することができる燃焼装置125が構成されて いる。このような構成により、気液分離装置 127において還元剤排出経路112Eの流体を気相� �液相とに分離して、気相のみを燃焼装置125� �流すことができる。さらには、当該気相が� �燃性であった場合には、燃焼装置125によっ� �当該気相を焼却処分することができる。

 燃焼装置125は、一般的なバーナーである� ��あるいは、還元剤供給部142に水素生成装置� ��構成されている場合には、還元剤排出経路1 12Eの下流端が当該水素生成装置のバーナーに 接続可能なように構成されているとよい。こ れによって、PEFCシステムの構成を簡素化す� �ことができる。

 酸化剤供給ノズル103Iには、酸化剤供給経 路113Iが接続され、酸化剤供給経路113Iは酸化� ��供給部143に接続されている。還元剤供給経� ��113Iには弁132Vが配設されている。

 酸化剤には酸素を含有する酸素ガスが一� ��的に用いられ、本実施形態では空気が用い� ��れている。酸化剤供給部143は、公知の構造� ��利用しているので詳細は図示しないが、一� ��的にはシロッコファン等の送風器、空気中� ��硫黄分を排除するフィルタ、及び酸化剤を� ��熱しながら加湿する加湿器を有して構成さ� ��ている。

 酸化剤排出ノズル103Eには、酸化剤排出経 路113Eが接続されている。酸化剤排出経路113E� ��は弁133Vが配設されている。酸化剤排出経路 113Eは、酸化剤の流通方向において下流端は� �気開放されていて、余剰の酸化剤を大気中� �放出する排気口(図示せず)が構成されている 。

 なお、酸化剤排出経路113Eと酸化剤供給経 路113Iとは一部において全熱交換型加湿器を� �由して、酸化剤排出経路113E側から酸化剤供� ��経路113Iへと水及び熱を交換できるように構 成することもできる。これによって、PEFCシ� �テムのエネルギー利用効率を向上させるこ� �ができる。

 水供給ノズル104Iには、水供給経路114Iが� �続され、水供給経路114Iは水供給部144に接続� ��れている。水供給部144は、一般的な構造を� ��用しているので詳細は図示しないが、一般� ��には水道インフラと、水道インフラから供� ��される水を浄化する浄化装置と、水供給経� ��114Iに水を送り込むポンプと、水温を調節す る熱交換器とを有して構成されている。

 水排出ノズル104Eには、水排出経路114Eが� �続されている。水排出経路114Eは、一般的な� ��造を利用しているので図示しないが、水供� ��部144の熱交換器に接続され、水が、水供給� ��路114I、PEFC本体99及び水排出経路114Eを循環� �るように構成されている。

 ここで、本実施形態のPEFCシステムは、酸 化剤供給経路113Iと水排出経路114Eとを接続す� ��供給側連絡路(第1供給側連絡路)121と、供給� ��連絡路121に配設された弁131Vとを有している 。また、酸化剤の流通方向において供給側連 絡路121よりも上流側の酸化剤供給経路113Iに� �弁132Vが配設されている。これによって、弁1 32Vを閉止状態として、弁131Vを開放状態とす� �ことによって、水排出経路114Eの水圧と酸化� ��供給経路113I内の圧力との圧力差に応じて、 水排出経路114Eの水を供給側連絡路121を通っ� �酸化剤供給経路113Iに注水することができる� ��さらに酸化剤供給ノズル103I及びPEFC本体99内 の流路抵抗と水排出経路114Eの水圧とに応じ� �、水排出経路114Eの水を酸化剤供給マニホー� ��ド93I(図1及び図4参照)内に注水することがで きる。

 また、酸化剤排出経路113Eには、残留ガス 処理系統151が構成されている。

 残留ガス処理系統151は、燃焼装置125と、� ��元剤排出路112E及び酸化剤排出経路113Eを接� �する排出側連絡路122と、排出側連絡路122に� �設されている弁134Vと、排出側連絡路122に配� ��されている気液分離装置126と、酸化剤の流� ��方向において排出側連絡路122よりも下流側� ��酸化剤排出経路113Eに配設されている弁133V� �、を有して構成されている。

 ここで、排出側連絡路122は、還元剤の流� ��方向において燃焼装置125よりも上流側の還� ��剤排出路112Eに接続されている。

 また、気液分離装置126は、流入する流体� ��ら気相成分(気体成分)と液相成分(液体成分) とを分離し、気相成分のみをさらに下流側に 流通させる装置であればよい。ここでは、一 般的なドレン(drain)タンクを用いていて、タ� �ク上方に排出側連絡路122の出入口が構成さ� �て、タンク下方に貯水領域が構成されてい� �。

 残留ガス処理系統151において、弁133Vを閉 止状態として、弁134Vを開放状態とすること� �よって、酸化剤排出経路113Eの流体を排出側� ��絡路122に導入することができる。また、気� ��分離装置126において流体の気相と液相とを� ��離して気相のみを還元剤排出経路112Eに排出 することができる。さらには、当該気相が可 燃性であった場合には、燃焼装置125によって 焼却処分することができる。

 制御装置300は、キーボード、タッチパネ� ��等によって構成されている入力部301、メモ� ��等によって構成される記憶部302、及びタイ� ��ー等によって構成されている時間計測部303� ��CPU、MPU等によって構成される制御部304を有� ��ている。そして、制御装置300は、還元剤供� ��部142,酸化剤供給部143,水供給部144,燃焼装置1 25,弁131,132,133,134を制御するように構成されて いる。

 ここで、制御装置とは、単独の制御装置� ��けでなく、複数の制御装置が協働して制御� ��実行する制御装置群をも含んで意味する。� ��って、制御装置300は、単独の制御装置から� ��成される必要はなく、複数の制御装置が分� ��配置されていて、それらが協働して各供給� ��や弁類を制御するように構成されていても� ��い。例えば、入力部303は、通信機能を有す� ��モバイル機器に構成することもできる。ま� ��、制御部304を各供給部142,143,144それぞれに� �けることもできる。

 次に、本実施形態のPEFCシステムの起動動 作における酸化剤の供給開始の動作を説明す る。

 図6は、図5のPEFCシステムの起動動作にお� ��る酸化剤の供給開始の動作例を示すフロー� ��ャートである。これらの動作は制御装置300� ��よって制御されることによって遂行される� ��

 PEFC本体99への酸化剤の供給は、制御部304� ��指令信号を取得することによって開始され� ��。当該指令信号は、図示しないが、一般的� ��は、PEFCシステムの起動スイッチのON操作、� ��力負荷の発生予測等によって適宜発信され� ��制御部304に入力される。

 図6に示すように、スタート後、まず、ス テップS201において、水が水供給部144から、� �供給経路114Iを経由して、水供給ノズル104Iか らPEFC本体99に供給され、水排出ノズル104Eか� �排出された水が水排出経路114Eへと流通する� ��この時点で、弁131Vは閉止されている。

 なお、水の供給は、酸化剤供給開始の指� ��信号にかかわらず行われていてもよい。す� ��わち、酸化剤供給開始の指令信号受信時に� ��、既にPEFC本体99の暖機を目的にして、予熱� ��れた水がPEFC本体99に供給されている場合も� ��る。

 そして、ステップ(帯水層形成ステップ)S2 02において、弁132V及び弁133Vが閉止され、弁13 1V及び弁134Vが開放される。そして、時間計測 部303において時間Tが計測開始される。

 この帯水層形成ステップS202において、酸 化剤供給経路113Iは、PEFC本体99、酸化剤排出� �路113E、排出側連絡路122、気液分離装置126、� ��元剤排出経路112E、及び燃焼装置125を経由し て大気開放されていて、かつ弁132Vは閉止さ� �ているので、酸化剤供給経路113Iの内圧は、� ��気圧とほぼ同等である。また、水供給部144� ��給水圧はPEFC本体99の水流路26,36の圧損によ� �減圧され、水排出経路114Eの水圧は大気圧よ� ��やや高い程度となっている。具体的には、0 .5乃至1kPa程度大気圧より高い水圧となってい る。したがって、水は、水排出経路114Eから� �給側連絡路121を通じて酸化剤供給経路113Iへ� ��注水される。また、水は、酸化剤供給経路1 13Iから酸化剤供給ノズル103Iを経由して、酸� �剤供給マニホールド93I(図1及び図4参照)内に� ��れ込む。

 ここで、水が酸化剤供給マニホールド93I� ��ら酸化剤流路31を通り抜けるには水圧が十� �でない。あるいは時間を要する。したがっ� �、酸化剤供給マニホールド93Iから水が抜け� �くいので、水が酸化剤流路31の排出端31Eに流 れるまでに酸化剤供給マニホールド93I内部が 水没することとなる。換言すれば、酸化剤供 給マニホールド93I内部水によって閉塞される ようにして帯水層が形成されることとなる。

 また、残留ガス処理系統151は酸化剤流路3 1の残留ガスを燃焼装置125に導くように構成� �れている。したがって、注水によって、酸� �剤流路31、酸化剤排出マニホールド93E及び酸 化剤排出経路113E内の残留ガスは、酸化剤供� �経路113I及び酸化剤供給マニホールド93I内の� ��留ガスに押されて、排出側連絡路122、還元� ��排出経路112E、及び気液分離装置126を経由し て燃焼装置125に導かれる。

 ここで、酸化剤流路31の残留ガスが、還� �剤、あるいは天然ガス、都市ガス等の可燃� �成分を含む場合には、燃焼装置125を動作さ� �る(焼却ステップ)。これによって、可燃性の 残留ガスを焼却処分することができるので、 PEFCシステムをより安全に運転させることが� �きる。

 ステップS203において、時間Tが所定の注水� �間(第1注水時間)T ₁ になるまでステップ(帯水層形成ステップ)S202 は継続される。

 時間Tが所定の注水時間(第1注水時間)T ₁ になると、ステップS204に進み、弁131Vが閉止� ��れる。これによって、酸化剤供給経路113Iへ の注水が終了する。

 ここで、注水時間T ₁ は供給側連絡路121を通流した水量が、酸化剤 供給マニホールド93Iの容積、及び酸化剤供給 ノズル103Iと供給側連絡路121との間の区間の� �化剤供給経路113Iの容積の合計容積(注水容積 )に達する時間に設定されている。具体的に� �、注水容積、供給側連絡路121の流路断面積� �及び水排出経路114Eと酸化剤供給経路113Iとの 圧力差に基づいて、流体力学の知識から注水 時間T ₁ を見積もることができる。

 あるいは、PEFCシステムを用いた試験を繰り 返すことにより、経験に基づいて酸化剤供給 マニホールド93I内部が水没する時間を見出し て注水時間T ₁ とすることもできる。これによって、酸化剤 供給マニホールド93I内部を水没させることが できる。

 あるいは、時間計測部303の代わりに、供� ��側連絡路121に流量計を配設しておき、制御� ��304において流量が注水容積に達することを� ��断して、ステップS204に進むように構成する こともできる。

 したがって、供給側連絡路121及び弁132Vが酸 化剤供給ノズル103Iに近い程、注水容積を小� �くすることができるので、注水時間T ₁ を短くすることができる。すなわち、供給側 連絡路121及び弁132Vが酸化剤供給ノズル103Iに� ��い程、より速やかにPEFCシステムを起動させ ることができる。

 ステップS204の後、ステップ(供給ステッ� �)S205において、弁132Vが開放され、酸化剤供� �部143から、酸化剤供給経路113Iに酸化剤が供� ��される。そして、時間計測部303において時� ��Tが計測開始される。これによって、酸化剤 供給マニホールド93Iを閉塞している帯水層は 、酸化剤に押されて、酸化剤流路31、酸化剤� ��出マニホールド93E、酸化剤排出経路113E、及 び排出側連絡路122を順次経由して気液分離装 置126まで押し出される。ここで、残留ガスと 酸化剤との間には帯水層が介在するので、残 留ガスと酸化剤との界面が形成されない。し たがって、酸化剤流路31の残留ガスと酸化剤� ��の混合による燃焼反応が防止され、MEA5の損 傷を防止することができる。

 また、液相の水は気液分離装置126におい� ��残留ガス及び酸化剤から分離され、気相の� ��留ガス及び酸化剤のみが気液分離装置126か� ��下流側へ流される(分離ステップ)。これに� �って、気液分離装置126において回収された� �を水供給部144において再利用することがで� �るので、PEFCシステム外部からの給水を節約� ��ることができる。また、燃焼装置125への水� ��流入を防止することもできる。

 一方、酸化剤の供給によって帯水層と共� ��押し出された残留ガスは気液分離装置126か� ��還元剤排出経路112Eを経由して燃焼装置125に 導かれる。ここで、残留ガスが、還元剤、あ るいは天然ガス、都市ガス等の可燃性成分を 含む場合には、燃焼装置125を動作させる(焼� �ステップ)。これによって、可燃性の残留ガ� ��を焼却処分することができるので、PEFCシス テムをより安全に運転させることができる。

 ステップS206において、時間Tが所定の排気� �間T ₂ になるまでステップ(供給ステップ)S205は継続 される。

 時間Tが所定の排気時間T ₂ になると、ステップS207に進み、弁133Vが開放� ��れ、かつ弁134Vが閉止される。これによって 、燃焼装置125への排気が終了する。すなわち 、酸化剤の供給はそのまま継続されるが、本 発明の酸化剤の供給開始動作は終了する。

 ここで、排気時間T ₂ は排出側連絡路122を通流した気体の流量、あ るいは酸化剤供給部143が供給した酸化剤の流 量が、酸化剤流路31の容積、酸化剤排出マニ� ��ールド93Eの容積、及び酸化剤排出ノズル103E と排出側連絡路122との間の区間の酸化剤排出 経路113Eの容積の合計容積(排気容積)に達する 時間に設定されている。具体的には、排気容 積及び酸化剤供給部143の時間あたり流量から 排気時間T ₂ を見積もることができる。あるいは、PEFCシ� �テムを用いた試験を繰り返すことにより、� �験に基づいてT ₂ を決定することもできる。

 あるいは、時間計測部303の代わりに、排� ��側連絡路122に流量計を配設しておき、制御� ��304において流量が排気容積に達することを� ��断して、ステップS207に進むように構成する こともできる。

 したがって、排出側連絡路122及び弁133Vが酸 化剤排出ノズル103Eに近い程、排気容積を小� �くすることができるので、排気時間T ₂ を短くすることができる。すなわち、排出側 連絡路122及び弁133Vが酸化剤排出ノズル103Eに� ��い程、より速やかにPEFCシステムを起動させ ることができる。

 本実施形態のPEFCシステムの運転方法にお いては、酸化剤供給マニホールド93Iを閉塞し ている帯水層によって、酸化剤と酸化剤流路 31の残留ガスとを隔離しながら、残留ガスを� ��し出すことができる。したがって、本運転� ��法によれば酸化剤流路31の残留ガスと酸化� �との混合による燃焼反応が防止され、MEA5の� ��傷を防止することができる。つまり、本運� ��方法は、PEFC本体99の発電停止状態において� ��酸化剤流路31に可燃性成分、特に還元剤の� �入のおそれがある場合に、酸化剤の供給開� �に伴う、酸化剤流路31での局所的異常燃焼を 防止できるので、効果的である。例えば、本 運転方法は、PEFC本体99の発電停止状態におい て還元剤流路21に可燃性成分が滞留した状態� ��おいて、PEFCシステムの起動動作として効果 的である。特に、本運転方法は、PEFC本体99の 発電停止動作において、還元剤が滞留したま まの状態で還元剤流路21が密閉されている場� ��のPEFCシステムの起動動作として効果的であ る。

 また、本実施形態のPEFCシステムの運転方 法は、PEFCシステムの起動動作において水や� �活性ガスによる酸化剤流路31のパージを省略 することができる。つまり、PEFCシステムを� �やかに起動させることができる。また、パ� �ジ用の不活性ガスや水を不要とすることが� �きるので、PEFCシステムを小型化及び軽量化� ��ることができる。

 さらに、本実施形態のPEFCシステムの運転 方法は、酸化剤流路31の残留ガスが、窒素ガ� ��、天然ガス等の不活性ガスである場合には� ��還元剤流路21の残留ガスへの酸化剤の混入� �おそれがない。したがって、後述する第3実� ��形態に比べて、還元剤供給マニホールド92I� ��の注水を省略することができるので、PEFCシ ステムをより速やかに起動させることができ る。

 (第2実施形態)
 図7は、第2実施形態のPEFCシステムの構成を� ��略的に示す図である。

 図7に示すように、本実施形態のPEFCシス� �ムは、第1実施形態の供給側連絡路121及び弁1 31Vの代わりに、還元剤供給経路112Iと水排出� �路114Eとの間に配設された第2供給側連絡路123 と、第2供給側連絡路123に配設された弁135Vと� ��有する実施形態である。これに伴って、第1 実施形態の残留ガス処理系統151の代わりに、 還元剤排出経路112Eに残留ガス処理系統152が� �成されている。したがって、図7において図5 と同一又は相当する部分には同一の符号を付 してその説明を省略し、相違点のみを説明す る。

 本実施形態のPEFCシステムは、還元剤供給 経路112Iと水排出経路114Eとを接続する第2供給 側連絡路123と、第2供給側連絡路123に配設さ� �た弁135Vとを有している。また、還元剤の流� ��方向において第2供給側連絡路123よりも上流 側の還元剤供給経路112Iには弁136Vが配設され� ��いる。これによって、弁136Vを閉止状態とし て、弁135Vを開放状態とすることによって、� �排出経路114Eの水圧と還元剤供給経路112I内の 圧力との圧力差に応じて、水排出経路114Eの� �を第2供給側連絡路123を通って還元剤供給経� ��112Iに注水することができる。さらに還元剤 供給ノズル102I及びPEFC本体99内の流路抵抗と� �排出経路114Eの水圧とに応じて、水排出経路1 14Eの水を還元剤供給マニホールド92I(図1及び� ��4参照)内に注水することができる。

 また、残留ガス処理系統152は、燃焼装置1 25と、還元剤排出経路112Eに配設されている気 液分離装置127と、を有して構成されている。

 図8は、図7のPEFCシステムの起動動作にお� ��る還元剤の供給開始の動作例を示すフロー� ��ャートである。図8において、図6と同一又� �相当するステップには同一の符号を付して� �の説明を省略し、主として相違点について� �明する。

 まず、第1実施形態と同様にステップS201� �おいて、水が、水供給部144から、PEFC本体99� �供給された後、ステップ(帯水層形成ステッ� ��)S212において、弁136Vが閉止され、弁135Vが開 放される。そして、時間計測部303において時 間Tが計測開始される。

 この帯水層形成ステップS212において、還 元剤供給経路112Iは、PEFC本体99、還元剤排出� �路112E、気液分離装置127、及び燃焼装置125を� ��由して大気開放されているので、還元剤供� ��経路112Iの内圧は、大気圧とほぼ同等である 。また、水供給部144の給水圧はPEFC本体99の水 流路26,36の圧損により減圧され、水排出経路1 14Eの水圧は大気圧よりやや高い程度となって いる。具体的には、0.5乃至1kPa程度大気圧よ� �高い水圧となっている。したがって、水は� �水排出経路114Eから第2供給側連絡路123を通じ て還元剤供給経路112Iへと注水される。また� �水は、還元剤供給経路112Iから還元剤供給ノ� ��ル102Iを経由して、還元剤供給マニホールド 92I(図1及び図4参照)内に流れ込む。

 ここで、水が還元剤供給マニホールド92I� ��ら還元剤流路21を通り抜けるには水圧が十� �でない。あるいは時間を要する。したがっ� �、還元剤供給マニホールド92Iから水が抜け� �くいので、水が還元剤流路21の排出端21Eに流 れるまでに還元剤供給マニホールド92Iが水没 することとなる。換言すれば、還元剤供給マ ニホールド92I内部水によって閉塞されるよう にして帯水層が形成されることとなる。

 また、注水によって、還元剤流路21、還� �剤排出マニホールド92E及び還元剤排出経路11 2E内の残留ガスは、還元剤供給経路112I及び還 元剤供給マニホールド92I内の残留ガスに押さ れて、還元剤排出経路112E及び気液分離装置12 7を経由して燃焼装置125に導かれる。

 ここで、還元剤流路21の残留ガスが、還� �剤、あるいは天然ガス、都市ガス等の可燃� �成分を含む場合には、燃焼装置125を動作さ� �る(焼却ステップ)。これによって、可燃性の 残留ガスを焼却処分することができるので、 PEFCシステムをより安全に運転させることが� �きる。

 ステップS213において、時間Tが所定の第2注� ��時間T ₃ になるまでステップ(帯水層形成ステップ)S212 は継続される。

 時間Tが所定の第2注水時間T ₃ になると、ステップS214に進み、弁135Vが閉止� ��れる。これによって、還元剤供給経路112Iへ の注水が終了する。

 ここで、第2注水時間T ₃ は第2供給側連絡路123を通流した水量が、還� �剤供給マニホールド92Iの容積、及び還元剤� �給ノズル102Iと第2供給側連絡路123との間の区 間の還元剤供給経路112Iの容積の合計容積(第2 注水容積)に達する時間に設定されている。� �体的には、第2注水容積、第2供給側連絡路123 の流路断面積、及び水排出経路114Eと還元剤� �給経路112Iとの圧力差に基づいて、流体力学� ��知識から第2注水時間T ₂ を見積もることができる。

 あるいは、PEFCシステムを用いた試験を繰り 返すことにより、経験に基づいて還元剤供給 マニホールド92I内部が水没する時間を見出し て第2注水時間T ₃ とすることもできる。これによって、還元剤 供給マニホールド92I内部を水没させることが できる。

 あるいは、時間計測部303の代わりに、第2 供給側連絡路123に流量計を配設しておき、制 御部304において流量が第2注水容積に達する� �とを判断して、ステップS214に進むように構� ��することもできる。

 したがって、第2供給側連絡路123及び弁136V� �還元剤供給ノズル102Iに近い程、第2注水容積 を小さくすることができるので、第2注水時� �T ₃ を短くすることができる。すなわち、第2供� �側連絡路123及び弁136Vが還元剤供給ノズル102I に近い程、より速やかにPEFCシステムを起動� �せることができる。

 ステップS214の後、ステップ(供給ステッ� �)S215において、弁136Vが開放され、還元剤供� �部142から還元剤供給経路112Iに還元剤が供給� ��れる。これによって、還元剤供給マニホー� ��ド92Iを閉塞している帯水層は、還元剤に押� ��れて、還元剤流路21、還元剤排出マニホー� �ド92E、及び還元剤排出経路112Eを順次経由し� ��気液分離装置127まで押し出される。ここで� ��残留ガスと還元剤との間には帯水層が介在� ��るので、残留ガスと還元剤との界面が形成� ��れない。

 また、液相の水は気液分離装置127におい� ��残留ガス及び酸化剤から分離され、気相の� ��留ガス及び酸化剤のみが気液分離装置127か� ��下流へ流される(分離ステップ)。これによ� �て、気液分離装置127において回収された水� �水供給部144において再利用することができ� �ので、PEFCシステム外部からの給水を節約す� ��ことができる。また、燃焼装置125への水の� ��入を防止することもできる。

 一方、還元剤によって帯水層と共に押し� ��された残留ガスは、気液分離装置127からさ� ��に燃焼装置125に導かれる。ここで、残留ガ� ��が、還元剤、あるいは天然ガス、都市ガス� ��の可燃性成分を含む場合には、燃焼装置125� ��動作させる(焼却ステップ)。これによって� �可燃性の残留ガスを焼却処分することがで� �るので、PEFCシステムをより安全に運転させ� ��ことができる。

 ステップS215において、燃焼装置125への残 留ガスの排出が完了した時点で、本発明の還 元剤の供給開始動作は終了する。還元剤の供 給はそのまま継続される。

 本実施形態のPEFCシステムの運転方法にお いては、還元剤供給マニホールド92Iを閉塞し ている帯水層によって、還元剤と還元剤流路 21の残留ガスとを隔離しながら、残留ガスを� ��し出すことができる。したがって、本運転� ��法によれば還元剤流路21の残留ガスと還元� �との混合による燃焼反応が防止され、MEA5の� ��傷を防止することができる。つまり、本運� ��方法は、PEFC本体99の発電停止状態において� ��還元剤流路21に酸化剤の混入のおそれがあ� �場合に、還元剤の供給開始に伴う、還元剤� �路21での局所的異常燃焼を防止できるので、 効果的である。例えば、本運転方法は、PEFC� �体99の発電停止状態において酸化剤流路31に� ��化剤が滞留した状態において、PEFCシステム の起動動作として効果的である。特に、本運 転方法は、PEFC本体99の発電停止動作において 、酸化剤が滞留したままの状態で酸化剤流路 31が密閉されている場合、あるいは大気開放� ��れている場合のPEFCシステムの起動動作とし て効果的である。

 また、本実施形態のPEFCシステムの運転方 法は、PEFCシステムの起動動作において水や� �活性ガスによる還元剤流路21のパージを省略 することができる。つまり、PEFCシステムを� �やかに起動させることができる。また、パ� �ジ用の不活性ガスや水を不要とすることが� �きるので、PEFCシステムを小型化及び軽量化� ��ることができる。

 さらに、本実施形態のPEFCシステムの運転 方法は、還元剤流路21の残留ガスが、窒素ガ� ��、天然ガス等の不活性ガス(動作温度(30℃~90 ℃)において、酸素と共存していても、触媒� �中で燃焼反応を起こさない)である場合には� ��酸化剤流路31の残留ガスへの還元剤の混入� �おそれがない。したがって、後述する第3実� ��形態に比べて、酸化剤供給マニホールド93I� ��の注水を省略することができるので、PEFCシ ステムをより速やかに起動させることができ る。

 (第3実施形態)
 図9は、第3実施形態のPEFCシステムの構成を� ��略的に示す図である。

 図9に示すように、本実施形態のPEFCシス� �ムは、第1実施形態及び第2実施形態の双方が 構成された実施形態である。したがって、図 9において図7及び図5と同一又は相当する部分 には同一の符号を付してその説明を省略し、 相違点のみを説明する。

 本実施形態のPEFCシステムにおいて、残留ガ ス処理系統153は、第1実施形態の残留ガス処� �系統151が変形されて、気液分離装置126が省� �されて、気液分離装置127を含めて構成され� �いる。気液分離装置127においては、酸化剤� �出経路113E及び還元剤排出経路112E双方の流体 を気相と液相とに分離して、気相のみを燃焼 装置125に流すことができる。さらには、当該 気相が可燃性であった場合には、燃焼装置125 によって焼却処分することができる。

 図10は、図9のPEFCシステムの起動動作にお ける還元剤及び酸化剤の供給開始の動作例を 示すフローチャートである。図10において、� ��6及び図8と同一又は相当するステップには� �一の符号を付してその説明を省略し、主と� �て相違点について説明する。

 まず、第1実施形態及び第2実施形態と同様� �ステップS201(帯水層形成ステップ)において� �供給部144からPEFC本体99に水が注水された後� �第1実施形態及び第2実施形態の動作が並行し て行われる。ここで、時間計測部303は、少な くとも2つの時間を並行して計測できるよう� �構成されている。具体的には、図10において は、時間T _A 及び時間T _C を計測するように構成されている。時間T _C は第1実施形態における時間Tに相当し、時間T _A は第2実施形態における時間Tに相当する。こ� ��によって、第1実施形態及び第2実施形態の� �作を並行して実施することができる。

 本実施形態のPEFCシステムの運転方法にお いては、酸化剤供給マニホールド93Iを閉塞し ている帯水層によって酸化剤と酸化剤流路31� ��残留ガスとを隔離しながら、残留ガスを押� ��出すことができる。また、還元剤供給マニ� ��ールド92Iを閉塞している帯水層によって還� ��剤と還元剤流路21の残留ガスとを隔離しな� �ら、残留ガスを押し出すことができる。換� �すると、残留ガスと還元剤及び酸化剤との� �には帯水層が介在するので、残留ガスと還� �剤及び酸化剤との界面が形成されない。

 したがって、本運転方法によれば還元剤� ��路21及び酸化剤流路31の残留ガスと還元剤及 び酸化剤との混合による燃焼反応が防止され 、MEA5の損傷を防止することができる。つま� �、本運転方法は、還元剤流路21の残留ガスへ の酸化剤の混入のおそれと、酸化剤流路31の� ��留ガスへの還元剤の混入のおそれがある場� ��に、PEFCシステムの起動動作におけるMEA5の� �傷をより確実に防止することができる。例� �ば、本運転方法は、PEFC本体99の発電停止状� �において酸化剤流路31に酸化剤が滞留し、か つ還元剤流路に還元剤が滞留した状態におい て、PEFCシステムの起動動作として効果的で� �る。特に、本運転方法は、PEFC本体99の発電� �止動作において、還元剤が滞留したままの� �態で還元剤流路21が密閉され、かつ、酸化剤 が滞留したままの状態で酸化剤流路31が密閉� ��れている場合のPEFCシステムの起動動作とし て効果的である。

 また、本実施形態のPEFCシステムの運転方 法は、PEFCシステムの起動動作において水や� �活性ガスによる還元剤流路21及び酸化剤流路 31のパージを省略することができる。つまり� ��PEFCシステムを速やかに起動させることがで きる。また、パージ用の不活性ガスや水を不 要とすることができるので、PEFCシステムを� �型化及び軽量化することができる。

 以上、本発明の実施形態を説明したが、� ��水層形成ステップS202、S212における、酸化� �供給経路113Iあるいは還元剤供給経路112Iへの 注水経路は、水排出経路114E以外から構成す� �こともできる。例えば、第1実施形態におい� ��、供給側連絡路121を水供給経路114I及び酸化 剤供給経路113Iの間を接続するように構成し� �もよい。この場合、弁131Vを圧力調整弁ある� ��は弁開度調整弁として、酸化剤供給経路113I への注水圧力あるいは弁開度を調整可能に構 成するとよい。このように、上記実施形態を 含め、水供給部144をPEFC本体99の冷却水供給部 を利用する構成とすると、水供給部を統合し て構成することができる。つまり、本発明の PEFCシステムの運転方法を効率的にすること� �できる。また、本発明のPEFCシステムの構成� ��より簡素化することができる。

 他方で、第1乃至第3実施形態に共通して� �以下の変形例1乃至3のように構成することも できる。

 [変形例1]
 第1実施形態の変形例として説明する。

 図11は、図5のPEFCシステムにおける供給側 連絡路の変形例を示す図である。

 図11に示す通り、本変形例では、水供給� �144とは別個の第2水供給部145を有している。� ��給側連絡路121は、第2水供給部145と酸化剤供 給経路113Iを結ぶように構成され、弁131Vは圧� ��調整弁あるいは開度調整弁によって構成さ� ��ている。これによって、帯水層形成ステッ� ��(S202)における、酸化剤供給経路113Iへの注水 圧あるいは弁開度は、制御部304が弁131Vを制� �することによって調整できる。注水圧ある� �は弁開度は、予め入力部301から入力されて� �記憶部302に記憶されている。あるいは制御� �304の調整に拠らず、弁131Vに調整基準圧力あ� ��いは弁開度を設定することによって実施す� ��こともできる。また、第2水供給部145は、水 供給部144からは独立して動作可能に構成され ているので、酸化剤供給経路113Iへの注水動� �は、水供給経路114I及び水排出経路114Eの水供 給からは独立して実施することができる。し たがって、PEFCシステムの起動動作において� �PEFC本体99の暖機動作と酸化剤供給の開始動� �とをそれぞれ独立して行うことが可能とな� �ので、PEFCシステムの起動動作の柔軟性を向� ��させることができる。

 ここで、第2水供給部145には、上述の水供 給部144と同様に構成されている。あるいは、 注水圧力は、0.5乃至1kPa程度大気圧より高い� �圧とすればよいので、第2水供給部145は、PEFC システムよりも高所に配置された貯水タンク とすることもできる。この場合、注水圧力は 水頭圧となるので、PEFC本体99より5cm乃至10cm� �度高所に設置された貯水タンクとすること� �できる。また、弁131Vの圧力調整機能あるい� ��弁開度調整機能は不要となるので、通常の� ��閉弁とするとよい。

 また、弁131V,132V,133V,134V,135V,136Vの構成を� �理化することもできる。例えば、以下の変� �例2のように構成することができる。

 [変形例2]
 第1実施形態の変形例として説明する。

 図12は、図5のPEFCシステムにおける弁構成 の変形例を示す図である。

 図12に示す通り、図5の弁131V及び弁132Vを� �三方弁137Vとして統合することもできる。ま� ��、図5の弁133V及び弁134Vを、三方弁138Vとして 統合することもできる。

 [変形例3]
 第1実施形態の変形例として説明する。

 図13は、変形例3における図1のPEFC本体の� �ノードセパレータ板を示す平面図である。� �14は、変形例3における図1のPEFC本体のカソー ドセパレータ板を示す平面図である。図15は� ��変形例3における図1のPEFC本体の酸化剤供給� ��ニホールド領域での断面の一部を拡大して� ��す断面図である。

 図13及び図14に示すように、変形例3では� �還元剤供給マニホールド孔22I、32I、酸化剤� �給マニホールド孔23I、33I及び水供給マニホ� �ルド孔24I、34Iが各セパレータ9A,9Cの上部に形 成されている。そして、還元剤供給マニホー ルド孔22Iあるいは酸化剤供給マニホールド孔 33Iの重力方向下面に還元剤供給端21Iあるいは 酸化剤供給端31Iが構成されている。

 本変形例の場合、上記第1乃至3実施形態� �び変形例1の帯水層形成ステップ(S202)におい� ��、例えば酸化剤供給マニホールド93Iでは、� ��化剤供給端31Iから水が順次それぞれの酸化� ��流路31に浸入する。ここで、注水速度が遅� �なるほど、酸化剤供給マニホールド93Iが水� �する前に、水が一部の酸化剤流路31において 排出端31Eに到達してしまうおそれが大きくな る。酸化剤供給マニホールド93Iが水没する前 に、水が一部の酸化剤流路31において排出端3 1Eまで到達してしまうと酸化剤供給マニホー� ��ド93Iの水没は難しくなる。

 しかし、実際に供給する水圧0.5~1kPaでの� �水では、図15に示すように、水が酸化剤供給 マニホールド93Iを塞ぎながら、すなわち帯水 層による閉塞領域を拡大させながら、酸化剤 供給マニホールド93Iに浸入してくるので、残 留ガスを効率よく酸化剤ガス流路31へと押し� ��すことができ、酸化剤供給マニホールド93I� ��より円滑に水没させることができる。酸化� ��流路31側を例として説明したが、還元剤流� �21側でも同様である。

 以上の説明から明らかなように、本発明� ��PEFCシステムは、還元剤供給マニホールド92I 及び酸化剤供給マニホールド93Iの少なくとも いずれかを閉塞するように帯水層を形成する ことができる。したがって、還元剤及び酸化 剤の供給によって、還元剤流路21及び酸化剤� ��路31の少なくともいずれかの残留ガスと還� �剤及び酸化剤の少なくともいずれかとを帯� �層によって隔離しながら、残留ガスを押し� �すことができる。したがって、還元剤流路21 及び酸化剤流路31の少なくともいずれかにお� ��る残留ガスと還元剤及び酸化剤の少なくと� ��いずれかとの混合による燃焼反応が防止さ� ��、MEA5の損傷を防止することができる。また 、直接、酸化剤あるいは還元剤の少なくとも いずれかによって還元剤流路21及び酸化剤流� ��31の少なくともいずれかの残留ガスをパー� �する場合に比べて、残留ガスのパージに要� �る時間を短縮することができる。さらに、� �によって還元剤流路21及び酸化剤流路31の少� ��くともいずれかの残留ガスをパージする場� ��に比べても、使用される水量が少ないので� ��残留ガスのパージに要する水量の削減と時� ��の短縮を図ることができる。したがって、P EFCシステムを速やかに起動させることができ る。

 以上、本発明の実施形態について詳細に� ��明したが、本発明は上記実施形態や変形例� ��限定されない。

 例えば、上記実施形態では、内部マニホ� ��ルド型のPEFC本体99を用いているが、これら� ��ニホールド92I,93I,94I,92E,93E,94EがPEFC本体99と� �別の部材によって構成されている構造(いわ� ��る外部マニホールド型の構造)においても、 同様であり、本発明を適用できる。

 また、本発明は、還元剤及び酸化剤の少� ��くともいずれかの供給開始動作において、� ��元剤及び酸化剤の少なくともいずれかの供� ��開始前に、水供給部からの注水によって、� ��元剤の流通方向において還元剤供給端21Iよ� ��も上流側の還元剤供給経路112Iの少なくとも 一部、及び酸化剤の流通方向において酸化剤 供給端31Iよりも上流側の酸化剤供給経路113I� �少なくとも一部、の少なくともいずれかを� �塞するように帯水層を形成することによっ� �、実施することができる。

 つまり、帯水層の形成位置を還元剤供給� ��ニホールド92I及び酸化剤供給マニホールド9 3Iに限定するものではない。還元剤側の帯水� ��の形成位置が還元剤供給マニホールド92Iに� ��られるわけではない。例えば、還元剤供給� ��ニホールド92Iの有無にかかわらず、弁で還� ��剤供給経路112Iを区画しておいてその弁の上 流側に帯水層を形成することもできる。酸化 剤側の帯水層の形成位置も同様である。

 また、還元剤供給経路112Iの流路形状はPEF Cシステムの構成によって異なる。したがっ� �、還元剤供給経路112Iの少なくとも一部に還� ��剤供給マニホールド92Iよりも上流側に十分� ��帯水層を形成できる形状の流路を設けて、� ��こに帯水層を形成することもできる。酸化� ��側の帯水層の形成位置も同様である。