JP2006156058A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】ガス濃度センサを用いることなく、燃料電池起動時の燃料ガスと酸化剤ガスの混合による触媒層の劣化を抑制できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料極３と酸化剤極４を備えた燃料電池スタック２と、酸化剤供給配管１３と、酸化剤排気配管１５と、燃料供給配管５と、燃料排気配管８と、燃料循環配管１１と、燃料排気配管８内を外気に開放可能な燃料排気配管用弁１０とを備え、燃料電池スタック２の発電による電圧を検知する電圧検知手段を設け、燃料電池起動時には、燃料排気配管用弁１０を開位置として燃料ガスを燃料電池スタック２に供給し、燃料電池スタック２への燃料供給開始時から燃料供給配管５、燃料電池スタック２の燃料室及び燃料排気配管８内が酸化剤ガスから燃料ガスに置換されるまでのガス置換終了時間を電圧検知手段の電圧検知情報によって予測し、予測したガス置換終了時になると燃料排気配管用弁１０を閉位置とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に起動時の制御を改善した燃料電池システムに関する。

燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化剤ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギーを直接取り出すものである。特に、固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取扱い容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素ガスと、酸素ガスを含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギーで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。

固体高分子型燃料電池の起動時制御の従来例としては、特許文献１に記載の技術が知られている。この技術によれば、燃料電池起動時において水素ガスを高圧で燃料電池スタックの燃料室に供給し、燃料排気配管内のガス濃度をガス濃度センサで検知し、燃料電池スタック内が酸化剤ガスから水素ガスに置換される時点を検知している。これにより、燃料電池起動時の燃料ガスと酸化剤ガスの混合による触媒層の劣化を抑制している。
特開２００４−１３９９８４号公報（図１）

しかしながら、上記従来例では、ガス濃度センサによってガス置換の終了時を検知しているが、起動時におけるガス濃度センサの精度を保障することが困難である。そのため、燃料電池起動時の燃料ガスと酸化剤ガスの混合による触媒層の劣化を有効に抑制することができないという課題があった。

本発明は、燃料極に供給された燃料ガスと酸化剤極に供給された酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池スタックと、前記酸化剤極へ酸化剤ガスを供給する酸化剤供給配管と、前記酸化剤極から酸化剤ガスを排出する酸化剤排気配管と、前記燃料極へ燃料ガスを供給する燃料供給配管と、前記燃料極から燃料ガスを排出する燃料排気配管と、該燃料排気配管から分岐して、前記燃料供給配管へ燃料ガスを再循環させる燃料循環配管と該燃料循環配管の分岐位置より下流位置で前記燃料排気配管に設けられ、前記燃料排気配管内を外気に開放可能な燃料排気配管用弁とを備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックの発電による電圧を検知する電圧検知手段を設け、燃料電池起動時には、前記燃料排気配管用弁を開として燃料ガスを前記燃料電池スタックに供給し、前記燃料電池スタックへの燃料供給開始時から前記燃料供給配管、前記燃料電池スタックの燃料室及び前記燃料排気配管内が酸化剤ガスから燃料ガスに置換されるまでのガス置換終了時を前記電圧検知手段の電圧検知情報によって予測し、予測したガス置換終了時になると前記燃料排気配管用弁を閉とすることを要旨とする。

本発明によれば、燃料電池スタックの発電による電圧情報に基づいてガス置換終了時間を予測する。従って、ガス濃度センサを用いることなく、燃料電池起動時の燃料ガスと酸化剤ガスの混合による触媒層の劣化を抑制でき、燃料電池の耐久信頼性が向上する。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。尚、以下に説明する各実施例は、特に限定されないが燃料電池車両に好適な燃料電池システムである。

図１及び図２は本発明の実施例１を示し、図１は燃料電池システム１Ａの構成図、図２はガス置換終了時間の予測手順を説明するための燃料電池起動時における燃料電池スタック２の電圧の特性線図である。

図１において、燃料電池システム１Ａは燃料電池スタック２を有する。この燃料電池スタック２は、燃料室に臨む燃料極３と酸化剤室に臨む酸化剤極４とを備えている。燃料電池スタック２には、燃料極３と酸化剤極４の発電による電圧を検知する電圧検知手段（図示せず）が設けられている。電圧検知手段（図示せず）の検知した電圧は、コントローラ（図示せず）に出力される。

燃料供給配管５は、一端が燃料タンク６に接続され、他端が燃料電池スタック２の燃料室の入口に接続されている。燃料タンク６内には燃料ガス（例えば水素ガス）が充填されている。燃料供給配管５には、燃料供給量調整弁７が設けられている。この燃料供給量調整弁７は、燃料タンク６から燃料電池スタック２に供給する燃料ガスの流量及び圧力をコントローラ（図示せず）によって調整可能である。

燃料排気配管８は、一端が燃料電池スタック２の燃料室の出口に接続され、他端が外気に開放されている。他端に近い燃料排気配管８の箇所には、逆止め弁９と燃料排気配管用弁１０が設けられている。逆止め弁９は、外気が燃料排気配管８内に逆流してくるのを防止している。燃料排気配管用弁１０は、燃料排気配管８を開閉し、コントローラ（図示せず）によって制御される。

燃料循環配管１１は、一端が燃料排気配管８の燃料排気配管用弁１０及び逆止め弁９より上流位置に接続され、他端が燃料供給配管５の燃料供給量調整弁７の下流位置に接続されている。つまり、燃料循環配管１１は、燃料排気配管８より分岐して、燃料供給配管５に燃料ガスを再循環させる。燃料循環配管１１の長さは、少なくとも燃料排気配管８の長さより短く設定されている。燃料循環配管１１には、逆止め弁１２が設けられている。逆止め弁１２は、通常動作時において燃料ガスが燃料供給配管５から燃料電池スタック２を経ることなく燃料排気配管８に流出するのを防止するためのものである。

酸化剤供給配管１３は、一端が外気に開放され、他端が燃料電池スタック２の酸化剤室の入口に接続されている。酸化剤供給配管１３には酸化剤ブロアー１４が設けられており、この酸化剤ブロアー１４によって外気の空気、つまり、酸化剤ガスを酸化剤供給配管１３を通じて燃料電池スタック２に供給する。酸化剤ブロアー１４は、コントローラ（図示せず）によって駆動が制御される。

酸化剤排気配管１５は、一端が燃料電池スタック２の酸化剤室の出口に接続され、他端が外気に開放されている。

コントローラ（図示せず）は、上述したように燃料電池システム１の制御を行う。燃料電池起動時には、燃料供給配管５、燃料電池スタック２の燃料室及び燃料排気配管８内の酸化剤ガスから燃料ガスへのガス置換動作を行う。又、燃料電池起動時には、燃料電池スタック２への燃料供給開始時から燃料供給配管５、燃料電池スタック２の燃料室及び燃料排気配管８内が酸化剤ガスから水素ガスに置換されるまでのガス置換終了時間Ｔを電圧検知手段（図示せず）の電圧検知情報に基づいて予測する。ガス置換動作及びガス置換終了時間の予測手順は、後述の燃料電池起動時の動作の箇所で説明する。

尚、上記燃料電池システム１には、排出される酸化剤中の水分を回収したり、燃料ガスを薄めて排気させたりする際に排気酸化剤が一般に使用される。

次に、上記燃料電池システム１の燃料電池起動時の動作を説明する。燃料電池起動モードがコントローラ（図示せず）に指令されると、コントローラ（図示せず）は燃料排気配管用弁１０を開とし、燃料タンク６から水素ガスの供給を開始する。燃料供給量調整弁７は、この水素ガスの圧力が通常運転時よりも高い圧力に達するまで閉の状態とする。そして、水素ガスの圧力が所定の高い圧力に達すると、燃料供給量調整弁７を開とし、燃料供給を開始する。これにより、高圧の水素ガスが燃料供給配管５、燃料電池スタック２の燃料室及び燃料排気配管８の順に流入し、この順序で酸化剤ガスから燃料ガスへの置換が行われることになる。

コントローラ（図示せず）は、燃料供給配管５、燃料電池スタック２の燃料室及び燃料排気配管８が燃料ガスで置換されるまでのガス置換終了時間Ｔを予測する。図２において、コントローラ（図示せず）は、上記燃料供給開始時点ａを記憶し、燃料供給開始以降における電圧検知手段（図示せず）の検知電圧を常時チェックする。そして、電圧検知手段（図示せず）の検知電圧がゼロより上昇を開始し始める点ｂを検知し、記憶する。そして、次の計算によってガス置換終了時間Ｔを予測する。

つまり、予測するガス置換終了時間Ｔは、燃料供給開始時点ａから燃料供給配管５が燃料ガスに置換されるまでの第１置換予測時間Ｔ１と、燃料電池スタック２の燃料室が燃料ガスに置換されるまでの第２置換予測時間Ｔ２と、燃料排気配管８が燃料ガスに置換されるまでの第３置換予測時間Ｔ３との総和とする。第１置換予測時間Ｔ１は、燃料供給開始時ａから電圧検知手段（図示せず）の検知電圧が上昇を開始し始めるまでの時点ｂより決定する。第２置換予測時間Ｔ２は、燃料電池スタック２の燃料室の容積Ｖｓｔａｋを燃料供給配管５の容積Ｖｉｎで割り、かつ、その割った値に第１置換予測時間Ｔ１を掛けた値（Ｖｓｔａｃｋ／Ｖｉｎ）×Ｔ１より決定する。第３置換予測時間Ｔ３は、燃料排気配管８の容積Ｖｏｕｔを燃料供給配管５の容積Ｖｉｎで割り、かつ、その割った値に第１置換予測時間Ｔ１を掛けた値（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）×Ｔ１より決定する。

コントローラ（図示せず）は、予測したガス置換終了時間Ｔに達すると、燃料排気配管用弁１０を閉に制御する。つまり、燃料ガスの置換が終了したとして燃料ガスが大気に排気されるのを防止する。燃料排気配管用弁１０が閉にされると、燃料排気配管８内の燃料ガスが燃料循環配管１１を通じ燃料供給配管５に戻って燃料電池スタック２に再供給されることになる。

又、コントローラ（図示せず）は、燃料排気配管用弁１０を閉とした直後に、酸化剤ブロアー１４の駆動を開始する。すると、燃料供給配管５、燃料電池スタック２内の燃料室及び燃料排気配管８が燃料ガスで置換された直後に、酸化剤ガス（空気）が燃料電池スタック２に供給され、発電が開始される。

又、コントローラ（図示せず）は、予測したガス置換終了時点で電圧検知手段（図示せず）の検知電圧をチェックする。この検知電圧が低いほど酸化剤の供給量を多くするよう酸化剤ブロアー１４の駆動力を調整する。

以上、本実施例では、燃料電池スタック２の発電による電圧を検知する電圧検知手段（図示せず）を設け、燃料電池起動時には、燃料排気配管用弁１０を開として燃料ガスを燃料電池スタック２に供給し、燃料電池スタック２への燃料供給開始時から燃料供給配管５、燃料電池スタック２の燃料室及び燃料排気配管８内が酸化剤ガスから燃料ガスに置換されるまでのガス置換終了時を電圧検知手段（図示せず）の電圧検知情報によって予測し、予測したガス置換終了時間になると燃料排気配管用弁１０を閉位置とするので、燃料電池スタック２の発電による電圧情報に基づいてガス置換終了時間を予測する。従って、ガス濃度センサを用いることなく、燃料電池起動時の燃料ガスと酸化剤ガスの混合による触媒層の劣化を抑制でき、燃料電池システム１の耐久信頼性が向上する（請求項１の効果）。

この実施例１では、予測するガス置換終了時間Ｔは、燃料供給開始時点から燃料供給配管５が燃料ガスに置換されるまでの第１置換予測時間Ｔ１と、燃料電池スタック２の燃料室が燃料ガスに置換されるまでの第２置換予測時間Ｔ２と、燃料排気配管８が燃料ガスに置換されるまでの第３置換予測時間Ｔ３との総和とし、第１置換予測時間Ｔ１は、燃料供給開始時から電圧検知手段（図示せず）の検知電圧が上昇を開始し始めるまでの時間より決定し、第２置換予測時間Ｔ２は、燃料電池スタック２の燃料室の容積Ｖｓｔａｋを燃料供給配管５の容積Ｖｉｎで割り、かつ、その割った値に第１置換予測時間Ｔ１を掛けた値（Ｖｓｔａｃｋ／Ｖｉｎ）×Ｔ１より決定し、第３置換予測時間Ｔ３は、燃料排気配管８の容積Ｖｏｕｔを燃料供給配管５の容積Ｖｉｎで割り、かつ、その割った値に第１置換予測時間Ｔ１を掛けた値（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）×Ｔ１より決定した。

つまり、この予測手順は、燃料ガスが燃料電池スタック２内に到達した時点を電圧検知手段（図示せず）の情報より検出することによって燃料ガスの置換スピードを導き出し、置換スピードと配管容積より全体が置換される時間を算出するため、精度の良い予測ができる（請求項２の効果）。

この実施例１では、燃料循環配管１１の長さは、燃料排気配管８の長さに較べて短く設定されているので、置換されない可能性のある箇所を極力少なくできるため、燃料電池起動時の燃料ガスと酸化剤ガスのガス混合を少なくでき、燃料ガスと酸化剤ガスの混合による触媒層の劣化をより抑制できる。燃料循環配管１１の長さは、短ければ短いほど望ましい（請求項５の効果）。

この実施例１では、燃料電池起動時において、燃料ガスの供給開始時の圧力を、通常供給時の圧力よりも高い圧力としたので、単位時間当たりの燃料供給量を大きくできるため、ガス置換を迅速に、且つ、確実に行うことができる（請求項８の効果）。燃料電池起動時における燃料供給量調整弁７の初期設定圧力は、可能な限り高い圧力にすることが燃料ガスの置換を迅速に行う上で望ましい。

この実施例１では、予測したガス置換終了時間の直後に、燃料電池スタック２の酸化剤室に酸化剤の供給を開始したので、燃料電池起動時の燃料ガスと酸化剤ガスの混合による触媒層の劣化を促進することなく直ちに発電することができ、起動性の向上になる（請求項９の効果）。

この実施例１では、予測したガス置換終了時点で電圧検知手段（図示せず）の電圧を検知し、この検知電圧が低いほど酸化剤供給量を大きくしたので、ガス置換終了時点の電圧レベルに関わらず直ちに発電を行うことができ、起動性の向上になる（請求項１０の効果）。

次に、ガス置換終了時間Ｔの他の予測手順を説明する。図３において、予測するガス置換終了時間Ｔは、燃料供給開始時点ａから燃料供給配管５が燃料ガスに置換されるまでの第１置換予測時間Ｔ１と、燃料電池スタック２の燃料室が燃料ガスに置換されるまでの第２置換予測時間Ｔ２と、燃料排気配管８が燃料ガスに置換されるまでの第３置換予測時間Ｔ３との総和とする。第１置換予測時間Ｔ１は、燃料供給開始時ａから電圧検知手段（図示せず）の検知電圧が上昇を開始し始めるまでの時点ｂより決定する。第２置換予測時間Ｔ２は、電圧検知手段（図示せず）の検知電圧値を燃料電池スタック２の単セル当たりの電圧に換算し、その初期の電圧上昇区間（例えば０．２Ｖ〜０．３Ｖの区間）の電圧変動を直線近似し、その値が所定の到達目標電圧（例えば０．９Ｖ）に達するまでの時間より決定する。第３置換予測時間Ｔ３は、燃料排気配管８の容積Ｖｏｕｔを燃料供給配管５の容積Ｖｉｎで割り、かつ、その割った値に第１置換予測時間Ｔ１を掛けた値（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）×Ｔ１より決定する。従って、燃料電池スタック２の電圧変化を元にガス置換を予測するため、燃料電池スタック２がどのような状態であっても、より確実に精度良くガス置換終了時間Ｔを予測できる。到達目標電圧は、酸化剤極に酸化剤が十分に存在する状態での電圧である（請求項２の効果）。

次に、ガス置換終了時間Ｔの更に他の予測手順を説明する。この予測手順は、前記他の予測手順と基本的に同一であり、相違点は、第２置換予測時間Ｔ２を決定するに際して、近似直線の傾きに応じて到達目標電圧を変える点にある。

つまり、図４に示すように、予め実験などにより通常の場合の近似直線の傾きを把握しておき、算出される直線の傾きに応じて到達目標を変える。近似直線の傾きが小さいほど（図４の例１＞例２＞例３の順）、到達目標電圧を低く設定する。これにより、例えば酸化剤極に酸化剤ガスが含まれない場合でも、適正にガス置換終了時を予測し、適正な起動を行うことができる（請求項４の効果）。

図５は本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成図である。図５において、この実施例２の燃料電池システム１Ｂは、前記実施例１のものと比較するに、燃料排気配管８に循環ポンプ２０が設けられている点が相違する。他の構成は同一であるため、重複説明を回避するべく説明を省略する。尚、図５の同一構成箇所には同一符号を付して明確化を図る。

この実施例２の燃料電池システム１Ｂにおける燃料電池起動時の動作は、前記実施例１と基本的に同一であり、実施例１と同様な作用・効果が得られる。燃料電池起動時の動作で異なるのは、燃料供給量調整弁７を開とする前に、循環ポンプ２０を稼働させておく点である。つまり、燃料ガスを燃料電池スタック２に供給する際に循環ポンプ２０を稼働させているので、燃料タンク６からの燃料ガスが燃料供給配管５、燃料電池スタック２の燃料室、燃料排気配管８に迅速に、且つ、確実に到達してガス置換が行われるため、燃料電池起動時の燃料ガスと酸化剤ガスの混合による触媒層の劣化を更に抑制できる（請求項７の効果）。

この実施例２では、循環ポンプ２０は燃料排気配管８に設けられているが、燃料循環配管１１に設けても同様の作用・効果が得られる。

図６は本発明の第３実施例に係る燃料電池システム１Ｃの構成図である。図６において、この第３実施例の燃料電池システム１Ｃは、前記実施例２のものと比較するに、燃料循環配管１１に逆止め弁に替えて燃料循環配管用弁２１が設けられている点が相違する。他の構成は同一であるため、重複説明を回避するべく説明を省略する。尚、図６の同一構成箇所には同一符号を付して明確化を図る。

この第３実施例の燃料電池システム１Ｃにおける燃料電池起動時の動作は、前記実施例２と基本的に同一であり、実施例２と同様な作用・効果が得られる。燃料電池起動時の動作で異なるのは、燃料排気配管用弁１０を開とする際に燃料循環配管用弁２１をも開として燃料ガスが燃料循環配管１１にも供給されるようにする。これにより、燃料ガスが燃料循環配管１１に流入し、燃料配管系の全体のガス置換を確実に行うことができる。従って、燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスが燃料電池スタックに供給されるのを抑制でき、混合ガスによる劣化を確実に抑制できる。又、第２実施形態と同様に循環ポンプ２０を稼働されるため、燃料ガスが燃料循環配管１１に循環することがより促進される（請求項６の効果）。

予測したガス置換終了時間Ｔで燃料排気配管用弁１０を閉とするが、それよりも早い時点で燃料循環配管用弁２１を閉とする。

本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成図である。 ガス置換終了時間の予測手順を説明するための燃料電池起動時における燃料電池スタックの電圧の特性線図である。 ガス置換終了時間の他の予測手順を説明するための燃料電池起動時における燃料電池スタックの電圧の特性線図である。 ガス置換終了時間の更に他の予測手順を説明するための燃料電池起動時における燃料電池スタックの電圧の特性線図である。 本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成図である。 本発明の第３実施例に係る燃料電池システムの構成図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 燃料電池システム
２ 燃料電池スタック
３ 燃料極
４ 酸化剤極
５ 燃料供給配管
６ 燃料タンク
７ 燃料供給量調整弁
８ 燃料排気配管
９ 逆止め弁
１０ 燃料排気配管用弁
１１ 燃料循環配管
１２ 逆止め弁
１３ 酸化剤ブロアー
１４ 酸化剤ブロアー
１５ 酸化剤排気配管
２０ 循環ポンプ
２１ 燃料循環配管用弁

Claims (10)

1. 燃料極に供給された燃料ガスと酸化剤極に供給された酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池スタックと、
   前記酸化剤極へ酸化剤ガスを供給する酸化剤供給配管と、
   前記酸化剤極から酸化剤ガスを排出する酸化剤排気配管と、
   前記燃料極へ燃料ガスを供給する燃料供給配管と、
   前記燃料極から燃料ガスを排出する燃料排気配管と、
   該燃料排気配管から分岐して、前記燃料供給配管へ燃料ガスを再循環させる燃料循環配管と
   該燃料循環配管の分岐位置より下流位置で前記燃料排気配管に設けられ、前記燃料排気配管内を外気に開放可能な燃料排気配管用弁とを備えた燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池スタックの発電による電圧を検知する電圧検知手段を設け、
   燃料電池起動時には、前記燃料排気配管用弁を開として燃料ガスを前記燃料電池スタックに供給し、前記燃料電池スタックへの燃料供給開始時から前記燃料供給配管、前記燃料電池スタックの燃料室及び前記燃料排気配管内が酸化剤ガスから燃料ガスに置換されるまでのガス置換終了時間を前記電圧検知手段の電圧検知情報によって予測し、予測したガス置換終了時になると前記燃料排気配管用弁を閉とすることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１記載の燃料電池システムであって、
   予測するガス置換終了時間Ｔは、燃料供給開始時点から前記燃料供給配管が燃料ガスに置換されるまでの第１置換予測時間Ｔ１と、前記燃料電池スタックの燃料室が燃料ガスに置換されるまでの第２置換予測時間Ｔ２と、前記燃料排気配管が燃料ガスに置換されるまでの第３置換予測時間Ｔ３との総和とし、
   第１置換予測時間Ｔ１は、燃料供給開始時から前記電圧検知手段の検知電圧が上昇を開始し始めるまでの時間より決定し、
   第２置換予測時間Ｔ２は、前記燃料電池スタックの燃料室の容積Ｖｓｔａｋを前記燃料供給配管の容積Ｖｉｎで割り、かつ、その割った値に第１置換予想時間Ｔ１を掛けた値（Ｖｓｔａｃｋ／Ｖｉｎ）×Ｔ１より決定し、
   第３置換予測時間Ｔ３は、前記燃料排気配管の容積Ｖｏｕｔを前記燃料供給配管の容積Ｖｉｎで割り、かつ、その割った値に第１置換予測時間Ｔ１を掛けた値（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）×Ｔ１より決定したことを特徴とする燃料電池システム。
3. 予測するガス置換終了時間Ｔは、燃料供給開始時点から前記燃料供給配管が燃料に置換されるまでの第１置換予測時間Ｔ１と、前記燃料電池スタックの燃料室が燃料ガスに置換されるまでの第２置換予測時間Ｔ２と、前記燃料排気配管が燃料ガスに置換されるまでの第３置換予測時間Ｔ３との総和とし、
   第１置換予測時間Ｔ１は、燃料供給開始時から前記電圧検知手段の検知電圧が上昇を開始し始めるまでの時間より決定し、
   第２置換予測時間Ｔ２は、前記電圧検知手段の検知電圧値を前記燃料電池スタックの単セル当たりの電圧に換算し、その初期の電圧上昇区間の電圧変動を直線近似し、その値が所定の到達目標電圧に達するまでの時間より決定し、
   第３置換予測時間Ｔ３は、前記燃料排気配管の容積Ｖｏｕｔを前記燃料供給配管の容積Ｖｉｎで割り、かつ、その割った値に第１置換予測時間Ｔ１を掛けた値（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）×Ｔ１より決定したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
4. 第２置換予測時間Ｔ２を決定するに際して、近似直線の傾きに応じて到達目標電圧を変えることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料循環配管の長さは、前記燃料排気配管に較べて短く設定されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料循環配管に燃料循環配管用弁を設け、燃料電池起動時には、前記燃料排気配管用弁を開とする区間内で前記燃料循環配管用弁を開とし、前記燃料排気配管用弁を閉とする前に前記燃料循環配管用弁を閉とすることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
7. 前記燃料排気配管と前記燃料循環配管のいずれか一方に循環ポンプを設け、燃料ガスを前記燃料電池スタックに供給する際に前記循環ポンプを稼働させたことを特徴とする燃料電池システム。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
   燃料電池起動時における燃料ガスの供給開始時の圧力を、通常供給時の圧力よりも高い圧力としたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
9. 予測したガス置換終了時間の直後に、前記燃料電池スタックの酸化剤極側に酸化剤の供給を開始したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
10. 予測したガス置換終了時点で前記電圧検知手段の電圧を検知し、この検知電圧が低いほど酸化剤供給量を大きくしたことを特徴とする請求項９記載の燃料電池システム。
    

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