(57)【要約】【課題】燃料電池において、膜電極接合体で行われる電気化学反応の範囲を拡大し、発電能力の向上を図る。【解決手段】アノード２４とカソード２６は、冷却媒体流路５６に対応する領域であって、冷却媒体流路５６を流れる冷却媒体により冷却可能な領域である第一の領域６０と、第一の領域６０以外の領域である第二の領域６２とを有する。アノード２４とカソード２６には、第二の領域６２に反応ガスを供給するための第二の反応ガス供給路とが接続されており、この第二の反応ガス供給路には、燃料電池１０の発電負荷に基づいてその供給路を流れる反応ガスの流量を調整する流量調整弁６４が設けられる。この弁６４を適切に動作させることにより、発電能力の向上を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面に電極を接合してなる膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持するセパレータとを有する単位セルが、反応ガスが流れる反応ガス流路と、冷却媒体が流れる冷却媒体流路とが形成された流路形成部材を介して多数積層されて構成される燃料電池において、
電極は、
冷却媒体流路に対応する領域であって、冷却媒体流路を流れる冷却媒体により冷却可能な領域である第一の領域と、
第一の領域以外の領域である第二の領域と、
を有し、
電極には、反応ガス流路から第一の領域に反応ガスを供給するための第一の反応ガス供給路と、反応ガス流路から第二の領域に反応ガスを供給するための第二の反応ガス供給路とが接続され、
第二の反応ガス供給路には、燃料電池の発電負荷に基づいてその供給路を流れる反応ガスの流量を調整する流量調整弁が設けられる、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
流量調整弁は、燃料電池の発電負荷が所定の発電負荷より低いとき、反応ガスの流量を増加させるよう調整する、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池において、
燃料電池の発電負荷は燃料電池で発電された電力の電位差であり、
電位差が所定の電位差より大きい場合、燃料電池の発電負荷が所定の発電負荷より低いとみなす、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池において、
燃料電池の発電負荷は第二の領域の温度であり、
第二の領域の温度が所定の温度より低い場合、燃料電池の発電負荷が所定の発電負荷より低いとみなす、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の燃料電池において、
流量調整弁は、電圧の印加により変形するピエゾ素子と、ピエゾ素子の変形により第二の反応ガス供給路を開閉する開閉部材とを有する、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の燃料電池において、
第一の領域と第二の領域の境界部は絶縁部材により封止される、
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の燃料電池において、
第一の領域の外周に第二の領域が形成される、
ことを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、特に固体高分子型燃料電池の構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、反応ガスである燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素）を電気化学反応させて発電を行う装置である。近年、２つの電極の間の電解質に固体高分子を用いた固体高分子型燃料電池が開発され、その優れた車載性から、自動車等の車両用の電力供給源として期待されている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池（以下、単に「燃料電池」と記す）は、一方の電極である燃料極（以下、アノードと記す）と、高分子電解質膜と、他方の電極である空気極（以下、カソードと記す）とが順に積層した膜電極接合体を、２枚のセパレータで狭持した構造を有している。この構造により１つの電池が構成されるため、一般にこれが単位セルと称される。このように構成される単位セルを、反応ガスが流れる反応ガス流路と、冷却媒体が流れる冷却媒体流路とが形成された流路形成部材を介して多数積層することにより燃料電池が構成される。アノードとカソードは、電極触媒層とガス拡散層を有しており、電極触媒層が高分子電解質膜側に面し、ガス拡散層がセパレータに面している。各セパレータには、反応ガス流路から各電極に反応ガスを供給するための反応ガス供給路、すなわちアノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、カソードに酸化ガスを供給するための酸化ガス供給路とが形成されている。
【０００４】
燃料電池の電気化学反応による発電について説明する。アノードの触媒作用により、燃料ガスである水素は、水素イオンと電子に解離される。触媒作用により生成した水素イオンは、高分子電解質膜を透過して、カソードへ送られる。また、触媒作用により生成した電子は、外部回路を通じてカソードへ送られる。一方、カソードでは、高分子電解質膜を透過した水素イオンと、外部回路を通じて供給された電子とが、カソードの触媒作用により、酸化ガスである酸素と反応し、水を生成する。この膜電極接合体における一連の反応により、単位セルは外部へ電力供給が可能となる。なお、燃料電池は、単位セルが直列接続し多数積層して構成されるので、所望の起電力を得ることができる。
【０００５】
上述のような電気化学反応により、燃料電池は発熱する。この発熱により膜電極接合体が高温になると、電解質膜に孔が開いてしまう等の不具合が発生する可能性がある。そこで、流路形成部材の冷却媒体流路を流れる冷却媒体によって膜電極接合体を冷却して、そのような不具合を防止している。
【０００６】
下記特許文献１には、反応ガスが流れる溝が形成されたセパレータを有する燃料電池が開示されている。セパレータに形成された溝には、この溝内の温度に基づいて反応ガスの流量を調節する流量調節弁が設けられている。流量調節弁は、温度が異常に高くなると、燃料ガスの流量を減らし、酸化剤ガスの流量を増やすように開度を調節する。この動作により、セルの高温部への燃料ガスの供給を抑制し、電気化学反応により発生する発熱量を抑制するとともに、セルの高温部への酸化剤ガスの供給量を増大し、その高温部において酸化剤ガスが奪う熱量を増大させて、セルの高温部を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２４９４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
燃料電池の流路形成部材には、冷却媒体流路のほかに反応ガス流路が形成される。そうすると、燃料電池が発電しているとき、単位セルの積層方向に向かって冷却媒体流路を膜電極接合体に投影した範囲は、セパレータを介して冷却媒体流路と対向するので、冷却媒体により効果的に冷却される。しかし、それ以外の範囲、例えば単位セルの積層方向に向かって反応ガス流路を膜電極接合体に投影した範囲は、冷却媒体流路と離れてしまうので、冷却媒体によって冷却されにくく、その範囲が高温になり上述したような不具合が発生する可能性がある。そこで、従来技術の燃料電池においては、発電による発熱で不具合が発生しないように、膜電極接合体の電極が、冷却媒体により冷却可能な範囲、すなわち冷却媒体流路に対応する範囲の大きさに形成されている。しかしながら、このように電極の大きさが冷却媒体流路に対応する範囲の大きさに制限されてしまうと、膜電極接合体において行われる電気化学反応の範囲も制限されてしまう。その結果、単位セル当たりの発電能力が制限されてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、膜電極接合体において行われる電気化学反応の範囲を拡大し、発電能力の向上を図ることができる燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電解質膜の両面に電極を接合してなる膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持するセパレータとを有する単位セルが、反応ガスが流れる反応ガス流路と、冷却媒体が流れる冷却媒体流路とが形成された流路形成部材を介して多数積層されて構成される燃料電池において、電極は、冷却媒体流路に対応する領域であって、冷却媒体流路を流れる冷却媒体により冷却可能な領域である第一の領域と、第一の領域以外の領域である第二の領域と、を有し、電極には、反応ガス流路から第一の領域に反応ガスを供給するための第一の反応ガス供給路と、反応ガス流路から第二の領域に反応ガスを供給するための第二の反応ガス供給路とが接続され、第二の反応ガス供給路には、燃料電池の発電負荷に基づいてその供給路を流れる反応ガスの流量を調整する流量調整弁が設けられることを特徴とする。
【００１１】
また、流量調整弁は、燃料電池の発電負荷が所定の発電負荷より低いとき、反応ガスの流量を増加させるよう調整することができる。
【００１２】
また、燃料電池の発電負荷は燃料電池で発電された電力の電位差であり、電位差が所定の電位差より大きい場合、燃料電池の発電負荷が所定の発電負荷より低いとみなすことができる。
【００１３】
また、燃料電池の発電負荷は第二の領域の温度であり、第二の領域の温度が所定の温度より低い場合、燃料電池の発電負荷が所定の発電負荷より低いとみなすことができる。
【００１４】
また、流量調整弁は、電圧の印加により変形するピエゾ素子と、ピエゾ素子の変形により第二の反応ガス供給路を開閉する開閉部材とを有することができる。
【００１５】
また、第一の領域と第二の領域の境界部は絶縁部材により封止されることができる。
【００１６】
また、第一の領域の外周に第二の領域が形成されることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池によれば、膜電極接合体において行われる電気化学反応の範囲を拡大し、発電能力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態の燃料電池の概略構成を示す図である。
【図２】単位セルの積層方向から見たガス拡散層の構成を示す図である。
【図３】（ａ）は、流量調整弁の開状態を示す図であり、（ｂ）は、流量調整弁の閉状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る燃料電池の実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態の燃料電池の概略構成を示す図である。
【００２０】
燃料電池１０は、単位セル１２を、流路形成部材１４を介して複数積層した電池積層体である。単位セル１２は、図に示すように、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１６を二つのセパレータ１８，２０で挟み込んで構成される。ＭＥＡ１６は、電解質膜２２と、電解質膜２２の一方の面に接合される電極であるアノード２４と、電解質膜２２の他方の面に接合される電極であるカソード２６とから構成される。
【００２１】
電解質膜２２は、例えばフッ素樹脂などの固体高分子材料により形成されたプロトン導電性の膜体である。
【００２２】
アノード２４は、電極触媒層２８とガス拡散層３０を有しており、電極触媒層２８が電解質膜２２側に面し、ガス拡散層３０がセパレータ１８に面している。電極触媒層２８には、触媒として白金または白金と他の金属からなる合金などが担持されている。ガス拡散層３０は、炭素繊維からなる糸で織ったカーボンクロスにより形成される。ガス拡散層３０は、電極触媒層２８に比べ一回り大きく形成され、電解質膜２２に比べ一回り小さく形成される。
【００２３】
カソード２６も、アノード２４と同じ構成である。すなわち、電極触媒層３２とガス拡散層３４を有しており、電極触媒層３２が電解質膜２２側に面し、ガス拡散層３４がセパレータ２０に面している。電極触媒層３２には、触媒として白金または白金と他の金属からなる合金などが担持されている。ガス拡散層３４は、炭素繊維からなる糸で織ったカーボンクロスにより形成される。ガス拡散層３４は、電極触媒層３２に比べ一回り大きく形成され、電解質膜２２に比べ一回り小さく形成される。
【００２４】
このように構成されるＭＥＡ１６における電気化学反応について説明する。アノード２４は、反応ガスである燃料ガス（水素）が供給される燃料極である。アノード２４においては、供給された水素がガス拡散層３０で拡散され、電極触媒層２８の触媒作用により、水素分子（Ｈ２）がプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ）に解離される。そして、プロトン（Ｈ＋）は電解質膜２２を通って電極触媒層３２へ移動し、電子（ｅ）は図示しない外部経路を通って電極触媒層３２へ移動する。
【００２５】
一方、カソード２６は、反応ガスである酸化ガス（空気）が供給される空気極である。カソード２６においては、供給された空気がガス拡散層３４で拡散され、電極触媒層３２の触媒作用により、空気に含まれる酸素分子（Ｏ２）とアノード２４から移動してきたプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ）とが反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成する。このＭＥＡ１６における一連の電気化学反応により、燃料電池１０は外部へ電力を供給することができる
【００２６】
セパレータ１８，２０は、例えばカーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンからなり、外観的には略四角形状に形成されると共に単位セル１２の隔壁をなす。セパレータ１８，２０には、流路形成部材１４に形成される反応ガス流路と、アノード２４及びカソード２６とを接続する反応ガス供給路が形成される。具体的には、セパレータ１８には、流路形成部材１４に形成される燃料ガス流路４０からアノード２４に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路４２が形成される。また、セパレータ１８には、アノード２４から排出される燃料ガスである排出燃料ガスを、流路形成部材１４に形成される排出燃料ガス流路４４に供給するための排出燃料ガス供給路４６が形成される。一方、セパレータ２０には、流路形成部材１４に形成される酸化ガス流路４８からカソード２６に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給路５０が形成される。また、セパレータ２０には、カソード２６から排出される酸化ガスである排出酸化ガスを、流路形成部材１４に形成される排出酸化ガス流路５２に供給するための排出酸化ガス供給路５４が形成される。
【００２７】
ＭＥＡ１６を挟み込んでいる二つのセパレータ１８，２０の間隔のうちガス拡散層３０，３４の存在しない箇所にはガスケット５５が設けられている。このガスケット５５は、反応ガスのリークを防止したり、この箇所での反応ガスである燃料ガスと酸化ガスの混合を防止したりする役割を果している。
【００２８】
流路形成部材１４には、反応ガスが流れる反応ガス流路が形成される。反応ガス流路は、ＭＥＡ１６に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス流路４０と、ＭＥＡ１６から排出される燃料ガスである排出燃料ガスが流れる排出燃料ガス流路４４と、ＭＥＡ１６に供給される酸化ガスが流れる酸化ガス流路４８と、ＭＥＡ１６から排出される酸化ガスである排出酸化ガスが流れる排出酸化ガス流路５２とを含む。流路形成部材１４の一端部には、燃料ガス流路４０と酸化ガス流路４８が形成され、他端部には、排出燃料ガス流路４４と排出酸化ガス流路５２とが形成される。そして、流路形成部材１４の一端部と他端部の間には、冷却媒体が流れる冷却媒体流路５６が形成される。冷却媒体流路５６を流れる冷却媒体によって、上述のような電気化学反応により発熱するＭＥＡ１６を冷却する。
【００２９】
本実施形態の燃料電池１０は、アノード２４とカソード２６が、第一の領域６０と、第一の領域６０以外の領域である第二の領域６２とをそれぞれ有する。第一の領域６０は、冷却媒体流路５６に対応する領域である。冷却媒体流路５６に対応する領域とは、単位セル１２の積層方向に向かって冷却媒体流路５６をアノード２４およびカソード２６に投影した領域を含み、冷却媒体により効果的に冷却することができるアノード２４およびカソード２６の領域である。図１に示されるように、第１の領域６０は、単位セル１２の積層方向に向かって冷却媒体流路５６をアノード２４およびカソード２６に投影した領域より大きい範囲で形成される。
【００３０】
反応ガス供給路は、第一及び第二の反応ガス供給路を有し、第一の反応ガス供給路が第一の領域６０に接続され、第二の反応ガス供給路が第二の領域６２に接続される。具体的には、燃料ガス供給路４２は第一の燃料ガス供給路４２ａと第二の燃料ガス供給路４２ｂとを有し、第一の燃料ガス供給路４２ａがアノード２４の第一の領域６０に接続され、第二の燃料ガス供給路４２ｂがアノード２４の第二の領域６２に接続される。また、排出燃料ガス供給路４６は第一の排出燃料ガス供給路４６ａと第二の排出燃料ガス供給路４６ｂとを有し、第一の排出燃料ガス供給路４６ａがアノード２４の第一の領域６０に接続され、第二の排出燃料ガス供給路４６ｂがアノード２４の第二の領域６２に接続される。また、酸化ガス供給路５０は第一の酸化ガス供給路５０ａと第二の酸化ガス供給路５０ｂとを有し、第一の酸化ガス供給路５０ａがカソード２６の第一の領域６０に接続され、第二の酸化ガス供給路５０ｂがカソード２６の第二の領域６２に接続される。さらに、排出酸化ガス供給路５４は第一の排出酸化ガス供給路５４ａと第二の排出酸化ガス供給路５４ｂとを有し、第一の排出酸化ガス供給路５４ａがカソード２６の第一の領域６０に接続され、第二の排出酸化ガス供給路５４ｂがカソード２６の第二の領域６２に接続される。
【００３１】
本実施形態の第二の反応ガス供給路、すなわち第二の燃料ガス供給路４２ｂ、第二の排出燃料ガス供給路４６ｂ、第二の酸化ガス供給路５０ｂ、第二の排出酸化ガス供給路５４ｂには、これらを流れる反応ガスの流量を調整する流量調整弁６４がそれぞれ設けられている。流量調整弁６４は、燃料電池１０の発電負荷に基づいて第二の反応ガス供給路の流量を調整する。
【００３２】
従来技術の燃料電池は、発電の際の発熱によるＭＥＡの不具合を防止するため、冷却媒体により冷却可能な領域、すなわち本実施形態の第一の領域６０に相当する大きさに電極が形成され、その領域でのみ電気化学反応が行われていた。しかし、上述した本実施形態の燃料電池１０の構成によれば、電気化学反応は、ＭＥＡ１６の発熱を考慮することにより、第一の領域６０のみならず第二の領域６２でも行うことができる。よって、ＭＥＡ１６において行われる電気化学反応の範囲を拡大することができ、燃料電池１０の発電能力の向上を図ることができる。
【００３３】
流量調整弁６４の制御動作について説明する。第二の領域６２は、冷却媒体流路５６から離れているため、冷却媒体により冷却されにくい。よって、燃料電池１０の発電負荷が比較的低く、ＭＥＡ１６の温度が比較的低いときに、第二の領域６２での電気化学反応が行われるように、流量調整弁６４は動作する。すなわち、流量調整弁６４は、燃料電池１０の発電負荷が所定の発電負荷より低いとき、反応ガスの流量を増加させるように調整する。
【００３４】
具体的には、流量調整弁６４は、燃料電池１０の発電負荷が所定の発電負荷より低いとき、開状態となる。この動作により、第二の領域６２にも反応ガスが供給され、この領域６２において電気化学反応が行われる。その結果、燃料電池１０の発電能力が向上する。なお、上述したように、燃料電池１０の発電負荷が所定の発電負荷より低いときは、ＭＥＡ１６の温度が比較的低いので、冷却媒体により第二の領域６２が冷却されなくても、第二の領域６２で不具合が生じることはない。
【００３５】
一方、流量調整弁６４は、燃料電池１０の発電負荷が所定の発電負荷を超えたとき、閉状態となる。燃料電池１０の発電負荷が高いとき、ＭＥＡ１６が高温になるので、冷却媒体により冷却する必要がある。しかし、上述したように第二の領域６２は冷却されにくい。そこで、流量調整弁６４を閉状態として、反応ガスの供給を止めることで、第二の領域６２で電気化学反応が行われないようにする。
【００３６】
本実施形態における燃料電池１０の発電負荷とは、燃料電池１０で発電された電力の電位差であり、具体的には単位セル１２で生じた電位差である。発電された電力の電位差が所定の電位差より大きい場合、燃料電池１０の発電負荷が所定の発電負荷より低く、発電された電力の電位差が所定の電位差未満の場合、燃料電池１０の発電負荷が所定の発電負荷を超えたみなすことができる。一般的に、燃料電池は、最高出力まで出力を上げていくにつれて徐々に電位差が小さくなるという特性を有する。つまり、燃料電池の出力が高いとき、すなわち発電負荷が高いときは、発電された電力の電位差が小さく、燃料電池の出力が低いとき、すなわち発電負荷が低いときは、発電された電力の電位差が大きくなる。この特性を利用して、発電された電位差から発電負荷の状態を判断することができる。
【００３７】
本実施形態における燃料電池１０の第一の領域６０と第二の領域６２の境界部は、絶縁部材６６により封止されている。この構成により、反応ガスの分子、プロトンおよび電子が第一の領域６０と第二の領域６２の間を移動してしまうことを防止する。よって、燃料電池１０の発電負荷が高く、第一の領域６０にのみ反応ガスが供給されている場合、第一の領域６０から第二の領域６２への反応ガスの分子、プロトンおよび電子の移動が防止されるので、このとき第二の領域６２では電気化学反応が行われずに、第二の領域６２の温度上昇を防止することができる。
【００３８】
本実施形態においては、絶縁部材６６がガス拡散層３０，３４に設けられているが、電極触媒層２８，３２には設けられていない。これは、電極触媒層２８，３２においては、平面方向における反応ガスの分子、プロトンおよび電子の移動がほとんどないためである。しかし、本発明はこの構成に限定されず、絶縁部材６６が電極触媒層２８，３２にも設けられてもよい。
【００３９】
単位セル１２の積層方向から見たガス拡散層３０の構成を図２に示す。図に示されるように、第一の領域６０の外周に第二の領域６２が形成され、これらの領域６０，６２の境界部に絶縁部材６６が設けられる。本実施形態におけるガス拡散層３０には、第一の領域６０に第一の燃料ガス供給路４２ａと第一の排出燃料ガス供給路４２ｂが一本ずつ接続され、第二の領域６２に第一の燃料ガス供給路４２ａと第一の排出燃料ガス供給路４２ｂが一本ずつ接続されている。なお、ガス拡散層３０に接続する供給路の数は一例であって、本発明は供給路の数に限定されない。
【００４０】
この構成により、第一の燃料ガス供給路４２ａから供給された燃料ガスは第一の領域６０のみで拡散され電気化学反応に使用される。そして、未反応の燃料ガスは第一の排出燃料ガス供給路４６ａから排出される。また、第二の燃料ガス供給路４２ｂから供給された燃料ガスは第二の領域６２のみで拡散され電気化学反応に使用される。そして、未反応の燃料ガスは第二の排出燃料ガス供給路４６ｂから排出される。なお、ガス拡散層３４の構成は、ガス拡散層３０と同様のため、詳細な説明は省略する。
【００４１】
次に、本実施形態における流量調整弁６４の構造について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、流量調整弁６４の開状態を示す図であり、図３（ｂ）は、流量調整弁６４の閉状態を示す図である。なお、一例として、第二の燃料ガス供給路４２ｂに設けられた流量調整弁６４の構造について説明する。
【００４２】
流量調整弁６４は、電圧の印加により変形するピエゾ素子７０と、ピエゾ素子７０の変形により供給路を開閉する開閉部材７２とを有する。開閉部材７２は、第二の燃料ガス供給路４２ｂの壁面に配置された支持部材７４により回動可能に支持されている。開閉部材７２の下部であって、支持部材７４付近にはピエゾ素子７０が配置されている。ピエゾ素子７０は、燃料電池１０の電気回路（図示せず）に接続され、単位セル１２で生じた電位差（電圧）が印加されるようになっている。
【００４３】
単位セル１２で発電された電力の電位差が所定の電位差より大きくなると、ピエゾ素子７０が変形する。具体的には、ピエゾ素子７０は、図３（ｂ）に示されるように、第二の燃料ガス供給路４２ｂ内に突出する形に変形する。開閉部材７２は、ピエゾ素子７０の変形により、支持部材７４を中心にして回動、すなわち開閉部材７２の先端が押し上げられる。そして、開閉部材７２の先端が、第二の燃料ガス供給路４２ｂの壁面であって、支持部材７４が配置される壁面と対向する壁面に接することで、流量調整弁６４が閉状態になる。
【００４４】
一方、単位セル１２で発電された電力の電位差が所定の電位差未満になると、ピエゾ素子７０は、図３（ａ）に示されるように、元の形状に戻り、開閉部材７２も元の状態に戻る。これにより、流量調整弁６４が開状態になる。
【００４５】
本実施形態においては、流量調整弁６４がピエゾ素子７０を駆動源とするバルブである場合について説明したが、この構成に限定されず、バルブの駆動源が、例えばソレノイドであってもよい。
【００４６】
また、本実施形態においては、流量調整弁６４が、発電負荷が所定の発電負荷より低くなると開状態になり、所定の発電負荷を超えると閉状態になる場合について説明したが、この構成に限定されない。高負荷時における第二の領域６２の電気化学反応を抑制するために、流量調整弁６４が、発電負荷が高くなるにつれて徐々に開状態から閉状態に徐々に変化していくよう動作してもよい。
【００４７】
また、本実施形態においては、流量調整弁６４が、第二の反応ガス供給路、すなわち第二の燃料ガス供給路４２ｂ、第二の排出燃料ガス供給路４６ｂ、第二の酸化ガス供給路５０ｂ、第二の排出酸化ガス供給路５４ｂに設置される場合について説明したが、この構成に限定されない。第二の領域６２への反応ガスの供給量を調整するのであれば、流量調整弁６４が、第二の燃料ガス供給路４２ｂと第二の酸化ガス供給路５０ｂにのみ設置されてもよい。また、流量調整弁６４が、第二の燃料ガス供給路４２ｂと第二の酸化ガス供給路５０ｂのいずれか一方に設置されてもよい。この構成であっても、第二の領域６２で行われる電気化学反応を制御することができる。
【００４８】
また、本実施形態においては、燃料電池１０の発電負荷を、燃料電池１０で発電された電力の電位差から判断する場合について説明したが、この構成に限定されない。第二の領域６２に温度センサを設置し、その温度センサが検出した温度から燃料電池１０の発電負荷の状態を判断することもできる。例えば、第二の領域６２の温度が所定の温度より低い場合、燃料電池１０の発電負荷が所定の発電負荷より低いと判断して、流量調整弁６４を開状態にする。この動作により、第二の領域６２にも反応ガスが供給され、この領域６２において電気化学反応が行われる。電気化学反応により発熱しても第二の領域６２の温度がもともと低いので、冷却媒体により第二の領域６２が冷却されなくても、第二の領域６２で不具合が生じることはない。一方、第二の領域６２の温度が所定の温度を超えた場合、燃料電池１０の発電負荷が所定の発電負荷を超えたものと判断して、流量調整弁６４を閉状態にする。第二の領域６２が高温になると、不具合の防止のために冷却媒体により冷却する必要がある。しかし、上述したように第二の領域６２は冷却されにくい。そこで、流量調整弁６４を閉状態として、反応ガスの供給を止めることで、第二の領域６２で電気化学反応が行われないようにする。
【００４９】
さらに、本実施形態では、単位セル１２は、ＭＥＡ１６を２つのセパレータ１８，２０が挟んで構成される場合について説明したが、この構成に限定されない。ＭＥＡ１６と両セパレータ１８，２０との間に、反応ガスの拡散機能を有する多孔体を設けることもできる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  燃料電池、１２  単位セル、１４  流路形成部材、１６  膜電極接合体、１８，２０  セパレータ、２２  電解質膜、２４  アノード、２４ａ  第一の領域、２４ｂ  第二の領域、２６  カソード、２８，３２  電極触媒層、３０，３４  ガス拡散層、４０  燃料ガス流路、４２  燃料ガス供給路、４４  排出燃料ガス流路、４６  排出燃料ガス供給路、４８  酸化ガス流路、５０  酸化ガス供給路、５２  排出酸化ガス流路、５４  排出酸化ガス供給路、５６  冷却媒体流路、６０  第一の領域、６２  第二の領域、６４  流量調整弁、６６  絶縁部材、７０  ピエゾ素子、７２  開閉部材。
【図１】
2010218800.tif 000003
【図２】
2010218800.tif 000004
【図３】
2010218800.tif 000005