(57)【要約】【課題】フラッディング抑制に優れた燃料電池を提供する。【解決手段】カソード電極に接する第２のセパレータの、カソード電極側の面に、膜・電極接合体へと供給される酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流入流路、及び、膜・電極接合体を通過した酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流出流路が備えられ、酸化剤ガス流入流路は、酸化剤ガス流れ方向下流端が閉塞された流路であり、かつ、酸化剤ガス流出流路は、酸化剤ガス流れ方向上流端が閉塞された流路であり、酸化剤ガス流入流路及び酸化剤ガス流出流路は、第２のセパレータにおいて互いに分離して配置され、締結荷重調節手段、フラッディング監視手段及び運転モード切替手段を備えることを特徴とする、燃料電池。【選択図】図４
2010212200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜の一面側にアノード電極を有し、他面側にカソード電極を有する膜・電極接合体、及び、該膜・電極接合体をさらに挟持する一対のセパレータを有する単セルを備える燃料電池であって、
前記アノード電極に接する第１のセパレータの、前記アノード電極側の面に、前記膜・電極接合体へと供給される燃料ガスが流通する燃料ガス流入流路、及び、前記膜・電極接合体を通過した燃料ガスが流通する燃料ガス流出流路が備えられ、
前記燃料ガス流入流路は、燃料ガス流れ方向下流端が閉塞された流路であり、かつ、前記燃料ガス流出流路は、燃料ガス流れ方向上流端が閉塞された流路であり、
前記燃料ガス流入流路及び前記燃料ガス流出流路は、前記第１のセパレータにおいて互いに分離して配置され、
前記カソード電極に接する第２のセパレータの、前記カソード電極側の面に、前記膜・電極接合体へと供給される酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流入流路、及び、前記膜・電極接合体を通過した酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流出流路が備えられ、
前記酸化剤ガス流入流路は、酸化剤ガス流れ方向下流端が閉塞された流路であり、かつ、前記酸化剤ガス流出流路は、酸化剤ガス流れ方向上流端が閉塞された流路であり、
前記酸化剤ガス流入流路及び前記酸化剤ガス流出流路は、前記第２のセパレータにおいて互いに分離して配置され、
前記単セルの一部又は全体の、積層方向にかかる締結荷重を調節する締結荷重調節手段と、
少なくとも前記酸化剤ガス流入流路においてフラッディングを監視するフラッディング監視手段と、
前記フラッディング監視手段により、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路においてフラッディングが発生したと判断された場合に、前記締結荷重調節手段を実行して、前記単セルの一部又は全体の締結荷重を強めるフラッディング運転モードを選択し、前記フラッディング監視手段により、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路においてフラッディングが解消されたと判断された場合に、前記締結荷重調節手段を実行して、前記単セルの一部又は全体の締結荷重を弱める通常運転モードを選択し、選択した運転モードを実行する、運転モード切替手段を備えることを特徴とする、燃料電池。
【請求項２】
前記締結荷重調節手段が、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路の酸化剤ガス流れ方向下流端が存在する前記単セルの部分の締結荷重を調節する手段である、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記酸化剤ガス流入流路の酸化剤ガス流れ方向下流端が存在する前記単セルの部分が、前記燃料ガス流入流路の燃料ガス流れ方向下流端が存在する前記単セルの部分と略一致するように、前記酸化剤ガス流入流路及び前記燃料ガス流入流路の配置をそれぞれ決定する、請求項１又は２に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラッディング抑制に優れた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸化剤を電気的に接続された２つの電極に供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。火力発電とは異なり、燃料電池はカルノーサイクルの制約を受けないので、高いエネルギー変換効率を示す。燃料電池は、通常、電解質膜を一対の電極で挟持した膜・電極接合体を基本構造とする単セルを複数積層して構成されている。中でも、電解質膜として固体高分子電解質膜を用いた固体高分子電解質型燃料電池は、小型化が容易であること、低い温度で作動すること、などの利点があることから、特に携帯用、移動体用電源として注目されている。
【０００３】
固体高分子電解質型燃料電池では、水素を燃料とした場合、アノード（燃料極）では（１）式の反応が進行する。
Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−    （１）
（１）式で生じる電子は、外部回路を経由し、外部の負荷で仕事をした後、カソード（酸化剤極）に到達する。そして、（１）式で生じたプロトンは、水和した状態で、固体高分子電解質膜内をアノード側からカソード側に、電気浸透により移動する。
【０００４】
また、酸素を酸化剤とした場合、カソードでは（２）式の反応が進行する。
２Ｈ＋  ＋  （１／２）Ｏ２  ＋  ２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ    （２）
カソードで生成した水は、主としてガス拡散層を通り、外部へと排出される。このように、燃料電池では、水以外の排出物がなく、クリーンな発電装置である。
【０００５】
一般に、カソードでは電気浸透によるアノードからの水の移動と電極反応によるカソード内での水の生成の両方の原因によって、水が過剰に存在する傾向がある。あまりに水分量が過剰となると、水蒸気が多孔質のカソード側ガス拡散層内で凝縮して水滴となり空孔を塞いでしまう、いわゆるフラッディングが発生し、カソード側ガス拡散層のガス透過に支障をきたす問題が生じていた。その結果、従来の燃料電池においては、酸化剤ガスがカソード側触媒層に行き渡らなくなって、発電効率が低下してしまうという課題が存在した。
【０００６】
このような発電効率の低下の課題を解決するために、ガス供給用のガス流路部と、ガス排出用のガス流路部が分離されて設置された閉塞流路を採用する技術が、これまでにも開発されている。特許文献１には、高分子電解質膜と、前記高分子電解質薄膜の両面に触媒層を挟んでそれぞれ対向して配された、導電性と通気性を兼ね備えた一対の電極層と、前記電極層にガスを供給し、あるいは電極層からガスを排出するためのガス流路が形成された導電性の集電体とを備え、前記ガス流路を構成するガス供給用のガス流路部とガス排出用のガス流路部とが前記集電体上で分離され互いにつながっていないことを特徴とする固体高分子型燃料電池の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１６５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された技術は、燃料電池内で発生する水分量分布を是正することを課題の１つとしているが、経時的な水分量分布変化については考察されておらず、したがって、例えば、フラッディング発生の時間的変化に対応できるものではない。
本発明は、上記実状を鑑みて成し遂げられたものであり、フラッディング抑制に優れた燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃料電池は、高分子電解質膜の一面側にアノード電極を有し、他面側にカソード電極を有する膜・電極接合体、及び、該膜・電極接合体をさらに挟持する一対のセパレータを有する単セルを備える燃料電池であって、前記アノード電極に接する第１のセパレータの、前記アノード電極側の面に、前記膜・電極接合体へと供給される燃料ガスが流通する燃料ガス流入流路、及び、前記膜・電極接合体を通過した燃料ガスが流通する燃料ガス流出流路が備えられ、前記燃料ガス流入流路は、燃料ガス流れ方向下流端が閉塞された流路であり、かつ、前記燃料ガス流出流路は、燃料ガス流れ方向上流端が閉塞された流路であり、前記燃料ガス流入流路及び前記燃料ガス流出流路は、前記第１のセパレータにおいて互いに分離して配置され、前記カソード電極に接する第２のセパレータの、前記カソード電極側の面に、前記膜・電極接合体へと供給される酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流入流路、及び、前記膜・電極接合体を通過した酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流出流路が備えられ、前記酸化剤ガス流入流路は、酸化剤ガス流れ方向下流端が閉塞された流路であり、かつ、前記酸化剤ガス流出流路は、酸化剤ガス流れ方向上流端が閉塞された流路であり、前記酸化剤ガス流入流路及び前記酸化剤ガス流出流路は、前記第２のセパレータにおいて互いに分離して配置され、前記単セルの一部又は全体の、積層方向にかかる締結荷重を調節する締結荷重調節手段と、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路においてフラッディングを監視するフラッディング監視手段と、前記フラッディング監視手段により、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路においてフラッディングが発生したと判断された場合に、前記締結荷重調節手段を実行して、前記単セルの一部又は全体の締結荷重を強めるフラッディング運転モードを選択し、前記フラッディング監視手段により、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路においてフラッディングが解消されたと判断された場合に、前記締結荷重調節手段を実行して、前記単セルの一部又は全体の締結荷重を弱める通常運転モードを選択し、選択した運転モードを実行する、運転モード切替手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
このような構成の燃料電池は、フラッディングが生じた場合に、前記フラッディング運転モードを実行して前記単セルの一部又は全体の締結荷重を強めることによって、荷重を強めた部分の電極の面内透気度を低下させる結果、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路及び前記酸化剤ガス排出流路の差圧が増大し、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路のガス流れ方向下流端に生じたフラッディングを解消することができる。
【００１１】
本発明の燃料電池は、前記締結荷重調節手段が、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路の酸化剤ガス流れ方向下流端が存在する前記単セルの部分の締結荷重を調節する手段であることが好ましい。
【００１２】
このような構成の燃料電池は、締結荷重を調節する部位を少なくとも前記酸化剤ガス流入流路の酸化剤ガス流れ方向下流端に特定することによって、当該部位に生じたフラッディングを効果的に解消することができる。
【００１３】
本発明の燃料電池は、前記酸化剤ガス流入流路の酸化剤ガス流れ方向下流端が存在する前記単セルの部分が、前記燃料ガス流入流路の燃料ガス流れ方向下流端が存在する前記単セルの部分と略一致するように、前記酸化剤ガス流入流路及び前記燃料ガス流入流路の配置をそれぞれ決定することが好ましい。
【００１４】
このような構成の燃料電池は、前記締結荷重調節手段を実行した際に、前記酸化剤ガス流入流路の酸化剤ガス流れ方向下流端にかかる荷重、及び前記燃料ガス流入流路の燃料ガス流れ方向下流端にかかる荷重を同時に調節することができ、したがって、両下流端に生じたフラッディングを効果的に解消することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フラッディングが生じた場合に、前記フラッディング運転モードを実行して前記単セルの一部又は全体の締結荷重を強めることによって、荷重を強めた部分の電極の面内透気度を低下させる結果、前記燃料ガス流入流路及び前記燃料ガス排出流路の差圧、並びに／又は、前記酸化剤ガス流入流路及び前記酸化剤ガス排出流路の差圧が増大し、少なくとも前記燃料ガス流入流路のガス流れ方向下流端及び／又は前記酸化剤ガス流入流路のガス流れ方向下流端に生じたフラッディングを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の態様の燃料電池に用いられる単セルの一例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。
【図２】本発明の第１の態様の燃料電池に用いられる単セルの、アノード電極側セパレータの一例を示す図であって、セパレータに水平な方向に切断した断面を模式的に示した図である。
【図３】本発明の第１の態様の燃料電池に用いられる単セルの、カソード電極側セパレータの一例を示す図であって、セパレータに水平な方向に切断した断面を模式的に示した図である。
【図４】本発明の第１の態様の具体例の断面模式図である。
【図５】本発明の第２の態様の燃料電池に用いられる単セルの典型例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。
【図６】本発明の第２の態様の燃料電池に用いられる単セルの、カソード電極側セパレータの典型例を示す図であって、セパレータに水平な方向に切断した断面を模式的に示した図である。
【図７】本発明の第２の態様の燃料電池に用いられる単セルの第２の典型例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。
【図８】本発明の第２の態様の燃料電池に用いられる単セルの、カソード電極側セパレータの第２の典型例を示す図であって、セパレータに水平な方向に切断した断面を模式的に示した図である。
【図９】本発明の第２の態様の燃料電池に用いられる単セルの、カソード電極側セパレータの第２の典型例の第２のフラッディング運転モードにおける様子を示す図であって、セパレータに水平な方向に切断した断面を模式的に示した図である。
【図１０】閉塞流路を用いた単セルにおける、流路内圧力分布を模式的に示したグラフ、及び、従来の閉塞流路を用いた単セルにおいて、反応ガス流入流路から反応ガス流出流路への水分移動を描いた断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の燃料電池は、高分子電解質膜の一面側にアノード電極を有し、他面側にカソード電極を有する膜・電極接合体、及び、該膜・電極接合体をさらに挟持する一対のセパレータを有する単セルを備える燃料電池であって、前記アノード電極に接する第１のセパレータの、前記アノード電極側の面に、前記膜・電極接合体へと供給される燃料ガスが流通する燃料ガス流入流路、及び、前記膜・電極接合体を通過した燃料ガスが流通する燃料ガス流出流路が備えられ、前記燃料ガス流入流路は、燃料ガス流れ方向下流端が閉塞された流路であり、かつ、前記燃料ガス流出流路は、燃料ガス流れ方向上流端が閉塞された流路であり、前記燃料ガス流入流路及び前記燃料ガス流出流路は、前記第１のセパレータにおいて互いに分離して配置され、前記カソード電極に接する第２のセパレータの、前記カソード電極側の面に、前記膜・電極接合体へと供給される酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流入流路、及び、前記膜・電極接合体を通過した酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流出流路が備えられ、前記酸化剤ガス流入流路は、酸化剤ガス流れ方向下流端が閉塞された流路であり、かつ、前記酸化剤ガス流出流路は、酸化剤ガス流れ方向上流端が閉塞された流路であり、前記酸化剤ガス流入流路及び前記酸化剤ガス流出流路は、前記第２のセパレータにおいて互いに分離して配置され、前記単セルの一部又は全体の、積層方向にかかる締結荷重を調節する締結荷重調節手段と、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路においてフラッディングを監視するフラッディング監視手段と、前記フラッディング監視手段により、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路においてフラッディングが発生したと判断された場合に、前記締結荷重調節手段を実行して、前記単セルの一部又は全体の締結荷重を強めるフラッディング運転モードを選択し、前記フラッディング監視手段により、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路においてフラッディングが解消されたと判断された場合に、前記締結荷重調節手段を実行して、前記単セルの一部又は全体の締結荷重を弱める通常運転モードを選択し、選択した運転モードを実行する、運転モード切替手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
従来から、燃料電池の単セルに用いられるセパレータには様々な形状が採用されている。その中でも、反応ガス等の気体や、電極反応によって生じる生成水等の液体等の移動促進を課題としたものとして、閉塞流路を設けたセパレータがある。
閉塞流路とは、反応ガス流路（燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の両方を指す。）が反応ガス流入流路及び反応ガス流出流路からなり、かつ、反応ガス流入流路は、ガス流れ方向下流端が閉塞された流路であり、反応ガス流出流路は、ガス流れ方向上流端が閉塞された流路のことをいう。このような閉塞流路においては、特にカソード電極側において、反応ガス流入流路及び反応ガス流出流路に挟まれたセパレータの部位、いわゆるリブが位置する部分のガス拡散層に、強制的に酸化剤ガスを供給できるため、濃度過電圧が大きくなる高負荷状態において特に性能向上の効果がある。
【００１９】
一般的に、閉塞部を持たないストレート流路を有する単セルでは、カソード電極側のガス流路の酸化剤ガス流れ方向下流において、電極反応によって生じる生成水が滞留する量が多くなり、ガス流路やガス拡散層の水詰まり、すなわちフラッディングによるガス拡散性阻害に起因する性能低下が生じやすい。
一方で、閉塞流路を用いた単セルでは、反応ガス流入流路のガス流れ方向下流端において、ガスの流速が０となる。これにより当該ガス流れ方向下流端で一度生成水が滞留してしまうと、このような生成水を排出する推進力が存在しないため、ストレート流路を有する単セルと比較して、反応ガス流入流路のガス流れ方向下流端におけるフラッディングがさらに生じやすいというデメリットがあった。
【００２０】
図１０（ａ）は、閉塞流路を用いた単セルにおける、流路内圧力分布を模式的に示したグラフである。また、図１０（ｂ）は、従来の閉塞流路を用いた単セルにおいて、反応ガス流入流路から反応ガス流出流路への水分移動を描いた断面模式図である。
図１０（ａ）の実線部は、従来技術の閉塞流路を用いた単セルにおける、反応ガス流入流路及び反応ガス流出流路の圧力分布を示している。反応ガス流入流路のガス流れ方向下流端におけるフラッディングを解消するためには、反応ガス流入流路のガス流れ方向下流端と反応ガス流出流路のガス流れ方向下流端との差圧（図１０（ａ）中のΔＰ１）により、余分な水分を反応ガス流出流路側へと導く必要がある。
図１０（ｂ）は、単セル中のガス拡散層７１とセパレータ７２とが積層した部分を示しており、反応ガス流入流路７３から反応ガス流出流路７４への水分移動を矢印７５にて模式的に示している。図１０（ａ）において、ΔＰ１が十分な圧力でない場合には、反応ガス流入流路７３のガス流れ方向下流端又はセパレータ７２のリブ７２ａが位置するガス拡散層部分に水分が滞留し、フラッディングが生じる。
本発明は、フラッディングが生じたときにのみ一時的に差圧ΔＰを上昇させ、且つ、差圧ΔＰを上昇させた際にも、流路全体におけるガスの圧力損失の上昇を抑えるという制御を行うことによって、反応ガス流入流路のガス流れ方向下流端において生じたフラッディングを、当該フラッディングが生じた場合にのみ解消する手段を提供し、通常運転時、すなわちフラッディングが生じていない場合には閉塞流路のメリットを最大限引き出すことを目的とする。
以下、本発明の課題を解決するための第１の態様（単セルの一部又は全体の、積層方向にかかる締結荷重を調節する態様）及び第２の態様（反応ガス流路の断面積を調節する態様）について、それぞれ述べる。
【００２１】
１．単セルの一部又は全体の、積層方向にかかる締結荷重を調節する態様
本発明の第１の態様は、カソード側のガス拡散層の透気度に着目した態様である。すなわち、酸化剤ガス流入流路のガス流れ方向下流端に位置するカソード側のガス拡散層においてフラッディングが検知された場合には、ガス拡散層の局所的な面内透気度を小さくするように調節することを主な特徴の１つとする。
なお、本明細書において「透気度」というときは、ＩＳＯ  ５６３６−５又はＪＩＳ  Ｐ８１１７によって規格化された透気度を指すものとする。したがって、透気度の測定等に関しては、ＩＳＯ  ５６３６−５又はＪＩＳ  Ｐ８１１７に準拠するものとする。
【００２２】
図１は、本発明の第１の態様の燃料電池に用いられる単セルの一例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。なお、本発明の燃料電池に用いられる単セルは、必ずしもこの例のみに限定されるものではない。
単セル１００は、平型単セルであって、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ということがある）１と、前記電解質膜１を挟んだ一対のアノード電極６及びカソード電極７とでなる膜・電極接合体８を含み、さらに前記膜・電極接合体８を電極の外側から挟んだ一対の第１のセパレータ９及び第２のセパレータ１０とでなる。セパレータ９及び１０と電極の境界には反応ガス流路（反応ガス流入流路又は反応ガス流出流路を含む。）１１及び１２が確保され、アノード側の流路（燃料ガス流入流路及び燃料ガス流出流路を含む。）１１では水素ガスに代表される燃料が、カソード側の流路（酸化剤ガス流入流路又は酸化剤ガス流出流路を含む。）１２では酸化剤ガス（通常は空気又は酸素）がそれぞれ連続的に供給／排出される。通常は電極として、電解質膜側から順に触媒層とガス拡散層とを積層して構成されたものが用いられる。すなわち、アノード電極６はアノード触媒層２とガス拡散層４とを積層したものからなり、カソード電極７はカソード触媒層３とガス拡散層５とを積層したものからなる。
【００２３】
図２は、本発明の第１の態様の燃料電池に用いられる単セルの、アノード電極側セパレータ（第１のセパレータ）の一例を示す図であって、セパレータに水平な方向に切断した断面を模式的に示した図である。また、図３は、本発明の第１の態様の燃料電池に用いられる単セルの、カソード電極側セパレータ（第２のセパレータ）の一例を示す図であって、セパレータに水平な方向に切断した断面を模式的に示した図である。なお、本発明の第１の態様の燃料電池に用いられる単セルのセパレータは、必ずしもこの例のみに限定されるものではない。図２に示すアノード電極側セパレータ及び図３に示すカソード電極側セパレータは、本例においては類似した構造を有するので、以下、主に図２に示すアノード電極側セパレータについて説明する。
燃料ガス流入流路１１ａ及び燃料ガス流出流路１１ｂは、それぞれセパレータの、膜・電極接合体が有するアノード電極側の面に形成された溝である。本例においては、流入流路１１ａ及び流出流路１１ｂは、いずれもくし形状の溝であり、セパレータ上において、互いに組み合わさって形成されている。セパレータの四隅には、燃料ガス供給孔２１ａ、燃料ガス排出孔２１ｂ、酸化剤ガス供給孔２２ａ、酸化剤ガス排出孔２２ｂが設けられている。これら４つの孔は、セパレータを貫通して設けられた孔である。なお、矢印は、燃料ガスの流れる方向を示す。
燃料ガス供給孔２１ａから供給された燃料ガスは、燃料ガス流入流路１１ａを矢印の方向にしたがって移動する。この移動の際に、燃料ガスの大部分はアノード電極が有するガス拡散層へと拡散し、電極反応に関わった後、生成水及び反応に使用されなかった燃料ガスは、燃料ガス流出流路１１ｂを矢印の方向にしたがって移動し、燃料ガス排出孔２１ｂへ至る（これと同様に、カソード電極側セパレータにおいては、図３に示すように、酸化剤ガス供給孔２２ａから供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流入流路１２ａを矢印の方向にしたがって移動し、その際に、酸化剤ガスの大部分はカソード電極が有するガス拡散層へと拡散し、電極反応に関わった後、生成水及び反応に使用されなかった酸化剤ガスは、酸化剤ガス流出流路１２ｂを矢印の方向にしたがって移動し、酸化剤ガス排出孔２２ｂへ至る。）。しかし燃料ガスの残りの一部分は、ガス拡散層へと拡散することなく、ガス流れ方向下流端近傍２３へと到達する。このとき、ガス流れ方向下流端近傍２３には、燃料ガスの他に、膜・電極接合体における上記反応（２）において生成された水が、電解質膜を介して到達する。本発明の第１の態様は、この部位２３に滞留する水を、差圧ΔＰを用いて強制的に排出することを課題とする。
【００２４】
本発明の第１の態様においては、上述した膜・電極接合体を有する単セルの他に、締結荷重調節手段、フラッディング監視手段及び運転モード切替手段をさらに有する。これらの構成要素について、以下、順に説明する。
【００２５】
本発明に用いられる締結荷重調節手段は、単セルの一部又は全体の、積層方向にかかる締結荷重を調節する手段である。このような締結荷重調節手段を備えることによって、主にガス拡散層における透気度を調節することができる。なお、締結荷重調節手段は、単セルの積層方向にかかる締結荷重を強める手段と、弱める手段の両方を含む手段である。
締結荷重調節手段は、単セル同士を積層させて、全ての単セルの締結荷重を一度に調節できるものであれば、特に限定されない。締結荷重調節手段は、具体的には、入力された電気信号を物理運動量に変換し、その結果締結荷重を制御することができる機械的あるいは油空圧的装置を例示することができ、さらに具体的には、後述する電動アクチュエータを用いた手段を例示することができる。
【００２６】
本発明に用いられるフラッディング監視手段は、少なくとも酸化剤ガス流入流路においてフラッディングを監視する手段である。
フラッディング監視手段は、酸化剤ガス流入流路内の水分量を直接監視する手段であってもよいし、フラッディングに伴う症状、例えば、抵抗増加を伴わない電圧低下の有無や、電圧のバタつき（電圧が一定値を維持できず、細かく変動すること）の有無等を監視することによって、間接的にフラッディングを監視する手段であってもよい。
【００２７】
本発明に用いられる運転モード切替手段は、フラッディング運転モード又は通常運転モードのいずれかを選択し、選択した運転モードを実行する手段である。
フラッディング運転モードとは、少なくとも酸化剤ガス流入流路においてフラッディングが発生したと判断された場合に選択され、締結荷重調節手段を実行して、単セルの一部又は全体の締結荷重を強める運転モードである。
通常運転モードとは、少なくとも酸化剤ガス流入流路においてフラッディングが解消されたと判断された場合に選択され、締結荷重調節手段を実行して、単セルの一部又は全体の締結荷重を弱める運転モードである。
【００２８】
ここでいう「フラッディングが発生したと判断された場合」とは、必ずしも１回のみ起こるものとは限らない。すなわち、フラッディングが発生した後フラッディング運転モードが選択され、その結果一時的にフラッディングが解消されたと判断され、通常運転モードが選択された後に、再度フラッディングが発生する場合も想定し得る。このような場合においても、本発明に用いられる運転モード切替手段は、再度フラッディング運転モードを選択することができる。すなわち、運転モード切替手段は、定期的にフラッディング監視手段からフラッディングの発生・解消の情報を得て運転モードを切り替えるものとする。
【００２９】
また、ここでいう「通常運転モード」とは、あくまでもフラッディング未発生時において通常運転を行うモードのことをいう。したがって、本発明でいう「通常運転モード」は、例えば、燃料電池全体においてフラッディングに由来しない異常等が生じた際においても、該異常等の有無とは関係なく選択されるモードである。
【００３０】
図４は、本発明の第１の態様の具体例の断面模式図である。図４（ａ）は、複数の単セルが積層された積層体３０の締結荷重を、締結荷重調節手段の一例である電動アクチュエータ３１の伸縮によって調節している様子を示す模式図である。電動アクチュエータ３１を伸長させる制御は、積層体３０の締結荷重を強める制御となり、反対に、電動アクチュエータ３１を短縮させる制御は、積層体３０の締結荷重を弱める制御となる。なお、図に矢印で示すように、酸化剤ガスは、積層体３０中を図４（ａ）の左から右に向かって流れるものとする。
電動アクチュエータ３１は、運転モード切替手段の一例である電動アクチュエータ電源と接続されており、電動アクチュエータ電源によって運転モードが切り替えられる結果、電動アクチュエータ３１によって締結荷重が調節される。電動アクチュエータ電源は、積層体３０の電圧低下を監視するフラッディング監視手段とさらに接続されており、フラッディング監視手段による監視結果を、電動アクチュエータ電源に伝えることによって、積層体３０の状態を、電動アクチュエータ３１による締結荷重調節にフィードバックすることができる。
【００３１】
図４（ｂ）は、図４（ａ）に図示された積層体３０中の１つの単セルを拡大して示したものであり、締結荷重を単セル全体に均等に付与した様子を示している。図４（ｂ）においては、図４（ａ）と同様に、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路１２中を図４（ｂ）の左から右に向かって流れるものとする。なお、燃料ガスは、燃料ガス流路１１中を図４（ｂ）の右から左に向かって流れるものとする。
この状態においては、ガス拡散層の面内透気度は単セル全面において変化せず、したがって、流路内圧力分布は図１０（ａ）の実線で示された分布になることから、差圧（ΔＰ１）は依然低いままである。したがって、特に酸化剤ガス流入流路のガス流れ方向下流端にフラッディングが生じた場合、これを解消することはできない。
【００３２】
図４（ｃ）は、図４（ａ）に図示された積層体３０中の１つの単セルを拡大して示したものであり、酸化剤ガス流入流路の酸化剤ガス流れ方向下流端が存在する単セルの部分において、より大きい締結荷重を付与した様子を示している。図４（ｃ）のガス流れ方向は、図４（ｂ）と同様であるとする。
この状態においては、ガス拡散層を局所的に押し潰すことによって、ガス拡散層の面内透気度を、特に酸化剤ガス流入流路のガス流れ方向下流端において低くすることができ、したがって、流路内圧力分布は図１０（ａ）の破線で示された分布になることから、差圧（ΔＰ２）を高く設定することができる。したがって、特に酸化剤ガス流入流路のガス流れ方向下流端にフラッディングが生じた際において、差圧ΔＰ２によって余分な水分を反応ガス流出流路側へと導くことができる。
このように、酸化剤ガス流入流路の酸化剤ガス流れ方向下流端に生じたフラッディングを効果的に解消することができるという観点から、締結荷重調節手段が、少なくとも酸化剤ガス流入流路の酸化剤ガス流れ方向下流端が存在する単セルの部分の締結荷重を調節する手段であることが好ましい。
【００３３】
締結荷重調節手段を実行した際に、酸化剤ガス流入流路の酸化剤ガス流れ方向下流端にかかる荷重、及び燃料ガス流入流路の燃料ガス流れ方向下流端にかかる荷重を同時に調節することができ、したがって、両下流端に生じたフラッディングを効果的に解消することができるという観点から、酸化剤ガス流入流路の酸化剤ガス流れ方向下流端が存在する単セルの部分が、燃料ガス流入流路の燃料ガス流れ方向下流端が存在する単セルの部分と略一致するように、酸化剤ガス流入流路及び燃料ガス流入流路の配置をそれぞれ決定することが好ましい。
【００３４】
２．反応ガス流路の断面積を調節する態様
本発明の第２の態様は、反応ガス流路の断面積に着目した態様である。
本発明の第２の態様は、高分子電解質膜の一面側にアノード電極を有し、他面側にカソード電極を有する膜・電極接合体、及び、該膜・電極接合体をさらに挟持する一対のセパレータを有する単セルを備える燃料電池であって、前記アノード電極に接する第１のセパレータの、前記アノード電極側の面に、前記膜・電極接合体へと供給される燃料ガスが流通する燃料ガス流入流路、及び、前記膜・電極接合体を通過した燃料ガスが流通する燃料ガス流出流路が備えられ、前記燃料ガス流入流路は、燃料ガス流れ方向下流端が閉塞された流路であり、かつ、前記燃料ガス流出流路は、燃料ガス流れ方向上流端が閉塞された流路であり、前記燃料ガス流入流路及び前記燃料ガス流出流路は、前記第１のセパレータにおいて互いに分離して配置され、前記カソード電極に接する第２のセパレータの、前記カソード電極側の面に、前記膜・電極接合体へと供給される酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流入流路、及び、前記膜・電極接合体を通過した酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流出流路が備えられ、前記酸化剤ガス流入流路は、酸化剤ガス流れ方向下流端が閉塞された流路であり、かつ、前記酸化剤ガス流出流路は、酸化剤ガス流れ方向上流端が閉塞された流路であり、前記酸化剤ガス流入流路及び前記酸化剤ガス流出流路は、前記第２のセパレータにおいて互いに分離して配置され、前記酸化剤ガス流入流路及び／又は前記酸化剤ガス流出流路の断面積を調節する流路断面積調節手段と、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路においてフラッディングを監視する第２のフラッディング監視手段と、前記第２のフラッディング監視手段により、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路においてフラッディングが発生したと判断された場合に、前記流路断面積調節手段を実行して、前記酸化剤ガス流入流路の断面積を大きくする制御、及び／又は、前記酸化剤ガス流出流路の断面積を小さくする制御を行う第２のフラッディング運転モードを選択し、前記第２のフラッディング監視手段により、少なくとも前記酸化剤ガス流入流路においてフラッディングが解消されたと判断された場合に、前記流路断面積調節手段を実行して、前記酸化剤ガス流入流路の断面積と酸化剤ガス流出流路の断面積を略等しくする制御を行う第２の通常運転モードを選択し、選択した運転モードを実行する、第２の運転モード切替手段を備えることを特徴とする。
【００３５】
本発明の第２の態様は、酸化剤ガス流入流路のガス流れ方向下流端に位置するカソード側のガス拡散層においてフラッディングが検知された場合には、酸化剤ガス流入流路の断面積を大きくする制御、及び／又は、酸化剤ガス流出流路の断面積を小さくする制御を行うことを主な特徴の１つとする。このような制御を行うことによって、流路内圧力分布は図１０（ａ）の実線で示された分布から、図１０（ａ）の破線で示された分布へと変化し、それに伴って、反応ガス流入流路のガス流れ方向下流端と反応ガス流出流路のガス流れ方向下流端との差圧もΔＰ１からΔＰ２へと上昇する。したがって、上昇した差圧を用いて、主に反応ガス流入流路のガス流れ方向下流端における滞留水分を、反応ガス流出流路のガス流れ方向下流端へと移動させることができ、フラッディングを解消することができる
【００３６】
図５は、本発明の第２の態様の燃料電池に用いられる単セルの典型例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。図５においては、ガス流路内の様子を明確に示すために、ガス流路の断面積を大きく誇張して図示しているが、必ずしもこのような大きさでなくてもよい。
単セル２００は、平型単セルであって、単セルの構成は上述した図１に示す単セル１００とほぼ同じである。単セル２００は、酸化剤ガス流路（酸化剤ガス流入流路１２ａ及び酸化剤ガス流出流路１２ｂを含む。）１２において、伸縮部位４０と流路断面積調節板４１とからなる流路断面積調節手段４２を有している点で、図１に示した単セル１００と異なる。
酸化剤ガス流路１２においては、流路断面積調節板４１を挟んで伸縮部位４０の反対側を酸化剤ガスが流通する。したがって、伸縮部位４０が縮むほど流路断面積調節板４１はガス拡散層５から離れ、流路断面積は広くなる。また、伸縮部位４０が伸びるほど流路断面積調節板４１はガス拡散層５に近づき、流路断面積は狭くなる。すなわち、本典型例においては、伸縮部位４０の伸縮の度合いが、流路断面積に反映される仕組みとなっている。このような仕組みを実現させるために、流路断面積調節板４１は気密性の高い素材を用いて、伸縮部位４０の伸縮の際にも酸化剤ガスが漏れないことが好ましい。
本典型例においては、少なくとも、酸化剤ガス流入流路１２ａに設置された伸縮部位４０ａと、酸化剤ガス流出流路１２ｂに設置された伸縮部位４０ｂとは、それぞれ独立に制御できるものでなければならない。例えば、後述するような第２のフラッディング運転モードにおいては、流入流路１２ａの断面積を増加させるために、伸縮部位４０ａが縮む制御を行い、それとは反対に、流出流路１２ｂの断面積を減少させるために、伸縮部位４０ｂが伸びる制御を行う。
伸縮部位４０ａ及び４０ｂは、それぞれ複数個設置されていることが好ましい。このとき、複数の伸縮部位４０ａ同士、複数の伸縮部位４０ｂ同士は連動させて制御させてもよいが、それぞれ独立に制御させてもよい。単セル内のフラッディングが生じやすい部位が特定できれば、その部位のみを厳密に制御できるように伸縮部位を配置し、制御してもよい。伸縮部位に用いる材料は特に限定されないが、具体例としては、電動アクチュエータを挙げることができる。
【００３７】
図６は、本発明の第２の態様の燃料電池に用いられる単セルの、カソード電極側セパレータの典型例を示す図であって、セパレータに水平な方向に切断した断面を模式的に示した図である。なお、本発明の第２の態様の燃料電池に用いられるアノード電極側セパレータとしては、上述した図２に示したものを用いることができる。
図６に示すカソード電極側セパレータは、セパレータの構成としては上述した図３に示すカソード電極側セパレータとほぼ同じである。図６に示すカソード電極側セパレータは、電動アクチュエータ及び流路断面積調節板４１を流路内に有する点で、図３に示すカソード電極側セパレータと異なる。すなわち、本典型例においては、酸化剤ガス流入流路と酸化剤ガス流出流路において、電動アクチュエータ（図６においては明示されていない）及び流路断面積調節板４１が設置された構成をとる。
電動アクチュエータ及び流路断面積調節板４１は、少なくとも酸化剤ガス流入流路１２ａのガス流れ方向下流端近傍と、当該下流端近傍に隣り合う酸化剤ガス流出流路１２ｂの部分とに設置すれば足りるが、酸化剤ガス流路全体に設置しても、本発明の効果は失われない。
【００３８】
図７は、本発明の第２の態様の燃料電池に用いられる単セルの第２の典型例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。図７においては、ガス流路の様子を明確に示すために、ガス流路の断面積を大きく誇張して図示しているが、必ずしもこのような大きさでなくてもよい。なお、本発明の第２の態様の燃料電池に用いられる単セルは、必ずしも上述した典型例及び本第２の典型例のみに限定されるものではない。
単セル３００は、平型単セルであって、単セルの構成は上述した図１に示す単セル１００とほぼ同じである。単セル３００は、カソード電極に接する第２のセパレータ５０が、固定リブ５０ａ、可動リブ５０ｂ及び伸縮部位（図７には図示されていない）を有している点で、図１に示した単セル１００と異なる。
酸化剤ガス流入流路１２ａ及び酸化剤ガス流出流路１２ｂは、互いに可動リブ５０ｂによって仕切られており、したがって、可動リブ５０ｂの位置によって流入流路１２ａ及び流出流路１２ｂのそれぞれの断面積が決定する。このような仕組みを実現させるために、可動リブ５０ｂは気密性の高い素材を用いて、可動リブ５０ｂの移動の際にも、酸化剤ガスが流入流路１２ａ及び流出流路１２ｂ間で漏れないことが好ましい。
【００３９】
図８は、本発明の第２の態様の燃料電池に用いられる単セルの、カソード電極側セパレータの第２の典型例を示す図であって、セパレータに水平な方向に切断した断面を模式的に示した図である。本発明の第２の態様の燃料電池に用いられるアノード電極側セパレータとしては、上述した図２に示したものを用いることができる。なお、本発明の第２の態様の燃料電池に用いられる単セルのセパレータは、必ずしも上述した典型例及び本第２の典型例のみに限定されるものではない。
図８に示すカソード電極側セパレータは、セパレータの構成としては、流入流路１２ａ及び流出流路１２ｂが、いずれもくし形状の溝であり、セパレータ上において、互いに組み合わさって形成されている点、セパレータの四隅には、燃料ガス供給孔２１ａ、燃料ガス排出孔２１ｂ、酸化剤ガス供給孔２２ａ、酸化剤ガス排出孔２２ｂが設けられている点は、上述した図３に示すカソード電極側セパレータとほぼ同じである。図８に示すカソード電極側セパレータは、固定リブ５０ａの他に、可動リブ５０ｂ並びに伸縮部位５０ｃ１及び５０ｃ２を有する点で、図３に示すカソード電極側セパレータと異なる。すなわち、本第２の典型例においては、固定リブ５０ａと可動リブ５０ｂが交互に平行に配列され、流入流路１２ａのガス流れ方向下流端となる部位に伸縮部位５０ｃ１が設置され、流出流路１２ｂのガス流れ方向上流端となる部位に伸縮部位５０ｃ２が設置された構成をとる。
【００４０】
伸縮部位５０ｃ１及び伸縮部位５０ｃ２は、図中の白抜き両矢印の向きに伸縮し、それによって可動リブ５０ｂの移動を司る部位である。可動リブ５０ｂ同様に、伸縮部位５０ｃ１及び伸縮部位５０ｃ２としても気密性の高い素材を用いて、可動リブ５０ｂの移動の際に、酸化剤ガスが流入流路１２ａ及び流出流路１２ｂ間で漏れないことが好ましい。このような伸縮部位に用いる材料としては、例えば、電動アクチュエータが好ましい。
本第２の典型例においては、少なくとも、伸縮部位５０ｃ１と伸縮部位５０ｃ２とは、それぞれ独立に制御できるものでなければならない。例えば、後述するような第２のフラッディング運転モードにおいては、流入流路１２ａの断面積を増加させ、且つ、流出流路１２ｂの断面積を減少させるために、図９に示すように、伸縮部位５０ｃ１が伸び、且つ、伸縮部位５０ｃ２が縮む制御を行う。
図８に示すように、伸縮部位５０ｃ１及び５０ｃ２は、それぞれ複数個設置されている。このとき、複数の伸縮部位５０ｃ１同士、複数の伸縮部位５０ｃ２同士は連動させて制御させてもよいが、それぞれ独立に制御させてもよい。単セル内のフラッディングが生じやすい部位が特定できれば、その部位のみを厳密に制御できるように伸縮部位を配置し、制御してもよい。
【００４１】
本発明の第２の態様においては、上述した膜・電極接合体を有する単セルの他に、第２のフラッディング監視手段及び第２の運転モード切替手段をさらに有する。このうち、第２のフラッディング監視手段は、上述した第１の態様におけるフラッディング監視手段と同様のものを用いることができる。
【００４２】
本発明に用いられる第２の運転モード切替手段は、第２のフラッディング運転モード又は第２の通常運転モードのいずれかを選択し、選択した運転モードを実行する手段である。
第２のフラッディング運転モードとは、少なくとも酸化剤ガス流入流路においてフラッディングが発生したと判断された場合に選択され、流路断面積調節手段を実行して、酸化剤ガス流入流路の断面積を大きくする制御、及び／又は、酸化剤ガス流出流路の断面積を小さくする制御を行う運転モードである。
第２の通常運転モードとは、少なくとも酸化剤ガス流入流路においてフラッディングが解消されたと判断された場合に選択され、流路断面積調節手段を実行して、酸化剤ガス流入流路の断面積と酸化剤ガス流出流路の断面積を略等しくする制御を行う運転モードである。
なお、ここでいう「フラッディングが発生したと判断された場合」の意味、及び、「通常運転モード」の意味は、上述した第１の態様における運転モード切替手段の場合と同様の意味である。
【００４３】
以下、本発明に係る燃料電池の単セル中の構成要素である、高分子電解質膜、電極中の触媒層及びガス拡散層について述べる。
【００４４】
ここで、高分子電解質膜とは、燃料電池において使用される高分子電解質膜であり、ナフィオン（商品名）に代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂のようなフッ素系高分子電解質を含むフッ素系高分子電解質膜の他、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリパラフェニレン等のエンジニアリングプラスチックや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の汎用プラスチック等の炭化水素系高分子にスルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基、ボロン酸基等のプロトン酸基（プロトン伝導性基）を導入した炭化水素系高分子電解質を含む炭化水素系高分子電解質膜等が挙げられる。
【００４５】
電極は、触媒層とガス拡散層とを有する。
アノード触媒層及びカソード触媒層はいずれも、触媒、導電性材料及び高分子電解質を含有する触媒インクを用いて形成することができる。
高分子電解質としては、上述した高分子電解質膜同様の材料を用いることができる。
触媒としては、通常、触媒成分を導電性粒子に担持させたものが用いられる。触媒成分としては、アノードに供給される燃料の酸化反応又はカソードに供給される酸化剤の還元反応に対して触媒活性を有しているものであれば、特に限定されず、固体高分子型燃料電池に一般的に用いられているものを使用することができる。例えば、白金、又はルテニウム、鉄、ニッケル、マンガン、コバルト、銅等の金属と白金との合金等を用いることができる。
【００４６】
触媒担体である導電性粒子としては、カーボンブラック等の炭素粒子や炭素繊維のような導電性炭素材料、金属粒子や金属繊維等の金属材料も用いることができる。導電性材料は、触媒層に導電性を付与するための導電性材料としての役割も担っている。
【００４７】
触媒層の形成方法は特に限定されず、例えば、触媒インクをガス拡散層シートの表面に塗布、乾燥することによって、ガス拡散層シート表面に触媒層を形成してもよいし、或いは、電解質膜表面に触媒インクを塗布、乾燥することによって、電解質膜表面に触媒層を形成してもよい。或いは、転写用基材表面に触媒インクを塗布、乾燥することによって、転写シートを作製し、該転写シートを、電解質膜又はガス拡散シートと熱圧着等により接合した後、転写シートの基材フィルムを剥離する方法で、電解質膜表面上に触媒層を形成するか、ガス拡散層シート表面に触媒層を形成してもよい。
【００４８】
触媒インクは上記のような触媒と電極用電解質とを、溶媒に溶解又は分散させて得られる。触媒インクの溶媒は、適宜選択すればよく、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）等の有機溶媒、又はこれら有機溶媒の混合物やこれら有機溶媒と水との混合物を用いることができる。触媒インクには、触媒及び電解質以外にも、必要に応じて結着剤や撥水性樹脂等のその他の成分を含有させてもよい。
【００４９】
触媒インクの塗布方法、乾燥方法等は適宜選択することができる。例えば、塗布方法としては、スプレー法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、グラビア印刷法、ダイコート法などが挙げられる。また、乾燥方法としては、例えば、減圧乾燥、加熱乾燥、減圧加熱乾燥などが挙げられる。減圧乾燥、加熱乾燥における具体的な条件に制限はなく、適宜設定すればよい。また、触媒層の膜厚は、特に限定されないが、１〜５０μｍ程度とすればよい。
【００５０】
ガス拡散層を形成するガス拡散層シートとしては、触媒層に効率良く燃料を供給することができるガス拡散性、導電性、及びガス拡散層を構成する材料として要求される強度を有するもの、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト等の炭素質多孔質体や、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、ニッケル−クロム合金、銅及びその合金、銀、アルミ合金、亜鉛合金、鉛合金、チタン、ニオブ、タンタル、鉄、ステンレス、金、白金等の金属から構成される金属メッシュ又は金属多孔質体等の導電性多孔質体からなるものが挙げられる。導電性多孔質体の厚さは、５０〜５００μｍ程度であることが好ましい。
【００５１】
ガス拡散層シートは、上記したような導電性多孔質体の単層からなるものであってもよいが、触媒層に面する側に撥水層を設けることもできる。撥水層は、通常、炭素粒子や炭素繊維等の導電性粉粒体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の撥水性樹脂等を含む多孔質構造を有するものである。撥水層は、必ずしも必要なものではないが、触媒層及び電解質膜内の水分量を適度に保持しつつ、ガス拡散層の排水性を高めることができる上に、触媒層とガス拡散層間の電気的接触を改善することができるという利点がある。
上記したような方法によって触媒層を形成した電解質膜及びガス拡散層シートは、適宜、重ね併せて熱圧着等し、互いに接合することで、膜・電極接合体が得られる。
【００５２】
作製された膜・電極接合体は、さらに、上述した反応ガス流路を有するセパレータで狭持され、単セルを形成する。セパレータとしては、導電性及びガスシール性を有し、集電体及びガスシール体として機能しうるもの、例えば、炭素繊維を高濃度に含有し、樹脂との複合材からなるカーボンセパレータや、金属材料を用いた金属セパレータ等を用いることができる。金属セパレータとしては、耐腐食性に優れた金属材料からなるものや、表面をカーボンや耐腐食性に優れた金属材料等で被覆し、耐腐食性を高めるコーティングが施されたもの等が挙げられる。
【符号の説明】
【００５３】
１…固体高分子電解質膜
２…アノード触媒層
３…カソード触媒層
４，５…ガス拡散層
６…アノード電極
７…カソード電極
８…膜・電極接合体
９…第１のセパレータ
１０…第２のセパレータ
１１…燃料ガス流路
１１ａ…燃料ガス流入流路
１１ｂ…燃料ガス流出流路
１２…酸化剤ガス流路
１２ａ…酸化剤ガス流入流路
１２ｂ…酸化剤ガス流出流路
２１ａ…燃料ガス供給孔
２１ｂ…燃料ガス排出孔
２２ａ…酸化剤ガス供給孔
２２ｂ…酸化剤ガス排出孔
２３…ガス流れ方向下流端近傍
３０…積層体
３１…電動アクチュエータ
４０，４０ａ，４０ｂ…伸縮部位
４１…流路断面積調節板
４２…流路断面積調節手段
５０…第２のセパレータ
５０ａ…固定リブ
５０ｂ…可動リブ
５０ｃ１，５０ｃ２…伸縮部位
７１…ガス拡散層
７２…セパレータ
７２ａ…セパレータのリブ
７３…反応ガス流入流路
７４…反応ガス流出流路
７５…水分移動を示す矢印
１００，２００，３００…単セル
【図１】
2010212200.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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