(57)【要約】【課題】セル電圧を検出することができるほか、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池の劣化を防ぐ運転状態を維持させることが可能になると共に、耐久性の向上を図ることができる燃料電池及び燃料電池の運転方法を提供する。【解決手段】発電セル１２のセル電圧値Ｖを検出する第１セル電圧端子１２０及び第２セル電圧端子１２２を有し、一対のセパレータのうち、第１セパレータ２４Ａにおける酸化剤ガス入口連通孔３６ａ付近に第１セル電圧端子１２０を設け、第２セパレータ２４Ｂにおける酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ付近に第２セル電圧端子１２２を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に一対の電極を設けた１以上の電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体と交互に配設される複数のセパレータによって挟持され、且つ、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成された単位セルを１以上有する燃料電池であって、
前記単位セルのセル電圧を検出する一対のセル電圧端子を有し、
前記一対のセパレータのうち、一方のセパレータは、前記反応ガス流路の入口付近に一方のセル電圧端子が設けられ、他方のセパレータは、前記反応ガス流路の出口付近に他方のセル電圧端子が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、
少なくとも前記一方のセパレータは、２つの部材から構成され、前記セル電圧端子は、いずれか一方の部材に設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池において、
前記一方のセル電圧端子は、前記一方のセパレータにおける１つの第１コーナー部に設けられ、
前記他方のセル電圧端子は、前記一方のセパレータのうち、前記第１コーナー部と対角関係にあるコーナー部を他のコーナー部としたとき、前記他方のセパレータのうち、前記他のコーナー部と対向する第２コーナー部に設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、
少なくとも前記一方のセパレータは、２つのセパレータ部材にて構成され、前記２つのセパレータ部材の間に冷却媒体流路を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池において、
さらに、前記単位セルにおける前記一方のセル電圧端子と前記他方のセル電圧端子間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部からの検出電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行う運転制御部とを有することを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池において、
前記運転制御部は、前記ストイキを上昇させる制御を行った後、前記電圧検出部からの検出電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、負荷を低減する制御を行うことを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１記載の燃料電池において、
さらに、隣接する２つの前記単位セルにおける各一対のセル電圧端子間の電圧差（絶対値）を検出する電圧差検出部と、
前記電圧差検出部からの電圧差（絶対値）がしきい値を超える場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行う運転制御部とを有することを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池において、
前記運転制御部は、前記ストイキを上昇させる制御を行った後、前記電圧差検出部からの電圧差（絶対値）がしきい値を超える場合に、負荷を低減する制御を行うことを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項１記載の燃料電池の運転方法において、
前記単位セルにおける前記一方のセル電圧端子と前記他方のセル電圧端子間の電圧を検出する電圧検出ステップと、
検出された前記電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行うストイキ上昇ステップとを有することを特徴とする燃料電池の運転方法。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池の運転方法において、
前記ストイキを上昇させる制御を行った後、前記単位セルにおける前記一方のセル電圧端子と前記他方のセル電圧端子間の電圧を検出する第２の電圧検出ステップと、
検出された前記電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、負荷を低減する制御を行う負荷低減ステップとを有することを特徴とする燃料電池の運転方法。
【請求項１１】
請求項１記載の燃料電池の運転方法において、
隣接する２つの前記単位セルにおける各一対のセル電圧端子間の電圧の差（絶対値）を検出する電圧差検出ステップと、
検出された電圧差（絶対値）がしきい値を超える場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行うストイキ上昇ステップとを有することを特徴とする燃料電池の運転方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の燃料電池の運転方法において、
前記ストイキを上昇させる制御を行った後、隣接する２つの前記単位セルにおける各一対のセル電圧端子間の電圧差（絶対値）を検出する第２の電圧差検出ステップと、
検出された電圧差（絶対値）がしきい値を超える場合に、負荷を低減する制御を行うステップとを有することを特徴とする燃料電池の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとを積層し、前記セパレータに、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路を形成した燃料電池及び該燃料電池の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体が、セパレータによって挟持された単位セルを備えている。通常、単位セルが複数積層されることにより燃料電池が構成されている。
【０００３】
この単位セルにおいて、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
【０００４】
ところで、燃料電池では、各単位セルが所望の発電性能を有しているか否かを検出する必要がある。このため、一般に、セパレータに設けられたセル電圧端子を電圧検出装置に接続して、発電時の各単位セル毎又は所定数の単位セル毎のセル電圧を検出する作業が行われている。
【０００５】
そして、セパレータへのセル電圧端子の設置位置としては、例えば特許文献１〜４に記載がある。
【０００６】
特許文献１には、単位セル１の電圧を検出する電圧モニターの端子を接続する突起部を、カソードセパレータの１つの側面（空気排出マニホールド付近）に設けた例や、カソードセパレータの隣接する２つの側面（空気排出マニホールド付近）に設けた例や、カソードセパレータの対向する２つの側面（空気排出マニホールド付近及び水素導入マニホールド付近）に設けた例が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、単位セルを構成する一対のセパレータにおける燃料ガスの各入口付近にそれぞれセル電圧端子を設けた例や、一対のセパレータにおける酸化剤ガスの入口付近と燃料ガスの入口付近との間にそれぞれセル電圧端子を設けた例が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、一対のセパレータのうち、一方のセパレータにおける燃料ガスの出口付近あるいは入口付近にセル電圧端子を設けた例が開示されている。
【０００９】
特許文献４には、カソード集電体の外周部の少なくとも一部に、膜−電極接合体における発電電流を取り出すための２つのターミナルを設け、アノード集電体の外周部の少なくとも一部に、膜−電極接合体における発電電流を取り出すための２つのターミナルを設け、特に、これらターミナルを、ガス流路方向において、ガス流路の出口よりも入口側に配置した例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２６９３３３号公報
【特許文献２】特開２００９−２６６４１０号公報
【特許文献３】特開２００６−１２０５７２号公報
【特許文献４】特開２０１０−０９７７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、特許文献１〜４等の従来の燃料電池においては、単位セルを構成するセパレータの特定箇所（例えば酸化剤ガスの入口付近）にセル電圧端子を設け、隣接するセル電圧端子間の電圧、すなわち、隣接するセパレータの電位差を計測することで、各単位セルの電圧を検出するようにしている。
【００１２】
従って、燃料電池の負極と正極間の各セパレータの電位を確認する場合、セル電圧端子が設けられた上述の特定箇所が酸化剤ガスの入口付近であれば、図２４及び図２５に示すように、各セパレータの酸化剤ガスの入口付近の電位Ｖａ１、Ｖａ２、・・・Ｖａｎのみが判明するだけで、同一セパレータにおける電流密度分布の偏在を確認することはできない。
【００１３】
例えば、各セパレータに電流密度分布の偏在がなく、正常な場合は、図２４に示すように、各セパレータの酸化剤ガスの入口から出口に向かう電位プロファイルＰｆ１、Ｐｆ２、・・・Ｐｆｎは、ほぼ平坦になる。この場合（正常時）、電流ｉは、セパレータに対して垂直方向に流れ、セパレータの面内には流れない。従って、セパレータの面内で電位差はないため、電位プロファイルＰｆ１、Ｐｆ２、・・・Ｐｆｎは平坦になる。
【００１４】
そして、特定のセパレータにおいて、例えばカソード入口側に電流集中が起きると、図２５に示すように、この特定のセパレータの面内に電流ｉが流れるため、傾いた電位プロファイル（Ｐｆ４参照）になる。また、電流集中が発生した特定のセパレータに隣接するセパレータの各電位プロファイル（Ｐｆ３及びＰｆ５参照）も平坦でなくなり、ある傾きを持つこととなる。このような状況で発電を続けていくと、電流集中が起きた部位でヒートスポットが発生し、燃料電池が劣化することとなる。従って、早急に異常状態から正常状態に復帰させるための処置が必要となる。
【００１５】
しかし、カソードの特定箇所（例えば酸化剤ガスの入口付近）にセル電圧端子を設けて、セル電圧を測定していくと、上述のような異常を検知できないため、正常状態に復帰させるための処置が遅れるという問題がある。
【００１６】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、セル電圧を検出することができるほか、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池の劣化を防ぐ運転状態を維持させることが可能になると共に、耐久性の向上を図ることができる燃料電池を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明は、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池の劣化を防ぐ運転状態を維持させることができると共に、燃料電池の耐久性の向上を図ることができる燃料電池の運転方法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】
【００１８】
［１］  第１の本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた１以上の電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体と交互に配設される複数のセパレータによって挟持され、且つ、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成された単位セルを１以上有する燃料電池に関するものである。
【００１９】
この燃料電池は、単位セルのセル電圧を検出する一対のセル電圧端子を有する。そして、一方のセパレータにおける反応ガス流路の入口付近に一方のセル電圧端子を設け、他方のセパレータにおける反応ガス流路の出口付近に他方のセル電圧端子を設けている。
【００２０】
［２］  第１の本発明において、少なくとも前記一方のセパレータを、２つの部材にて構成し、前記セル電圧端子を、いずれか一方の部材に設けてもよい。
【００２１】
［３］  また、第１の本発明において、以下のように構成してもよい。すなわち、一方のセル電圧端子を、一方のセパレータにおける１つの第１コーナー部に設ける。そして、一方のセパレータのうち、第１コーナー部と対角関係にあるコーナー部を他のコーナー部としたとき、他方のセル電圧端子を、他方のセパレータのうち、前記他のコーナー部と対向する第２コーナー部に設ける。
【００２２】
［４］  また、第１の本発明において、少なくとも前記一方のセパレータを、２つのセパレータ部材にて構成し、２つのセパレータ部材の間に冷却媒体流路を有するようにしてもよい。
【００２３】
［５］  第１の本発明において、さらに、単位セルにおける一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子間の電圧を検出する電圧検出部と、該電圧検出部からの検出電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行う運転制御部とを有するようにしてもよい。
【００２４】
ここで、供給する反応ガスのストイキとは、供給する反応ガスの理論的に必要な流通流量に対する実際の流通流量の割合を示し、
（実際の流通流量）／（理論的に必要な流通流量）
をいう。以下同じである。
【００２５】
［６］  この場合、運転制御部は、上述のストイキを上昇させる制御を行った後、電圧検出部からの検出電圧値が上限電圧を超える又は下限電圧未満の場合に、負荷を低減する制御を行うようにしてもよい。
【００２６】
［７］  第１の本発明において、さらに、隣接する２つの前記単位セルにおける各一対のセル電圧端子間の電圧差（絶対値）を検出する電圧差検出部と、前記電圧差検出部からの電圧差（絶対値）がしきい値を超える場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行う運転制御部とを有するようにしてもよい。
【００２７】
［８］  この場合、運転制御部は、上述のストイキを上昇させる制御を行った後、電圧差検出部からの電圧差（絶対値）がしきい値を超える場合に、負荷を低減する制御を行うようにしてもよい。
【００２８】
［９］  第２の本発明に係る燃料電池の運転方法は、上述した第１の本発明に係る燃料電池の運転方法である。この運転方法は、単位セルにおける一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子間の電圧を検出する電圧検出ステップと、検出された電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行うストイキ上昇ステップとを有する。
【００２９】
［１０］  この場合、上述のストイキを上昇させる制御を行った後、単位セルにおける一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子間の電圧を検出する第２の電圧検出ステップと、検出された電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、負荷を低減する制御を行う負荷低減ステップとを有するようにしてもよい。
【００３０】
［１１］  上述した第１の本発明において、隣接する２つの前記単位セルにおける各一対のセル電圧端子間の電圧差（絶対値）を検出する電圧差検出ステップと、検出された電圧差（絶対値）がしきい値を超える場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行うストイキ上昇ステップとを有するようにしてもよい。
【００３１】
［１２］  この場合、上述のストイキを上昇させる制御を行った後、隣接する２つの前記単位セルにおける各一対のセル電圧端子間の電圧差（絶対値）を検出する第２の電圧差検出ステップと、検出された電圧差（絶対値）がしきい値を超える場合に、負荷を低減する制御を行うステップとを有するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る燃料電池は、一方のセパレータにおける反応ガス流路の入口付近に一方のセル電圧端子を設け、他方のセパレータにおける反応ガス流路の出口付近に他方のセル電圧端子を設けるようにしている。そのため、一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子の電位差から単位セルのセル電圧を検出することができる。
【００３３】
そして、セパレータにおいて電流集中が起きると、該セパレータと、それに隣接するセパレータの各電位プロファイルが平坦でなくなり、ある傾きを持つこととなるが、本発明では、この傾きをセル電圧に反映させることができる。従って、予め電流集中が発生しないセル電圧の許容範囲を設定しておけば、検出したセル電圧が許容範囲から逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。
【００３４】
このように、本発明に係る燃料電池によれば、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池の劣化を防ぐ運転状態を維持させることが可能になると共に、耐久性の向上を図ることができる。
【００３５】
本発明に係る燃料電池及び運転方法において、単位セルにおける一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子間の電圧を検出し、その検出電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行うことで、予め電流集中が発生しないセル電圧の許容範囲（上限電圧値及び下限電圧値）を設定しておけば、検出したセル電圧が許容範囲から逸脱しているかどうか監視することができ、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。しかも、電流集中の発生を検出した場合に、早期に、供給する反応ガスのストイキを上昇させることができるため、燃料電池の劣化を防止することができる。
【００３６】
同様に、上述した本発明に係る燃料電池及び運転方法において、第１単位セルにおける一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子間の電圧と、第２単位セルにおける一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子間の電圧との差（絶対値）を検出し、該電圧差（絶対値）がしきい値を超える場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行うことで、予め電流集中が発生しない電圧差（絶対値）の例えば上限値をしきい値として設定しておけば、検出した電圧差（絶対値）がしきい値から逸脱しているかどうか監視することができ、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。しかも、電流集中の発生を検出した場合に、早期に、供給する反応ガスのストイキを上昇させることができるため、燃料電池の劣化を防止することができる。
【００３７】
また、供給する反応ガスのストイキを上昇させても正常状態に戻らない場合に、負荷を低減する制御を行うようにすることで、より確実に、電流集中による燃料電池の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施の形態に係る燃料電池（第１燃料電池）を示す構成図である。
【図２】第１燃料電池を構成する第１発電セル及び第２発電セルを示す分解概略斜視図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線上の断面図である。
【図４】第２セパレータの一方の面の構成を示す正面図である。
【図５】第２セパレータの他方の面の構成を示す正面図である。
【図６】第１セパレータにおける第２セパレータ部材の一方の面の構成を示す正面図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｄは、第１セパレータにおける第１セパレータ部材（又は第２セパレータ部材）の酸化剤ガス入口連通孔付近（第１コーナー部）への第１セル電圧端子の設置形態例（その１）を示す説明図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｃは、第１セパレータにおける第１セパレータ部材（又は第２セパレータ部材）の酸化剤ガス入口連通孔付近（第１コーナー部）への第１セル電圧端子の設置形態例（その２）を示す説明図である。
【図９】図９Ａ〜図９Ｄは、第２セパレータの酸化剤ガス出口連通孔付近（第２コーナー部）への第２セル電圧端子の設置形態例（その１）を示す説明図である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｃは、第２セパレータの酸化剤ガス出口連通孔付近（第２コーナー部）への第２セル電圧端子の設置形態例（その２）を示す説明図である。
【図１１】第１形態に係る監視制御部の構成を燃料電池スタックと共に示すブロック図である。
【図１２】第１燃料電池における燃料電池スタックを示す模式図である。
【図１３】第１燃料電池における燃料電池スタックを構成する各セパレータの電位プロファイルと各発電セルのセル電圧を示す説明図である。
【図１４】第１形態に係る監視制御部による運転制御を示すフローチャートである。
【図１５】第２形態に係る監視制御部の構成を燃料電池スタックと共に示すブロック図である。
【図１６】第１燃料電池における燃料電池スタックを構成する各セパレータの電位プロファイルと隣接する発電セル間の電圧差を示す説明図である。
【図１７】第２形態に係る監視制御部による運転制御を示すフローチャートである。
【図１８】第２の実施の形態に係る燃料電池（第２燃料電池）を構成する第１発電セル及び第２発電セルを示す分解概略斜視図である。
【図１９】第２燃料電池における燃料電池スタックを示す模式図である。
【図２０】第２燃料電池における燃料電池スタックを構成する各セパレータの電位プロファイルと各発電セルのセル電圧を示す説明図である。
【図２１】第２燃料電池における燃料電池スタックを構成する各セパレータの電位プロファイルと隣接する発電セル間の電圧差を示す説明図である。
【図２２】第３の実施の形態に係る燃料電池（第３燃料電池）を構成する第１発電セル及び第２発電セルを示す分解概略斜視図である。
【図２３】第４の実施の形態に係る燃料電池（第４燃料電池）を構成する第１発電セル及び第２発電セルを示す分解概略斜視図である。
【図２４】正常時における燃料電池の各セパレータの電位プロファイルを示す説明図である。
【図２５】異常時における燃料電池の各セパレータの電位プロファイルを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明に係る燃料電池及び燃料電池の運転方法の実施の形態例を図１〜図２３を参照しながら説明する。
【００４０】
第１の実施の形態に係る燃料電池（以下、第１燃料電池１０Ａと記す）は、図１に示すように、複数の発電セル１２（単位セル）が配列されて構成された燃料電池スタック１４と、該燃料電池スタック１４を監視制御する監視制御部１６とを有する。
【００４１】
燃料電池スタック１４は、複数の発電セル１２を水平方向（矢印Ａ方向）又は重力方向（矢印Ｃ方向）に積層して構成され（図１では水平方向に積層した例を示す）、例えば車載用燃料電池スタックとして使用される。積層方向の両端には、図示しないが、ターミナルプレート及び絶縁プレートを介して金属製のエンドプレート１８ａ、１８ｂが配設される。燃料電池スタック１４は、例えばエンドプレート１８ａ、１８ｂを端板とするボックス（ケーシング）２０を備える。
【００４２】
エンドプレート１８ａ、１８ｂから積層方向外方に電力取り出し端子（プラス端子２２ｐ、マイナス端子２２ｍ）が突出する。プラス端子２２ｐ及びマイナス端子２２ｍは、図示しない走行用モータや補機類に接続される。
【００４３】
図２に示すように、燃料電池スタック１４は、詳しくは２種類の発電セル１２（第１発電セル１２Ａ及び第２発電セル１２Ｂ）が交互に配列されて構成されている。第１発電セル１２Ａは、プラス端子２２ｐからマイナス端子２２ｍに向かって第１セパレータ２４Ａ、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２６ａ及び第２セパレータ２４Ｂを有する。第２発電セル１２Ｂは、プラス端子２２ｐからマイナス端子２２ｍに向かって第２セパレータ２４Ｂ、第２電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２６ｂ及び第１セパレータ２４Ａを有する。各第１セパレータ２４Ａは、２つのセパレータ部材（第１セパレータ部材２８ａ及び第２セパレータ部材２８ｂ）を有する。これら第１セパレータ部材２８ａ及び第２セパレータ部材２８ｂ間に後述する冷却媒体流路５２が形成されている。すなわち、この燃料電池スタック１４は隣接する第１発電セル１２Ａ及び第２発電セル１２Ｂの組み合わせ毎に冷却を行う構造（いわゆる間引き冷却構造）となっている。
【００４４】
具体的には、第１セパレータ２４Ａ（第１セパレータ部材２８ａ、第２セパレータ部材２８ｂ）及び第２セパレータ２４Ｂは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第１セパレータ２４Ａ及び第２セパレータ２４Ｂは、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。なお、第１セパレータ２４Ａ及び第２セパレータ２４Ｂは、金属セパレータに代えて、カーボンセパレータ等を使用してもよい。
【００４５】
第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３０と、該固体高分子電解質膜３０を挟持するアノード側電極３２及びカソード側電極３４とを備える。
【００４６】
図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線上の断面図である。図３に示すように、アノード側電極３２は、固体高分子電解質膜３０及びカソード側電極３４よりも小さな表面積を有する、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。なお、アノード側電極３２とカソード側電極３４とは、同一の表面積を有していてもよい。固体高分子電解質膜３０、アノード側電極３２及びカソード側電極３４は、それぞれ矢印Ｂ方向両端部上下に切り欠きが設けられて表面積が縮小されている。
【００４７】
アノード側電極３２及びカソード側電極３４は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子がガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜３０の両面に形成される。
【００４８】
第１セパレータ２４Ａ及び第２セパレータ２４Ｂの長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス（空気等）を供給するための酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガス（水素ガス等）を供給するための燃料ガス入口連通孔３８ａが設けられる。
【００４９】
第１セパレータ２４Ａ及び第２セパレータ２４Ｂの長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。
【００５０】
第１セパレータ２４Ａ及び第２セパレータ２４Ｂの短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔４０ａが設けられ、第１セパレータ２４Ａ及び第２セパレータ２４Ｂの短辺方向の他端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔４０ｂが設けられる。
【００５１】
第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａのプラス端子側の面Ｐ１ａｐ（第２電解質膜・電極構造体２６ｂに向かう面）には、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する第１燃料ガス流路４４が形成される。第１燃料ガス流路４４は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第１燃料ガス流路４４の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４６及び出口バッファ部４８が設けられる。なお、第１燃料ガス流路４４は、矢印Ｃ方向に直線状に延在する複数の直線状流路溝により構成してもよい。また、以下に説明する第１酸化剤ガス流路５６、第２燃料ガス流路６４、第２酸化剤ガス流路７４でも同様である。
【００５２】
入口バッファ部４６及び出口バッファ部４８は、燃料ガス入口連通孔３８ａから第１燃料ガス流路４４の幅方向に燃料ガスを均一に分配する機能及び第１燃料ガス流路４４の幅方向に流通する燃料ガスを燃料ガス出口連通孔３８ｂに均一に集合させる機能を有する。エンボス形状は、円形や四角形の他、棒状等種々の形状に設定することができ、第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａの表裏に設けられる。なお、以下に説明する第１セパレータ２４Ａにおける第２セパレータ部材２８ｂ及び第２セパレータ２４Ｂに設けられる各バッファ部においても、同様である。
【００５３】
第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａのマイナス端子側の面Ｐ１ａｍ（第２セパレータ部材２８ｂと対向する面）には、冷却媒体入口連通孔４０ａと冷却媒体出口連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路５２が形成される。冷却媒体流路５２は、第１燃料ガス流路４４の裏面形状である。
【００５４】
第２セパレータ２４Ｂのマイナス端子側の面Ｐ２ｍ（第２電解質膜・電極構造体２６ｂに向かう面）には、図３及び図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路５６が形成される。第１酸化剤ガス流路５６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第１酸化剤ガス流路５６の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部５８及び出口バッファ部６０が設けられる。
【００５５】
図５に示すように、第２セパレータ２４Ｂのプラス端子側の面Ｐ２ｐ（第１電解質膜・電極構造体２６ａに向かう面）には、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する第２燃料ガス流路６４が形成される。第２燃料ガス流路６４は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有すると共に、第２燃料ガス流路６４の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ表側と裏側とに交互に突出する複数のエンボスを有する入口バッファ部６６及び出口バッファ部６８が設けられる。
【００５６】
図６に示すように、第１セパレータ２４Ａにおける第２セパレータ部材２８ｂのマイナス端子側の面Ｐ１ｂｍ（第１電解質膜・電極構造体２６ａに向かう面）には、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路７４が形成される。
【００５７】
第２酸化剤ガス流路７４は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第２酸化剤ガス流路７４の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部７６及び出口バッファ部７８が設けられる。
【００５８】
第１セパレータ２４Ａにおける第２セパレータ部材２８ｂのプラス端子側の面Ｐ１ｂｐ（第１セパレータ部材２８ａと対向する面）には、図２に示すように、冷却媒体入口連通孔４０ａと冷却媒体出口連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路５２が形成される。冷却媒体流路５２は、第１セパレータ部材２８ａにおける第１燃料ガス流路４４と、第２セパレータ部材２８ｂにおける第２酸化剤ガス流路７４の裏面形状（波形状）の重ね合わせにより形成される。
【００５９】
第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａの面Ｐ１ａｐ、Ｐ１ａｍには、この第１セパレータ部材２８ａの外周端縁部を周回して第１シール部材８２が一体成形される。同様に、第１セパレータ２４Ａにおける第２セパレータ部材２８ｂの面Ｐ１ｂｐ、Ｐ１ｂｍには、この第２セパレータ部材２８ｂの外周端縁部を周回して第２シール部材８４が一体成形される。第２セパレータ２４Ｂの面Ｐ２ｐ、Ｐ２ｍにも、この第２セパレータ２４Ｂの外周端縁部を周回して第３シール部材８６が一体成形される。
【００６０】
第１〜第３シール部材８２、８４及び８６としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００６１】
図２に示すように、第１セパレータ２４Ａの第１セパレータ部材２８ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａと第１燃料ガス流路４４とを連通する入口側第１連結流路８８ａと、燃料ガス出口連通孔３８ｂと第１燃料ガス流路４４とを連通する出口側第１連結流路８８ｂとが設けられる。入口側第１連結流路８８ａは、複数の外側供給孔部９０ａと複数の内側供給孔部９０ｂとを有する。
【００６２】
第１セパレータ部材２８ａの面Ｐ１ａｐ側には、燃料ガス入口連通孔３８ａと各外側供給孔部９０ａとを連通する複数の通路９２ａが設けられる。面Ｐ１ａｍ側には、外側供給孔部９０ａと内側供給孔部９０ｂとを連通する複数の通路９２ｂが形成される。出口側第１連結流路８８ｂは、同様に、複数の外側排出孔部９４ａと複数の内側排出孔部９４ｂとを有する。
【００６３】
第１セパレータ部材２８ａの面Ｐ１ａｐ側には、燃料ガス出口連通孔３８ｂと各外側排出孔部９４ａとを連通する複数の通路９６ａが形成される。面Ｐ１ａｍ側には、外側排出孔部９４ａと内側排出孔部９４ｂとを連通する複数の通路９６ｂが形成される。
【００６４】
図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂと第１酸化剤ガス流路５６との連通部分には、複数の入口側連結流路９８ａ及び複数の出口側連結流路９８ｂを形成する複数の凸状の受け部１００ａ、１００ｂが設けられる。
【００６５】
第２セパレータ２４Ｂには、燃料ガス入口連通孔３８ａと第２燃料ガス流路６４とを連通する入口側第２連結流路１０２ａと、燃料ガス出口連通孔３８ｂと第２燃料ガス流路６４とを連通する出口側第２連結流路１０２ｂとが設けられる。入口側第２連結流路１０２ａは、供給孔部１０４を有する。面Ｐ２ｍ側には、燃料ガス入口連通孔３８ａと供給孔部１０４とを連通する通路１０６ａが形成される。
【００６６】
出口側第２連結流路１０２ｂは、同様に、複数の排出孔部１０８を有する。面Ｐ２ｍ側には、排出孔部１０８を燃料ガス出口連通孔３８ｂに連通する複数の通路１０６ｂが形成される。
【００６７】
図６に示すように、第１セパレータ２４Ａの第２セパレータ部材２８ｂには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂと第２酸化剤ガス流路７４の連通部分に、複数の入口側連結流路１１０ａ及び複数の出口側連結流路１１０ｂを形成する複数の凸状の受け部１１２ａ、１１２ｂが設けられる。
【００６８】
また、図１に示すように、燃料電池スタック１４のエンドプレート１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに連通する酸化剤ガス入口マニホールド１１４ａ、燃料ガス入口連通孔３８ａに連通する燃料ガス入口マニホールド１１６ａ、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに連通する酸化剤ガス出口マニホールド１１４ｂ、及び燃料ガス出口連通孔３８ｂに連通する燃料ガス出口マニホールド１１６ｂが設けられる。エンドプレート１８ｂには、冷却媒体入口連通孔４０ａに連通する冷却媒体入口マニホールド１１８ａと、冷却媒体出口連通孔４０ｂに連通する冷却媒体出口マニホールド１１８ｂとが設けられる。
【００６９】
このように構成される第１燃料電池１０Ａの動作について、以下に説明する。
【００７０】
先ず、図２に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されると共に、燃料ガス入口連通孔３８ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔４０ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００７１】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３６ａから第１セパレータ２４Ａにおける第２セパレータ部材２８ｂの第２酸化剤ガス流路７４及び第２セパレータ２４Ｂの第１酸化剤ガス流路５６に導入される（図４及び図６参照）。この酸化剤ガスは、第２酸化剤ガス流路７４に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体２６ａのカソード側電極３４に供給されると共に、第１酸化剤ガス流路５６に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体２６ｂのカソード側電極３４に供給される（図２参照）。換言すれば、第１酸化剤ガス流路５６及び第２酸化剤ガス流路７４は、酸化剤ガスを、第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂの各カソード側電極３４の面に沿って流通させることで、酸化剤ガスを、第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂの各カソード側電極３４に供給する。
【００７２】
一方、燃料ガスは、図２及び図４に示すように、燃料ガス入口連通孔３８ａから第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａと第２セパレータ２４Ｂとの間に形成された通路９２ａ、１０６ａに導入される。通路９２ａに導入された燃料ガスは、外側供給孔部９０ａを通って第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａの面Ｐ１ａｍ側に移動する。さらに、燃料ガスは、通路９２ｂを通って内側供給孔部９０ｂから面Ｐ１ａｐ側に導入される。
【００７３】
このため、燃料ガスは、入口バッファ部４６に送られ、第１燃料ガス流路４４に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第２電解質膜・電極構造体２６ｂのアノード側電極３２に供給される。本実施の形態では、酸化剤ガスと燃料ガスは同じ方向に流通するが、互いに対向する方向に流通させてもよい。
【００７４】
また、通路１０６ａに導入された燃料ガスは、図５に示すように、供給孔部１０４を通って第２セパレータ２４Ｂの面Ｐ２ｐ側に移動する。このため、燃料ガスは、面Ｐ２ｐ側で入口バッファ部６６に供給された後、第２燃料ガス流路６４に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第１電解質膜・電極構造体２６ａのアノード側電極３２に供給される（図２及び図５参照）。
【００７５】
換言すれば、第１燃料ガス流路４４及び第２燃料ガス流路６４は、燃料ガスを、第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂの各アノード側電極３２の面に沿って流通させることで、燃料ガスを、第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂの各アノード側電極３２に供給する。
【００７６】
従って、第１及び第２電解質膜・電極構造体２６ａ、２６ｂでは、カソード側電極３４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３２に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００７７】
次いで、第１及び第２電解質膜・電極構造体２６ａ、２６ｂの各カソード側電極３４に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００７８】
第２電解質膜・電極構造体２６ｂのアノード側電極３２に供給されて消費された燃料ガスは、図２に示すように、出口バッファ部４８から内側排出孔部９４ｂを通って第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａの面Ｐ１ａｍ側に導出される。
【００７９】
面Ｐ１ａｍ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部９４ａに導入され、再度、面Ｐ１ａｐ側に移動する。このため、燃料ガスは、外側排出孔部９４ａから通路９６ａを通って燃料ガス出口連通孔３８ｂに排出される。
【００８０】
また、第１電解質膜・電極構造体２６ａのアノード側電極３２に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部６８から排出孔部１０８を通って面Ｐ２ｍ側に移動する。この燃料ガスは、図５に示すように、通路１０６ｂを通って燃料ガス出口連通孔３８ｂに排出される。
【００８１】
一方、冷却媒体入口連通孔４０ａに供給された冷却媒体は、図２に示すように、第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａと第２セパレータ部材２８ｂとの間に形成された冷却媒体流路５２に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、第１及び第２電解質膜・電極構造体２６ａ、２６ｂを冷却した後、冷却媒体出口連通孔４０ｂに排出される。
【００８２】
そして、この第１燃料電池１０Ａでは、例えば図２に示すように、各第１セパレータ２４Ａの第１セパレータ部材２８ａのうち、酸化剤ガス入口連通孔３６ａの付近にそれぞれ第１セル電圧端子１２０を設け、各第２セパレータ２４Ｂのうち、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂの付近に第２セル電圧端子１２２を設ける。第１セル電圧端子１２０は、第２セパレータ部材２８ｂの酸化剤ガス入口連通孔３６ａの付近に設けてもよい。
【００８３】
すなわち、第１発電セル１２Ａにおいて、第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａ（又は第２セパレータ部材２８ｂ）の酸化剤ガス入口連通孔３６ａの付近に設けられた第１セル電圧端子１２０は、酸化剤ガス流路の入口付近に位置し、第２セパレータ２４Ｂの酸化剤ガス出口連通孔３６ｂの付近に設けられた第２セル電圧端子１２２は、酸化剤ガス流路の出口付近に位置する。同様に、第２発電セル１２Ｂにおいて、第１セパレータ部材２８ａ（又は第２セパレータ部材２８ｂ）の酸化剤ガス入口連通孔３６ａの付近に設けられた第１セル電圧端子１２０は、酸化剤ガス流路の入口付近に位置し、第２セパレータ２４Ｂの酸化剤ガス出口連通孔３６ｂの付近に設けられた第２セル電圧端子１２２は、酸化剤ガス流路の出口付近に位置する。
【００８４】
この場合、第１セル電圧端子１２０を、第１セパレータ２４Ａの第１セパレータ部材２８ａ（又は第２セパレータ部材２８ｂ）のうち、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに最も近い第１コーナー部Ｃ１に設け、第２セル電圧端子１２２を、第２セパレータ２４Ｂのうち、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに最も近い第２コーナー部Ｃ２に設ける。つまり、第１セパレータ部材２８ａ（又は第２セパレータ部材２８ｂ）のうち、第１コーナー部Ｃ１（第１セル電圧端子１２０を有する）と対角関係にあるコーナー部を他のコーナー部Ｃａとしたとき、第２セル電圧端子１２２を、第２セパレータ２４Ｂのうち、他のコーナー部Ｃａと対向する第２コーナー部Ｃ２に設ける。
【００８５】
第１セル電圧端子１２０を第１コーナー部Ｃ１に設ける形態としては、図７Ａに示すように、第１コーナー部Ｃ１のうち、１つの側面Ｌａ（長辺）から外方（水平方向：Ｂ方向）に突出する第１セル電圧端子１２０を設けるようにしてもよいし、図７Ｂに示すように、第１コーナー部Ｃ１のうち、他の側面Ｌｂ（短辺）から外方（垂直方向：Ｃ方向）に突出する第１セル電圧端子１２０を設けるようにしてもよい。
【００８６】
もちろん、図７Ｃに示すように、第１コーナー部Ｃ１のうち、１つの側面Ｌａ（長辺）に切欠き１２４を設け、該切欠き１２４の底部１２４ａから外方（水平方向：Ｂ方向）に突出する第１セル電圧端子１２０を設けるようにしてもよいし、図７Ｄに示すように、第１コーナー部Ｃ１のうち、他の側面Ｌｂ（短辺）に切欠き１２４を設け、該切欠き１２４の底部１２４ａから外方（垂直方向：Ｃ方向）に突出する第１セル電圧端子１２０を設けるようにしてもよい。
【００８７】
あるいは、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、第１コーナー部Ｃ１の２つの側面Ｌａ及びＬｂにわたって切欠き１２６を設け、該切欠き１２６の底部１２６ａから外方（水平方向、垂直方向又は斜め方向）に突出する第１セル電圧端子１２０を設けるようにしてもよい。
【００８８】
同様に、第２セル電圧端子１２２を第２コーナー部Ｃ２に設ける形態としては、図９Ａに示すように、第２コーナー部Ｃ２のうち、１つの側面Ｌｃ（長辺）から外方（水平方向：Ｂ方向）に突出する第２セル電圧端子１２２を設けるようにしてもよいし、図９Ｂに示すように、第２コーナー部Ｃ２のうち、他の側面Ｌｄ（短辺）から外方（垂直方向：Ｃ方向）に突出する第２セル電圧端子１２２を設けるようにしてもよい。
【００８９】
もちろん、図９Ｃに示すように、第２コーナー部Ｃ２のうち、１つの側面Ｌｃ（長辺）に切欠き１２４を設け、該切欠き１２４の底部１２４ａから外方（水平方向：Ｂ方向）に突出する第２セル電圧端子１２２を設けるようにしてもよいし、図９Ｄに示すように、第２コーナー部Ｃ２のうち、他の側面Ｌｄ（短辺）に切欠き１２４を設け、該切欠き１２４の底部１２４ａから外方（垂直方向：Ｃ方向）に突出する第２セル電圧端子１２２を設けるようにしてもよい。
【００９０】
あるいは、図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、第２コーナー部Ｃ２の２つの側面Ｌｃ及びＬｄにわたって切欠き１２６を設け、該切欠き１２６の底部１２６ａから外方（水平方向、垂直方向又は斜め方向）に突出する第２セル電圧端子１２２を設けるようにしてもよい。
【００９１】
各第１セル電圧端子１２０及び各第２セル電圧端子１２２は、それぞれ配線を通じて監視制御部１６（図１、図１１及び図１５参照）に電気的に接続される。
【００９２】
監視制御部１６は、２つの形態（第１形態及び第２形態）を有する。第１形態に係る監視制御部１６は、図１１に示すように、電圧検出部１２８と、第１運転制御部１３０Ａとを有する。第２形態に係る監視制御部１６は、図１５に示すように、電圧差検出部１３２と、第２運転制御部１３０Ｂとを有する。
【００９３】
先ず、第１形態に係る監視制御部１６について図１１〜図１４を参照しながら説明する。
【００９４】
先ず、図１２に模式的に示すように、第１燃料電池１０Ａを構成する複数の第１発電セル１２Ａ及び複数の第２発電セル１２Ｂについて、プラス端子２２ｐからマイナス端子２２ｍに向かって、第１発電セル１２Ａ１、１２Ａ２、・・・１２Ａｎ、第２発電セル１２Ｂ１、１２Ｂ２、・・・１２Ｂｎと定義し、複数の第１セル電圧端子１２０及び複数の第２セル電圧端子１２２について、プラス端子２２ｐからマイナス端子２２ｍに向かって、第１セル電圧端子１２０１、１２０２、・・・１２０ｎ＋１、第２セル電圧端子１２２１、１２２２、・・・１２２ｎと定義し、複数の第１セパレータ２４Ａ及び複数の第２セパレータ２４Ｂについて、プラス端子２２ｐからマイナス端子２２ｍに向かって、第１セパレータ２４Ａ１、２４Ａ２、・・・２４Ａｎ＋１、第２セパレータ２４Ｂ１、２４Ｂ２、・・・２４Ｂｎと定義する。
【００９５】
なお、第１セパレータ２４Ａの第１セパレータ部材２８ａと第２セパレータ部材２８ｂは、第１セパレータ部材２８ａにおける第１燃料ガス流路４４の裏面形状（波形状）と、第２セパレータ部材２８ｂにおける第２酸化剤ガス流路７４の裏面形状（波形状）との重ね合わせにより、冷却媒体流路５２を形成しているため、同電位となる。従って、電位的には、第１セパレータ部材２８ａと第２セパレータ部材２８ｂは同一であり、１つの第１セパレータ２４Ａとしてみることができる。
【００９６】
また、図１３に、第１セル電圧端子１２０１、１２０２、・・・１２０ｎ＋１の各電位Ｖａ１、Ｖａ２、・・・Ｖａｎ＋１と、第２セル電圧端子１２２１、１２２２、・・・１２２ｎの各電位Ｖｂ１、Ｖｂ２、・・・Ｖｂｎ＋１と、第１セパレータ２４Ａ１、２４Ａ２、・・・２４Ａｎ＋１の電位プロファイルＰａ１、Ｐａ２、・・・Ｐａｎ＋１と、第２セパレータ２４Ｂ１、２４Ｂ２、・・・２４Ｂｎ＋１の電位プロファイルＰｂ１、Ｐｂ２、・・・Ｐｂｎを示す。
【００９７】
そして、電圧検出部１２８は、第１セル電圧端子１２０と第２セル電圧端子１２２間の電圧（セル電圧）を検出する。具体的には、例えば図１２及び図１３の例では、第１発電セル１２Ａ１のセル電圧値Ｖ１（１）を、第１セル電圧端子１２０１と第２セル電圧端子１２２１間の電圧｜Ｖａ１−Ｖｂ１｜を測定することにより検出し、第２発電セル１２Ｂ１のセル電圧値Ｖ２（１）を、第２セル電圧端子１２２１と第１セル電圧端子１２０２間の電圧｜Ｖｂ１−Ｖａ２｜を測定することにより検出し、同様に、第１発電セル１２Ａｎのセル電圧値Ｖ１（ｎ）を、第１セル電圧端子１２０ｎと第２セル電圧端子１２２ｎ間の電圧｜Ｖａｎ−Ｖｂｎ｜を測定することにより検出し、第２発電セル１２Ｂｎのセル電圧値Ｖ２（ｎ）を、第２セル電圧端子１２２ｎと第１セル電圧端子１２０ｎ＋１間の電圧｜Ｖｂｎ−Ｖａｎ＋１｜を測定することにより検出する。
【００９８】
特に、第１燃料電池１０Ａでは、第１セル電圧端子１２０を第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａの酸化剤ガス入口連通孔３６ａ付近の第１コーナー部Ｃ１に設け、第２セル電圧端子１２２を第２セパレータ２４Ｂの酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ付近の第２コーナー部Ｃ２に設けるようにしているため、第１セル電圧端子１２０に現れる電位は酸化剤ガス入口連通孔３６ａ付近の電位であり、第２セル電圧端子１２２に現れる電位は酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ付近の電位である。従って、ある特定のセパレータにおいて、電流集中が起きると、図１３に示すように、特定のセパレータと、それに隣接するセパレータの各電位プロファイルが平坦でなくなり、ある傾きを持つこととなるが、この傾きによる電位変化が第２セル電圧端子１２２の電位に反映することになる。つまり、電流集中が発生した特定のセパレータと、それに隣接するセパレータの各電位プロファイルの傾きが、特定のセパレータに隣接する発電セルのセル電圧に反映することとなる。
【００９９】
例えば図１２において、第１発電セル１２Ａ２のセパレータにおいて電流集中が発生した場合、図１３に示すように、第１発電セル１２Ａ２のセル電圧値Ｖ１（２）が極端に低下し、下流側に隣接する第２発電セル１２Ｂ２のセル電圧値Ｖ２（２）がそれに伴って極端に増加することとなる。
【０１００】
このことから、予め電流集中が発生しないセル電圧の許容範囲（上限電圧値及び下限電圧値）を設定しておけば、検出したセル電圧（検出電圧値）が許容範囲から逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。
【０１０１】
一方、第１運転制御部１３０Ａは、図１１に示すように、第１比較部１３４Ａと、第２比較部１３４Ｂと、第１カソードストイキ制御部１３６Ａと、第１負荷低減制御部１３８Ａとを有する。
【０１０２】
第１比較部１３４Ａは、電圧検出部１２８にて検出されたセル電圧値Ｖと許容範囲の上限電圧値Ｖｔｈａ及び下限電圧値Ｖｔｈｂとを比較し、セル電圧値Ｖが上限電圧値Ｖｔｈａを超える又は下限電圧値Ｖｔｈｂ未満の場合に第１異常信号Ｓ１を出力する。
【０１０３】
第１カソードストイキ制御部１３６Ａは、第１比較部１３４Ａからの第１異常信号Ｓ１の入力に基づいて、酸化剤ガス供給系１４０を駆動してカソードストイキアップ（ストイキ上昇）のための制御を行う。これによって、酸化剤ガスの流量が増加する。
【０１０４】
第２比較部１３４Ｂは、第１カソードストイキ制御部１３６Ａによるカソードストイキアップが行われた後に起動され、電圧検出部１２８にて検出されたセル電圧値Ｖと許容範囲の上限電圧値Ｖｔｈａ及び下限電圧値Ｖｔｈｂとを比較し、セル電圧値Ｖが上限電圧値Ｖｔｈａを超える又は下限電圧値Ｖｔｈｂ未満の場合に第２異常信号Ｓ２を出力する。
【０１０５】
第１負荷低減制御部１３８Ａは、第２比較部１３４Ｂからの第２異常信号Ｓ２の入力に基づいて、負荷を低減する制御を行う。具体的には、発電電力の設定値Ｐｇを下げる処理を行う。
【０１０６】
次に、上述した第１形態に係る監視制御部１６による燃料電池の運転制御について図１４のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１０７】
先ず、図１４のステップＳ１において、電圧検出部１２８は、全ての発電セル１２のセル電圧値Ｖを検出して、全ての発電セル１２のセル電圧値Ｖを例えば図示しないメモリのデータファイルに記憶（上書き）する。
【０１０８】
ステップＳ２において、第１比較部１３４Ａは、データファイルに記憶されたセル電圧値Ｖと、許容範囲（上限電圧値Ｖｔｈａ及び下限電圧値Ｖｔｈｂ）とを比較する。
【０１０９】
ステップＳ３において、第１比較部１３４Ａは、許容範囲を逸脱するセル電圧値Ｖがあるか否かを判別する。全てのセル電圧値Ｖが許容範囲にある場合は、ステップＳ１に戻り、該ステップＳ１以降の処理を繰り返す。
【０１１０】
一方、許容範囲を逸脱するセル電圧値Ｖが存在する場合、すなわち、上限電圧値Ｖｔｈａを超えるセル電圧値Ｖが存在する、あるいは下限電圧値Ｖｔｈｂ未満のセル電圧値Ｖが存在する場合は、ステップＳ４に進み、第１比較部１３４Ａは、第１異常信号Ｓ１を第１カソードストイキ制御部１３６Ａに出力する。
【０１１１】
ステップＳ５において、第１カソードストイキ制御部１３６Ａは、第１異常信号Ｓ１の入力に基づいて酸化剤ガス供給系１４０を駆動してカソードストイキアップのための制御を行う。これによって、酸化剤ガスの流量が増加する。
【０１１２】
その後、ステップＳ６において、電圧検出部１２８は、再び全ての発電セル１２のセル電圧値Ｖを検出して、全ての発電セル１２のセル電圧値Ｖを例えば図示しないメモリのデータファイルに記憶（上書き）する。
【０１１３】
ステップＳ７において、第２比較部１３４Ｂは、データファイルに記憶されたセル電圧値Ｖと、許容範囲（上限電圧値Ｖｔｈａ及び下限電圧値Ｖｔｈｂ）とを比較する。
【０１１４】
ステップＳ８において、第２比較部１３４Ｂは、許容範囲を逸脱するセル電圧値Ｖがあるか否かを判別する。全てのセル電圧値Ｖが許容範囲にある場合は、ステップＳ１に戻り、該ステップＳ１以降の処理を繰り返す。
【０１１５】
一方、許容範囲を超えたセル電圧値Ｖが存在する場合は、ステップＳ９に進み、第２異常信号Ｓ２を第１負荷低減制御部１３８Ａに出力する。
【０１１６】
ステップＳ１０において、第１負荷低減制御部１３８Ａは、第２異常信号Ｓ２の入力に基づいて発電電力の設定値Ｐｇを下げる処理を行って、負荷を低減する制御を行う。
【０１１７】
ステップＳ１１において、燃料電池の運転の終了要求（電源断、メンテナンス要求等）があるか否かを判別する。終了要求がなければ、ステップＳ１に戻り、該ステップＳ１以降の処理を繰り返す。終了要求があった段階で、第１形態に係る監視制御部１６による燃料電池の運転制御が終了する。
【０１１８】
次に、第２形態に係る監視制御部１６について図１５〜図１７を参照しながら説明する。
【０１１９】
第２形態に係る監視制御部１６は、図１５に示すように、電圧差検出部１３２と、第２運転制御部１３０Ｂとを有する。
【０１２０】
電圧差検出部１３２は、隣接する２つの発電セル１２における各一対のセル電圧端子１２０及び１２２間の電圧の差ｄＶを検出する。具体的には、例えば図１６に示すように、第１セル電圧端子１２０１と第２セル電圧端子１２２１間のセル電圧値Ｖ１（１）と、第２セル電圧端子１２２１と第１セル電圧端子１２０２間のセル電圧値Ｖ２（１）との差をとることにより、第１発電セル１２Ａ１−第２発電セル１２Ｂ１間の電圧差（絶対値）｜ｄＶ１１｜を検出し、第２セル電圧端子１２２１と第１セル電圧端子１２０２間のセル電圧値Ｖ２（１）と、第１セル電圧端子１２０２と第２セル電圧端子１２２２間のセル電圧値Ｖ１（２）との差をとることにより、第１発電セル１２Ａ２−第２発電セル１２Ｂ１間の電圧差｜ｄＶ１２｜を検出し、同様に、第２セル電圧端子１２２ｎ−１と第１セル電圧端子１２０ｎ間のセル電圧値Ｖ２（ｎ−１）と、第１セル電圧端子１２０ｎと第２セル電圧端子１２２ｎ間のセル電圧値Ｖ１（ｎ）との差をとることにより、第２発電セル１２Ｂｎ−１−第１発電セル１２Ａｎ間の電圧差｜ｄＶｎ−１ｎ｜を検出し、第１セル電圧端子１２０ｎと第２セル電圧端子１２２ｎ間のセル電圧値Ｖ１（ｎ）と、第２セル電圧端子１２２ｎと第１セル電圧端子１２０ｎ＋１間のセル電圧値Ｖ２（ｎ）との差をとることにより、第１発電セル１２Ａｎ−第２発電セル１２Ｂｎ間の電圧差｜ｄＶｎｎ｜を検出する。
【０１２１】
そして、例えば図１６に示すように、正常な発電セル、例えば第１発電セル１２Ａ１のセル電圧値Ｖ１（１）と第２発電セル１２Ｂ１のセル電圧値Ｖ２（１）はほぼ同じ電圧値であることから、これらの電圧差｜ｄＶ１１｜はほぼ０Ｖとなる。ここで、例えば第１発電セル１２Ａ２のセパレータにおいて電流集中が発生した場合、第１発電セル１２Ａ２のセル電圧値Ｖ１（２）が極端に低下し、下流側に隣接する第２発電セル１２Ｂ２のセル電圧値Ｖ２（２）がそれに伴って極端に増加することとなる。これにより、第１発電セル１２Ａ２のセル電圧値Ｖ１（２）と第２発電セル１２Ｂ２のセル電圧値Ｖ２（２）との電圧差｜ｄＶ２２｜は、正常の場合と比して大幅に増加することとなる。
【０１２２】
このことから、予め電流集中が発生しない電圧差（絶対値）の例えば上限値をしきい値Ｖｔｈとして設定しておけば、検出した電圧差（絶対値）がしきい値Ｖｔｈから逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。
【０１２３】
一方、第２運転制御部１３０Ｂは、図１５に示すように、第３比較部１３４Ｃと、第４比較部１３４Ｄと、第２カソードストイキ制御部１３６Ｂと、第２負荷低減制御部１３８Ｂとを有する。
【０１２４】
第３比較部１３４Ｃは、電圧差検出部１３２にて検出された電圧差（絶対値）｜ｄＶ｜としきい値Ｖｔｈとを比較し、しきい値Ｖｔｈを超える電圧差｜ｄＶ｜が存在する場合に第３異常信号Ｓ３を出力する。
【０１２５】
第２カソードストイキ制御部１３６Ｂは、第３比較部１３４Ｃからの第３異常信号Ｓ３の入力に基づいて、酸化剤ガス供給系１４０を駆動してカソードストイキアップのための制御を行う。これによって、酸化剤ガスの流量が増加する。
【０１２６】
第４比較部１３４Ｄは、第２カソードストイキ制御部１３６Ｂによるカソードストイキアップが行われた後に起動され、電圧差検出部１３２にて検出された電圧差｜ｄＶ｜としきい値Ｖｔｈとを比較し、しきい値Ｖｔｈを超える電圧差｜ｄＶ｜が存在する場合に第４異常信号Ｓ４を出力する。
【０１２７】
第２負荷低減制御部１３８Ｂは、第４比較部１３４Ｄからの第４異常信号Ｓ４の入力に基づいて、負荷を低減する制御を行う。具体的には、発電電力の設定値Ｐｇを下げる処理を行う。
【０１２８】
次に、上述した第２形態に係る監視制御部１６による燃料電池の運転制御について図１７のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１２９】
先ず、図１７のステップＳ１０１において、電圧差検出部１３２は、全ての隣接する発電セル１２間のセル電圧値Ｖの差（電圧差｜ｄＶ｜）を検出して、全ての電圧差｜ｄＶ｜を例えば図示しないメモリのデータファイルに記憶（上書き）する。
【０１３０】
ステップＳ１０２において、第３比較部１３４Ｃは、データファイルに記憶された電圧差｜ｄＶ｜と、しきい値Ｖｔｈとを比較する。
【０１３１】
ステップＳ１０３において、第３比較部１３４Ｃは、しきい値Ｖｔｈを超える電圧差｜ｄＶ｜があるか否かを判別する。全ての電圧差｜ｄＶ｜がしきい値Ｖｔｈ以下である場合は、ステップＳ１０１に戻り、該ステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。
【０１３２】
一方、しきい値Ｖｔｈを超える電圧差｜ｄＶ｜が存在する場合は、ステップＳ１０４に進み、第３比較部１３４Ｃは、第３異常信号Ｓ３を第２カソードストイキ制御部１３６Ｂに出力する。
【０１３３】
ステップＳ１０５において、第２カソードストイキ制御部１３６Ｂは、第３異常信号Ｓ３の入力に基づいて酸化剤ガス供給系１４０を駆動してカソードストイキアップのための制御を行う。これによって、酸化剤ガスの流量が増加する。
【０１３４】
その後、ステップＳ１０６において、電圧差検出部１３２は、再び全ての隣接する発電セル１２間の電圧差｜ｄＶ｜を検出して、全ての電圧差｜ｄＶ｜を例えば図示しないメモリのデータファイルに記憶（上書き）する。
【０１３５】
ステップＳ１０７において、第４比較部１３４Ｄは、データファイルに記憶された電圧差｜ｄＶ｜と、しきい値Ｖｔｈとを比較する。
【０１３６】
ステップＳ１０８において、第４比較部１３４Ｄは、しきい値Ｖｔｈを超える電圧差｜ｄＶ｜があるか否かを判別する。全ての電圧差｜ｄＶ｜がしきい値Ｖｔｈ以下である場合は、ステップＳ１０１に戻り、該ステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。
【０１３７】
一方、しきい値Ｖｔｈを超える電圧差｜ｄＶ｜が存在する場合は、ステップＳ１０９に進み、第４比較部１３４Ｄは、第４異常信号Ｓ４を第２負荷低減制御部１３８Ｂに出力する。
【０１３８】
ステップＳ１１０において、第２負荷低減制御部１３８Ｂは、第４異常信号Ｓ４の入力に基づいて発電電力の設定値Ｐｇを下げる処理を行って、負荷を低減する制御を行う。
【０１３９】
ステップＳ１１１において、燃料電池の運転の終了要求（電源断、メンテナンス要求等）があるか否かを判別する。終了要求がなければ、ステップＳ１０１に戻り、該ステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。終了要求があった段階で、第２形態に係る監視制御部１６による燃料電池の運転制御が終了する。
【０１４０】
このように、第１燃料電池１０Ａにおいては、第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａの酸化剤ガス入口連通孔３６ａ付近に第１セル電圧端子１２０を設け、第２セパレータ２４Ｂの酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ付近に第２セル電圧端子１２２を設けるようにしている。そのため、第１セル電圧端子１２０と第２セル電圧端子１２２の電位差から発電セル１２のセル電圧値Ｖを検出することができる。
【０１４１】
そして、ある特定のセパレータの例えば酸化剤ガス入口連通孔３６ａで電流集中が発生すると、該特定のセパレータと、それに隣接するセパレータの各電位プロファイルが平坦でなくなり、ある傾きを持つこととなるが、第１燃料電池１０Ａでは、この傾きをセル電圧値Ｖに反映させることができる。従って、予め電流集中が発生しないセル電圧値Ｖの許容範囲（上限電圧値Ｖｔｈａ及び下限電圧値Ｖｔｈｂ）を設定しておき、検出したセル電圧値Ｖが許容範囲から逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。
【０１４２】
あるいは、隣接する２つの発電セル１２間におけるセル電圧の差（電圧差｜ｄＶ｜）を検出する場合は、予め電流集中が発生しない電圧差｜ｄＶ｜の例えば上限値をしきい値Ｖｔｈとして設定しておけば、検出した電圧差｜ｄＶ｜がしきい値Ｖｔｈから逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。
【０１４３】
しかも、電流集中の発生を検出した場合に、第１運転制御部１３０Ａあるいは第２運転制御部１３０Ｂによって、早期に、カソードストイキアップを行うことができるため、燃料電池スタック１４の劣化を防止することができる。また、カソードストイキアップを行っても正常状態に戻らない場合に、第１運転制御部１３０Ａあるいは第２運転制御部１３０Ｂによって、負荷を低減する制御を行うようにすることで、より確実に、電流集中による燃料電池スタック１４の劣化を防止することができる。
【０１４４】
すなわち、第１燃料電池１０Ａにおいては、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池スタック１４の劣化を防ぐ運転状態を維持させることが可能になると共に、耐久性の向上を図ることができる。
【０１４５】
特に、第１セル電圧端子１２０を、第１セパレータ２４Ａの第１セパレータ部材２８ａのうち、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに最も近い第１コーナー部Ｃ１に設け、第２セル電圧端子１２２を、第２セパレータ２４Ｂのうち、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに最も近い第２コーナー部Ｃ２に設けるようにしたので、ある特定のセパレータの面内に電流が流れた場合でも、セル電圧値Ｖを監視することで、簡単に電流集中が発生したことを検知することができる。
【０１４６】
また、少なくとも一方のセパレータ（この例では、第１セパレータ２４Ａ）を、２つのセパレータ部材（第１セパレータ部材２８ａ及び第２セパレータ部材２８ｂ）にて構成し、２つのセパレータ部材の間に冷却媒体流路５２を設けることで、発電セル１２毎に冷却を行う構造（後述する）や、上述したように、隣接する第１単位セル及び第２単位セルの組み合わせ毎に冷却を行う構造（いわゆる間引き冷却構造）を構成することができる。
【０１４７】
次に、第２の実施の形態に係る燃料電池（以下、第２燃料電池１０Ｂと記す）について図１８〜図２１を参照しながら説明する。図１８は、図２（第１燃料電池１０Ａ）に対応して示す分解斜視図であり、図１９は、図１２（第１燃料電池１０Ａ）に対応して示す模式図であり、図２０は、図１３（第１燃料電池１０Ａ）に対応して示すセパレータの面内の電位プロファイルを示す説明図であり、図２１は、図１６（第１燃料電池１０Ａ）に対応して示すセパレータの面内の電位プロファイルを示す説明図である。
【０１４８】
この第２燃料電池１０Ｂは、上述した第１燃料電池１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、図１８及び図１９に示すように、第１セル電圧端子１２０及び第２セル電圧端子１２２の設置が逆になっており、各第１セパレータ２４Ａの第１セパレータ部材２８ａ（又は第２セパレータ部材２８ｂ）のうち、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂの付近にそれぞれ第２セル電圧端子１２２を設け（第１セル電圧端子１２０は設けない）、各第２セパレータ２４Ｂのうち、酸化剤ガス入口連通孔３６ａの付近に第１セル電圧端子１２０を設ける（第２セル電圧端子１２２は設けない）。
【０１４９】
すなわち、第１発電セル１２Ａにおいて、第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａ（又は第２セパレータ部材２８ｂ）の酸化剤ガス出口連通孔３６ｂの付近に設けられた第２セル電圧端子１２２は、酸化剤ガス流路の出口付近に位置し、第２セパレータ２４Ｂの酸化剤ガス入口連通孔３６ａの付近に設けられた第１セル電圧端子１２０は、酸化剤ガス流路の入口付近に位置する。同様に、第２発電セル１２Ｂにおいて、第１セパレータ部材２８ａ（又は第２セパレータ部材２８ｂ）の酸化剤ガス出口連通孔３６ｂの付近に設けられた第２セル電圧端子１２２は、酸化剤ガス流路の出口付近に位置し、第２セパレータ２４Ｂの酸化剤ガス入口連通孔３６ａの付近に設けられた第１セル電圧端子１２０は、酸化剤ガス流路の入口付近に位置する。
【０１５０】
この第２燃料電池１０Ｂにおいても、図７Ａ〜図１０Ｃに示す形態と同様に第１セル電圧端子１２０及び第２セル電圧端子１２２を設けるようにしてもよい。
【０１５１】
監視制御部１６は、上述した第１燃料電池１０Ａにおける第１形態に係る監視制御部１６や、第２形態に係る監視制御部１６を用いることができる。
【０１５２】
第１形態に係る監視制御部１６を用いた場合、電圧検出部１２８は、第１セル電圧端子１２０と第２セル電圧端子１２２間の電圧（セル電圧値Ｖ）を検出する。すなわち、図１９及び図２０の例では、第１発電セル１２Ａ１のセル電圧値Ｖ１（１）を、第２セル電圧端子１２２１と第１セル電圧端子１２０１間の電圧｜Ｖｂ１−Ｖａ１｜を測定することにより検出し、第２発電セル１２Ｂ１のセル電圧値Ｖ２（１）を、第１セル電圧端子１２０１と第２セル電圧端子１２２２間の電圧｜Ｖａ１−Ｖｂ２｜を測定することにより検出し、同様に、第１発電セル１２Ａｎのセル電圧値Ｖ１（ｎ）を、第２セル電圧端子１２２ｎと第１セル電圧端子１２０ｎ間の電圧｜Ｖｂｎ−Ｖａｎ｜を測定することにより検出し、第２発電セル１２Ｂｎのセル電圧値Ｖ２（ｎ）を、第１セル電圧端子１２０ｎと第２セル電圧端子１２２ｎ＋１間の電圧｜Ｖｂｎ−Ｖａｎ＋１｜を測定することにより検出する。
【０１５３】
特に、第２燃料電池１０Ｂでは、第１セル電圧端子１２０を第２セパレータ２４Ｂにおける酸化剤ガス入口連通孔３６ａ付近の第１コーナー部Ｃ１に設け、第２セル電圧端子１２２を第１セパレータ２４Ａにおける第１セパレータ部材２８ａの酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ付近の第２コーナー部Ｃ２に設けるようにしているため、ある特定のセパレータにおいて、電流集中が起きると、図２０に示すように、特定のセパレータと、それに隣接するセパレータの各電位プロファイルが平坦でなくなり、ある傾きを持つこととなるが、この傾きによる電位変化が第２セル電圧端子１２２の電位に反映することになる。つまり、電流集中が発生した特定のセパレータと、それに隣接するセパレータの各電位プロファイルの傾きが、特定のセパレータに隣接する発電セルのセル電圧に反映することとなる。
【０１５４】
例えば図１９において、第１発電セル１２Ａ２のセパレータにおいて電流集中が発生した場合、第１発電セル１２Ａ２のセル電圧値Ｖ１（２）が極端に低下し、上流側に隣接する第２発電セル１２Ｂ１のセル電圧値Ｖ２（１）がそれに伴って極端に増加することとなる。
【０１５５】
このことから、予め電流集中が発生しないセル電圧の許容範囲を設定しておけば、検出したセル電圧が許容範囲から逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。
【０１５６】
一方、第２形態に係る監視制御部１６を用いた場合、電圧差検出部１３２は、隣接する２つの発電セル１２における各一対のセル電圧端子１２０及び１２２間の電圧の差ｄＶを検出する。具体的には、例えば図２１に示すように、第１セル電圧端子１２０１と第２セル電圧端子１２２１間のセル電圧値Ｖ１（１）と、第２セル電圧端子１２２２と第１セル電圧端子１２０１間のセル電圧値Ｖ２（１）との差をとることにより、第１発電セル１２Ａ１−第２発電セル１２Ｂ１間の電圧差（絶対値）｜ｄＶ１１｜を検出し、第２セル電圧端子１２２２と第１セル電圧端子１２０１間のセル電圧値Ｖ２（１）と、第１セル電圧端子１２０２と第２セル電圧端子１２２２間のセル電圧値Ｖ１（２）との差をとることにより、第１発電セル１２Ａ２−第２発電セル１２Ｂ１間の電圧差｜ｄＶ１２｜を検出し、同様に、第２セル電圧端子１２２ｎと第１セル電圧端子１２０ｎ−１間のセル電圧値Ｖ２（ｎ−１）と、第１セル電圧端子１２０ｎと第２セル電圧端子１２２ｎ間のセル電圧値Ｖ１（ｎ）との差をとることにより、第２発電セル１２Ｂｎ−１−第１発電セル１２Ａｎ間の電圧差｜ｄＶｎ−１ｎ｜を検出し、第１セル電圧端子１２０ｎと第２セル電圧端子１２２ｎ間のセル電圧値Ｖ１（ｎ）と、第２セル電圧端子１２２ｎ＋１と第１セル電圧端子１２０ｎ間のセル電圧値Ｖ２（ｎ）との差をとることにより、第１発電セル１２Ａｎ−第２発電セル１２Ｂｎ間の電圧差｜ｄＶｎｎ｜を検出する。
【０１５７】
そして、例えば図２１に示すように、例えば第１発電セル１２Ａ２のセパレータにおいて電流集中が発生した場合、第１発電セル１２Ａ２のセル電圧値Ｖ１（２）が極端に低下し、上流側に隣接する第２発電セル１２Ｂ１のセル電圧値Ｖ２（１）がそれに伴って極端に増加することとなる。これにより、第２発電セル１２Ｂ１のセル電圧値Ｖ２（１）と第１発電セル１２Ａ２のセル電圧値Ｖ１（２）との電圧差｜ｄＶ１２｜は、正常の場合と比して大幅に増加することとなる。
【０１５８】
このことから、予め電流集中が発生しない電圧差（絶対値）の例えば上限値をしきい値Ｖｔｈとして設定しておけば、検出した電圧差（絶対値）がしきい値Ｖｔｈから逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。
【０１５９】
なお、第１形態及び第２形態に係る監視制御部１６の構成並びに第１形態及び第２形態に係る運転制御の処理動作は、第１燃料電池１０Ａと同じであるため、重複説明を省略する。
【０１６０】
このように、第２燃料電池１０Ｂにおいても、上述した第１燃料電池１０Ａと同様に、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池の劣化を防ぐ運転状態を維持させることが可能になると共に、耐久性の向上を図ることができる。
【０１６１】
次に、第３の実施の形態に係る燃料電池（以下、第３燃料電池１０Ｃと記す）について図２２を参照しながら説明する。
【０１６２】
この第３燃料電池１０Ｃは、上述した第１燃料電池１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、燃料電池スタック１４の構成、特に、第１セル電圧端子１２０及び第２セル電圧端子１２２を多く設けた点で異なる。
【０１６３】
すなわち、図２２に示すように、各第１セパレータ２４Ａの第１セパレータ部材２８ａ（又は第２セパレータ部材２８ｂ）及び第２セパレータ２４Ｂにおける酸化剤ガス入口連通孔３６ａの付近にそれぞれ第１セル電圧端子１２０を設け、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂの付近にそれぞれ第２セル電圧端子１２２を設ける。つまり、第１燃料電池１０Ａの端子配置と第２燃料電池１０Ｂの端子配置とを組み合わせた端子配置となっている。
【０１６４】
従って、この第３燃料電池１０Ｃが搭載される機器の仕様等に応じて、第１燃料電池１０Ａとして用いるか、第２燃料電池１０Ｂとして用いるかを適宜選択することができる。
【０１６５】
次に、第４の実施の形態に係る燃料電池（以下、第４燃料電池１０Ｄと記す）について図２３を参照しながら説明する。
【０１６６】
この第４燃料電池１０Ｄは、上述した第１燃料電池１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、第２セパレータ２４Ｂに代えて、第１セパレータ２４Ａを有する点で異なり、発電セル１２毎に冷却を行う構造となっている。
【０１６７】
そして、この第４燃料電池１０Ｄでは、図２３に示すように、第１発電セル１２Ａを構成する一対の第１セパレータ２４Ａで見た場合は、プラス端子側に位置する第１セパレータ２４Ａの第１セパレータ部材２８ａ（又は第２セパレータ部材２８ｂ）の酸化剤ガス入口連通孔３６ａの付近にそれぞれ第１セル電圧端子１２０を設け、マイナス端子側に位置する第１セパレータ２４Ａの第１セパレータ部材２８ａ（又は第２セパレータ部材２８ｂ）の酸化剤ガス出口連通孔３６ｂの付近にそれぞれ第２セル電圧端子１２２を設ける。
【０１６８】
第２発電セル１２Ｂを構成する一対の第１セパレータ２４Ａで見た場合は、マイナス端子側に位置する第１セパレータ２４Ａの第１セパレータ部材２８ａ（又は第２セパレータ部材２８ｂ）の酸化剤ガス入口連通孔３６ａの付近にそれぞれ第１セル電圧端子１２０を設け、プラス端子側に位置する第１セパレータ２４Ａの第１セパレータ部材２８ａ（又は第２セパレータ部材２８ｂ）の酸化剤ガス出口連通孔３６ｂの付近にそれぞれ第２セル電圧端子１２２を設ける。
【０１６９】
この第４燃料電池１０Ｄにおいても、図７Ａ〜図１０Ｃに示す形態と同様の形態で第１セル電圧端子１２０及び第２セル電圧端子１２２を設けるようにしてもよい。
【０１７０】
監視制御部１６は、上述した第１燃料電池１０Ａにおける第１形態に係る監視制御部１６や、第２形態に係る監視制御部１６を用いることができる。
【０１７１】
すなわち、第１形態に係る監視制御部１６を用いた場合、電圧検出部１２８は、第１セル電圧端子１２０と第２セル電圧端子１２２間の電圧（セル電圧値Ｖ）を検出する。そして、第１燃料電池１０Ａと同様に、予め電流集中が発生しないセル電圧値Ｖの許容範囲を設定しておけば、検出したセル電圧値Ｖが許容範囲から逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。
【０１７２】
また、第２形態に係る監視制御部１６を用いた場合、電圧差検出部１３２は、隣接する２つの発電セル１２における各一対のセル電圧端子１２０及び１２２間の電圧の差（電圧差｜ｄＶ｜）を検出する。そして、予め電流集中が発生しない電圧差｜ｄＶ｜の例えば上限値をしきい値Ｖｔｈとして設定しておけば、検出した電圧差｜ｄＶ｜がしきい値Ｖｔｈから逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。
【０１７３】
従って、この第４燃料電池１０Ｄにおいても、上述した第１燃料電池１０Ａと同様に、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池の劣化を防ぐ運転状態を維持させることが可能になると共に、耐久性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【０１７４】
１０Ａ〜１０Ｄ…第１燃料電池〜第４燃料電池
１２…発電セル                            １２Ａ…第１発電セル
１２Ｂ…第２発電セル                      １４…燃料電池スタック
１６…監視制御部                          ２２ｍ…マイナス端子
２２ｐ…プラス端子                        ２４Ａ…第１セパレータ
２４Ｂ…第２セパレータ
２６ａ…第１電解質膜・電極構造体
２６ｂ…第２電解質膜・電極構造体
２８ａ…第１セパレータ部材                ２８ｂ…第２セパレータ部材
３０…固体高分子電解質膜                  ３２…アノード側電極
３４…カソード側電極                      ３６ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔              ３８ａ…燃料ガス入口連通孔
３８ｂ…燃料ガス出口連通孔                ４０ａ…冷却媒体入口連通孔
４０ｂ…冷却媒体出口連通孔                ４４…第１燃料ガス流路
５２…冷却媒体流路                        ５６…第１酸化剤ガス流路
６４…第２燃料ガス流路                    ７４…第２酸化剤ガス流路
１２０…第１セル電圧端子                  １２２…第２セル電圧端子
１２４、１２６…切欠き                    １２８…電圧検出部
１３０Ａ…第１運転制御部                  １３０Ｂ…第２運転制御部
１３２…電圧差検出部                      １３４Ａ…第１比較部
１３４Ｂ…第２比較部                      １３４Ｃ…第３比較部
１３４Ｄ…第４比較部
１３６Ａ…第１カソードストイキ制御部
１３６Ｂ…第２カソードストイキ制御部
１３８Ａ…第１負荷低減制御部              １３８Ｂ…第２負荷低減制御部
１４０…酸化剤ガス供給系
【図１】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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