(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの温度を正確に制御する燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素流路１０を有するアノードセパレータ６と、空気流路１１を有するカソードセパレータ７と、冷媒流路を有する冷媒セパレータ８を備えた燃料電池スタック有する燃料電池スタックにおいて、冷媒流路を空気流路１１を流れる空気の流れ方向に交差する方向に仕切部２７、２８によって分割し、分割した第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０にそれぞれ冷媒を環流させ、冷媒の流量を流量制御弁６２、７２、８２によって制御する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有する酸化剤ガスセパレータと、
燃料ガスが流れる燃料ガス流路を有する燃料ガスセパレータと、
前記酸化剤ガスセパレータと前記燃料ガスセパレータとに挟持された電解質膜と、
前記酸化剤ガスセパレータと前記燃料ガスセパレータと前記電解質膜から構成された単位セルを冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路を有する冷却媒体セパレータと、を備えた燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、
前記酸化剤ガス流路を流れる前記酸化剤ガスの流れ方向に対して交差する方向に前記冷却媒体流路を複数に分割する分割手段と、
前記分割手段によって分割した複数の冷却媒体流路に前記冷却媒体をそれぞれ環流させる冷却媒体環流手段と、
前記分割した複数の冷却媒体流路を流れる冷却媒体の流量を制御する冷却媒体流量制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記単位セルの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記冷却媒体流量制御手段は、前記温度検出手段で検出された前記単位セルの温度に基づいて前記分割した複数の冷却媒体流路を流れる冷却媒体の流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記温度検出手段は、前記分割した冷却媒体流路の上流と下流にそれぞれ設けられ、環流する前記冷却媒体の温度を検出し、
前記冷却媒体流量制御手段は、前記温度差に基づいて前記分割した複数の冷却媒体流路を流れる冷却媒体の流量を制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記酸化剤ガスの湿度を検出する湿度検出手段を備え、
前記冷却媒体流量制御手段は、前記湿度検出手段で検出された前記酸化剤ガスの湿度に基づいて前記分割した複数の冷却媒体流路を流れる冷却媒体の流量を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記冷却媒体流量制御手段は、
前記酸化剤ガスの湿度が高い場合には前記分割した複数の冷却媒体流路の中で前記酸化剤ガス流路の下流側に位置する前記冷却媒体流路の温度を高くし、
前記酸化剤ガスの湿度が低い場合には前記分割した複数の冷却媒体流路の中で前記酸化剤ガス流路の上流側に位置する前記冷却媒体流路の温度を低くすることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記冷却媒体環流手段を複数設け、
前記分割した複数の冷却媒体流路に、それぞれ異なる冷却媒体環流手段によって前記冷却媒体を環流することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料の供給と燃焼性生物の排出とを連続的に行い、燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変化する装置であり、発電効率の高さ、大気汚染物質の少なさ、騒音の少なさ等を特徴としている。
【０００３】
燃料電池の発電単位となる単位セルは、電解質の両面にガス拡散電極を接合し、その両面にガス流路を備えたセパレータで狭持した構造をとる。燃料電池の発電原理は、このような構造を有する単電池の一方のガス拡散電極（燃料極）側に燃料ガス、例えば水素を、他方のガス拡散電極（酸素極）側に酸化剤ガス、例えば空気を流すことにより、燃料を酸化させ、その際の自由エネルギーの変化を単電池の両端に配したセパレータを介して、電気エネルギーとして取り出すものである。
【０００４】
このような燃料電池の出力とセル温度には密接な関係があり、最大出力を得るには単位セルのセル温度を最適に維持する必要があることはよく知られている。
【０００５】
例えば、燃料ガスとして純水素ではなく改質ガスを用いる固体高分子型燃料電池の場合、セル温度が低すぎると、ガス拡散電極中の電極触媒が改質ガス中の一酸化炭素により被毒され、発電性能が低下する。また、セル温度が固体高分子電解質膜に含まれる加湿水の沸点以上の温度になると、水蒸気挙動が変化し、発電性能が低下する。また、セル温度が固体高分子電解質膜のガラス転移点以上の温度になると、電解質膜が変成し、発電性能が低下する。さらに、単位セル内において、酸化剤ガスの出口側の温度が入口側に対して高くなる現象が確認されており、単位セル内においても温度のばらつきが生じていることがよく知られている。
【０００６】
そのため燃料電池では各単位セルを最適温度に維持する必要があり、その温度維持方法として、燃料ガス/酸化剤ガス流路に平行な冷却面を設け、そこに冷媒（冷却媒体）を流通させ、セパレータを介して冷却する方法がよく用いられている。
【０００７】
従来、燃料電池の構成では、燃料ガス及び酸化剤ガスを重力方向に沿って供給し、冷媒をその反対方向から流通させることで、単位セル内に生じる温度勾配を均一化したものが特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平８−３０６３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の発明では、高加湿雰囲気においては、温度を下げ過ぎることによって水の凝縮結露が引き起こされ、そのため燃料ガス供給流路あるいは酸化剤ガス供給流路を凝縮水によって閉塞状態、いわゆるフラッディングを生じ、燃料電池の性能を低下させる恐れがある。また、それを避けようとすると、セル温度を所望の温度まで下げることができなくなる恐れがある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、単位セルによる燃料ガス供給流路あるいは酸化剤ガス供給流路における閉塞状態を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有する酸化剤ガスセパレータと、燃料ガスが流れる燃料ガス流路を有する燃料ガスセパレータと、酸化剤ガスセパレータと燃料ガスセパレータとに挟持された電解質膜と、酸化剤ガスセパレータと燃料ガスセパレータと電解質膜から構成された単位セルを冷却する冷却媒体が流れる冷却媒体流路を有する冷却媒体セパレータと、を備えた燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスの流れ方向に対して交差する方向に冷却媒体流路を分割する分割手段と、分割手段によって分割した複数の冷却媒体流路に冷却媒体をそれぞれ環流させる冷却媒体環流手段と、分割した複数の冷却媒体流路を流れる冷却媒体の流量を制御する冷却媒体流量制御手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、単位セルにおいて冷却媒体が流れる冷却媒体流路を複数に分割し、それぞれの冷却媒体流路に流れる冷却媒体の流量を制御することで、単位セルの温度分布を制御することができる。これによって例えば酸化剤ガス流路の下流でフラッディングが生じる可能性がある場合には、酸化剤ガス下流付近の冷却媒体の流量を少なくすることで、酸化剤ガス下流付近の温度を高くし、フラッディングを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第１実施形態で用いる燃料電池スタックを構成する単位セル１について図１の概略構成図を用いて説明する。燃料電池スタックは単位セル１を例えば１００〜２００枚積層したスタックの両側から単位セル１の積層方向に図示しないエンドプレート加圧し、ボルトなどによって締結して構成される。
【００１３】
単位セル１は、電解質膜２と、電解質膜２を挟持するアノード触媒層３ａとカソード触媒層３ｂと、アノード触媒層３ａとカソード触媒層３ｂの外側に設けたアノードガス拡散層４ａとカソードガス拡散層４ｂから構成される膜電極複合体５（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｏｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を備える。また、アノード拡散層４ａの外側に設けられたアノードセパレータ（燃料ガスセパレータ）６と、カソード拡散層４ｂの外側に設けられたカソードセパレータ（酸化剤ガスセパレータ）７を備える。また、カソードセパレータ７の外側に冷媒セパレータ（冷却媒体セパレータ）８を備える。さらにＭＥＡ５から水素または空気がリークしないようにエッジシール９を備える。
【００１４】
アノードセパレータ６は、アノードガス拡散層４ａに水素（燃料ガス）を拡散するための水素流路（燃料ガス流路）１０を備え、カソードセパレータ７は、カソードガス拡散層４ｂに空気（酸化剤ガス）を拡散するための空気流路（酸化剤ガス流路）１１を備える。水素流路１０と空気流路１１は直線状の流路であり、水素流路１０と空気流路１１は平行となるように配設され、単位セル１においては水素流路１０を流れる水素と空気流路１１を流れる空気の流れは逆方向となる。なお、水素流路１０と空気流路１１が交差するように設けても良い。
【００１５】
冷媒セパレータ８について図２を用いて詳しく説明する。図２は冷媒セパレータ８をカソードセパレータ７から見た正面図の概略構成図である。冷媒セパレータ８は、３つの冷却部を備えており、以下において、第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０とする。また、アノードセパレータ６に水素を導入する水素導入マニホールド１２と、単位セル１において発電反応で使用されなかった水素を単位セル１から排出する水素排出マニホールド１３と、カソードセパレータ７に空気を導入する空気導入マニホールド１４と、単位セル１において発電反応で使用されなかった空気を排出する空気排出マニホールド１５と、を備える。なお、この実施形態では冷却部を３つ設けたが、これに限られることはない。
【００１６】
第１冷却部２０は、冷媒（冷却媒体）が流れる第１冷媒流路２１と、第１冷媒流路２１に冷媒を導入する第１冷媒導入マニホールド２２と、第１冷媒流路２１を流れた冷媒を単位セル１から排出する第１冷媒排出マニホールド２３と、第１冷媒導入マニホールド２２と第１冷媒流路２１を連結する第１連結部２４と、第１冷媒流路２１と第１冷媒排出マニホールド２３を連結する第１連結部２５を備える。この実施形態では冷媒としては冷却水を用いるが、冷媒としては、冷却水に限られることはない。
【００１７】
第１冷媒流路２１は、直線形状の流路であり、直線形状の空気流路１１と平行となるように形成される。
【００１８】
第１冷媒導入マニホールド２２は、冷媒セパレータ８において冷媒の長手方向、つまり冷媒、空気の流れ方向の一方の端部に設けられ、第１冷媒排出マニホールド２３は、冷媒セパレータ８の長手方向に対して交差する方向の端部に設けられる。
【００１９】
第２冷却部３０は、冷媒が流れる第２冷媒流路３１と、第２冷媒流路３１に冷媒を導入する第２冷媒導入マニホールド３２と、第２冷媒流路３１を流れた冷媒を単位セル１から排出する第２冷媒排出マニホールド３３と、第２冷媒導入マニホールド３２と第２冷媒流路３１を連結する第２連結部３４と、第２冷媒流路３１と第２冷媒排出マニホールド３３を連結する第２連結部３５を備える。
【００２０】
第２冷媒流路３１は、直線形状の流路であり、直線形状の空気流路１１と平行となるように形成される。
【００２１】
第２冷媒導入マニホールド３２は、冷媒セパレータ８の長手方向に対して交差する方向の端部に設けられ、第２冷媒排出マニホールド３３は、冷媒セパレータ８の長手方向に対して交差する方向の端部に設けられる。なお、第２冷媒導入マニホールド３２は第１冷媒排出マニホールド２３と同じ側の端部に設けられ、第２冷媒排出マニホールド３３は第２冷媒導入マニホールド３２とは反対側の端部に設けられる。
【００２２】
第２連結部３５と第１連結部２５は、冷媒セパレータ８の長手方向において同一付近に設けられ、仕切部２７（分割手段）によって第２連結部３５と第１連結部２５を流れる冷媒が混じらないようになっており、仕切部２７を挟んで、第１連結部２５と第２連結部３５を流れる冷媒の流れ方向は逆方向となる。すなわち仕切部２７によって第１冷却部２０と第２冷却部３０は分離される。
【００２３】
第３冷却部４０は、冷媒が流れる第３冷媒流路４１と、第３冷媒流路４１に冷媒を導入する第３冷媒導入マニホールド４２と、第３冷媒流路４１を流れた冷媒を単位セル１から排出する第３冷媒排出マニホールド４３と、第３冷媒導入マニホールド４２と第３冷媒流路４１を連結する第３連結部４４と、第３冷媒流路４１と第３冷媒排出マニホールド４３を連結する第３連結部４５を備える。
【００２４】
第３冷媒流路４１は、直線形状の流路であり、直線形状の空気流路１１と平行となるように形成される。つまり、第１冷媒流路２１と第２冷媒流路３１と第３冷媒流路４１は空気流路１１と平行であり、さらに第１冷媒流路２１と第２冷媒流路３１と第３冷媒流路４１もまた互いに平行である。
【００２５】
第３冷媒導入マニホールド４２は、冷媒セパレータ８において長手方向の第１冷媒導入マニホールド２２とは反対側の端部に設けられ、第３冷媒排出マニホールド４３は、冷媒セパレータ８の長手方向に対して交差する方向の端部に設けられる。第３冷媒排出マニホールド４３は、第２冷媒排出マニホールド３３と同じ端部に設けられ、つまり第２冷媒導入マニホールド３２とは反対側の端部に設けられる。
【００２６】
第３連結部４５と第２連結部２４は、冷媒セパレータ８の長手方向において同一付近に設けられ、仕切部２８（分割手段）によって第３連結部４５と第２連結部２４を流れる冷媒が混じらないようになっており、仕切部２８を挟んで、第３連結部４５と第２連結部２４を流れる冷媒の流れ方向は同一方向となる。すなわち仕切部２８によって第２冷却部３０と第３冷却部４０は分離される。
【００２７】
以上の構成によって、冷媒セパレータ８を仕切部２７、２８で第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０の３つに分割し、第１冷却流路にそれぞれ異なる冷媒導入マニホールド（２２、３２、４２）から冷媒を導入し、冷媒排出マニホールド（２３、３、４３）から排出することで第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０の温度をそれぞれ独立して制御することができる。
【００２８】
なお、第１冷媒流路２１、第２冷媒流路３１、第３冷媒流路４１を流れる冷媒の流れ方向、つまり第１冷媒流路２１、第２冷媒流路３１、第３冷媒流路４１の形状、または冷媒導入マニホールド（２２、３２、４２）、冷媒排出マニホールド（２３、３３、４３）の位置については、この実施形態以外でもよく、単位セル１で必要な温度分布に応じて、特に空気流路１１の温度分布に応じて変更しても良い。
【００２９】
次に単位セル１を積層して構成される燃料電池スタックを用いた燃料電池システムについて図３の概略図を用いて説明する。なお、図３においては、説明のため燃料電池スタックについては冷媒セパレータ８のみを記載する。
【００３０】
この実施形態では、冷媒セパレータ８に供給する冷媒の温度を調整するラジエータ５０と、冷媒を循環させるポンプ５１と、第１冷却部２０へ冷媒を環流させる第１冷媒経路５２と、第２冷却部３０へ冷媒を環流させる第２冷媒経路５３と、第３冷却部４０へ冷媒を環流させる第３冷媒経路５４と、を備える。第１冷却経路５２と第２冷却流路５３と第３冷却経路５４は、ラジエータ５０の上流において一つの経路となり、ポンプ５１の下流において分岐する。また、燃料電池スタックに水素を供給する水素ボンベ５５と、空気を供給するコンプレッサ５６を備える。
【００３１】
第１冷媒経路５２は、ラジエータ５０によって温度を調整された冷媒を第１冷媒導入マニホールド２２に供給する第１冷媒供給路６０と、第１冷媒排出マニホールド２３から冷媒を排出する第１冷媒排出路６１を備える。また、第１冷媒供給路６０には第１冷却流路２１へ供給する冷媒の流量を制御する流量制御弁（冷却媒体流量制御手段）６２を備える（ポンプ５１と第１冷媒経路５２が冷却媒体環流手段を構成する）。
【００３２】
第２冷媒経路５３は、ラジエータ５０によって温度を調整された冷媒を第２冷媒導入マニホールド３２に供給する第２冷媒供給路７０と、第２冷媒排出マニホールド３３から冷媒を排出する第２冷媒排出路７１を備える。また、第２冷媒供給路７０には第２冷却流路３１へ供給する冷媒の流量を制御する流量制御弁（冷却媒体流量制御手段）７２を備える（ポンプ５１と第２冷媒経路５３が冷却媒体環流手段を構成する）。
【００３３】
第３冷媒経路５４は、ラジエータ５０によって温度を調整された冷媒を第３冷媒導入マニホールド４２に供給する第３冷媒供給路８０と、第３冷媒排出マニホールド４３から冷媒を排出する第３冷媒排出路８１を備える。また、第３冷媒供給路８０には第３冷却流路４１へ供給する冷媒の流量を制御する流量制御弁（冷却媒体流量制御手段）８２を備える（ポンプ５１と第３冷媒経路５４が冷却媒体環流手段を構成する）。
【００３４】
また、流量制御弁６２、７２、８２の開度を制御することで第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０を環流する冷媒の流量を制御するコントローラ１００を備える。
【００３５】
流量制御弁６２、７２、８２の開度は、燃料電池スタックの出力や外気温などを検出し、その結果に応じて予め設定されたマップに基づいて制御される。また、ポンプ５１によって環流する冷媒の全流量が制御される。
【００３６】
燃料電池スタックでは、空気流路１１の下流となるに従って発電反応によって生成された生成水によって空気流路１１を塞ぐ、フラッディングが生じ易くなるが、このような場合に空気流路１１の下流、つまり第３冷却部４０を流れる冷媒の流量が少なくなるように流量制御弁８２を制御することで、空気流路１１の温度を高くし、空気流路１１の下流におけるフラッディングを抑制する。また、燃料電池スタックの中心部は端部に比べて外部の温度の影響を受け難いので、運転時には中心部は比較的高温となり易い。そのため例えば流量制御弁７２の開度を他の流量制御弁６２、８２よりも、大きくし第２冷却部３０へ流れる冷媒の流量を多くすることで、燃料電池スタックの温度を均一にすることができる。
【００３７】
なお、冷媒を一時的に蓄える冷媒タンクを設けても良い。
【００３８】
本発明の第１実施形態の効果について説明する。
【００３９】
この実施形態では、燃料電池スタックを冷却するための冷媒が流れる冷媒セパレータ８において、それぞれ独立した第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０を備える。そして、第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０にそれぞれ冷媒を環流させる第１冷媒経路５２、第２冷媒経路５３、第１冷媒経路５４を備え、流量制御弁６２、７２、８２によって冷媒の流量を制御し、第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０の温度を制御することができる。そのため水素流路１０、空気流路１１の温度を正確に制御することができ、水素流路１０、空気流路１１におけるフラッディングや電解質膜２の乾燥などを正確に抑制することができる。例えば空気流路１１の下流において、生成水によるフラッディングが生じる場合には、第３冷却部４０の温度を高くすることで、空気流路１１の下流でのフラッディングを抑制することができる。
【００４０】
また、燃料電池スタックの温度分布に応じて第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０への冷媒流量を制御することで、燃料電池スタックの温度を均一にすることができ、燃料電池スタックの発電効率を向上することができる。
【００４１】
次に本発明の第２実形態の燃料電池システムについて図４の概略図を用いて説明する。この実施形態は第１実施形態に加えて、第１冷媒経路５２において、第１冷却部２０の上流と下流に温度センサ（温度検出手段）９０、９１を備え、第２冷媒経路５３において、第２冷却部３０の上流と下流に温度センサ（温度検出手段）９２、９３を備え、第３冷媒経路５４において、第３冷却部４０の上流と下流に温度センサ（温度検出手段）９４、９５を備える。その他の構成については第１実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。
【００４２】
この実施形態では、第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０のそれぞれ上流と下流の冷媒の温度を検出し、検出した温度、またはそれぞれの上流と下流の温度差に基づいて流量制御弁６２、７２、８２を制御することで第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０の温度を正確に制御することができる。
【００４３】
例えば、第３冷却部４０の上流側の温度センサ９４では冷媒の温度が設定された温度であるが、下流側の温度センサ９５では冷媒の温度が設定温度よりも高い場合には、第３冷却部４０による冷却能力が不足していると判断し、流量制御弁８２の開度を大きくし、第３冷却部４０への冷媒流量を増加させる。または、温度センサ９５と温度センサ９４との温度差が大きい場合には、冷媒の熱交換量が大きい、つまり燃料電池スタックの温度が高いので、冷媒流量を増加させる。
【００４４】
本発明の第２実施形態の効果について説明する。この実施形態では、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
【００４５】
この実施形態では、第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０のそれぞれ上流と下流に温度センサ９０、９１、９２、９３、９４、９５を備える。これによって第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０の冷却状態、つまり燃料電池スタックの温度分布を正確に検出することができ、燃料電池スタックの温度分布に応じて、素早く温度調整を行うことができる。これによって燃料電池スタックの温度をさらに均一にすることができ、燃料電池スタックの発電効率を更に向上することができる。
【００４６】
また、燃料電池スタックの温度を正確に検出するので、検出した温度に基づいてフラッディングや電解質膜２の乾燥を更に抑制することができる。
【００４７】
次に本発明の第３実形態の燃料電池システムについて図５の概略図を用いて説明する。この実施形態は第２実施形態に加えて、空気流路１１の上流と下流に湿度センサ（湿度検出手段）９６、９７を備える。その他の構成については第２実施形態と同じ構成なので、ここでの説明は省略する。この構成によって空気流路１１の湿度を正確検出することができる。
【００４８】
湿度センサ９６、９７によって空気流路１１を流れる空気の湿度を検出し、検出した湿度に応じて、流量制御弁６２、７２、８２を制御する。
【００４９】
例えば、湿度センサ９７の湿度が高い場合、つまり空気流路１１の下流の湿度が高い場合には、空気流路１１の下流でフラッディングが生じるので、流量制御弁８２の開度を小さくし、第３冷却部４０への冷媒流量を少なくする。これによって、空気流路１１の下流の温度を高くすることができ、フラッディングをより抑制することができる。
【００５０】
また、湿度センサ９６の湿度が低い場合には、空気が乾燥しており、電解質膜２が乾燥することで、電解質膜２の伝導性が低下し、燃料電池スタックの発電効率を低下させる恐れがあるが、この場合に流量制御弁６２の開度を大きくすることで、第１冷却部２０への冷媒流量を多くする。これによって、第１冷却部２０の湿度を高くすることができ、電解質膜２の乾燥を抑制することができる。
【００５１】
なお、湿度センサ９６、９７の代わりに露点センサを用いてもよい。
【００５２】
本発明の第３実施形態の効果について説明する。この実施形態では、第２実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
【００５３】
この実施形態では空気流路１１の上流と下流に湿度センサ９６、９７を備える。これによって、空気流路１１の湿度を検出し、その湿度に基づいて流量制御弁６２、７２、８２することで、第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０における冷却能力をそれぞれ制御し、空気流路１１の湿度を正確に制御することができる。そのため、空気流路１１におけるフラッディングを更に抑制することができ、また電解質膜２の乾燥を更に抑制することができる。
【００５４】
次に本発明の第４実形態の燃料電池システムについて図６の概略図を用いて説明する。この実施形態では、第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０を環流する第１冷媒経路１１０と、第２冷媒経路１１１と、第３冷媒経路１１２をそれぞれ独立して設ける。
【００５５】
第１冷媒経路１１０はラジエータ１１３と、ポンプ１１４を備え、第２冷媒経路１１１はラジエータ１１５と、ポンプ１１６備え、第３冷媒経路１１２はラジエータ１７と、ポンプ１１８を備える。その他の構成は第１実施形態と同じ構成であるので、ここでの説明は省略する。この構成によって第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０の温度制御をより正確に行うことができる。
【００５６】
本発明の第４実施形態の効果について説明する。この実施形態では、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
【００５７】
この実施形態では第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０を冷却するため第１冷媒経路１１０と、第２冷媒経路１１１と、第３冷媒経路１１２をそれぞれ個別に設ける。これによって第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０に独立した経路から冷媒を供給することができ、それぞれ冷媒の比熱の異なる、つまりラジエータ１１３、１１５、１１７によって冷媒の温度をそれぞれ設定することができ、第１冷却部２０、第２冷却部３０、第３冷却部４０の温度をより正確に制御することができる。
【００５８】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
冷媒によって燃料電池スタックを冷却する燃料電池システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の単位セルの概略構成図である。
【図２】本発明の冷媒セパレータの概略構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。
【図６】本発明の第４実施形態の燃料電池システムの概略構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
１      単位セル
２      電解質膜
６      アノードセパレータ（燃料ガスセパレータ）
７      カソードセパレータ（酸化剤ガスセパレータ）
８      冷媒セパレータ（冷却媒体セパレータ）
１０    水素流路（燃料ガス流路）
１１    空気流路（酸化剤ガス流路）
２０    第１冷却部
２７、２８    仕切部（分割手段）
３０    第２冷却部
４０    第３冷却部
５１、１１４、１１６、１１８  ポンプ
５２、１１０    第１冷媒経路
５３、１１１    第２冷媒経路
５４、１１２    第３冷媒経路
６２、７２、８２    流量制御弁（冷却媒体流量制御手段）
９０、９１、９２、９３、９４、９５    温度センサ（温度検出手段）
９６、９７    湿度センサ（湿度検出手段）
１００  コントローラ
【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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