(57)【要約】【課題】運転中の燃料電池における発電性能の低下を抑制する技術を提供する。【解決手段】燃料電池１００は、膜電極接合体５と、膜電極接合体５を狭持するアノードプレート２０およびカソードプレート３０とを備える。アノードプレート２０と電解質膜１との間には、水素のためのアノード流路が設けられ、カソードプレート３０と電解質膜１との間には、酸素のためのカソード流路が設けられている。アノード流路とカソード流路には、水素と酸素が、互いの流れ方向が対向し合うように供給される。燃料電池１００には、アノード流路の上流側部分に、アノード電極２側における電解質膜１の乾燥を促進させて、カソード流路の下流側部分からアノード流路の上流側部分へと、電解質膜１を介して移動する水分量を増大させるための乾燥促進機構が設けられている。【選択図】図１
2011018525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応を利用して発電する燃料電池であって、
電解質膜の両面にそれぞれアノード電極とカソード電極とが配置された発電領域を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を狭持するアノードセパレータおよびカソードセパレータと、
を備え、
前記アノードセパレータと前記電解質膜との間には、前記発電領域の第１の端部から、前記第１の端部に対向する第２の端部に向かって前記燃料ガスを流すためのアノード流路が設けられ、
前記カソードセパレータと前記電解質膜との間には、前記第１の端部から前記第２の端部に向かって前記酸化剤ガスを流すためのカソード流路が設けられ、
前記アノード流路のうちの前記第１の端部により近いアノード上流側部分に、前記アノード電極の側における前記電解質膜の乾燥を促進させて、前記カソード流路のうちの前記第１の端部により近いカソード下流側部分から前記アノード上流側部分へと、前記電解質膜を介して移動する水分量を増大させるための乾燥促進機構が設けられている、燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記アノード流路は、前記アノードセパレータの前記アノード電極側の面に設けられたアノード流路溝と、前記アノード流路溝と前記アノード電極との間に配置されたガス拡散層とを含み、
前記燃料電池は、前記発電領域の前記第１の端部側の外側の位置に設けられた燃料ガス供給マニホールドと、前記発電領域の前記第２の端部側の外側の位置に設けられた燃料ガス排出マニホールドとを有し、
前記アノード流路溝は、前記燃料ガス供給マニホールドと接続する供給側アノード流路溝と、前記燃料ガス排出マニホールドと接続する排出側アノード流路溝とを含み、
前記排出側アノード流路溝は、前記発電領域において、前記第１の端部側から前記第２の端部側へと延びる排出側発電領域流路溝を有し、
前記供給側アノード流路溝と前記排出側アノード流路溝との間には、前記供給側アノード流路溝と前記排出側アノード流路溝とを離隔するための流路溝隔壁が設けられており、
前記供給側アノード流路溝を流れる前記燃料ガスは、前記流路溝隔壁によって前記ガス拡散層内へと誘導され、前記ガス拡散層において加湿された上で、前記排出側アノード流路溝へと流れる、燃料電池。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池であって、
前記供給側アノード流路溝は、前記発電領域において、前記第１の端部側から前記第２の端部側へと延びる供給側発電領域流路溝を有し、
前記供給側発電領域流路溝と前記排出側発電領域流路溝とは、前記流路溝隔壁を挟んで、互いに併走するように設けられており、
前記供給側発電領域流路溝の流路断面積は、前記排出側発電領域流路溝の流路断面積より小さい、燃料電池。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池であって、
前記アノード流路は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の１／２の範囲内において上流側ほど燃料ガスの流速が増大するように構成されている、燃料電池。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池であって、
前記アノード流路は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の３／８の範囲内において上流側ほど燃料ガスの流速が増大するように構成されている、燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池であって、さらに、
前記アノードプレートの外側には、前記アノード流路に併走する冷媒流路が設けられており、
前記アノード上流側部分に隣接する前記冷媒流路内の前記アノードプレート側の流路壁面には、前記アノード流路から前記冷媒流路中の冷媒への熱の伝達を抑制するための熱伝達抑制部材が配置されている、燃料電池。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池であって、
前記熱伝達抑制部材は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の１／２の範囲内に設けられている、燃料電池。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池であって、
前記熱伝達抑制部材は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の３／８の範囲内に設けられている、燃料電池。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記アノード電極には、前記アノード流路の上流側における水の拡散係数が、前記アノード流路の下流側における水の拡散係数よりも高くなるように、水の拡散係数が異なる２以上の領域が設けられている、燃料電池。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池であって、
前記アノード電極は、第１のアノード領域と、水の拡散係数が前記第１のアノード領域より小さい第２のアノード領域とを有し、
前記第１のアノード領域は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の３／８の範囲内に設けられ、
前記第２のアノード領域は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の３／８の範囲より下流側の領域全体を含むように設けられている、燃料電池。
【請求項１１】
請求項１０記載の燃料電池であって、
前記第１のアノード領域は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の１／８ないし３／８の範囲に設けられており、
前記第２のアノード領域は、前記第１のアノード領域を除く領域に設けられている、燃料電池。
【請求項１２】
請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記水の拡散係数が異なる２以上の領域は、気孔率が異なる領域である、燃料電池。
【請求項１３】
請求項９ないし請求項１２のいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記アノード電極は、電解質と、発電反応を促進するための触媒が担持された触媒担持カーボンとを含み、
前記アノード電極における水の拡散係数は、前記アノード電極に含まれる前記電解質の質量に対する前記触媒担持カーボンの質量を変更することによって異なる値に設定されている、燃料電池。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載の燃料電池であって、さらに、
前記アノードプレートの外側には、前記アノード流路の上流側を加熱するための加熱部が設けられている、燃料電池。
【請求項１５】
請求項１４記載の燃料電池であって、
前記加熱部は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の１／２の範囲内において、前記アノード電極上の領域を加熱可能なように配置されている、燃料電池。
【請求項１６】
請求項１５記載の燃料電池であって、
前記加熱部は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の３／８の範囲内において、前記アノード電極上の領域を加熱可能なように配置されている、燃料電池。
【請求項１７】
燃料電池システムであって、
請求項１４ないし請求項１６のいずれか一項に記載の燃料電池と、
前記電解質膜の乾燥度に関連づけられた値を検出する乾燥度検出部と、
前記加熱部の駆動状態を制御する制御部と、
を備え、
前記燃料電池は、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとで狭持された前記膜電極接合体を有する複数の発電モジュールが積層された燃料電池スタックを含み、
前記加熱部は、第１と第２の面を有し、前記第１の面側を加熱するとともに前記第２の面側を冷却することができるペルチェ素子を含み、
前記加熱部は、前記複数の発電モジュールのそれぞれの間において、前記第１の面が前記アノードセパレータと対向するとともに、前記第２の面が前記カソードセパレータと対向するように配置され、
前記制御部は、前記乾燥度検出部の検出値が閾値以上の場合に、前記ペルチェ素子を駆動させて、前記複数の発電モジュールのそれぞれにおいて、前記アノード上流側部分における水分の気化を促進させるとともに、前記カソード下流側部分における水分の液化を促進させて、前記カソード下流側部分から前記アノード上流側部分へと前記電解質膜を介して移動する水分量を増大させる、燃料電池システム。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１６のいずれか一項に記載された燃料電池であって、
前記乾燥促進機構は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の１／２の範囲内に設けられている、燃料電池。
【請求項１９】
請求項１８記載の燃料電池であって、
前記乾燥促進機構は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の３／８の範囲内に設けられている、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、通常、電解質膜の両面に電極が配置された発電体である膜電極接合体を備えている。電解質膜としては湿潤状態で良好なイオン伝導性を示す膜が用いられる。そのため、燃料電池の運転の際には、燃料電池内部は適度な湿潤状態に保たれることが好ましい。一方、燃料電池内部に過剰な水分が存在する場合には、その水分によって反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）のための流路が閉塞されてしまう、いわゆるフラッディングが発生し、燃料電池の発電性能が著しく低下してしまう場合がある。そのため、燃料電池の発電性能の低下を抑制するためにも、燃料電池の排水性が向上されることが好ましい。これまで、こうした要求に対して種々の技術が提案されてきた（下記特許文献１等）。
【０００３】
ところで、燃料電池の運転中には、膜電極接合体の電極面に沿って反応ガスが流れ、電極面における反応ガスの下流側ほど、水分量が多くなる傾向にある。特に、発電反応によって水分が生成されるカソード電極側において、その傾向が強くなる。燃料電池内部における水分分布の不均一性が増大すると、燃料電池の一部領域において電解質膜の乾燥による発電不能に陥る、いわゆるドライアップや、上述したフラッディングが発生し、燃料電池の発電性能の低下が引き起こされる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−９７２４号公報
【特許文献２】特開２００８−１００１４４号公報
【特許文献３】特開２００８−２７００１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、運転中の燃料電池における発電性能の低下を抑制する技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応を利用して発電する燃料電池であって、電解質膜の両面にそれぞれアノード電極とカソード電極とが配置された発電領域を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を狭持するアノードセパレータおよびカソードセパレータと、
を備え、前記アノードセパレータと前記電解質膜との間には、前記発電領域の第１の端部から、前記第１の端部に対向する第２の端部に向かって前記燃料ガスを流すためのアノード流路が設けられ、前記カソードセパレータと前記電解質膜との間には、前記第１の端部から前記第２の端部に向かって前記酸化剤ガスを流すためのカソード流路が設けられ、前記アノード流路のうちの前記第１の端部により近いアノード上流側部分に、前記アノード電極の側における前記電解質膜の乾燥を促進させて、前記カソード流路のうちの前記第１の端部により近いカソード下流側部分から前記アノード上流側部分へと、前記電解質膜を介して移動する水分量を増大させるための乾燥促進機構が設けられている、燃料電池。
この燃料電池によれば、アノード上流側部分に設けられた乾燥促進機構によって、カソード下流側部分の水分をアノード上流側部分へと誘導することができ、カソード下流側部分におけるフラッディングの発生を抑制することができる。そのため、運転中における燃料電池の発電性能の低下を抑制できる。また、アノード電極側へ移動した水分がアノード流路の下流側へと誘導され、さらに、電解質膜を介して乾燥傾向にあるカソード流路の上流側へと移動することにより、膜電極接合体における水分布が改善されるため、燃料電池の発電性能が向上する。
【０００８】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池であって、前記アノード流路は、前記アノードセパレータの前記アノード電極側の面に設けられたアノード流路溝と、前記アノード流路溝と前記アノード電極との間に配置されたガス拡散層とを含み、前記燃料電池は、前記発電領域の前記第１の端部側の外側の位置に設けられた燃料ガス供給マニホールドと、前記発電領域の前記第２の端部側の外側の位置に設けられた燃料ガス排出マニホールドとを有し、前記アノード流路溝は、前記燃料ガス供給マニホールドと接続する供給側アノード流路溝と、前記燃料ガス排出マニホールドと接続する排出側アノード流路溝とを含み、前記排出側アノード流路溝は、前記発電領域において、前記第１の端部側から前記第２の端部側へと延びる排出側発電領域流路溝を有し、前記供給側アノード流路溝と前記排出側アノード流路溝との間には、前記供給側アノード流路溝と前記排出側アノード流路溝とを離隔するための流路溝隔壁が設けられており、前記供給側アノード流路溝を流れる前記燃料ガスは、前記流路溝隔壁によって前記ガス拡散層内へと誘導され、前記ガス拡散層において加湿された上で、前記排出側アノード流路溝へと流れる、燃料電池。
この燃料電池によれば、アノード上流側部分において、流路溝隔壁によって誘導され、供給側アノード流路溝からガス拡散層へと流入する燃料ガス量を増加させることができ、その燃料ガスによって、アノード電極側における電解質膜の乾燥を促進させることができる。また、排出側アノード流路溝が、排出側発電領域流路溝を有することにより、アノード流路における排水性が向上するため、よりアノード電極側における電解質膜の乾燥が促進される。従って、カソード下流側部分におけるフラッディングの発生を抑制することができ、運転中における燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。
【０００９】
［適用例３］
適用例２記載の燃料電池であって、前記供給側アノード流路溝は、前記発電領域において、前記第１の端部側から前記第２の端部側へと延びる供給側発電領域流路溝を有し、前記供給側発電領域流路溝と前記排出側発電領域流路溝とは、前記流路溝隔壁を挟んで、互いに併走するように設けられており、前記供給側発電領域流路溝の流路断面積は、前記排出側発電領域流路溝の流路断面積より小さい、燃料電池。
この燃料電池によれば、アノード上流側部分における燃料ガスの流速を増大させることができ、供給側アノード流路溝からガス拡散層へと流入する燃料ガス量を増加させることができる。従って、燃料ガスによるアノード電極側の電解質膜の乾燥を、より促進させることができ、カソード下流側部分におけるフラッディングの発生を抑制し、運転中における燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。
【００１０】
［適用例４］
適用例３記載の燃料電池であって、前記アノード流路は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の１／２の範囲内において上流側ほど燃料ガスの流速が増大するように構成されている、燃料電池。
燃料電池に無加湿の酸化剤ガスが供給される場合には、運転温度の上昇にともなって、カソードの下流側部分においてフラッディングが発生する可能性が高くなる。しかし、この燃料電池によれば、無加湿の酸化剤ガスが供給される場合であっても、フラッディングの発生を抑制することが可能である。
【００１１】
［適用例５］
適用例４記載の燃料電池であって、前記アノード流路は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の３／８の範囲内において上流側ほど燃料ガスの流速が増大するように構成されている、燃料電池。
この燃料電池によれば、無加湿の酸化剤ガスが供給される場合であっても、運転温度の上昇に伴うフラッディングの発生が、さらに抑制される。
【００１２】
［適用例６］
適用例１ないし適用例５のいずれか一つに記載の燃料電池であって、さらに、前記アノードプレートの外側には、前記アノード流路に併走する冷媒流路が設けられており、前記アノード上流側部分に隣接する前記冷媒流路内の前記アノードプレート側の流路壁面には、前記アノード流路から前記冷媒流路中の冷媒への熱の伝達を抑制するための熱伝達抑制部材が配置されている、燃料電池。
この燃料電池によれば、アノードの上流側部分における冷媒による冷却効果が抑制され、熱伝達抑制部材が乾燥促進機構として機能する。そのため、アノード上流側部分における電解質膜の乾燥が促進され、カソード下流側部分におけるフラッディングの発生が抑制される。
【００１３】
［適用例７］
適用例６記載の燃料電池であって、前記熱伝達抑制部材は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の１／２の範囲内に設けられている、燃料電池。
この燃料電池によれば、熱伝達抑制部材による冷却効果抑制によって、無加湿の酸化剤ガスが供給される場合に、特に、運転温度の上昇に伴うカソード下流側部分におけるフラッディングの発生が抑制される。
【００１４】
［適用例８］
適用例７記載の燃料電池であって、前記熱伝達抑制部材は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の３／８の範囲内に設けられている、燃料電池。
この範囲に熱伝達抑制部材を設けることにより、無加湿の酸化剤ガスが燃料電池に供給される場合にも、運転温度の上昇に伴うカソード下流側部分におけるフラッディングの発生がさらに抑制される。
【００１５】
［適用例９］
適用例１ないし適用例８のいずれか一つに記載の燃料電池であって、前記アノード電極には、前記アノード流路の上流側における水の拡散係数が、前記アノード流路の下流側における水の拡散係数よりも高くなるように、水の拡散係数が異なる２以上の領域が設けられている、燃料電池。
一般に、アノード流路において、水の拡散係数が高い領域ほど水分が蒸発しやすい。従って、アノード流路の上流側に水の拡散係数が比較的高いアノードの領域を設けることにより、この領域が乾燥促進機構として機能する。従って、カソードの酸素下流側におけるフラッディングの発生が抑制される。
【００１６】
［適用例１０］
適用例９記載の燃料電池であって、前記アノード電極は、第１のアノード領域と、水の拡散係数が前記第１のアノード領域より小さい第２のアノード領域とを有し、前記第１のアノード領域は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の３／８の範囲内に設けられ、前記第２のアノード領域は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の３／８の範囲より下流側の領域全体を含むように設けられている、燃料電池。
第１と第２のアノード領域を、上記の範囲で設けることにより、無加湿の酸化剤ガスが燃料電池に供給される場合に、特に、運転温度の上昇に伴うカソードの下流側部分におけるフラッディングの発生が抑制される。
【００１７】
［適用例１１］
適用例１０記載の燃料電池であって、前記第１のアノード領域は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の１／８ないし３／８の範囲に設けられており、前記第２のアノード領域は、前記第１のアノード領域を除く領域に設けられている、燃料電池。
第１と第２のアノード領域を、上記の範囲で設けることにより、無加湿の酸化剤ガスが燃料電池に供給される場合における、運転温度の上昇に伴うカソードの下流側部分におけるフラッディングの発生がさらに抑制される。
【００１８】
［適用例１２］
適用例９ないし適用例１１のいずれか一つに記載の燃料電池であって、前記水の拡散係数が異なる２以上の領域は、気孔率が異なる領域である、燃料電池。
この燃料電池によれば、アノード電極に水の拡散係数の異なる２以上の領域を容易に設けることが可能である。
【００１９】
［適用例１３］
適用例９ないし適用例１２のいずれか一つに記載の燃料電池であって、前記アノード電極は、電解質と、発電反応を促進するための触媒が担持された触媒担持カーボンとを含み、前記アノード電極における水の拡散係数は、前記アノード電極に含まれる前記電解質の質量に対する前記触媒担持カーボンの質量を変更することによって異なる値に設定されている、燃料電池。
この燃料電池によれば、アノード電極に、水の拡散係数の異なる２以上の領域を、さらに容易に設けることが可能である。
【００２０】
［適用例１４］
適用例１ないし適用例１３のいずれか一つに記載の燃料電池であって、さらに、前記アノードプレートの外側には、前記アノード流路の上流側を加熱するための加熱部が設けられている、燃料電池。
この燃料電池によれば、加熱部によって、アノードの上流側部分の乾燥を促進させることができ、カソードの下流側部分におけるフラッディングの発生を抑制できる。従って、運転中の燃料電池における発電性能の低下を抑制できる。
【００２１】
［適用例１５］
適用例１４記載の燃料電池であって、前記加熱部は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の１／２の範囲内において、前記アノード電極上の領域を加熱可能なように配置されている、燃料電池。
この燃料電池によれば、加熱部によって上記範囲のアノードの上流側部分を加熱することができるため、無加湿の酸化剤ガスが供給される場合に特に、運転温度の上昇に伴うフラッディングの発生を抑制することができる。
【００２２】
［適用例１６］
適用例１５記載の燃料電池であって、前記加熱部は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の３／８の範囲内において、前記アノード電極上の領域を加熱可能なように配置されている、燃料電池。
この燃料電池によれば、無加湿の酸化剤ガスが供給される場合における、運転温度の上昇に伴うフラッディングの発生を、さらに抑制することができる。
【００２３】
［適用例１７］
燃料電池システムであって、適用例１４ないし適用例１６のいずれか一つに記載の燃料電池と、前記電解質膜の乾燥度に関連づけられた値を検出する乾燥度検出部と、前記加熱部の駆動状態を制御する制御部とを備え、前記燃料電池は、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータとで狭持された前記膜電極接合体を有する複数の発電モジュールが積層された燃料電池スタックを含み、前記加熱部は、第１と第２の面を有し、前記第１の面側を加熱するとともに前記第２の面側を冷却することができるペルチェ素子を含み、前記加熱部は、前記複数の発電モジュールのそれぞれの間において、前記第１の面が前記アノードセパレータと対向するとともに、前記第２の面が前記カソードセパレータと対向するように配置され、前記制御部は、前記乾燥度検出部の検出値が閾値以上の場合に、前記ペルチェ素子を駆動させて、前記複数の発電モジュールのそれぞれにおいて、前記アノード上流側部分における水分の気化を促進させるとともに、前記カソード下流側部分における水分の液化を促進させて、前記カソード下流側部分から前記アノード上流側部分へと前記電解質膜を介して移動する水分量を増大させる、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、フラッディングの発生する可能性が高い場合に、ペルチェ素子によって、アノード上流側部分を加熱するとともに、カソード下流側部分を冷却するため、効果的にフラッディングの発生を抑制することができる。
【００２４】
［適用例１８］
適用例１ないし適用例１６のいずれか一つに記載された燃料電池であって、前記乾燥促進機構は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の１／２の範囲内に設けられている、燃料電池。
この燃料電池によれば、無加湿の酸化剤ガスが供給される場合に、特に、運転温度の上昇に伴うフラッディングの発生を抑制することができる。
【００２５】
［適用例１９］
適用例１８記載の燃料電池であって、前記乾燥促進機構は、前記第１の端部から前記第２の端部に至る全範囲のうちの上流側の３／８の範囲内に設けられている、燃料電池。
この燃料電池によれば、無加湿の酸化剤ガスが供給される場合における、運転温度の上昇に伴うフラッディングの発生を、さらに抑制することができる。
【００２６】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態における燃料電池の構成とシール一体型膜電極接合体の構成を示す概略図。
【図２】第１実施形態におけるアノードプレートの構成を示す概略図。
【図３】第１実施形態におけるアノードプレートに設けられたアノード流路の構成を説明するための模式図。
【図４】第１実施形態におけるカソードプレートの構成を示す概略図。
【図５】第１実施形態における中間プレートの構成を示す概略図。
【図６】比較例の燃料電池に用いられるアノードプレートの構成を示す概略図。
【図７】比較例の燃料電池における発電性能の低下を説明するための説明図。
【図８】比較例の燃料電池における発電性能の低下を説明するための説明図。
【図９】第１実施形態の燃料電池における発電性能を示す説明図。
【図１０】実施例の燃料電池におけるアノード流路の構成を説明するための説明図。
【図１１】第２実施形態の燃料電池の構成を示す概略図と、アノードプレートに設けられた流路溝の構成を示す概略図。
【図１２】第３実施形態における燃料電池の構成を示す概略図。
【図１３】第３実施形態の燃料電池に用いられているアノードプレートおよびカソードプレートの構成を示す概略図。
【図１４】第３実施形態におけるペルチェ素子による加熱領域を説明するための説明図。
【図１５】第３実施形態の燃料電池における発電性能を示す説明図。
【図１６】第３実施形態の燃料電池を用いた燃料電池システムの構成を示す概略図。
【図１７】第３実施形態の燃料電池を用いた燃料電池システムにおける制御部の制御手順を示すフローチャート。
【図１８】第４実施形態における各実施例ごとのシール一体型膜電極接合体の構成を示す概略図。
【図１９】第４実施形態における各比較例ごとのシール一体型膜電極接合体の構成を示す概略図。
【図２０】第４実施形態の燃料電池の発電性能を示す説明図。
【図２１】第５実施形態における燃料電池の構成を示す概略図。
【図２２】第５実施形態における燃料電池の冷媒流路の構成を示す概略図。
【図２３】第５実施形態における冷媒流路への熱の移動を説明するための模式図。
【図２４】セパレータの熱伝導性の相違による発電性能の変化を説明するための参考図。
【図２５】第５実施形態の燃料電池における発電性能を示す説明図。
【図２６】第５実施形態における燃料電池の他の構成例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
A．第１実施形態：
図１（Ａ）は本発明の一実施形態としての燃料電池１００の構成を示す概略図である。この燃料電池１００は、反応ガスとして水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池１００は、シール一体型膜電極接合体１０と、セパレータ１５とが交互に積層されたスタック構造を有する。なお、燃料電池１００の積層方向の両端部にはそれぞれ、インシュレータプレート、ターミナルプレート、エンドプレート等がさらに積層され、燃料電池１００は、締結部材によって、その積層方向に沿って締結力が付与される。
【００２９】
シール一体型膜電極接合体１０は、電解質膜１の両側にアノード電極２およびカソード電極３が設けられた発電体である膜電極接合体５を有する。電解質膜１は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜である。アノード電極２およびカソード電極３は、触媒インクを電解質膜１の外表面に塗布・乾燥させることによって形成されている。ここで、「触媒インク」とは、発電反応を促進するための触媒（例えば白金（Ｐｔ）など）が担持された触媒担持カーボンと電解質溶液とを混合した混合溶液を意味する。膜電極接合体５の外周には、シール部９が一体的に形成されている。シール部９は、電解質膜１およびアノード電極２、カソード電極３の外周端を被覆するように熱硬化性の樹脂部材を射出成形することによって形成される。
【００３０】
図１（Ｂ）は、シール一体型膜電極接合体１０の構成を説明するための概略図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）における矢印Ｂの方向に沿って、シール一体型膜電極接合体１０を見たときの概略図である。ここで、シール一体型膜電極接合体１０において、シール部９によって囲まれ、反応ガスの供給を受けて発電を行う領域を「発電領域ＧＡ」と呼ぶ。シール部９の発電領域ＧＡを挟んで対向する両側にはそれぞれ、反応ガスや冷媒のためのマニホールド６１〜６６が貫通孔として設けられている。具体的には、発電領域ＧＡに対して、紙面左側において紙面上側から順に、水素供給用マニホールド６１と、冷媒供給用マニホールド６５と、酸素排出用マニホールド６４とが一列に配列されている。また、発電領域ＧＡに対して紙面右側において紙面上側から順に、酸素供給用マニホールド６３と、冷媒排出用マニホールド６６と、水素排出用マニホールド６２とが一列に配列されている。
【００３１】
ここで、本明細書においては、反応ガスの供給用マニホールド６１，６３と排出用のマニホールド６２，６４とが互いに対向し合う方向（図１（Ｂ）の左右方向）を「マニホールド対向方向」と呼ぶ。また、発電領域ＧＡの一辺に沿ってマニホールド６１，６５，６４又はマニホールド６３，６６，６２が配列された、マニホールド対向方向に対して垂直な方向（図１（Ｂ）の上下方向）を「マニホールド配列方向」と呼ぶ。この燃料電池１００では、このマニホールド６１〜６４の配置構成によって、発電領域ＧＡにおける水素の流れ方向と酸素の流れ方向とがそれぞれ、マニホールド配列方向に沿って見たときに、互いに対向し合うこととなる（図１（Ａ））。
【００３２】
また、本明細書においては、以後、発電領域ＧＡのマニホールド対向方向における水素上流側の端部または酸素下流側の端部を「水素上流端」または「酸素下流端」と呼ぶ（図１（Ｂ））。一方、発電領域ＧＡのマニホールド対向方向における水素下流側の端部または酸素上流側の端部を「水素下流端」または「酸素上流端」と呼ぶ。
【００３３】
セパレータ１５は、アノードプレート２０と、カソードプレート３０と、２つのプレート２０，３０に狭持される中間プレート４０とを備える、いわゆる三層式セパレータである。燃料電池１００を構成する際には、アノードプレート２０は、シール一体型膜電極接合体１０のアノード電極２側に配置され、カソードプレート３０は、カソード電極３側に配置される。なお、本明細書においては、シール一体型膜電極接合体１０と、当該シール一体型膜電極接合体１０を狭持する２つのプレート２０，３０とを少なくとも備える発電モジュールを「単セル」と呼ぶ。
【００３４】
ここで、アノードプレート２０とアノード電極２の間、および、カソードプレート３０とカソード電極３の間には、ガス流路部材７がそれぞれ配置される。ガス流路部材７は、導電性を有する多孔質部材によって構成され、アノード電極２およびカソード電極３の全体に反応ガスを行き渡らせるためのガス流路（ガス拡散層）として機能するとともに、膜電極接合体５とセパレータ１５との間の導電パスとして機能する。ガス流路部材７は、カーボンペーパーや、いわゆるエキスパンドメタル、パンチングメタルによって構成することができる。
【００３５】
セパレータ１５の各プレート２０〜４０には、シール一体型膜電極接合体１０と同様に、各マニホールド６１〜６６が貫通孔として設けられている。また、各プレート２０〜４０には、各マニホールド６１〜６６とシール一体型膜電極接合体１０の発電領域ＧＡとを接続するための流体流路が形成されている。以下に、各プレート２０〜４０に設けられた流体流路の構成を説明する。
【００３６】
図２は、アノードプレート２０の構成を示す概略図である。図２は、アノードプレート２０の面のうち、燃料電池１００を構成したときに、シール一体型膜電極接合体１０のアノード電極２と対向する面（以後、「アノード対向面」と呼ぶ）を示している。また、図２には、燃料電池１００を積層方向に沿って見たときにシール一体型膜電極接合体１０の発電領域ＧＡと重なる領域の外形を一点鎖線によって図示してある。
【００３７】
アノードプレート２０のアノード対向面には、水素の流路を構成する流路溝として、第１と第２の併走流路溝２１ａ，２１ｂと、第１と第２の連結流路溝２２ａ，２２ｂと、第１と第２のマニホールド連通用流路溝２３ａ，２３ｂとが設けられている。第１の併走流路溝２１ａは、発電領域ＧＡ内において、マニホールド対向方向に沿って並列に延びる複数の流路溝である。また、第２の併走流路溝２１ｂも同様に、発電領域ＧＡ内において、マニホールド対向方向に沿って並列に延びる複数の流路溝である。第１と第２の併走流路溝２１ａ，２１ｂはそれぞれ、発電領域ＧＡ内において交互に配列されている。また、第１と第２の併走流路溝２１ａ，２１ｂは、隔壁２６によって分断されている。
【００３８】
第１と第２の連結流路溝２２ａ，２２ｂはそれぞれ、発電領域ＧＡの水素上流端および水素下流端において、マニホールド配列方向に沿って走る流路溝である。第１の連結流路溝２２ａは、水素上流側に設けられており、全ての第１の併走流路溝２１ａの水素上流側の端部と連結されている。この第１の連結流路溝２２ａによって、発電領域ＧＡのマニホールド配列方向に水素を行き渡らせることができる。一方、第２の連結流路溝２２ｂは、水素下流側に設けられており、全ての第２の併走流路溝２１ｂの水素下流側の端部と連結されている。
【００３９】
第１のマニホールド連通用流路溝２３ａは、第１の連結流路溝２２ａと接続する流路溝であり、水素供給用マニホールド６１と第１の連結流路溝２２ａとの間に設けられている。第１のマニホールド連通用流路溝２３ａには、中間プレート４０に設けられた水素供給用流路溝４４ａ（後述）と連通する貫通孔２５ａが設けられている。水素供給用マニホールド６１の水素は、この第１のマニホールド連通用流路溝２３ａを介して発電領域ＧＡ内へと供給される。第２のマニホールド連通用流路溝２３ｂは、第２の連結流路溝２２ｂと接続する流路溝であり、水素排出用マニホールド６２と第２の連結流路溝２２ｂとの間に設けられている。第２のマニホールド連通用流路溝２３ｂには、中間プレート４０に設けられた水素排出用流路溝４４ｂ（後述）と連通する貫通孔２５ｂが設けられている。発電反応に供されることのなかった水素を含むアノード排ガスは、この第２のマニホールド連通用流路溝２３ｂを介して発電領域ＧＡの外部へと排出される。
【００４０】
図３（Ａ），（Ｂ）は、発電領域ＧＡにおける水素の流れを説明するための模式図である。図３（Ａ）には、図２で説明した発電領域ＧＡ内に設けられた各流路溝２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂと、水素の流れを示す矢印とが模式的に図示されている。なお、図３（Ａ）では、便宜上、供給側の流路溝（第１の併走流路溝２１ａおよび第１の連結流路溝２２ａ）と、排出側の流路溝（第２の併走流路溝２１ｂおよび第２の連結流路溝２２ｂ）とを、異なるハッチングを付すことにより区別して図示してある。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断に相当する部位における燃料電池１００の一部概略断面を示しており、アノードプレート２０と膜電極接合体５とガス流路部材７とが模式的に図示されている。
【００４１】
発電領域ＧＡへと流入した水素は、第１の連結流路溝２２ａを介して、全ての第１の併走流路溝２１ａへと分岐する。第１の併走流路溝２１ａの水素は、水素下流側へと流れるとともに、ガス流路部材７の内部へも流入し、アノード電極２において発電反応に供される。ここで、燃料電池１００の運転中には、発電反応によってカソード電極３側において生成された水分の一部が電解質膜１を介してアノード電極２側へと移動する。アノード電極２において発電反応に供されることのなかった水素は、このアノード電極２側へと移動した水分によって加湿されるとともに、第２の併走流路溝２１ｂへと流入し、さらに、第２の連結流路溝２２ｂを介して発電領域ＧＡの外部へと排出される。
【００４２】
このように、アノードプレート２０に設けられた水素のための流路溝は、水素供給用マニホールド６１と連通する供給側の流路溝２１ａ，２２ａと、水素排出用マニホールド６２と連通する排出側の流路溝２１ｂ，２２ｂとで構成される。前述したように、供給側の流路溝２１ａ，２２ａと排出側の流路溝２１ｂ、２２ｂとは、第１と第２の併走流路溝２１ａ，２１ｂの間の隔壁２６（図２）によって分断されている。また、アノードプレート２０では、この隔壁２６によって、第１の併走流路溝２１ａの水素が、ガス流路部材７内部へと誘導されている。
【００４３】
図４は、カソードプレート３０の構成を示す概略図である。図４は、カソードプレート３０の面のうち、燃料電池１００を構成したときにシール一体型膜電極接合体１０のカソード電極３と対向する面（以後、「カソード対向面」と呼ぶ）を示している。また、図４には、燃料電池１００を積層方向に沿って見たときに、シール一体型膜電極接合体１０の発電領域ＧＡと重なる領域を一点鎖線で図示してある。
【００４４】
カソードプレート３０のカソード対向面には、複数の併走流路溝３１と、第１と第２の連結流路溝３２ａ，３２ｂと、第１と第２のマニホールド連通用流路溝３３ａ，３３ｂとが設けられている。併走流路溝３１は、発電領域ＧＡ内においてマニホールド対向方向に沿って延びる並列に設けられた複数の流路溝である。第１と第２の連結流路溝３２ａ，３２ｂはそれぞれ、発電領域ＧＡの酸素上流端または酸素下流端において、マニホールド配列方向に沿って設けられた流路溝である。第１の連結流路溝２２ａは、酸素上流側において、併走流路溝３１の端部と連結しており、第２の連結流路溝３２ｂは、酸素下流側において併走流路溝３１の端部と連結している。
【００４５】
第１のマニホールド連通用流路溝３３ａは、第１の連結流路溝３２ａと接続する流路溝であり、酸素供給用マニホールド６３と第１の連結流路溝３２ａとの間に設けられている。第１のマニホールド連通用流路溝３３ａには、中間プレート４０に設けられた酸素供給用流路溝４５ａ（後述）と連通する貫通孔３５ａが設けられている。第２のマニホールド連通用流路溝３３ｂは、第２の連結流路溝３２ｂと接続する流路溝であり、酸素排出用マニホールド６４と第２の連結流路溝３２ｂとの間に設けられている。第２のマニホールド連通用流路溝２３ｂには、中間プレート４０に設けられた酸素排出用流路溝４５ｂ（後述）と連通する貫通孔３５ｂが設けられている。
【００４６】
酸素供給用マニホールド６３の酸素は、第１のマニホールド連通用流路溝３３ａを介して第１の連結流路溝３２ａへと流入し、各併走流路溝３１に分岐する。酸素は、発電領域ＧＡにおいて、発電反応に供されつつ下流側へと流れる。発電反応に供されることのなかった酸素を含むカソード排ガスは、各併走流路溝３１から第２の連結流路溝３２ｂへと流入し、第２のマニホールド連通用流路溝３３ｂを介して、発電領域ＧＡの外部へと排出される。
【００４７】
図５（Ａ），（Ｂ）は、中間プレート４０の構成を示す概略図である。図５（Ａ）は、セパレータ１５を構成したときに、アノードプレート２０と接する面側を示しており、図５（Ｂ）は、カソードプレート３０と接する面側を示している。なお、図５（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、燃料電池１００を積層方向に沿って見たときに、シール一体型膜電極接合体１０の発電領域ＧＡと重なる領域の外形を一点鎖線で図示してある。
【００４８】
中間プレート４０は、発電領域ＧＡに相当する領域に中空部４２が設けられている。中空部４２は、冷媒用のマニホールド６５，６６と連結されている。また、中空部４２の内部には、マニホールド対向方向に沿って延びる複数の流路壁４３が並列に配置されており、冷媒のための流路を形成している。即ち、燃料電池１００では、その運転に際し、中間プレート４０の中空部４２に流れる冷媒によって発電領域ＧＡが冷却される。
【００４９】
また、中間プレート４０のアノードプレート２０と接する面側には、アノードプレート２０の２つの貫通孔２５ａ，２５ｂ（図２）と水素のためのマニホールド６１，６２とを接続するための流路溝４４ａ，４４ｂが設けられている（図５（Ａ））。さらに、中間プレート４０のカソードプレート３０と接する面側には、カソードプレート３０の２つの貫通孔３５ａ，３５ｂ（図３）と酸素のためのマニホールド６３，６４とを接続するための流路溝４５ａ，４５ｂが設けられている（図５（Ｂ））。即ち、この中間プレート４０に設けられた流路溝４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂを介して、水素用のマニホールド６１，６２または酸素用のマニホールド６３，６４と、アノードプレート２０またはカソードプレート３０に設けられた各流路溝とが連通する。
【００５０】
このように、燃料電池１００では、発電領域ＧＡにおける水素の流れ方向と酸素の流れ方向とが互いに対向している。これによって、各単セルにおいて発電分布が水素上流側や酸素上流側に片寄ってしまうことを抑制することができる。しかし、このように反応ガスの流れ方向を構成した場合であっても、酸素を無加湿で供給した場合には、以下に説明する比較例の燃料電池のように、発電分布が不均一となってしまう場合がある。
【００５１】
図６は、本実施形態に対する比較例としての燃料電池１００ａに用いられるアノードプレート２０ａの構成を示す概略図である。図６は、第１と第２の併走流路溝２１ａ，２１ｂに換えて、併走流路溝２４が形成されている点以外は、図２とほぼ同じである。なお、比較例の燃料電池１００ａの他の構成は、本実施形態の燃料電池１００の構成と同じである。
【００５２】
アノードプレート２０ａの併走流路溝２４は、マニホールド対向方向に沿って延びる複数の並列な流路溝であり、その両端がそれぞれ、第１と第２の連結流路２２ａ，２２ｂと連結している。即ち、アノードプレート２０ａは、カソードプレート３０と同様な流路溝の構成を有している。なお、比較例の燃料電池１００ａでは、本実施形態の燃料電池１００と同様に、発電領域ＧＡにおける水素の流れ方向と酸素の流れ方向とは互いに対向し合う。
【００５３】
図７（Ａ），（Ｂ）および図８（Ａ），（Ｂ）は、比較例の燃料電池１００ａにおける発電性能の低下を説明するための説明図である。図７（Ａ），（Ｂ）および図８（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、運転温度ごとの燃料電池１００ａの単セルにおける発電領域ＧＡの状態を示すグラフが示されている。これらのグラフには、発電領域ＧＡの酸素上流端から酸素下流端までの間における位置を横軸とし、各単セルの発電領域ＧＡにおける過電圧Ｏｖや、電流密度Ｉ、酸素分圧ＰO2、膜電極接合体（ＭＥＡ）の乾燥度合ＤMEAの代表値が示されている。なお、これらのグラフの横軸は、図６の矢印Ｕに相当する。
【００５４】
過電圧Ｏｖは、単セルにおいて理論上出力可能な電圧と実際の出力電圧との差を表しており、この過電圧が著しく高い単セルは発電不能に陥る場合がある。各グラフには、単セルが発電不能に陥る可能性が高い過電圧Ｏｖの領域をハッチングを付して示してある。電流密度Ｉは、単セルにおける発電量に相当し、この電流密度Ｉの変化から各単セルのカソード電極３において生成される水分量を推定することが可能である。酸素分圧ＰO2は、単セルのカソード電極３に供給されている酸素量に相当する。ＭＥＡの乾燥度合ＤMEAは、膜電極接合体５の乾燥度を示す指標であり、膜電極接合体５に含まれる水分量が多いほど低くなり、膜電極接合体５に含まれる水分量が少ないほど高くなる。
【００５５】
図７（Ａ）は、運転温度が常温（例えば６０°以下）のときの状態を示している。なお、反応ガスとしては、無加湿の水素と酸素とが供給されている。この運転温度のときには、膜電極接合体５は、カソード電極３における生成水によって全体的に湿潤状態にあり、酸素の供給量に応じた発電量が得られている。また、発電領域ＧＡのＵ方向における過電圧Ｏｖは略均一な状態である。即ち、このグラフは、燃料電池１００ａが良好に運転している状態を示している。
【００５６】
図７（Ｂ）は、比較例の燃料電池１００ａの運転を継続し、その運転温度が平均運転温度付近の温度（例えば約８０°程度）となったときの状態を示している。ここで、「平均運転温度」とは、燃料電池の運転を継続した場合における燃料電池全体の温度の時間平均を意味する。このとき、運転温度の上昇に伴って、供給される酸素の飽和水蒸気圧も上昇するため、酸素の上流端において膜電極接合体５の乾燥度合ＤMEAが上昇する。これに伴って発電反応が抑制され、酸素の上流側において酸素の消費量が低下するので酸素分圧ＰO2の変化が緩やかになり、その下流側において発電量（電流密度Ｉ）が局所的に増大してしまう領域が生じる。この局所的な発電量の増大に伴って、当該領域における生成水量も増大するため、その領域において、カソード電極３における酸素の流路である触媒層細孔の生成水分による閉塞（フラッディング）が生じ始め、過電圧Ｏｖが上昇する。
【００５７】
図８（Ａ）は、比較例の燃料電池１００ａの運転温度がさらに上昇し、例えば８０°〜８５°程度となったときの状態を示している。このときには、酸素上流側において膜電極接合体５の乾燥が進行するとともに、酸素の流れに従って下流側へと水分が移動するため、酸素の上流側と下流側との間におけるＭＥＡの乾燥度合ＤMEAに大きな差が生じる。このように酸素下流側に局所的に水分が存在すると、酸素下流側のカソード電極３における酸素流路の閉塞がさらに促進されるため、酸素下流側のほぼ半分程度の領域における過電圧Ｏｖが著しく上昇し始める。
【００５８】
図８（Ｂ）は、比較例の燃料電池１００ａにおいて、図８（Ａ）で説明した状態から運転温度がさらに上昇したときの状態を示している。図８（Ａ）の状態のまま燃料電池１００ａの運転を継続すると、酸素下流側のほぼ半分程度の領域における過電圧Ｏｖは上昇し続け、発電不能の領域にまで到達してしまう。即ち、燃料電池１００ａは、いわゆるフラッディングの発生により、その発電能力が著しく低下してしまう。このように、無加湿の酸素を燃料電池に供給して運転を継続する場合には、運転温度の上昇に伴って、酸素下流側に水分が集中してしまう可能性が高くなる。この場合には、カソード電極３側における排水性が低下してしまっているため、水分をアノード電極２側へと誘導するとともに、アノード電極２側における排水性を向上させることにより、フラッディングを解消することが好ましい。
【００５９】
ここで、一般に、燃料電池の単セルのカソード電極側からアノード電極側への排水量Ｎaは以下の式（１）によって表される。
Ｎa＝Ｄc-a／δc-a・（Ｃc−Ｃa）  …  （１）
ここで、Ｄc-aは、電解質膜１とカソード電極３との境界面から、アノードプレート２０（２０ａ）とガス流路部材７との境界面までの間における水分の拡散係数である。δc-aは、電解質膜１とカソード電極３との境界面から、アノードプレート２０とガス流路部材７との境界面までの間の距離である。Ｃcは電解質膜１とカソード電極３との境界面における水分濃度であり、Ｃaはアノード電極２とアノードプレート２０（２０ａ）との間の水素の流路における水分濃度である。
【００６０】
この式（１）から、２つの水分濃度Ｃc，Ｃa同士の差を大きくすることにより、アノード電極２側への水分の移動量を増大させることができることがわかる。即ち、アノード電極２側の電解質膜１の乾燥を促進させることにより、カソード電極３の酸素下流側部分に集中する水分をアノード電極２の水素上流端により近い水素上流側部分へと移動させ、アノード電極２側からの排水量を増大させることができる。また、アノード電極２側に水分を移動させることにより、さらに、その水分を水素の流れに従って水素下流側、即ち、乾燥傾向にある酸素上流側へと移動させることができるため、発電領域ＧＡにおける水分分布の不均一性を改善することが可能である。これによって、酸素が無加湿で供給される場合であっても、燃料電池１００の運転を良好に継続することが可能となる。
【００６１】
ここで、本実施形態の燃料電池１００では、アノードプレート２０の供給側の流路溝２１ａ，２２ａに流入した水素は、ガス流路部材７を一旦通過した後に、排出側の流路溝２１ｂ、２２ｂへと流れる（図３）。即ち、このアノードプレート２０の流路溝の構成によれば、ガス流路部材７へと流入する水素量を増加させることができるので、ガス流路部材７における水素流速が増大し、この大きな流速により乾燥を促進させることができる。すると、大きな水素流速によるアノード電極２側の乾燥に伴い、電解質膜１を介してカソード電極３側から移動する水分量が増加する。従って、カソード電極３側におけるフラッディングの発生を抑制することができる。また、アノードプレート２０には、アノード排ガスの排出に用いられる排出側の流路溝２１ｂ、２２ｂが設けられている。従って、この排出側の流路溝２１ｂ、２２ｂによって、加湿された水素を含むアノード排ガスの排出が促進されるため、燃料電池１００Ｂにおけるアノード電極２側からの排水性が向上し、フラッディングの発生が抑制される。
【００６２】
図９は、本実施形態の燃料電池１００の構成による発電性能の向上を説明するための実験結果を示す説明図である。図９には、本実施形態の燃料電池１００と同様な構成を有する燃料電池において測定されたセル温度とセル電圧と関係を実施例のグラフＧｅとして示してある。ここで、「セル電圧」とは、燃料電池において各単セルごとに計測された電圧の平均値を意味し、「セル温度」とは、燃料電池において各単セルごとに計測された温度の平均値を意味する。また、図９には、上述した比較例の燃料電池１００ａと同様な構成を有する燃料電池におけるセル温度とセル電圧との測定結果を比較例のグラフＧｃとして示してある。
【００６３】
ここで、実施例および比較例の燃料電池の電解質膜１は、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体（イオン交換基容量約１．０ｍｅｑ／ｇ）を水およびアルコール類を含む溶媒中に溶解した電解質溶液を塗布・乾燥させることにより得た。また、アノード電極２およびカソード電極３は、上記電解質溶液と、白金触媒の重量比が約０．５である触媒担持カーボンブラックとを混合した触媒インクにより形成した。なお、アノード用の触媒インクは、電解質と触媒担持カーボンブラックとの質量比を１．０：０．５とし、カソード用の触媒インクは、電解質と触媒担持カーボンブラックとの質量比を１．０：０．３とした。
【００６４】
さらに、セル電圧の測定にあたって、それぞれの燃料電池のカソード電極３側には、化学量論比の１．５倍の量の空気を、約５０ｋＰａＧの圧力において、無加湿で供給した。一方、アノード電極２側には、化学量論比の１．２倍の量の水素を、約５０ｋＰａＧの圧力において、無加湿で供給した。また、それぞれの燃料電池におけるセル温度は、７０℃から次第に昇温させていき、各単セルの電流値は約１．０Ａ／ｃｍ2でほぼ一定に保持した。
【００６５】
図１０（Ａ），（Ｂ）は、実施例の燃料電池に設けられた流路溝の構成を説明するための説明図である。図１０（Ａ）は、実施例の燃料電池における第１と第２の併走流路溝２１ａ，２１ｂの断面形状を模式的に示す概略図である。実施例の燃料電池では、第１の併走流路溝２１ａの流路断面積が第２の併走流路溝２１ｂの流路断面積より小さく構成されている。なお、図では、流路溝の深さを換えることにより、その流路断面積を変更しているが、流路溝の幅を変えることにより、その流路断面積を変更するものとしても良い。このように第１と第２の併走流路溝２１ａ，２１ｂを構成することにより、アノード電極２側における水素の流速が上流側ほど速くなるようにすることが可能である。
【００６６】
図１０（Ｂ）は、実施例の燃料電池におけるアノード電極２側の水素の流速を流路溝の形状に基づき計算した結果を示すグラフである。このグラフでは、発電領域ＧＡの水素上流端の位置を０とし、水素下流端の位置を１としたときの、マニホールド対向方向における位置Ｘ（「水素流路位置」と呼ぶ）を横軸としている。このグラフの横軸Ｘは、図２の矢印Ｘに対応している。なお、第２の併走流路溝２１ｂの上流端の位置をｄ1とし、第１の併走流路溝２１ａの下流端の位置をｄ2として示してある。グラフＨＶが示すように、実施例の燃料電池における第１と第２の併走流路溝２１ａ，２１ｂは、水素流路位置Ｘが０〜３／８の間（ハッチングで図示）において、水素の流速が著しく低下し、水素流路位置Ｘが３／８以降は、水素の流速がほぼ一定となるように構成されている。
【００６７】
図９のグラフから、実施例の燃料電池のセル電圧は、セル温度の全域に渡って、比較例の燃料電池よりも高くなっている。特に、セル温度が燃料電池の平均運転温度Ｔavg（例えば約８０℃程度）より高くなったときに、その差が顕著となっている。このように、本実施形態のアノードプレート２０（図２）における流路溝の形状は、比較例のアノードプレート２０ａ（図６）における流路溝の形状より好ましいことがわかる。
【００６８】
また、実施例の燃料電池では、アノード電極２側における水素の流速が上流側ほど速くなるように構成されている。そのため、水素上流側における電解質膜１の乾燥をより促進させることができるとともに、アノード電極２側における水素下流側への水分移動を促進させることができ、膜電極接合体５の水分布をより効果的に改善することができる。なお、アノードプレート２０の流路溝は、水素流路位置Ｘが０〜１／２の範囲において上流側ほど水素流速が速い構成を有することが好ましく、０〜３／８の範囲においてそのような構成を有することが、より好ましい（図１０（Ｂ））。
【００６９】
このように、本実施形態の燃料電池１００によれば、隔壁２６によって分断された供給側併走流路溝２１ａと排出側併走流路溝２１ｂとガス流路部材７とが、水素上流側の電解質膜１の乾燥を促進させる乾燥促進機構として機能する。この乾燥促進機構によって、カソード電極３側の酸素下流側からアノード電極２側の水素上流側への水分移動を促進させることができ、燃料電池１００の運転に際し、フラッディングの発生による発電性能の低下を抑制できる。なお、この燃料電池１００は、無加湿の酸素が供給される場合に、特にその効果を得ることが可能である。
【００７０】
B．第２実施形態：
図１１は、本発明の第２実施形態としての燃料電池１００Ｂの構成を示す概略図である。図１１（Ａ）は、アノードプレート２０に換えてアノードプレート２０Ｂが図示されている点と、ガス流路部材７中に水素の流れを示す矢印が追加されている点以外は、図１（Ａ）とほぼ同じである。なお、この燃料電池１００Ｂの構成は、アノードプレート２０Ｂ以外は、第１実施形態の燃料電池１００の構成とほぼ同じである。
【００７１】
図１１（Ｂ）は、アノードプレート２０Ｂの構成を示す概略図である。図１１（Ｂ）は、第１の併走流路溝２１ａが省略され、第２の併走流路溝２１ｂの長さが短縮されている点以外は、図２とほぼ同じである。このアノードプレート２０Ｂでは、第１の連結流路溝２２ａと第２の併走流路溝２１ｂとが隔壁２７によって分断されている。
【００７２】
中間プレート４０を介して水素供給用マニホールド６１から供給された水素は、第１の連結流路溝２２ａによって、発電領域ＧＡのマニホールド配列方向に行き渡る。第１の連結流路溝２２ａ中の水素は、２つの流路溝２２ａ，２１ｂの間の隔壁２７の壁面に沿って、ガス流路部材７へと流入し、アノード電極２において発電反応に供されつつ、マニホールド対向方向に沿って流れる（図１１（Ａ）の矢印）。アノード電極２において反応に供されることのなかった水素は、アノード電極２の水分によって加湿された上で、第２の併走流路溝２１ｂへと流れ、第２の連結流路溝２２ｂおよび第２のマニホールド連通用流路溝２３ｂを介して水素排出用マニホールド６２へと排出される。
【００７３】
このように、このアノードプレート２０Ｂによれば、第１の連結流路溝２２ａと第２の併走流路溝２１ｂとの間の領域において、ガス流路部材７へ流入する水素量を第１実施形態のアノードプレート２０よりも増加させることができる。また、第２の併走流路溝２１ｂによって発電領域ＧＡの下流側におけるアノード排ガスの排出性が向上するため、燃料電池１００Ｂにおけるアノード電極２側からの排水性が向上し、フラッディングの発生が抑制される。即ち、第２実施形態の燃料電池１００Ｂでは、アノードプレート２０Ｂの第１の連結流路溝２１ａと、第２の併走流路溝２２ｂと、隔壁２７と、ガス流路部材７とがアノード電極２側における電解質膜１の乾燥を促進させる乾燥促進機構として機能する。
【００７４】
なお、第１の連結流路溝２２ａと第２の併走流路溝２１ｂの上流端との間の隔壁２７は、水素上流端から水素下流端に至る全範囲のうちの上流側の１／２の範囲内に設けられていることが好ましく、上流側の３／８の範囲内に設けられていることがより好ましい。これによって、当該範囲に相当する領域においてアノード電極２の乾燥を促進させることができる。
【００７５】
このように、第２実施形態の燃料電池１００Ｂによれば、第１実施形態の燃料電池１００と同様に、カソード電極３の酸素下流側からアノード電極２の水素上流側への水分移動を促進させることができ、フラッディングの発生を抑制することができる。
【００７６】
C．第３実施形態：
図１２は、本発明の第３実施形態としての燃料電池１００Ｃの構成を示す概略図である。燃料電池１００Ｃは、発電モジュールである単セル１１０と、温度制御プレート２１０とを備えており、単セル１１０と温度制御プレート２１０とが交互に積層されたスタック構造を有する。単セル１１０は、シール一体型膜電極接合体１０と、アノードプレート２０Ｃと、カソードプレート３０Ｃと、ガス流路部材７とを備える。シール一体型膜電極接合体１０およびガス流路部材７は、第１実施形態で説明したものと同じである。アノードプレート２０Ｃおよびカソードプレート３０Ｃは、シール一体型膜電極接合体１０を両側から狭持するセパレータとして機能する。
【００７７】
図１３（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、アノードプレート２０Ｃおよびカソードプレート３０Ｃの構成を示す概略図である。図１３（Ａ）は、アノードプレート２０Ｃのアノード対向面を示しており、第１と第２のマニホールド連通用流路溝２３ａ，２３ｂと２つの貫通孔２５ａ，２５ｂとが設けられていない点以外は、図６とほぼ同じである。なお、アノードプレート２０Ｃには、第１と第２の連結流路溝２２ａ，２２ｂのそれぞれと、水素用のマニホールド６１，６２のそれぞれとを連通する連通流路が設けられているが、その図示は省略されている。
【００７８】
図１３（Ｂ）は、カソードプレート３０Ｃのカソード対向面を示しており、第１と第２のマニホールド連通用流路溝３３ａ，３３ｂと２つの貫通孔３５ａ，３５ｂとが設けられていない点以外は、図４とほぼ同じである。なお、カソードプレート３０Ｃには、第１と第２の連結流路溝３２ａ，３２ｂのそれぞれと、酸素用のマニホールド６３，６４のそれぞれとを連通する連通流路が設けられているが、図示は省略されている。
【００７９】
ここで、図１３（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、燃料電池１００Ｃの運転する際のアノードプレート２０Ｃおよびカソードプレート３０Ｃにおける水素と酸素の流れを矢印によって示してある。なお、上述した図示されていない連通流路における水素および酸素の流れは破線矢印で示してある。このように、第３実施形態の燃料電池１００Ｃでは、上述の第２実施形態の燃料電池１００Ｂと同様に、発電領域ＧＡにおいて、水素と酸素の流れ方向が互いに対向し合っている。なお、図１２のガス流路部材７中には、各単セル１１０における水素と酸素の流れ方向をそれぞれ白矢印と黒矢印とで図示してある。
【００８０】
温度制御プレート２１０（図１２）は、単セル１１０とほぼ同じサイズの導電性の板状部材であり、内部にペルチェ素子２１１を収容している。ペルチェ素子２１１は、第１と第２の面２０１，２０２を有しており、外部電源（図示せず）からの電力供給を受けることにより、第１の面２０１が加熱部として機能し、第２の面２０２が冷却部として機能する。ペルチェ素子２１１は、第１の面２０１がアノードプレート２０Ｃと対向し、第２の面２０２がカソードプレート３０Ｃと対向するように配置されている。なお、ペルチェ素子２１１は、電力の供給を受けていない状態において、第１の面２０１と第２の面２０２との間に温度差が生じているときには、その温度差によって発電することが可能である。
【００８１】
図１４は、シール一体型膜電極接合体１０に対するペルチェ素子２１１の配置位置を説明するための説明図である。図１４は、発電領域ＧＡ内の水素上流側に、領域ｈａを示すハッチングが付されている点以外は、図１（Ｂ）とほぼ同じである。ペルチェ素子２１１は領域ｈａを加熱可能なように、温度制御プレート２１０内に１個または複数個が配置される。
【００８２】
ここで、発電領域ＧＡの水素上流端を０とし、水素下流端を１とするマニホールド対向方向に沿った仮想数直線ＮＬを想定する。このとき、領域ｈａは、仮想数直線ＮＬの０〜１／２の範囲に相当する範囲で設けられた領域であることが好ましく、仮想数直線ＮＬ上の０〜３／８の範囲に相当する範囲で設けられた領域であることがより好ましい。この領域ｈａにおけるアノード電極２側の水素の流路をペルチェ素子２１１で加熱することにより、領域ｈａにおける膜電極接合体５の乾燥を促進させて、カソード電極３の酸素下流側からアノード電極２の水素上流側へと移動する水分量を増加させることができる。即ち、この燃料電池１００Ｃでは、ペルチェ素子２１１の第１の面２０１が、アノード電極２側において水素上流側の電解質膜１の乾燥を促進する乾燥促進機構として機能する。
【００８３】
ところで、ペルチェ素子２１１によれば、アノード電極２の水素上流側を加熱するとともに、カソード電極３の酸素下流側を冷却することが可能である。これによって、カソード電極３の酸素下流側における水蒸気の液化が促進され、水分濃度勾配に従ったアノード電極２側への水分移動をさらに促進させることが可能である。
【００８４】
なお、温度制御プレート２１０（図１２）には、シール一体型膜電極接合体１０と同様に、マニホールド６１〜６６が設けられている。また、温度制御プレート２１０には、冷媒用のマニホールド６５，６６を連結する冷媒のための流路が、ペルチェ素子２１１の配置位置を避けて設けられているが、その図示は省略する。温度制御プレート２１０は、導電性の部材で構成されることが好ましい。これによって、アノードプレート２０Ｃとカソードプレート３０Ｃとの間の導電パスを形成することができる。
【００８５】
図１５は、ペルチェ素子２１１による燃料電池１００Ｃの発電性能の変化を説明するための説明図である。図１５のグラフには、ペルチェ素子２１１によってアノード電極２の上流側を加熱しつつ燃料電池１００Ｃを運転したときのセル温度に対するセル電圧の変化をグラフＧhにより示してある。また、図１５のグラフには、比較例として、ペルチェ素子２１１による加熱を停止したままで燃料電池１００Ｃを運転したときのセル温度に対するセル電圧の変化をグラフＧuhによって示してある。なお、燃料電池１００Ｃは、ペルチェ素子２１１によって上述した仮想数直線ＮＬ上の０〜３／８の範囲に相当する範囲で設けられた領域ｈａを加熱した。また、燃料電池１００Ｃには水素および酸素を無加湿で供給し、各単セル１１０には一定の電流を出力させた。
【００８６】
これらのグラフＧh，Ｇuhが示すように、燃料電池１００Ｃでは、ペルチェ素子２１１による加熱を実行した場合の方が、比較的高いセル温度Ｔ（例えば７０℃程度）においてセル電圧が高くなっている。これは、上述したように、ペルチェ素子２１１による加熱または冷却によってアノード電極２の水素上流側においてカソード電極３からの水分移動が促進されているためであると推察できる。
【００８７】
ところで、比較的低いセル温度Ｔより低い場合には、燃料電池１００Ｃにおけるセル電圧は、ペルチェ素子２１１を駆動せずに発電した場合の方が高い。これは、このセル温度以下の場合には、各単セル１１０における水分分布が比較的均一な状態であるためであると推察される（図７）。従って、このセル温度以下の温度では、燃料電池１００Ｃは、ペルチェ素子２１１の駆動を停止させて運転することが好ましい。そこで、この燃料電池１００Ｃを以下に説明する燃料電池システム２００において適切に運転制御することにより、より効果的に発電させることが可能である。
【００８８】
図１６は、燃料電池１００Ｃを用いた燃料電池システムの構成を示す概略図である。この燃料電池システム２００は、燃料電池１００Ｃと、ペルチェ素子制御部２２０と、外部蓄電池２３０と、セル抵抗モニタ２４０と、制御部２５０とを備える。なお、この燃料電池システム２００では、燃料電池１００Ｃに水素とともに、無加湿の酸素を供給して発電させる。
【００８９】
制御部２５０は、例えば、マイクロコンピュータによって構成することができ、外部負荷（図示せず）の要求に応じて反応ガスを供給するなど、燃料電池１００Ｃの運転に関する制御を実行する。外部蓄電池２３０は充放電が可能な外部電源であり、ペルチェ素子制御部２２０を介して、燃料電池１００Ｃに設けられた各ペルチェ素子２１１と接続されている。ペルチェ素子制御部２２０は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータを備えており、外部蓄電池２３０からのペルチェ素子２１１への電力供給や、ペルチェ素子２１１において発電された電気の外部蓄電池２３０への充電を制御する。セル抵抗モニタ２４０は、各単セル１１０の抵抗値（セル抵抗）を検出し、制御部２５０に送信する。制御部２５０は、セル抵抗モニタ２４０が検出したセル抵抗の値に基づいた制御を実行する。
【００９０】
図１７は、燃料電池システム２００における制御部２５０による制御手順を示すフローチャートである。この制御手順は、燃料電池１００Ｃの運転継続中に制御部２５０が定期的に実行する。ステップＳ１０では、制御部２５０は、セル抵抗モニタ２４０によって、各単セル１１０のセル抵抗Ｒを検出する。
【００９１】
ここで、無加湿の酸素が供給される燃料電池においては、運転温度が上昇すると、酸素の下流側で局所的なフラッディングが発生する場合があり、この場合には、膜電極接合体の酸素上流側における乾燥度が高くなる（図８）。一般に、セル抵抗は、単セルに含まれる膜電極接合体において乾燥度が高い領域が多くなると高くなる傾向にある。従って、この燃料電池システム２００では、セル抵抗Ｒの値が大きい単セル１１０ほど、カソード電極３の下流側においてフラッディングが発生している可能性が高くなる。即ち、この燃料電池システム２００では、セル抵抗Ｒを膜電極接合体５の乾燥度に関連づけられた値として検出している。
【００９２】
ステップＳ２０では、制御部２５０は、各単セル１１０のセル抵抗Ｒと予め設定された閾値Ｒupperとを比較する。制御部２５０は、各単セル１１０のセル抵抗Ｒのうち１つでも閾値Ｒupper以上であった場合には、燃料電池１００Ｃにおいてフラッディングが発生している可能性が高いと判定する。この場合には、制御部２５０は、ペルチェ素子制御部２２０によって外部蓄電池２３０に放電させ、ペルチェ素子２１１によるアノード電極２側の加熱（カソード電極３側の冷却）を開始させる（ステップＳ３０）。
【００９３】
一方、各単セル１１０のセル抵抗Ｒがいずれも閾値Ｒupperより低い値であった場合には、制御部２５０は、ペルチェ素子２１１への外部蓄電池２３０からの電力の供給を開始することなく、燃料電池１００Ｃの運転を継続する（ステップＳ４０）。あるいは、ペルチェ素子２１１に外部蓄電池２３０からの電力供給が既に開始されている場合には、制御部２５０は、その電力供給を停止させ、ペルチェ素子２１１による加熱／冷却処理を停止させる。なお、このとき、ペルチェ素子制御部２２０は、ペルチェ素子２１１に発電させるものとしても良く、この場合には、その発電された電気を外部蓄電池２３０に充電するものとしても良い。
【００９４】
このように、この燃料電池システム２００では、膜電極接合体の乾燥度合いに関連づけられた値としてセル抵抗を検出することにより、燃料電池１００Ｃにおけるフラッディングの発生の可能性を検出する。そして、フラッディングの発生している可能性が高いと判定した場合には、燃料電池１００Ｃの発電性能の低下を抑制するために、ペルチェ素子２１１による温度制御を開始する。なお、閾値Ｒupperとしては、予め実験によって得られたフラッディングの発生している可能性が高いときのセル抵抗に相当する値が設定されていることが好ましい。また、閾値Ｒupperとしては、予め実験等によって得られた、セル温度が温度Ｔ（図１５）や燃料電池の平均運転温度より高いときのセル抵抗に相当する値が設定されているものとしても良い。
【００９５】
このように、第３実施形態の燃料電池１００Ｃによれば、ペルチェ素子２１１による単セル１１０の温度制御により、各単セル１１０における水分分布を改善することができ、運転中の燃料電池１００Ｃの発電性能の低下を抑制できる。また、この燃料電池１００Ｃを用いた燃料電池システム２００によれば、フラッディングが発生している可能性が高い場合に、ペルチェ素子２１１による温度制御を開始するため、燃料電池１００Ｃに効率よく発電させることが可能である。
【００９６】
D．第４実施形態：
図１８は、本発明の第４実施形態としてのシール一体型膜電極接合体の構成を示す概略図である。図１８（Ａ）〜（Ｃ）にはそれぞれ、実施例１〜３のシール一体型膜電極接合体１０Ｄ1〜１０Ｄ3が図示されている。各実施例１〜３のシール一体型膜電極接合体１０Ｄ1〜１０Ｄ3の構成は、構成の異なるアノード電極２Ｄを有する点以外は、図１で説明したシール一体型膜電極接合体１０の構成とほぼ同じである。なお、図１８では、紙面に向かって左側が水素上流側であり、紙面に向かって右側が水素下流側である。
【００９７】
各実施例１〜３のシール一体型膜電極接合体１０Ｄ1〜１０Ｄ3のアノード電極２Ｄは、構成部材の比率が異なる２つのアノード領域２ａ，２ｂを有している。具体的には、２つのアノード領域２ａ，２ｂは以下の範囲に設けられる。なお、以下の説明においては、いずれの実施例および比較例においても、第１と第２のアノード領域２ａ，２ｂは、発電領域ＧＡのマニホールド配列方向に渡って設けられているものとする。
【００９８】
ここで、発電領域ＧＡにおける水素上流端を０とし、水素下流端を１とするマニホールド対向方向に沿った仮想数直線ＮＬを想定する。このとき、実施例１のシール一体型膜電極接合体１０Ｄ1では、この仮想数直線上における３／８の位置に相当する位置を境界として、水素上流側に第１のアノード領域２ａが設けられ、水素下流側に第２のアノード領域２ｂが設けられている（図１８（Ａ））。
【００９９】
実施例２のシール一体型膜電極接合体１０Ｄ2では、第１のアノード領域２ａは、仮想数直線ＮＬ上の１／８の位置に相当する位置から、仮想数直線ＮＬ上の３／８の位置に相当する位置までの間に設けられている（図１８（Ｂ））。また、実施例２のシール一体型膜電極接合体１０Ｄ2では、第１のアノード領域２ａ以外の領域に、第２のアノード領域２ｂが設けられている。実施例３のシール一体型膜電極接合体１０Ｄ3では、仮想数直線ＮＬ上の１／４の位置に相当する位置を境界として水素上流側に第１のアノード領域２ａが設けられ、水素下流側に第２のアノード領域２ｂが設けられている（図１８（Ｃ））。
【０１００】
ここで、各シール一体型膜電極接合体１０Ｄ1〜１０Ｄ3の電解質膜１は、次のように製造した。まず、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体（イオン交換基容量約１．０ｍｅｑ／ｇ）を、水およびアルコール類を含む溶媒中に溶解させて、電解質溶液を準備した。そして、その電解質溶液を塗布・乾燥させることにより電解質膜１とした。
【０１０１】
また、カソード電極３は、上記の電解質溶液と、白金触媒の重量比が約０．５である触媒担持カーボンブラックとを、電解質と触媒担持カーボンブラックとの質量比が１．０：０．３となるように混合して得た触媒インクにより形成した。なお、カソード電極３は、単位面積あたりの白金含有量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるように形成した。
【０１０２】
さらに、第１のアノード領域２ａを形成するための触媒インクは、上記電解質溶液と、白金触媒の重量比が約０．５である触媒担持カーボンブラックとを、電解質と触媒担持カーボンブラックとの質量比が１．０：０．５となるように混合して得た。第２のアノード領域２ｂを形成するための触媒インクは、上記電解質溶液と、白金触媒の重量比が約０．５である触媒担持カーボンブラックとを、電解質と触媒担持カーボンブラックとの質量比が１．０：０．２となるように混合して得た。アノード電極２Ｄは、これらの触媒インクをそれぞれ、電解質膜１の第１と第２のアノード領域２ａ，２ｂを形成する領域に塗布・乾燥させて形成した。なお、アノード電極２Ｄは、第１と第２のアノード領域２ａ，２ｂのいずれにおいても、単位面積あたりの白金含有量が０．２ｍｇ／ｃｍ2となるように形成した。
【０１０３】
ここで、水銀圧入法によってアノード電極２Ｄの空隙率を測定したところ、第１のアノード領域２ａにおける空隙率が約６０％であり、第２のアノード領域２ｂにおける空隙率が約３０％であった。一般に、水の多孔体中における拡散係数は、多孔体の空隙率が大きいほど大きくなる（下記（２）式）。
Ｄpo＝ε1.5・Ｄgp  …（２）
なお、Ｄpoは水の多孔体中における拡散係数であり、Ｄgpは水の気相中における拡散係数であり、εは多孔体の空隙率である。即ち、第１のアノード領域２ａの方が、第２のアノード領域２ｂよりもよりも乾燥しやすい傾向にある。また、上記の第１実施形態で説明した式（１）において、第１のアノード領域２ａにおけるＤc-aは、第２のアノード領域２ｂにおけるＤc-aより大きくなる。即ち、これらの実施例１〜３のシール一体型膜電極接合体１０Ｄ1〜１０Ｄ3では、第１のアノード領域２ａの方が第２のアノード領域２ｂより、カソード電極３側からの排水量が多くなる。
【０１０４】
図１９（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、第４実施形態における比較例１〜４のシール一体型膜電極接合体１０ｄ1〜１０ｄ4の構成を示す概略図である。これらの比較例１〜４のシール一体型膜電極接合体１０ｄ1〜１０ｄ4は、第１と第２のアノード領域２ａ，２ｂの形成される位置が異なるアノード電極２Ｄを有している点以外は、実施例１〜３のシール一体型膜電極接合体１０Ｄ1〜１０Ｄ2と同様である。なお、図１９（Ａ）〜（Ｄ）には、図１８で説明したのと同様な仮想数直線ＮＬが図示されている。
【０１０５】
比較例１のシール一体型膜電極接合体１０ｄ1のアノード電極２Ｄには、第２のアノード領域２ｂのみが設けられている（図１９（Ａ））。比較例２のシール一体型膜電極接合体１０ｄ2では、仮想数直線ＮＬ上の１／４〜１／２の範囲に相当する範囲の領域に第１のアノード領域２ａが設けられている（図１９（Ｂ））。また、比較例２のシール一体型膜電極接合体１０ｄ2では、第１のアノード領域２ａ以外の領域に、第２のアノード領域２ｂが設けられている。
【０１０６】
比較例３のシール一体型膜電極接合体１０ｄ3では、仮想数直線上の１／２の位置に相当する位置を境界として、発電領域ＧＡの水素上流側に第１のアノード領域２ａが設けられ、水素下流側に第２のアノード領域２ｂが設けられている（図１９（Ｃ））。比較例４のシール一体型膜電極接合体１０ｄ4では、逆に、発電領域ＧＡの水素上流側の半分の領域に第２のアノード領域２ｂが設けられ、水素下流側の半分の領域に第１のアノード領域２ａが設けられている（図１９（Ｄ））。
【０１０７】
図２０は、上記の実施例および比較例のシール一体型膜電極接合体１０Ｄ1〜１０Ｄ3，１０ｄ1〜１０ｄ4を用いた燃料電池におけるセル温度に対するセル電圧の測定結果を示すグラフである。この測定において、各シール一体型膜電極接合体１０Ｄ1〜１０Ｄ3，１０ｄ1〜１０ｄ4のアノード電極２Ｄおよびカソード電極３の外表面にはガス流路部材を配置した。ガス流路部材としては、厚さ３００μｍ程度の撥水カーボンペーパーを用いた。なお、この撥水カーボンペーパーの細孔には、カーボンブラックとＰＴＦＥとを混合した撥水性カーボン粉末を目詰めした。このガス流路部材の透水開始圧は、１５０ｋＰａであった。また、セパレータとしては、第３実施形態で説明したアノードプレート２０Ｃおよびカソードプレート３０Ｃと同様な流路溝を有するものを用いた（図１３）。
【０１０８】
セル電圧の測定にあたっては、それぞれの燃料電池のカソード電極３側には、化学量論比の１．５倍の量の無加湿の空気を、約５０ｋＰａＧの圧力で供給した。一方、アノード電極２Ｄ側には、化学量論比の１．８倍の量の無加湿の水素を、約５０ｋＰａＧの圧力で供給した。さらに、それぞれの燃料電池におけるセル温度は、６０℃から次第に昇温させていき、各単セルの出力電流を約１．０Ａ／ｃｍ2でほぼ一定に保持した。
【０１０９】
この測定結果から、仮想数直線ＮＬ上の３／８の位置に相当する位置より水素下流側が第２のアノード領域２ｂによって構成されるとともに、その水素上流側の領域に、第１のアノード領域２ａが含まれていることが好ましいことがわかる。特に、実施例２のように、仮想数直線ＮＬ上の１／８〜３／８の範囲に第１のアノード領域２ａが設けられ、それ以外の領域に第２のアノード領域２ｂが設けられていることが好ましい。第１のアノード領域２ａでは第２のアノード領域２ｂより水分が拡散しやすいため、第１のアノード領域２ａはアノード電極２Ｄにおいて水素上流側の電解質膜１の乾燥を促進する乾燥促進機構として機能する。従って、上述の範囲に第１のアノード領域２ａを形成することにより、カソード電極３の酸素下流側からの水分移動が促進され、フラッディングの発生が抑制される。
【０１１０】
このように、水素上流側における水の拡散係数が、水素下流側における水の拡散係数よりも高くなるように、アノード電極２Ｄに水の拡散性の異なる第１と第２のアノード領域２ａ，２ｂを設けることにより、燃料電池におけるフラッディングの発生を抑制することが可能である。
【０１１１】
E．第５実施形態：
図２１は、本発明の第５実施形態としての燃料電池の構成を示す概略図である。この燃料電池１００Ｅは、第１実施形態ないし第３実施形態で説明したのと同様なシール一体型膜電極接合体１０と、シール一体型膜電極接合体１０を狭持するためのセパレータ１５Ｅとが交互に積層されたスタック構造を有する。なお、図２１はマニホールド対向方向に沿って見たときの図であり、各マニホールド６１〜６６の図示は省略されている。
【０１１２】
セパレータ１５Ｅは、アノードプレート２０Ｅと、カソードプレート３０Ｅとで構成される、いわゆる２層式セパレータである。２つのプレート２０Ｅ，３０Ｅはそれぞれ、厚み方向に交互に凹凸するように波板状に折り曲げられることによって、発電領域ＧＡにおいてマニホールド対向方向に沿って併走する複数の流路溝が形成されている。
【０１１３】
２つのプレート２０Ｅ，３０Ｅは、互いの流路溝同士が対向し合うように接合されてセパレータ１５Ｅを構成する。これによって、セパレータ１５Ｅでは、アノードプレート２０Ｅとカソードプレート３０Ｅとの間に冷媒流路７４が形成される。また、燃料電池１００Ｅを構成した際には、アノードプレート２０Ｅの外側の流路溝とアノード電極２の外表面とで水素流路７１が構成され、カソードプレート３０Ｅの外側の流路溝とカソード電極３の外表面とで酸素流路７２が構成される。なお、図２１では、水素流路７１における水素の流れ方向は紙面奥行き方向であり、酸素流路７２における酸素の流れ方向は紙面手前方向である。セパレータ１５Ｅとアノード電極２およびカソード電極３との間にはガス流路部材が配置されるものとしても良い。
【０１１４】
図２２は、図２１のＡ−Ａ切断におけるセパレータ１５Ｅおよび膜電極接合体５の断面を示す概略断面図である。なお、図２２には、発電領域ＧＡにおける水素上流端から水素下流端までが図示されており、他の部位の図示は、便宜上省略されている。
【０１１５】
セパレータ１５Ｅの冷媒流路７４内には、熱伝達抑制部材７６が配置されている。熱伝達抑制部材７６は、２つのプレート２０Ｅ，３０Ｅの熱伝達係数よりも高い熱伝達係数を有するフィルム状の樹脂部材であり、水素上流側において、アノードプレート２０Ｅによって構成される冷媒流路７４の流路壁面に貼付されている。ここで、発電領域ＧＡの水素上流端を０とし、水素下流端を１とするマニホールド対向方向に沿った仮想数直線ＮＬを想定する。このとき、熱伝達抑制部材７６は、仮想数直線ＮＬの０〜１／２の範囲に相当する範囲に貼付されていることが好ましく、仮想数直線ＮＬ上の０〜３／８の範囲に相当する範囲に貼付されていることが、さらに好ましい。なお、熱伝達抑制部材７６は、セパレータ１５Ｅが、ステンレス（ＳＵＳ）や、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）で構成されている場合には、シリコーンポリマーやポリイミドポリマーによって構成できる。
【０１１６】
図２３は、膜電極接合体５から冷媒流路７４への熱の移動を説明するための模式図である。図２３は、図２１と同様な燃料電池１００Ｅの断面図であり、熱伝達抑制部材７６が配置された部位の一部を示している。なお、図２３では、熱伝達抑制部材７６を破線で図示してある。燃料電池１００Ｅの運転中には、アノード電極２側またはカソード電極３側から冷媒流路７４内の冷媒に発電反応によって生じた熱が移動する。しかし、アノード電極２側には熱伝達抑制部材７６が配置されているため、カソード電極３側に比較して、アノード電極２側から冷媒流路７４の冷媒への熱の移動が抑制される。
【０１１７】
図２４は、セパレータを構成する部材の熱伝達係数の相違による燃料電池の発電性能の変化を説明するための参考図である。図２４のグラフは、セパレータの構成部材が異なる２種類の燃料電池についてのセル温度に対するセル電圧およびセル抵抗の変化の測定結果を示している。ここで、グラフＶ１とグラフＲ１は、耐腐食コーティングされたＳＵＳによってセパレータが構成された燃料電池（「第１の燃料電池」と呼ぶ）におけるセル電圧とセル抵抗の変化を示している。一方、グラフＶ２とグラフＲ２は、耐腐食コーティングされたＣｕによってセパレータが構成された燃料電池（「第２の燃料電池」と呼ぶ）のセル電圧とセル抵抗の変化を示している。なお、ＳＵＳの熱伝達係数は１６Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｃｕの熱伝達係数は３９０Ｗ／ｍ・ｋである。また、測定対象とした燃料電池の他の構成は、第５実施形態の燃料電池と同じである。
【０１１８】
ここで、第１の燃料電池ではセル温度がＴ１より高くなったときに、セル抵抗Ｒ１が著しく増加するとともにセル電圧Ｖ１が著しく低下している。一方、第２の燃料電池ではセル温度がＴ２より高くなったときにセル抵抗Ｒ２が著しく増加するとともにセル電圧Ｖ２が著しく低下している。第１と第２の燃料電池ではそれぞれ、温度Ｔ１，Ｔ２よりセル温度が高くなると、電解質膜の乾燥領域の増加により、アノードとカソードとの間の抵抗が増大し、プロトン伝導性の低下による発電性能の低下が始まる。この発電性能の低下が始まる温度は、セパレータの構成部材の熱伝達係数が高い第２の燃料電池の方が著しく高い（Ｔ１＜Ｔ２）。これは、熱伝達係数の高いセパレータを用いた燃料電池の方が、冷媒による冷却効果が高くなるためである。このように、一般に、セパレータの熱伝達係数が低い方が高温における燃料電池の発電性能を向上させることが可能である。
【０１１９】
しかし、第５実施形態の燃料電池１００Ｅでは、熱伝達抑制部材７６によって、フラッディングの発生する可能性が高い領域におけるセパレータ１５Ｅの熱伝達係数を局所的に高くしている。これは、図８で説明したように、水素の流れ方向と酸素の流れ方向とが互いに対向し合う燃料電池において無加湿の酸素を供給した場合には、運転温度の上昇に伴い、カソードの下流側においてフラッディングが発生する可能性が高くなるためである。即ち、燃料電池１００Ｅでは、熱伝達抑制部材７６を、アノード電極２の水素上流側における水分の蒸発を促進させる乾燥促進機構として機能させることにより、カソード電極３の酸素下流側からアノード電極２への水分移動を促進させている。これによって、このセパレータ１５Ｅを用いた燃料電池１００Ｅでは、フラッディングの発生が抑制されている。
【０１２０】
図２５は、燃料電池１００Ｅによる発電性能の向上を説明するための説明図である。図２５には、燃料電池１００Ｅと同様な構成を有する燃料電池においてカソード電極３側に供給するガスのストイキ比を変化させたときのセル電圧の変化を実施例のグラフＧｅとして示してある。ここで、「ストイキ比」とは、燃料電池の発電量に対して最低限必要なガス量と、実際に燃料電池に供給したガス量との比を意味する。また、図２５には、比較例として熱伝達抑制部材７６を省略した燃料電池において同様な測定を行った結果を比較例のグラフＧｃとして示してある。
【０１２１】
ここで、実施例および比較例の燃料電池のセパレータ１５Ｅとしては、Ｃｕに耐腐食処理を施したものを用いた。また、実施例の燃料電池において、熱伝達抑制部材７６として、厚さ１７５μｍのポリイミドフィルム（熱伝達係数０．２６Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた。なお、熱伝達抑制部材７６は、図２２で説明した仮想数直線ＮＬ上における０〜３／８の範囲に相当する範囲に配置した。
【０１２２】
測定にあたり、実施例および比較例の燃料電池にはそれぞれ、アノード電極２側に無加湿の水素を一定流量で供給し、カソード電極３側に加湿処理により湿度を８０％〜１００％に調整した酸素含有ガスを、約６０℃の一定温度で、流量を徐々に低下させつつ供給した。測定中、燃料電池の出力電流はほぼ一定値に維持した。なお、燃料電池に供給される冷媒の流速は、燃料電池の運転中において、冷媒供給用マニホールド６５における冷媒の温度と冷媒排出用マニホールド６６における冷媒の温度との差が、ほぼゼロとなるように調整した。即ち、各単セルにおいて、冷媒の上流側と下流側とで、冷媒による冷却効果に差がほとんど生じていない状態で測定を行った。
【０１２３】
ここで、一般に、ストイキ比が低いほど、カソード電極３側におけるガス流量は少なくなり、カソード電極３側におけるガス流による排水性が低下してしまうため、フラッディングにより発電性能が低下しやすい状態となる。即ち、このストイキ比が低い状態における発電性能が高いほど、フラッディングの発生による発電性能の低下が抑制されていることを示している。従って、これらのグラフＧｅ，Ｇｃから、熱伝達抑制部材７６を冷媒流路７４に配置した方が、フラッディングによる発電性能の低下が抑制されていることがわかる。
【０１２４】
また、上記の実施例の燃料電池と比較例の燃料電池に対してそれぞれ、水素と酸素とを無加湿で供給し、徐々に冷媒の温度を上昇させていくことにより、運転を継続できなくなる限界温度を測定した。すると、熱伝達抑制部材７６が配置された実施例の燃料電池の方が、比較例の燃料電池より高い温度まで発電を継続することが可能であった。
【０１２５】
このように、第５実施形態の燃料電池１００Ｅによれば、熱伝達抑制部材７６を冷媒流路７４内に配置することにより、フラディングの発生による発電性能の低下を抑制できる。また、燃料電池１００Ｅの運転を継続することが可能な限界温度を向上させることができる。
【０１２６】
図２６は、第５実施形態における他の構成例としての燃料電池１００Ｅ2の構成を示す概略図である。図２６は、カソード側の酸素下流側に第２の熱伝達抑制部材７７が追加されている点以外は、図２２とほぼ同じである。第２の熱伝達抑制部材７７は、発電領域ＧＡと酸素排出用マニホールド６４とを連通する連通流路の近傍に設けられることが好ましい。具体的には、第２の熱伝達抑制部材７７は、仮想数直線ＮＬ上の４／５〜１の範囲に相当する範囲の領域に設けられていることが好ましい。これによって、カソード電極３側における生成水分によって、カソード電極３側における発電領域ＧＡからの排ガスの出口が閉塞されてしまうことを抑制できる。従って、燃料電池１００Ｅ2におけるフラッディングの発生を抑制できる。
【０１２７】
このように、第５実施形態における燃料電池１００Ｅ，１００Ｅ2では、セパレータ１５Ｅの冷媒流路７４に、熱伝達抑制部材７６，７７を設けることにより、冷媒による冷却効果を、マニホールド対向方向において不均一化している。これによって、カソード電極３側からアノード電極２側へと移動する水分量を増加させたり、カソード電極３側における生成水分によるガス流路の閉塞を抑制することができ、燃料電池１００Ｅ，１００Ｅ2の発電性能の低下が抑制される。
【０１２８】
F．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、上記の実施形態同士を組み合わせて実施することも可能である。例えば、第１実施形態のセパレータ１５を第４実施形態のシール一体型膜電極接合体１０Ｄ1〜１０Ｄ3と組み合わせるものとしても良いい。また、第３実施形態の燃料電池１００Ｃに第４実施形態のシール一体型膜電極接合体１０Ｄ1〜１０Ｄ3を用いるものとしても良い。さらに、本発明は、例えば次のような変形例によっても実施することが可能である。
【０１２９】
F1．変形例１：
上記の各実施形態において、燃料電池１００等には無加湿の水素と酸素とが供給されていたが、水素と酸素とは加湿された上で供給されるものとしても良い。ただし、図７および図８で説明したように、特に酸素が無加湿で供給される場合に、水素上流側における電解質膜１の乾燥を促進する乾燥促進機構を設けることにより、より高い発電性能低下の抑制効果を得ることが可能である。
【０１３０】
F2．変形例２：
上記第５実施形態を除く各実施形態において、ガス流路部材７は省略されるものとしても良い。この場合には、セパレータに設けられた流路溝とアノード電極２またはカソード電極３とが直接的に接触するものとしても良い。なお、このような構成であっても、アノード電極２とカソード電極３とを、ガス拡散層として機能させることができ、反応ガスを発電領域ＧＡに行き渡らせることができる。
【０１３１】
F3．変形例３：
上記第１実施形態において、第１の併走流路溝２１ａの流路断面積は、第２の併走流路溝２１ｂの流路断面積より小さく構成されていた。しかし、第１の併走流路溝２１ａの流路断面積は、第２の併走流路溝２１ｂの流路断面積と同じであるとしても良く、あるいは、大きく構成されているものとしても良い。ただし、第１の併走流路溝２１ａの流路断面積を第２の併走流路溝２１ｂの流路断面積より小さく構成することにより、上流側の水素の流速を速くすることができるため好ましい。
【０１３２】
F4．変形例４：
上記第３実施形態において、温度制御プレート２１０は、アノード電極２の水素上流側を加熱するための加熱手段としてペルチェ素子２１１を備えていたが、ペルチェ素子２１１に換えて他の加熱手段を備えるものとしても良い。例えば、領域ｈａに電熱線や電熱板が配置されるものとしても良い。
【０１３３】
F5．変形例５：
上記第３実施形態の燃料電池システム２００において、制御部２５０は、少なくとも１つの単セル１１０のセル抵抗Ｒが閾値Ｒupper以上であった場合に、全てのペルチェ素子２１１によって全ての単セル１１０に対して加熱／冷却処理（温度制御）を実行していた。しかし、制御部２５０は、セル抵抗Ｒが閾値Ｒupper以上となった単セル１１０に対してのみ、ペルチェ素子２１１による温度制御を実行するものとしても良い。即ち、制御部２５０は、単セル１１０ごとにペルチェ素子２１１を制御するものとしても良い。
【０１３４】
F6．変形例６：
上記第３実施形態の燃料電池システム２００において、制御部２５０は単セル１１０ごとに検出したセル抵抗Ｒに応じて、ペルチェ素子２１１の制御を実行していた。しかし、制御部２５０は、セル抵抗Ｒ以外の検出値に応じて、ペルチェ素子２１１を制御するものとしても良い。制御部２５０は、燃料電池１００Ｃにおける膜電極接合体５の乾燥度に関連づけられる値に応じてペルチェ素子２１１を制御することが好ましい。例えば、制御部２５０は、単セル１１０ごとのセル温度や、燃料電池１００Ｃ全体の運転温度を検出して、当該温度が、実験的に膜電極接合体５の乾燥度が比較的高くなると示された所定の値となったときに、ペルチェ素子２１１の駆動を開始するものとしても良い。
【０１３５】
F7．変形例７：
上記第４実施形態では、シール一体型膜電極接合体１０Ｄ1〜１０Ｄ3のアノード電極２Ｄはは、水の拡散係数が異なる第１と第２のアノード領域２ａ，２ｂを有していた。しかし、アノード電極２Ｄは、さらに複数の水の拡散係数が異なる領域を有するものとしても良い。上記第４実施形態では、触媒担持カーボンと電解質の質量比の異なる２種類の触媒インクを、２つの領域に塗り分けることにより、気孔率および水の拡散係数を異ならせた第１と第２のアノード領域２ａ，２ｂを設けていた。しかし、第１と第２のアノード領域２ａ，２ｂは他の方法によって、水の拡散係数が異なるように形成されるものとしても良い。例えば、第１と第２のアノード領域２ａ，２ｂをそれぞれ異なる圧力でプレスして気孔率を変えるものとしても良い。
【０１３６】
F8．変形例８：
上記第５実施形態においてセパレータ１５Ｅは、２層式セパレータであったが、さらに複数のプレートを有する多層式セパレータとして構成されるものとしても良い。例えば、第１実施形態のセパレータ１５の冷媒流路に、第５実施形態で説明した熱伝達抑制部材７６，７７が配置されるものとしても良い。
【０１３７】
F9．変形例９：
上記実施形態において、冷媒流路は、マニホールド配列方向に沿ってみたときに、冷媒が水素上流側から水素下流側に向かって流れるように構成されていたが、冷媒流路は、冷媒が水素とは逆の流れ方向で流れるように構成されても良い。
【０１３８】
F10．変形例１０：
上記の各実施形態の燃料電池１００等では、水素のための流路溝の形状や、ペルチェ素子２１１、アノード電極２Ｄの構成、熱伝達抑制部材７６，７７によって、アノード電極２側の水素上流側における電解質膜１の乾燥を促進させていた。しかし、燃料電池は、他の乾燥促進機構によって、アノード電極２側の水素上流側における乾燥を促進させて、カソード電極３側の酸素下流側からアノード電極２側の水素上流側へと電解質膜１を介して移動する水分量を増大させるものとしてもとしても良い。例えば、ガス流路部材７の気孔率を水素上流側より水素下流側の方が小さくなる構成としても良いし、冷媒流路とアノード電極２とが対向する面積が水素上流側ほど小さくなる構成とするものとしても良い。なお、この乾燥促進機構は、上記実施形態で説明した仮想数直線ＮＬ上の０〜１／２の範囲に相当する範囲に設けられていることが好ましく、仮想数直線ＮＬ上の０〜３／８の範囲に相当する範囲に設けられていることがさらに好ましい。
【符号の説明】
【０１３９】
１…電解質膜
２…アノード電極
２Ｄ…アノード電極
２ａ…第１のアノード領域
２ｂ…第２のアノード領域
３…カソード電極
５…膜電極接合体
７…ガス流路部材
９…シール部
１０…シール一体型膜電極接合体
１０Ｄ1〜１０Ｄ3…シール一体型膜電極接合体（実施例１〜３）
１０ｄ1〜１０ｄ4…シール一体型膜電極接合体（比較例１〜４）
１５…セパレータ
１５Ｅ…セパレータ
２０…アノードプレート
２０Ｂ…アノードプレート
２０Ｃ…アノードプレート
２０Ｅ…アノードプレート
２０ａ…アノードプレート
２１ａ…第１の併走流路溝
２１ｂ…第２の併走流路溝
２２ａ…第１の連結流路溝
２２ｂ…第２の連結流路溝
２３ａ…第１のマニホールド連通用流路溝
２３ｂ…第２のマニホールド連通用流路溝
２４…併走流路溝
２５ａ，２５ｂ…貫通孔
２６，２７…隔壁
３０…カソードプレート
３０Ｃ…カソードプレート
３０Ｅ…カソードプレート
３１…併走流路溝
３２ａ…第１の連結流路溝
３２ｂ…第２の連結流路溝
３３ａ…第１のマニホールド連通用流路溝
３３ｂ…第２のマニホールド連通用流路溝
３５ａ，３５ｂ…貫通孔
４０…中間プレート
４２…中空部
４３…流路壁
４４ａ…水素供給用流路溝
４４ｂ…水素排出用流路溝
４５ａ…酸素供給用流路溝
４５ｂ…酸素排出用流路溝
６１…水素供給用マニホールド
６２…水素排出用マニホールド
６３…酸素供給用マニホールド
６４…酸素排出用マニホールド
６５…冷媒供給用マニホールド
６６…冷媒排出用マニホールド
７１…水素流路
７２…酸素流路
７４…冷媒流路
７６…熱伝達抑制部材
７７…第２の熱伝達抑制部材
１００…燃料電池
１００Ｂ…燃料電池
１００Ｃ…燃料電池
１００Ｅ，１００Ｅ2…燃料電池
１００ａ…燃料電池
１１０…単セル
２００…燃料電池システム
２０１…第１の面
２０２…第２の面
２１０…温度制御プレート
２１１…ペルチェ素子
２２０…ペルチェ素子制御部
２３０…外部蓄電池
２４０…セル抵抗モニタ
２５０…制御部
ＮＬ…仮想数直線
ｈａ…領域
【図１】
2011018525.tif 000003
【図２】
2011018525.tif 000004
【図３】
2011018525.tif 000005
【図４】
2011018525.tif 000006
【図５】
2011018525.tif 000007
【図６】
2011018525.tif 000008
【図７】
2011018525.tif 000009
【図８】
2011018525.tif 000010
【図９】
2011018525.tif 000011
【図１０】
2011018525.tif 000012
【図１１】
2011018525.tif 000013
【図１２】
2011018525.tif 000014
【図１３】
2011018525.tif 000015
【図１４】
2011018525.tif 000016
【図１５】
2011018525.tif 000017
【図１６】
2011018525.tif 000018
【図１７】
2011018525.tif 000019
【図１８】
2011018525.tif 000020
【図１９】
2011018525.tif 000021
【図２０】
2011018525.tif 000022
【図２１】
2011018525.tif 000023
【図２２】
2011018525.tif 000024
【図２３】
2011018525.tif 000025
【図２４】
2011018525.tif 000026
【図２５】
2011018525.tif 000027
【図２６】
2011018525.tif 000028