(57)【要約】      （修正有）【課題】乾燥ガスのパージによる電解質膜の過剰な乾燥を防止し、燃料電池の耐久性を向上させる。【解決手段】複数の燃料電池モジュール１０を積層し締結して構成された燃料電池は、各燃料電池モジュールの積層方向に沿って、燃料電池の一方の端部から他方の端部に向けてガス供給マニホールド７０ａと、積層方向に沿って他方の端部から一方の端部に向けてガス排出マニホールド７０ｂと、を備える。各燃料電池モジュールは、ガス供給マニホールドからガス排出マニホールドまでを繋ぐガス流路を有し、ガス流路中に存在する溝状流路部分に流路断面積可変機構８０が設けられている。流路断面積可変機構は、対応する燃料電池モジュール内の湿度の減少に応じて、自身が設けられている溝状流路部分の流路断面積を減少させる構造を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池モジュールを積層し締結して構成された燃料電池であって、
前記各燃料電池モジュールの積層方向に沿って、前記燃料電池の一方の端部から前記他方の端部に向けて、前記各燃料電池モジュールにおける電気化学反応に供されるガスを流すガス供給マニホールドと、
前記積層方向に沿って、前記他方の端部から前記一方の端部に向けて、前記各燃料電池モジュールから排出されるオフガスを流すガス排出マニホールドと、を備え、
前記各燃料電池モジュールは、前記ガス供給マニホールドから前記ガス排出マニホールドまでを繋ぐガス流路を有し、前記ガス流路中に存在する溝状流路部分に流路断面積可変機構が設けられており、
前記流路断面積可変機構は、対応する前記燃料電池モジュール内の湿度の減少に応じて、自身が設けられている前記溝状流路部分の流路断面積を減少させる構造を有している
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、
前記ガス流路中の前記ガス排出マニホールド側に設けられた複数の溝状流路部分に、それぞれ前記流路断面積可変機構が設けられており、
前記流路断面積可変機構は、対応する前記燃料電池モジュール内の湿度の減少に応じて、自身が設けられている前記溝状流路部分の流路断面積を減少させる構造を有している
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の燃料電池であって、
前記流路断面積可変機構は、
湿度に応じて変形する吸湿性変形材料からなる第１部材と、
前記第１部材に比べて湿度に応じて変形し難い第２部材と、を備え、
前記溝状流路部分の一つの壁面に、前記第１部材の一方端辺および前記第２部材の一方端辺が第１の固定部および第２の固定部を介してそれぞれ接続され、前記第１部材の他方端辺が第３の固定部を介して前記第２部材の前記一方端辺と他方端辺との間の中間部に接続され、
前記第１部材の吸湿変形時において、前記第３の固定部を介して前記第２部材が押されることにより、前記第２部材の他方端辺が前記壁面側に移動し、
前記第１部材の乾燥変形時においては、前記第３の固定部を介して前記第２部材が引っ張られることにより、前記第２部材の他方端辺が前記壁面に対向する壁面側に移動する
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の燃料電池であって、
前記流路断面積可変機構は、
湿度に応じて変形する吸湿性変形材料料からなる第１部材と、
前記第１部材に比べて湿度に応じて変形し難く、中間部に設けられた屈曲部で第１部分と第２部分に折れ曲がった形状を有する第２部材と、
前記第２部材の第１部分と前記溝状流路部分の一つの壁面との間に設けられた弾性体と、を備え、
前記溝状流路部分の前記一つの壁面に、前記第１部材の一端が第１の固定部を介して接続されるとともに、前記第２部材の前記屈曲部が第２の固定部を介して接続され、前記第１部材の他端が前記第２部材の前記第２部分に接するように配置されており、
前記第１部材の吸湿変形時において、前記第１部材が膨張して前記第２部材の前記第２部分を押すことにより、前記屈曲部を支点として前記第２部材の前記第１部分の開放された端辺が前記壁面側に移動し、
前記第１部材の乾燥変形時においては、前記第１部材が収縮して、前記弾性体が前記第２部材の前記第１部分を押すことにより、前記屈曲部を支点として前記第１部分の開放された端辺が前記壁面に対向する壁面側に移動する
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載の燃料電池であって、
前記第１部材および前記第２部材の寸法および配置構成は、前記各燃料電池モジュール内の乾燥が所定の必要十分状態となった時に、前記流路断面積可変機構部が設けられている前記溝状流路部分の流路断面積が最小となるように設定されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の燃料電池の分解方法であって、
前記燃料電池を分解する場合において、
ｉ）前記ガス供給マニホールドを介して前記各燃料電池モジュールに乾燥ガスをパージして、前記各燃料電池モジュール内を乾燥させる工程と、
ｉｉ）前記燃料電池の締結を開放し分解する工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池の分解方法。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池の分解方法であって、
前記工程ｉ）において、前記燃料電池の圧損を監視し、前記圧損の増加に応じて前記乾燥ガスのパージ量を制御して、前記各燃料電池モジュールの入口での前記乾燥ガスの圧力が一定になるように制御することを特徴とする燃料電池の分解方法。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池の分解方法であって、
前記燃料電池は、前記各燃料電池モジュールの抵抗測定機構を備えており、
前記工程ｉ）において、前記各燃料電池モジュールの抵抗値を測定して、所定の閾値以上の抵抗値が得られた場合に、前記乾燥ガスのパージの終了を判断する
ことを特徴とする燃料電池の分解方法。
【請求項９】
請求項７記載の燃料電池の分解方法であって、
前記工程ｉ）において、前記乾燥ガスの流量が所定の閾値以下となった場合に、前記乾燥ガスのパージの終了を判断する
ことを特徴とる燃料電池の分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池の耐久性向上が可能な、燃料電池および燃料電池の分解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高温で、かつ、低加湿あるいは無加湿の反応ガスを供給して動作させることが可能な高性能な燃料電池の開発が進んでいる。燃料電池は、通常、複数の燃料電池モジュールをスタック（積層）して締結することにより一体化構造としたユニットとして利用される。
【０００３】
燃料電池のメンテナンスは、締結状態を開放し、スタックを分解して行なうのが通常である。ただし、使用した燃料電池の締結状態、を何も処理することなく開放した場合には、燃料電池モジュールに含まれる電解質膜にシワが生じ、発電性能の劣化の要因となることが知られている。
【０００４】
そこで、上記電解質膜のシワ発生対策として、燃料電池の各燃料電池モジュールに対して乾燥ガスをパージした上で、その締結を開放する手法が検討されている。しかしながら、各燃料電池モジュールを乾燥させ過ぎると、電解質膜が収縮し過ぎて電解質膜に裂け等の劣化が生じるという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８５７９７号公報
【特許文献２】特開２００６−０７９９８２号公報
【特許文献３】特開２００９−２５２３６３号公報
【特許文献４】特開２００９−０５９５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、乾燥ガスのパージによる電解質膜の過剰な乾燥を防止し、燃料電池の耐久性を向上させることが可能な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】
【０００７】
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。
【０００８】
［適用例１］
複数の燃料電池モジュールを積層し締結して構成された燃料電池であって、
前記各燃料電池モジュールの積層方向に沿って、前記燃料電池の一方の端部から前記他方の端部に向けて、前記各燃料電池モジュールにおける電気化学反応に供されるガスを流すガス供給マニホールドと、
前記積層方向に沿って、前記他方の端部から前記一方の端部に向けて、前記各燃料電池モジュールから排出されるオフガスを流すガス排出マニホールドと、を備え、
前記各燃料電池モジュールは、前記ガス供給マニホールドから前記ガス排出マニホールドまでを繋ぐガス流路を有し、前記ガス流路中に存在する溝状流路部分に流路断面積可変機構が設けられており、
前記流路断面積可変機構は、対応する前記燃料電池モジュール内の湿度の減少に応じて、自身が設けられている前記溝状流路部分の流路断面積を減少させる構造を有している
ことを特徴とする燃料電池。
適用例１によれば、流路断面積可変機構により、燃料電池モジュール内の湿度の減少に応じて、流路断面積可変機構が設けられている溝状流路部分の流路断面積が減少して、ガスの流れを抑制し、燃料電池モジュール内の乾燥を抑制することができるので、燃料電池モジュールに含まれる電解質膜の過剰な乾燥を抑制することが可能であり、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。
【０００９】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池であって、
前記ガス流路中の前記ガス排出マニホールド側に設けられた複数の溝状流路部分に、それぞれ前記流路断面積可変機構が設けられており、
前記流路断面積可変機構は、対応する前記燃料電池モジュール内の湿度の減少に応じて、自身が設けられている前記溝状流路部分の流路断面積を減少させる構造を有している
ことを特徴とする燃料電池。
流路断面積可変機構が設けられているガス排出マニホールド側の溝状流路部分の湿度の変化は、ガス供給マニホールド側の湿度の変化に比べて変化が大きく検出しやすいので、適用例２によれば、流路断面積可変機構が設けられているガス排出マニホールド側の溝状流路部分の湿度の減少に応じて、その溝状流路部分の流路断面積を減少させることができるので、ガスの流れを抑制し、燃料電池モジュール内の乾燥を抑制することができ、燃料電池モジュールに含まれる電解質膜の過剰な乾燥を抑制することが可能であり、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。
【００１０】
［適用例３］
適用例１または適用例２記載の燃料電池であって、
前記流路断面積可変機構は、
湿度に応じて変形する吸湿性変形材料からなる第１部材と、
前記第１部材に比べて湿度に応じて変形し難い第２部材と、を備え、
前記溝状流路部分の一つの壁面に、前記第１部材の一方端辺および前記第２部材の一方端辺が第１の固定部および第２の固定部を介してそれぞれ接続され、前記第１部材の他方端辺が第３の固定部を介して前記第２部材の前記一方端辺と他方端辺との間の中間部に接続され、
前記第１部材の吸湿変形時において、前記第３の固定部を介して前記第２部材が押されることにより、前記第２部材の他方端辺が前記壁面側に移動し、
前記第１部材の乾燥変形時においては、前記第３の固定部を介して前記第２部材が引っ張られることにより、前記第２部材の他方端辺が前記壁面に対向する壁面側に移動する
ことを特徴とする燃料電池。
適用例３によれば、流路断面積可変機構を容易に構成することが可能である。
【００１１】
［適用例４］
適用例１または適用例２記載の燃料電池であって、
前記流路断面積可変機構は、
湿度に応じて変形する吸湿性変形材料料からなる第１部材と、
前記第１部材に比べて湿度に応じて変形し難く、中間部に設けられた屈曲部で第１部分と第２部分に折れ曲がった形状を有する第２部材と、
前記第２部材の第１部分と前記溝状流路部分の一つの壁面との間に設けられた弾性体と、を備え、
前記溝状流路部分の前記一つの壁面に、前記第１部材の一端が第１の固定部を介して接続されるとともに、前記第２部材の前記屈曲部が第２の固定部を介して接続され、前記第１部材の他端が前記第２部材の前記第２部分に接するように配置されており、
前記第１部材の吸湿変形時において、前記第１部材が膨張して前記第２部材の前記第２部分を押すことにより、前記屈曲部を支点として前記第２部材の前記第１部分の開放された端辺が前記壁面側に移動し、
前記第１部材の乾燥変形時においては、前記第１部材が収縮して、前記弾性体が前記第２部材の前記第１部分を押すことにより、前記屈曲部を支点として前記第１部分の開放された端辺が前記壁面に対向する壁面側に移動する
ことを特徴とする燃料電池。
適用例４によっても、流路断面積可変機構を容易に構成することが可能である。
【００１２】
［適用例５］
適用例３または適用例４記載の燃料電池であって、
前記第１部材および前記第２部材の寸法および配置構成は、前記各燃料電池モジュール内の乾燥が所定の必要十分状態となった時に、前記流路断面積可変機構部が設けられている前記溝状流路部分の流路断面積が最小となるように設定されていることを特徴とする燃料電池。
適用例５によれば、適用例３、４における流路断面積可変機構の第１部材および第２部材の寸法および配置構成が、各燃料電池モジュール内の乾燥が所定の必要十分状態となった時に、流路断面積可変機構部が設けられている溝状流路部分の流路断面積が最小となるように設定されているので、燃料電池モジュールに含まれる電解質膜の過剰な乾燥を抑制することが可能であり、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。なお、燃料電池モジュール内の乾燥が所定の必要十分条件となった時とは、燃料電池モジュールに含まれる電解質膜のシワが発生せず、かつ、電解質膜に裂け等の劣化が発生しない乾燥の範囲内となった時を意味している。
【００１３】
［適用例６］
適用例１ないし適用例５のいずれか１つに記載の燃料電池の分解方法であって、
前記燃料電池を分解する場合において、
ｉ）前記ガス供給マニホールドを介して前記各燃料電池モジュールに乾燥ガスをパージして、前記各燃料電池モジュール内を乾燥させる工程と、
ｉｉ）前記燃料電池の締結を開放し分解する工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池の分解方法。
適用例５によれば、燃料電池モジュールに含まれる電解質膜の過剰な乾燥とならないように乾燥させて、燃料電池を分解することが可能であり、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。
【００１４】
［適用例７］
適用例６記載の燃料電池の分解方法であって、
前記工程ｉ）において、前記燃料電池の圧損を監視し、前記圧損の増加に応じて前記乾燥ガスのパージ量を制御して、前記各燃料電池モジュールの入口での前記乾燥ガスの圧力が一定になるように制御することを特徴とする燃料電池の分解方法。
適用例７によれば、各燃料電池モジュールの乾燥状態に応じて増加する圧損に基づいて乾燥ガスのパージ量を制御して、各燃料電池モジュールに供給される乾燥ガスの圧力が一定になるように制御することにより、各燃料電池モジュールに供給される乾燥ガス流量を減少させることができるので、燃料電池モジュールに含まれる電解質膜の過剰な乾燥とならないように乾燥させて、燃料電池を分解することが可能である。
【００１５】
［適用例８］
適用例７記載の燃料電池の分解方法であって、
前記燃料電池は、前記各燃料電池モジュールの抵抗測定機構を備えており、
前記工程ｉ）において、前記各燃料電池モジュールの抵抗値を測定して、所定の閾値以上の抵抗値が得られた場合に、前記乾燥ガスのパージの終了を判断する
ことを特徴とする燃料電池の分解方法。
適用例８によれば、測定した抵抗値に基づいて、各燃料電池モジュールの乾燥状態が過剰な乾燥状態となる前に、乾燥ガスのパージを終了させることが可能である。
［適用例９］
適用例７記載の燃料電池の分解方法であって、
前記工程ｉ）において、前記乾燥ガスの流量が所定の閾値以下となった場合に、前記乾燥ガスのパージの終了を判断する
ことを特徴とる燃料電池の分解方法。
適用例９によっても、乾燥ガスの流量に基づいて、各燃料電池モジュールの乾燥状態が過剰な乾燥状態となる前に、乾燥ガスのパージを終了させることが可能である。
【００１６】
なお、本発明は、種々の態様で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池や、その燃料電池を備える燃料電池システム、その燃料電池システムを備える発電装置、その燃料電池システムを動力源として搭載した車両、燃料電池の分解方法等の態様で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】第１実施例としての燃料電池システムに用いられている燃料電池の分解の手順を示すフローチャートである。
【図３】第２実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図４】第２実施例としての燃料電池システムに用いられている燃料電池の分解の手順を示すフローチャートである。
【図５】酸化ガス流路としてカソード面上に酸化ガス供給マニホールドから酸化ガス排出マニホールドまでを繋ぐように形成された複数の溝状流路に流路断面積可変機構が設けられている例を示す説明図である。
【図６】酸化ガス流路としてカソード面上に酸化ガス供給マニホールドから酸化ガス排出マニホールドまでを繋ぐように形成された複数の溝状流路に流路断面積可変機構が設けられている他の例を示す説明図である。
【図７】酸化ガス流路としてカソード面上に酸化ガス供給マニホールドから酸化ガス排出マニホールドまでを繋ぐように形成された複数の溝状流路に流路断面積可変機構が設けられている別の例を示す説明図である。
【図８】流路断面積可変機構の他の実施例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成：
図１は、第１実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。この燃料電池システム１０００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子電解質型の燃料電池１００を用いて構成されており、例えば、車両に搭載され、車両の動力源として使用されている。
【００１９】
図１（Ａ）に示すように、燃料電池１００は、後述する燃料電池モジュール１０を複数積層した積層体の両端に、さらに、ターミナル２０、インシュレータ３０、および、エンドプレート４０を積層し、両側のエンドプレート４０を結ぶ締結部材５０を、エンドプレート４０の外側からボルト５２で締結することにより構成される。各燃料電池モジュール１０には、それぞれの間の抵抗（「セル抵抗」と呼ばれる）を測定するためのモニタ端子（不図示）を備えており、セルモニタ６０に接続されている。セルモニタ６０には、例えば、セル抵抗を測定可能なインピーダンスアナライザや、電圧計、電流計等を有している。
【００２０】
燃料電池１００の内部には、積層方向に沿って、反応ガスとしての燃料ガスや酸化ガス、燃料電池１００を冷却するための冷媒を供給および排出するためのマニホールドが形成されている。ただし、図１（Ａ）には、図示および以下の説明を容易にするために、酸化ガス供給マニホールド７０ａおよび酸化ガス排出マニホールド７０ｂのみが図示されている。酸化ガス供給マニホールド７０ａおよび酸化ガス排出マニホールド７０ｂには、外部から配管２１０および配管２２０が接続されている。配管２１０には、流量コントローラ３００や圧力計４００、図示しないエアーコンプレッサーが接続されている。流量コントローラ３００は、エアーコンプレッサーから供給される酸化ガスである酸素を含むエアーの酸化ガス供給マニホールド７０ａに供給する流量を制御する。圧力計４００は、酸化ガス供給マニホールド７０ａに供給されるエアーの圧力を測定する。なお、燃料電池１００は、エアーコンプレッサーや流量コントローラ３００、セルモニタ６０の動作が、システムコントローラ５００により制御されることにより動作する。
【００２１】
燃料電池モジュール１０は、発電体１２と、セパレータ１４のカソードに接するカソード面１４ｃ側の部分と、セパレータ１４のアノードに接するアノード面１４ａ側の部分と、で構成される。
【００２２】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の燃料電池モジュール１０の酸化ガス排出マニホールド７０ｂ側に示した楕円枠領域１０ａｒに含まれるセパレータ１４のカソード面１４ｃを拡大して示している。燃料電池モジュール１０には、酸化ガス供給マニホールド７０ａから酸化ガス排出マニホールド７０ｂまでを繋ぎ、図示しないカソードに酸化ガスである酸素を含むエアーを供給するとともに、電気化学反応に供された後のオフガスを排出する酸化ガス流路を備えている。この酸化ガス流路としては、例えば、カソード面１４ｃに、酸化ガス供給マニホールド７０ａから酸化ガス排出マニホールド７０ｂまでを繋ぐように、複数の溝状流路を形成することにより構成することができる。また、カソードとセパレータ１４のカソード面１４ｃとの間に多孔質体で構成された多孔質体流路を配置し、この多孔質体流路と酸化ガス供給マニホールド７０ａとの間および多孔質体流路と酸化ガス排出マニホールド７０ｂとの間を繋ぐ部分のみ、カソード面１４ｃ上あるいはセパレータ１４の内部に溝状流路（「連通溝流路」と呼ぶ）を形成することにより構成することもできる。図１（Ｂ）は、酸化ガス排出マニホールド７０ｂに接続される複数の連通溝流路７２がカソード面１４ｃ上に形成されている場合の例を示している。この複数の連通溝流路７２には、それぞれ流路断面積可変機構８０が設けられている。
【００２３】
図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の連通溝流路７２に流路断面積可変機構８０が設けられている部分（図１（Ｂ）の円枠で示す領域）を、拡大して示す説明図である。流路断面積可変機構８０は、連通溝流路７２のガス流れの方向に沿って右側の側壁７２ｗに、その一方端辺が第１の固定部８６ｐ１を介して固定された第１部材８２と、その一方端辺が第２の固定部８６ｐ２を介して固定された第２部材８４と、で構成されている。また、第１部材８２の一方端辺に対向する他方端辺は、第２部材８４の一方端辺とこれに対向する他方端辺との間の中間部に第３の固定部８６ｐ３を介して接続されるように構成されている。なお、第２部材８４の他方端辺は開放されている。なお、それぞれの辺の長さ（紙面垂直方向の長さ）は、連通溝流路７２の溝の深さとほぼ同寸法である。
【００２４】
第１部材８２には、対向する一方端辺と他方端辺との間の寸法が湿度に応じて変化し易い吸湿性変形材料を用いる。例えば、スルホン化ポリイミドや、ポリエチレンビニルアルコール共重合体、ナフィオン（デュポン社の商標）、またはそれらの繊維等の極性基を有する吸湿性変形樹脂を用いることができる。第２部材８４には、湿度変化に対しても寸法が変化し難い材料を用いる。例えば、ポリプロピレンやナイロン等の樹脂を用いることができる。
【００２５】
第１〜第３の固定部８６ｐ１〜８６ｐ３は、例えば、アクリル系接着剤による接着、あるいは、部材の融着により形成することができる。
【００２６】
上記構成の流路断面積可変機構８０では、連通溝流路７２を流れるガスが湿潤時においては、第１部材８２が水分を吸収して膨張し、第２部材８４と接続されている第３の固定部８６ｐ３を押すことになる。これにより、第２部材８４の開放された他方端辺が連通溝流路７２の右側の側壁７２ｗ側に移動する。一方、連通溝流路７２を流れるガスが乾燥時においては、第１部材８２中の水分が排出されて収縮し、第２部材８４と接続されている第３の固定部８６ｐ３を引っ張ることになる。これにより、第２部材８４が第２の固定部８６ｐ２の外側の部分で折れ曲がり、第２部材８４の開放された他方端辺が連通溝流路７２の右側の側壁７２ｗに対向する左側の側壁７２ｗｏ側に向かって回転移動する。そして、第２部材８４の折れ曲がり部分から他方端辺までの部分が、連通溝流路７２のガス流れの方向に対してほぼ９０度となった場合に、その位置における連通溝流路７２の断面積が最小となる。ただし、上記のように動作させるためには、（第２部材８４の曲げ力）＋（第２部材８４の曲げ角度９０度時、規定ガス流量、規定ガス圧力化で第２部材８４が受ける力）＜第１部材８２の吸湿時寸法変形力および強度、となるように、第１部材および第２部材の材料強度および材料厚みを設定する必要がある。そして、上記したように、第２部材８４が第１部材８２の収縮による引張力を受けないような湿潤時において、第２部材８４が側壁７２ｗに沿って流路に平行となるように、第１部材８２および第２部材８４の寸法や配置を設定する必要がある。また、上記したように、乾燥時において、燃料電池モジュール内の乾燥が必要十分な状態となる場合の湿度による第１部材８２の収縮により第２部材８４の折れ曲がり角度が９０度となるように、第１部材８２および第２部材８４の寸法や配置を設定する必要がある。なお、燃料電池モジュール内の乾燥が必要十分な状態とは、燃料電池モジュールに含まれる電解質膜のシワが発生せず、かつ、電解質膜に裂け等の劣化が発生しない乾燥状態の範囲を意味している。
【００２７】
Ａ２．燃料電池システムおよび燃料電池の分解手順：
図２は、第１実施例としての燃料電池システムに用いられている燃料電池の分解の手順を示すフローチャートである。燃料電池１００を分解する場合には、まず、システムコントローラ５００によって、エアーコンプレッサー（不図示）や、流量コントローラ３００を制御して、予め定めた規定のガス流量、規定ガス圧で乾燥ガス（本例ではエアー）のパージを開始する（ステップＳ１１０）。そして、圧力計４００で測定される圧力を監視し、パージしている乾燥ガスの圧力が規定の圧力以下であるか否か判断する（ステップＳ１２０）。これは、乾燥ガスをパージすることにより、上記したように、流路断面積可変機構８０の第２部材８４がガス流路の断面積が小さくなるように動作し、この結果として、パージするガスの圧力が高くなるためである。
【００２８】
ここで、測定される圧力が規定の圧力より大きい場合には、システムコントローラ５００は、流量コントローラ３００を制御して、ガス流量を下げる（ステップＳ１３０）。そして、ステップＳ１２０における圧力の判断およびステップＳ１３０におけるガス流量の制御を繰り返し実行することにより、パージする乾燥ガスが、規定の圧力となるように制御される。一方、測定される圧力が規定の圧力以下となった場合には、システムコントローラ５００は、セルモニタ６０により測定される各燃料電池モジュールの抵抗（「セル抵抗」と呼ばれる）が規定の抵抗値以上であるか否か判断する（ステップＳ１４０）。セル抵抗が規定の抵抗値の場合には、電解質膜が必要十分な状態に乾燥していると考えられ、規定の抵抗値よりも大きい場合には、電解質膜が過剰な乾燥状態となっている可能性があると想定されるからである。
【００２９】
そこで、全てのセル抵抗のうち、規定の抵抗値よりも小さいものが存在する場合には、さらに、乾燥ガスのパージ時間が規定値以上であるか否か判断する（ステップＳ１５０）。パージ時間が規定値である場合には、セル抵抗が規定値よりも小さいとしても、電解質膜が必要十分な状態に乾燥している可能性があると想定され、パージ時間が規定値よりも長い場合には、電解質膜が過剰な乾燥状態となっている可能性があると想定されるからである。
【００３０】
パージ時間が規定値よりも短い場合には、ステップＳ１２０に戻って、ステップＳ１２０〜ステップＳ１５０の処理を繰り返す。一方、パージ時間が規定値に達している場合および全てのセル抵抗が規定値となっている場合には、上記したように、電解質膜の乾燥状態が必要十分な状態となっていると想定されるため、システムコントローラ５００は、流量コントローラ３００を制御して乾燥ガスのパージを停止し、燃料電池システム１０００の動作を停止する（ステップＳ１６０）。そして、燃料電池１００に接続されている配管等を取り外し、燃料電池１００を締結固定しているボルト５２を緩めて締結部材５０による締結を解除し、燃料電池１００を分解することができる（ステップＳ１７０）。
【００３１】
上記した分解方法によれば、乾燥ガスのパージ過程において、流路断面積可変機構８０により流路断面積を減少させて、乾燥ガスの流量を制限することにより、電解質膜の過剰な乾燥を防止しつつ乾燥させることができ、各燃料電池モジュール内の電解質膜のシワの発生や裂け等の劣化を防止することが可能である。これにより、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。
【００３２】
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池システムの構成：
図３は、第２実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。この燃料電池システム１０００Ｂは、第１実施例の燃料電池１００に代えて、固体高分子電解質型の燃料電池１００Ｂを用いて構成されている点を除いて、第１実施例の燃料電池システム１０００と同じであるので、相違点を除いて具体的な説明を省略する。
【００３３】
燃料電池１００Ｂの構成は、第１実施例の燃料電池１００がセルモニタ６０を有しているのに対して、セルモニタを有していない点を除いて全く同じである。また、図２には、図示および以下の説明を容易にするために、第１実施例の燃料電池システム１０００と同様に、燃料電池１００Ｂ内のマニホールドとしては酸化ガス供給マニホールド７０ａおよび酸化ガス排出マニホールド７０ｂのみが図示されている。同様に、外部から燃料電池１００Ｂに接続される配管としては、酸化ガス供給マニホールド７０ａに接続される配管２１０および酸化ガス排出マニホールド７０ｂに接続される配管２２０のみが図示されている。
【００３４】
Ｂ２．燃料電池システムおよび燃料電池の分解手順：
図４は、第２実施例としての燃料電池システムに用いられている燃料電池の分解の手順を示すフローチャートである。燃料電池１００Ｂを分解する場合には、まず、システムコントローラ５００によって、エアーコンプレッサー（不図示）や、流量コントローラ３００を制御して、予め定めた規定のガス流量、規定ガス圧で乾燥ガス（本例ではエアー）のパージを開始する（ステップＳ２１０）。このとき、システムコントローラ５００は、流量コントローラ３００を介してガス流量を監視し、規定流量Ａ以上であるか否か判断する（ステップＳ２２０）。
【００３５】
ガス流量がＡ未満である場合には、システムコントローラ５００は、流量コントローラ３００を制御して、ガス流量を増加させる（ステップＳ２３０）。そして、ステップＳ２２０におけるガス流量の判断およびステップＳ２３０におけるガス流量の制御を繰り返すことにより、ガス流量が規定流量Ａとなるように制御される。一方、ガス流量が規定流量Ａ以上である場合には、システムコントローラ５００は、圧力計４００で測定される圧力を監視し、パージしている乾燥ガスの圧力が規定の圧力以下であるか否か判断する（ステップＳ２４０）。これは、乾燥ガスをパージすることにより、第１実施例でも説明したように、流路断面積可変機構８０の第２部材８４がガス流路の断面積が小さくなるように動作し、この結果として、パージするガスの圧力が高くなるためである。
【００３６】
測定される圧力が規定の圧力より大きい場合には、システムコントローラ５００は、流量コントローラ３００を制御して、ガス流量を下げる（ステップＳ２５０）。そして、ステップＳ２４０における圧力の判断およびステップＳ１３０におけるガス流量の制御を繰り返すことにより、パージする乾燥ガスが、規定の圧力となるように制御される。一方、測定される圧力が規定の圧力以下となった場合には、システムコントローラ５００は、ガス流量を監視し、規定流量Ｂ以下であるか否か判断する（ステップＳ２６０）。なお、この規定流量Ｂは、全ての燃料電池モジュール内の電解質膜が乾燥して全ての流路断面積可変機構８０によるガス流路が最小の流路断面積となったときの既定圧力時のガス流量を示している。また、規定流量Ａ＞規定流量Ｂである。
【００３７】
ガス流量が規定流量Ｂよりも多い場合には、さらに、乾燥ガスのパージ時間が規定値以上であるか否か判断する（ステップＳ２７０）。パージ時間が規定値よりも短い場合には、ステップＳ２４０に戻って、ステップＳ２４０〜ステップＳ２７０の処理を繰り返す。一方、パージ時間が規定値に達している場合およびガス流量が規定流量Ｂ以下となっている場合には、システムコントローラ５００は、流量コントローラ３００を制御して乾燥ガスのパージを停止し、燃料電池システム１０００Ｂの動作を停止する（ステップＳ２８０）。そして、燃料電池１００Ｂに接続されている配管等を取り外し、燃料電池１００Ｂを締結固定しているボルト５２を緩めて締結部材５０による締結を解除し、燃料電池１００Ｂを分解することができる（ステップＳ２９０）。
【００３８】
上記した分解方法によっても、乾燥ガスのパージ過程において、流路断面積可変機構８０により流路断面積を減少させて、乾燥ガスの流量を制限することにより、電解質膜の過剰な乾燥を防止して、乾燥させることができ、各燃料電池モジュール内の電解質膜のシワの発生や裂け等の劣化を防止することが可能である。これにより、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。
【００３９】
Ｃ．第３実施例：
第１実施例の燃料電池１００および第２実施例の燃料電池１００Ｂは、上記したように、多孔質体流路と酸化ガス供給マニホールド７０ａとの間および多孔質体流路と酸化ガス排出マニホールド７０ｂとの間を繋ぐ部分のみ、セパレータ１４のカソード面１４ｃあるいはセパレータ１４の内部に連通溝流路が形成された酸化ガス流路の場合を例に示している。具体的には、カソード面１４ｃに形成されている、酸化ガス排出マニホールド７０ｂに接続された複数の連通溝流路７２に、それぞれ流路断面積可変機構８０が設けられている構成を示している（図１参照）。しかしながら、上記したように、酸化ガス流路としては、カソード面１４ｃに、酸化ガス供給マニホールド７０ａから酸化ガス排出マニホールド７０ｂまでを繋ぐように、複数の溝状流路を形成することにより構成することも可能である。そして、酸化ガス排出マニホールド７０ｂ側の各溝状流路部分に、流路断面積可変機構８０を設けるように構成することもできる。
【００４０】
図５〜図７は、酸化ガス流路として、セパレータのカソード面に酸化ガス供給マニホールドから酸化ガス排出マニホールドまでを繋ぐように形成された複数の溝状流路に流路断面積可変機構が設けられている例を示す説明図である。
【００４１】
いずれの例の場合においても、第１実施例および第２実施例の場合と同様に、設けられた流路断面積可変機構８０により、流れるガスの乾燥状態に応じて、流路断面積を最小にすることができる。これにより、各燃料電池モジュール内の電解質膜の過剰な乾燥を防止することが可能である。また、各構成を適用した燃料電池を用いた燃料電池システムにおいて、第１実施例および第２実施例で説明した分解の手順で燃料電池を分解することにより、各燃料電池モジュール内の電解質膜のシワの発生や裂け等の劣化を防止することが可能である。これにより、燃料電池の耐久性を向上させることが可能である。
【００４２】
Ｄ．第４実施例：
図８は、流路断面積可変機構の他の実施例を示す説明図である。この流路断面積可変機構８０Ａは、連通流路溝７２のガス流れの方向に沿って右側の側壁７２ｗに、その一方端面が第１の固定部８６ｐ１を介して接続された第１部材８２と、中間部に設けられた屈曲部８４ｃが第２の固定部８６ｐ２を介して接続された第２部材８４Ａと、その一方端辺が第４の固定部８６ｐ４を介して側壁７２に接続され、その他方端辺が、第２部材８４Ａのうち、屈曲部８４ｃに対して第１部材８２とは反対側の第１部分８４ａに、第５の固定部８６ｐ５を介して接続された板バネ８８と、で構成されている。また、第１部材８２は、その他方端辺が第２部材８４Ａのうち、屈曲部８４ｃに対して第１部分８４ａとは反対側の第２部分８４ｂに接触するように配置されている。
【００４３】
第１実施例で説明した流路断面積可変機構８０と同様に、第１部材８２には、対向する一方端辺と他方端辺との間の寸法が湿度に応じて変化し易い吸湿性変形材料を用いる。第２部材８４には、湿度変化に対しても寸法が変化し難い材料を用いる。また、第１、第２、第４、第５の固定部８６ｐ１、８６ｐ２、８６ｐ４、８６ｐ５は、例えば、アクリル系接着剤による接着、あるいは、部材の融着により形成することができる。
【００４４】
上記構成の流路断面積可変機構８０Ａでは、連通溝流路７２を流れるガスが湿潤時においては、第１部材８２が水分を吸収して膨張し、第２部材８４の第２部分８４ｂを押すことになる。このとき、第２部材８４の第１部分８４ａおよび第２部分８４ｂは、屈曲部８４ｃを支点として回動し、第１部分８４ａの開放された端辺が連通溝流路７２の右側の側壁７２ｗ側に移動する。一方、連通溝流路７２を流れるガスが乾燥時においては、第１部材８２中の水分が排出されて収縮し、第２部材８４の第２部分８４ｂの開放された端辺が屈曲部８４ｃを支店として回動可能となる。このとき、第２部材８４の第１部分８４ａが板バネ８８によって押されて、第１部分の開放された端辺が屈曲部８４ｃを支点として連通溝流路７２の右側の側壁７２ｗに対向する左側の側壁７２ｗｏ側に向かって回動し、連通溝流路７２の断面積が小さくなるように動作する。なお、第１部材８２の寸法や第２部材の形状および寸法は、燃料電池内モジュール内の乾燥が必要十分な状態となる場合の第１部材８２の収縮により第２部材８４によって連通溝流路７２を塞ぎ、残った流路の断面積が最小となるように設定する必要がある。なお、燃料電池モジュール内の乾燥が必要十分な状態とは、燃料電池モジュールに含まれる電解質膜のシワが発生せず、かつ、電解質膜に裂け等の劣化が発生しない乾燥状態の範囲を意味している。
【００４５】
Ｅ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の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て実施することが可能である。
【００４６】
Ｅ１．変形例１：
上記実施例では、酸化ガス排出マニホールド側の溝状流路部分に流路断面積可変機構を設ける場合を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、酸化ガス流路中のいずれかの溝状流路部分に流路断面積可変機構を設けるようにしてもよい。ただし、酸化ガス供給マニホールド側よりも酸化ガス排出マニホールド側のほうが、ガスの湿度変化が大きいので、効果的である。
【００４７】
Ｅ２．変形例２：
上記実施例では、酸化ガス流路中に流路断面積可変機構を設ける場合を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、燃料ガス流路中に流路断面積可変機構を設けるようにしてもよい。また、酸化ガス流路および燃料ガス流路の両方に流路断面積可変機構を設けるようにしてもよい。ただし、酸化ガス流路のほうがガスの湿度変化の影響が大きいので、酸化ガス流路中に流路断面積可変機構を設けるほうが効果的である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…燃料電池モジュール
１０ａｒ…楕円枠領域
１２…発電体
１４…セパレータ
１４ａ…アノード面
１４ｃ…カソード面
２０…ターミナル
３０…インシュレータ
４０…エンドプレート
５０…締結部材
５２…ボルト
６０…セルモニタ
７０ａ…酸化ガス供給マニホールド
７０ｂ…酸化ガス排出マニホールド
７２…連通溝流路
７２ｗ…側壁
７２ｗｏ…側壁
８０…流路断面積可変機構
８０Ａ…流路断面積可変機構
８０ａ…第１部分
８０ｂ…第２部分
８０ｃ…屈曲部
８２…第１部材
８４…第２部材
８６ｐ１…第１の固定部
８６ｐ２…第２の固定部
８６ｐ３…第３の固定部
８６ｐ４…第４の固定部
８６ｐ５…第５の固定部
１００…燃料電池
１００Ｂ…燃料電池
２１０…配管
２２０…配管
３００…流量コントローラ
４００…圧力計
５００…システムコントローラ
１０００…燃料電池システム
１０００Ｂ…燃料電池システム
【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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