(57)【要約】      （修正有）【課題】発電量に応じた適切な燃料電池の部位の乾燥を抑制することができる燃料電池システムの提供。【解決手段】燃料電池２のセパレータ２３、２４には、燃料ガスの第１導入孔５１及び排出孔５０と、酸化剤ガスの第２導入孔４１及び排出孔４０と、冷媒の第３、第４導入孔６１、６２及び第３排出孔６０と、燃料ガス流路２３０と、酸化剤ガス流路２４０とが設けられる。燃料ガス流路又は酸化剤ガス流路の裏側には冷媒流路２２０が設けられ、第３導入孔は、第１排出孔より第１導入孔に近く、かつ、第２導入孔より第１導入孔に近く、第４導入孔は、第２排出孔より第２導入孔に近く、第３導入孔より冷媒流路の上流側に連通する。調圧弁３は、第３又は第４導入孔に接続される。制御部１は、発電量が閾値以上の場合、第３及び第４導入孔からの冷媒流量の合計に対する第３導入孔からの冷媒流量の比が、発電量が閾値未満の場合より大きくなるように調圧弁を制御する。【選択図】図１
2019087419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの発電反応が行われる膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟む一対のセパレータとを有する燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する冷媒の流量を調整する調圧弁と、
前記燃料電池の発電量に基づき前記調圧弁を制御する制御部とを備え、
前記一対のセパレータには、
前記燃料ガスが導入される第１導入孔と、
前記燃料ガスが排出される第１排出孔と、
前記第１導入孔より前記第１排出孔に近く、前記酸化剤ガスが導入される第２導入孔と、
前記第１排出孔より前記第１導入孔に近く、前記酸化剤ガスが排出される第２排出孔と、
前記冷媒がそれぞれ導入される第３導入孔及び第４導入孔と、
前記冷媒が排出される第３排出孔とが設けられ、
前記一対のセパレータの一方には、前記第１導入孔から前記第１排出孔まで前記燃料ガスが流れる燃料ガス流路が設けられ、
前記一対のセパレータの他方には、前記第２導入孔から前記第２排出孔まで前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路が設けられ、
前記燃料ガス流路または前記酸化剤ガス流路の裏側には、前記第３導入孔及び前記第４導入孔から前記第３排出孔まで前記冷媒が流れる冷媒流路が設けられ、
前記第３導入孔は、前記第１排出孔より前記第１導入孔に近く、かつ前記第２導入孔より前記第１導入孔に近く、
前記第４導入孔は、前記第２排出孔より前記第２導入孔に近く、前記第３導入孔より前記冷媒流路の上流側に連通し、
前記調圧弁は、前記第３導入孔または前記第４導入孔に接続され、
前記制御部は、前記発電量が所定の閾値以上である場合、前記第３導入孔及び前記第４導入孔からそれぞれ導入される前記冷媒の流量の合計に対する、前記第３導入孔から導入される前記冷媒の流量の比が、前記発電量が前記所定の閾値未満である場合より大きくなるように前記調圧弁を制御する、
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。
【背景技術】
【０００２】
セパレータにおいて、冷却水流路が２つの入口に接続され、冷却水流路の入口の１つが酸化剤ガス流路の入口近傍に位置し、冷却水流路の出口が酸化剤ガス流路の出口付近に位置する燃料電池が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７６９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料ガスの導入マニホルドは酸化剤ガスの排出マニホルド付近に位置し、燃料ガスの排出マニホルドは酸化剤ガスの導入マニホルド付近に位置するセパレータを備える燃料電池が知られている。このような燃料電池では、燃料ガス流路の上流側の領域には、酸化剤ガス流路の下流側の領域から生成水の一部が移動し、酸化剤ガス流路の上流側には、燃料ガス流路の下流側から、燃料ガスに含まれる水分の一部が移動することにより、燃料電池の発電による生成水が燃料電池の内部を循環し、燃料電池の内部は全体的に乾燥が抑制される。
【０００５】
しかし、燃料電池の発電量が増加すると、乾燥した大量の燃料ガスが燃料ガス流路に流れ込むため、燃料ガス流路は、燃料ガスの導入マニホルド付近が乾燥しやすくなる場合がある。一方、燃料電池の発電量が減少すると、燃料電池の発電による生成水が少なくなり、また、燃料電池内の燃料ガス及び酸化剤ガスの流量が少なくなり燃料電池内の水の循環量が減少するため、燃料電池全体が乾燥しやすくなる。このとき、酸化剤ガス流路は、乾燥した空気が流入する酸化剤ガスの導入マニホルド付近が最も乾燥しやすくなる。このため、燃料ガス流路は、電解質膜を介して酸化剤ガスの導入マニホルド付近に対向する燃料ガスの排出マニホルド付近が乾燥する。
【０００６】
このように、燃料電池は、発電量によって乾燥しやすい部位が異なるため、発電量に応じた適切な燃料電池の部位の乾燥を抑制することが望まれるが、特許文献１には、燃料電池の乾燥を抑制する点が開示されていない。
【０００７】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、発電量に応じた適切な燃料電池の部位の乾燥を抑制することができる燃料電池システム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】
【０００８】
本明細書に記載の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスの発電反応が行われる膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟む一対のセパレータとを有する燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷媒の流量を調整する調圧弁と、前記燃料電池の発電量に基づき前記調圧弁を制御する制御部とを備え、前記一対のセパレータには、前記燃料ガスが導入される第１導入孔と、前記燃料ガスが排出される第１排出孔と、前記第１導入孔より前記第１排出孔に近く、前記酸化剤ガスが導入される第２導入孔と、前記第１排出孔より前記第１導入孔に近く、前記酸化剤ガスが排出される第２排出孔と、前記冷媒がそれぞれ導入される第３導入孔及び第４導入孔と、前記冷媒が排出される第３排出孔とが設けられ、前記一対のセパレータの一方には、前記第１導入孔から前記第１排出孔まで前記燃料ガスが流れる燃料ガス流路が設けられ、前記一対のセパレータの他方には、前記第２導入孔から前記第２排出孔まで前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路が設けられ、前記燃料ガス流路または前記酸化剤ガス流路の裏側には、前記第３導入孔及び前記第４導入孔から前記第３排出孔まで前記冷媒が流れる冷媒流路が設けられ、前記第３導入孔は、前記第１排出孔より前記第１導入孔に近く、かつ前記第２導入孔より前記第１導入孔に近く、前記第４導入孔は、前記第２排出孔より前記第２導入孔に近く、前記第３導入孔より前記冷媒流路の上流側に連通し、前記調圧弁は、前記第３導入孔または前記第４導入孔に接続され、前記制御部は、前記発電量が所定の閾値以上である場合、前記第３導入孔及び前記第４導入孔からそれぞれ導入される前記冷媒の流量の合計に対する、前記第３導入孔から導入される前記冷媒の流量の比が、前記発電量が前記所定の閾値未満である場合より大きくなるように前記調圧弁を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発電量に応じた適切な燃料電池の部位の乾燥を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料電池の一例を示す分解斜視図である。
【図２】燃料電池の一部の断面図である。
【図３】冷媒流路、燃料ガス流路、及び酸化剤ガス流路の一例を示す平面図である。
【図４】燃料電池の電流密度ごとの燃料ガス流路内の相対湿度の分布の一例を示す図である。
【図５】冷媒流路、燃料ガス流路、及び酸化剤ガス流路の他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、燃料電池の一例を示す分解斜視図である。図１には、一点透視図法により燃料電池２が記載されており、また、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１及び調圧弁３が記載されている。ＥＣＵ１、燃料電池２、及び調圧弁３は、燃料電池システムに含まれる。燃料電池１は、例えば固体高分子形であり、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気中の酸素）が供給され、燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応により発電する。
【００１２】
燃料電池２は、積層方向に沿って積層されたＭＥＧＡ（Membrane-Electrode-Gas diffusion layer Assembly）２０、樹脂シート２１、中間プレート２２、及び一対のセパレータ２３，２４を有する。なお、図１において、燃料電池２は、１つの単セルとして記載されているが、実際には複数の単セルが積層方向にスタックされて構成される。
【００１３】
樹脂シート２１は一例として矩形状の外形を有し、中央部には開口２１０が設けられている。開口２１０は、ＭＥＧＡ２０に対応する位置に設けられ、その縁にはＭＥＧＡ２０の端部が接着される。
【００１４】
セパレータ２３，２４は、例えば金属板などにより構成され、矩形状の外形を有する。セパレータ２３，２４は、例えば接着剤により樹脂シート２１に接着されている。セパレータ２３はＭＥＧＡ２０のアノード側に配置され、セパレータ２４はＭＥＧＡ２０のカソード側に配置される。このため、ＭＥＧＡ２０は、セパレータ２３，２４により挟まれている。
【００１５】
ＭＥＧＡ２０に対向するセパレータ２４の面には、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路２４０が形成されている。酸化剤ガス流路２４０は、ＭＥＧＡ２０のカソード側の面に対向する。
【００１６】
また、ＭＥＧＡ２０に対向するセパレータ２３の面には、燃料ガスが流れる燃料ガス流路２３０が形成されている。燃料ガス流路２３０は、ＭＥＧＡ２０のアノード側の面に対向する。
【００１７】
セパレータ２３を挟んでＭＥＧＡ２０の反対側には、中間プレート２２が配置される。中間プレート２２は、例えば金属板などにより構成され、矩形状の外形を有する。セパレータ２３とは反対側の中間プレート２２の面には、燃料電池２を冷却する冷媒（例えば冷却水）が流れる冷媒流路２２０が形成されている。
【００１８】
また、中間プレート２２は、セパレータ２４を挟んでＭＥＧＡ２０の反対側に配置されてもよい。この場合、冷媒流路２２０は、セパレータ２４とは反対側の中間プレート２２の面に形成される。このように、冷媒流路２２０は、燃料ガス流路２３０または酸化剤ガス流路２４０の裏側に設けられている。なお、冷媒流路２２０は、中間プレート２２に代えて、セパレータ２３における燃料ガス流路２３０の反対側の面、またはセパレータ２４における酸化剤ガス流路２４０の反対側の面に設けられてもよい。
【００１９】
また、樹脂シート２１、中間プレート２２、及びセパレータ２３，２４には、燃料ガス導入マニホルド５１、燃料ガス排出マニホルド５０、酸化剤ガス導入マニホルド４１、酸化剤ガス排出マニホルド４０、冷媒導入マニホルド６１，６２、及び冷媒排出マニホルド６０が設けられている。燃料ガス導入マニホルド５１、燃料ガス排出マニホルド５０、酸化剤ガス導入マニホルド４１、酸化剤ガス排出マニホルド４０、冷媒導入マニホルド６１，６２、及び冷媒排出マニホルド６０は、ＭＥＧＡ２０、樹脂シート２１、中間プレート２２、及びセパレータ２３，２４が積層されたときに流体が流通する貫通孔である。
【００２０】
燃料ガス導入マニホルド５１は、第１導入孔の一例であり、樹脂シート２１、中間プレート２２、及びセパレータ２３，２４の一端側に設けられている。燃料ガス排出マニホルド５０は、第１排出孔の一例であり、樹脂シート２１、中間プレート２２、及びセパレータ２３，２４の他端側に設けられている。燃料ガス導入マニホルド５１と燃料ガス排出マニホルド５０は燃料ガス流路２３０に連通している。
【００２１】
燃料ガスは、燃料ガス導入マニホルド５１により燃料電池２内に導入され、燃料ガス導入マニホルド５１から燃料ガス流路２３０に流入する。燃料ガスは、符号Ｄｈで示されるように、燃料ガス導入マニホルド５１から燃料ガス排出マニホルド５０まで燃料ガス流路２３０を流れる。燃料ガス流路２３０は、溝状に形成され、一例としてサーペンタイン形状（蛇行形状）を有する。燃料ガスは、燃料ガス流路２３０から燃料ガス排出マニホルド５０に流出し、燃料ガス排出マニホルド５０により燃料電池２から排出される。
【００２２】
酸化剤ガス導入マニホルド４１は、第２導入孔の一例であり、樹脂シート２１、中間プレート２２、及びセパレータ２３，２４の一端側に設けられている。酸化剤ガス排出マニホルド４０は、第２排出孔の一例であり、樹脂シート２１、中間プレート２２、及びセパレータ２３，２４の他端側に設けられている。酸化剤ガス導入マニホルド４１と酸化剤ガス排出マニホルド４０は酸化剤ガス流路２４０に連通している。
【００２３】
酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入マニホルド４１により燃料電池２内に導入され、酸化剤ガス導入マニホルド４１から酸化剤ガス流路２４０に流入する。酸化剤ガスは、符号Ｄａで示されるように、酸化剤ガス導入マニホルド４１から酸化剤ガス排出マニホルド４０まで酸化剤ガス流路２４０を流れる。酸化剤ガス流路２４０は、溝状に形成され、一例としてストレート形状（直線形状）を有する。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路２４０から酸化剤ガス排出マニホルド４０に流出し、酸化剤ガス排出マニホルド４０により燃料電池２から排出される。
【００２４】
冷媒導入マニホルド６１は、樹脂シート２１、中間プレート２２、及びセパレータ２３，２４の一端側に設けられ、冷媒導入マニホルド６２及び冷媒排出マニホルド６０は、樹脂シート２１、中間プレート２２、及びセパレータ２３，２４の他端側に設けられている。冷媒導入マニホルド６１，６２と冷媒排出マニホルド６０は冷媒流路２２０に連通している。冷媒導入マニホルド６２は、冷媒導入マニホルド６１より冷媒流路２２０の上流側に連通している。なお、冷媒導入マニホルド６１は第３導入孔の一例であり、冷媒導入マニホルド６２は第４導入孔の一例であり、冷媒排出マニホルド６０は第３排出孔の一例である。
【００２５】
冷媒は、各冷媒導入マニホルド６１，６２により燃料電池２内に導入され、各冷媒導入マニホルド６１，６２から冷媒流路２２０に流入する。酸化剤ガスは、符号Ｄｃで示されるように、各冷媒導入マニホルド６１，６２から冷媒排出マニホルド６０まで冷媒流路２２０を流れる。冷媒流路２２０は、溝状に形成され、一例として略コ字形状を有する。冷媒は、冷媒流路２２０から冷媒排出マニホルド６０に流出し、冷媒排出マニホルド６０により燃料電池２から排出される。
【００２６】
図２は、燃料電池２の一部の断面図である。より具体的には、図２は、図１の符号Ｐ１における、積層方向に沿ったＭＥＧＡ２０及びセパレータ２３，２４の断面を示す。
【００２７】
ＭＥＧＡ２０には、ガス拡散層（GDL: Gas Diffusion Layer）２０３，２０４と、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）２０５とが含まれる。ＭＥＡ２０５は、ガス拡散層２０３，２０４により挟まれ、電解質膜２００と、アノード触媒層２０１と、カソード触媒層２０２とを有する。
【００２８】
電解質膜２００は、例えば、湿潤状態で良好なプロトン電導性を示すイオン交換樹脂膜を含んで構成される。このようなイオン交換樹脂膜としては、例えば、ナフィオン（登録商標）などの、イオン交換基としてスルホン酸基を有するフッ素樹脂系のものが挙げられる。
【００２９】
アノード触媒層２０１とカソード触媒層２０２は、それぞれ電極であり、触媒担持導電性粒子とプロトン伝導性電解質を含む、ガス拡散性を有する多孔質層として形成されている。例えば、アノード触媒層２０１とカソード触媒層２０２は、白金担持カーボンとプロトン伝導性電解質を含む分散溶液である触媒インクの乾燥塗膜として形成される。
【００３０】
アノード触媒層２０１には、セパレータ２３の燃料ガス流路２３０を流れる燃料ガス（符号Ｄｈ参照）が、一方のガス拡散層２０３を介し供給される。カソード触媒層２０２には、セパレータ２４の酸化剤ガス流路２４０を流れる酸化剤ガス（符号Ｄａ参照）が、他方のガス拡散層２０４を介し供給される。
【００３１】
ガス拡散層２０３，２０４は、例えば、カーボンペーパーなどの基材に撥水性のマイクロポーラス層を積層することにより形成される。なお、マイクロポーラス層としては、例えばＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）などの撥水性樹脂とカーボンブラックなどの導電性材料を含んで形成される。ＭＥＡ２０５では、酸化剤ガス及び燃料ガスの発電反応が行われる。
【００３２】
また、セパレータ２３に隣接する不図示の中間プレート２２には、冷媒流路２２０に沿って冷媒が流れる（符号Ｄｃ参照）。これにより、発電反応で加熱したＭＥＡ２０５が冷却される。
【００３３】
再び図１を参照すると、冷媒は、不図示の熱交換器から供給路３０を介して燃料電池２に供給される。供給路３０は２つの分岐路３１，３２に分岐し、一方の分岐路３１は冷媒導入マニホルド６１に接続され、他方の分岐路３２は冷媒導入マニホルド６２に接続されている。これにより、冷媒導入マニホルド６１は一方の分岐路３１から冷媒を導入し、冷媒導入マニホルド６２は他方の分岐路３２から冷媒を導入する。
【００３４】
調圧弁３は、冷媒導入マニホルド６１に接続され、冷媒の流量Ｆ１，Ｆ２を調整する。より具体的には、調圧弁３は分岐路３１上に設けられ、その開度が増加すると、冷媒導入マニホルド６１から導入される冷媒の流量Ｆ１が増加するとともに、冷媒導入マニホルド６２から導入される冷媒の流量Ｆ２が減少する。また、調圧弁３の開度が減少すると、冷媒導入マニホルド６１から導入される冷媒の流量Ｆ１が減少するとともに、冷媒導入マニホルド６２から導入される冷媒の流量Ｆ２が増加する。なお、調圧弁３は、冷媒導入マニホルド６２に接続されてもよい。
【００３５】
ＥＣＵ１は、制御部の一例であり、燃料電池２の発電量に基づき調圧弁３を制御する。より具体的には、ＥＣＵ１は、燃料電池２の動作状態に関するパラメータから発電量を検出する。パラメータとしては、燃料電池２の要求出力（例えばアクセルペダルの開度など）、出力電流、出力電圧、出力電力、温度、及び湿度と燃料ガス及び酸化剤ガスの供給量などが挙げられる。
【００３６】
ＥＣＵ１は、発電量に基づいて、例えば調圧弁３の開度の制御目標値を示す制御信号Ｓを生成し調圧弁３に出力する。調圧弁３は、制御信号Ｓに従って開度を設定する。これにより、ＥＣＵ１は、発電量に基づいて、各冷媒導入マニホルド６１，６２から導入される冷媒の流量の合計（Ｆ１＋Ｆ２）に対する、冷媒導入マニホルド６１から導入される冷媒の流量Ｆ１の比（Ｆ１／（Ｆ１＋Ｆ２））を制御する。このため、燃料電池２は、発電量に応じた適切な部位の乾燥が抑制される。
【００３７】
図３は、冷媒流路２２０、燃料ガス流路２３０、及び酸化剤ガス流路２４０の一例を示す平面図である。図３において、図１と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３８】
図３の紙面の上部には、中間プレート２２における冷媒流路２２０の形成面を積層方向で正面視した場合の平面図が記載されている。図３の紙面の中央には、セパレータ２３における燃料ガス流路２３０の形成面とは反対側の面を積層方向で正面視した場合の平面図が記載されている。つまり、図３の紙面の中央には、燃料ガス流路２３０をその裏側から見た様子が示されている。図３の紙面の下部には、セパレータ２４における酸化剤ガス流路２４０の形成面を積層方向で正面視した場合の平面図が記載されている。
【００３９】
燃料ガスは、符号Ｄｈで示されるように、燃料ガス導入マニホルド５１から燃料ガス流路２３０に流入し、サーペンタイン形状の燃料ガス流路２３０を流れて燃料ガス排出マニホルド５０から排出される。また、酸化剤ガスは、符号Ｄａで示されるように、酸化剤ガス導入マニホルド４１から酸化剤ガス流路２４０に流入し、ストレート形状の酸化剤ガス流路２４０を流れて酸化剤ガス排出マニホルド４０から排出される。
【００４０】
酸化剤ガス導入マニホルド４１と酸化剤ガス排出マニホルド４０は、セパレータ２３，２４及び中間プレート２２の互いに対向する２つの辺にそれぞれ設けられている。また、燃料ガス導入マニホルド５１は、セパレータ２３，２４及び中間プレート２２の一端において、酸化剤ガス導入マニホルド４１より酸化剤ガス排出マニホルド４０に近い位置に設けられている。燃料ガス排出マニホルド５０は、セパレータ２３，２４及び中間プレート２２の他端において、酸化剤ガス排出マニホルド４０より酸化剤ガス導入マニホルド４１に近い位置に設けられている。
【００４１】
つまり、セパレータ２３，２４において、燃料ガス流路２３０の入口である燃料ガス導入マニホルド５１は、酸化剤ガス流路２４０の出口である酸化剤ガス排出マニホルド４０付近に位置する。また、燃料ガス流路２３０の出口である燃料ガス排出マニホルド５０は、酸化剤ガス流路２４０の入口である酸化剤ガス導入マニホルド４１付近に位置する。
【００４２】
このため、燃料ガス流路２３０の上流側の領域には、酸化剤ガス流路２４０の下流側の領域から生成水の一部が移動する。また、酸化剤ガス流路２４０の上流側には、燃料ガス流路２３０の下流側から、燃料ガスに含まれる水分の一部が移動することにより、燃料電池２の発電による生成水が燃料電池２の内部を循環し、全体的に乾燥が抑制される。
【００４３】
しかし、燃料電池２の発電量が増加すると、乾燥した大量の燃料ガスが燃料ガス流路２３０に流れ込むため、燃料ガス流路２３０は、燃料ガス導入マニホルド５１付近が乾燥しやすくなる場合がある。一方、燃料電池２の発電量が減少すると、燃料電池２の発電による生成水が少なくなり、また、燃料電池２内の燃料ガス及び酸化剤ガスの流量が少なくなり燃料電池２内の水の循環量が減少するため、燃料電池２全体が乾燥しやすくなる。このとき、酸化剤ガス流路２４０は、乾燥した空気が流入する酸化剤ガス導入マニホルド４１付近が最も乾燥しやすくなる。このため、燃料ガス流路は、電解質膜２００を介して酸化剤ガス導入マニホルド４１付近に対向する燃料ガス排出マニホルド５０付近が乾燥する。
【００４４】
図４は、燃料電池２の電流密度ごとの燃料ガス流路２３０内の相対湿度の分布の一例を示す図である。図４において、縦軸は相対湿度［％ＲＨ］を示し、横軸は燃料ガス流路２３０内の位置を示す。ここで、横軸の左端は燃料ガスの入口に該当し、横軸の右端は燃料ガスの出口に該当する。また、電流密度としては、一例として、１．１［Ａ／ｃｍ２］、１．７［Ａ／ｃｍ２］、及び２．４［Ａ／ｃｍ２］を挙げる。
【００４５】
符号Ｐ２，Ｐ３で示されるように、燃料ガス流路２３０のうち、入口付近及び出口付近が乾燥しやすい。燃料ガス流路２３０の入口付近では、電流密度が２．４［Ａ／ｃｍ２］であるときに最も相対湿度が低く、燃料ガス流路２３０の出口付近では、電流密度が１．１［Ａ／ｃｍ２］であるときに最も相対湿度が低い。
【００４６】
つまり、燃料ガス流路２３０の入口付近は、燃料電池２の発電量が多いほど、乾燥しやすく、燃料ガス流路２３０の出口付近は、燃料電池２の発電量が少ないほど、乾燥しやすい。このため、燃料電池２の発電量が増加すると、燃料ガス流路２３０の入口付近が乾燥しやすくなり、燃料電池２の発電量が減少すると、酸化剤ガス流路２４０の入口付近が乾燥しやすくなる。
【００４７】
そこで、図３に示されるように、冷媒導入マニホルド６１は、燃料ガス排出マニホルド５０より燃料ガス導入マニホルド５１に近く、かつ酸化剤ガス導入マニホルド４１より燃料ガス導入マニホルド５１に近い位置に設けられ、冷媒導入マニホルド６２は、酸化剤ガス排出マニホルド４０より酸化剤ガス導入マニホルド４１に近い位置に設けられている。このため、冷媒導入マニホルド６１からの冷媒は、燃料ガス流路２３０のうち、燃料ガス導入マニホルド５１付近を最もよく冷却し、その乾燥を抑制する。また、冷媒導入マニホルド６２からの冷媒は、酸化剤ガス流路２４０のうち、酸化剤ガス導入マニホルド４１付近を最もよく冷却し、その乾燥を抑制する。
【００４８】
より具体的には、冷媒導入マニホルド６１は、セパレータ２３，２４及び中間プレート２２の一端において、燃料ガス導入マニホルド５１に隣り合う。また、冷媒導入マニホルド６２は、セパレータ２３，２４及び中間プレート２２の他端において、燃料ガス排出マニホルド５０に隣り合う。さらに、冷媒排出マニホルド６０は、冷媒導入マニホルド６２に隣り合う。
【００４９】
冷媒導入マニホルド６１からの冷媒は、符号Ｄｃ１で示されるように、冷媒流路２２０の下流側を流れて冷媒排出マニホルド６０から排出される。また、冷媒導入マニホルド６２からの冷媒は、符号Ｄｃ２で示されるように、冷媒流路２２０の上流側を流れた後、折り返して冷媒導入マニホルド６１からの冷媒に合流し、冷媒流路２２０の下流側を流れて冷媒排出マニホルド６０から排出される。
【００５０】
ここで、冷媒流路２２０の上流側は、燃料ガス流路２３０の下流側と酸化剤ガス流路２４０の上流側と重なり、冷媒流路２２０の下流側は、燃料ガス流路２３０の上流側と酸化剤ガス流路２４０の下流側と重なる。
【００５１】
このため、冷媒導入マニホルド６２からの冷媒は、燃料ガス流路２３０及び酸化剤ガス流路２４０を全体的に冷却する。とりわけ、冷媒導入マニホルド６２に近い燃料ガス排出マニホルド５０付近及び酸化剤ガス導入マニホルド４１付近は最もよく冷却されるため、効果的に乾燥が抑制される。
【００５２】
一方、冷媒導入マニホルド６１からの冷媒は、燃料ガス流路２３０の上流側と酸化剤ガス流路２４０の下流側を冷却する。とりわけ、冷媒導入マニホルド６１に近い燃料ガス導入マニホルド５１付近は最もよく冷却されるため、効果的に乾燥が抑制される。
【００５３】
ＥＣＵ１は、発電量に応じて調圧弁３を制御することにより、各冷媒導入マニホルド６１，６２から冷媒流路２２０に流入する冷媒の流量Ｆ１，Ｆ２のバランスを調整し、発電量に応じた適切な部位の乾燥を抑制する。例えば、ＥＣＵ１は、燃料電池２の発電量が所定の閾値以上である場合、各流量Ｆ１，Ｆ２の合計に対する流量Ｆ１の比が、発電量が所定の閾値未満である場合より大きくなるように調圧弁３を制御する。
【００５４】
このため、発電量が閾値未満であるとき、酸化剤ガス導入マニホルド４１付近の乾燥が抑制されるが、発電量が増加して閾値を超えると、燃料ガス導入マニホルド５１付近の乾燥が抑制される。したがって、本実施例の燃料電池システムによると、発電量に応じた適切な燃料電池２の部位の乾燥を抑制することができる。なお、閾値は、燃料電池２の設計に応じて適切な値に予め設定される。
【００５５】
例えば、ＥＣＵ１は、発電量が所定の閾値未満である場合、冷媒導入マニホルド６２からの冷媒の流量Ｆ２の全流量（Ｆ１＋Ｆ２）に対する比を１００（％）とし、冷媒導入マニホルド６１からの冷媒の流量Ｆ１の全流量（Ｆ１＋Ｆ２）に対する比を０（％）とする。この場合、酸化剤ガス流路２４０のうち、酸化剤ガス導入マニホルド４１付近の乾燥が好適に抑制される。
【００５６】
さらに、ＥＣＵ１は、発電量が所定の閾値以上である場合、冷媒導入マニホルド６２からの冷媒の流量Ｆ２の全流量（Ｆ１＋Ｆ２）に対する比を５０（％）とし、冷媒導入マニホルド６１からの冷媒の流量Ｆ１の全流量（Ｆ１＋Ｆ２）に対する比を５０（％）とする。この場合、燃料ガス流路２３０のうち、燃料ガス導入マニホルド５１付近の乾燥が好適に抑制される。これにより、乾燥による燃料電池２の発電性能の低下が抑制される。
【００５７】
また、燃料電池２の温度は発電量が少ないときに低くなるため、仮に燃料ガス導入マニホルド５１付近を過度に冷却すると、燃料ガス流路２３０内では水蒸気が凝縮することによりフラッディングが生ずるおそれがある。しかし、ＥＣＵ１は、上記の動作によって、発電量が所定の閾値未満である場合、冷媒導入マニホルド６１からの冷媒の流量Ｆ１の全流量（Ｆ１＋Ｆ２）に対する比を、発電量が所定の閾値以上である場合より小さくするため、発電量が少ないときに燃料ガス導入マニホルド５１付近の冷却を適切に抑制することができる。これにより、フラッディングによる燃料電池２の発電性能の低下も抑制される。
【００５８】
また、本例において、酸化剤ガス流路２４０はストレート形状であるが、これに限定されず、以下の例のようにサーペンタイン形状であってもよい。
【００５９】
図５は、冷媒流路２２０ａ、燃料ガス流路２３０ａ、及び酸化剤ガス流路２４０ａの他の例を示す平面図である。図５において、図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６０】
本例において、酸化剤ガス流路２４０ａは、図４とは異なり、サーペンタイン形状を有している。酸化剤ガス導入マニホルド４１ａ及び酸化剤ガス排出マニホルド４０ａは、酸化剤ガス流路２４０ａに連通している。酸化剤ガス導入マニホルド４１ａからの酸化剤ガスは、符号Ｄａで示されるように、酸化剤ガス流路２４０ａを流れ、酸化剤ガス排出マニホルド４０ａから排出される。なお、酸化剤ガス導入マニホルド４１ａは第２導入孔の一例であり、酸化剤ガス排出マニホルド４０ａは第２排出孔の一例である。
【００６１】
また、燃料ガス流路２３０ａは、燃料ガス導入マニホルド５１ａ及び燃料ガス排出マニホルド５０ａに連通し、サーペンタイン形状を有する。燃料ガス導入マニホルド５１ａからの燃料ガスは、燃料ガス流路２３０を流れ、燃料ガス排出マニホルド５０ａから排出される。なお、燃料ガス導入マニホルド５１ａは第１導入孔の一例であり、燃料ガス排出マニホルド５０ａは第１排出孔の一例である。
【００６２】
冷媒流路２２０ａは、冷媒導入マニホルド６１ａ，６２ａ及び冷媒排出マニホルド６０ａに連通し、コ字形状を有する。冷媒導入マニホルド６２ａは、冷媒流路２２０ａにおいて冷媒導入マニホルド６１ａより上流側に連通する。各冷媒導入マニホルド６１ａ，６２ａからの冷媒は、符号Ｄｃ１，Ｄｃ２で示されるように、冷媒流路２２０ａ内で合流して冷媒排出マニホルド６０ａから排出される。なお、冷媒導入マニホルド６１ａは第３導入孔の一例であり、冷媒導入マニホルド６２ａは第４導入孔の一例である。
【００６３】
酸化剤ガス排出マニホルド４０ａ、燃料ガス導入マニホルド５１ａ、及び冷媒導入マニホルド６１ａは、中間プレート２２及びセパレータ２３，２４の一端に設けられている。また、酸化剤ガス導入マニホルド４１ａ、燃料ガス排出マニホルド５０ａ、冷媒導入マニホルド６２ａ、及び冷媒排出マニホルド６０ａは、中間プレート２２及びセパレータ２３，２４の他端に設けられている。
【００６４】
このため、酸化剤ガス導入マニホルド４１ａは、燃料ガス導入マニホルド５１ａより燃料ガス排出マニホルド５０ａに近く、酸化剤ガス排出マニホルド４０ａは、燃料ガス排出マニホルド５０ａより燃料ガス導入マニホルド５１ａに近い。また、冷媒導入マニホルド６１ａは、燃料ガス排出マニホルド５０ａより燃料ガス導入マニホルド５１ａに近く、冷媒導入マニホルド６２ａは、酸化剤ガス排出マニホルド４０ａより酸化剤ガス導入マニホルド４１ａに近い。
【００６５】
したがって、本例においても、ＥＣＵ１が上記のように調圧弁３を制御することにより、上述した内容と同様の作用効果を得ることができる。
【００６６】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１     ＥＣＵ（制御部）
２     燃料電池
３     調圧弁
２２     中間プレート
２３，２４    セパレータ
４０，４０ａ    酸化剤ガス排出マニホルド（第２排出孔）
４１，４１ａ    酸化剤ガス導入マニホルド（第２導入孔）
５０，５０ａ    燃料ガス排出マニホルド（第１排出孔）
５１，５１ａ    燃料ガス導入マニホルド（第１導入孔）
６０，６０ａ    冷媒排出マニホルド（第３排出孔）
６１，６１ａ    冷媒導入マニホルド（第３導入孔）
６２，６２ａ    冷媒導入マニホルド（第４導入孔）
２０５    ＭＥＡ
２２０    冷媒流路
２３０    燃料ガス流路
２４０    酸化剤ガス流路
【図１】
2019087419.tif 000003
【図２】
2019087419.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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