(57)【要約】【課題】各燃料電池セルにおけるアノード電極を効率的に加湿でき、高電流密度運転においても優れた発電性能を発揮し得る燃料電池スタック及び燃料電池システムを提供すること。【解決手段】本発明のの燃料電池スタックによれば、電気的に直列接続された隣接する単位セルにおける、一方の単位セルのカソード電極と他方の単位セルのアノード電極との間には、水透過層が、該カソード電極における第２の多孔体及び該アノード電極における第１の多孔体のそれぞれに当接した状態で配設されている。よって、かかる水透過層の存在により、カソード電極内の水蒸気及び液体水がアノード電極に供給されるので、アノード電極における第１の触媒層及び固体高分子電解質膜における水分不足を抑制できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜と、その固体高分子電解質膜の一方の面に当接するアノード電極と、前記固体高分子電解質膜の他方の面に当接するカソード電極とを備え、前記アノード電極へ供給される燃料ガスと前記カソード電極へ供給される酸化剤ガスとの電気化学反応を利用して発電を行う単位セルを複数積層し、隣接する前記単位セルが互いに電気的に直列接続されている燃料電池スタックであって、
前記アノード電極は
前記固体高分子電解質膜に当接する第１の触媒層と、
その第１の触媒層における前記固体高分子電解質膜とは反対側に該第１の触媒層と電気的に接続された状態で配置され、相互に連通し表面が親水性である多数の孔を有すると共に、導電性を有する第１の多孔体とを含んで構成されるものであり、
前記カソード電極は、
前記固体高分子電解質膜に当接する第２の触媒層と、
その第２の触媒層における前記固体高分子電解質膜とは反対側に該第２の触媒層と電気的に接続された状態で配置され、相互に連通し表面が親水性である多数の孔を有すると共に、導電性を有する第２の多孔体とを含んで構成されるものであり、
隣接する前記単位セルにおける、一方の単位セルの前記カソード電極と他方の単位セルの前記アノード電極との間に、該カソード電極における前記第２の多孔体及び該アノード電極における前記第１の多孔体のそれぞれに当接して配設される水透過層をさらに備えていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記水透過層は、高分子透湿膜であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記第１の多孔体は、その表面に親水性材料が被覆されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池スタックと、
その燃料電池スタックを構成する複数の前記単位セルのうち、前記カソード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルの出力値を検出する第１の出力値検出手段と、
その第１の出力値検出手段により検出された出力値に基づき、フラッディング状態を監視するフラッディング監視手段と、
前記燃料電池スタックを構成する複数の前記単位セルのうち、前記アノード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルの出力値を検出する第２の出力値検出手段と、
その第２の出力値検出手段により検出された出力値に基づき、ドライアップ状態を監視するドライアップ監視手段と、
そのドライアップ監視手段によりドライアップ状態が検出された場合、又は、前記フラッディング監視手段によりフラッディング状態が検出された場合に、前記単位セルにおける前記カソード電極の水分量を調節する水分量調節手段とを備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池スタックと、
その燃料電池スタックを構成する複数の前記単位セルのうち、前記カソード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルの出力値を検出する出力値検出手段と、
その出力値検出手段により検出された出力値に基づき、フラッディング状態を監視するフラッディング監視手段と、
そのフラッディング監視手段によりフラッディング状態が検出された場合に、前記単位セルにおける前記カソード電極の水分量を調節する水分量調節手段とを備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池スタックと、
その燃料電池スタックを構成する複数の前記単位セルのうち、前記アノード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルの出力値を検出する出力値検出手段と、
その出力値検出手段により検出された出力値に基づき、ドライアップ状態を監視するドライアップ監視手段と、
そのドライアップ監視手段によりドライアップ状態が検出された場合に、前記単位セルにおける前記カソード電極の水分量を調節する水分量調節手段とを備えていることを特徴と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、固体高分子型燃料電池セルから構成される燃料電池スタック及び燃料電池システムに関し、特に、各燃料電池セルにおけるアノード電極を効率的に加湿でき、優れた発電性能を発揮し得る燃料電池スタック及び燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池の単位セルは、アノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）との間に固体高分子電解質膜を挟持した構成を有し、アノード電極へ供給される燃料ガス（例えば、水素）とカソード電極へ供給される酸化剤ガス（例えば、空気）とを電気化学的に反応させることにより発電を行う。
【０００３】
具体的には、固体高分子型燃料電池の単位セルは、アノード電極及びカソード電極でそれぞれ生じる以下の電極反応の結果として、全体として、水素と酸素とによる水生成反応が進行して起電力を発生する。
【０００４】
アノード電極：    Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード電極：  （１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
【０００５】
従来において一般的な固体高分子型燃料電池としては、例えば、特許文献１に記載される固体高分子電解質膜燃料電池などが挙げられる。ここで、図４及び図５を参照して、従来において一般的な固体高分子型燃料電池の単位セルである燃料電池セル１００の構成について説明する。
【０００６】
図４は、燃料電池セル１００の分解斜視図であり、図５は、燃料電池セル１００で使用される膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１１０を模式的に示す拡大一部断面図である。
【０００７】
図４に示すように、燃料電池セル１００は、導電性の材料から形成される一対のセパレータ１２０と、その一対のセパレータ１２０に挟持される膜電極接合体１１０とから構成される。
【０００８】
セパレータ１２０における膜電極接合体１１０のカソード電極１１０ｂに対向する側の面には、一方向（図４における上下方向）に延びるリブを並列して設けることによって複数の溝状の酸化剤ガス流路１２０ａが形成されている。
【０００９】
一方、セパレータ１２０における、膜電極接合体１１０のアノード電極１１０ｃに対向する側の面には、酸化剤ガス流路１２０ａと直交する方向（図４に示すセパレータ１２０の手前側から奥側へ向かう方向）に延びるリブを並列して設けることによって、酸化剤ガス流路１２０ａと直交する方向に延びる複数の溝状の燃料ガス流路１２０ｂが形成されている。
【００１０】
酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路１２０ａを流通することによって、膜電極接合体１１０のカソード電極１１０ｂへ供給され、燃料ガスは、燃料ガス流路１２０ｂを流通することによって、膜電極接合体１１０のアノード電極１１０ｃへ供給される。
【００１１】
膜電極接合体１１０は、図５に示すように、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標：デュポン社製）やＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標：旭化成（株）製）などの固体高分子電解質膜１１０ａと、その固体高分子電解質膜１１０ａの片面に当接されるカソード電極１１０ｂと、固体高分子電解質膜１１０ａにおけるカソード電極１１０ｂが当接された面とは反対側の面に当接されるアノード電極１１０ｃとから構成される。
【００１２】
カソード電極１１０ｂは、固体高分子電解質膜１１０ａに当接される触媒層１３０ａと、その触媒層１３０ａにおける固体高分子電解質膜１１０ａに当接された面とは反対側の面に当接されるガス拡散層１３０ｂとから構成される。
【００１３】
アノード電極１１０ｃは、固体高分子電解質膜１１０ａに当接される触媒層１４０ａと、その触媒層１４０ａにおける固体高分子電解質膜１１０ａに当接された面とは反対側の面に当接されるガス拡散層１４０ｂとから構成される。
【００１４】
触媒層１３０ａ，１４０ａは、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応を促進する層であり、触媒担持カーボンと電解質とを含んで構成される層である。また、ガス拡散層１３０ｂは、カソード電極１１０ｂへ供給された酸化剤ガスを拡散させる層であり、ガス拡散層１４０ｂは、アノード電極１１０ｃへ供給された燃料ガスを拡散させる層である。これらのガス拡散層１３０ｂ，１４０ｂは、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスなどの炭素系材料、又は金属メッシュや金属多孔体などが用いられる。
【００１５】
上述のように、酸化剤ガスが、酸化剤ガス流路１２０ａを流通することによってカソード電極１１０ｂへ供給され、その一方で、燃料ガスが、燃料ガス流路１２０ｂを流通することによってアノード電極１１０ｃへ供給されると、カソード電極１１０ｂとアノード電極１１０ｃとで生じる電気化学反応の結果として、起電力を生じる。
【００１６】
ところで、燃料電池セルでは、カソード電極において水が生成する上に、アノード電極における反応によって生じたプロトンがカソード電極へ移動する際に、水を水和した状態で移動するので、カソード電極側では水分量が多くアノード電極側では水分量が少ないという水分の濃度勾配が生じる傾向にある。
【００１７】
かかる水分の濃度勾配により、一部の水はカソード電極からアノード電極へ逆拡散する。その一方で、アノード電極からカソード電極へのプロトン移動に伴う水の移動量は、プロトン移動量（即ち、電流密度の上昇）に比例して増加するので、運転時の電流密度が高くなる程、アノード電極側の水分不足が生じやすいという問題があった。
【００１８】
かかる問題に対し、従来は、一般的に、加湿された酸化剤ガスをカソード電極側に供給し、固体電解質高分子膜における水の逆拡散を利用してアノード電極側を加湿したり、アノード電極側に加湿された燃料ガスを供給することにより、燃料電池セルの水分管理を行っていた。
【特許文献１】特開平３−２９５１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、酸化剤ガスや燃料ガスの加湿によって行う燃料電池セルの水分管理は、高電流密度での運転時におけるアノード電極側の水分不足を解消して優れた発電性能を発揮させるには不十分であるという問題点があった。
【００２０】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、各燃料電池セルにおけるアノード電極を効率的に加湿でき、高電流密度運転においても優れた発電性能を発揮し得る燃料電池スタック及び燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜と、その固体高分子電解質膜の一方の面に当接するアノード電極と、前記固体高分子電解質膜の他方の面に当接するカソード電極とを備え、前記アノード電極へ供給される燃料ガスと前記カソード電極へ供給される酸化剤ガスとの電気化学反応を利用して発電を行う単位セルを複数積層し、隣接する前記単位セルが互いに電気的に直列接続されているものであって、前記アノード電極は前記固体高分子電解質膜に当接する第１の触媒層と、その第１の触媒層における前記固体高分子電解質膜とは反対側に該第１の触媒層と電気的に接続された状態で配置され、相互に連通する多数の孔を有すると共に、導電性を有する第１の多孔体とを含んで構成されるものであり、前記カソード電極は、前記固体高分子電解質膜に当接する第２の触媒層と、その第２の触媒層における前記固体高分子電解質膜とは反対側に該第２の触媒層と電気的に接続された状態で配置され、相互に連通し表面が親水性である多数の孔を有すると共に、導電性を有する第２の多孔体とを含んで構成されるものであり、隣接する前記単位セルにおける、一方の単位セルの前記カソード電極と他方の単位セルの前記アノード電極との間に、該カソード電極における前記第２の多孔体及び該アノード電極における前記第１の多孔体のそれぞれに当接して配設される水透過層をさらに備えている。
【００２２】
請求項２記載の燃料電池スタックは、請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記水透過層は、高分子透湿膜である。
【００２３】
請求項３記載の燃料電池スタックは、請求項１又は２に記載の燃料電池スタックにおいて、前記第１の多孔体は、その表面に親水性材料が被覆されている。
【００２４】
請求項４記載の燃料電池システムは、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池スタックと、その燃料電池スタックを構成する複数の前記単位セルのうち、前記カソード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルの出力値を検出する第１の出力値検出手段と、その第１の出力値検出手段により検出された出力値に基づき、フラッディング状態を監視するフラッディング監視手段と、前記燃料電池スタックを構成する複数の前記単位セルのうち、前記アノード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルの出力値を検出する第２の出力値検出手段と、その第２の出力値検出手段により検出された出力値に基づき、ドライアップ状態を監視するドライアップ監視手段と、そのドライアップ監視手段によりドライアップ状態が検出された場合、又は、前記フラッディング監視手段によりフラッディング状態が検出された場合に、前記単位セルにおける前記カソード電極の水分量を調節する水分量調節手段とを備えている。
【００２５】
請求項５記載の燃料電池システムは、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池スタックと、その燃料電池スタックを構成する複数の前記単位セルのうち、前記カソード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルの出力値を検出する出力値検出手段と、その出力値検出手段により検出された出力値に基づき、フラッディング状態を監視するフラッディング監視手段と、そのフラッディング監視手段によりフラッディング状態が検出された場合に、前記単位セルにおける前記カソード電極の水分量を調節する水分量調節手段とを備えている。
【００２６】
請求項６記載の燃料電池システムは、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池スタックと、その燃料電池スタックを構成する複数の前記単位セルのうち、前記アノード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルの出力値を検出する出力値検出手段と、その出力値検出手段により検出された出力値に基づき、ドライアップ状態を監視するドライアップ監視手段と、そのドライアップ監視手段によりドライアップ状態が検出された場合に、前記単位セルにおける前記カソード電極の水分量を調節する水分量調節手段とを備えている。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１記載の燃料電池スタックによれば、電気的に直列接続された各燃料電池セルのアノード電極及びカソード電極が、それぞれ、第１の多孔体及び第２の多孔体を有しており、これらの第１及び第２の多孔体が相互に連通する多数の孔を有しているので、これらの多数の孔が燃料ガス又は酸化剤ガスの流路として機能し、燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ第１の触媒層及び第２の触媒層へ供給することができ、その結果として、各燃料電池セルから電力を得ることができる。
【００２８】
このように、第１及び第２の多孔体が有する互いに連通する多数の孔がガス流路として機能する一方で、これらの互いに連通する多数の孔の表面が親水性に構成されているので、親水性の表面を有する孔の表面張力により厚さ方向への水分の拡散が有効に行われることとなり、孔が液体水によって閉塞され難く、ガスの圧力損失及びフラッディングを抑制でき、優れた発電性能を発揮させることができる。
【００２９】
さらに、請求項１記載の燃料電池スタックによれば、電気的に直列接続された隣接する単位セルにおける、一方の単位セルのカソード電極と他方の単位セルのアノード電極との間には、水透過層が、該カソード電極における第２の多孔体及び該アノード電極における第１の多孔体のそれぞれに当接した状態で配設されている。
【００３０】
通常、カソード電極の含水量は多く、アノード電極の含水量はカソード電極に比べ少ないので、カソード電極における第２の多孔体及びアノード電極における第１の多孔体にそれぞれ当接された状態で配設されている水透過層は、その水透過性（透湿性）によって、カソード電極における第２の多孔体から第１の多孔体へ水分（水蒸気、液体水）を透過させることができる。
【００３１】
よって、かかる水透過層の存在により、カソード電極内の水蒸気及び液体水がアノード電極に供給されるので、アノード電極における第１の触媒層及び固体高分子電解質膜における水分不足を抑制できるという効果がある。特に、請求項１記載の燃料電池スタックによれば、起電力を得る電気化学反応の結果としてカソード電極に生成した水を、余剰水として排出するだけでなく、アノード電極の加湿用に利用することができるので、効率よくアノード電極を加湿できる。
【００３２】
また、請求項１記載の燃料電池スタックによれば、水透過層に当接するカソード電極の第２の多孔体が、相互に連通する多数の孔を有しているので、水分を面方向に拡散させることができる。よって、水透過層における水透過性（透湿性）を面方向の広い領域において発揮させることができるので、アノード電極への水分の供給を広い領域で行うことができ、従来において一般的であるリブ付きのセパレータ（バイポーラプレート）を用いるタイプの燃料電池セルに比べ、第１の触媒層及び固体高分子電解質膜への水分の供給領域を広くすることができる。よって、第１の触媒層及び固体高分子電解質膜への水分の供給をより効率的に行うことができるという効果がある。
【００３３】
また、請求項１記載の燃料電池スタックによれば、隣接する単位セル間が水透過層で構成されるので、バイポーラプレートを用いるタイプの燃料電池セルを積層して構成される燃料電池スタックに比べてより小型であると共に、より軽量な燃料電池スタックを構成し得るという効果がある。
【００３４】
請求項２記載の燃料電池スタックによれば、請求項１記載の燃料電池スタックの奏する効果に加えて、次の効果を奏する。水透過層が高分子透湿膜であるので、水透過層への酸化剤ガス又は燃料ガスの透過が十分に抑制される。よって、クロスリークの発生を十分に抑制できるという効果がある。
【００３５】
請求項３記載の燃料電池スタックによれば、請求項１又は２に記載の燃料電池スタックの奏する効果に加えて、次の効果を奏する。アノード電極に含まれ、水透過層に当接する第１の多孔体の表面には、親水性材料が被覆されているので、カソード電極から水透過層を介して移動する水分を効率的に受け入れることができるという効果がある。
【００３６】
また、水分を厚さ方向へ容易に拡散させ、第１の触媒層及び固体高分子電解質膜側へ移動させることができるので、カソード電極から水透過層を介して受け入れた水分を、容易に第１の触媒層及び固体高分子電解質膜側へ到達させることができ、第１の触媒層及び固体高分子電解質膜への水分の供給をより効率的に行うことができるという効果がある。
【００３７】
請求項４記載の燃料電池システムによれば、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池スタックを含むので、請求項１から３記載のいずれかに記載の燃料電池セルが奏する効果と同様の効果を奏する。
【００３８】
また、燃料電池スタックを構成する複数の単位セルのうち、カソード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルの出力値（例えば、電圧や電流密度など）が、第１の出力値検出手段によって検出され、そのように検出された出力値に基づき、フラッディング監視手段によりフラッディング状態が監視される。
【００３９】
その一方で、燃料電池スタックを構成する複数の単位セルのうち、アノード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルの出力値（例えば、電圧や電流密度など）が、第２の出力値検出手段によって検出され、そのように検出された出力値に基づき、ドライアップ監視手段によりドライアップ状態が監視される。
【００４０】
そして、ドライアップ監視手段によりドライアップ状態が検出された場合、又は、前記フラッディング監視手段によりフラッディング状態が検出された場合には、燃料電池スタック内における水分量が水分調節手段によって調節されるので、各単位セル間における水透過層を介した第２の多孔体（カソード電極）から第１の多孔体（アノード電極）へ移動する水分量を適切に制御し得、第２の多孔体から第１の多孔体へ移動する水分量の過不足を抑制できる。
【００４１】
よって、水透過層を介してカソード電極から水分を供給する燃料電池スタックにおいて、アノード電極における第１の触媒層及び固体高分子電解質膜における水分の過不足を抑制でき、燃料電池スタックに優れた発電性能を発揮させることができるという効果がある。
【００４２】
特に、カソード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルは、水透過層を介する水分の移動方向の最下流に位置する単位セルである。従って、かかる最下流の単位セルに対してフラッディング状態を監視し、その結果に応じて水分量を調整することにより、水透過層を用いた水分供給を有効に機能させることができる。
【００４３】
同様に、アノード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルは、水透過層を介する水分の移動方向の最上流に位置する単位セルである。従って、かかる最上流の単位セルに対してドライアップ状態を監視し、その結果に応じて水分量を調整することにより、水透過層を用いた水分供給を有効に機能させることができる。
【００４４】
請求項５記載の燃料電池システムによれば、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池スタックを含むので、請求項１から３記載のいずれかに記載の燃料電池セルが奏する効果と同様の効果を奏する。また、燃料電池スタックを構成する複数の単位セルのうち、カソード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルの出力値に基づき、フラッディング監視手段によりフラッディング状態が監視され、フラッディング状態が検出された場合には、燃料電池スタック内における水分量が水分調節手段によって調節される。よって、各単位セル間における水透過層を介した第２の多孔体から第１の多孔体へ移動する水分量を適切に制御し得、その結果として、アノード電極における第１の触媒層及び固体高分子電解質膜における水分の過不足を抑制でき、燃料電池スタックに優れた発電性能を発揮させることができるという効果がある。特に、カソード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルは、水透過層を介する水分の移動方向の最下流に位置する単位セルである。従って、かかる最下流の単位セルに対してフラッディング状態を監視し、その結果に応じて水分量を調整することにより、水透過層を用いた水分供給を有効に機能させることができる。
【００４５】
請求項６記載の燃料電池システムによれば、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池スタックを含むので、請求項１から３記載のいずれかに記載の燃料電池セルが奏する効果と同様の効果を奏する。また、燃料電池スタックを構成する複数の単位セルのうち、アノード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルの出力値に基づき、ドライアップ監視手段によりドライアップ状態が監視され、ドライアップ状態が検出された場合には、燃料電池スタック内における水分量が水分調節手段によって調節される。よって、各単位セル間における水透過層を介した第２の多孔体から第１の多孔体へ移動する水分量を適切に制御し得、その結果として、アノード電極における第１の触媒層及び固体高分子電解質膜における水分の過不足を抑制でき、燃料電池スタックに優れた発電性能を発揮させることができるという効果がある。特に、アノード電極が該燃料電池スタックの積層方向における最も外側に位置する単位セルは、水透過層を介する水分の移動方向の最上流に位置する単位セルである。従って、かかる最上流の単位セルに対してドライアップ状態を監視し、その結果に応じて水分量を調整することにより、水透過層を用いた水分供給を有効に機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態の燃料電池システム１を示す模式図である。
【００４７】
燃料電池システム１は、図２などを参照しつつ後述する燃料電池スタック５０と、水素タンク３３と、空気ファン３４と、循環ポンプ３６を介して燃料電池スタック５０の所定箇所（例えば、下部）に接続されるラジエータ３７と、制御ユニット７０とから主に構成される。
【００４８】
この燃料電池システム１において、水素タンク３３は、燃料ガス（本実施形態では、水素）を貯蔵するタンクであり、バルブ３２を介して、燃料電池スタック５０における燃料ガス供給口５０ｂ（図２参照）に接続されている。バルブ３２を開放することにより、水素タンク３３に貯蔵されている水素を燃料電池スタック５０の内部へ供給することができる。
【００４９】
空気ファン３４は、酸化剤ガス（本実施形態では、空気）を外界から取り込み、酸化剤供給口５０ａ（図２参照）へ送風することにより、酸化剤ガスを燃料電池スタック５０の内部へ供給するものである。
【００５０】
詳細は後述するが、空気ファン３４を作動させて酸化剤ガスが酸化剤供給口５０ａへ供給され、一方で、バルブ３２の開放によって水素タンク３３から燃料ガスが燃料ガス供給口５０ｃへ供給されると、燃料電池スタック５０を構成する各燃料電池セル１０（図２参照）が発電する。
【００５１】
燃料電池スタック５０は、各燃料電池セル１０で発電された電気を集電し、電流取り出し部５０ｄ，５０ｅ（図２参照）から直流電流を取り出すことができる。燃料電池スタック５０から取り出された直流電流は、燃料電池スタック５０と電気的に接続される負荷３５（例えば、自動車のモータなど）へ供給され、その結果として、負荷３５を駆動することができる。
【００５２】
また、制御ユニット７０は、燃料電池スタック５０から入力された情報に基づいて、空気ファン３４の回転数を制御するものであり、中央演算処理装置であるＣＰＵ７１と、ＣＰＵ７１により実行される制御プログラムや固定値データ等を格納した書き換え不能な不揮発性のメモリであるＲＯＭ７２と、制御プログラムの実行時に各種のデータを書き換え可能に記憶するＲＡＭ７３と、これらのＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、及びＲＡＭ７３とバスラインを介して接続される入出力ポート７４とから主に構成される。
【００５３】
ここで、制御ユニット７０における入出力ポート７４は、燃料電池スタック５０に接続されており、燃料電池スタック５０における第１の端セル電圧、第２の端セル電圧、燃料電池スタック５０の電流値を必要に応じて制御ユニット７０にて読み取ることができるように構成されている。
【００５４】
なお、「第１の端セル電圧」とは、燃料電池スタック５０を構成する複数の燃料電池セル１０（図２及び図３参照）のうち、カソード電極１３（図３参照）が燃料電池スタック５０の積層方向における最も外側に位置する第１の端セル１０ａ（図２及び図３参照）の電圧値であり、「第２の端セル電圧」とは、燃料電池スタック５０を構成する複数の燃料電池セル１０（図２及び図３参照）のうち、アノード電極１４（図３参照）が燃料電池スタック５０の積層方向における最も外側に位置する第２の端セル１０ｂ（図２及び図３参照）の電圧値である。
【００５５】
詳細は後述するが、本実施形態の燃料電池システム１における制御ユニット７０は、燃料電池スタック５０から入力された第１の端セル電圧、第２の端セル電圧、及び電流値に基づいて、燃料電池スタック５０におけるフラッディング状態又はドライアップ状態を監視し、その監視結果に基づいて空気ファン３４の回転数を決定する。
【００５６】
また、図１に示すように、制御ユニット７０における入出力ポート７４は、空気ファン３４に接続されており、制御ユニット７０により決定された空気ファン３４の回転数を指示する指令値が空気ファン３４へ出力されるように構成されている。
【００５７】
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態の燃料電池スタック５０について、具体的に説明する。図２は、本実施形態の燃料電池スタック５０を模式的に示す斜視図であり、図３は、図２の燃料電池スタック５０における厚さ方向の部分断面図である。
【００５８】
図２に示すように、燃料電池スタック５０は、矢印Ｘ−Ｘ方向に配列される複数の燃料電池セル１０と、各燃料電池セル１０の間に介在される高分子透湿膜４０（図３参照）と、両端に配置されるエンドセパレータ２０ａ，２０ｂとから構成される積層体である。
【００５９】
この燃料電池スタック５０において、燃料電池セル１０は、一方の燃料電池セル１０のカソード電極１３（図３参照）と、他方の燃料電池セル１０のアノード電極１４（図３参照）とが、図示されない集電端子によって互いに接続され、電気的に直列接続されている。
【００６０】
図２における手前側に位置するエンドセパレータ２０ａの上方には、燃料電池スタック５０の内部に形成される酸化剤ガス流路（図示せず）に連通する酸化剤ガス供給口５０ａが開口されている。
【００６１】
空気ファン３４（図１参照）の作動により外界から取り込まれた酸化剤ガス（空気）は、この酸化剤ガス供給口５０ａを介して燃料電池スタック５０内部へ供給され、図示されない酸化剤ガス流路を経由して、各燃料電池セル１０のカソード電極１３（図３参照）の上流側へ供給される。
【００６２】
なお、本実施形態の燃料電池スタック５０では、カソード電極１３（図３参照）の下流側の端部が露出されるよう構成されており、カソード電極１３の上流側へ供給された酸化剤ガスは、その露出端から外界へ排出されるように構成されている。
【００６３】
また、エンドセパレータ２０ａの下方右側には、燃料電池スタック５０の内部に形成される燃料ガス流路（図示せず）に連通する燃料ガス供給口５０ｂが形成されている。バルブ３２（図１参照）の開放により燃料ガスは、水素タンク３３（図１参照）から燃料ガス供給口５０ｂを介して燃料電池スタック５０内部へ供給され、図示されない燃料ガス流路を経由して、各燃料電池セル１０のアノード電極１４（図３参照）へ供給される。
【００６４】
一方、図２における奥側に位置するエンドセパレータ２０ｂの下方には、燃料電池スタック５０の内部に形成される燃料ガス流路（図示せず）に連通する燃料ガス排出口５０ｃ（図２では燃料電池スタック５０の裏面側となるため、エンドセパレータ２０ａ側に隠れ線により図示）が形成されている。なお、本実施形態の燃料電池スタック５０は、デッドエンド方式を採用しており、図示されないバルブによって必要に応じて開閉可能に構成されている。
【００６５】
よって、酸化剤ガス供給口５０ａ及び燃料ガス供給口５０ｂから、それぞれ、酸化剤ガス及び燃料ガスを燃料電池スタック５０の内部へ供給することにより、各燃料電池セル１０を発電させることができる。両端のエンドセパレータ２０ａ，２０ｂには、それぞれ、上部に電流取り出し部５０ｄ，５０ｅが設けられており、各燃料電池セル１０の発電の結果生じた電流は、これらの電流取り出し部５０ｄ，５０ｅから直流電流として取り出すことができる。なお、本実施形態では、燃料電池スタック５０から出力される電流値は、図示されない電流計により検出され、所定時間毎に制御ユニット７０により読み取られるように構成されている。
【００６６】
また、燃料電池スタック５０を構成する複数の燃料電池セル１０のうち、カソード電極１３（図３参照）が燃料電池スタック５０の積層方向における最も外側に位置する燃料電池セルである第１の端セル１０ａと、その第１の端セル１０ａとは反対側の端に位置する第２の端セル１０ｂとには、それぞれ、図示されない電圧計が接続されている。本実施形態では、それらの電圧計により検出される第１の端セル１０ａの電圧（第１の端セル電圧）及び第２の端セル１０ｂの電圧（第２の端セル電圧）は、所定時間毎に制御ユニット７０により読み取られるように構成されている。
【００６７】
図３に示すように、燃料電池スタック５０を構成する各燃料電池セル１０は、固体高分子電解質膜１５と、その固体高分子電解質膜１５の片面に配設されるカソード電極１３と、固体高分子電解質膜１５におけるカソード電極１３とは反対側の面に配設されるアノード電極１４とから構成される積層体である。
【００６８】
固体高分子電解質膜１５としては、例えば、Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標：旭化成（株）製）やＮａｆｉｏｎ（登録商標：デュポン社製）など、固体高分子型燃料電池に適用可能な固体高分子電解質膜を使用することができる。
【００６９】
カソード電極１３は、板状の多孔体１３ａと、その多孔体１３ａの片面に配設された細孔層（ＭＰＬ）１３ｂと、その細孔層１３ｂにおける多孔体１３ａとは反対側の面に配設された触媒層１３ｃとが一体的に形成されたものである。
【００７０】
アノード電極１４は、板状の多孔体１４ａと、その多孔体１４ａの片面に配設された細孔層（ＭＰＬ）１４ｂと、その細孔層１４ｂにおける多孔体１４ａとは反対側の面に配設された触媒層１４ｃとが一体的に形成されたものである。
【００７１】
触媒層１３ｃ，１４ｃは、例えば、カーボン粒子にプラチナなどの触媒が担持された触媒担持カーボンと電解質とを含んで構成された触媒層を採用することができる。図３に示すように、カソード電極１３は、触媒層１３ｃを固体高分子電解質膜１５に当接させて配置され、その一方で、アノード電極１４は、触媒層１４ｃを固体高分子電解質膜１５に当接させて配置されており、これらの触媒層１３ｃ，１４ｃが、酸素と水素との電気化学反応を促進する。
【００７２】
多孔体１３ａ，１４ａは、導電性を有すると共に、相互に連通する多くの空孔（例えば、最小内径が１０μｍ〜５００μｍ程度の空孔）を有する。かかる多孔体１３ａ，１４ａは、三次元の網目状に形成された網材や、連続気泡が形成された発泡材から構成することができる。ここで、例えば、繊維からなる網材を多孔体として採用する場合には、網材が導電性を有する必要性から導電性の繊維が使用される。導電性の繊維としては、例えば、チタン、ＳＵＳ、タンタル、ハステロイなどの耐食性及び導電性を有する金属繊維や、ニッケル、カーボンなどの繊維を使用することができる。なお、網材は織布であっても不織布であってもよい。
【００７３】
このように、本実施形態では、相互の連通する多くの空孔を有する多孔体１３ａ，１４ａが電極１３，１４に採用されているので、かかる空孔が、酸化剤ガス（本実施形態では、空気）や燃料ガス（本実施形態では、水素）の流路の一部として機能する。即ち、本実施形態のカソード電極１３は、カソード電極としての機能と、気体流路（酸化剤ガス流路）としての機能との両方を兼ね備えている。同様に、本実施形態のアノード電極１４は、アノード電極としての機能と、気体流路（燃料ガス流路）としての機能との両方を兼ね備えている。
【００７４】
また、多孔体１３ａ，１４ａとしては、導電性と共に親水性を有することが、反応により生成した水を多孔体１３ａ，１４ａの厚さ方向に拡散させることができるので、液体水によって孔が閉塞されることを防止できるので好ましい。なお、本実施形態では、多孔体１３ａ，１４ａとして、親水的なチタン繊維からなる網材（チタン繊維焼結板）を採用する。
【００７５】
特に、アノード電極１４の多孔体１４ａは、その表面を親水的に構成することにより、後述する高分子透湿膜４０を介してカソード電極１３から到達した水分（水蒸気、液体水）を効率的に受け入れることができると共に、水分を厚さ方向へ容易に拡散させ、触媒層１４ｃ及び固体高分子電解質膜１５側へ移動させることができる。よって、高分子透湿膜４０を介してカソード電極１３から受け入れた水分を、容易に触媒層１４ｃ及び固体高分子電解質膜１５側へ到達させることができるという利点も有する。
【００７６】
また、アノード電極１４の多孔体１４ａは、固体高分子電解質や金属酸化物などの親水性材料を表面に被覆するか、又は、表面酸化処理などの親水性処理を表面に施すことにより、その表面にさらに親水性を付与することが好ましい。アノード電極１４の多孔体１４ａの表面にさらなる親水性を付与することにより、加湿目的で供給された水をより確実に触媒層１４ｃ及び固体高分子電解質膜１５側へ到達させ得る。なお、多孔体１４ａの表面を親水性材料により被覆する場合には、多孔体１４ａの導電性が保持されるよう、薄膜で被覆することが好ましい。
【００７７】
本実施形態では、アノード電極１４の多孔体１４ａとして、表面が固体高分子電解質（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）によって被覆し、さらに親水性を向上させたチタン繊維焼結板を使用した。
【００７８】
細孔層１３ｂ，１４ｂは、導電性を有すると共に、相互に連通する多くの空孔を有する。なお、細孔層１３ｂ，１４ｂにおける空孔は、上述した多孔体１３ａ，１４ａの空孔より小さい細孔（例えば、最小内径が０．０１μｍ〜数μｍ程度であり、ピークが２μｍ程度より小さい空孔）である。また、細孔層１３ｂ，１４ｂには、触媒は含まれていない。また、かかる細孔層１３ｂ，１４ｂは、例えば、２００μｍ以下の厚さで形成される。
【００７９】
細孔層１３ｂ，１４ｂは、多孔体１３ａ，１４ａを流通するガス（酸化剤ガス、燃料ガス）を触媒層１３ｃ，１４ｃへ供給する気体流路としての機能と、触媒層１３ｃ、１４ｃと多孔体１３ａ，１４ａとの間における電子伝達を容易にする機能と、触媒層１３ｃ，１４ｃ内の水を細孔層１３ｂ，１４ｂへ移動させて、適度に触媒層を保水しつつ余剰水を系外に排出し、水によって触媒層１３ｃ，１４ｃでの電気化学反応が阻害されることを抑制する機能とを担う。
【００８０】
細孔層１３ｂ，１４ｂとしては、親水／撥水性を備えることが好ましい。水の接触角が１２０°以上となる撥水性の付与としては、例えば、カーボン粒子とＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ））とを含んで構成される撥水性の細孔層を採用することができる。このとき、ＰＴＦＥの混合量は２０〜６０質量％であることが好ましい。
【００８１】
また、細孔層１３ｂ及び細孔層１４ｂは、それぞれ、多孔体１３ａ及び多孔体１４ａに食い込みつつ配置されていることが好ましい。例えば、細孔層１３ｂ（細孔層１４ｂ）が多孔体１３ａ（多孔体１４ａ）に３０μｍ以上食い込みつつ配置されていることが好ましい。その一方で、細孔層１３ｂ，１４ｂにおける多孔体１３ａ，１４ａとは反対側の面は平滑性を有していることが好ましい。
【００８２】
本実施形態では、細孔層１３ｂ，１４ｂとして、例えば、導電性粒子（例えば、カーボンブラックなどのカーボン粒子）と、バインダーであるＰＴＦＥとから構成される細孔層を採用した。
【００８３】
また、図３に示すように、本実施形態の燃料電池スタック５０では、隣接する燃料電池セル１０における、一方の燃料電池セル１０のカソード電極１３と他方の燃料電池セル１０のアノード電極１４との間に、高分子透湿膜４０が多孔体１３ａ及び多孔体１４ａにそれぞれ当接した状態で配設されている。
【００８４】
高分子透湿膜４０は、片面側から吸収した水分（水蒸気、液体水）を厚さ方向に透過し、他方の面から放出できる特性を有する膜である。高分子透湿膜４０としては、例えば、温度に応じて水分の透過能力が変化する形状記憶ポリマー（例えば、三菱重工業（株）製「ディアプレックス（登録商標）」や、旭化成（株）製「アスマー（登録商標）」など）から構成される膜や、高湿度環境にて吸湿性を示し、低湿環境にて放湿性を示す高吸水ポリマーから構成される膜などを採用できる。
【００８５】
通常、カソード電極１３の含水量は多く、アノード電極１４の含水量はカソード電極１３に比べ少ないので、高分子透湿膜４０は、片面に当接するカソード電極１３の多孔体１３ａに含まれる水分を、反対側の面に当接するアノード電極１４の多孔体１４ａへ透過させることができる。
【００８６】
よって、本実施形態の燃料電池スタック５０によれば、この高分子透湿膜４０の存在により、図３に示す矢印Wの方向に水分移動が生じ、カソード電極１３に含まれる水をアノード電極１４に供給することができるので、アノード電極１４における触媒層１４ｃ及び固体高分子電解質膜１５における水分の過不足を抑制できる。ここで、カソード電極１３に含まれる水は、主に、起電力を得る電気化学反応の結果として生成したものであり、本実施形態の燃料電池スタック５０では、電気化学反応の結果として生じた水を、余剰水として排出するだけでなく、アノード電極１４の加湿用に利用することができるので、効率よくアノード電極１４を加湿できるのである。
【００８７】
なお、高分子透湿膜４０は、ガス不透過性であることが好ましい。ガス不透過性である高分子透湿膜４０は、酸化剤ガス又は燃料ガスの透過を確実に防止できる。よって、クロスリークの発生を防止できるので好ましい。
【００８８】
また、高分子透湿膜４０は、導電性を有することが好ましい。高分子透湿膜４０が導電性を有する場合には、隣接する燃料電池セル１０における、一方の燃料電池セル１０のカソード電極１３と他方の燃料電池セル１０のアノード電極１４との間を接続する集電端子を不要にでき、構成の簡素化が可能となる。
【００８９】
本実施形態の燃料電池システム１では、上記構成を有する燃料電池スタック５０における一端側、即ち、カソード電極１３が燃料電池スタック５０の積層方向における最も外側に位置する燃料電池セル１０である第１の端セル１０ａの電圧値（第１の端セル電圧）と、燃料電池スタック５０の電流値とに基づき、燃料電池スタック５０におけるフラッディング状態が制御ユニット７０によって監視されている。このフラッディング状態を監視する具体的な方法としては、例えば、特開２００７−１２４３８号公報に記載される方法を適用できる。
【００９０】
一方で、本実施形態の燃料電池システム１では、上記構成を有する燃料電池スタック５０における他端側、即ち、アノード電極１４が燃料電池スタック５０の積層方向における最も外側に位置する燃料電池セル１０である第２の端セル１０ｂの電圧値（第２の端セル電圧）と、燃料電池スタック５０の電流値とに基づき、燃料電池スタック５０におけるドライアップ状態が制御ユニット７０によって監視されている。このドライアップ状態を監視する具体的な方法としては、例えば、特開２００７−１２４２９号公報に記載される方法を適用できる。
【００９１】
ここで、制御ユニット７０によるフラッディング状態の監視の結果、フラッディング状態が検出された場合には、制御ユニット７０は、空気ファン３４へ、その回転数を増加させる指令値を出力する。その結果、空気ファン３４の回転数が増え、燃料電池スタック５０への酸化剤ガス供給量が増加するので、カソード電極１３から外部へ持ち出される水分量を増加させることができ、フラッディング状態を改善することができる。なお、フラッディング状態が改善された後は、制御ユニット７０による制御によって空気ファン３４の回転数が元に戻される。
【００９２】
また、制御ユニット７０によるドライアップ状態の監視の結果、ドライアップ状態が検出された場合には、制御ユニット７０は、空気ファン３４へ、その回転数を低下させる指令値を出力する。その結果、空気ファン３４の回転数が減じ、燃料電池スタック５０への酸化剤ガス供給量が減少するので、カソード電極１３から外部へ持ち出される水分量を抑制することができ、ドライアップ状態を改善することができる。なお、ドライアップ状態が改善された後は、制御ユニット７０による制御によって空気ファン３４の回転数が元に戻される。
【００９３】
このように、本実施形態の燃料電池システム１によれば、燃料電池スタック５０におけるフラッディング状態又はドライアップ状態が検出された場合には、空気ファン３４の回転数を増減し、燃料電池スタック５０内の水分量の調整を図る。よって、各燃料電池セル１０間における高分子透湿膜４０を介したカソード電極１３（多孔体１３ａ）からアノード電極１４（多孔体１４ａ）へ移動する水分量を適切に制御し得るので、アノード電極１４の触媒層１４ｃ及び固体高分子電解質膜１５における水分の過不足が有効に抑制され、燃料電池スタック５０に優れた発電性能を発揮させることができる。
【００９４】
特に、高分子透湿膜４０を介してカソード電極１３から水分を供給する燃料電池スタック５０において、カソード電極１３が該燃料電池スタック５０の積層方向における最も外側に位置する端セル１０ａは、高分子透湿膜４０を介する水分の移動方向の最下流に位置する燃料電池セル１０である。従って、かかる最下流の端セル１０ａに対してフラッディング状態を監視し、その結果に応じて水分量を調整することにより、高分子透湿膜４０を用いた水分供給を有効に機能させることができるのである。
【００９５】
同様に、アノード電極１４が該燃料電池スタック５０の積層方向における最も外側に位置する端セル１０ｂは、高分子透湿膜４０を介する水分の移動方向の最上流に位置する燃料電池セル１０である。従って、かかる最上流の端セル１０ｂに対してドライアップ状態を監視し、その結果に応じて水分量を調整することにより、高分子透湿膜４０を用いた水分供給を有効に機能させることができるのである。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック５０によれば、電気的に直列接続された隣接する燃料電池セル１０における、一方の燃料電池セル１０のカソード電極１３と他方の燃料電池セル１０のアノード電極１４との間には、高分子透湿膜４０が、該カソード電極１３における多孔体１３ａ及び該アノード電極１４における多孔体１４ａのそれぞれに当接した状態で配設されているので、この高分子透湿膜４０の透湿性（水透過性）によって、カソード電極１３（多孔体１３ａ）からアノード電極１４（多孔体１４ａ）へ水を移動（透過）させることができる。
【００９７】
よって、高分子透湿膜４０の存在により、ある燃料電池セル１０のカソード電極１３に含まれる水を、隣接する燃料電池セル１０のアノード電極１４に供給できるので、アノード電極１４の触媒層１４ｃ及び固体高分子電解質膜１５における水分不足を有効に抑制できる。また、加湿された酸化剤ガスを用いて行う水分管理と併用する場合においても、有用な補助となり得る。
【００９８】
また、高電流運転（例えば、Ｊ＞１Ａ／ｃｍ２）時に不足し易い水分を、水蒸気だけでなく液体水として供給することが可能であるので、電極（特に、アノード電極１４）のドライアップを防止できる。
【００９９】
また、本実施形態の燃料電池スタック５０によれば、隣接する燃料電池セル１０間が高分子透湿膜４０で構成されるので、バイポーラプレートを用いるタイプの燃料電池セルを積層して構成される燃料電池スタックに比べてより小型であると共に、より軽量に構成することが可能である。
【０１００】
また、本実施形態の燃料電池スタック５０によれば、高分子透湿膜４０に当接するカソード電極１３の多孔体１３ａが、相互に連通する多数の孔を有しているので、水分を多孔体の面方向に拡散させることができ、高分子透湿膜４０に透湿層における透湿性を面方向の広い領域において発揮させることができるので、アノード電極１４への水分の供給を広い領域で行うことができる。よって、従来において一般的であるリブ付きのセパレータ（バイポーラプレート）を用いるタイプの燃料電池セルに比べ、アノード電極１４の触媒層１４ｃや固体高分子電解質膜１５への水分の供給領域を広くすることができるので、触媒層１４ｃや固体高分子電解質膜１５への水分の供給をより効率的に行うことができる。
【０１０１】
特に、本実施形態の燃料電池スタック５０によれば、透湿膜４０に当接するアノード電極１４の多孔体１４ａとして、表面に固体高分子電解質を被覆することによってさらなる親水性が付与されたチタン繊維焼結板を使用しているので、カソード電極１３側から高分子透湿膜４０を介して移動する水分を効率的に受け入れることができると共に、高分子透湿膜４０から受け入れた水分を厚さ方向へ容易に拡散させ、触媒層１４ｃや固体高分子電解質膜１５へ移動させることができる。よって、隣接する燃料電池セル１０のカソード電極１３から高分子透湿膜４０を介して受け入れた水分を、容易に触媒層１４ｃ及び固体高分子電解質膜１５へ到達させることができるので、触媒層１４ｃ及び固体高分子電解質膜１５への水分の供給をより効率的に行うことができる。
【０１０２】
また、本実施形態の燃料電池システム１によれば、端セル１０ａの電圧値（第１の端セル電圧）及び端セル１０ｂの電圧値（第２の端セル電圧）に基づいて、フラッディング状態又はドライアップ状態を監視し、フラッディング状態又はドライアップ状態が検出された場合には、制御ユニット７０から空気ファン３４へ回転数を変更する指令値を出力し、燃料電池スタック５０への酸化剤ガス供給量を変更することによって、フラッディング状態又はドライアップ状態の改善を図るように構成されている。
【０１０３】
よって、高分子透湿膜４０を介してカソード電極１３側から水分を供給する燃料電池スタック５０において、アノード電極１４の触媒層１４ｃ及び固体高分子電解質膜１５における水分の過不足を抑制でき、かかる燃料電池スタック５０に優れた発電性能を発揮させることができる。
【０１０４】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【０１０５】
上記実施形態では、フラッディング状態又はドライアップ状態が検出された場合に、空気ファン３４の回転数を変更することにより、燃料電池スタック５０内の水分量の調整を図るように構成したが、空気ファン３４の回転数の変更に換えて、又は、空気ファン３４の回転数の変更に加えて、燃料電池スタック５０の出力の低下及び／又は冷却水量の変更をするように構成してもよい。例えば、フラッディング状態が検出された場合には、燃料電池スタック５０の出力を下げたり、冷却水量を減らし、一方で、ドライアップ状態が検出された場合には、燃料電池スタック５０の出力を下げたり、冷却水量を増加させたりするように構成してもよい。
【０１０６】
上記実施形態では、フラッディング状態及びドライアップ状態の監視に端セル１０ａ，１０ｂの電圧値を利用したが、電流密度からフラッディング状態及びドライアップ状態の監視を行うように構成してもよい。
【０１０７】
上記実施形態では、燃料電池スタック５０にデッドエンド方式を採用したが、スルー方式の燃料電池スタックに対しても同様に適用可能である。
【０１０８】
なお、上記各実施形態として例示した本発明の燃料電池セル及び燃料電池スタックは、電気自動車などの移動用電源、屋外据え置き用電源、ポータブル電源、携帯電子機器用電源などの各種電源として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の一実施形態における燃料電池システムを示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における燃料電池スタックを模式的に示す斜視図である。
【図３】図２の燃料電池スタックにおける厚さ方向の部分断面図である。
【図４】従来の燃料電池セルの分解斜視図である。
【図５】図４の燃料電池セルで使用される膜電極接合体を模式的に示す拡大一部断面図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０      燃料電池セル（単位セル）
１３ａ    多孔体（第２の多孔体）
１３ｃ    触媒層（第２の触媒層）
１４ａ    多孔体（第１の多孔体）
１４ｃ    触媒層（第１の触媒層）
１５      固体高分子電解質膜
７０      制御装置（第１の出力値検出手段、第２の出力値検出手段、出力値検出手段、フラッディング手段、ドライアップ監視手段、水分量調節手段）
５０      燃料電池スタック
【図１】
2008251498.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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