(57)【要約】【課題】燃料電池において、ガス量を増加することなく生成水の滞留を防止し、燃料電池の発電特性を向上する。【解決手段】単位電池を複数積層した燃料電池スタックにおいて、前記単位電池内に設けられた燃料ガス流路と酸化ガス流路と、燃料ガスと酸化ガスをそれぞれ前記燃料及び酸化ガス流路に供給するための燃料ガスマニフォールドと酸化ガスマニフォールドとを具備しており、前記燃料ガス及び酸化ガス流路はそれぞれ複数並列に具備され、前記燃料ガス及び酸化ガスマニフォールドは前記複数の燃料ガス及び酸化ガス流路に対応して、それぞれ複数並列に具備される。前記複数のガスマニフォールドへのガスの流れを切り替える燃料ガス及び酸化ガス流路切り替え手段とを更に具備する。燃料電池の運転状態によって、前記複数の燃料ガス及び酸化ガス流路をそれぞれ使い分けることを特徴とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位電池を複数積層したスタックを具備する燃料電池において、該スタックは、
発電に必要な燃料ガスが通されていて前記単位電池内に設けられた燃料ガス流路と、
やはり発電に必要な酸化ガスが通されていて前記単位電池内に設けられた酸化ガス流路と、
前記燃料ガスがそれを介して前記燃料ガス流路に供給されるために配置された燃料ガスマニフォールドと、
前記酸化ガスがそれを介して前記酸化ガス流路に供給されるために配置された酸化ガスマニフォールドと、
を具備しており、
前記単位電池内において前記燃料ガス流路及び前記酸化ガス流路は、それぞれ複数並列に具備されており、
前記燃料ガスマニフォールド及び前記酸化ガスマニフォールドは、前記複数の燃料ガス流路及び前記複数の酸化ガス流路に対応して、それぞれ複数並列に具備されており、
前記スタックは、
前記複数の燃料ガスマニフォールドへの燃料ガスの流れを切り替えて、前記燃料ガス流路への前記燃料ガスの流れを切り替える燃料ガス流路切り替え手段と、
前記複数の酸化ガスマニフォールドへの酸化ガスの流れを切り替えて、前記酸化ガス流路への前記酸化ガスの流れを切り替える酸化ガス流路切り替え手段と、を更に具備しており、
燃料電池の運転状態によって、前記複数の燃料ガス及び酸化ガスマニフォールドへの燃料ガス及び酸化ガスの流れを、それぞれ前記燃料ガス及び酸化ガス流路切り替え手段を使用して切り替え得ることにより、前記複数の燃料ガス及び酸化ガス流路をそれぞれ使い分け得ることを特徴とする
燃料電池。
【請求項２】
前記燃料電池の負荷（発電量）が低い場合に、前記複数の燃料ガス流路及び酸化ガス流路のうちそれぞれ一部だけを使用して発電することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記負荷（発電量）が低い場合に、前記複数の燃料ガス流路及び酸化ガス流路をそれぞれ順番に交替で使用することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項４】
前記負荷に応じて、前記複数の燃料ガス流路及び酸化ガス流路のうち使用する流路をそれぞれ、段階的に切り換えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料電池は、制御装置を更に具備しており、前記ガス流路の切り換えに、前記制御装置からの制御信号をもとに制御される前記流路切り替え手段を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記流路切り替え手段は、電磁弁であることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記ガス流路の切り換え手段は、前記流路を流れるガスの圧力で開閉及び／又は制御される流路切り替え弁であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記複数の並列して具備される燃料ガス流路及び酸化ガス流路の数は、それぞれ２つであり、前記２つの酸化ガス流路の断面積及び２つの燃料ガス流路の断面積はそれぞれ等しいことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記複数の並列して具備される燃料ガス流路及び酸化ガス流路の数は、それぞれ２つであり、前記２つの酸化ガス流路の断面積の比及び２つの燃料ガス流路の断面積の比はそれぞれ１：２であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載する燃料電池を搭載することを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に係り、より特別には車両用の燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料電池に対する関心が高まっている。燃料電池は、既存の発電装置に比較して、特にその高いエネルギ効率と排出ガスの低公害（クリーン）性に特徴を有する。車両に関しても、車両からの排出ガスによる公害、温暖化が問題とされており、これの解決案として、従来の内燃機関に換えて燃料電池を使用する開発が盛んに行われており、実用化の直前の段階と考えられる。燃料電池は、前述のごとく顕著な利点を有するが、その一方でその稼動条件が適切に維持されなければ、高効率、低公害の特性を発揮できない。燃料電池を適切に稼動させるために、その稼動条件を適切に維持することも、重要な開発項目である。
【０００３】
燃料電池は発電に伴い水が生成する。低負荷時には反応するガス流量が少ないためガス流速が遅くなり、生成水がセパレータのガス流路内に滞留しやすい状態となることが、流路を可視化できる燃料電池を用いた実験により確認されている。ガス流路内に滞留した生成水は、ガス流の抵抗損失を生じたり、燃料ガス及び酸化ガスの流れを妨げるように作用する可能性がある。上記の作用は、燃料電池の効率や発電量を低下する等の悪影響を与えて、燃料電池の電池特性を低下させる可能性がある。この様な生成水の滞留は、燃料電池の稼動条件に影響する要因の１つである。従って、燃料電池の電池特性を向上させるためには生成水は速やかに排出することが望ましい。生成水の排出性を向上させるための従来技術として、例えば燃料電池にガスを過剰に供給する方法が、特開昭５４−１４４９３４号公報により開示されている。しかしこの開示の方法では、酸化ガスの流量を増加するとエアポンプの動力が増加し、また燃料ガスの流量を増加すると反応に関与せずに排出される燃料が増加するなどの問題が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情に鑑みなされたもので、本発明は、セパレータのガス流路の断面積を小さくすればガス流速が増して生成水の排出性が向上するという点に着目し、ガス量を増加することなく生成水の滞留を防止し、発電特性を向上させることができる燃料電池を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明のその他の目的は、燃料電池において電解質膜に均等にガスを導入することにより、一部の電解質膜だけが劣化することを防止することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載した形態では、燃料電池は上述した目的を達成するために、単位電池を複数積層したスタックを具備しており、該スタックは、発電に必要な燃料ガスが通されていて前記単位電池内に設けられた燃料ガス流路と、やはり発電に必要な酸化ガスが通されていて前記単位電池内に設けられた酸化ガス流路と、前記燃料ガスがそれを介して前記燃料ガス流路に供給されるために配置された燃料ガスマニフォールドと、前記酸化ガスがそれを介して前記酸化ガス流路に供給されるために配置された酸化ガスマニフォールドとを具備する。前記単位電池内において前記燃料ガス流路及び前記酸化ガス流路は、それぞれ複数並列に具備されており、前記燃料ガスマニフォールド及び前記酸化ガスマニフォールドは、前記複数の燃料ガス流路及び前記複数の酸化ガス流路に対応して、それぞれ複数並列に具備される。前記スタックは、前記複数の燃料ガスマニフォールドへの燃料ガスの流れを切り替えて、前記燃料ガス流路への前記燃料ガスの流れを切り替える燃料ガス流路切り替え手段と、前記複数の酸化ガスマニフォールドへの酸化ガスの流れを切り替えて、前記酸化ガス流路への前記酸化ガスの流れを切り替える酸化ガス流路切り替え手段と、を更に具備する。燃料電池の運転状態によって、前記複数の燃料ガス及び酸化ガスマニフォールドへの燃料ガス及び酸化ガスの流れを、それぞれ前記燃料ガス及び酸化ガス流路切り替え手段を使用して切り替え得ることにより、前記複数の燃料ガス及び酸化ガス流路をそれぞれ使い分け得ることを特徴とする。
【０００７】
この様に構成することにより、発電量が少ない燃料電池の低負荷時には必要となるガス流量が少なく流路内を流れるガスの流速が遅いため、流路内で反応あるいは凝縮によって生成した水が流路内に滞留しやすい状態となる。本形態では低負荷時には流路の一部だけを使用することにより、燃料電池スタックに供給するガス流量を増加することなくガス流路を流れるガスの流速が増して生成水の排水性が向上し、燃料電池の発電特性が向上する。更に低負荷時には、複数の流路に交互にガスを流すことにより、電解質膜を均等に使用して、一部の電解質膜だけが劣化することを防止して、電解質膜の寿命を延ばすことができる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載した形態の空調装置は、上記請求項１の形態において、前記燃料電池の負荷（発電量）が低い場合に、前記複数の燃料ガス流路及び酸化ガス流路のうちそれぞれ一部だけを使用して発電することを特徴とする。
【０００９】
この様に構成することにより、請求項１の形態と同様の効果の実現が更に具体化する。
【００１０】
本発明の請求項３に記載した形態では、上記請求項１又は２のいずれかの形態において、前記負荷が低い場合に、前記複数の燃料ガス流路及び酸化ガス流路をそれぞれ順番に交替で使用することを特徴とする。
【００１１】
本形態によれば、電解質膜に均等にガスを導入することにより、一部の電解質膜だけが劣化することを防止できる。
【００１２】
本発明の請求項４に記載した形態では、上記請求項１から３の形態のいずれか一項において、前記負荷に応じて、前記複数の燃料ガス流路及び酸化ガス流路のうち使用する流路をそれぞれ段階的に切り換えることを特徴とする。
【００１３】
本形態によれば、低負荷においてガスの流速をより高くすることが可能であり、排水性がより向上し、更に燃料電池の発電特性が向上する。
【００１４】
本発明の請求項５に記載した形態では、上記請求項１から４の形態のいずれか一項において、前記燃料電池は、制御装置を更に具備しており、前記ガス流路の切り換えに、前記制御装置からの制御信号をもとに制御される前記流路切り替え手段を用いることを特徴とする。
【００１５】
本形態によれば、ガスの分配を遠隔で且つ自動で実施できる。
【００１６】
また、本発明の請求項６に記載した形態では、上記請求項５の形態において、前記流路切り替え手段は、電磁弁であることを特徴とする。
【００１７】
上記の請求項６に記載した形態では、本発明をより具体化する形態を開示する。
【００１８】
また、本発明の請求項７に記載した形態では、上記請求項１から５の形態いずれか一項において、前記ガス流路の切り換え手段は、前記流路を流れるガスの圧力で開閉及び／又は制御される流路切り替え弁であることを特徴とする。
【００１９】
本形態によれば、ガス流路をガス圧によって自動で切り替えるので、燃料電池の構成が簡素化できる。
【００２０】
また、本発明の請求項８に記載した形態では、上記請求項１から７の形態いずれか一項において、前記複数の並列して具備される燃料ガス流路及び酸化ガス流路の数は、それぞれ２つであり、前記２つの酸化ガス流路の断面積及び２つの燃料ガス流路の断面積はそれぞれ等しいことを特徴とする。
【００２１】
本形態によれば、より簡単な構成の燃料電池により、請求項１の効果と同様の効果が得られる。
【００２２】
また、本発明の請求項９に記載した形態では、上記請求項１から７の形態いずれか一項において、前記複数の並列して具備される燃料ガス流路及び酸化ガス流路の数は、それぞれ２つであり、前記２つの酸化ガス流路の断面積の比及び２つの燃料ガス流路の断面積の比はそれぞれ１：２であることを特徴とする。
【００２３】
本形態によれば、負荷に応じてガス流路を３段階に分けているので、低負荷時のガス流速は第１の実施の形態よりも速く、排水性がより向上し、更に燃料電池の発電特性が向上する。
【００２４】
また、本発明の請求項１０に記載した形態の車両は、上記請求項１から９のいずれか一項に記載する燃料電池を搭載することを特徴とする。
【００２５】
本形態によれば、請求項１から９の効果を有する燃料電池を備えた車両を提供できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の装置を詳細に説明する。
図１から図４は、本発明に係る燃料電池の第１の実施の形態を示している。図１は本発明の燃料電池スタックの概略的な構成の立体図であり、図２は本発明の燃料電池スタックの単位電池内の酸化ガスセパレータの構成を図解的に示す。図３は、本発明の燃料電池に使用される三方弁の作動概要を示し、図４は、本発明の燃料電池のシステム構成図である。
【００２７】
まず図１を参照すると、本発明の燃料電池のスタック１の第１の実施の形態が立体的に示されている。
燃料電池スタック１は、酸化ガスセパレータ１０と、燃料ガスセパレータ２０と、セパレータ１０及び２０の間に挟まれる図示しない電解質膜とを積層し、これらをフロントプレート４０及びエンドプレート５０で挟み込む格好で構成される。本実施例では図１に示すように、セパレータ２０のガス流路の裏面には冷却水流路３０が形成されている。ここで図２を参照すると、セパレータ１０及び２０には、概略積層方向に単位電池を貫通したガス及び冷却水マニホールドである、酸化ガス入口マニホールド１１ａ，１１ｂ、酸化ガス出口マニホールド１２ａ，１２ｂ、燃料ガス入口マニホールド１３ａ，１３ｂ、燃料ガス出口マニホールド１４ａ，１４ｂ、冷却水入口マニホールド１５、冷却水出口マニホールド１６が具備されており、これらはフロントプレート４０に設けられたガス及び冷却水出入口である、酸化ガス入口４１、酸化ガス出口４２、燃料ガス入口４３、燃料ガス出口４４、冷却水入口４５、冷却水出口４６と連通している。
【００２８】
図２は、単位電池内の酸化ガスセパレータ１０の図解的な平面図を示しており、燃料ガスセパレータ２０も同様の構成である。セパレータ１０には、酸化ガス流路１７ａ及び流路１７ｂの２列の並列した流路が形成されている（セパレータ２０も同様）。本実施の形態において各ガス流路及び各ガスマニホールドは２つづつ具備される。本実施例では２つの酸化ガス流路１７ａと１７ｂの断面積は等しく、流路１７ａは酸化ガス出口及び入口マニホールド１１ａ及び１２ａと連通しており、流路１７ｂは酸化ガス出口及び入口マニホールド１１ｂ及び１２ｂと連通している。フロントプレート４０に設けられた酸化ガス入口４１には、例えば外部制御が可能な電磁式等の三位置三方弁４７が設置されている（図１参照）（燃料ガス入口４３も同様）。
【００２９】
酸化ガスは、酸化ガス入口４１から燃料電池スタック１に導入され、酸化ガス用の三方弁４７を通り分配されて、入口マニフォールド１１ａ，１１ｂに導入される。更に入口マニフォールド１１ａに導入された酸化ガスは、入口マニフォールド１１ａに接続する酸化ガス流路１７ａに導かれるが、ここで前記の酸化ガスセパレータ１０と燃料ガスセパレータ２０に挟まれる図示されない電解質膜に導入されて燃料ガスセパレータ２０から導入された燃料ガスと反応して、発電すると共に生成水を生成する。電解質膜に導入されなかった酸化ガスは、酸化ガス流路１７ａの出口側に接続する出口マニフォールド１２ａに導入され、酸化ガス出口４２からスタック１外に排出される。
【００３０】
入口マニフォールド１１ｂに導入された酸化ガスも同様に、酸化ガス流路１７ｂに導入され、反応に寄与しなかった酸化ガスは、更に出口マニフォールド１２ｂを通り、酸化ガス出口４２からスタック１外に排出される。
燃料ガスの流れについても酸化ガスと同様であるので省略する。
【００３１】
図３を参照すると、本実施の形態において使用される三方弁４７の図解的な構造及び作動概要が示されている。同じ三方弁４７が、酸化ガスマニフォールド及び燃料ガスマニフォールドに設置されている。三方弁４７は電磁弁等の一般的な各種の三方弁であって良い。三方弁４７は、入口４８と、２つの出口４９ａ，４９ｂと、弁体４７ａとを具備する。
酸化ガスラインの場合について説明すると、入口４８は酸化ガス入口４１に、出口４９ａは入口マニフォールド１１ａに、出口４９ｂは入口マニフォールド１１ｂに接続する。燃料ガスラインに設置された三方弁４７も同様に接続する。
【００３２】
以下、燃料電池の高負荷時及び低負荷時の作動について説明する。本実施の形態は、以下において説明する様に、燃料電池が車両に搭載された例として説明する。ここで言う負荷とは車両制御装置（ＥＣＵ）によって算出された必要発電量のことであり、車両の場合は例えば登坂時などが高負荷、低速一定走行時などが低負荷である。第１実施例においては例えば、スタック１の最大発電量の１／２に設定されたしきい値より多い場合を高負荷、小さい場合を低負荷とする。下記作動においては水が多く発生する酸化ガスセパレータ１０側を例にとって説明するが、図１に示すように燃料ガスセパレータ２０側も同様である。
【００３３】
多くの発電量が必要とされる高負荷時には、ＥＣＵからの制御信号をもとに、三方弁４７を図３の（Ａ）の位置に制御する。三方弁入口４８に流入した酸化ガスは三方弁出口４９ａ及び４９ｂの両方に流れるため、マニホールド１１ａ及び１１ｂの両方に酸化ガスが供給され、酸化ガス流路１７ａ及び酸化ガス流路１７ｂの両方で発電可能な状態となる。
一方、発電量が少なくて良い低負荷時には、ＥＣＵからの制御信号をもとに三方弁４７を図３の（Ｂ）の位置あるいは図３の（Ｃ）の位置に制御する。三方弁入口４８に流入した酸化ガスは三方弁出口４９ａあるいは４９ｂの片方だけに流れるため、マニホールド１１ａあるいは１１ｂの片方だけに酸化ガスが供給され、酸化ガス流路１７ａあるいは酸化ガス流路１７ｂのいずれか一方で発電可能な状態となる。低負荷時が長く続く場合には、例えば任意の時間間隔で三方弁４７を図３の（Ｂ）の位置から図３の（Ｃ）の位置へ切り換える。
【００３４】
この様にして酸化ガス流路１７ａ，１７ｂに供給される酸化ガスの流量は、燃料電池の負荷に応じて三方弁４７により調整されるので、各酸化ガス流路を流れる酸化ガスの流速は遅くなり過ぎることはなく、酸化ガス流路１７ａ，１７ｂにおいて生成される水は適宜排出される。燃料ガスの分配についても同様に調整されるので、燃料ガス流路においても生成される水は適宜排出される。
【００３５】
ここで図４を参照して、車両に本発明の燃料電池を搭載した場合のシステム（全体装置）構成及び該システムの制御概要の一例について説明する。図４において燃料電池スタックは１で示されており、スタック１には、一方で燃料ガスボンベ１０７より燃料ガス用流量制御弁１０６を介して燃料ガス１２５が供給されており、他方で酸化ガス用電動ポンプ１０５により酸化ガス１２４が供給される。燃料電池スタック１により発電された電気は、電流１２３としてインバータ１０２を介してモータ１０３等に供給され車両を駆動すると共に、二次電池にも供給され適宜電力が貯蔵される。
【００３６】
上記の燃料電池による発電及び給電システムは、ＥＣＵ（車両制御装置）１０１により制御されており、ＥＣＵ１０１は図４で点線で示すように、制御信号１２２を各機器に送信し負荷に応じて各機器を制御する。ＥＣＵ１０１は、運転状態を示す情報等の、情報１２０，１２１を車両に搭載されたセンサ等より受信して、その情報を下に必要電流量、酸化ガス流量（酸化ガス用電動ポンプの回転数）、燃料ガス流量等を算出し、制御信号を酸化ガス用電動ポンプ１０５及び燃料ガス用流量制御弁１０６等へ送信して、これらの機器を制御する。本実施の形態においては、ＥＣＵ１０１は各三方弁４７にも制御信号を送信し、上記のように、各ガスの分配を制御する。更にＥＣＵ１０１は、インバータ１０２に制御信号１２２を送信し、各機器への電力の供給についても制御する。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図５及び図６を参照して説明する。本第２の実施の形態では、スタック１内における構成は上記第１の実施の形態と同じであるが、第１の実施の形態において、並列して設置される２つのガスマニフォールド１１ａ，１１ｂ及び２つのガス流路１７ａ，１７ｂ等の断面積を相違させることにより燃料電池負荷に対応して３段階のガスの分配可能にしており、この点が第１の実施の形態と相違する。第２の実施の形態においては、ガスの流れる部分の断面積が１１ａ＞１１ｂ、１２ａ＞１２ｂ、１３ａ＞１３ｂ、１４ａ＞１４ｂ、１７ａ＞１７ｂ、４９ａ＞４９ｂとなっており、これらの断面積の比率が全て２：１になっている。
ここでは図面、より特別には図５を参照すると、図２に示される第１の実施の形態の要素部分と同じ又は同様である図５の要素部分は、同じ参照符号により指定されている。
【００３８】
図５は、図２に対応する酸化ガスセパレータ１０の平面図を示す。本実施の形態において、上記のごとく酸化ガス流路１７ｂの断面積は、酸化ガス流路１７ａの断面積の１／２になっている。低負荷時においては、負荷が全負荷の１／３以下の場合であり、図６に示す三方弁４７の作動概要図の（Ｃ）の場合に、三方弁４７が設定されるように制御されており、酸化ガスは、第１の実施の形態より断面積の小さい酸化ガス流路１７ｂのみに供給されるので、第１の実施の形態より酸化ガスの流速をより速くする効果を有する。
三方弁４７は、図６に示すように、負荷が全負荷の１／３から２／３の間にある中負荷時には（Ｂ）の位置に設定されて、出口４９ａを介して酸化ガス流路１７ａのみに酸化ガスを導入し、高負荷時には（Ａ）の位置に設定して両方の酸化ガス流路１７ａ，１７ｂに酸化ガスを導入する。燃料ガスセパレータ２０についても２つの燃料ガス流路等の断面積は、同様に２：１に設定されており、上記の酸化ガス系統と同様に負荷に応じて同様のガス分配の制御が行われる。
【００３９】
本発明の第３の実施の形態では、上記第１の実施の形態において、三方弁４７に代わって構造が相違する別の三方弁１３０が使用されている点が、第１の実施の形態と相違する。従って第３の実施の形態に関する三方弁１３０の構造の概要及び作動概要を図７に示す。ここでは図７を参照すると、図３に示される第１の実施の形態の要素部分と同じ又は同様である図７の要素部分は、同じ参照符号により指定されている。
【００４０】
図７に示す本発明の第３の実施の形態において、別の三方弁１３０は、第１の実施の形態の弁体４７ａの代わりに、弁体１３１と、ねじりバネ１３２を具備する。弁体１３１にはねじりバネ１３２が係合しており、ねじりバネ１３２は弁体１３１を閉じる方向で常に付勢している。三方弁１３０において、弁入口４８は常時弁出口４９ａと連通しており、負荷に応じてガス流量が増大してガス圧力が増大すると、ねじりバネ１３２の付勢力に対抗して、増大したガス圧力により、弁体１３１が押されて開き、弁入口４８と弁出口４９ｂを連通させる。ガス圧力が小さければ、ねじりバネ１３２の付勢力はガス圧力に打ち勝って、弁体１３１を閉じる。
【００４１】
図７を参照して、弁１３０の作動概要を説明する。
低負荷時には、弁体１３１はねじりバネ１３２に押され、図７の（Ｃ）に示す状態となる。この状態では弁入口４８に流入したガス（１２４，１２５）は弁出口４９ａに流れるため、ガス流路１１ａだけにガスが供給され、ガス流路１７ａが発電可能な状態となる。ガス流量が増加するとガス圧によって弁体１３１が開き図７の（Ｂ）の状態となり、更にガス流量が増加すると図７の（Ａ）の状態となる。この状態では弁入口４８に流入したガスは弁出口４９ａ及び４９ｂの両方に流れるため、ガス流路１１ａ及び１１ｂの両方にガスが供給され、ガス流路１７ａ及び１７ｂの両方で発電可能な状態となる。
【００４２】
上記の説明において、本発明の燃料電池は車両に搭載された場合について、説明されたが、発電装置等の車両以外の用途に使用されても良い。また、本発明の実施の形態においてガス流路及びガスマニホールド数が３以上並列に具備されても良い。更には、三方弁４７は、ガス流路及びガスマニホールド数に応じて、四方弁あるいは複数の弁等で置換されても良い。
【００４３】
次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の第１の実施の形態の燃料電池により以下の効果が期待できる。
・発電量が少ない低負荷時には必要となるガス流量が少なく流路内を流れるガスの流速が遅いため、流路内で反応あるいは凝縮によって生成した水が流路内に滞留しやすい状態となるが、本発明では低負荷時には流路の一部だけを使用することにより、燃料電池スタックに供給するガス流量を増加することなくガス流路を流れるガスの流速が増して生成水の排水性が向上し、燃料電池の発電特性が向上する。
・低負荷時には２つの流路に交互にガスを流すことにより、電解質膜を均等に使用して、一部の電解質膜だけが劣化することを防止できる。
【００４４】
本発明の第２の実施の形態の燃料電池により以下の効果が期待できる。
・　負荷に応じてガス流路を３段階に分けているので、低負荷時のガス流速は第１の実施の形態よりも速く、排水性がより向上し、更に燃料電池の発電特性が向上する。
【００４５】
本発明の第３の実施の形態の燃料電池により以下の効果が期待できる。
・　ガス流路をガス圧によって自動で切り替えるので、燃料電池の構成が簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態の燃料電池スタックの構成を示す図解的立体図である。
【図２】図２は、図１のスタックの単位電池内の酸化ガスセパレータの図解的平面図を示す。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に使用される三方弁の構成の概要及び作動概要を示す。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態の燃料電池が車両に搭載された場合の燃料電池システムの主要部の系統図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態の燃料電池スタックの単位電池内の酸化ガスセパレータの図解的平面図を示しており、図２に対応する。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態における三方弁の構成の概要及び作動概要を示しており、図３に対応する。
【図７】図７は、本発明の第３の実施の形態に使用される三方弁の構成の概要及び作動概要を示しており、図３に対応する。
【符号の説明】
１…スタック
１０…酸化ガスセパレータ
１１ａ，１１ｂ…酸化ガス入口マニフォールド
１２ａ，１２ｂ…酸化ガス出口マニフォールド
１３ａ，１３ｂ…燃料ガス入口マニフォールド
１４ａ，１４ｂ…燃料ガス出口マニフォールド
１５…冷却水入口マニフォールド
１６…冷却水出口マニフォールド
１７ａ，１７ｂ…酸化ガス流路
２０…燃料ガスセパレータ
３０…冷却水流路
４０…フロントプレート
４１…酸化ガス入口
４２…酸化ガス出口
４３…燃料ガス入口
４４…燃料ガス出口
４５…冷却水入口
４６…冷却水出口
４７…三方弁
５０…エンドプレート
【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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