(57)【要約】【課題】簡素な構造でガス通路内の水分を除去する。【解決手段】電圧印加装置は、複数の静電搬送用電極３７に電圧を印加するにあたって、ａ相、ｂ相、ｃ相、ｄ相、ｅ相、ｆ相にそれぞれ（＋，＋，０，−，−，０）という電圧を印加し、次に（０，＋，＋，０，−，−）という電圧を印加し、次に（−，０，＋，＋，０，−）という電圧を印加し、次に（−，−，０，＋，＋，０）という電圧を印加し、次に（０，−，−，０，＋，＋）という電圧を印加し、次に（＋，０，−，−，０，＋）という電圧を印加する。これを１サイクルとして繰り返しａ相〜ｆ相に電圧を印加する。このとき、酸化ガス通路３６上の水滴は、静電誘導により帯電し、電圧の正負の変遷に応じて水滴近傍の静電搬送用電極３７と反発又は吸引しながら酸化ガス通路３６の入口側から出口側へ移動する。【選択図】        図４
2004342562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜のカソード側に設けられた酸化ガス通路を通過する酸化ガス中の酸素と前記電解質膜のアノード側に設けられた燃料ガス通路を通過する燃料ガス中の水素との電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料ガス通路及び前記酸化ガス通路の少なくとも一方のガス通路に設けられ該ガス通路内の水滴を静電搬送して該ガス通路外へ排出する静電搬送手段と、
を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
電解質膜のカソード側に設けられた酸化ガス通路を通過する酸化ガス中の酸素と前記電解質膜のアノード側に設けられた燃料ガス通路を通過する燃料ガス中の水素との電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料ガス通路及び前記酸化ガス通路の少なくとも一方のガス通路に並設され絶縁層に覆われた複数の電極と、
前記ガス通路内の水滴が該ガス通路外へ静電搬送されるよう前記複数の電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えた燃料電池システム。
【請求項３】
前記電圧印加手段は、見かけ上、前記ガス通路の出口又は入口に向かって電圧の正負の切り替わりが進行するよう前記複数の電極に電圧を印加する、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記複数の電極は、前記ガス通路のうち水滴が溜まりやすい箇所に設けられている、
請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池は、前記電解質膜をアノードとカソードとで挟持した膜電極接合体の両側を一対の導電性セパレータで挟み込んだ構造を有し、前記酸化ガス通路は、前記カソードと前記一対の導電性セパレータの一方に設けられた凹溝とによって形成され、
前記燃料ガス通路は、前記アノードと前記一対の導電性セパレータの他方に設けられた凹溝とによって形成され、
前記複数の電極は、前記燃料ガス通路及び前記酸化ガス通路の少なくとも一方の前記凹溝内に設けられている、
請求項２〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の運転状態を検知する運転状態検知手段と、
前記燃料電池の運転状態に基づいて、前記電圧印加手段に前記複数の電極への電圧印加を行わせるか否かを決定する電圧印加制御手段と、
を備えた燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムであって、
前記運転状態検知手段によって検知された前記燃料電池の運転状態が予め前記酸化ガス通路内に水滴が発生しやすい状態として定められた所定の運転状態か否かを判定する運転状態判定手段、
を備え、
前記電圧印加制御手段は、前記運転状態判定手段によって前記燃料電池の運転状態が前記所定の運転状態であると判定されたとき、前記電圧印加手段に前記複数の電極への電圧印加を行わせる、
燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか記載の燃料電池システムを搭載した車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システム及びこれを搭載した車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池システムとしては、電解質膜のカソード側に設けられた酸化ガス通路を通過する酸化ガス中の酸素とその電解質膜のアノード側に設けられた燃料ガス通路を通過する燃料ガス中の水素との電気化学反応により発電する燃料電池と、酸化ガス通路に配置され駆動電圧に応じて変位を生じる圧電素子と、同じく酸化ガス通路に配置され圧電素子の変位を受けて振動する振動子と、を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムでは、カソード側に電気化学反応によって水が生成し水滴となって酸化ガスの流通を妨げることがあるため、そのようなときには圧電素子を変位させて振動子に振動を発生させ、その振動によりカソード表面の水分を霧状に飛散させて除去する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１８４４３０号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この燃料電池システムでは、可動部材である圧電素子や振動子を、限られたスペースであるガス通路に配置するため、構造が複雑化するという問題がある。また、ガス通路に水滴が発生したときには霧状に飛散させるのに時間がかかるおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、簡素な構造でガス通路内の水分を除去可能な燃料電池システムを提供することを目的の一つとする。また、ガス通路に発生した水滴を水滴のまま除去可能な燃料電池システムを提供することを目的の一つとする。更に、このような燃料電池システムを備えた車両を提供することを目的の一つとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃料電池システム及びこれを搭載した車両は、上述の目的の少なくとも一つを達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の燃料電池システムは、
電解質膜のカソード側に設けられた酸化ガス通路を通過する酸化ガス中の酸素と前記電解質膜のアノード側に設けられた燃料ガス通路を通過する燃料ガス中の水素との電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料ガス通路及び前記酸化ガス通路の少なくとも一方のガス通路に設けられ該ガス通路内の水滴を静電搬送して該ガス通路外へ排出する静電搬送手段と、
を備えたものである。
【０００８】
この燃料電池システムでは、ガス通路内の水滴を静電搬送することによりガス通路外へ排出する。つまり、静電力を利用してガス通路内の水分を除去する。したがって、振動子等の可動部材をガス通路内に配置することなく、簡素な構造でガス通路内の水分を除去することができる。また、ガス通路に発生した水滴を霧状にすることなくそのまま除去することができる。なお、酸化ガス通路には電気化学反応によって発生する水が凝縮しやすいため、酸化ガス通路に静電搬送手段を設けることが好ましい。また、静電搬送手段は、ガス通路内の水滴をそのガス通路の出口に向かって静電搬送してもよいし、そのガス通路の入口に向かって静電搬送してもよい。
【０００９】
本発明の燃料電池システムは、
電解質膜のカソード側に設けられた酸化ガス通路を通過する酸化ガス中の酸素と前記電解質膜のアノード側に設けられた燃料ガス通路を通過する燃料ガス中の水素との電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料ガス通路及び前記酸化ガス通路の少なくとも一方のガス通路に並設され絶縁層に覆われた複数の電極と、
前記ガス通路内の水滴が該ガス通路外へ静電搬送されるよう前記複数の電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えたものとしてもよい。
【００１０】
この燃料電池システムでは、ガス通路内の水滴がそのガス通路外へ静電搬送されるようガス通路に並設された複数の電極に電圧を印加することにより、ガス通路内の水分を除去する。つまり、静電力を利用してガス通路内の水分を除去する。したがって、振動子等の可動部材をガス通路内に配置することなく、簡素な構造でガス通路内の水分を除去することができる。また、ガス通路に発生した水滴を霧状にすることなくそのまま除去することができる。なお、酸化ガス通路には電気化学反応によって発生する水が凝縮しやすいため、酸化ガス通路に複数の電極を設けることが好ましい。また、電圧印加手段は、ガス通路内の水滴がそのガス通路の出口に向かって静電搬送されるよう複数の電極に電圧を印加してもよいし、入口に向かって静電搬送されるよう複数の電極に電圧を印加してもよい。
【００１１】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記電圧印加手段は、見かけ上、前記ガス通路の出口又は入口に向かって電圧の正負の切り替わりが進行するよう前記複数の電極に電圧を印加するようにしてもよい。こうすれば、ガス通路内に発生した水滴を効率よく出口又は入口へと導くことができる。
【００１２】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記複数の電極は、前記ガス通路のうち水滴が溜まりやすい箇所に設けられていてもよい。複数の電極は、酸化ガス通路のすべてに設けられていたり燃料ガス通路のすべてに設けられていたりしてもよいが、例えば燃料電池の構造上水滴が溜まりやすい箇所がある場合にはその箇所に設けるようにしてもよい。こうすれば、水滴が溜まらない箇所には電極を設けないため、電極材料を節約することができる。
【００１３】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は、前記電解質膜をアノードとカソードとで挟持した膜電極接合体の両側を一対の導電性セパレータで挟み込んだ構造を有し、前記酸化ガス通路は、前記カソードと前記一対の導電性セパレータの一方に設けられた凹溝とによって形成され、前記燃料ガス通路は、前記アノードと前記一対の導電性セパレータの他方に設けられた凹溝とによって形成され、前記複数の電極は、前記燃料ガス通路及び前記酸化ガス通路の少なくとも一方の前記凹溝内に設けられていてもよい。こうすれば、導電性セパレータのうちアノードやカソードと接触しない凹溝内に絶縁層に覆われた電極が並設されるため、このような電極を設けたことによりアノードやカソードと導電性セパレータとの導電性能が損なわれることがない。
【００１４】
本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池の運転状態を検知する運転状態検知手段と、前記燃料電池の運転状態に基づいて、前記電圧印加手段に前記複数の電極への電圧印加を行わせるか否かを決定する電圧印加制御手段と、を備えていてもよい。燃料電池の運転中は常時、電圧印加手段により水滴が静電搬送されるよう複数の電極に電圧を印加してもよいが、燃料電池の運転状態に基づいて複数の電極への電圧印加を行わせるか否かを決定することにより、電力の消費量を節約することができる。この態様を採用した本発明の燃料電池システムは、更に、前記運転状態検知手段によって検知された前記燃料電池の運転状態が予め前記ガス通路内に水滴が発生しやすい状態として定められた所定の運転状態か否かを判定する運転状態判定手段、を備えていてもよく、前記電圧印加制御手段は、前記運転状態判定手段によって前記燃料電池の運転状態が前記所定の運転状態であると判定されたとき、前記電圧印加手段に前記複数の電極への電圧印加を行わせるようにしてもよい。こうすれば、ガス通路内に水滴が発生しやすい状態になったときに複数の電極への電圧印加を行わせることによりガス通路外へ水滴が静電搬送されるため、必要以上に電力を消費しない。なお、「燃料電池の運転状態」とは、例えば燃料電池への要求電力や燃料電池の出力電力・積算電力・出力電圧などが挙げられる。
【００１５】
本発明の燃料電池システムを搭載した車両は、上述した燃料電池システムを搭載しているため、振動子等の可動部材をガス通路内に配置することなく簡素な構造でガス通路内の水分を除去することができ、またガス通路に発生した水滴を霧状にすることなくそのまま除去することができるものであるから、これを搭載した車両も同様の効果が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は燃料電池システム１２を搭載した車両１０の概略を示す構成図、図２は燃料電池３０の組立斜視図、図３は酸化ガス通路を形成する側のセパレータの平面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図、図５は電圧印加パターンの説明図である。
【００１７】
本実施形態の車両１０は、図１に示すように、燃料電池システム１２と、燃料電池システム１２から供給される電力を駆動力に変換して減速ギヤ１６を介して駆動輪１８，１８を回転させる駆動装置１４と、全体の制御を司る電子制御ユニット８０とを備えている。このうち、燃料電池システム１２は、燃料ガス中の水素と酸化ガス中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池３０を複数積層した燃料電池スタック２０と、各燃料電池３０へ酸化ガス・燃料ガスを供給するための供給マニホルドＭ１，Ｍ２と、各燃料電池３０を通過したあとの酸化ガス・燃料ガスを燃料電池スタック２０の外へ排出するための排出マニホルドＭ３，Ｍ４と、酸化ガス通路３６の入口側から出口側に向かって水滴を静電搬送する複数の静電搬送用電極３７（図３参照）と、この静電搬送用電極３７に電圧を印加する電圧印加装置７０とを備えている。
【００１８】
燃料電池スタック２０は、基本単位である燃料電池３０を複数スタックし、その両端に集電板２１，２２、絶縁板２３，２４、エンドプレート２５，２６を順次配置したものである。集電板２１，２２は緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材によって形成され、絶縁板２３，２４はゴムや樹脂等の絶縁性部材によって形成され、エンドプレート２５，２６は剛性を備えた鋼等の金属によって形成されている。また、集電板２１，２２にはそれぞれ出力端子２１ａ，２２ａが設けられており、燃料電池スタック２０で生じた起電力を出力可能となっている。なお、図示しない保持機構により、エンドプレート２５，２６は複数の燃料電池３０を積層方向に加圧した状態で保持している。
【００１９】
燃料電池３０は、図２及び図５に示すように、電解質膜３１をアノード３２とカソード３３とで挟み込んだ膜電極接合体（ＭＥＡ）３４を、一対のセパレータ４０，４０で挟み込むことにより構成されている。電解質膜３１は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す膜であり、例えばデュポン社製のナフィオン膜などである。アノード３２及びカソード３３は、いずれも、白金又は白金と他の金属からなる合金を担持した触媒電極と炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されたガス拡散電極とにより構成されている。そして、ＭＥＡ３４は、アノード３２と電解質膜３１とカソード３３とが熱圧着されて一体化されたものである。各セパレータ４０は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした成形カーボンにより形成されている。図２に示すように、このセパレータ４０の左辺及び右辺の略中央にはセパレータ４０を貫通する酸化ガス供給口４１及び酸化ガス排出口４３が設けられ、上辺及び下辺の略中央には同じくセパレータ４０を貫通する燃料ガス供給口４２及び燃料ガス排出口４４が設けられ、四隅には同じくセパレータ４０を貫通する冷却水循環用の円孔４５〜４８が設けられている。また、セパレータ４０の一方の面には、酸化ガス供給口４１から端を発して酸化ガス排出口４３に至る複数の凹溝３６ｂ（図４参照）からなる酸化ガス通路３６が設けられ、他方の面には、燃料ガス供給口４２から端を発して燃料ガス排出口４４に至る複数の凹溝からなる燃料ガス通路３８が設けられている。酸化ガス通路３６を形成する凹溝３６ｂの底面には、図４に示すように絶縁下層３７ａと絶縁上層３７ｂとの間に挟まれた静電搬送用電極３７が入口側から出口側に向かって複数並設されている。
【００２０】
ＭＥＡ３４とセパレータ４０との間には図２に示すようにガスケット５０が配置されており、このガスケット５０は電解質膜３１を挟み込み燃料ガスや酸化ガスのリークを防止したり、セパレータ４０，４０間において酸化ガス及び燃料ガスの混合を防止したりする役割を果たす。ガスケット５０は、セパレータ４０の酸化ガス供給口４１，燃料ガス供給口４２，酸化ガス排出口４３及び燃料ガス排出口４４にそれぞれ対向して穿設された長円孔５１〜５４と、円孔４５〜４８にそれぞれ対向して穿設された円孔５５〜５８（円孔５５は図示略）と、アノード３２又はカソード３３が入り込む大きさに形成された角孔５９とを有している。
【００２１】
供給マニホルドのうち酸化ガス供給マニホルドＭ１は、燃料電池３０を構成するセパレータ４０の酸化ガス供給口４１とガスケット５０の長円孔５１とを燃料電池スタック２０の積層方向に連通する空洞であり、エアコンプレッサ６０から流量調節弁６２を介して酸化ガスとしてのエアが図示しない加湿器で加湿されたあと送り込まれる。また、燃料ガス供給マニホルドＭ２は、燃料電池３０を構成するセパレータ４０の燃料ガス供給口４２とガスケット５０の長円孔５２とを燃料電池スタック２０の積層方向に連通する空洞であり、水素ボンベ６４から流量調節弁６６を介して燃料ガスとしての水素ガスが図示しない加湿器で加湿されたあと送り込まれる。更に、冷却水供給マニホルドＭ５，Ｍ６は、燃料電池３０を構成するセパレータ４０の円孔４５，４６とガスケット５０の円孔５５，５６とを燃料電池スタック２０の積層方向に連通する空洞であり、冷媒としての冷却水が図示しないポンプにより供給される。
【００２２】
一方、排出マニホルドのうち酸化ガス排出マニホルドＭ３は燃料電池３０を構成するセパレータ４０の酸化ガス排出口４３とガスケット５０の長円孔５３とを燃料電池スタック２０の積層方向に連通する空洞であり、各燃料電池３０の酸化ガス通路３６を通過したあとの酸化ガスを集めて燃料電池スタック２０の外へと導出する。また、燃料ガス排出マニホルドＭ４は燃料電池３０を構成するセパレータ４０の燃料ガス排出口４４とガスケット５０の長円孔５４とを燃料電池スタック２０の積層方向に連通する空洞であり、各燃料電池３０の燃料ガス通路３８を通過したあとの燃料ガスを集めて燃料電池スタック２０の外へと導出する。なお、導出後の燃料ガスは未反応の水素を含むため再び燃料ガス供給マニホルドＭ２へ導入してもよい。更に、冷却水排出マニホルドＭ７，Ｍ８は、燃料電池３０を構成するセパレータ４０の円孔４７，４８とガスケット５０の円孔５７，５８とを燃料電池スタック２０の積層方向に連通する空洞であり、燃料電池スタック２０において数個の燃料電池３０ごとに配置された図示しない冷却水用セパレータに設けられた冷却水通路を通過したあとの冷却水を集めて燃料電池スタック２０の外へと導出する。なお、この冷却水は、図示しない放熱器で放熱したあと再び冷却水供給マニホルドＭ５，Ｍ６へ供給される。
【００２３】
複数の静電搬送用電極３７は、図３及び図４に示すように、各酸化ガス通路３６の入口側から出口側に向かって複数個並設されている。これらの静電搬送用電極３７は、各酸化ガス通路３６の凹溝３６ｂの底面を覆う絶縁下層３７ａ上に配置され、絶縁上層３７ｂによって表面が覆われている。また、これらの静電搬送用電極３７は、０．２ｍｍ幅（通路方向の長さ）の線状電極であって０．５〜１ｍｍピッチで並設されている。更に、これらの静電搬送用電極３７は印加する電圧パターンに応じてａ相〜ｆ相の６つの相に分けられ、これらの静電搬送用電極３７の配線は各相ごとに１つに結線されて電圧印加装置７０と接続されている。これらの静電搬送用電極３７や配線パターンは、例えば周知のプリント配線板作成技術を利用して作成される。
【００２４】
電圧印加装置７０は、図５に示す電圧印加パターンで複数の静電搬送用電極３７に電圧を印加する装置であり、ａ相〜ｆ相のうち同じ相に属する複数の静電搬送用電極３７に対して同じ電圧を印加する装置である。
【００２５】
駆動装置１４（図１参照）は、図示しないが、燃料電池スタック２０で発生した直流電力を交流電力に変換する電力変換装置やその交流電力で回転駆動される走行用モータなどを備えている。
【００２６】
電子制御ユニット８０は、図１に示すように、ＣＰＵ８２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ８２の他に、処理プログラム等が記憶されたＲＯＭ８４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ８６と、図示しない入出力ポートとを備えている。この電子制御ユニット８０には、図示しないアクセルペダルセンサからのアクセルペダル開度信号ＡＰや図示しない車速センサからの車速信号Ｖのほか、燃料電池スタック２０の積算電力を検出する電力計７２からの積算電力量や、駆動装置１４に含まれる電力変換装置の入出力電圧信号などが入力ポートを介して入力される。また、電子制御ユニット８０からは、電圧印加装置７０への制御信号のほか、駆動装置１４に含まれる電力変換装置や走行用モータへの制御信号などが出力ポートを介して出力される。
【００２７】
次に、こうして構成された本実施形態の車両１０の動作について説明する。まず、酸化ガス通路３６内の水滴を入口側から出口側へと静電搬送する動作について説明する。電圧印加装置７０は、図５に示す電圧印加パターンに則して、まず、静電搬送用電極３７のうちａ相、ｂ相、ｃ相、ｄ相、ｅ相、ｆ相にそれぞれ（＋，＋，０，−，−，０）という電圧を印加し（図５のＮｏ．１参照）、次に（０，＋，＋，０，−，−）という電圧を印加し（図５のＮｏ．２参照）、次に（−，０，＋，＋，０，−）という電圧を印加し（図５のＮｏ．３参照）、次に（−，−，０，＋，＋，０）という電圧を印加し（図５のＮｏ．４参照）、次に（０，−，−，０，＋，＋）という電圧を印加し（図５のＮｏ．５参照）、次に（＋，０，−，−，０，＋）という電圧を印加する（図５のＮｏ．６参照）。本実施形態では、このＮｏ．１からＮｏ．６を１サイクルとし、このサイクルで繰り返しａ相〜ｆ相に電圧を印加する。具体的には６相矩形波の電圧を印加する。また、図５におけるＮｏ．１からＮｏ．６に至るまでの電圧の正負の変遷を見れば明らかなように、時間経過に伴い見かけ上、酸化ガス通路３６の入口側から出口側に向かって電圧の正負の切り替わりが進行している。このとき、酸化ガス通路３６上の水滴は、静電誘導により帯電し、図５におけるＮｏ．１からＮｏ．６に至る電圧の正負の変遷に応じて水滴近傍の静電搬送用電極３７と反発又は吸引しながら酸化ガス通路３６の入口側から出口側へ移動する。このようにして、電圧印加装置７０が複数の静電搬送用電極３７に図５の電圧印加パターンで電圧を印加することにより、酸化ガス通路３６上の水滴は入口側から出口側へと静電搬送される。
【００２８】
次に、車両走行時に酸化ガス通路３６内に生成した水滴を排出する動作について説明する。図６は、電子制御ユニット８０のＣＰＵ８２により実行される静電搬送ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ＲＯＭ８４に記憶され、ＣＰＵ８２により所定時間ごと（例えば数ｍｓｅｃごと）に繰り返し実行される。このルーチンが開始されると、ＣＰＵ８２は、まず、燃料電池スタック２０に要求される電力が予め定められた閾値Ｔ１を超えるか否か、つまり燃料電池スタック２０に高出力が要求されているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、燃料電池スタック２０に要求される電力は、現在の車速信号Ｖやアクセルペダル開度信号ＡＰからＲＯＭ８４に記憶されている図示しないマップに基づいて算出した駆動輪１８，１８に要求される動力に基づいて算出される。また、閾値Ｔ１は、予め経験的に求めた値である。具体的には、燃料電池スタック２０の出力が高いほど電気化学反応が活発に起きるため、生成水が多量に発生して酸化ガス通路３６内に凝縮水が溜まり酸化ガスの流通を阻害しやすい。このため、酸化ガス通路３６内に生じる凝縮水と燃料電池スタック２０の出力電力との関係を予め実験で求め、酸化ガスの流通を阻害するおそれがある凝縮水量が生じた時点の燃料電池スタック２０の出力電力を閾値Ｔ１としている。
【００２９】
さて、ステップＳ１１０で燃料電池スタック２０に要求される電力が閾値Ｔ１を超えないと判定されたときには、高出力フラグＦをリセットしてゼロとし（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。一方、燃料電池スタックに要求される電力が閾値Ｔ１を超えると判定されたときには、高出力フラグＦが１か否かを判定し（ステップＳ１３０）、高出力フラグＦが１でなかったときには燃料電池スタック２０に高出力が要求されている状態であることを示すために高出力フラグＦに１をセットし（ステップＳ１４０）、続いて電力計７２の積算電力をゼロにリセットしたあと電力の積算を開始させ（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。
【００３０】
一方、ステップＳ１３０で高出力フラグＦが１だったときには、前回このルーチンを実行したとき既に燃料電池スタック２０に高出力が要求されていたことになるが、そのときには電力計７２から積算電力を入力し（ステップＳ１６０）、その積算電力が予め定めた閾値Ｔ２を超えるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。ここで、ステップＳ１１０で要求電力が閾値Ｔ１を超えたとしても、その後速やかに要求電力が閾値Ｔ１未満に下がる場合つまり要求電力が閾値Ｔ１を超えてからの積算電力が相当量に達していない場合には、一時的に電気化学反応が活発になるものの凝縮水が発生するには至らないが、要求電力が閾値Ｔ１を超えた状態が長く続く場合つまり要求電力が閾値Ｔ１を超え且つ積算電力が相当量に達した場合には、凝縮水が発生しやすい。このため、そのような積算電力の相当量を予め実験で求め、その相当量を閾値Ｔ２としている。
【００３１】
さて、ステップＳ１７０で積算電力が閾値Ｔ２を超えないと判定されたときには、そのまま本ルーチンを終了し、積算電力が閾値Ｔ２を超えたと判定されたときには、凝縮水が発生しているおそれがあるため、電圧印加装置７０へ印加開始信号を出力し（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。この印加開始信号を入力した電圧印加装置７０は、予め定められた時間長さだけ、図５に示す電圧印加パターンに則して複数の静電搬送用電極３７に電圧を印加する。すると、既述の作用機構により、酸化ガス通路３６内の凝縮水は入口側から出口側へと静電搬送される。
【００３２】
以上詳述した本実施形態によれば、静電力を利用して酸化ガス通路３６内の凝縮水を除去するため、振動子等の可動部材を酸化ガス通路３６内に配置することなく、簡素な構造で酸化ガス通路３６内の凝縮水を除去することができるし、酸化ガス通路３６に発生した凝縮水を霧状にすることなくそのまま除去することもできる。また、電圧印加装置７０は、見かけ上、酸化ガス通路３６の出口に向かって電圧の正負の切り替わりが進行するよう複数の静電搬送用電極３７に電圧を印加するため、酸化ガス通路３６内に発生した凝縮水を効率よく酸化ガス排出マニホルドＭ３へと導くことができる。更に、複数の静電搬送用電極３７はセパレータ４０のうちカソード３３と接触しない酸化ガス通路３６の凹溝３６ｂの底面に絶縁下層３７ａ及び絶縁上層３７ｂに覆われて並設されているため、このような電極３７を設けたことによりカソード３３とセパレータ４０との接触面積（セパレータ４０の凸面３６ａの面積）が減少することはなく、導電性能が損なわれることがない。更にまた、酸化ガス通路３６内に凝縮水が発生しやすい状態になったとき（つまり要求電力が閾値Ｔ１を超え且つ積算電力が相当量に達したとき）のみ、電圧印加装置７０に複数の静電搬送用電極３７への電圧印加を行わせるため、静電搬送が不要であるにもかかわらず電圧印加を行う場合に比べて、電力消費量を抑えることができる。そしてまた、酸化ガス供給マニホルドＭ１に供給する酸化ガスの圧力を上げて凝縮水を吹き飛ばすことも考えられるが、その場合にはエアコンプレッサ６０の容量を大きくする必要があるため大きな設置スペースを占有するのに対して、本実施形態では酸化ガスにより凝縮水を吹き飛ばす必要がないためエアコンプレッサ６０の容量を小さくできコンパクト化に寄与することができる。但し、本発明は凝縮水を吹き飛ばす構成と併用することを排除するものではない。
【００３３】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００３４】
例えば、上述した実施形態では、要求電力が閾値Ｔ１を超え且つ積算電力が相当量に達したときのみ電圧印加装置７０に複数の静電搬送用電極３７への電圧印加を行わせるようにしたが、要求電力が閾値Ｔ１を超えたときに電圧印加装置７０に複数の静電搬送用電極３７への電圧印加を行わせるようにしてもよいし、積算電力がある値（凝縮水が発生するときの積算電力値であって経験的に求めた値）に達するごとに電圧印加装置７０に複数の静電搬送用電極３７への電圧印加を行わせるようにしてもよい。あるいは、静電搬送での消費電力は極めて小さいことから、常時、電圧印加装置７０に複数の静電搬送用電極３７への電圧印加を行わせるようにしてもよい。あるいは、酸化ガス通路３６内の水分が過多か否かを判定し、水分が過多のときには電圧印加装置７０に複数の静電搬送用電極３７への電圧印加を行わせるようにしてもよい。ここで、同通路３６内の水分が過多か否かは、例えば、各燃料電池３０ごとに出力電圧を検知する電圧センサを取り付け、予め実験で同通路３６内の水分が過多となったときの出力電圧の挙動を把握しておき、その挙動と現在の各燃料電池３０の出力電圧の挙動とを比較することにより判定してもよい。
【００３５】
また、上述した実施形態では、酸化ガス通路３６のすべてに静電搬送用電極３７を設けたが、酸化ガス通路３６のうち凝縮水が溜まりやすい箇所にのみ静電搬送用電極３７を設けてもよい。具体的には、図７に示すように、酸化ガス通路３６が水平方向に設けられている場合には重力の作用により下側の酸化ガス通路３６に凝縮水が溜まりやすいので、ここにのみ静電搬送用電極３７を設けてもよい。こうすれば、電極材料を節約することができる。
【００３６】
更に、上述した実施形態では、酸化ガス供給装置としてエアコンプレッサ６０を採用したが、凝縮水を酸化ガスで吹き飛ばす必要がなく酸化ガスの入り圧（供給圧）をそれほど高くしなくてもよいことから、エアコンプレッサ６０の代わりにブロアを採用してもよい。但し、静電搬送によって凝縮水を除去する手法と共に、酸化ガスの入り圧を高くして凝縮水を吹き飛ばすことにより凝縮水を除去する手法を併用してもよく、その場合には凝縮水を吹き飛ばすだけの圧力で酸化ガスを供給できる能力を持ったエアコンプレッサ６０を採用する。
【００３７】
更にまた、上述した実施形態では、図５の電圧印加パターンを採用したが、酸化ガス通路３６内の凝縮水を出口へ静電搬送できるのであれば特にどのような電圧印加パターンを採用してもよい。
【００３８】
そして、上述した実施形態では、酸化ガス通路３６を酸化ガス供給口４１から酸化ガス排出口４３に至る直線状の凹溝として形成したが、折れ曲がった形状の凹溝としてもよいし、セパレータ４０の面に小さな立方体又は直方体を間隔をもって配置してその間隔を縫うような経路を酸化ガス通路３６としてもよい。
【００３９】
そしてまた、上述した実施形態では、酸化ガス通路３６内の水滴を静電搬送して酸化ガス通路３６の出口つまり酸化ガス排出マニホルドＭ３へ排出するようにしたが、酸化ガス通路３６内の水滴を静電搬送して酸化ガス通路３６の入口つまり酸化ガス供給マニホルドＭ１へ排出するようにしてもよい。例えば、酸化ガス通路３６の入口が出口よりも下方に配置されている場合には、酸化ガス通路３６内の水滴に働く重力を考慮して水滴を出口ではなく入口へ排出するようにするのが好ましいことがある。
【００４０】
そして更に、上述した実施形態では、酸化ガス通路３６に静電搬送用電極３７を並設したが、これに代えて又はこれに加えて、燃料ガス通路３８にも同様の静電搬送用電極を並設し、燃料ガス通路３８に溜まった水滴を静電搬送するようにしてもよい。
【００４１】
そして更にまた、上述した実施形態では、燃料電池システム１２を車両１０に搭載した場合を例示したが、この燃料電池システム１２を列車や航空機等の輸送機器に適用してもよいし、家庭や工場等に設置されるコジェネレーションシステムに組み入れてもよい。いずれの場合も上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池システムを搭載した車両の概略を示す構成図である。
【図２】燃料電池の組立斜視図である。
【図３】酸化ガス通路を形成する側のセパレータの平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】電圧印加パターンの説明図である。
【図６】静電搬送ルーチンのフローチャートである。
【図７】酸化ガス通路を形成する側のセパレータの平面図である。
【符号の説明】
１０  車両、１２  燃料電池システム、１４  駆動装置、１６  減速ギヤ、１８駆動輪、２０  燃料電池スタック、２１，２２  集電板、２１ａ，２２ａ  出力端子、２３，２４  絶縁板、２５，２６  エンドプレート、３０  燃料電池、３１  電解質膜、３２  アノード、３３  カソード、３４  ＭＥＡ、３６  酸化ガス通路、３６ａ  凸面、３６ｂ  凹溝、３７  静電搬送用電極、３７ａ  絶縁下層、３７ｂ  絶縁上層、３８  燃料ガス通路、４０  セパレータ、４１  酸化ガス供給口、４２  燃料ガス供給口、４３  酸化ガス排出口、４４  燃料ガス排出口、４５〜４８  円孔、５０  ガスケット、５１〜５４  長円孔、５５〜５８円孔、５９  角孔、６０  エアコンプレッサ、６２  流量調節弁、６４  水素ボンベ、６６  流量調節弁、７０  電圧印加装置、７２  電力計、８０  電子制御ユニット、Ｍ１  酸化ガス供給マニホルド、Ｍ２  燃料ガス供給マニホルド、Ｍ３  酸化ガス排出マニホルド、Ｍ４  燃料ガス排出マニホルド、Ｍ５，Ｍ６  冷却水供給マニホルド、Ｍ７，Ｍ８  冷却水排出マニホルド。
【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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