(57)【要約】【課題】  充分な除水を行うに好適な燃料電池システムを提供する。【解決手段】  セパレータ４の表面側に燃料電池のガス拡散電極に反応ガスを供給する反応ガス流路６を形成し、反応ガス流路６に反応ガスを流通させる反応ガス供給手段２を備え、セパレータ４の反応ガス流路６の少なくとも下流側に臨む領域をポーラス体で形成し、記反応ガス流路６の少なくとも下流側領域のセパレータ４裏面側に回収ガスを流通させるよう形成した回収ガス流路７と、回収ガス流路７に回収ガスを流通させる回収ガス供給手段３とを備えるようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータの表面側に燃料電池のガス拡散電極に反応ガスを供給する反応ガス流路を備え、前記反応ガス流路に反応ガスを流通させる反応ガス供給手段を備えた燃料電池システムにおいて、
前記セパレータの反応ガス流路の少なくとも下流側に臨む領域をポーラス体で形成し、
前記反応ガス流路の少なくとも下流側領域のセパレータ裏面側に回収ガスを流通させるよう形成した回収ガス流路と、
前記回収ガス流路に回収ガスを流通させる回収ガス供給手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記回収ガス供給手段は、回収ガス流路に反応ガスを供給し、回収ガス流路を経由した反応ガスを、反応ガス供給手段により反応ガス流路に供給する反応ガスの一部または全部とすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記回収ガス流路を流通する回収ガスの流量は、燃料電池の負荷に応じて回収ガス供給手段により増減制御されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記回収ガス流路を流通する回収ガスの圧力は、燃料電池の負荷に応じて回収ガス供給手段により増減制御されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記回収ガス供給手段は、回収ガス流路の出口に液水を除去するセパレータを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記セパレータは、反応ガス流路の少なくとも下流側に臨む領域を除いて水不透過な緻密質に形成され、反応ガス流路の上中流部が形成されたセパレータ裏面側に冷却水を流通させる冷却水流路を形成しており、
前記燃料電池システムは、前記冷却水流路に冷却水を流通させる冷却水供給手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記冷却水流路の上流部は、反応ガス流路の上流部側にセパレータ裏面側から隣接して配置されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記冷却水流路は、セパレータの表と裏とで反応ガス流路と互いに隣接して上流から下流に向かって同方向に流れるよう配置されている請求項６または請求項７に記載の燃料電池システム。
【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し、特に、反応ガスの調湿に好適な燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から電池反応によって生じる水がガス拡散層やガス流路を閉塞する「フラッディング現象」を防止するため、反応ガス流路を形成するセパレータをポーラス体により形成し、その毛細管現象を利用して生成水を自然に濡れている方から乾いている方に移動させる燃料電池が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−１３８６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来例では、毛細管現象による多孔質内の水の移動・均一化するものであるため、多孔質内の水の移動速度よりも水の生成速度の方が速い場合に、充分な除水が行われない不具合があった。
【０００４】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、充分な除水を行うに好適な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】
【０００５】
本発明は、セパレータの表面側に燃料電池のガス拡散電極に反応ガスを供給する反応ガス流路と、反応ガス流路に反応ガスを流通させる反応ガス供給手段とを備え、セパレータの反応ガス流路の少なくとも下流側に臨む領域をポーラス体で形成し、反応ガス流路の少なくとも下流側領域のセパレータ裏面側に回収ガスを流通させるよう形成した回収ガス流路と、回収ガス流路に回収ガスを流通させる回収ガス供給手段とを備えるようにした。
【発明の効果】
【０００６】
したがって、本発明では、セパレータの表面側に燃料電池のガス拡散電極に反応ガスを供給する反応ガス流路と、反応ガス流路に反応ガスを流通させる反応ガス供給手段とを備え、セパレータの反応ガス流路の少なくとも下流側に臨む領域をポーラス体で形成し、反応ガス流路の少なくとも下流側領域のセパレータ裏面側に回収ガスを流通させるよう形成した回収ガス流路と、回収ガス流路に回収ガスを流通させる回収ガス供給手段とを備えるため、反応ガス流路で凝縮してセパレータのポーラス体内に吸収された水が裏側の回収ガス中に蒸発するので、反応ガス流路から液水を除去できる。また、ポーラス体に吸収された水が回収ガス中に蒸発する時の蒸発潜熱により反応ガス流路の下流域が冷却されるので、反応ガス流路を通過した排ガス中に含まれる水分量は減少させることができ、凝縮器等に経由させて排ガス中から水を回収する必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の燃料電池システムを各実施形態に基づいて説明する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した第１実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図であり、固体高分子膜の一方に積層されるカソード側ガス拡散電極に反応ガス（空気）を供給するセパレータを含む反応ガス供給系統を図示している。
【０００９】
図１において、燃料電池システム１は、高分子膜の一方に積層されるカソード側ガス拡散電極に反応ガスを供給する反応ガス流路６をセパレータ４の表面側に備える反応ガス供給系統２（反応ガス供給手段）と、反応ガス供給系統２の反応ガス流路６と部分的に沿う回収ガス流路７をセパレータ４の裏面側に備える水回収ガス系統３（回収ガス供給手段）と、を有する。
【００１０】
前記反応ガス供給系統２は、セパレータ４の表面側、即ち、高分子膜の一方に積層されるカソード側ガス拡散電極と接する面側に設けた反応ガス流路６にブロア１０若しくはコンプレッサから反応ガス入口マニホールド１２を経由して反応ガスを供給し、反応ガス流路６から反応ガス出口マニホールド１４および反応ガス圧力調整バルブ１６を経由して排出されるよう構成している。反応ガス流路６を流れる反応ガスの流量は、ブロア１０の供給流量により調整され、反応ガスの圧力は反応ガス圧力調整バルブ１６により調整される。
【００１１】
セパレータ４は、マニホールド類を有する枠状部分４Ａと、ガス拡散電極と接触し且つ反応ガス流路６を有するガス流路部分４Ｂとを備える。反応ガスは、図示例では、セパレータ４の左下隅部に設けた入口マニホールド１２から反応ガス流路６に流入し、曲折された反応ガス流路６に沿って上流側から下流側に流れつつガス拡散電極に拡散して発電反応に消費され、下流側に到達した反応ガスはセパレータ４の右上隅部に設けた出口マニホールド１４から排出される。
【００１２】
前記水回収ガス系統３は、セパレータ４の裏面側、即ち、ガス拡散電極と接する表面に対して裏側となる面側に設けた裏側ガス流路７（破線図示参照）と、裏側ガス流路７に裏側ガス入口マニホールド１８を経由して回収ガスを供給するブロア２０若しくはコンプレッサと、裏側ガス流路７から裏側出口マニホールド２２を経由してガスを排出する裏側ガス圧力調整バルブ２４とを備える。裏側ガス流路７のガスの流量は、ブロア２０の供給流量により調整され、裏側ガスの圧力は裏側ガス圧力調整バルブ２４により調整される。裏側ガスの入口マニホールド１８および出口マニホールド２２はセパレータ４の枠状部分に配置され、裏側ガス流路７は反応ガス流路６の下流側が存在する領域のセパレータ４の裏面側に配置されている。
【００１３】
前記セパレータ４は、ガス流路部分４Ｂの少なくとも裏側ガス流路７と反応ガス流路６とがセパレータ４を挟んで隣接している領域では、多孔質のポーラス体に形成され、その他のガス流路領域では、ポーラス体若しくは緻密質のいずれかに形成されている。このため、下流側の反応ガス流路６に水が存在する場合には、ポーラス体となったセパレータ４に吸収されて除水される。
【００１４】
以上の構成になる燃料電池システムの動作について以下に説明する。
【００１５】
燃料電池システム１の運転時においては、反応ガス供給系統２では、ブロア１０によりセパレータ４の入口マニホールド１２を経由して反応ガス流路６に供給され、出口マニホールド１４を経由して反応ガス圧力調整バルブ１６から排出され、水回収ガス系統３では、ブロア２０によりセパレータ４の裏側ガス入口マニホールド１８を経由して裏側ガス流路７に供給され、出口マニホールド２２を経由して裏側ガス圧力調整バルブ２４から排出される。
【００１６】
反応ガス流路６に供給された反応ガスは、反応ガス流路６に沿って下流側に向かって流れつつガス拡散電極に拡散して発電反応に利用される。発電反応によって生成された水は反応熱により水蒸気となって反応ガスと混合して反応ガスと共に反応ガス流路６を下流に向かって流れる。反応ガスに含まれる水蒸気量は反応ガス流路６の下流に向かうに連れて多くなり、反応ガス温度も下流側へ向かうに連れて上昇するためその飽和水蒸気量も増加する。
【００１７】
反応ガス流路６の下流側において、反応ガスに含まれる水蒸気量が反応ガスのその時点の温度上昇に対応した飽和水蒸気量を超過すると、反応ガス流路６の壁面に水滴となって凝縮する。凝縮した水滴はセパレータ４のポーラス体に吸収されて除水される。ポーラス体に吸収された水は、裏側ガス通路７を流通している回収ガスに蒸発され、回収ガスにより搬送されるため、反応ガス流路６側で連続して凝縮される水滴を吸収・除水してゆくことができる。
【００１８】
また、ポーラス体に吸収・除水された水の回収ガスへの蒸発時の気化熱により、ポーラス体が冷却されるので、反応ガス流路６の下流側における反応ガスの温度が低下され、反応ガスの飽和水蒸気量が減少し、水滴として凝縮させ、同様にしてポーラス体に吸収・除水させ、上記要領で回収ガスにより回収される。このため、出口マニホールド１４に排出される反応ガスに含まれる水蒸気量を減少させることができる。即ち、反応ガスの加湿に必要な水をポーラス体および回収ガスにより回収することができ、反応ガスにより持ち出される水を少なくすることができる。
【００１９】
図２は、本実施形態と冷却水の流れ方向を反応ガス流路に沿って形成する所謂「コフロータイプ」の比較例との反応ガス流路６でのガス温度の変化を示したグラフである。図２において、破線で示した比較例においては、単純に入口から出口に反応ガス流路を進むに連れて温度が上昇し、出口付近でもっとも高温になる。このため、比較例においては、反応ガス流路６の下流域でのフラッディングはある程度抑制することができるが、燃料電池の外部に水（水蒸気）を多量に持ち出すことになり、その水を反応ガスの加湿に利用するためには、高温となった反応ガスを冷却して水を凝縮させる凝縮器を設ける必要がある。
【００２０】
一方、本実施形態では、図２に実線図示したように、反応ガス流路６の途中までは、反応ガスの温度が上昇するが、裏側に裏側ガス流路７が配置されたポーラス体からなる反応ガス流路６に達すると、ポーラス体内部の水が裏側ガス流路７へ蒸発するときの気化潜熱によりポーラス体が冷却されるため、反応ガス温度が下がり、水（水蒸気）の燃料電池の外部への持ち出しを少なくすることができる。
【００２１】
なお、上記実施形態では、反応ガス流路６の出口マニホールド１４に隣接するように回収ガスの入口マニホールド１８を設けたものについて説明しているが、図示しないが、例えば、回収ガスの出口マニホールドを反応ガスの出口マニホールドに隣接させて配置する構成としてもよい。
【００２２】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２３】
（ア）セパレータ４の表面側に燃料電池のガス拡散電極に反応ガスを供給する反応ガス流路６を形成し、反応ガス流路６に反応ガスを流通させる反応ガス供給手段２を備え、セパレータ４の反応ガス流路６の少なくとも下流側に臨む領域をポーラス体で形成し、記反応ガス流路６の少なくとも下流側領域のセパレータ４裏面側に回収ガスを流通させるよう形成した回収ガス流路７と、回収ガス流路７に回収ガスを流通させる回収ガス供給手段３とを備えるため、反応ガス流路６で凝縮してセパレータ４のポーラス体内に吸収された水が裏側の回収ガス中に蒸発するので、反応ガス流路６から液水を除去できる。また、ポーラス体に吸収された水が回収ガス中に蒸発する時の蒸発潜熱により反応ガス流路６の下流域が冷却されるので、反応ガス流路６を通過した排ガス中に含まれる水分量は減少させることができ、凝縮器等に経由させて排ガス中から水を回収する必要がない。
【００２４】
（第２実施形態）
図３〜図９は、本発明を適用した燃料電池システムの第２実施形態を示し、図３は第２実施形態の第１実施例の燃料電池システムのシステム構成図、図４は第２実施形態の第２実施例の燃料電池システムのシステム構成図、図５は第２実施形態の第３実施例の燃料電池システムのシステム構成図、図６〜図８は第２実施形態の第４実施例の燃料電池システムのシステム構成図および制御特性図、図９は第２実施形態の第５実施例の燃料電池システムのシステム構成図である。本実施形態においては、回収ガスとして反応ガスを供給し、加湿された回収ガスとしての反応ガスを反応ガス流路へ流入させるようにしたものである。なお、図１と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００２５】
図３に示す第２実施形態の第１実施例においては、水回収ガス系統３の裏側ガス圧力調整バルブ２４の下流配管２６を反応ガス供給系統２のブロア１０の上流側に接続し、水回収ガス系統３に反応ガスを供給するようにしている。その他の構成については、第１実施形態と同様に構成している。
【００２６】
この第１実施例においては、水回収ガス系統３の裏側ガス圧力調整バルブ２４から排出される反応ガスは反応ガス供給系統２に新規に供給する反応ガスと混合されてブロア１０により吸込まれて反応ガス供給系統２に供給される。水回収ガス系統３から還流される反応ガス中には、反応ガス流路６の下流側で凝縮された水が水蒸気として含まれており、新規に供給された反応ガスと混合されることにより反応ガスを加湿し、加湿した反応ガスが反応ガス流路６に供給することができる。
【００２７】
なお、上記実施例では、水回収反応ガスと新規に供給する反応ガスとを合流させて反応ガス供給系統２に供給するものについて説明しているが、新規な反応ガスを供給することなく、水回収反応ガスの全量を反応ガス供給系統２にそのまま供給するようにしてもよい。
【００２８】
図４に示す第２実施形態の第２実施例の燃料電池システム１では、水回収反応ガスをブロア１０の下流に設けたエゼクタ２８により反応ガス供給系統２の反応ガスと混合させるようにしたものである。エゼクタ２８のエゼクタ効果を利用して混合させることで、コンプレッサやブロアは不要であり、裏側ガス圧力調整バルブ２４が省略され、裏側ガス流路７へ供給する水回収反応ガスの流量を調整する流量調整弁３０が裏側ガス入口マニホールド１８の上流に配置されている。その他の構成は、第１実施例と同様に構成している。
【００２９】
この実施例においては、エゼクタ２８で吸引され且つ入口側の流量調整弁３０で流量を調整するものであるため、裏側ガス流路７の水回収反応ガスの圧力は負圧状態となり、積極的にポーラス体からの水蒸発を促進させることができ、反応ガス供給系統２の反応ガスを加湿することができる。
【００３０】
図５に示す第２実施形態の第３実施例の燃料電池システム１では、反応ガス供給系統２へ供給する水回収反応ガスと新規に供給する反応ガスとの混合割合を調整可能としたものである。このため、水回収反応ガスと新規反応ガスとの合流部分に各々流量調整バルブ３２、３４が配置され、その下流に反応ガス供給手段２のブロア１０が配置されている。その他の構成は、第２実施例と同様の構成となっている。
【００３１】
この実施例においては、ブロア１０が吸込み反応ガス供給系統２へ吐出する反応ガスを、各々の流量調整弁３２、３４の開度を調整することでその割合を調整でき、ブロア１０の吸込み力により回収反応ガスを裏側ガス流路７に供給できる。この実施例においても、裏側ガス流路７の水回収反応ガスの圧力は負圧状態となり、積極的にポーラス体からの水蒸発を促進させることができ、反応ガス供給系統２の反応ガスを加湿することができる。
【００３２】
図６に示す第２実施形態の第４実施例の燃料電池システム１は、燃料電池の負荷に応じて裏側ガス流量を増加させるようにしたものである。即ち、反応ガス供給手段２および回収ガス供給手段３の構成は、図３に示す第１実施例と同様の構成とし、両系統のブロア１０、２０の供給流量およびガス圧力調整バルブ１４、２４の圧力調整値を、入力される燃料電池の負荷に応じてコントローラ９により調整するようにしている。
【００３３】
図７は、コントローラ９によって実行される、燃料電池の負荷に対する裏側ガス流量の制御特性を示すグラフであり、燃料電池の負荷が増加するに連れて裏側ガス流量を増加させるよう裏側ガス供給手段３のブロア２０回転数を増加させるようにしている。なお、現実的には、裏側ガス流量の設定は、単純に燃料電池負荷のみによって決定するのではなく、反応ガスの温度、裏側ガスの温度、生成水量（発電量）、ガスの圧力等を考慮して求めた流量値を裏側ガス流量の目標値として設定する。
【００３４】
このように、燃料電池の負荷に応じて裏側ガス流量を増加させることで、負荷の増加に応じて反応ガス流路６の下流側で生成される凝縮水が多量となる場合においても、その全量をポーラス体に吸収・除水させるよう、裏側ガス流路７に蒸発させる水蒸気量を裏側ガス流量に応じて増加させることができる。
【００３５】
即ち、燃料電池負荷が大きい時には多くの生成水が発生するので、より多くの水を反応ガス流路６から除去するために、裏側ガスの流量を多くし蒸発を促進させる。逆に、負荷が小さい時にはフラッディングが起こりにくいので、裏側ガスの流量を少なくし、裏側ガス供給コンプレッサ２０に使用されるエネルギ消費量を少なくする。また、負荷が小さい時には生成水量が少ないので、裏側ガスの流量を少なくしてセパレータ４のポーラス体のドライアウトを防止する。従って、燃料電池負荷の増減によるスタック内での生成水量の変化に効率的に対応できる。
【００３６】
図８は、コントローラ９によって実行される別の制御態様であり、燃料電池の負荷に対する反応ガスの圧力と裏側ガスの圧力の差圧特性を示すグラフであり、燃料電池の負荷が増加するに連れて反応ガス圧力と裏側ガス圧力との差圧が大きくなるように各圧力調整バルブ１６、２４の開度を調整するようにしている。具体的には、裏側ガス圧力を調整する裏側ガス圧力調整バルブ２４の開度を反応ガス圧力調整バルブ１６の開度に対して大きく設定して、反応ガス圧力が裏側ガス圧力より高くなるように設定し且つその圧力差が負荷に応じて大きくなるようにしている。
【００３７】
このように設定することにより、反応ガス流路６で凝縮した水がポーラス体内部を移動するドライビングフォースが大きくなり、より多量の水を反応ガス流路６から除水することができる。即ち、負荷が大きい時には多くの水が発生するので、反応ガス流路６と裏側ガス流路７の圧力差を大きくすることにより、より多くの水をポーラス部内へ移動させることができ、逆に、負荷が小さい時には生成水量が少ないので、圧力差を小さくし、表側ガスが裏側に抜けてしまうのを防止することができる。従って、負荷の増減によるスタック内での生成水量の変化に効率的に対応できる。
【００３８】
図９に示す第２実施形態の第５実施例の燃料電池システム１は、裏側ガス流路７の出口に液水セパレータ３６を配置したものである。即ち、燃料電池の生成水量が反応ガスの加湿に必要な水量より多い場合には、この液水セパレータ３６で液水を分離して除去するようにしたものである。
【００３９】
例えば、外気の湿度が高いときや起動直後で燃料電池の運転温度が低い時等では、燃料電池の生成水量がガスの加湿に必要な水量より多くなる状況が発生する。このような場合に、液水セパレータ３６を作動させることで、反応ガスに裏側ガスを合流させた時に反応ガス中の液水成分（ミスト）によって反応ガス流路６を閉塞し反応ガスのガス拡散層への拡散を悪化させることを未然に防止することができる。また、前記液水セパレータ３６は、高負荷運転のため生成水量が多いときに、スタック内で裏側ガス流路７に蒸発されないで液水として出てきてしまう液水を液水セパレータ３６が分離・除去させることができる。
【００４０】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００４１】
（イ）セパレータ４の表面側に燃料電池のガス拡散電極に反応ガスを供給する反応ガス流路６を形成し、反応ガス流路６に反応ガスを流通させる反応ガス供給手段２を備え、セパレータ４の反応ガス流路６の少なくとも下流側に臨む領域をポーラス体で形成し、記反応ガス流路６の少なくとも下流側領域のセパレータ４裏面側に回収ガスを流通させるよう形成した回収ガス流路７と、回収ガス流路７に回収ガスを流通させる回収ガス供給手段３とを備える燃料電池システム１において、回収ガス供給手段３は、回収ガス流路７に反応ガスを供給し、回収ガス流路７を経由した反応ガスを、反応ガス供給手段２により反応ガス流路６に供給する反応ガスの一部または全部とするため、裏側の回収ガス流路７で加湿された反応ガスを反応ガス流路６に供給でき、反応ガス流路６に加湿された反応ガスを供給することができる。
【００４２】
（ウ）第４実施例のように、回収ガス流路７を流通する回収ガスの流量を、燃料電池の負荷に応じて回収ガス供給手段３により増減制御すると、負荷の増減によるスタック内での生成水量の増減に効率的に対応できる。
【００４３】
（エ）また、第４実施例の図８では、回収ガス流路７を流通する回収ガスの圧力を、燃料電池の負荷に応じて回収ガス供給手段３により増減制御するため、負荷の増減によるスタック内での生成水量の増減に効率的に対応でき、しかも、生成水量が少ない負荷が小さい時には圧力差を小さくし、表側ガスが裏側に抜けてしまうのを防止することができる。
【００４４】
（オ）第５実施例では、回収ガス供給手段３は、回収ガス流路７の出口に液水を除去するセパレータ３６を備えるため、高負荷運転のために生成水量が多く、スタック内で裏側ガス流路７に蒸発されないで液水として出てきてしまう液水を液水セパレータ３６で除去することができる。
【００４５】
（第３実施形態）
図１０は、本発明を適用した燃料電池システムの第３実施形態を示すシステム構成図である。本実施形態においては、セパレータのポーラス体で構成した領域以外の部分を水不透過な緻密質に形成して、反応ガス流路の裏面側に冷却水を流通させる冷却水流路を設けるようにしたものである。なお、第１、２実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００４６】
図１０において、セパレータ４は、反応ガス流路６の下流側に臨ませてポーラス体で形成した領域Ａと、反応ガス流路６の上中流側に臨ませて水不透過な緻密質に形成した領域Ｂとで形成される。水不透過な緻密質に形成した領域Ｂの裏面側には、冷却水流路４１（破線図示参照）が形成され、枠状部分４Ａに冷却水流路４１の冷却水入口マニホールド４２と冷却水出口マニホールド４４が形成されている。冷却水は、冷却水タンク４６からポンプ４８により冷却水入口マニホールド４２に供給し、冷却水出口マニホールド４４から冷却水タンク４６に戻す冷却水循環系統４０により循環供給される。その他の構成は、第２実施形態と同様の構成としている。
【００４７】
このように、セパレータ４の緻密質の領域Ｂを設けて、反応ガス流路６の裏面側に冷却水流路４１を形成することにより、冷却水を流すための新たな冷却水流路を備えた冷却プレートを設ける必要がなく、裏側のガス流路７と冷却水流路４１を同一平面上に形成することができて、燃料電池スタックのセルピッチを小さくできて積層度を高めることができ、部品点数も低減できる。なお、セパレータ４の冷却水流路４１が配置されていないポーラス体Ａ部分は、前述したように蒸発潜熱により冷却され、冷却水により冷却する必要がない。
【００４８】
また、図１０に示すように、冷却水流路４１の入口マニホールド４２に近い上流部は、反応ガス流路６の上流部に隣接して設けるようにすると、反応ガス流路６の入口（上流部）付近の温度を下げることができ、図１１に示すように、同じ水分量でも温度が低下した分だけ飽和水蒸気量が減少して相対湿度が上昇し、高分子膜の乾燥を防止することができる。従って、反応ガス流路６の上流部を最も低温とすることができ、反応ガス流路６の入口付近の湿度低下による高分子膜のドライアウトを防止できる。
【００４９】
また、図１０に示すように、冷却水流路４１を反応ガス流路６とはセパレータ４の表裏で並行して上流から下流に向かって流れるよう構成している。このように構成することで反応ガス温度は下流に進むに連れて上昇される。これによって、反応ガスは下流に進むに連れて飽和蒸気圧が上昇し、生成水がガスに蒸発していくので、緻密質の領域Ｂでのフラッディングが発生するのを防止することができる。
【００５０】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）および第２実施形態における効果（イ）〜（エ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
【００５１】
（カ）セパレータ４は、反応ガス流路６の少なくとも下流側に臨む領域を除いて水不透過な緻密質に形成され、反応ガス流路６の上中流部が形成されたセパレータ４裏面側に冷却水を流通させる冷却水流路４１を形成し、冷却水流路４１に冷却水供給手段４０により冷却水を流通させるため、裏側の回収ガス流路７と冷却水流路４１を同一平面上に形成することができ、結果として、セルピッチを小さくすることができる。なお、ポーラス部は水の蒸発潜熱により冷却されるので冷却水による冷却の必要がない。
【００５２】
（キ）冷却水流路４１の上流部は、反応ガス流路６の上流部側にセパレータ４裏面側から隣接して配置されているため、反応ガス流路６の上流部を最も低温とでき、入口付近の湿度低下による高分子膜のドライアウトを防止できる。
【００５３】
（ク）冷却水流路４１は、セパレータ４の表と裏とで反応ガス流路６と互いに隣接して上流から下流に向かって同方向に流れるよう配置されているため、反応ガス温度が上流から下流に進むに連れて高くでき、フラッディングを抑制することができる。
【００５４】
なお、上記実施形態において、対象とするセパレータ４として、ガス拡散電極に空気を供給する反応ガス流路６を備えるセパレータ４を想定したものについて説明したが、図示はしないが、ガス拡散電極に水素を供給する反応ガス流路を備えるセパレータを対象としたものに適用するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料電池システムの概略構成図。
【図２】本実施形態と比較例の反応ガス温度分布を示すグラフ。
【図３】本発明の第２実施形態の第１実施例を示す燃料電池システムの概略構成図。
【図４】本発明の第２実施形態の第２実施例を示す燃料電池システムの概略構成図。
【図５】本発明の第２実施形態の第３実施例を示す燃料電池システムの概略構成図。
【図６】本発明の第２実施形態の第４実施例を示す燃料電池システムの概略構成図。
【図７】同じく第４実施例の制御特性を示す特性図。
【図８】同じく第４実施例の別の制御特性を（Ａ）、（Ｂ）に分けて示す特性図。
【図９】本発明の第２実施形態の第５実施例を示す燃料電池システムの概略構成図。
【図１０】本発明の第３実施形態を示す燃料電池システムの概略構成図。
【図１１】本実施形態の反応ガスの湿度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５６】
１  燃料電池システム
２  反応ガス供給系統、反応ガス供給手段
３  回収ガス供給系統、回収ガス供給手段
４  セパレータ
６  反応ガス流路
７  回収ガス流路、裏側ガス流路
９  コントローラ
１０、２０  ブロア、コンプレッサ
１２  反応ガス入口マニホールド
１４  反応ガス出口マニホールド
１６、２４  圧力調整バルブ
１８  回収ガス入口マニホールド、裏側ガス入口マニホールド
２２  回収ガス出口マニホールド、裏側ガス出口マニホールド
２８  エゼクタ
３０、３２、３４  流量調整バルブ
３６  液水セパレータ
４０  冷却水供給手段
４１  冷却水流路
４２  冷却水入口マニホールド
４４  冷却水出口マニホールド
４６  冷却水タンク
４８  ポンプ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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