(57)【要約】【課題】  スタックの寿命を延ばすことができる燃料電池システムの提供。【解決手段】（１）  セルを複数積層したユニット４を複数積層して構成したスタック２と、スタックを構成する複数のユニット４のうちの任意の１以上のユニットを発電するユニット４Ａとして選択し選択された発電するユニットのみを電気的に互いに接続する外部回路制御装置２３と、発電するユニット４Ａのみに燃料ガスを供給する燃料ガス供給部２９と、を有する燃料電池システム１。（２）外部回路制御装置２３は、発電するユニット４Ａと、発電するユニット４Ａの数を変更することができる。【選択図】      図１
2005293857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単セルを複数積層したユニットを複数積層して構成したスタックと、
前記スタックを構成する複数のユニットのうちの任意の１以上のユニットを発電するユニットとして選択し選択された発電するユニットのみを電気的に互いに接続する外部回路制御装置と、
前記スタックを構成する複数のユニットのうち前記選択された１以上の発電するユニットのみに燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
を有する燃料電池システム。
【請求項２】
前記外部回路制御装置が、
前記スタックを構成する複数のユニットの各ユニットに設けられた外部回路と、
複数の接点を有し前記外部回路と接続された接点装置と、
前記複数のユニットのうちの任意の１以上のユニットを発電するユニットとして選択し選択された発電するユニットのみが電気的に互いに接続されるように前記接点装置の複数の接点の開閉を制御する電子制御装置と、を有する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料ガス供給部は、第１、第２の中空軸部材を有しており、
該第１、第２の中空軸部材は全ユニットにわたってユニット積層方向に延びており、
該第１、第２の中空軸部材の一方の中空軸部材の外周面は他方の中空軸部材の内周面に摺動可能に接触しており、
該第１、第２の中空軸部材の少なくとも一方の中空軸部材は軸芯まわりに回動可能であり、
該第１、第２の中空軸部材には各ユニットに対応する位置に開口が設けられており、
各ユニットに対応する位置に設けられた前記第１の中空軸部材の開口と前記第２の中空軸部材の開口とは前記発電するユニットのみに燃料ガスを供給するように回転方向位置と数が定められている、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料ガス供給部の、前記回動可能な中空軸部材は、回動駆動装置に連結されており、前記外部回路制御装置は、発電するユニットを選択した時に、該発電するユニットだけに燃料ガスを供給するように前記回動駆動装置による前記回動可能な中空軸部材の回動を制御する、請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料ガス供給部は、前記スタックの各ユニットの各セルのセル面内方向中央部に設けられている請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記発電するユニットを電気的に直列に接続した請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記発電するユニットを電気的に並列に接続した請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記外部回路制御装置は、各セルのモニタ電圧を予め定めたセル電圧下限値を下回ったか否かを判定し、任意の特定セルのモニタ電圧が前記セル電圧下限値を下回ったと判定した場合には前記回動駆動装置を駆動して前記回動可能な中空軸部材を回動し、発電するユニットを変更する請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記外部回路制御装置は、各発電するユニットのユニット出力電圧が予め定めたユニット出力電圧下限値を下回ったか否かを判定し、任意の特定ユニットのユニット出力電圧が前記ユニット出力電圧下限値を下回ったと判定した場合には前記回動駆動装置を駆動して前記回動可能な中空軸部材を回動し、発電するユニットを変更する請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記外部回路制御装置は、変化する燃料電池出力要求電力に応じた必要電圧および必要発電ユニット数を満足するように、前記回動駆動装置による前記回動可能な中空軸部材の回動を制御して発電ユニット数を変更する、請求項３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する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータとの積層体からなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）とからなる。セパレータには、アノードに燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路が形成され、カソードに酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路が形成されている。膜−電極アッセンブリとセパレータを重ねた単セルを１層以上重ねてモジュールとし、モジュールを積層して、スタックを構成する。
【０００３】
一般的には、一つの燃料電池スタックは、要求出力に応じ、複数のセルを直列に接続した積層体により構成される。そして、スタックにおいて、一括導入された燃料ガス、酸化ガスは各セルに分配導入され、全てのセルが同時に発電する。
また、上記スタック型とは別に、特開２００３−１１５３１２号公報は、複数のセルをスタック化せずに別々に配置し、各セルを複数の接続端子を介して接続モジュールに接続し、接続モジュールで接続端子の間の電気的接続を変えて出力電圧を変化させるようにした燃料電池装置を開示している。
【０００４】
しかし、一般的なスタック型燃料電池では、全セルが直列に接続されているため、積層されたセルの１つにでも損傷があると、スタック全体の発電運転が不可能になるという問題がある。また、外部負荷によって要求電圧が変化し、それに応じて各セルの出力も変化されるので、セルの一定出力運転が困難であり、セルの耐久性を高く維持するのが難しい。
また、スタックに代えて特開２００３−１１５３１２号公報のようにセルを別々に配置すると、燃料電池装置の配置に要するスペースが膨大になり、かつそれへのガス供給、排出の配管やホースを設置するスペースも膨大になる。
【特許文献１】特開２００３−１１５３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする問題点は、配置スペースを小とするために（特開２００３−１１５３１２号公報のようにセルを別々に配置せずに）セルのスタック化を維持した場合、スタック中の１つのセルにでも損傷があると、スタック全体の発電運転が不可能になること、および、セルの一定出力運転が困難であり、セルの耐久性を高く維持するのが難しいという問題である。
本発明の目的は、（特開２００３−１１５３１２号公報のようにセルを別々に配置せずに）セルのスタック化を維持し、スタック中の任意の特定のセルに不具合が生じても、スタックの発電運転を継続でき、スタックの寿命を従来に比べて延ばすことができる燃料電池システムを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、（特開２００３−１１５３１２号公報のようにセルを別々に配置せずに）セルのスタック化を維持し、スタック中の任意の特定のセルに不具合が生じても、スタックの発電運転を継続でき、スタックの寿命を従来に比べて延ばすことができると共に、セルの運転を一定出力運転に近づけることができ、それによってもスタックの寿命を延ばすことができる、燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
（１）  単セルを複数積層したユニットを複数積層して構成したスタックと、
前記スタックを構成する複数のユニットのうちの任意の１以上のユニットを発電するユニットとして選択し選択された発電するユニットのみを電気的に互いに接続する外部回路制御装置と、
前記スタックを構成する複数のユニットのうち前記選択された１以上の発電するユニットのみに燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
を有する燃料電池システム。
（２）  前記外部回路制御装置が、
前記スタックを構成する複数のユニットの各ユニットに設けられた外部回路と、
複数の接点を有し前記外部回路と接続された接点装置と、
前記複数のユニットのうちの任意の１以上のユニットを発電するユニットとして選択し選択された発電するユニットのみが電気的に互いに接続されるように前記接点装置の複数の接点の開閉を制御する電子制御装置と、を有する（１）記載の燃料電池システム。
（３）  前記燃料ガス供給部は、第１、第２の中空軸部材を有しており、
該第１、第２の中空軸部材は全ユニットにわたってユニット積層方向に延びており、
該第１、第２の中空軸部材の一方の中空軸部材の外周面は他方の中空軸部材の内周面に摺動可能に接触しており、
該第１、第２の中空軸部材の少なくとも一方の中空軸部材は軸芯まわりに回動可能であり、
該第１、第２の中空軸部材には各ユニットに対応する位置に開口が設けられており、
各ユニットに対応する位置に設けられた前記第１の中空軸部材の開口と前記第２の中空軸部材の開口とは前記発電するユニットのみに燃料ガスを供給するように回転方向位置と数が定められている、（１）記載の燃料電池システム。
（４）  前記燃料ガス供給部の、前記回動可能な中空軸部材は、回動駆動装置に連結されており、前記外部回路制御装置は、発電するユニットを選択した時に、該発電するユニットだけに燃料ガスを供給するように前記回動駆動装置による前記回動可能な中空軸部材の回動を制御する、（３）記載の燃料電池システム。
（５）  前記燃料ガス供給部は、前記スタックの各ユニットの各セルのセル面内方向中央部に設けられている（１）記載の燃料電池システム。
（６）  前記発電するユニットを電気的に直列に接続した（１）記載の燃料電池システム。
（７）  前記発電するユニットを電気的に並列に接続した（１）記載の燃料電池システム。
（８）  前記外部回路制御装置は、各セルのモニタ電圧を予め定めたセル電圧下限値を下回ったか否かを判定し、任意の特定セルのモニタ電圧が前記セル電圧下限値を下回ったと判定した場合には前記回動駆動装置を駆動して前記回動可能な中空軸部材を回動し、発電するユニットを変更する（２）記載の燃料電池システム。
（９）  前記外部回路制御装置は、各発電するユニットのユニット出力電圧が予め定めたユニット出力電圧下限値を下回ったか否かを判定し、任意の特定ユニットのユニット出力電圧が前記ユニット出力電圧下限値を下回ったと判定した場合には前記回動駆動装置を駆動して前記回動可能な中空軸部材を回動し、発電するユニットを変更する（３）記載の燃料電池システム。
（１０）  前記外部回路制御装置は、変化する燃料電池出力要求電力に応じた必要電圧および必要発電ユニット数を満足するように、前記回動駆動装置による前記回動可能な中空軸部材の回動を制御して発電ユニット数を変更する、（３）記載の燃料電池システム。
【発明の効果】
【０００７】
上記（１）〜（１０）の燃料電池システムによれば、セルを複数積層したユニットを複数積層してスタックとしたので、燃料電池の設置スペースをコンパクトにすることができる。また、外部回路制御装置と燃料ガス供給部を設けたので、スタック中の任意の特定セルが損傷した場合、その特定セルを含んでいるユニットを外部回路制御装置によって外部回路から除去し、そのユニットへの燃料ガス供給を燃料ガス供給部によって停止することによって、そのユニットの発電を停止でき、残りのユニットによって、正常運転を続けることができる。スペアユニットを予めスタック中に組み込んでおくことにより、スタックの寿命が延びる。
また、上記（１０）の燃料電池システムによれば、スタックに損傷セルが生じていない場合でも、外部負荷から要求される発電電圧に応じて、外部回路制御装置と燃料ガス供給部によって、発電するユニット数を変化させることにより、各セルをほぼ一定出力運転に維持して外部負荷の変動に対応することができる。各セルがほぼ一定出力運転の結果、各セルが損傷を起こしにくくなり、スタックとしての寿命も延びる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の燃料電池システムを、図１〜図１０を参照して説明する。
本発明の燃料電池システムが適用される燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池である。該燃料電池は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【０００９】
図１に示すように、本発明の燃料電池システム１は、セル３を複数積層したユニット４を複数積層して構成したスタック２と、スタック２を構成する複数のユニット４のうちの任意の１以上のユニットを発電するユニット４Ａとして選択し選択された発電するユニット４Ａのみを電気的に互いに接続する外部回路制御装置２３と、スタック２を構成する複数のユニット４のうち選択された１以上の発電するユニット４Ａのみに燃料ガスを供給する燃料ガス供給部２９と、を有する。
【００１０】
セル３は、膜−電極アッセンブリ５（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１２との積層体からなる。ＭＥＡ５は、イオン交換膜からなる電解質膜６と、この電解質膜６の一面に配置されたアノード７および電解質膜６の他面に配置された触媒層カソード８とからなる。図６に示すように、ＭＥＡ５とセパレータ１２との間には、アノード側、カソード側に、それぞれ、ガスを拡散する拡散層９、１０が設けられることが望ましい。
各発電するユニット４において、各セル３の、アノード７側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜６中をカソード８側に移動し、カソード８側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成するつぎの反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
【００１１】
図１に示すように、複数のセル３を積層してユニット４とし、複数のユニット４をセル積層方向に積層してスタック２とする。ユニット４間には集電板２２を配置してもよい。ただし、集電板２２を配置しないで各ユニット４の端部セル３のセパレータ１２から電流を取り出してもよい。また、ユニット４間には絶縁板を設けて、各ユニット４を電気的に互いに独立させてもよい。
スタック２のセル積層方向両端には絶縁板１１を配置し、そのセル積層方向外側にエンドプレートを配置し、両端エンドプレートをセル積層方向に締め付け、締結手段で締結する。
【００１２】
セパレータ１２には、アノード７に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路１３が形成され、カソード８に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路１４が形成されている。また、セパレータ１２のガス流路１３、１４と反対側の面には冷却水を流すための冷却水流路１５が形成される。
【００１３】
スタック２には、セル積層方向に延びる、入側の燃料ガスマニホールド１６（燃料ガスマニホールド１６は、燃料ガス供給部２９の内側の中空軸部材の中に形成されたスペースからなる）、出側の燃料ガスマニホールド１７、入側の酸化ガスマニホールド１８、出側の酸化ガスマニホールド１９、入側の冷却水マニホールド２０、出側の冷却水マニホールド２１が形成される。
【００１４】
図７に示すように、燃料ガスは入側の燃料ガスマニホールド１６から、全ユニット４のうち発電するユニット４Ａのみの、セル３の燃料ガス流路１３に流れて発電で一部消費され、消費されなかった燃料ガスは燃料ガス流路１３から出側の燃料ガスマニホールド１７へと流れる。
図８に示すように、酸化ガスは入側の酸化ガスマニホールド１８から、全ユニット４の、セル３の酸化ガス流路１４に流れて発電で一部消費され、消費されなかった酸化ガスは酸化ガス流路１４から出側の酸化ガスマニホールド１９へと流れる。
図５に示すように、冷却水は入側の冷却水マニホールド２０から、全ユニット４の、セルの冷却水流路１５に流れ、冷却水流路１５から出側の冷却水マニホールド２１へと流れる。
【００１５】
外部回路制御装置２３は、スタック２を構成する複数のユニット４の各ユニットに設けられた外部回路２４と、複数の接点２６を有し外部回路２４と接続された接点装置（接点モジュール）２５と、複数のユニット４のうちの任意の１以上のユニットを発電するユニット４Ａとして選択し選択された発電するユニット４Ａのみが電気的に互いに直列または並列に接続されるように接点装置２５の複数の接点２６の開閉を制御する電子制御装置２７と、を有する。
スタック２は、外部回路制御装置２３を介して外部負荷２８と電気的に接続している。したがって、外部回路制御装置２３は、スタック２と外部負荷２８とを結ぶ外部回路の途中に設けられる。外部負荷２８は、たとえば車両の駆動モータであり、その負荷の大きさは変化する。
【００１６】
たとえば、図１はスタック２のユニット数が３個で、左から順に第１ユニット、第２ユニット、第３ユニットとする。第１ユニットのみを発電するユニット４Ａとするには、接点２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｆ、２６Ｇが閉で、接点２６Ｅ、２６Ｃ、２６Ｄを開とする。また、第１ユニットと第２ユニットのみを発電するユニット４Ａとするには、接点２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｇが閉で、接点２６Ｅ、２６Ｆ、２６Ｄを開とする。また、第１ユニットと第２ユニットと第３ユニットの全ユニットを発電するユニット４Ａとするには、接点２６Ａ、２６Ｄが閉で、接点２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｅ、２６Ｆ、２６Ｇを開とするといった具合である。ただし、発電するユニット４Ａの組み合わせと変化は、この例に限るものではない。
【００１７】
燃料ガス供給部２９は、複数の、少なくとも２つの、中空軸部材を有しており、したがって、少なくとも第１の中空軸部材３０と第２の中空軸部材３１を有している。中空軸部材の数は３以上でもよい。以下の説明では中空軸部材の数が２の場合で説明する。
第１、第２の中空軸部材３０、３１は、全ユニット４にわたって、ユニット積層方向に延びている。
複数の中空軸部材３０、３１は、同一の軸芯を有し、互いに重ねられている。あるいは燃料ガスの外部への漏れを防止するため、中空軸部材３１の内周と３０の外周を押し当てるように偏心し、重ねられている。第１、第２の中空軸部材３０、３１の一方の中空軸部材３０の外周面は他方の中空軸部材３１の内周面に摺動可能に接触している。
第１、第２の中空軸部材３０、３１の少なくとも一方の中空軸部材３０、望ましくは、最外周の中空軸部材３１以外の中空軸部材３０は、軸芯まわりに回動可能である。最外周の中空軸部材３１は、非回動部材であるセル３とのシール上、非回動部材であることが望まれる。
【００１８】
第１の中空軸部材３０には各ユニット４に対応する位置に第１の開口３２が設けられており、第２の中空軸部材３１には各ユニット４に対応する位置に第２の開口３３が設けられている。
各ユニット４に対応する位置に設けられた第１の中空軸部材３０の開口３２と第２の中空軸部材３１の開口３３とは、発電するユニット４Ａのみに燃料ガスを供給するように回転方向位置と数が定められている。
【００１９】
たとえば、図２〜図４の例では、ユニット数が３個の場合で、順に第１、第２、第３ユニットとすると、第１ユニットに対して、第１の開口３２が９０度間隔で３個（３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ）設けられ、第２の開口３３が１個設けられており、第２ユニットに対して、第１の開口３２が９０度間隔で２個（３２Ｂ、３２Ｃ）設けられ、第２の開口３３が１個設けられており、第３ユニットに対して、第１の開口３２（３２Ｃ）が１個設けられ、第２の開口３３が１個設けられている。
第１ユニットのみを発電するユニット４Ａとするには、第１の中空軸部材３０、第２の中空軸部材３１を図２〜図４の位相関係にし、第１ユニット位置で第１の開口３２のうち開口３２Ａが第２の開口３３に位相が合致するようにして第１ユニットのみに燃料ガスを供給する。
第１ユニット、第２ユニットのみを発電するユニット４Ａとするには、第１の中空軸部材３０、第２の中空軸部材３１を図２〜図４の位相関係から第１の中空軸部材３０が反時計まわりに９０度回転した位相とし（第２の中空部材３１は回転させない）、第１ユニット位置と第２ユニット位置で第１の開口３２のうち開口３２Ｂが第２の開口３３に位相が合致するようにして第１ユニットと第２ユニットのみに燃料ガスを供給する。
第１ユニット、第２ユニット、第３ユニットの全てを発電するユニット４Ａとするには、第１の中空軸部材３０、第２の中空軸部材３１を図２〜図４の位相関係から第１の中空軸部材３０が反時計まわりに１８０度回転した位相とし（第２の中空部材３１は回転させない）、第１ユニット位置と第２ユニット位置と第３ユニット位置で第１の開口３２のうち開口３２Ｃが第２の開口３３に位相が合致するようにして第１ユニットと第２ユニットと第３ユニットに燃料ガスを供給する。
開口３２、３３の位相と数は、図２〜図４の例に限るものではない。
【００２０】
燃料ガス供給部２９の、回動可能な中空軸部材３０は、回動駆動装置３４に連結されている。外部回路制御装置２３の電子制御装置２７は、発電するユニット４Ａを選択した時に、該発電するユニット４Ａだけに燃料ガスを供給するように、回動駆動装置３４による、回動可能な中空軸部材３０の回動を制御する。電子制御装置２７による接点２６の開閉制御と、回動駆動装置３４による中空軸部材３０の回動制御とは、同時に行われる。
燃料ガス供給部２９は、スタック２の各ユニット４の各セル３のセル面内方向中央部に設けられている。セル４の正面視形状は、図示例では円形であるが、正方形、矩形、多角形などの形状であってもよい。
【００２１】
接点装置２５の接点２６の開閉によって、発電するユニット４Ａは単独で運転されることもできれば、あるいは複数の発電するユニット４Ａの組み合わせで運転されることができる。
複数の発電するユニット４Ａの組み合わせで運転される場合は、複数の発電するユニット４Ａは、互いに、電気的に直列に接続されてもよいし、あるいは、電気的に並列に接続されてもよい。
直列接続の場合は、スタック２の出力電圧が変わり、出力電流は一定である。並列接続の場合は、スタック２の出力電流が変わり、出力電圧はは一定である。
【００２２】
図９は、積層されたユニット４の、発電するユニット４Ａを変更する制御を示す。この制御ルーチンは外部回路制御装置２３の電子制御装置２７にインストールされている。
図９で、ステップ１０１で各セル３の電圧をモニタリングし、それを電子制御装置２７に送信して、ステップ１０２で特定セル３の電圧が予め設定しておいた下限値を下回るか否かを判定する。下回ればその特定セル３が損傷または不具合を生じたことを意味するので、その特定セル３を含むユニット４を他のスペアユニット４に変えるように、接点装置２５の接点２６の開閉を制御するとともに、ステップ１０５で、回動駆動装置３４を駆動して回動可能な中空軸部材３０を回動し、発電するユニット４Ａを正常なスペアユニット４に変更する。
また、ステップ１０３で、複数の発電するユニット４の出力総電圧をモニタリングし（接点装置２５の両端回路の電圧差でモニタリングできる）、それを電子制御装置２７に送信して、ステップ１０４で出力総電圧が予め定めた下限値を下回るか否かを判定する。下回れば何れかのユニット４が損傷または不具合を生じたことを意味するので、ステップ１０２の判定結果と合わせ考慮してどのユニットが不具合を生じたかを検出し、そのユニットを外すように、ステップ１０５で、回動駆動装置３４を駆動して回動可能な中空軸部材３０を回動し、発電するユニット４Ａを正常なスペアユニット４に変更する。
【００２３】
図１０は、ユニット４が直列接続されている場合の、発電するユニット４Ａの数を変更する制御を示している。この制御ルーチンは外部回路制御装置２３の電子制御装置２７にインストールされている。
たとえば、車両の場合、外部負荷２８は車両の走行に応じて変化する。図１０において、ステップ２０１で、外部負荷、したがって要求電力の変化に応じて、必要電圧、したがって発電するユニット数を求める。発電するユニット数が得られるように、ステップ２０２で、回動可能な中空軸部材３０を回動する。その結果、スタック２の電流をほぼ一定に維持し、発電するユニット数を変えて出力電圧を変えることにより外部負荷の変動に対応することができる。
【００２４】
つぎに、本発明の作用・効果を説明する。
本発明の燃料電池システム１では、セル３を複数積層したユニット４を複数積層してスタック２としたので、スタック型が維持され、コンパクトな燃料電池装置を維持できる。また、外部回路制御装置２３と燃料ガス供給部２９を設けたので、スタック中の任意の特定セル３が損傷しても、その特定セルを含むユニットを、予めスタック２に組み込んでおいた正常なスペアユニットで置換することができる。これによって、スタック２の寿命をスペアユニットの数倍延ばすことができる。
たとえば、５セルで１ユニットを形成し、４４ユニットで１スタックを形成し、４ユニットをスペアユニットとして休止させ、残りの４０ユニット、２００セルで運転すると、運転中の２００セル中の１セルに損傷が生じても、その損傷セルを含むユニットを直列接続から外して、スペアユニットのうちの１ユニットをスタック２に直列接続することにより、正常に運転を継続できる。この場合、スタック２の寿命がスペアユニットの数である４倍延びる。スペアユニット４を設けたことによるスタック２長の延長は１割（４０ユニットが４４ユニットになる）であるので、とくに問題はない。
【００２５】
また、スタック２に損傷セルが生じていない場合でも、外部負荷２８の変動、すなわち要求発電電圧の変動に応じて、外部回路制御装置２３と燃料ガス供給部２９によって、発電するユニット４Ａの数を変化させることにより、各セルをほぼ一定出力運転に維持して外部負荷２８の変動に対応することができる。各セルがほぼ一定出力運転の結果、各セル３が損傷を起こしにくくなり、スタック２としての寿命も延びる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の燃料電池システムの、回路図を含む、スタックの断面図である。
【図２】図１のＡ断面図である。
【図３】図１のＢ断面図である。
【図４】図１のＣ断面図である。
【図５】図１のスタックの、冷却水流れを示す、セルの正面図である。
【図６】図５のＤ断面図である。
【図７】燃料ガス流れを示す、図６のＥ視図である。
【図８】酸化ガス流れを示す、図６のＦ視図である。
【図９】本発明の燃料電池システムの、発電するユニットを変更する制御フローチャートである。
【図１０】本発明の燃料電池システムの、発電するユニットを変更する制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００２７】
１  燃料電池システム
２  スタック
３  セル
４  ユニット
４Ａ  発電するユニット
５  ＭＥＡ
６  電解質膜
７  アノード
８  カソード
９、１０  拡散層
１１  絶縁板
１２  セパレータ
１３  燃料ガス流路
１４  酸化ガス流路
１５  冷却水流路
１６  入側の燃料ガスマニホールド
１７  出側の燃料ガスマニホールド
１８  入側の酸化ガスマニホールド
１９  出側の酸化ガスマニホールド
２０  入側の冷却水マニホールド
２１  出側の冷却水マニホールド
２２  集電板
２３  外部回路制御装置
２４  外部回路
２５  接点装置
２６（２６Ａ〜２６Ｇ）  接点
２７  電子制御装置
２８  外部負荷
２９  燃料ガス供給部
３０  第１の中空軸部材
３１  第２の中空軸部材
３２  第１の開口
３３  第２の開口
３４  回動駆動装置
【図１】
2005293857.tif 000003
【図２】
2005293857.tif 000004
【図３】
2005293857.tif 000005
【図４】
2005293857.tif 000006
【図５】
2005293857.tif 000007
【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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