(57)【要約】      （修正有）【課題】  負荷条件等が変化しても、常に安定した性能を発揮する高分子電解質型燃料電池を提供する。【解決手段】  第一の集電板４０ａ−４０ｃを介して積層した複数のセルブロック１ａ−１ｄを第二の集電板５０及び絶縁板３１等を介して締結セルスタック；セルスタックに燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ供給・排出する入口側および出口側のマニホールド；第一の集電板の入口側マニホールドに設けられて、当該マニホールドのガス流路を分岐路へ切り換える切替弁；前記分岐路に連なる第二の出口側マニホールド；並びに前記ガスの入口側の第二の集電板に接続される一方の極性の端子、およびガス流路が分岐路に切り換えられた第一の集電板に接続される他方の極性の端子を具備する高分子電解質型燃料電池。第一の集電板のいずれかの切替弁を分岐路側へ切り換えることにより、当該集電板のマニホールドより下流のセルブロックを除いて発電できる。【選択図】図５
2005141994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）高分子電解質型燃料電池の単セルの少なくとも１個を含む複数のセルブロック、各セルブロック間に介在させた第一の集電板、並びに前記セルブロックと第一の集電板との積層体を第二の集電板および絶縁板を介して締結する端板からなるセルスタック、
（２）前記セルスタックに設けられ、セルブロックの単セルに燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ供給・排出する入口側および出口側のマニホールド、
（３）第一の集電板の入口側マニホールドに設けられて、当該マニホールドのガス流路を分岐路へ切り換える切替弁、
（４）前記分岐路に連なる第二の出口側マニホールド、並びに
（５）前記ガスの入口側の第二の集電板に接続される一方の極性の端子、およびガス流路が分岐路に切り換えられた第一の集電板に接続される他方の極性の端子、
を具備し、前記第一の集電板のいずれかの切替弁を分岐路側へ切り換えることにより、当該集電板のマニホールドより下流のセルブロックを除いて発電できるように構成された高分子電解質型燃料電池。
【請求項２】
（ａ）前記セルスタックに設けられ、セルブロックのセルを冷却するための冷却水を供給・排出する入口側および出口側マニホールド、
（ｂ）第一の集電板の冷却水の入口側マニホールドに設けられて、当該マニホールドの冷却水の流路を分岐路へ切り換える冷却水用切替弁、並びに
（ｃ）前記冷却水の分岐路に連なる第二の冷却水の出口側マニホールド、
を具備し、前記切替弁の分岐路側への切替と同期させて前記冷却水用切替弁を分岐路側へ切り換えるように構成された請求項１記載の高分子電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モバイル用電源、電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステム等に使用される燃料電池、特に高分子電解質型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質型燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸化剤ガスをガス拡散電極によって電気化学的に反応させるもので、電気と熱を同時に発生させるものである。
この種の高分子電解質型燃料電池は、基本的には、水素イオンを選択的に輸送する水素イオン伝導性高分子電解質膜、およびその両面に配置された一対の電極からなる。電極は、白金族金属触媒を担持したカーボン粒子を主成分とする触媒層、およびこの触媒層の外面に形成された通気性と電子導電性を併せ持つ、例えば撥水処理を施したカーボンペーパー、カーボンクロス等からなるガス拡散層から構成される。電極および水素イオン伝導性高分子電解質膜を一体化したものをＭＥＡ（膜電極接合体）と呼ぶ。
【０００３】
このＭＥＡを機械的に固定するとともに、隣接するＭＥＡ同士を互いに電気的に直列に接続するための導電性のセパレータ板がＭＥＡの間に配される。セパレータ板のＭＥＡと接触する部分には、電極に反応ガスを供給し、かつ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路が形成されている。ガス流路は、セパレータ板と別に設けることもできるが、セパレータ板の表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的である。セパレータ板の他方の面には、電池温度を一定に保つための冷却水を循環させる冷却水の流路が設けられる。ＭＥＡとこれを挟む一対のセパレータ板で単セルが構成される。
【０００４】
多くの燃料電池は、必要な出力に応じた数の単セルを積層した構造をとっている。燃料電池の運転により電力を取り出す際、使用状況から定格出力に対し低い出力で運転するときは、酸化剤ガスの流量を下げるとともに冷却水の流量を調整して温度を制御する必要がある。また、電気自動車のように出力変動が大きな用途の場合、燃料電池スタックを複数個組合わせて使用するのが一般的である。そのような場合は、スタック内の制御だけでなく、スタック間の制御も行わなければならないため、燃料ガス、酸化剤ガス等の制御がかなり複雑化する。このため任意の出力条件に対し安定な動作ができる燃料電池が求められている。特許文献１には、スタックを複数個相互に接続することにより、燃料電池として最適な状態で動作できるように、反応ガスへの加湿量をコントロールするようにした高分子電解質型燃料電池システムが報告されている。
【０００５】
一般に単電池を数多く重ねた積層構造を有する燃料電池は、ガス利用率を一定にして、出力を定格運転条件より下げると、安定動作ができない場合がある。また、運転条件を変更することにより、積層された各ＭＥＡに送られる燃料ガス、酸化剤ガス等の供給量が変化して電極表面上の水分量が変化し、電極反応の進行が低下する。このように、燃料電池の運転条件を変更するには、電子負荷だけでなく燃料利用率を変更する必要性が生じたりし、効率の低下が起こる場合がある。よって運転条件を変更した時に、スタックへ送り込まれる燃料ガスや電子負荷の変化をできる限り小さくする必要がある。特許文献２は、負荷条件等の作動条件が変化しても、燃料電池として最適な状態で運転できる方法を提案している。しかしながら、この方法によると、燃料ガスや、冷却水等の配管を多く必要とし、また各ＭＥＡの電子負荷条件は変動するため、安定したスタックの動作を長期間確保するのが難しく、配管による複雑性やコンパクト化に対しては問題が残る。
【特許文献１】特公平５９−１４９６６３号公報
【特許文献２】特開昭５９−１４９６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上に鑑み、出力を変化させても常に安定した動作をし、比較的構造の簡単な高分子電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
本発明は、また負荷に応じて作動しているセルの負荷条件は変動せず、耐久性に優れた高分子電解質型燃料電池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】
【０００７】
本発明の高分子電解質型燃料電池は、
（１）高分子電解質型燃料電池の単セルの少なくとも１個を含む複数のセルブロック、各セルブロック間に介在させた第一の集電板、並びに前記セルブロックと第一の集電板との積層体を第二の集電板および絶縁板を介して締結する端板からなるセルスタック、
（２）前記セルスタックに設けられ、セルブロックのセルに燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ供給・排出する入口側および出口側のマニホールド、
（３）第一の集電板の入口側マニホールドに設けられて、当該マニホールドのガス流路を分岐路へ切り替える切替弁、
（４）前記分岐路に連なる第二の出口側マニホールド、並びに
（５）前記ガスの入口側の第二の集電板に接続される一方の極性の端子、およびガス流路が分岐路に切り換えられた第一の集電板に接続される他方の極性の端子、
を具備し、いずれかの第一の集電板の切替弁を分岐路側へ切り替えることにより、当該集電板のマニホールドより下流のセルブロックを除いて発電できるように構成されている。
【０００８】
本発明の高分子電解質型燃料電池は、さらに、
（ａ）前記セルスタックに設けられ、セルブロックの単セルに冷却水を供給・排出する入口側および出口側マニホールド、
（ｂ）第一の集電板の冷却水の入口側マニホールドに設けられて、当該マニホールドの冷却水の流路を分岐路へ切り替える冷却水用切替弁、並びに
（ｃ）前記冷却水の分岐路に連なる第二の冷却水の出口側マニホールド、
を具備し、前記切替弁の分岐路側への切替と同期させて前記冷却水用切替弁を分岐路側へ切り替えるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の高分子電解質型燃料電池は、第一の集電板を介して積層された複数のセルブロックのなかから出力に応じて反応ガスの入口側のセルブロックのみに反応ガスを供給するようにして、発電に寄与するセルブロックは定格出力で運転する場合と同じ条件で、かつ電池全体では定格より少ない出力で運転することができる。このため発電に与るセルの負荷条件は変わらず、電極管理の簡易化が図れ、セルの耐久性を向上することができる。また、出力の変更も第一の集電板に設けた切替弁および出力端子の切り替えにより行えるので、操作が簡単であるばかりか反応ガスの配管も複雑となることなく燃料電池全体のコンパクト化が図れる。さらに、分割式スタックに比べスタックの表面積が小さくなり、放熱ロスの低減が可能となり、効率の向上が図れる。また、必要に応じて冷却水の切り替えを行えるようにすることができる。第一の集電板間に挟まれるセル数および第一の集電板の数を適宜調整することにより、出力の広い範囲の変化幅がとれる。従って、用途に応じて電極面積を調整することにより、設計に柔軟性が生じ、モバイル用や車、工場等定置用電源等への多様な商品設計が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の高分子電解質型燃料電池の特徴の１つは、単電池の積層体を複数のセルブロックに分割し、これらセルブロックを第一の集電板を介して積層し、第一の集電板の反応ガスの入口側マニホールドに、当該マニホールドのガス流路を分岐路へ切り替える切替弁を設けたことである。そして、前記分岐路に連なる第二の出口側マニホールドを設ける。これによって、いずれかの第一の集電板の切替弁を分岐路側へ切り替えることにより、当該集電板のマニホールドより下流のセルブロックを発電休止とすることができる。
以下、本発明に係る高分子電解質型燃料電池の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１はセルブロック１の構成例を示す。ＭＥＡ１０は、高分子電解質膜１１、これを挟むアノード１２およびカソード１３、並びに電極の外周において高分子電解質膜を挟むガスケット１４からなる。ＭＥＡ１０は、アノード側セパレータ板２２およびカソード側セパレータ板２３に挟まれている。アノード側セパレータ板２２はアノード１２に燃料ガスを供給するガス流路２４を有し、反対側には冷却水の流路２６を有する。同様に、カソード側セパレータ板２３はカソード１３に酸化剤ガスを供給するガス流路２５を有し、反対側には冷却水の流路２７を有する。図１においては、各セルに燃料ガスを供給・排出する入口側マニホールド１６および出口側マニホールド１８が示され、ガス流路２４は入口側マニホールド１６と出口側マニホールド１８を連絡している。この他酸化剤ガスの入口側マニホールドおよび出口側マニホールドが設けられ、酸化剤ガスの流路２５が両マニホールドを連絡している。さらに、冷却水の入口側マニホールドおよび出口側マニホールドが設けられ、冷却水の流路２６および２７が両マニホールドを連絡している。
【００１２】
図２は、上記のようなセルブロックを４個含むセルスタック３０の平面図である。セルブロック１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄは第一の集電板４０ａ、４０ｂおよび４０ｃを介して積層されている。この積層体は、第二の集電板５０および絶縁板３１を介して端板３２で挟まれ、両端板はボルト３３とナット３４により締結されている。一方の端板には、図１で説明した燃料ガスの入口側マニホールド１６に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管を連結する接続管５６および酸化剤ガスの入口側マニホールドに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給管を連結する接続管５７が設けられ、他方の端板には燃料ガスの出口側マニホールド１８からのガスを排出するための排出管を連結する接続管５８および酸化剤ガスの出口側マニホールドからのガスを排出するための排出管を連結する接続管５９が設けられている。
【００１３】
第一の集電板４０ａ、４０ｂおよび４０ｃは、図３に示すように、セルブロックの燃料ガスの入口側マニホールドおよび酸化剤ガスの入口側マニホールドの部分にそれぞれ切替弁６２および６３を設けるとともに、これらの切替弁を切替動作するステッピングモータ４２および４３を設けている。切替弁６３は、図４に示すように、酸化剤ガスの入口側マニホールドと連通する孔６７とそれから分岐する分岐路６５をもつ三方弁で構成され、分岐路６５は集電板の分岐路４５から接続管４７を経て第二の出口側マニホールドに連通する。切替弁６３は、ステッピングモータ４３を制御することにより、酸化剤ガスの入口側マニホールドを解放したまま後続のセルブロックへ酸化剤ガスを流すか、または分岐路６５側に切り換えて酸化剤ガスを分岐路へ流し、後続のセルブロックへは酸化剤ガスを流さないようにすることができる。
【００１４】
同様に、切替弁６２は、燃料ガスの入口側マニホールドと連通する孔６６とそれから分岐する分岐路をもつ三方弁で構成され、その分岐路は集電板の分岐路４４から接続管４６を経て第二の出口側マニホールドに連通する。切替弁６２は、ステッピングモータ４２を制御することにより、燃料ガスの入口側マニホールドを解放したまま後続のセルブロックへ燃料ガスを流すか、または分岐路４４側に切り換えて燃料ガスを分岐路へ流し、後続のセルブロックへは燃料ガスを流さないようにすることができる。
【００１５】
図５は、図２に示すセルスタックの燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れを説明するためのブロック図である。図２と同じ符号は同じ要素を示す。図５では、第一の集電板に設けられた接続管４６に連結された燃料ガスの第二の出口側マニホールド４８および接続管４７に連結された酸化剤ガスの第二の出口側マニホールド４９をも示している。
【００１６】
以下、図５〜８を参照して出力を変更して運転する操作を説明する。
図５は定格運転する場合の燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れを示している。すなわち、第一の集電板に設けられた切替弁４２および４３は、いずれも分岐路側を閉じ、燃料ガスおよび酸化剤ガスのマニホールドを開放している。従って、端板３２の接続管５６に供給される燃料ガスは、セルブロック１ａ〜１ｄの燃料ガスの入口側マニホールド１６からアノード側セパレータ板２２のガス流路２４に流れ、アノード１２に拡散して発電反応に与る。余剰の燃料ガスおよび反応生成物などは出口側マニホールド１８を経て、他方の絶縁板３１の接続管５８より排出される。
同様に、端板３２の接続管５７に供給される酸化剤ガスは、セルブロック１ａ〜１ｄの酸化剤ガスの入口側マニホールドからカソード側セパレータ板２３のガス流路２５に流れ、カソード１３に拡散して発電反応に与る。余剰の酸化剤ガスおよび反応生成物などは出口側マニホールドを経て、他方の絶縁板３１の接続管５９より排出される。
上記のようにして、セルスタック３０のセルブロック１ａ〜１ｄのすべてが発電に関与する。
【００１７】
次に、図６は定格の５０％の出力で運転する場合の燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れを示している。すなわち、第一の集電板４０ａに設けられた切替弁４２および４３は、上と同じく分岐路側を閉じ、燃料ガスおよび酸化剤ガスのマニホールドを開放している。一方、第一の集電板４０ｂの切替弁４２および４３は、分岐路側に切り替えている。従って、端板３２の接続管５６に供給される燃料ガスは、セルブロック１ａおよび１ｂの燃料ガスの入口側マニホールド１６からアノード側セパレータ板２２のガス流路２４に流れ、アノード１２に拡散して発電反応に与り、出口側マニホールド１８を経て端板の接続管５８より排出される。しかし、集電板４０ｂの切替弁４２は分岐路側に切り替えられているから、入口側マニホールドの燃料ガスは集電板４０ｂの接続管４６を経て第二の出口側マニホールド４８から排出される。
【００１８】
同様に、端板３２の接続管５７に供給される酸化剤ガスは、セルブロック１ａおよび１ｂの酸化剤ガスの入口側マニホールドからカソード側セパレータ板２３のガス流路２５に流れ、カソード１３に拡散して発電反応に与り、出口側マニホールドを経て端板の接続管５９より排出される。しかし、集電板４０ｂの切替弁４３は分岐路側に切り替えられているから、入口側マニホールドの酸化剤ガスは集電板４０ｂの接続管４７を経て第二の出口側マニホールド４９から排出される。
なお、第二の出口側マニホールド４８および４９は、それぞれ接続管５８および５９とともに同じ排出管に接続しても良い。
集電板４０ｂより下流のセルブロック１ｃおよび１ｄにおいては、燃料ガスおよび酸化剤ガスは入口側マニホールドに流れないから、発電反応には与らない。
【００１９】
図７は定格の２５％の出力で運転する場合の燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れを示している。すなわち、第一の集電板４０ａに設けられた切替弁４２および４３は、分岐路側に切り替えている。従って、端板３２の接続管５６に供給される燃料ガスは、セルブロック１ａの燃料ガスの入口側マニホールド１６からアノード側セパレータ板２２のガス流路２４に流れ、アノード１２に拡散して発電反応に与り、出口側マニホールド１８を経て端板の接続管５８より排出される。また、入口側マニホールドの燃料ガスは集電板４０ａの接続管４６を経て第二の出口側マニホールド４８から排出される。
同様に、端板３２の接続管５７に供給される酸化剤ガスは、セルブロック１ａの酸化剤ガスの入口側マニホールドからカソード側セパレータ板２３のガス流路２５に流れ、カソード１３に拡散して発電反応に与り、出口側マニホールドを経て端板の接続管５９より排出される。また、入口側マニホールドの酸化剤ガスは集電板４０ａの接続管４７を経て第二の出口側マニホールド４９から排出される。
集電板４０ａより下流のセルブロック１ｂ、１ｃおよび１ｄにおいては、燃料ガスおよび酸化剤ガスは入口側マニホールドに流れないから、発電反応には与らない。
【００２０】
以上においては、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れを説明した。上記のように発電反応に与るセルブロックの切り替えに伴い電力の出力端子の切り替えを行う必要がある。図８はセルスタックからの電力取りだし端子の切り替えを表す。反応ガスの入口側の第二の集電板５０に正極端子７０を接続している。一方、負極端子７１は、第一の集電板４０ａ、４０ｂおよび４０ｃ、並びに反応ガスの出口側の第二の集電板５０にそれぞれ接続された端子ａ、ｂおよびｃ、並びにｄに接触する切替スイッチＴを有する。この切替スイッチＴは、定格で運転するときには端子ｄに、定格の５０％の出力で運転するときには端子ｂに、定格の２５％の出力で運転するときには端子ａに接続する。この出力端子の切り替えと、反応ガスの流れを制御する切替弁４２および４３の切り替えとは同期させて行うように切替機構を設定する。
定格の７５％の出力で運転する場合は、集電板４０ｃの切替弁４２および４３のみを分岐路側に切り替え、切替スイッチＴは端子ｃに接続すればよい。
【００２１】
以上の例では、セルブロック１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄのセルの積層数は同じとしたが、所望とする出力の切替割合に応じて各セルブロックのセル積層数を変えても良い。
また、以上の例では、冷却水の流れを切り替える切替機構については示していない。しかし、反応ガスの切り替えと同様に、第一の集電板における冷却水の入口側マニホールドに切替弁を設けることにより、冷却水の切り替えを行うことができることは当業者には容易に理解できよう。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００２３】
《実施例１》
粒径が数ミクロン以下のカーボン粉末を、塩化白金酸水溶液に浸漬し、還元処理によりカーボン粉末の表面に白金触媒を担持させた。このときのカーボンと担持した白金の重量比は１：１とした。ついで、この白金を担持したカーボン粉末を高分子電解質のアルコール溶液中に分散させ、スラリー化した。
一方、電極となる厚さ４００μｍのカーボンペーパーを、フッ素樹脂の水性ディスパージョン（ダイキン工業（株）製：商品名ネオフロンＮＤ１）に浸漬した後、乾燥し、４００℃で３０分間加熱処理して撥水性を付与した。
【００２４】
この撥水処理を施したカーボンペーパーの片面に、前記のカーボン粉末を含むスラリーを均一に塗工して触媒層を形成した。こうして作製した大きさ１２×１２ｃｍの二枚の電極を、触媒層を内側にして高分子電解質膜の両側に接合してＭＥＡを作製した。このＭＥＡを、その両面から気密性を有するカーボン製のセパレータ板で挟み込んで単セルを組み立てた。セパレータ板の厚さは４ｍｍである。
以上の単電池を２５セル積層してセルブロックを構成した。セパレータ板に形成したガス流路は、幅２ｍｍ、深さ１ｍｍである。また、セパレータ板の背面には冷却水の流路を形成した。冷却水の流路は、幅１ｍｍ、深さ１ｍｍである。
【００２５】
上記の４組のセルブロックを用いて図５に示すようなセルスタックを組み立て、両端板をボルトとナットにより締結した。締結圧はセパレータ板の面積当たり１０ｋｇｆ／ｃｍ2とした。図５には示されていないが、第一の集電板には冷却水の入口側マニホールドの流路を分岐路に切り替える切り替え機構を有する。
【００２６】
《実施例２》
本実施例では、１０セルを積層したセルブロックを１０組用いてセルスタックを組み立てた。従って、反応ガスおよび冷却水の切替弁を有する第一の集電板は９枚用いた。その他は実施例１と同様である。
【００２７】
《比較例》
実施例１と同じ構成のセルを１００セル積層し、これを集電板および絶縁板を介して端板で挟み、両端板をボルトとナットにより締結した。締結圧はセパレータ板の面積当たり１０ｋｇｆ／ｃｍ2とした。
【００２８】
実施例１および比較例のセルスタックの評価試験をした。
セルスタックの温度を８０℃に保持し、露点が８０℃となるように加温・加湿された水素ガスをアノードに、露点が８０℃となるように加温・加湿された空気をカソードにそれぞれ供給し、水素ガスの利用率７０％、空気の利用率４０％、負荷電流２８．８Ａで稼働させた。
【００２９】
次に、出力を上記の５０％および２５％に変更し、その他の条件は上記と同じにしてセルスタックを稼働させた。ただし、実施例１のセルスタックについては、セルブロック間に入れた集電板の反応ガスおよび冷却水のマニホールドの切替弁を操作して、出力５０％のときは入口側の２つのセルブロックに、また出力２５％のときは入口側の１つのセルブロックにそれぞれ反応ガスと冷却水を流し、他のセルブロックには反応ガスおよび冷却水を流さないようにした。従って、実際に発電に寄与しているセルブロックに流れる負荷電流は２８．８Ａである。一方、比較例のセルスタックは、出力を変えてもすべてのセルが発電に寄与しているので、出力５０％および２５％のときはそれぞれ負荷電流を１４．４Ａおよび７．２Ａにした。
【００３０】
出力１００％で運転したときのセルスタックの単セルの平均電圧を図９に示す。また、出力５０％および２５％で運転したときのセルスタックの単セルの平均電圧をそれぞれ図１０および図１１に示す。これらの図から明らかなように、出力１００％（負荷電流２８．８Ａ）で運転するときには、実施例１および比較例のセルスタックは同等の特性を示した。しかし、出力を５０％および２５％に下げると、比較例のセルスタックは、各電極間の電圧にばらつきが発生し、次第に電圧は低下した。これに対し、実施例１のセルスタックでは、各ＭＥＡの電圧のばらつきは少なく、安定した特性を示した。
【００３１】
この理由は以下のように考えられる。すなわち、比較例のセルスタックにおいては、負荷電流のみを変え、ガス利用率を一定にして運転した場合、加湿ガスが供給されている電極表面は、負荷電流を下げると、水分が残りやすい。このため電極表面の水分バランスが崩れ、電極反応が阻害され、電圧が低下する。実施例１のセルスタックにおいては、各ＭＥＡの負荷条件は変わらないため、電極反応が安定に進行する。
また、比較例の場合、カソードの利用率を２０〜３０％に下げる、つまりガス流量を上げると、電圧がほぼ安定化した。これは、ガス量が増えることで電極表面上の水分を飛ばし、電極触媒層の水分バランスが保たれ、電極反応が進行する結果、電圧が安定したものと考えられる。
【００３２】
次に、実施例２のセルスタックについて、実施例１のセルスタックと同様に、セルブロック間に入れた集電板の反応ガスおよび冷却水のマニホールドの切替弁を操作して、出力１００％、５０％および１０％で稼働させた。その結果、いずれの出力で運転した場合も安定した特性を示すことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の高分子電解質型燃料電池は、出力の広い範囲の変化幅がとれるので、用途に応じて電極面積を調整することにより、設計に柔軟性が生じ、モバイル用や車、工場等定置用電源等への多様な商品設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態における高分子電解質型燃料電池のセルの構造を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における高分子電解質型燃料電池の平面図である。
【図３】第一の集電板の断面図である。
【図４】第一の集電板のガス流路の切替弁の横断面図である。
【図５】本発明による高分子電解質型燃料電池を定格出力で運転する場合における燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れを説明するためのブロック図である。
【図６】本発明による高分子電解質型燃料電池を定格出力の５０％で運転する場合における燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れを説明するためのブロック図である。
【図７】本発明による高分子電解質型燃料電池を定格出力の２５％で運転する場合における燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れを説明するためのブロック図である。
【図８】本発明による高分子電解質型燃料電池の電力取りだし端子の切り替えを表すブロック図である。
【図９】本発明の実施例１および比較例の高分子電解質型燃料電池を定格出力で運転したときのセルの平均電圧の経時変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例１および比較例の高分子電解質型燃料電池を定格の５０％の出力で運転したときのセルの平均電圧の経時変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例１および比較例の高分子電解質型燃料電池を定格の２５％の出力で運転したときのセルの平均電圧の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  セルブロック
１０  ＭＥＡ
１１  高分子電解質膜
１２  アノード
１３  カソード
１６  燃料ガスの入口側マニホールド
１８  燃料ガスの出口側マニホールド
２２  アノード側セパレータ板
２３  カソード側セパレータ板
３１  絶縁板
３２  端板
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ  第一の集電板
４４、４５  分岐路
４８  燃料ガスの第二の出口側マニホールド
４９  酸化剤ガスの第二の出口側マニホールド
５０  第二の集電板
６２  燃料ガスの切替弁
６３  酸化剤ガスの切替弁
７０、７１  出力端子
ａ、ｂ、ｃ、ｄ  集電板の端子
Ｔ  切替スイッチ
【図１】
2005141994.tif 000003
【図２】
2005141994.tif 000004
【図３】
2005141994.tif 000005
【図４】
2005141994.tif 000006
【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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