(57)【要約】【課題】燃料電池の耐久性を向上させる。【解決手段】燃料電池であって、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に形成される第１の触媒層と、他方の面に形成される第２の触媒層と、を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する２つのガス拡散層であって、前記第１、第２の触媒層とそれぞれ隣接する第１、第２のガス拡散層と、前記膜電極接合体及び前記第１、第２のガス拡散層の外縁部に形成されるガスケットと、前記２つのガス拡散層と、前記ガスケットと、を挟持するセパレータプレートと、を備え、前記ガスケットは前記第１のガス拡散層に侵入するように形成されており、前記第２のガス拡散層の外縁は、前記第１のガス拡散層の外縁よりも内側に形成されており、前記第２のガス拡散層と前記ガスケットとの間に隙間が形成されている。【選択図】図２
2012094366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に形成される第１の触媒層と、他方の面に形成される第２の触媒層と、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟持する２つのガス拡散層であって、前記第１、第２の触媒層とそれぞれ隣接する第１、第２のガス拡散層と、
前記膜電極接合体及び前記第１、第２のガス拡散層の外縁部に形成されるガスケットと、
前記２つのガス拡散層と、前記ガスケットと、を挟持するセパレータプレートと、
を備え、
前記ガスケットは前記第１のガス拡散層に侵入するように形成されており、
前記第２のガス拡散層の外縁は、前記第１のガス拡散層の外縁よりも内側に形成されている、
燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記第２の触媒層の外縁は前記電解質膜の外縁より内側に形成されており、
前記第２のガス拡散層の外縁は前記第２の触媒層の外縁よりも内側に形成されており、
前記電解質膜のうちの前記第２の触媒層に覆われていない部分と、前記ガスケットとの間の接触部及び、前記ガスケットと前記セパレータプレートとの接触部は、シール材でシールされている、
燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記第１の触媒層はカソード触媒層であり、前記第２の触媒層はアノード触媒層である、燃料電池。
【請求項４】
燃料電池システムであって、
請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の燃料電池と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料タンクと、
前記燃料タンクと前記燃料電池とを接続する燃料ガス供給管と、
前記燃料ガス供給管に設けられた圧力調整弁と、
前記燃料タンクに空気を圧縮して供給するためのエアコンプレッサと、
前記エアコンプレッサと前記燃料電池とを接続する酸化ガス供給管と、
燃料電池制御部と、
を備え、
前記燃料電池制御部は、前記燃料電池の発電中に、前記圧力調整弁と前記エアコンプレッサの動作を制御することにより、前記第２の触媒層に掛かる圧力が前記第１の触媒層に掛かる圧力以上となるように調整する、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、さらに、
前記酸化ガス供給管に設けられた酸化ガス供給弁と、
前記燃料電池からの燃料排ガスを排出するための燃料排ガス管と、
前記燃料排ガス管に設けられた燃料排ガス弁と、
前記燃料電池からの酸化排ガスを排出するための酸化排ガス管と、
前記酸化排ガス管に設けられた酸化排ガス弁と、
前記燃料ガス供給管と前記酸化ガス供給管との間に接続される圧力調整装置と、前記燃料ガス排気管と前記酸化ガス排気管との間に接続される圧力調整装置、のうちの少なくとも一方の圧力調整装置と、
を備え、
前記燃料電池制御部は、前記燃料電池の非発電時において、前記圧力調整装置を用いて前記第２の触媒層に掛かる圧力が前記第１の触媒層に掛かる圧力以上となるように調整する、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、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極膜接合体がフランジ部の内壁面に対して所定の隙間を確保するように第１セパレータの断面コ字状の底面上に配置され、第２セパレータが電極膜接合体上に外形位置を合わせるようにして配置され、シール剤が、積層方向の外方から第２セパレータに所定の圧力を加え、押圧状態を維持しつつ、電極膜接合体および第２セパレータの端部とフランジ部との間の隙間に充填、硬化されている燃料電池が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３９８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の技術では、シール部に隙間が生じ易く、反応ガスの圧力変動時に電解質膜に応力が発生し易く、燃料電池の耐久性が得られ難いという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、燃料電池の耐久性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池であって、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に形成される第１の触媒層と、他方の面に形成される第２の触媒層と、を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する２つのガス拡散層であって、前記第１、第２の触媒層とそれぞれ隣接する第１、第２のガス拡散層と、前記膜電極接合体及び前記第１、第２のガス拡散層の外縁部に形成されるガスケットと、前記２つのガス拡散層と、前記ガスケットと、を挟持するセパレータプレートと、を備え、前記ガスケットは前記第１のガス拡散層に侵入するように形成されており、前記第２のガス拡散層の外縁は、前記第１のガス拡散層の外縁よりも内側に形成されている、燃料電池。
この適用例によれば、前記ガスケットは前記第１のガス拡散層に侵入するように形成されているので、第１、第２のガス拡散層における圧力に差があっても、電解質膜にかかる応力を抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることが可能となる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池において、前記第２の触媒層の外縁は前記電解質膜の外縁より内側に形成されており、前記第２のガス拡散層の外縁は前記第２の触媒層の外縁よりも内側に形成されており、前記電解質膜のうちの前記第２の触媒層に覆われていない部分と、前記ガスケットとの間の接触部及び、前記ガスケットと前記セパレータプレートとの接触部は、シール材でシールされている、燃料電池。
この適用例によれば、燃料電池の耐久性を向上させるとともに、反応ガスのリークを抑制することが可能となる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、前記第１の触媒層はカソード触媒層であり、前記第２の触媒層はアノード触媒層である、燃料電池。
この適用例によれば、アノード触媒層の方（アノード側）が高い圧力になっても良い。
【００１０】
［適用例４］
燃料電池システムであって、適用例１から適用例３のうちのいずれか一項に記載の燃料電池と、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料タンクと、前記燃料タンクと前記燃料電池とを接続する燃料ガス供給管と、前記燃料ガス供給管に設けられた圧力調整弁と、前記燃料タンクに空気を圧縮して供給するためのエアコンプレッサと、前記エアコンプレッサと前記燃料電池とを接続する酸化ガス供給管と、燃料電池制御部と、を備え、前記燃料電池制御部は、前記燃料電池の発電中に、前記圧力調整弁と前記エアコンプレッサの動作を制御することにより、前記第２の触媒層に掛かる圧力が前記第１の触媒層に掛かる圧力以上となるように調整する、燃料電池システム。
この適用例によれば、燃料電池の発電中にアノード側の圧力を大きくすることが可能となる。
【００１１】
［適用例５］
適用例４に記載の燃料電池システムにおいて、さらに、前記酸化ガス供給管に設けられた酸化ガス供給弁と、前記燃料電池からの燃料排ガスを排出するための燃料排ガス管と、前記燃料排ガス管に設けられた燃料排ガス弁と、前記燃料電池からの酸化排ガスを排出するための酸化排ガス管と、前記酸化排ガス管に設けられた酸化排ガス弁と、前記燃料ガス供給管と前記酸化ガス供給管との間に接続される圧力調整装置と、前記燃料ガス排気管と前記酸化ガス排気管との間に接続される圧力調整装置、のうちの少なくとも一方の圧力調整装置と、を備え、前記燃料電池制御部は、前記燃料電池の非発電時において、前記圧力調整装置を用いて前記第２の触媒層に掛かる圧力が前記第１の触媒層に掛かる圧力以上となるように調整する、燃料電池システム。
この適用例によれば、圧力調整装置により、アノード側とカソード側の圧力を調整することが可能となる。
【００１２】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の他、燃料電池システム等、様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施例の燃料電池システムを示す説明図である。
【図２】発電ユニット１１０の概略構成を示す説明図である。
【図３】比較例の燃料電池の構成を示す説明図である。
【図４】他の比較例である。
【図５】圧力調整装置５００の構成の一例を示す説明図である。
【図６】燃料電池のアノード側カソード側の圧力の時間変化を示す説明図である。
【図７】第２の実施例を示す説明図である。
【図８】第２の実施例における動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施例］
図１は、第１の実施例の燃料電池システムを示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料タンク２００と、エアポンプ３００と、制御部４００と、圧力調整装置５００と、圧力計２５０、３５０と、を備える。燃料電池１００は、燃料ガスと酸化ガスとを反応させて電力を発生させる装置である。燃料電池１００は、複数の発電ユニット１１０と、エンドプレート１９０と、を備える。複数の発電ユニット１１０は、積層して配置されており、エンドプレート１９０は、積層された発電ユニット１１０の積層方向の両端に配置されている。
【００１５】
燃料タンク２００は、燃料電池１００に供給される燃料ガスを貯蔵している。本実施例では、燃料ガスとして水素を用いている。燃料タンク２００と燃料電池１００とは、燃料ガス供給管２１０により接続されている。燃料ガス供給管２１０には、燃料電池１００に供給する燃料ガスの圧力を調整するための調圧弁２３０が配置されている。調圧弁２３０は、燃料電池１００の発電動作中には、燃料電池１００に供給する燃料ガスの圧力を調整する。一方、燃料電池１００の発電停止中には、閉じて燃料タンク２００から燃料電池１００への燃料ガスの供給を停止する。なお、調圧弁２３０と燃料タンク２００との間に主止弁を設け、調圧弁２３０は、燃料電池１００に供給する燃料ガスの圧力の調整のみを行い、主止弁が、燃料電池１００の発電停止中に、閉弁して燃料タンク２００から燃料電池１００への燃料ガスの供給を停止する構成を採用してもよい。燃料電池１００の下流側には、燃料排ガスを大気に放出するための燃料ガス排気管２２０が配置されており、燃料ガス排気管２２０には、燃料ガス排気弁２４０が設けられている。燃料ガス排気弁２４０は、燃料電池１００の発電停止中には、大気からの空気の逆流を抑制するために、閉弁される。圧力計２５０は、燃料ガス排気管２２０上に設けられており、燃料ガスの圧力を測定する。なお、圧力計２５０は、燃料ガス供給管２１０上に設けられていてもよい。
【００１６】
エアポンプ３００は、燃料電池１００の供給するための空気を圧縮する。すなわち、本実施例では、酸化ガスとして、空気（空気中の酸素）を用いている。エアポンプ３００と、燃料電池１００とは、酸化ガス供給管３１０により接続されている。酸化ガス供給管３１０には、燃料電池１００の発電停止中に、燃料電池１００とエアポンプ３００との間の空気の移動を制限するための酸化ガス主止弁３３０が設けられている。なお、酸化ガス供給管３１０に、エアポンプ３００による圧縮により高温となった酸化ガスを冷却するためのインタークーラーが設けられていてもよい。燃料電池１００の下流側には、酸化排ガスを大気に放出するための酸化ガス排気管３２０が配置されており、酸化ガス排気管３２０には、酸化ガス排気弁３４０が設けられている。酸化ガス排気弁３４０は、燃料電池１００の発電停止中には、大気からの空気の逆流を抑制するために、閉弁される。圧力計３５０は、酸化ガス排気管３２０上に設けられており、酸化ガスの圧力を測定する。なお、圧力計３５０は、酸化ガス供給管３１０上に設けられていてもよい。
【００１７】
圧力調整装置５００は、燃料ガス排気弁２４０よりも燃料電池１００側の燃料ガス排気管２２０と、酸化ガス排気弁３４０よりも燃料電池１００側の酸化ガス排気管３２０と、に接続されている。圧力調整装置５００は、燃料電池１００の発電停止中に、燃料電池１００内の燃料ガスと酸化ガスの圧力の調整を行う。圧力調整装置５００の構成については、後述する。なお、圧力調整装置５００は、調圧弁２３０よりも燃料電池１００側の燃料ガス供給管２１０と、酸化ガス主止弁３３０よりも燃料電池１００側の酸化ガス供給管３１０と、に接続されていてもよい。
【００１８】
制御部４００は、調圧弁２３０と、燃料ガス排気弁２４０と、エアポンプ３００と、酸化ガス主止弁３３０と、酸化ガス排気弁３４０と、圧力調整装置５００と、圧力計２５０、３５０と、に接続しており、これらの動作を制御する。具体的には、燃料電池１００の発電動作中には、制御部４００は、燃料ガスの圧力が酸化ガスの圧力よりも大きくなるように、エアポンプ３００の動作、及び、調圧弁２３０と、酸化ガス主止弁３３０と、燃料ガス排気弁２４０と、酸化ガス排気弁３４０の弁の開度を制御する。また、燃料電池１００の発電停止中には、制御部４００は、エアポンプ３００の動作を停止し、調圧弁２３０と、燃料ガス排気弁２４０と、酸化ガス主止弁３３０と、酸化ガス排気弁３４０と、を閉弁し、圧力調整装置５００を用いて、燃料ガスの圧力が酸化ガスの圧力よりも大きくなるように、調整する。
【００１９】
図２は、発電ユニット１１０の概略構成を示す説明図である。発電ユニット１１０は、膜電極接合体１２０と、カソードガス拡散層１３２と、アノードガス拡散層１３３と、カソードセパレータプレート１４２と、アノードセパレータプレート１４３と、ガスケット１６０と、を備える。膜電極接合体１２０は、電解質膜１２１と、カソード触媒層１２２と、アノード触媒層１２３と、を備える。
【００２０】
電解質膜１２１は、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマなどのフッ素系樹脂から成るプロトン伝導性のイオン交換膜である。カソード触媒層１２２とアノード触媒層１２３は、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金触媒、あるいは白金と他の金属から成る白金合金触媒を含んでいる。カソード触媒層１２２は電解質膜１２１の一方の面に形成され、アノード触媒層１２３は、電解質膜１２１の他方の面に形成されている。本実施例では、カソード触媒層１２２の外縁は、電解質膜１２１の外縁とほぼ一致しているが、アノード触媒層１２３の外縁は、電解質膜１２１の外縁よりも内側に位置している。
【００２１】
カソードガス拡散層１３２、アノードガス拡散層１３３は、燃料ガスや酸化ガスを通過させるとともに、これらのガスを拡散してそれぞれカソード触媒層１２２とアノード触媒層１２３に供給するための部材であり、例えば、チタン製などの金属あるいは導電性樹脂で形成された多孔体を用いることができる。また、カソードガス拡散層１３２、アノードガス拡散層１３３として、カーボン不織布を用いたカーボンクロスやカーボンペーパーを用いてもよい。
【００２２】
カソードガス拡散層１３２は、カソード触媒層１２２に接するように配置されている。ここで、カソードガス拡散層１３２の外縁は、カソード触媒層１２２の外縁より少し内側に位置している。ただし、カソードガス拡散層１３２の外縁と、カソード触媒層１２２の外縁は、ほぼ同じであってもよい。アノードガス拡散層１３３は、アノード触媒層１２３に接するように配置されている。ここで、アノードガス拡散層１３３の外縁は、アノード触媒層１２３の外縁よりも内側に位置している。アノードガス拡散層１３３の外縁は、カソードガス拡散層１３２の外縁よりも内側に位置している。
【００２３】
カソードセパレータプレート１４２は、金属製の平板形状の部材であり、カソードガス拡散層１３２と接するように配置されている。カソードセパレータプレート１４２は、カソードガス拡散層１３２と接する面に、溝１４４を有しており、溝１４４は、酸化ガス流路１５２を形成している。アノードセパレータプレート１４３は、金属製の平板形状の部材であり、アノードガス拡散層１３３と接するように配置されている。アノードセパレータプレート１４３は、アノードガス拡散層１３３と接する面に、溝１４５を有しており、溝１４５は、燃料ガス流路１５３を形成している。
【００２４】
ガスケット１６０は、膜電極接合体１２０と、カソードガス拡散層１３２と、アノードガス拡散層１３３と、の外縁部を、額縁状に囲うように形成されている。ガスケット１６０は、樹脂材料を射出成形することにより形成されている。ここで、アノードガス拡散層１３３の外縁は、カソードガス拡散層１３２の外縁よりも内側に位置しているため、ガスケット１６０の射出形成時において、ガスケット１６０を構成する樹脂は、カソードガス拡散層１３２の孔の中に侵入する。そのため、膜電極接合体１２０と、カソードセパレータプレート１４２と、の間には、隙間（１７６）が生じない。一方、ガスケット１６０を構成する樹脂は、ガスケット１６０の射出形成時に、アノードガス拡散層１３３には達せず、ガスケット１６０と、アノードガス拡散層１３３と、の間に隙間１７７が生じる。
【００２５】
ガスケット１６０と、カソードセパレータプレート１４２との境界にはシール面１７２が形成され、ガスケット１６０と、アノードセパレータプレート１４３との境界にはシール面１７３が形成され、ガスケット１６０と、膜電極接合体１２０の電解質膜１２１のアノード側の面との境界には、シール面１７５が形成されている。これらのシール面は、燃料ガスや酸化ガスのリークを抑制する。
【００２６】
本実施例の燃料電池では、制御部（図１）は、燃料ガスの圧力を酸化ガスの圧力以上としている。燃料ガスと酸化ガスの圧力差から、電解質膜１２１には、アノード側（燃料ガスの流路側）からカソード側（酸化ガスの流路側）に向かう方向に力が働く。ここで、本実施例では、電解質膜１２１のカソード側には、カソードガス拡散層１３２と、ガスケット１６０が存在し、ガスケット１６０を構成する樹脂がカソードガス拡散層１３２に侵入しているため、カソードガス拡散層１３２と、ガスケット１６０との間に隙間（１７６（後述する図３参照））が存在しない。その結果、電解質膜１２１にアノード側からカソード側に向かう方向に力が働いても、電解質膜１２１はカソードガス拡散層１３２と、ガスケット１６０に支持されるため、変形しにくく、劣化し難い。
【００２７】
図３は、比較例の燃料電池の構成を示す説明図である。比較例では、カソードガス拡散層１３２の外縁と、アノードガス拡散層１３３の外縁は、いずれも膜電極接合体１２０の外縁よりも内側に位置している。そして、ガスケット１６０は、カソードガス拡散層１３２と、アノードガス拡散層１３３に侵入していない。すなわち、カソードガス拡散層１３２とガスケット１６０との間に隙間１７６が形成され、アノードガス拡散層１３３とガスケット１６０との間に隙間１７７が形成されている。
【００２８】
図３（Ａ）は、燃料ガスの圧力と酸化ガスの圧力とが同じ場合であり、図３（Ｂ）は、燃料ガスの圧力が酸化ガスの圧力よりも大きい場合である。燃料ガスの圧力と酸化ガスの圧力とが同じ場合には、アノード側から電解質膜１２１に掛かる力と、カソード側から電解質膜１２１に掛かる力が同じであるため、図３（Ａ）に示すように、電解質膜１２１は変形しない。しかし、燃料ガスの圧力が酸化ガスの圧力よりも大きい場合には、カソード側から電解質膜１２１に掛かる力よりも、アノード側から電解質膜に掛かる力の方が大きいため、電解質膜１２１は、隙間１７６、１７７の位置において、カソード側に凸となるように変形する。図３（Ａ）に示す状態と、図３（Ｂ）に示す状態と、が繰り返されると、電解質膜１２１は疲労により劣化し、耐久性が落ちる。
【００２９】
図４は、他の比較例である。この比較例では、カソード触媒層１２２とアノード触媒層１２３の外縁は、電解質膜１２１の外縁とほぼ同じであり、カソードガス拡散層１３２の外縁と、アノードガス拡散層１３３の外縁は、いずれも膜電極接合体１２０の外縁よりもやや内側に位置している。ガスケット１６０は、カソードガス拡散層１３２と、アノードガス拡散層１３３との両方に侵入している。この構成では、ガスケット１６０とカソード触媒層１２２との境界面にシール面（１７６（図３参照））が形成されず、ガスケット１６０とアノード触媒層１２３との境界面にシール面（１７７（図３参照））が形成されていない。そのため、燃料ガスや酸化ガスのリークを抑制し難いという問題が生じる。
【００３０】
本実施例は、ガスケット１６０がカソードガス拡散層１３２に侵入するように形成されており、アノードガス拡散層１３３の外縁は、カソードガス拡散層１３２の外縁よりも内側に形成されており、アノードガス拡散層１３３とガスケット１６０との間に隙間１７７が形成されている構成を採用することにより、上記比較例の課題を解決し、燃料ガスや酸化ガスをシールするとともに、電解質膜１２１の耐久性を向上させることができる。
【００３１】
次に、第１の実施例の燃料電池の発電停止中における動作について説明する。図５は、圧力調整装置５００の構成の一例を示す説明図である。圧力調整装置５００は、ピストンプレート５１０と、アクチュエータ５２０、とガイドレール５２５と、を備える。ピストンプレート５１０は、圧力調整装置５００の内部を第１室５０１と第２室５０２に分離する。第１室５０１は、接続管２２１により燃料ガス排気管２２０に接続され、第２室５０２は、接続管３２１により酸化ガス排気管３２０に接続されている。アクチュエータ５２０は、ピストンプレート５１０を、ガイドレール５２５に沿って移動させる。これにより、第１室５０１と第２室５０２の大きさを変更することが可能である。
【００３２】
図６は、燃料電池のアノード側、カソード側の圧力の時間変化を示す説明図である。これらの圧力は、圧力計２５０、３５０により計測することが可能である。時刻ｔ０において、制御部４００は、燃料電池１００の発電を停止し、調圧弁２３０と、燃料ガス排気弁２４０と、酸化ガス主止弁３３０と、酸化ガス排気弁３４０と、を閉弁する。このとき、酸化ガス主止弁３３０を閉じた後、調圧弁２３０を閉じてもよい。水素は、電解質膜１２１に対するガス透過性が大きいため、アノード側の圧力が下がり、カソード側の圧力が上がる。時刻ｔ１において、制御部４００は、第１室５０１を狭く、第２室５０２を広くさせるようにピストンプレート５１０を移動させる。これにより、アノード側のガス流路の体積（燃料ガス供給管２１０の体積＋燃料ガス排気管２２０の体積＋燃料ガス流路１５３（図３）の体積＋第１室５０１の体積）が小さくなり、カソード側のガス流路の体積（酸化ガス供給管３１０の体積＋酸化ガス排気管３２０の体積＋酸化ガス流路１５２の体積（図３）＋第２室５０２の体積）が大きくなるので、アノード側の圧力が上昇し、カソード側の圧力が減少する。
【００３３】
以上、本実施例によれば、制御部４００は、圧力調整装置５００に対し、第１室５０１を狭く、第２室５０２を広くさせるようにピストンプレート５１０を移動させる。その結果、アノード側の圧力を上げて、カソード側の圧力を下げる。その結果、燃料電池１００の発電停止中において、アノード側とカソード側の圧力差を少なくできるので、電解質膜１２１に掛かる応力を下げて、燃料電池１００の耐久性を向上させることができる。
【００３４】
［第２の実施例］
図７は、第２の実施例を示す説明図である。第１の実施例の燃料ガス排気弁２４０、酸化ガス排気弁３４０は二方向弁であったが、第２の実施例の燃料ガス排気弁２４１、酸化ガス排気弁３４１は、三方弁である点が異なる。そして、圧力調整装置５３０は、燃料ガス排気弁２４１、酸化ガス排気弁３４１の３つのうちの１つの弁口に接続されている。
【００３５】
図８は、第２の実施例における動作を示す説明図である。図８（Ａ）は、燃料電池１００が発電中であるときを示し、図８（Ｂ）は燃料電池１００の発電後を示す。圧力調整装置５３０は、ガスを透過させない軟らかいフィルム５４０を有しており、フィルム５４０は、圧力調整装置５３０の内部を第１室５３１と第２室５３２に分離している。なお、フィルム５４０は、やや遊びを持っており、緩やかに張られている。第１室５３１は、燃料ガス排気弁２４１に接続され、第２室５３２は酸化ガス排気弁３４２に接続されている。
【００３６】
燃料電池１００の発電中では、制御部４００は、燃料ガス排気弁２４１に対し、三方を開放させ、燃料電池１００と大気の間を連通させるとともに、燃料ガス排気管２２０と第１室５３１の間を連通にする。同様に、制御部４００は、酸化ガス排気弁３４１に対し、三方を開放させ、燃料電池１００と大気の間を連通させるとともに、酸化ガス排気管３２０と第２室５３２の間を連通にする。その結果、第１室５３１と第２室５３２の圧力はほぼ同じとなるので、フィルム５４０は、弛んだ状態となる。
【００３７】
制御部４００は、燃料電池１００を非発電状態にするとき、調圧弁２３０と、酸化ガス主止弁３３０とを閉弁する。このとき、酸化ガス主止弁３３０を先に閉じ、その後、調圧弁２３０を閉じても良い。こうすると、アノード側の圧力を高くすることが可能となる。次に、制御部４００は、燃料ガス排気弁２４１に対し、大気側の弁を閉弁させる。これにより、燃料電池１００と第１室５３１との間の連通が維持される。また、制御部４００は、酸化ガス排気弁３４１に対し、大気側の弁を閉弁させる。これにより、燃料電池１００と第２室５３２との間の連通が維持される。
【００３８】
水素は、電解質膜１２１に対するガス透過性が大きいため、電解質膜１２１を介して、アノード側からカソード側に移動する。そうすると、カソード側のガスの量が増加するため、カソード側の圧力があがる。本実施例では、このアノードとカソードとの間の圧力差による力は、電解質膜１２１ではなく、フィルム５４０に掛かる。すなわち、フィルム５４０がアノード側に膨らむことにより、電解質膜１２１に掛かる応力を低減し、燃料電池１００の耐久性を向上させることができる。
【００３９】
制御部４００は、燃料ガス排気弁２４１と酸化ガス排気弁３４１の開閉動作を上記説明した動作と異なる動作としてもよい。図８（Ｃ）は、燃料ガス排気弁２４１と酸化ガス排気弁３４１の異なる動作を示す説明図である。燃料電池１００を発電停止中から発電に切り換えるタイミングでは、圧力調整装置５３０の内部は負圧となっている。この動作では、制御部４００は、燃料電池１００の発電中に、燃料ガス排気弁２４１に対し、燃料電池１００と大気の間を連通させ、燃料ガス排気管２２０と第１室５３１の間を非連通にする。同様に、制御部４００は、酸化ガス排気弁３４１に対し、燃料電池１００と大気の間を連通させ、酸化ガス排気管３２０と第２室５３２の間を非連通にする。これにより、圧力調整装置５３０の内部の負圧を維持することができる。
【００４０】
制御部４００は、燃料電池１００を発電中から停止に移すタイミングで、燃料ガス排気弁２４１及び酸化ガス排気弁３４１に対し、一旦、三方を開放させる。すなわち、制御部４００は、一旦、燃料ガス排気弁２４１と酸化ガス排気弁３４１の状態を図８（Ａ）に示す状態に移行する。その後、制御部４００は、燃料ガス排気弁２４１と酸化ガス排気弁３４１の状態を図８（Ｂ）に示す状態にする。このようにすれば、図８（Ａ）に示す状態に移行したときに、第１室５３１と第２室５３２の圧力はほぼ同じにして、フィルム５４０を、弛んだ状態することができる。その後、図８（Ｂ）に示す状態に遷移するときの動作は、第２の実施例において説明した動作と同じである。したがって、この実施例においても、同様に、電解質膜１２１に掛かる応力を低減し、燃料電池１００の耐久性を向上させることができる。
【００４１】
以上、本実施例によれば、燃料電池１００の非発電時において、フィルム５４０がアノード側に膨らむことにより、電解質膜１２１に掛かる応力を低減するので、燃料電池１００の耐久性を向上させることができる。
【００４２】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４３】
１０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１１０…発電ユニット
１２０…膜電極接合体
１２１…電解質膜
１２２…カソード触媒層
１２３…アノード触媒層
１３２…カソードガス拡散層
１３３…アノードガス拡散層
１４２…カソードセパレータプレート
１４３…アノードセパレータプレート
１４４…溝
１４５…溝
１５２…酸化ガス流路
１５３…燃料ガス流路
１６０…ガスケット
１７２…シール面
１７３…シール面
１７５…シール面
１７６…隙間
１７７…隙間
１９０…エンドプレート
２００…燃料タンク
２１０…燃料ガス供給管
２２０…燃料ガス排気管
２２１…接続管
２３０…調圧弁
２４０…燃料ガス排気弁
２４１…燃料ガス排気弁
２５０…圧力計
３００…エアポンプ
３１０…酸化ガス供給管
３２０…酸化ガス排気管
３２１…接続管
３３０…酸化ガス主止弁
３４０…酸化ガス排気弁
３４１…酸化ガス排気弁
３４２…酸化ガス排気弁
３５０…圧力計
４００…制御部
５００…圧力調整装置
５０１…第１室
５０２…第２室
５１０…ピストンプレート
５２０…アクチュエータ
５２５…ガイドレール
５３０…圧力調整装置
５３１…第１室
５３２…第２室
５４０…フィルム
【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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