(57)【要約】【課題】アノード触媒層のフラッディングを防止することができる技術を提供する。【解決手段】燃料電池１０は、膜電極接合体２０と、吸湿発熱体３６とを備える。膜電極接合体２０は、電解質膜２２と、電解質膜２２の一方の面に設けられたアノード触媒層２４と、電解質膜２２の他方の面に設けられたカソード触媒層２６と、を有する。吸湿発熱体３６は、アノード触媒層２４側に設けられ、水の吸着または水への溶解により発熱する。また、吸湿発熱体３６は、アノード触媒層２４から移動した水を吸着するかまたは水に溶解されて発熱することにより、アノード触媒層２４を昇温させる。【選択図】図１
2013182704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、当該電解質膜の一方の面に設けられたアノード触媒層と、当該電解質膜の他方の面に設けられたカソード触媒層と、を有する膜電極接合体と、
前記アノード触媒層側に設けられ、水の吸着または水への溶解により発熱する吸湿発熱体と、を備え、
前記吸湿発熱体は、前記アノード触媒層から移動した水を吸着するかまたは水に溶解されて発熱することにより、前記アノード触媒層を昇温させることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記アノード触媒層に隣接して設けられ、前記アノード触媒層に水素を供給するためのアノード室と、
前記吸湿発熱体を前記アノード触媒層から隔離し、気体を選択的に通過させる気液分離手段と、
前記気液分離手段により前記アノード触媒層から隔離され、前記吸湿発熱体が収容された発熱室と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
加熱により前記吸湿発熱体から水を蒸発させるための加熱手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記加熱手段は、前記吸湿発熱体と熱的に接続され、前記アノード室に水素を供給するための水素吸蔵合金を有する水素供給部であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記アノード触媒層の温度と、前記カソード触媒層の温度とを測定する温度測定部と、
前記アノード触媒層と前記吸湿発熱体との間における水の遮蔽状態を制御する遮蔽手段をさらに有し、
前記遮蔽手段は、前記温度測定部により測定された前記アノード触媒層の温度と前記カソード触媒層の温度との差に応じて、前記アノード触媒層と前記吸湿発熱体との間における水の遮蔽状態を制御することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【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。より具体的には、本発明は、セルが平面配列された燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できること、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いことなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴があり、特に近年、携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書、電子書籍）などの電源への利用が期待されている。携帯機器用の固体高分子形燃料電池の一つの形態として、複数の単セルを平面状に配列した平面配列型の燃料電池が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−８１１１１号公報
【特許文献２】特開２００６−１６４９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固体高分子形燃料電池では、起動時にアノード周辺の湿度が低いと、電解質膜が十分に機能しない。一方、運転中に湿度が高いと、フラッディングが起きる原因となる。そのため、燃料電池の停止中および運転中に、アノード周辺の湿度を適切な範囲に維持する必要がある。湿度を調節する技術として、吸水性無機物の粒状体の吸水性材料からなる調湿層を集電体に接して配置させた燃料電池が知られている（特許文献１）。また、アノード極に水素を蓄えるアノード室を設け、アノード室の一部を電極表面温度より低い温度を有する部分を持たせる構造をとることで、水を凝縮し回収する固体高分子形燃料電池が知られている（特許文献２）。
【０００６】
しかし、特許文献１の技術では、アノード触媒層とカソード触媒層との温度差を考慮していなかった。そのため、実際にはこの技術によってアノード触媒層のフラッディングを効率的に抑制することができないという問題があった。また、吸水性無機物がアノードに接触することにより、燃料電池の性能が低下する可能性があるという問題があった。また、特許文献２の技術では、水を凝縮し回収するために電気を用いる必要があった。そのため、容易に水を回収できないという問題があった。
【０００７】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アノード触媒層のフラッディングを容易に防止することができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は、燃料電池である。当該燃料電池は、電解質膜と、当該電解質膜の一方の面に設けられたアノード触媒層と、当該電解質膜の他方の面に設けられたカソード触媒層と、を有する膜電極接合体と、アノード触媒層側に設けられ、水の吸着または水への溶解により発熱する吸湿発熱体と、を備える。吸湿発熱体は、アノード触媒層から移動した水を吸着するかまたは水に溶解されて発熱することにより、アノード触媒層を昇温させる。
【０００９】
この態様によれば、燃料電池の運転中に、アノード触媒層から移動した水が吸湿発熱体に吸収される結果、吸湿発熱体が発熱する。吸湿発熱体から発生した熱によりアノード触媒層が加熱されてアノード触媒層とカソード触媒層の温度差が小さくなる。これによりカソード触媒層からアノード触媒層への水の移動が抑制される結果、アノード触媒層におけるフラッディングが防止される。また、燃料電池の運転停止中に吸湿した水を放出することにより、吸湿発熱体を再生させ、繰り返し使用することができる。
【００１０】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アノード触媒層のフラッディングを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池の構造を示す側面方向の概略図である。
【図２】実施の形態２に係る燃料電池の構造を示す側面方向の概略図である。
【図３】実施の形態３に係る燃料電池の構造を示す側面方向の概略図である。
【図４】実施の形態４に係る燃料電池の構造を示す側面方向の概略図である。
【図５】実施の形態５に係る燃料電池の構造を示す側面方向の概略図である。図５（ａ）は、アノード触媒層とカソード触媒層との温度差が第１の所定値未満における燃料電池１０の概略図である。図５（ｂ）は、アノード触媒層とカソード触媒層との温度差が第１の所定値以上第２の所定値未満の場合における燃料電池の概略図である。図５（ｃ）は、アノード触媒層とカソード触媒層との温度差が第２の所定値以上の場合における燃料電池の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る燃料電池１０の構造を示す側面方向の概略図である。なお、各概略図は、主に各構成の機能やつながりを模式的に示した図であり、各構成の位置関係または配置を限定するものではない。
【００１５】
図１に示すように、燃料電池１０は、主な構成として、膜電極接合体２０と、アノード室３２と、気液分離手段３８と、発熱室３４と、吸湿発熱体３６と、水素供給部５０とを有する。
【００１６】
膜電極接合体２０は、電解質膜２２と、電解質膜２２の一方の面に設けられたアノード触媒層２４と、電解質膜２２の他方の面に設けられたカソード触媒層２６とを備える。アノード触媒層２４には、燃料ガスとして水素が供給される。一方、カソード触媒層２６には酸化剤として空気が供給される。一対のアノード触媒層２４とカソード触媒層２６との間に電解質膜２２が挟持されることによりセルが構成されている。各セルは、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する。
【００１７】
このように、本実施の形態の燃料電池では、アノード触媒層２４にカソード触媒層２６が対となり、セルが平面状に形成されている。ここでは１つのセルのみを示したが、アノード室に複数のセルが存在してもよいし、複数のセルが積層構造に形成されていてもよい。
【００１８】
カソード触媒層２６の面のうち電解質膜２２が設けられた面とは反対の面側に、当該面と所定距離を空けて、気液分離手段２８が設けられている。気液分離手段２８は、水蒸気は通すが液体の水は通さない。気液分離手段２８としては、テフロン（登録商標）の多孔質膜などの気液分離膜を使用することができる。
【００１９】
アノード触媒層２４の面のうち電解質膜２２が設けられた面とは反対の面を１つの面として、当該反対の面から順に、アノード室３２と発熱室３４とが形成されている。アノード室３２は、アノード触媒層２４に隣接して設けられている。アノード室３２には、後述する水素供給部５０により、アノード触媒層２４に供給される水素が入れられる。発熱室３４には、水を吸着するかまたは水に溶解されることにより発熱する吸湿発熱体３６が収容されている。アノード室３２と発熱室３４とは、気液分離手段３８により互いに隔離されている。気液分離手段３８は、気体を選択的に通過させる。つまり、気液分離手段３８は水蒸気を通すが液体の水を通さない。気液分離手段３８としては、気液分離手段２８と同様の気液分離膜を使用することができる。
【００２０】
吸湿発熱体３６を発熱室３４に収容すると、アノード触媒層２４に余分な水が存在する場合、アノード触媒層２４から水蒸気として移動した水が吸湿発熱体３６に吸着されるかまたは吸湿発熱体３６を溶解する。吸湿発熱体３６は、水を吸着するかまたは水に溶解されることにより発熱する。これにより、吸湿発熱体３６はアノード室内のガスを昇温させることを介してアノード触媒層２４を昇温させる。アノード触媒層２４に存在する余分な水を吸収させやすくするために、アノード室３２の体積を小さくし、気液分離手段３８の表面積を大きくすることが好ましい。
【００２１】
吸湿発熱体３６として、標準溶解エンタルピーΔＳＯｌＨ°（ｋＪｍｏｌ−１）が負であり、燃料電池１０の稼働温度において揮発性が低い有機化合物や無機化合物を好適に使用することができる。たとえば、化学便覧基礎編改訂５版（丸善株式会社）の第２６０頁〜第２６３頁、第３１８〜第３１９頁に掲載されている化合物を使用することができる。
【００２２】
具体的には、有機化合物として、たとえばギ酸亜鉛（標準溶解エンタルピーΔＳＯｌＨ°は−１８．４ｋＪｍｏｌ−１。以下、数値のみ記載）、ギ酸銅（−５．０２）、酢酸亜鉛（−４７．２８）、酢酸アンモニウム（−２．３８）、酢酸カリウム（−１５．３６）、酢酸ナトリウム（−１７．３２）、酢酸鉛（−９．６２）、酢酸バリウム（−２５．２）、シュウ酸カルシウム（−７．１）、シュウ酸コバルト（ＩＩ）（−３１．８）、シュウ酸ニッケル（ＩＩ）（−２２．２）、シュウ酸マグネシウム（−２３．０）、シュウ酸マンガン（ＩＩ）（−１０．９）、などの物質を使用することができる。
【００２３】
また、無機化合物としては、たとえばＡｇＦ（−３４．３）、Ａｌ２（ＳＯ４）３（−３５１）、ＡｕＣｌ３（−１９．７）、Ｂａ（ＯＨ）２（−５０．６）、Ｂａ（ＰＨ２Ｏ２）２（−２．９）、ＢａＣｌ２（−１３．４）、ＢａＰｔＣｌ６（−３８．９０）、ＢｅＦ２（−２３．８）、ＢｅＳＯ４（−８６．８２）、ＢＦ３（−１０３．１）、Ｃａ（ＣｌＯ４）２（−６４．７）、Ｃａ（Ｈ２ＰＯ２）２（−１７．６０）、Ｃａ（Ｈ２ＰＯ４）２（−３０．７１）、Ｃａ（ＮＯ２）２（−９．６）、Ｃａ（ＮＯ３）２（−１９．１６）、Ｃａ（ＯＨ）２（−１６．７４）、Ｃａ（ＰＯ４）２（−７３．２）、Ｃａ（ＯＨ）（ＰＯ４）３（−７５．７）、ＣａＢｒ２（−１０３．１）、ＣａＣｌ２（−８１．３４）、ＣａＣＯ３（−１３．０５）、ＣａＨＰＯ４（−２０．５９）、ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ（−３．０６）、ＣａＳＯ４（−３１．３０）、Ｃｄ（ＮＯ３）２（−３４．３０）、ＣｄＢｒ２（−２．８）、ＣｄＣｌ２（−１８．７）、ＣｄＦ２（−４０．８）、ＣｄＳＯ４（−５１．９）、ＣｅＣｌ３（−１４３．９）、ＣｌＯ２（−２７．６）、Ｃｏ（ＮＯ３）２（−５２．３）、ＣｏＢｒ２（−８０．３）、ＣｏＣｌ２（−７９．９）、ＣｏＦ２（−２５）、ＣｏＩ２（−７９．９）、ＣｏＳＯ４（−７９．１）、Ｃｕ（ＮＯ３）２（−４６．９）、ＣｕＣｌ２（−５０．６）、ＣｕＳｅＯ４（−５４．８）、ＣｕＳＯ４（−７３．１４０）、Ｆｅ２（ＳＯ４）３（−２４３．５）、ＦｅＢｒ２（−８２．４）、ＦｅＢｒ３（−１４５）、ＦｅＢｒＣｌ２（−１５５．６）、ＦｅＣｌ２（−８１．６）、ＦｅＣｌ３（−１５１）、ＦｅＩ２（−８６．６）、ＦｅＩ３（−２８５）、ＦｅＳＯ４（−６９．９）、ＧｄＣｌ３（−１８０）、Ｈ２Ｏ２（−３．３９）、Ｈ２ＳｅＯ４（−５６．９）、Ｈ２ＳＯ４（−９５．２８）、Ｈ３ＰＯ４（−９．２）、Ｈ４Ｐ２Ｏ７（−３１．０）、ＨＣｌＯ４・Ｈ２Ｏ（−３２．９５）、ＨＣｌＯ４（−８８．７５）、ＨＮ３（−３．９）、ＨＮＯ３（−３３．３）、ＨｏＣｌ３（−２０１．３）、ＫＦ（−１７．７）、ＫＯＨ（−５７．６１）、ＫＯＨ・２Ｈ２Ｏ（−３．０３）、ＫＯＨ・Ｈ２Ｏ（−１９．３）、Ｌａ（ＮＯ３）３（−７４．９）、ＬａＣｌ３（−１３３．７）、Ｌｉ２ＳＯ４（−２９．７５）、ＬｉＢｒ（−４８．８３）、ＬｉＢｒ・２Ｈ２Ｏ（−９．０）、ＬｉＢｒ・Ｈ２Ｏ（−２３．３）、ＬｉＣｌ（−３７．０３）、ＬｉＣｌ・Ｈ２Ｏ（−１８．９）、ＬｉＣｌＯ４（−２６．５５）、ＬｉＩ（−６３．２６）、ＬｉＩ・２Ｈ２Ｏ（−１４．９３）、ＬｉＩ・Ｈ２Ｏ（−２９．１８）、ＬｉＮＯ２（−１１．０）、ＬｉＮＯ３（−２．５）、ＬｉＯＨ（−２３．５６）、ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ（−６．３）、ＬｕＣｌ３（−２２．２）、Ｍｇ（ＮＯ３）２（−９０．９２）、Ｍｇ（ＯＨ）２（−２．３０）、ＭｇＢｒ２（−１８５．７）、ＭｇＩ２（−２１３．２）、ＭｇＳＯ４（−９１．２）、Ｍｎ（ＮＯ３）２（−５９．４）、ＭｎＢｒ２（−７９．０８）、ＭｎＣｌ２（−７３．７６）、ＭｎＳＯ４（−６４．９）、（ＮＨ４）ＳＯ３（−１５．１）、（ＮＨ４）３ＰＯ４（−２．９３）、Ｎ２Ｈ４（−１６．３）、Ｎ２Ｈ５ＯＨ（−８．７８６）、Ｎａ２ＣＯ３（−２６．７）、Ｎａ２Ｓ２Ｏ３（−９．４）、Ｎａ２ＳＯ３（−１５．０７）、Ｎａ２ＳＯ４（−２．４３）、Ｎａ３ＰＯ４（−８０．５０）、ＮａＢｒ（−０．６０）、ＮａＨＰＯ４（−２４．０６）、ＮａＩ（−７．５３１）、ＮａＯＨ（−４４．５２）、ＮａＯＨ・Ｈ２Ｏ（−２１．４１）、ＮｄＣｌ３（−１５６．９）、ＮＨ４Ａｌ（ＳＯ４）２（−１３０）、Ｎｉ（ＮＯ３）２（−５３．５）、ＮｉＢｒ２（−８４．９４）、ＮｉＣｌ２（−８２．８）、ＮｉＩ２（−８６．１９）、ＮｉＳＯ４（−９０．４）、ＰｂＦ２（−３）、ＰｒＣｌ３（−１４９．４）、ＲｂＯＨ（−６２．３）、ＲｂＯＨ・Ｈ２Ｏ（−１８．０）、ＲｕＯ４（−０．４）、ＳｃＣｌ３（−１９９．６）、ＳＦ６（−１７）、ＳｍＣｌ３（−１６７．４）、Ｓｒ（ＣｌＯ４）２（−４１．６７）、ＳｒＢｒ２（−７１．３）、ＳｒＣｌ２（−５１．２５）、ＳｒＩ２（−９８．０３）、ＳｒＳＯ４（−１．９７）、ＴｂＣｌ３（−１８７．０）、ＴｉＣｌ３（−３６．４）、ＴｉＣｌ４（−２４３．１）、ＴｌＦ（−２．５）、ＴｍＣｌ３（−２１２．５）、ＹｂＣｌ３（−２１６．３）、ＹＣｌ３（−２２１．８）、Ｚｎ（ＮＯ３）２（−８４．９４）、ＺｎＣｌ２（−７３．１４）、ＺｎＦ２（−５４．８）、ＺｎＳｅＯ４（−８８．７）、ＺｎＳＯ４（−８０．３）などの物質を使用することができる。また、活性炭やシリカゲルなどの物質を使用することもできる。
【００２４】
さらに、吸湿発熱体３６として、気体が自由に通過可能であり、吸湿により発熱する繊維（以下、吸湿発熱繊維）から作られたシートなどの構造体も好適に使用することができる。吸湿発熱繊維として、たとえば（株）ファーストリテイリングのヒートテック（登録商標）、ミズノ（株）のブレスサーモ（登録商標）などを使用することができる。
【００２５】
アノード触媒層２４を効率的に加熱する観点からは、標準溶解エンタルピーΔＳＯｌＨ°の値が−５０ｋＪｍｏｌ−１未満の化合物または構造体を使用することが好ましい。また、安定性、安全性、体積あたりのモル数、気液分離手段３８の耐久性を考慮すると、ＮｉＳＯ４、ＢｅＳＯ４、ＣｏＣｌ２、ＣｏＳＯ４、ＭｎＣｌ２、ＬｉＩ、ＲｂＯＨ、ＫＯＨ、ＺｎＦ２、Ｂａ（ＯＨ）２、ＣｕＣｌ２などが特に好ましい。
【００２６】
水素供給部５０は、弁５４が開かれた状態で、ガス配管５２を通じてアノード室３２に水素を供給する。燃料電池１０の運転中には、水素供給部５０から供給された水素が膜電極接合体２０にて反応する。この反応により生成した水は、逆拡散して移動することによりアノード室３２に到達する。到達した水の一部は、水蒸気の状態で気液分離手段３８を通過し、吸湿発熱体３６に吸収される。一方、燃料電池１０の停止中などアノード室３２の湿度が低い場合には、吸湿発熱体３６から蒸発した水蒸気が気液分離手段３８を通過し、アノード室３２に供給される。
【００２７】
吸湿発熱体３６がこれ以上水を吸湿できない状態となった場合、水は燃料電池１０の運転停止後に、弁６２が開かれた状態で、ガス配管６０を通じてアノード室３２から排出される。稼働状態では弁６２は閉じているため、気液分離手段３８により接続されたアノード室３２と発熱室３４は、水素供給部５０以外に対しては閉じた、デッドエンドな空間を形成している。
【００２８】
本実施の形態によると、燃料電池１０の運転中に、アノード触媒層２４から移動した水が吸湿発熱体３６に吸収される結果、吸湿発熱体３６が発熱する。吸湿発熱体３６から発生した熱によりアノード触媒層２４が加熱されてアノード触媒層２４とカソード触媒層２６の温度差が小さくなる。これによりカソード触媒層２６からアノード触媒層２４への水の移動が抑制される結果、アノード触媒層２４におけるフラッディングが防止される。また、燃料電池の運転停止中に吸湿した水を放出することにより、吸湿発熱体を再生させ、繰り返し使用することができる。また、気液分離手段３８により吸湿発熱体３６をアノード触媒層２４から隔離した場合には、燃料電池１０の性能を低下させない。
【００２９】
なお、吸湿発熱体３６として上述の吸湿発熱繊維を用いた場合など、吸湿発熱体３６が膜電極接合体２０に接触する心配がない場合には、気液分離手段３８は設けられていなくてもよい。
【００３０】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２に係る燃料電池１０の構造を示す側面方向の概略図である。以下、実施の形態２に係る燃料電池１０について、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００３１】
実施の形態２の燃料電池１０では、発熱室３４が設けられていない。これに代えて、吸湿発熱体３６が上述した吸湿発熱繊維などのシートにより形成されている。また、吸湿発熱体３６をアノード触媒層２４から隔離する必要がないため、気液分離手段３８は設けられていない。
【００３２】
アノード触媒層２４に余分な水が存在する場合、アノード触媒層２４から水蒸気として移動した水が吸湿発熱体３６に吸着されるか、または吸湿発熱体３６が水に溶解される。吸湿発熱体３６は、水を吸着するかまたは水に溶解されることにより発熱する。これにより、吸湿発熱体３６はアノード室内のガスを昇温させることを介してアノード触媒層２４を昇温させる。
【００３３】
本実施の形態によると、より簡便な構造により実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００３４】
（実施の形態３）
図３は、実施の形態３に係る燃料電池１０の構造を示す側面方向の概略図である。以下、実施の形態３に係る燃料電池１０について実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００３５】
実施の形態３の燃料電池１０では、水素供給部５０が発熱室３４に隣接して設けられている。水素供給部５０は、アノード室３２に水素を供給するための水素吸蔵合金を有する。水素供給部５０は、燃料電池１０の稼動時に水素を供給する際に、水素吸蔵合金が水素を放出する際の吸熱により冷却される。これにより、発熱室３４内の水蒸気が冷却され、液体となることにより、吸湿発熱体３６近傍に効率的に水が凝縮されるため、さらに効率よく水を吸収することができる。また、燃料電池１０の運転停止中にガス配管５６に取り付けられた弁５８を開状態とし、ガス配管５６を通じて水素供給部５０に水素を充填する際に、水素吸蔵合金が発熱する。この熱を発熱室３４に供給することにより、吸湿発熱体３６に吸収された水を、気液分離手段３８を介して発熱室３４の外側へ排出させる。これにより、吸湿発熱体３６の発熱性能を回復させることができる。つまり、水素供給部５０は、アノード室３２に水素を供給する機能を有するとともに、発熱室３４内の吸湿発熱体３６に熱を供給する加熱手段および発熱室３４を冷却する冷却手段としての機能も有する。なお、ガス配管５６はガス配管５２と同時に使用しないため、ガス配管５２にガス配管５６の機能を持たせて、ガス配管５２で水素供給部５０に水素ガスの充填を行っても良い。
【００３６】
本実施の形態によると、燃料電池１０の稼動時において、吸湿発熱体３６の発熱性を再生させることができる。また、燃料電池１０の停止時などにおいて、水素供給部５０に水素を充填する際の水素吸蔵合金の発熱を利用することにより、省スペースで簡易かつ低コストに吸湿発熱体３６の発熱性能を回復させることができる。
【００３７】
（実施の形態４）
図４は、実施の形態４に係る燃料電池１０の構造を示す側面方向の概略図である。図４（ａ）は、運転中の燃料電池１０の概略図である。図４（ｂ）は、運転停止中に燃料電池１０の発熱部７０を取り外した状態の概略図である。本実施の形態の燃料電池１０は、気液分離手段３８に加え、アノード室３２に追加的な気液分離手段４０が設けられた点、ならびに水素供給部５０、発熱室３４および気液分離手段３８から構成される発熱部７０が、燃料電池１０のその他の部分から取り外し可能である点が、実施の形態３に係る燃料電池１０とは異なる。また、ガス配管５２には、アノード室３２の開閉状態を調節する弁５４に加え、発熱部７０が取り外された場合に水素供給部５０を閉状態に調節する弁６４が設けられている。
【００３８】
燃料電池１０から切り離された発熱部７０には、気液分離手段３８側から燃料電池１０とは別の装置である加熱装置１００が当てられる。加熱装置１００は、気液分離手段３８を介して吸湿発熱体３６を加熱することにより、吸湿発熱体３６に吸収された水を、気液分離手段３８を介して発熱室３４の外側へ排出させる。
【００３９】
アノード室３２に追加的な気液分離手段４０を設けたことにより、気液分離手段３８を有する発熱部７０が取り外された場合に、気液分離手段４０によってアノード室３２の気密性が確保されている。
【００４０】
本実施の形態によると、さらに効率的に吸湿発熱体３６の発熱性能を回復させることができる。また、気液分離手段４０によってアノード室３２の気密性が確保されていることにより、発熱部７０を取り外した状態でも、アノード触媒層２４から水が過度に蒸発するのを防ぎ、アノード触媒層２４の湿度を適切に保つことができる。また、アノード室３２に異物などが混入して燃料電池１０の性能が低下することを防ぐことができる。なお、加熱装置１００に加えて、実施の形態３と同様に水素供給部５０を用いて、吸湿発熱体３６に熱を加えてもよい。また、発熱部７０が取り外された状態で、発熱室３４を開けて吸湿発熱体３６を直接交換してもよい。また、発熱部７０は、発熱室３４および気液分離手段３８から構成され、水素供給部５０が設けられていなくてもよい。
【００４１】
（実施の形態５）
図５は、実施の形態５に係る燃料電池１０の構造を示す側面方向の概略図である。図５（ａ）は、アノード触媒層２４とカソード触媒層２６との温度差が第１の所定値未満における燃料電池１０の概略図である。図５（ｂ）は、アノード触媒層２４とカソード触媒層２６との温度差が第１の所定値以上第２の所定値未満の場合における燃料電池１０の概略図である。図５（ｃ）は、アノード触媒層２４とカソード触媒層２６との温度差が第２の所定値以上の場合における燃料電池１０の概略図である。
【００４２】
本実施の形態の燃料電池１０は、アノード触媒層２４とカソード触媒層２６との温度を測定する温度測定部１２０、および遮蔽手段８０が設けられた点が、実施の形態１に係る燃料電池１０とは異なる。なお、本図では、水素供給部５０を省略した。
【００４３】
遮蔽手段８０は、収容室８２と、遮蔽部材８４と、第１ローラ８６と、第２ローラ８８とを有する。収容室８２は、遮蔽部材８４、第１ローラ８６、および第２ローラ８８を収容している。遮蔽部材８４は、通気性を有さず、収容室８２から引き出された状態で、アノード触媒層２４から移動した水蒸気が発熱室３４に入って吸湿発熱体３６に吸収されることを遮蔽する。第１ローラ８６は、遮蔽部材８４を巻き付けて収容室８２に収容する。第２ローラ８８は、遮蔽部材８４が収容室８２から引き出されるときに、遮蔽部材８４に余計な負荷がかかることを防止し、かつアノード触媒層２４に接触しないように遮蔽部材８４を張った状態に保つ。遮蔽部材８４の他方の端部には、線状の弾性部材１１２が取り付けられている。弾性部材１１２は、アノード室３２の対向する側面において固定されている。弾性部材１１２の素材としては、バイメタルや形状記憶合金を好適に使用することができる。
【００４４】
また、アノード触媒層２４とカソード触媒層２６との温度は、温度測定部１２０により測定される。温度測定部１２０は、アノード触媒層２４に設けられたアノード温度センサ１２２を用いてアノード触媒層２４の温度を、カソード触媒層２６に設けられたカソード温度センサ１２４を用いてアノード触媒層２４の温度を、それぞれ測定する。遮蔽手段８０は、温度測定部１２０により測定されたアノード触媒層２４とカソード触媒層２６との温度差に応じて、吸湿発熱体３６とアノード室３２との遮蔽状態を制御する。
【００４５】
具体的には、図５（ａ）に示すように、アノード触媒層２４とカソード触媒層２６との温度差が第１の所定値未満の場合には、弾性部材１１２が収縮することにより、収容室８２から引き出された遮蔽部材８４により発熱室３４が完全に遮蔽される。図５（ｂ）に示すように、アノード触媒層２４とカソード触媒層２６との温度差が第１の所定値以上第２の所定値未満の場合には、第１ローラ８６が回転し延長部材１１０を周囲に巻き付けて遮蔽部材８４を移動させる。これにより、気液分離手段３８の一部がアノード触媒層２４から移動する水蒸気を通過可能な状態となる。図５（ｃ）に示すように、アノード触媒層２４とカソード触媒層２６との温度差が第２の所定値以上の場合には、第１ローラ８６がさらに回転し延長部材１１０および遮蔽部材８４を周囲に巻き付けることにより、発熱室３４が遮蔽部材８４により遮蔽されない状態となる。
【００４６】
図５（ｃ）に示すように、アノード触媒層２４の温度がカソード触媒層２６の温度よりも低い場合、カソード触媒層２６において生成された水のアノード触媒層２４側への逆拡散が促進される結果、アノード触媒層２４に過剰の水が存在することになる。この場合、発熱室３４が遮蔽部材８４により遮蔽されていないため、発熱室３４中の吸湿発熱体３６の発熱が促進される。その結果、アノード触媒層２４の温度がより効率的に高められる。つまり、温度測定部１２０により吸湿発熱体３６とアノード室３２との遮蔽状態を適宜制御することにより、アノード触媒層２４の温度調節をすることができ、燃料電池１０の性能を安定させることができる。
【００４７】
本実施の形態によると、アノード触媒層２４とカソード触媒層２６との温度差により必要な場合にのみ吸湿発熱体３６を機能させることにより、吸湿発熱体３６の発熱性をより効率的に維持させることができる。また、アノード触媒層２４とカソード触媒層２６との温度差に応じてアノード触媒層２４の温度を調節することにより、アノード触媒層２４のフラッディングを防止することができる。
【００４８】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１０  燃料電池、２０  膜電極接合体、２２  電解質膜、２４  アノード触媒層、２６  カソード触媒層、２８  気液分離手段、３２  アノード室、３４  発熱室、３６  吸湿発熱体、３８、４０  気液分離手段、４２  カソード室、５０  水素供給部、５２、５６、６０  ガス配管、５４、５８、６２、６４  弁、７０  発熱部、８０  遮蔽手段、８２  収容室、８４  遮蔽部材、８６  第１ローラ、８８  第２ローラ、９０  仕切、１１２  弾性部材
【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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