(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質層を備えて、酸素を含有した酸素極側ガスを用いて発電するセルが設けられた燃料電池であって、
前記セルに供給される酸素極側ガスと前記セルから排出された酸素極側ガスとを熱交換し、前記セルに供給される酸素極側ガスに前記セルから排出された酸素極側ガスの一部を混合するガス処理手段が設けられ、
前記ガス処理手段が、軸芯方向に通気自在なようにハニカム状に形成された回動体を回転駆動自在に支持し、且つ、前記セルに供給する酸素極側ガスが前記回動体を通過する状態で通過可能な供給側ガス通流領域と前記セルから排出された酸素極側ガスが前記回動体を通過する状態で通過可能な排出側ガス通流領域とを互いに区画する状態で形成して構成され、
前記回動体が、前記排出側ガス通流領域を通るときにそこを通流するガスから与えられる熱を蓄熱して、前記供給側ガス通流領域を通るときにそこを通流するガスに与えるように、且つ、前記排出側ガス通流領域を通るときにそこを通流するガスを保持して、前記供給側ガス通流領域へ移動させるように構成されている燃料電池。
【請求項２】
前記ガス処理手段が、前記セルから排出された酸素極側ガスのうちの３〜５０％を、前記セルに供給される酸素極側ガスに混合するように構成されている請求項１記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子電解質層を備えて、酸素を含有した酸素極側ガスを用いて発電するセルが設けられた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高分子電解質層を備えたセルが設けられた、所謂、高分子型燃料電池においては、高分子電解質層にイオン導電性を持たせるために、高分子電解質層を湿らせる必要がある。
そこで、水素を含有した燃料極側ガス及び酸素を含有した酸素極側ガスを、セルに供給する前にセル外部で加湿して、それら燃料極側ガス及び酸素極側ガスに含まれる水分により、高分子電解質層を湿らせることが行われている。
【０００３】
従来は、図９に示すように、貯留している水を加熱部２２ｈによる加熱により蒸発させて生成した水蒸気により、セルに供給する酸素極側ガスを加湿するように構成した酸素極側ガス用加湿器２２を設けていた。その加熱部２２ｈのエネルギとしては、燃料電池の排熱（セルから排出される酸素極側ガス、燃料極側ガス又は冷却水等）の熱エネルギや、電気エネルギを用いていた。
【０００４】
尚、図９中において、ＮＣは、複数のセルを、セル夫々について酸素極側流路、燃料極側流路及び冷却水流路を備える状態で並置したセルスタックであり、Ｌは、セルスタックＮＣの発電電力を消費する負荷装置である。セルスタックＮＣは、供給された酸素極側ガスがセル夫々の酸素極側流路を通流して排出され、供給された燃料極側ガスがセル夫々の燃料極側流路を通流して排出され、並びに、供給された冷却水がセル夫々の冷却水流路を通流して排出されるように構成してある。
又、酸素極側ガスとして空気をセルスタックＮＣに供給する送風機１１、その供給を断続する酸素極側ガス用開閉弁ＶＡｓ、その供給量を調節する酸素極側ガス用流量調節弁ＶＰｓ、及び、セルスタックＮＣに供給する酸素極側ガスをセルスタックＮＣから排出された酸素極側ガスにて加熱する酸素極側ガス用熱交換器２３を設けてある。
又、天然ガス等の炭化水素系の原燃料を改質処理して水素含有ガスを燃料極側ガスとして生成するガス生成部１２、セルスタックＮＣに対する燃料極側ガスの供給を断続する燃料極側ガス用開閉弁ＶＡｆ、その供給量を調節する燃料極側ガス用流量調節弁ＶＰｆ、セルスタックＮＣに供給する燃料極側ガスを加湿するための、酸素極側ガス用加湿器２２と同構成の燃料極側ガス用加湿器１３、及び、セルスタックＮＣに供給する燃料極側ガスをセルスタックＮＣから排出された燃料極側ガスにて加熱する燃料極側ガス用熱交換器１４を設けてある。
又、図９中、１５は、冷却水循環路２０を通じて、セルスタックＮＣに冷却水を循環供給する冷却水ポンプであり、２１は、冷却水循環路２０に設けた気液分離器である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃料電池では、セルに供給するための酸素極側ガスを加湿するために、水を蒸発させるためのエネルギーが必要となることから、総合エネルギ効率を向上する面で改善の余地があった。ちなみに、総合エネルギ効率は、総投入エネルギに対する総出力エネルギの比率にて表す。ちなみに、総投入エネルギは、ガス生成部１２に供給する原燃料の熱量等であり、酸素極側ガス用加湿器２２のエネルギに電気エネルギを用いる場合はその消費電力も含む。又、総出力エネルギは、電気出力、熱出力等の総和である。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、セルに供給する酸素極側ガスを加湿するための構成を改善して、燃料電池の総合エネルギ効率を向上することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、前記セルに供給される酸素極側ガスと前記セルから排出された酸素極側ガスとを熱交換し、前記セルに供給される酸素極側ガスに前記セルから排出された酸素極側ガスの一部を混合するガス処理手段が設けられ、
前記ガス処理手段が、軸芯方向に通気自在なようにハニカム状に形成された回動体を回転駆動自在に支持し、且つ、前記セルに供給する酸素極側ガスが前記回動体を通過する状態で通過可能な供給側ガス通流領域と前記セルから排出された酸素極側ガスが前記回動体を通過する状態で通過可能な排出側ガス通流領域とを互いに区画する状態で形成して構成され、
前記回動体が、前記排出側ガス通流領域を通るときにそこを通流するガスから与えられる熱を蓄熱して、前記供給側ガス通流領域を通るときにそこを通流するガスに与えるように、且つ、前記排出側ガス通流領域を通るときにそこを通流するガスを保持して、前記供給側ガス通流領域へ移動させるように構成されていることにある。
【０００８】
請求項１に記載の特徴構成によれば、ガス処理手段によって、セルに供給される酸素極側ガス（以下、供給ガスと略記する場合がある）が、セルから排出された高温の酸素極側ガス（以下、排出ガスと略記する場合がある）により加熱され、並びに、供給ガスに排出ガスの一部が混合される。
排出ガスには、セルでの電極反応により生じた水蒸気が含まれているので、供給ガスに、水蒸気を含んでいる排出ガスの一部が混合されることにより、供給ガスが加湿される。
従って、セルに供給する酸素極側ガスの加湿用として従来必要としていた、水を蒸発させて水蒸気を生成するためのエネルギーが不要となるので、総合エネルギ効率を従来よりも向上することができるようになった。
【０００９】
ちなみに、セルから排出された酸素極側ガスの一部を混合することにより、セルに供給する酸素極側ガスの酸素分圧が低下するが、酸素極側ガスの実際の供給量は理論上必要な量に比べてかなり多くするので、酸素分圧の低下は少なくて発電性能に対する影響がほとんどなく、実用上問題がない。尚、酸素極側ガスが空気の場合、空気比（実際の供給流量／理論必要空気量）は４〜５程度と大きい。
【００１１】
又、回動体が、供給側ガス通流領域と排出側ガス通流領域とにわたって循環すると、排出側ガス通流領域を通るときには、そこを通流する排出ガスから与えられる熱を蓄熱すると共に、そこを通流する排出ガスを保持し、供給側ガス通流領域を通るときには、蓄熱している熱をそこを通流する供給ガスに与えると共に、保持している排出ガスが供給ガスの通流によって放出されるので、供給ガスが加熱されると共に、水蒸気を含んでいる排出ガスの一部が供給ガスに混合されて、供給ガスが加湿される。
従って、回動体に、セルに供給する酸素極側ガスを加熱する機能及び加湿する機能の両方を備えさせることができて、従来設けていた酸素極側ガス用熱交換器も省略できるので、総合エネルギ効率を向上することができることに加えて、燃料電池の小型化及び低価格化を図ることができるようになった。
【００１２】
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の発明の特徴構成は、前記ガス処理手段が、前記セルから排出された酸素極側ガスのうちの３〜５０％を、前記セルに供給される酸素極側ガスに混合するように構成されていることにある。
【００１３】
つまり、種々の実験により、排出ガスのうちの３〜５０％を供給ガスに混合することにより、高分子電解質層を適切な加湿状態に加湿することができることがわかった。
従って、ガス処理手段を、排出ガスのうちの３〜５０％を供給ガスに混合するように構成したので、高分子電解質層を適切な加湿状態に加湿することができるようになった。
【００１４】
ちなみに、排出ガスには、セルの動作温度における飽和量相当の水蒸気を含んでいる。一方、高分子電解質層の最適な加湿量は、セル動作温度、発電電流密度、高分子電解質層の膜厚等により異なる。
従って、これらを考慮して、排出ガスの混合割合（供給ガスに混合する排出ガスの流量／排出ガスの全流量）の最適値を、３〜５０％の範囲で設定する。
【００１５】
更に、ガス処理手段を排出ガスの混合割合の調節が可能なように構成すると、セル動作温度、発電電流密度等の発電条件を変更調節して運転する場合に、発電条件に応じて排出ガスの前記混合割合を調節することにより、高分子電解質層を発電条件に応じて適切な状態に加湿することができるので、発電性能及び耐久性向上の面で好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、燃料電池は、高分子膜１（高分子電解質層に相当する）を備えて、酸素を含有した酸素極側ガスと水素を含有した燃料極側ガスを用いて発電する複数のセルＣ（図４参照）を積層して構成したセルスタックＮＣ、そのセルスタックＮＣに空気を酸素極側ガスとして供給する送風機１１、及び、天然ガス等の原燃料ガスを用いて、燃料極側ガスとして供給する水素含有ガスを生成するガス生成部１２を設けてある。セルスタックＮＣで発電された電力は、負荷装置Ｌにて消費される。
【００１７】
更に、セルスタックＮＣに供給される燃料極側ガスを加湿する燃料極側ガス用加湿器１３、セルスタックＮＣに供給される燃料極側ガスとセルスタックＮＣから排出された燃料極側ガスとを熱交換して供給ガスを予熱する燃料極側ガス用熱交換器１４、及び、セルスタックＮＣに冷却水を供給する冷却水ポンプ１５を設けてある。
【００１８】
本発明においては、セルスタックＮＣ（セルＣ）に供給される酸素極側ガスとセルスタックＮＣ（セルＣ）から排出された酸素極側ガスとを熱交換すると共に、セルスタックＮＣ（セルＣ）に供給される酸素極側ガスにセルスタックＮＣ  （セルＣ）から排出された酸素極側ガスの一部を混合するガス処理装置（ガス処理手段に相当する）Ｇを設けてある。
【００１９】
図４ないし図８に基づいて、セルスタックＮＣについて説明を加える。
先ず、セルＣについて説明を加える。
セルＣは、高分子膜１の一方の面に酸素極２、集電板４及び酸素極側セパレータ５を配置し、且つ、他方の面に燃料極３、集電板４及び燃料極側セパレータ６を配置して構成してある。
そして、そのようなセルＣの複数を、積層状態に並置し、並びに、積層方向の両端部夫々に電力取り出し用の集電部７を設けて、セルスタックＮＣを構成してある。
【００２０】
酸素極側セパレータ５は、酸素極２側の面に、酸素極側ガスを通流させる酸素極側流路を形成する酸素極側ガス通流溝５ｓを形成し、反対側の面に、冷却水流路を形成する冷却水通流溝５ｗを形成してある。
燃料極側セパレータ６は、燃料極３側の面に、燃料極側ガスを通流させる燃料極側流路を形成する燃料極側ガス通流溝６ｆを形成し、反対側の面に、酸素極側セパレータ５の冷却水通流溝５ｗと面対称となる冷却水流路形成用の冷却水通流溝６ｗを形成してある。
【００２１】
更に、高分子膜１、酸素極側セパレータ５及び燃料極側セパレータ６の夫々には、それらを重ねたときに夫々が積層方向に連なる状態で、厚さ方向に貫通する６個の孔１ｈ，５ｈ，６ｈを形成してある。積層方向視において、高分子膜１、酸素極側セパレータ５及び燃料極側セパレータ６の夫々に形成する６個の孔１ｈ，５ｈ，６ｈのうち、２個は酸素極側ガス通流溝５ｓの通流経路の両端部に各別に重なり、別の２個は燃料極側ガス通流溝６ｆの通流経路の両端部に各別に重なり、残りの２個は冷却水通流溝５ｗ，６ｗの通流経路の両端部に各別に重なる。
【００２２】
従って、セルスタックＮＣには、高分子膜１、酸素極側セパレータ５及び燃料極側セパレータ６夫々の孔１ｈ，５ｈ，６ｈが積層方向に連なって形成される通路が６本形成されるが、それらのうちの２本は、各酸素極側ガス通流溝５ｓの通流経路の両端部に各別に連通し、別の２本は、各燃料極側ガス通流溝６ｓの通流経路の両端部に各別に連通し、残りの２本は、各冷却水通流溝５ｗ，６ｗの通流経路の両端部に各別に連通している。
尚、各酸素極側ガス通流溝５ｓの通流経路の両端部に各別に連通する２本の通路を、酸素極側連通路Ｔｓと、各燃料極側ガス通流溝６ｆの通流経路の両端部に各別に連通する２本の通路を燃料極側連通路Ｔｆと、各冷却水通流溝５ｗ，６ｗの通流経路の両端部に各別に連通する２本の通路を冷却水側連通路Ｔｗと夫々称する。
【００２３】
高分子膜１は、フッ素樹脂系のイオン交換膜（ナフィオン等）にて形成してある。
酸素極２及び燃料極３は、カーボンから成る多孔状の導電材にて形成し、白金から成る電極触媒を担持してある。
集電板４は、多孔状のカーボンペーパ等にて形成し、酸素極側セパレータ５及び燃料極側セパレータ６は、カーボン等から成る気密性の導電材にて形成してある。
【００２４】
更に、図８に示すように、セルスタックＮＣの積層方向の両端部夫々に端板９を設けてある。一方の端板９には、２本の酸素極側連通路Ｔｓのうちの一方の端部に連通接続する酸素極側ガス用接続部８ｓ、２本の燃料極側連通路Ｔｆのうちの一方の端部に連通接続する燃料極側ガス用接続部８ｆ、及び、２本の冷却水連通路Ｔｗのうちの一方の端部に連通接続する冷却水用接続部８ｗを備えてある。又、他方の端板９には、２本の酸素極側連通路Ｔｓのうちの他方の端部に連通接続する酸素極側ガス用接続部８ｓ、２本の燃料極側連通路Ｔｆのうちの他方の端部に連通接続する燃料極側ガス用接続部８ｆ、及び、２本の冷却水連通路Ｔｗのうちの他方の端部に連通接続する冷却水用接続部８ｗを備えてある。
【００２５】
尚、２個の酸素極側ガス用接続部８ｓのうち、一方は酸素極側ガスの供給用として、他方は酸素極側ガスの排出用として用い、２個の燃料極側ガス用接続部８ｆのうち、一方は燃料極側ガスの供給用として、他方は燃料極側ガスの排出用として用い、並びに、２個の冷却水用接続部８ｗのうち、一方は冷却水の供給用として、他方は冷却水の排出用として用いる。
【００２６】
図１に示すように、ガス生成部１２にて生成された水素含有ガスを燃料極側ガスとして供給用の燃料極側ガス用接続部８ｆに供給すべく、ガス生成部１２と供給用の燃料極側ガス用接続部８ｆとを燃料極側ガス供給路１６にて接続し、排出用の燃料極側ガス用接続部８ｆに、燃料極側ガス排出路１７を接続してある。
燃料極側ガス用加湿器１３は、燃料極側ガス供給路１６の途中に設け、燃料極側ガス用熱交換器１４は、燃料極側ガス供給路１６を通流するガスと燃料極側ガス排出路１７を通流するガスとを熱交換させるように設けてある。
更に、燃料極側ガス供給路１６には、セルスタックＮＣに対する燃料極側ガスの供給を断続する燃料極側ガス用開閉弁ＶＡｆ、及び、供給量を調節する燃料極側ガス用流量調節弁ＶＰｆを設けてある。
【００２７】
ガス生成部１２は、詳細な説明は省略するが、供給される原燃料ガスとしての天然ガスを脱硫し、その脱硫原燃料ガスと別途供給される水蒸気とを水素ガスと一酸化炭素ガスとに改質処理し、更に、その改質処理ガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とを水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成処理し、更に、その変成処理ガスから残留一酸化炭素ガスを除去するように構成して、一酸化炭素ガスの含有量の少ない水素含有ガスを生成するようにしてある。
【００２８】
燃料極側ガス用加湿器１３は、気密状のケーシング１３ｃ内に、気相部分が形成される状態で水を貯留するとともに、その貯留水を加熱する加熱部１３ｈを備えて構成してある。そして、その燃料極側ガス用加湿器１３を、燃料極側ガス供給路１６の上流側の開口端が液相部分に位置し、下流側の開口端が気相部分に位置する状態で、燃料極側ガス供給路１６の途中に設けてある。つまり、加熱部１３ｈにて貯留水を加熱することにより、貯留水の温度における飽和量相当の水蒸気を燃料極側ガスに混合させることができる。
【００２９】
加熱部１３ｈの熱源としては、セルスタックＮＣから排出された燃料極側ガス、酸素極側ガス、冷却水、ガス生成部１２のバーナ（改質用の熱の付与用）からの燃焼排ガス等、燃料電池の種々の排熱から適当なものを選択して用いる。
【００３０】
供給用の酸素極側ガス用接続部８ｓに酸素極側ガスとして空気を供給すべく、送風機１１と供給用の酸素極側ガス用接続部８ｓとを酸素極側ガス供給路１８にて接続し、排出用の酸素極側ガス用接続部８ｓに酸素極側ガス排出路１９を接続してある。
更に、酸素極側ガス供給路１８には、セルスタックＮＣに対する酸素極側ガスの供給を断続する酸素極側ガス用開閉弁ＶＡｓ、及び、供給量を調節する酸素極側ガス用流量調節弁ＶＰｓを設けてある。
【００３１】
図２及び図３に基づいて、ガス処理装置Ｇについて、説明を加える。
ガス処理装置Ｇは、熱伝導性の材料にて軸芯方向に通気自在なようにハニカム状に形成した円柱形状のロータ３１を、ケーシング３２内に回転駆動自在に支持して設けてある。
ケーシング３２の前記軸芯方向における両側面部夫々に、一対の開口部を、軸芯方向視において一方の側面部の開口部が他方の側面部の開口部に重なる状態で形成してある。そして、各開口部には、筒状のガス通流領域形成部材３３を、シール材にて形成された開口端がロータ３１に接当する状態で嵌め込んで設けて、ロータ３１を通過する状態でガスが通過可能な２個のガス通流領域Ｒｓ，Ｒｅを互いに区画した状態で形成してある。
更に、電動モータ３４の出力軸とロータ３１の外周部とにわたって、ベルト３５を巻回して、電動モータ３４によって、ロータ３１を回転駆動するように構成してある。
【００３２】
そして、上述のように構成したガス処理装置Ｇを、一方のガス通流領域Ｒｓが酸素極側ガス供給路１８の途中に接続されて、供給側ガス通流領域として機能し、他方のガス通流領域Ｒｅが酸素極側ガス排出路１９の途中に接続されて、排出側ガス通流領域として機能するように、設けてある。
つまり、電動モータ３４によって回転駆動されることによって、ロータ３１を、セルスタックＮＣに供給する酸素極側ガスが通流する供給側ガス通流領域ＲｓとセルスタックＮＣから排出された酸素極側ガスが通流する排出側ガス通流領域Ｒｅとにわたって循環させ、そのロータ３１が、排出側ガス通流領域Ｒｅを通るときにそこを通流するガスから与えられる熱を蓄熱して、供給側ガス通流領域Ｒｓを通るときにそこを通流するガスに与えるとともに、且つ、排出側ガス通流領域Ｒｅを通るときにそこを通流するガスをハニカム状の通路に保持して、供給側ガス通流領域Ｒｓへ移動させるように構成してある。
【００３３】
従って、供給側ガス通流領域Ｒｓを通流する酸素極側ガスが、ロータ３１を通過するときに、ロータ３１が蓄熱している熱（ロータ３１が排出側ガス通流領域Ｒｅを通るときにセルスタックＮＣから排出された酸素極側ガスにより与えられた熱）を与えられて加熱され、並びに、ロータ３１が保持しているガス（セルスタックＮＣから排出された酸素極側ガスであり、セルＣでの電極反応により生じた水蒸気を含んでいる）が混合されることにより、加湿される。
【００３４】
図１に示すように、供給用の冷却水用接続部８ｗと排出用の冷却水用接続部８ｗとを、冷却水循環路２０にて接続し、その冷却水循環路２０に、冷却水ポンプ１５及び気液分離器２１を設けて、冷却水をセルスタックＮＣに循環供給するように構成してある。
【００３５】
そして、ガス生成部１２で生成された水素含有ガスを燃料極側ガスとして、燃料極側ガス用加湿器１３にて加湿し、更に、燃料極側ガス用熱交換器１４にてセルスタックＮＣから排出された燃料極側ガスとの熱交換により加熱した後、供給用の酸素極側ガス用接続部８ｓからセルスタックＮＣに供給する。
並びに、送風機１１からの空気を酸素極側ガスとして、ガス処理装置Ｇにおいて、セルスタックＮＣから排出された酸素極側ガスとの熱交換により加熱すると共に、セルスタックＮＣから排出された酸素極側ガスの一部を混合して加湿した後、供給用の燃料極側ガス用接続部８ｆからセルスタックＮＣに供給する。
並びに、冷却水ポンプ１５により、冷却水を供給用の冷却水用接続部８ｗからセルスタックＮＣに供給する。
【００３６】
すると、加湿された酸素極側ガスは、図６及び図７において実線矢印にて示すように、一方の酸素極側連通路Ｔｓから各セルＣの酸素極側流路に供給され、酸素極側流路を通流してから、他方の酸素極側連通路Ｔｓに流出し、その酸素極側連通路Ｔｓを通流して排出用の酸素極側ガス用接続部８ｓから排出される。
又、燃料極側ガスは、図６及び図７において二点鎖線矢印にて示すように、一方の燃料極側連通路Ｔｆから各セルＣの燃料極側流路に供給され、燃料極側流路を通流してから、他方の燃料極側連通路Ｔｆに流出し、その燃料極側連通路Ｔｆを通流して排出用の燃料極側ガス用接続部８ｆから排出される。
又、冷却水は、図６及び図７において一点鎖線矢印にて示すように、一方の冷却水連通路Ｔｗから各セルＣの冷却水流路に供給され、冷却水流路を通流してから、他方の冷却水連通路Ｔｗに流出し、その冷却水連通路Ｔｗを通流して排出用の冷却水用接続部８ｗから排出される。
【００３７】
そして、各セルＣにおいては、酸素極側ガス及び燃料極側ガス夫々に含まれている水蒸気によって、高分子膜１が湿らされる状態で、酸素極側ガス中の酸素と燃料極側ガス中の水素との電気化学反応により発電される。又、冷却水の通流により、各セルＣの温度が所定の温度に維持される。
各セルＣの酸素極側流路を通流する酸素極側ガスには、各セルＣでの電極反応により生じた水蒸気が含まれる。
【００３８】
尚、通常、セルＣの動作温度が８０°Ｃ程度のときは、セルＣに供給する酸素極側ガスは、５０〜６０°Ｃの温度における飽和水蒸気量程度にまで加湿するのが、発電性能を向上させる上で好ましいことがわかっている。
セルスタックＮＣに供給する酸素極側ガスに、セルスタックＮＣから排出された酸素極側ガスのうちの２５％程度を混合すると、５０〜６０°Ｃの温度における飽和水蒸気量程度にまで加湿することができる。
そこで、例えば、セルスタックＮＣに供給する酸素極側ガスに、セルスタックＮＣから排出された酸素極側ガスのうちの２５％程度が混合されるように、電動モータ３４によりロータ３１の回転速度を調節する。
【００３９】
次に、上述のように構成した燃料電池の発電性能を検証した結果を説明する。
先ず、図９に示す如き従来の燃料電池を用いて、酸素極側ガスの加湿量とセルＣの発電電圧との関係を調べる比較試験を行った。。
この場合、セルスタックＮＣは、高分子電解質層１の膜厚が５０μｍのセルＣを備えたものを用いた。
燃料極側ガスとして、水素が８０％、二酸化炭素が２０％、一酸化炭素が１０ｐｐｍの組成の水素ガスを用い、酸素極側ガスとして空気を用い、夫々を、水素利用率が７０％、空気利用率が２５％になるように供給し、燃料極側ガス用加湿器１３の温度を７８°Ｃとして、燃料極側ガスに７８°Ｃの飽和量の水蒸気を含ませ、セル温度が８０°Ｃ、電流密度が４００ｍＡ／ｃｍ2 の発電条件で作動させた。
そして、加熱部２２ｈの調節により、酸素極側ガス用加湿器２２の温度を変更して、酸素極側ガス用加湿器温度とセル電圧（セル１個当たりの電圧）との関係を調べた。その結果を、表１に示す。表１から、酸素極側ガス用加湿器温度が５５°Ｃのときに、セル電圧が６４１ｍＶで極大となることが分かる。
【００４０】
【表１】
0004046434.tif 000002
【００４１】
次に、上述の比較試験で用いたものと同一のセルスタックＮＣを用いて、本発明の燃料電池の発電性能を調べた。
この場合、上述の比較試験と同様に、燃料極側ガスとして、水素が８０％、二酸化炭素が２０％、一酸化炭素が１０ｐｐｍの組成の水素ガスを用い、酸素極側ガスとして空気を用い、夫々を、水素利用率が７０％、空気利用率が２５％になるように供給し、燃料極側ガス用加湿器１３の温度を７８°Ｃとして、燃料極側ガスに７８°Ｃの飽和量の水蒸気を含ませ、セル温度が８０°Ｃ、電流密度が４００ｍＡ／ｃｍ2 の発電条件で作動させた。
【００４２】
そして、セルスタックＮＣに供給する酸素極側ガスに、セルスタックＮＣから排出された酸素極側ガスのうちの２５％が混合されるように、電動モータ３４によりロータ３１の回転速度を調節した。
このときのセル電圧は、６３３ｍＶであり、上述の比較例における極大値の６４１ｍＶに比べてわずかに低下しているが（約１％）、実用上問題がない。
この場合、比較例に対して、セルスタックＮＣに供給する酸素極側ガスを加湿するための熱量が１００％削減でき、並びに、セルスタックＮＣに供給する酸素極側ガスを加熱するための熱量が約３０％削減できるので、総合エネルギ効率を向上することができる。
【００４３】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
【００４４】
（イ）  セルスタックＮＣから排出された酸素極側ガスの全量に対する、そのガスのうちセルスタックＮＣに供給する酸素極側ガスに混合する量の比率（混合割合）は、セル動作温度、発電電流密度、高分子電解質層１の膜厚等により、適宜設定する。
【００４５】
（ロ）  ガス処理装置Ｇを、前記混合割合の調節が可能に構成し、セルスタックＮＣからの出力電流を検出する電流検出器と、その電流検出器の検出情報に基づいて、ガス処理装置Ｇの前記混合割合を自動調節する制御装置を設けても良い。但し、前記出力電流に応じて、前記混合割合を制御するための制御情報を予め設定しておいて、その設定制御情報を前記出力電流に対応させて前記制御装置のメモリに記憶させておく。
この場合、高分子膜１をセルＣの発電電流密度に応じた適切な状態に加湿することができるので、発電性能及び耐久性向上の面で好ましい。
尚、上記の実施形態においては、前記制御装置によって、モータ３４を制御してロータ３１の回転速度を調節することにより、前記混合割合を調節する。
【００４６】
（ハ）  本発明を適用することができる高分子型の燃料電池の構成は、上記の実施形態において例示した構成に限定されるものではない。
例えば、上記の実施形態では、１個のセルＣ置きに冷却水を通流させる冷却水流路を備えさせる場合について例示したが、これに代えて、複数のセルＣ置きにに冷却水流路を備えさせたり、冷却水流路を備えさせずに、酸素極側ガスにてセルＣを冷却する空冷式に構成しても良い。
これらの場合、セルスタックＮＣの構成としては、複数のセルＣを、互いの間に、一方の面に酸素極側ガス通流溝を且つ他方の面に燃料極側ガス通流溝を備えたセパレータを位置させた状態で積層状態に並置する構成とする。
尚、複数のセルＣ置きに冷却水流路を備えさせる場合は、複数のセルＣ置きに、上記の実施形態の如き酸素極側セパレータ５及び燃料極側セパレータ６を設ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態にかかる燃料電池の全体構成を示すブロック図
【図２】  ガス処理装置の断面図
【図３】  ガス処理装置の一部切り欠き斜視図
【図４】  セルの分解斜視図
【図５】  セルスタックの要部の分解斜視図
【図６】  セルスタックの要部の分解斜視図
【図７】  セルスタックの要部の分解斜視図
【図８】  セルスタックの全体概略構成を示す図
【図９】  従来の燃料電池のブロック図
【符号の説明】
１    高分子電解質層
３１  回動体
Ｃ    セル
Ｇ    ガス処理手段
Ｒｅ  排出側ガス通流領域
Ｒｓ  供給側ガス通流領域
【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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