CN1516905A - 固体高分子型燃料电池及固体高分子型燃料电池发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种固体高分子型燃料电池及固体高分子型燃料电池系统，可实现简化结构、减少体积和减轻重量。包括：多个反应气体供给隔离体(8)，其设置在各单元电池(4)互相对置的面和该单元电池(4)的反向面中的至少一方，在各个对置的面上分别设置了燃料气体供给通路例如沟槽(22)和氧化剂气体供给通路例如沟槽(49)；导电性多孔防水层(51)，至少设置在催化剂层(42)和沟槽(22)之间；供水装置，在沟槽(22)中向燃料气体导入部(23)供给液状的水；以及水量控制装置(31)，控制向燃料气体导入部(33)供给的水量。

Description

固体高分子型燃料电池及固体高分子型燃料电池发电系统
技术领域
本发明涉及利用固体高分子膜作为电解质的固体高分子型燃料电池及固体高分子型燃料电池发电系统。
背景技术
燃料电池是通过氢等燃料气体和空气等氧化剂气体进行电化学反应，把燃料气体所具有的化学能量变换成电能。
图12是为了说明作为该燃料电池一例的现有固体高分子型燃料电池一个例子的概念剖面图，燃料电池11是把多个下述基本构成01机械地叠加后将它们电气串联连接。各基本构成01的结构如下：在具有离子导电性的固体高分子膜1的两面，使由基片(サブストレ一ト)41和催化剂层42构成的燃料极(电极)2以及由基片43和催化剂层44构成的氧化剂极(电极)3进行搭接(搭接时催化剂层42、44与固体高分子膜1相邻接)，由此构成单元电池4，该单元电池4和非透气性的燃料气体供给隔离体5进行搭接，该隔离体与具有导电性，并且形成了向燃料极2内供给反应气体的燃料气体供给通路46。把设置了冷却水供给槽47的冷却水供给隔离体7搭接到燃料气体供给隔离体5上，并且，在氧化剂极3上搭接具有导电性的非透气性的氧化剂气体供给隔离体6，其上形成了用来供应反应气体的氧化剂气体供给槽48。
若把以氢为主要成分的燃料气体供给到燃料极2，把空气等氧化剂气体供给到氧化剂极3，则在单元电池4的一对电极上进行以下电化学反应，在电极2、3之间产生电动势。
燃料极2：           (公式2)
氧化剂极3：     (公式3)
在燃料极2的催化剂层42，如(公式2)所示，将供给的氢离解成为氢离子和电子，氢离子通过固体高分子膜1、电子通过外部电路后分别向氧化剂极3移动。
另一方面，在氧化剂极3的催化剂层44，如(公式3)所示，供给的氧化剂气体中的氧和上述氢离子以及电子进行反应，生成水，这时通过外部电路的电子能变成电流，供给电力。
而且，利用(公式2)、(公式3)的反应而生成的水和电池中未消耗的气体(已反应气体)一起被排出到电池外面，并且，(公式3)的反应是发热反应，所以，随着燃料电池的发电，燃料电池本体11发热。
因此，通常使冷却水在冷却水供给隔离体7内流通，或者利用下述氧化剂极3处的水蒸发的潜热冷却方式，对燃料电池本体11进行冷却。
但是，上述固体高分子膜1，已知的是离子导电性的全氟碳磺酸(NafionR：美国杜帮公司生产)等。该固体高分子膜1具有如下特征：在分子中具有氢离子的交换基，通过进行饱和水合而具有离子导电性电解质的功能，相反，若膜的含水量减少，则离子阻抗增大，电解质功能下降。因此，在固体高分子型燃料电池中，为了获得良好的电池性能，必须使固体高分子膜1经常为饱和水合。
以下参照图13的系统图，说明过去的固体高分子型燃料电池发电系统，但图13省略了流体控制用阀门、温度和压力的测量仪器。
以下说明系统的构成。在发电用的燃料使用甲醇等碳氢化合物的情况下，必须用改性器10来使碳氢化合物和水蒸气进行反应，变换成以氢为主要成分的燃料气体。改性的燃料气体供给到燃料电池本体11内，氢被电池反应消耗。未被消耗的氢、CO2等惰性气体和水蒸汽，作为已反应气体从燃料电池本体11中排出。
已反应气体在电池出口处由冷却器15进行冷却并回收水分后用改性器10进行燃烧。而且，在利用纯氢作为燃料的情况下，能直接供给到燃料电池内，所以，不需要改性器10，系统比较简单。
通常是例如用鼓风机14对空气加压后而作为氧化剂供给到燃料电池本体11内。供给到燃料电池本体11内的空气预先需要加湿，所以在氧化剂气体供给线上设置加湿器12。
在燃料电池本体11内氧被消耗后的剩余的已反应气体、生成水、从燃料极侧移动的水蒸气作为已反应气体被排出到燃料电池本体11外。已反应气体在电池出口处由冷却器15进行冷却，由冷凝水筒16回收水分后排放到大气中。
另一方面，燃料电池本体11随着发电而产生反应热，所以，从水供给系统13来的冷却水，依次通过冷却板17和加湿器12在水供给系统13内循环，于是对燃料电池本体11进行冷却。用已反应气体和冷却水来回收的热以温水方式提供使用。
并且，在固体高分子型燃料电池发电系统中水的自立供应是必不可少的，所以，在上述系统中对从燃料电池本体11中排出的已反应气体中所包含的水分进行回收，分别用于燃料改性、空气加湿、燃料电池本体的冷却等。
上述过去的技术存在以下问题。
(a)在对向燃料电池本体内供给的反应气体预先进行加湿的系统中，为了对反应气体进行加湿，使用从燃料电池的已反应气体中回收的水，但需要利用加湿器12来使大量的水在反应气体中蒸发，必须把相应的热量(蒸发潜热)加到水中，所以需要大的加湿器12。这就妨碍了发电系统的小型化和轻量化。
(b)在通过冷却水的循环来控制燃料电池本体11的工作温度的系统中，为了循环大量冷却水进行温度控制，需要大的供水系统13(泵、冷凝水筒、控制装置等)。并且，由于需要对发电没有作用的冷却水供给隔离体(亦称隔板)7作为燃料电池本体11的构件，所以，使燃料电池本体的体积增大。这就妨碍了发电系统的小型化、轻量化和低成本化。
发明内容
因此，本发明的第1目的是提供一种固体高分子型燃料电池，即使预先不对反应气体加湿也能防止固体高分子膜干燥，而且，不需要冷却水循环系统，在高负荷时或负荷变动大时也能稳定地发电。
本发明的第2目的是提供一种在对多个单元电池进行叠层而构成的燃料电池中、能均匀地向各单元电池供水的廉价的固体高分子型燃料电池。
本发明的第3目的是提供一种在负荷变动时能稳定发电的固体高分子型燃料电池系统。
在第1个发明涉及的固体高分子型燃料电池中，包括：
多个单元电池，其中，在固体高分子膜的两面上分别配置了具有催化剂层的燃料极和具有催化剂层的氧化剂极；
反应气体供给隔离体，设有，用于向上述各单元电池的上述燃料极供给燃料气体的燃料气体供给通路；
导电性多孔防水层，设置在上述燃料极的催化剂层和上述反应气体供给隔离体之间；以及
供水装置，用于向上述燃料气体供给通路供给液状的水。
若采用第1个发明，与燃料气体一起供给的水的一部分在燃料气体供给槽中变成水蒸气，通过在燃料极上形成的多孔质体到达催化剂层内。在燃料极的催化剂层中随着燃料气体的消耗，水蒸汽凝结变成水，通过固体高分子膜向氧化剂极移动进行蒸发。这样，固体高分子膜平常保持在湿润状态下，氧化剂气体不需要加湿。
在此，在燃料极上形成的导电性多孔性防水层发挥重要作用。也就是说，防水层容易通过水蒸气，但能防止液体(液状)的水通过，所以通过向燃料气体供给通路内供给过剩的水，能供给由氧化剂极蒸发的充分水量，而且，能防止因催化剂层过分濡湿而造成电压下降。因此，由于负荷变动时能预先设定较多的供给水量，所以，即使负荷变动很大时也能稳定地运转。
在第2个发明涉及的固体高分子型燃料电池中，包括：
多个单元电池，其中，在固体高分子膜的两面上分别配置了具有催化剂层的燃料极和具有催化剂层的氧化剂极；
反应气体供给隔离体，设有用于向上述各单元电池的上述燃料极供给燃料气体的燃料气体供给通路；
导电性多孔防水层，设置在上述燃料极的催化剂层和上述反应气体供给隔离体之间；以及
加湿潜热冷却装置，通过向上述燃料气体供给通路供给液状的水，对上述固体高分子膜进行加湿，同时对上述反应气体供给隔离体进行潜热冷却。
若采用第2个的发明，在氧化剂极对来自燃料极的移动水和由电池反应生成的反应水进行蒸发。当水蒸发时，吸收约539cal/g(卡/克)的蒸发潜热，所以，氧化剂气体吸收通过电池反应而产生的热，对燃料电池本体进行潜热冷却，被排出到电池本体外部。潜热的冷却能力取决于燃料电池本体内的水蒸发量，所以，燃料电池本体的温度越高，燃料电池本体的温度和供给的氧化剂气体的露点温度差越大，并且，氧化剂气体的利用率越低，则水的蒸发量越多，潜热冷却能力越大。
因此，供给的氧化剂气体的露点温度和氧化剂气体的利用率为一定的情况下，燃料电池本体的温度低时潜热冷却量小，燃料电池本体的温度上升。再者，燃料电池本体的温度充分增高时，潜热冷却量增大，不久，燃料电池本体的发热量和潜热冷却量达到平衡，燃料电池本体的温度变成一定。
并且，即使氧化剂气体的露点温度、负荷电流、反应气体的利用率、周围温度等运行条件变化的情况下，即使不从外部控制温度，也能使燃料电池本体温度变化直到发热量和潜热冷却量达到平衡并稳定下来。因此，不需要对燃料电池本体温度进行控制的装置。并且，水的蒸发潜热与水的显热相比，前者非常大，供给燃料电池本体的水量极少，所以不需要对供给的水温进行控制。
但是，若不能向燃料电池本体供给为对发热量进行潜热冷却所必须的充分水量，则燃料电池本体的温度异常上升。所以，为了供给对发热量进行冷却所必须的水，其水量控制装置很重要。
根据以上情况，能简化燃料电池本体，能实现小型化、轻量化和低成本化。
由于上述情况，第2个发明涉及的固体高分子型燃料电池，在将多个单元电池进行叠层而构成的燃料电池本体内，通过向单元电池的燃料极供水，即使预先不对反应气体加湿也能防止固体高分子膜干燥，而且，不需要大的冷却水循环系统，在高负荷时或负荷变动大时也能稳定地发电。并且，能提供这样一种燃料电池发电系统：即使负荷变化大时，也能通过控制向燃料电池本体内供给适当的水量，即使负荷发生变化，也能进行与发热量相适应的潜热冷却，能稳定的发电。
第3个发明涉及的固体高分子型燃料电池具有以下结构。即，在第1个或第2个发明涉及的固体高分子型燃料电池中，对向上述燃料气体供给通路供给的水量进行控制的水量控制装置。
第4个发明涉及的固体高分子型燃料电池具有以下结构。即，在第1至第3个发明中的任一个涉及的固体高分子型燃料电池中，上述供水装置或上述加湿潜热冷却装置至少包括：水集管，具有贯通上述反应气体供给隔离体的结构；联管箱，形成在该反应气体供给隔离体上所设置的燃料气体供给通路的燃料气体导入部中，用于混合燃料气体和水；以及水供给通路部，在上述反应气体供给隔离体中用于连接上述联管箱和水集管。
若采用第4个发明，从燃料电池外部向贯通燃料气体供给隔离体而配置的水集管供给的水，通过水供给通路，分别供给到各单元电池的燃料气体导入部内所布置的联管箱内。在联管箱内被供应的燃料气体和水进行混合，均匀地配流到燃料气体供给通路内。由于上述情况，能够向燃料电池本体内向积层的单元电池的各燃料气体供给通路内均匀地供水。并且，，至少对反应气体供给隔离体的单面进行加工而设置供水装置，这样，也能同时成形水供给通路(供水装置)，用于在燃料气体供给隔离体上成形气体供给通路时向气体供给通路内供水，因此，能以极低的成本来设置上述供水装置。
第5个发明具有以下结构。即，在第1个至第3个中任一个涉及的固体高分子型燃料电池中，上述供水装置或上述加湿潜热冷却装置至少具有：水集管，具有贯通上述反应气体供给隔离体的结构；联管箱，形成在该反应气体供给隔离体上所设置的燃料气体供给通路的燃料气体导入部内，用于混合燃料气体和水；多孔质体，配设在上述反应气体供给隔离体的上述联管箱内，做为压损部件；以及水供给通路部，在上述反应气体供给隔离体中用于连接上述联管箱和水集管。
若采用第5个发明，则从燃料电池本体外部向贯通反应气体供给隔离体而配置的水集管内供给的水，通过水供给通路，分别供给到在各单元电池的燃料气体导入部内所布置的联管箱内。在联管箱中供给的燃料气体和水进行混合，通过多孔质体，配流到燃料气体供给通路内。在此，由于燃料气体和水的混合流体通过多孔质体时的压损，混合流体在与流向相垂直的方向上扩散，均匀地配流到燃料气体供给通路内。
第6个发明具有以下结构。即，在第1个至第3个中任一个发明的固体高分子型燃料电池中，上述供水装置或上述加湿潜热冷却装置至少具有：水集管，具有贯通上述反应气体供给隔离体的结构；燃料气体供给通路，形成在该反应气体供给隔离体的一个面上；联管箱，形成在该反应气体供给隔离体上所设置的燃料气体供给通路的燃料气体导入部内，用于混合燃料气体和水；水供给通路部，在上述反应气体供给隔离体中用于连接上述联管箱和上述水集管；以及多孔质体，配设在上述反应气体供给隔离体的上述水供给通路内，用作压损部件。
若采用第6个发明，则从燃料电池本体外部向贯通燃料气体供给隔离体而设置的水集管供给的水，通过水供给通路内所布置的多孔质体，分别供给到在各单元电池的燃料气体导入部内所布置的联管箱内。在联管箱中供给的燃料气体和水进行混合，配流到燃料气体供给通路内。
在此，从水集管通过水供给通路上所布置的多孔质体，把水供给到联管箱内，这样，在集管箱内能对水进行分散，使其与燃料气体均匀地混合，能均匀地向燃料气体供给通路内供给混合流。并且，当水流过多孔质体时产生压损，所以能向在燃料电池本体内积层的单元电池内均匀地供水。
再者，通过选择多孔质体的气孔径，燃料气体压力高于供给水压力，也能防止由于多孔质体的毛细管力引起的燃料气体向供水侧漏泄。
第7个发明具有以下结构。即，在第1个至第3个中任一个发明涉及的固体高分子型燃料电池本体中，上述供水装置或上述加湿潜热冷却装置至少具有：水集管，具有贯通上述反应气体供给隔离体的结构；燃料气体供给通路，形成在该反应气体供给隔离体的一个面上；水供给通路，形成在上述反应气体供给隔离体的、与燃料气体导入部相反一侧的背面上，与上述水集管连通，其中，该燃料气体导入部存在于上述反应气体供给隔离体的、形成了上述燃料气体供给通路的面上；以及连通孔，在上述反应气体供给隔离体中连接上述燃料气体导入部和上述水供给通路。
若采用第7个发明，则从燃料电池本体外部向贯通燃料气体供给隔离体而设置的水集管内供应的水，通过水供给通路，通过各单元电池的燃料气体导入部内所布置的连通孔，分别供给到燃料气体导入部内。在燃料气体导入部内供应的燃料气体和水进行混合，流入到燃料气体供给通路内。
在此，由于在各燃料气体供给通路内设置了连通孔，所以，能减小设置在燃料气体导入部内的联管箱，能向各燃料气体供给通路内均匀地供水。
第8个发明具有以下结构。即，第1个至第3个中任一个发明涉及的固体高分子型燃料电池本体中，上述供水装置或上述加湿潜热冷却装置至少具有：水集管，具有贯通上述反应气体供给隔离体的结构；燃料气体供给通路，形成在该反应气体供给隔离体的一个面上；水供给通路，形成在上述反应气体供给隔离体的、与燃料气体导入部相反一侧的背面上，与上述水集管连通，其中，该燃料气体导入部存在于上述反应气体供给隔离体的、形成了上述燃料气体供给通路的面上；连通孔，在上述反应气体供给隔离体中连接上述燃料气体导入部和上述水供给通路；以及多孔质体，作为压损部件而配置，遮盖上述连通孔。
若采用第8个发明，则与第7个发明一样，能减少设置在燃料气体导入部内的联管箱，能向各燃料气体供给通路内均匀地供水。并且，当水流过多孔质体时，产生压损，所以，能向在燃料电池本体内积层的单元电池内均匀地供水。再者，通过选择多孔质体的气孔径，即使燃料气体压力大于供水压力，也能防止由于多孔质体毛细管力而造成燃料气体向供水侧泄漏。
第9个发明具有以下结构。即，第5、6、8个发明中的任一个涉及的固体高分子型燃料电池本体中，上述多孔质体的平均气孔径为20μm以下(不含0)。
若采用第9个发明，则通过使多孔质体的平均气孔径达到20μm以下，能使多孔质体的气孔中所保持的水的毛细管力达到5kp以上。在5kp以下的差压时，多孔质体对气体具有液封效果。
但是，在燃料电池本体中，燃料气体供给通路的压损越小越好，当燃料通过燃料供给通路时通常产生3kPa左右的压损。因此，燃料气体供给压力必须设定在此以上。于是，在供水系统的故障使供水压力消失的情况下，燃料气体的压力会比供水压力大3kPa以上。使多孔质体的平均气孔径为20μm以下，这样，即使发生上述故障，也不会使燃料气体漏泄到供水侧。
第10个发明涉及的固体高分子型燃料电池发电系统，包括：多个单元电池，其中，在固体高分子膜的两面上，分别配置了具有催化剂层的燃料极和具有催化剂层的氧化剂极；反应气体供给隔离体，设有用于向上述各单元电池的上述燃料极供给燃料气体的燃料气体供给通路；导电性多孔防水层，设置在上述燃料极的催化剂层和上述反应气体供给隔离体之间；向上述燃料气体供给通路供给液状水的供水装置或者加湿潜热冷却装置，上述加湿潜热冷却装置的作用是，通过向上述燃料气体供给通路供给液状水，对上述固体高分子膜进行加湿，同时对上述反应气体供给隔离体进行潜热冷却；热回收装置，回收从上述单元电池排出的燃料废气和来自氧化剂废气的水的热量；回收水供给装置，用于供给由上述热回收装置回收的回收水；以及供给水量控制装置，用于控制来自上述回收水供给装置的供给水量。
若采用第10个发明，则向燃料极供给水进行潜热冷却的固体高分子型燃料电池本体中排放出的燃料废气和氧化剂废气，从这两种废气中回收水，并将其和燃料气体一起供给到燃料电池本体的燃料极上。向燃料极供水进行潜热冷却的固体高分子型燃料电池本体，燃料废气中所含的水量和氧化剂废气中所含的水量一样较多，通过从两种废气中回收水，能确保系统内需要的水。
并且，向燃料极供给的水流量取决于燃料电池本体的发热量，所以，若该水流量过少，则不能获得充分的潜热冷却性能；并且若该水流量过剩，则供给多余的水，使系统效率降低，所以通过控制供水量，能使系统保持稳定的高效率。
再者，上述的第10个发明，还具有以下效果。
(1)不需要氧化剂气体的加湿器。
(2)水潜热产生的冷却能力大于水显热产生的冷却能力，所以，与过去显热冷却所需的对燃料电池本体的冷却水供给量相比较，只要极少量的水供给即可。因此，能使水回收系统和水供给系统小型化，轻量化，所以，能使整个发电系统小型化、轻量化。
第11个发明具有以下结构。即，在第10个发明涉及的固体高分子型燃料电池发电系统中，对上述供水量进行控制的供给水量控制装置具有：运算装置，根据各单元电池的发电电压和负荷电流来计算给水量；以及定量泵，根据上述运算装置的运算结果信号，来控制回收水的供给水量。
若采用第11个发明，则根据发电电压和负荷电流来计算燃料电池本体的发热量，把能对该发热量进行潜热冷却的水量，通过定量泵而供给到燃料电池本体内。因此，即使负荷电流等运转条件发生变化，也能随时把最佳量的水供给到燃料电池本体内，即使负荷变化很大时也能稳定地发电，能使系统随时保持高效率。
第12个发明具有以下结构。即，在第9个或第10个本发明涉及的固体高分子型燃料电池发电系统中，当发电电压为V(V/单元)、负荷电流为I(A)、叠层电池片数为C(单元)、水的蒸发潜热为h(J/g)、由电池反应而产生水蒸气时的生成热函变化为ΔH(J/mol)、法拉第常数为F(C/mol)时，上述运算装置根据(公式4)求出供给水量W(g/min)，上述供给水量控制装置进行供水控制，向上述燃料气体供给通路供给上述供给水量的20倍以内的任意水量。
W＝30·I·C·(ΔH/F-2V)/h……(公式4)
若采用第12个发明，则可利用上述(公式4)来计算对燃料电池本体进行潜热冷却所需的供水量。(公式4)是具有以下蒸发潜热量的水量，该热量相当于因电池反应而生成的水全部变成水蒸气时根据发电电压和负荷电流而计算机出的发热量(应当冷却的发热量)。按上式计算机出的值以上的水量供给到燃料电池本体内，即可正常确保最大的潜热冷却能力。即使高负荷时和负荷变化大时也能获得稳定的电池特性。并且，若供水量达到计算量的20倍以上，则各单元电池的电池电压产生误差。这是因为供给过剩的水而使向各单元电池内供给的氢气的配流产生误差。在通常的负荷电流变动范围(10％~100％)内，若按10倍量以上的幅度来控制供水，则能稳定运转。由于上述原因，因电池反应而生成的水全部变成水蒸气时根据发电电压和负荷电流而计算机出的发热量(应当冷却的发热量)，具有相当于上述发热量的蒸发潜热量的水量以上，其20倍以下的水供给到燃料电池本体内，这样进行控制，即使负荷变动很大时也能稳定发电，能使系统经常保持高效率。
而且，上述(公式4)可按以下推导式进行推导。
推导式：
当负荷电流为I(A)时，流入到一片电池内的电量为I(C/sec：库仑/秒)。于是1分钟流过的电量为60·I(C/min：库仑/分)。在此，若消耗氢1mol(克分子)则可获得2·F(C)的电量。式中，F(C/mol)是法拉第常数。于是，当负荷电流为I(A)时一片电池所消耗的氢量可按(公式5)进行计算。
60·I/2F＝30·I/F            (公式5)
于是，积层电池片数C(单元)的叠层所消耗的氢量M(mol/min：分子/分)可以根据负荷电流I(A)、积层电池片数C(单元)和法拉第常数F(C/mol)按(公式6)进行计算。
M＝30·I·C/F                (公式6)
在固体高分子型燃料电池本体中因电池反应而生成的水全部变成蒸气的(公式7)的反应中的生成热函变化若为ΔH(J/mol)，则
       (公式7)
消耗氢的总能量变化U(J/min)可按(公式8)进行计算。
U＝ΔH·M＝30ΔH·I·C/F     (公式8)
燃料电池本体的发热量Q(J/min)变化成从消耗氢的总能量变化U(J/min)中减去发电能力后所得的量，所以，设单元电池的电池电压为V(V/单元)，则发热量可按(公式9)来计算。
Q＝U-60·I·V·C             (公式9)
若把(公式8)代入(公式9)，则
Q＝30·I·C·(ΔH/F-2·V)    (公式10)
于是，应当冷却的发热量可按(公式10)计算。其中，供给水的显热和供给的反应气体的显热所产生的冷却量较小，在实际设备中，燃料电池本体被隔热，防止从燃料电池本体表面上散热，所以具有相当于上述发热量Q的潜热冷却量的水量，即使少也必须供给到燃料电池本体内。
设供水量为W(g/min)，水的蒸发潜热为h(J/g)，则
W＝Q/h                           (公式11)
若把(公式10)代入到(公式11)内，则
W＝30·I·C·(ΔH/F-2V)/h        (公式12)
式中，C、F为常数，ΔH、h取决于温度，但基本上可看作是常数。于是，可以按照(公式12)，根据发电电压和负荷电流来计算对燃料电池本体进行潜热冷却所必须的最低供水量。
附图说明
图1是说明涉及本发明第1实施方式的固体高分子型燃料电池的结构的剖面图。
图2A和图2B是说明图1的实施方式中的反应气体供给隔离体的燃料气体导入部结构的图。
图3是说明图1的实施方式中的固体高分子型燃料电池发电系统的系统图。
图4是说明本发明的潜热冷却机理的图。
图5是说明本发明的对燃料极的供水量和电池运转温度及电池电压之间关系的图。
图6A和图6B是说明图1的实施方式中的反应气体供给隔离体的燃料气体导入部结构的图。
图7A和图7B是说明本发明的第2实施方式中的反应气体供给隔离体的燃料气体导入部结构的图。
图8A和图8B是说明本发明的第3实施方式中的反应气体供给隔离体的燃料气体导入部结构的图。
图9A和图9B是说明本发明的第3实施方式中的反应气体供给隔离体的燃料气体导入部结构的图。
图10A和图10B是说明本发明的第4实施方式中的反应气体供给隔离体的燃料气体导入部结构的图。
图11A和图11B是说明本发明的第5实施方式中的反应气体供给隔离体的燃料气体导入部结构的图。
图12是表示现有的固体高分子型燃料电池的基本结构的一例的概念剖面图。
图13是表示现有的固体高分子型燃料电池发电系统的系统图。
具体实施方式
以下参照附图，详细说明本发明的实施方式。
<第1实施方式>
图1是说明涉及本发明第1实施方式的固体高分子型燃料电池用的概念剖面图。燃料电池本体11是把多个下述基本构成02机械地叠加后将它们电气串联连接。而且，在图1中，省略了叠层面之间的密封剂、用于向各气体供给槽内供给反应气体的气体集管、供水槽、水集管和叠层端部的结构。
各基本构成02具有：单元电池4，其中，在具有离子导电性的固体高分子膜1的一个板面上，布置燃料极(电极)2，该燃料极2是把形成了防水层的导电性多孔质体51设置在基片41和催化剂层42之间而构成的，在固体高分子膜1的另一个板面上，设置了由基片43和催化剂层44构成的氧化剂极(电极)3(搭接时催化剂层42、44与固体高分子膜1相邻接)；以及形成有燃料气体供给通路例如多个燃料气体供给槽22和多个氧化剂气体供给槽49的反应气体供给隔离体8，该燃料气体供给槽22与燃料极2的基片41搭接，是用于向板面供给燃料气体的燃料气体供给通路，该氧化剂气体供给槽49搭接到与该单元电池4不同的、相邻的单元电池4的氧化剂极3的基片43上，并搭接到板面上向板面供给氧化剂气体。
将50块这样的基本构成02进行叠层而制成了燃料电池本体11。在此情况下，固体高分子膜1例如使用杜帮公司的“Nafion”，并且，基片41、43例如使用气孔率80％的碳纸。再者，燃料极2的多孔质体51例如使用这样的材料，即可由碳粉和聚四氟乙烯构成的浆料涂敷到基片41上后，在360℃下进行热处理而制成。催化剂层42、44例如使用在碳中加入40％的铂作为催化剂。反应气体供给隔离体8例如使用通过模压加工而形成沟槽的碳板。
这样构成的第1实施方式的燃料电池，由于没有叠层过去的冷却水供给隔离体7，所以，与过去的燃料电池本体相比，能使叠层高度减小25％。
在上述第1实施方式中，只在燃料极2上形成了导电性多孔质体51，但同样，也可以在氧化剂极3的基片43和催化剂层44之间形成导电性多孔质体。
以下参照图2A和2B，说明反应气体供给隔离体8的结构，图2A是表示隔离体8概要的俯视图。图2B是沿图2A的A-B线剖切并从箭头方向看的剖面图。如图2A所示，在隔离体8的一个板面(上面)的周缘部的上方一侧，形成了由多个穿通孔构成的燃料气体集管20，该穿通孔在横向上在壁厚方向上形成穿通状态；并且，在隔离体8的周缘部的侧方，形成了由多个穿通孔构成的水集管21，该穿通孔在纵向壁厚方向上形成穿通状态；在隔离体8的一个板面(上面)的中央部，从离开燃料气体集管20的距离相当于规定区域的燃料气体导入部23的位置，分别等间隔地形成了朝向下方的多个直线状燃料气体供给槽22。
在隔离体8的一个板面(上面)上的燃料气体导入部23的水平方向上，形成了供水槽28，该供水槽28分别与构成水集管21的穿通孔之一和各燃料气体供给槽22相连通。再者，隔离体8的一个板面(上面)上的燃料气体导入部23处，在供水槽28和各燃料气体供给槽22的上端之间，与各燃料气体供给槽22各自的中心相对应形成了多个突起25。
如图2A所示，在隔离体8的一个板面(上面)上，形成与燃料气体集管20邻接的多个隔壁24。在此情况下，各隔壁24位于构成该集管的穿通孔的相互之间，从该集管20来的燃料气体例如分别按最短距离被引导到各燃料气体供给槽22内。以上的隔离体8例如通过模压加工而制成，各隔壁24、各突起25、供水槽28、燃料气体供给槽22均在模压加工时同时形成。
在以上结构的隔离体8中，燃料气体从贯穿隔离体而配置的燃料气体集管20进行分支，供给到设置在燃料气体导入部23上的联管箱26内。
并且，水从穿过隔离体8而配置的水集管21进行分支，从供水槽28供给到联管箱26内。供给到联管箱26内的水，在联管箱26内混合在燃料气体中，该混合气体被配流到各燃料气体供给槽22内。
在叠层上述基本构成02而成的燃料电池本体11中，把燃料气体和水分别配流到各隔离体8之后，在联管箱26内混合，供给到燃料气体供给槽22内，所以，通往各隔离体8的燃料气体和水的配流是均匀的。
供水槽28和燃料气体供给槽22同时进行模压加工(对粉体进行加压使其固化)，所以，其制作成本能和过去的隔离体一样。
图6是说明图2的变形例的图，图6A是表示隔离体8的概况的俯视图，图6B是沿图6A的A-B线剖切并从箭头方向看的剖面图。在此情况下，为了增加供水槽(沟槽)28的数量并扩大联管箱26的区域，燃料气体集管20和水集管21形成的位置与图2相反，与水集管21相邻接形成了多个隔壁29。这样，通过增加供水槽28的数量并扩大联管箱26的区域，使进入燃料气体中的水分散得更均匀。
而且，图2和图6的隔离体8，也可以在一块隔离体构成板的对置面上形成燃料气体供给槽22和氧化剂气体供给槽。并且，和过去的技术一样，也可以将在单面上形成了燃料气体供给槽的燃料气体供给隔离体和在单面上形成了氧化剂气体供给槽的氧化剂气体供给隔离体，互相背靠背地贴合在一起而制成。
以下参照图3的系统图，说明采用了具有图1和图2或图6所示构成的燃料电池本体的、本发明的固体高分子型燃料电池发电系统的实施方式。而且，在图3中省略了流体控制用的阀门、温度/压力测量设备、以及控制装置。
图3不设置在图13所示的过去技术中说明的加湿器12、供水系统13、冷却器15、冷却板17，而新设了以下说明的热回收系统30、运算·控制装置34、膜片式定量泵32和叠层供水线33。
热回收系统30构成本发明的水回收装置，例如设置在燃料电池本体11的燃料极2和氧化剂极3以及冷凝水筒16的管道线路上。回收从燃料电池本体11中排出的燃料废气和氧化剂废气中的水的热量。
运算·控制装置34构成本发明的水量控制单元，例如根据燃料电池本体11的发电电压和负荷电流来大概计算的给水量，其详细情况待以后叙述。
定量泵32设置在对冷凝水筒16和改性器10进行连接的改性水供给线18、以及对冷凝水筒16和燃料电池本体11的燃料极2进行连接的重叠供水线33这二者的中途，根据运算·控制装置34的运算结果信号，来控制回收水的供水量。
在图1~图3、图6中，例如由集管21、燃料气体供给槽22、燃料气体导向部23、联管箱26、供水槽28、和下述的多孔质体5，来构成本发明的供水装置。
在这种结构中，燃料使用甲醇，利用改性器10来对以氢气为主要成分的燃料气体进行改性后，供给到燃料电池本体11内，并且，从燃料电池本体11中排出的燃料废气由热回收系统30进行冷却，对水分回收后，用改性器10进行燃烧后放出到大气中。
另一方面，利用鼓风机14把大气中的空气作为氧化剂气体直接供给到燃料电池本体11内。从燃料电池本体11中排出的氧化剂废气由热回收系统30进行冷却回收水分后，放出到大气中。从燃料废气和氧化剂废气中回收的水，回收到冷凝水筒16中，利用定量泵32，分别供给到燃料电池本体11的燃料极2和改性器10内。
供给到燃料电池本体11的燃料极2上的水量，由运算·控制装置34进行控制。在运算·控制装置34根据已测出的燃料电池本体11的发电电压V和负荷电流I按(公式13)来计算最低供水流量W，并对膜片泵的振动周期进行控制，以便向燃料电池本体11内供给最低供水流量W的2倍量的水。
W＝30·I·C·(ΔH/F-2V)/h             (公式13)
最低供水量：W(g/min)、发电电压：V(V/单元)、负荷电流：I(A)、积层电池片数：C(单元)、水的蒸发潜热：h(J/g)、因电池反应而发生水蒸气时的反应生成热函变化(反応生成エンタルピ一変化)：ΔH(J/mol)、法拉第常数：F(C/mol)，上述的燃料电池发电系统从常温进行起动。若开始从燃料电池本体11中取出负荷电流，则燃料电池本体11的温度徐徐上升，在负荷电流0.4A/cm2(116A)、燃料利用率70％、空气利用率40％的运转条件下，稳定在约77℃左右。这时的电池电压为0.7V/单元。
上述运转条件下的最低供水量W根据式(13)为85cc/min，所以，供水量是170cc/min。在用冷却水的显热来对等量的发热量进行冷却的情况下，若使温度差为3℃，则需要供给15281cc/min的冷却水。可以看出，用完全潜热冷却来供应的水量极少。
再者，随着供给的空气的露点温度、供给的水的温度、周围的温度、负荷电流、空气利用率等运转条件的变化，燃料电池本体的温度在74℃~80℃范围内变化。但无论在那种情况下，也都能对燃料电池本体完全进行潜热冷却，能稳定地发电。而且，即使负荷电流在0.1A/cm2(29A)~1A/cm2(290A)的范围内进行变动的情况下，也能使供水量在35cc/min~542cc/min范围内变动，能对燃料电池本体完全进行潜热冷却。
以下参照图4，说明潜热冷却的机理。与燃料气体一起供给的水的一部分，在燃料气体供给槽22变成水蒸气，通过在燃料极2上形成的作为防水层的导电性多孔质体51，到达催化剂层42。在燃料极2的催化剂层42中随着燃料气体的消耗，水蒸汽进行冷凝变成水，通过固体高分子膜1，移动到氧化剂极3上进行蒸发。
因此，固体高分子膜1经常保持在湿润状态(加湿、保湿)下，不需要氧化剂气体的加湿。在此，在燃料极2上形成的多孔质体51具有重要作用。也就是说，多孔质体51容易使水蒸气通过，能防止液体的水通过，所以，通过向燃料气体供给槽22内供给过剩的水，能供给在氧化剂极3上蒸发的充分的水量，而且能防止因催化剂层42、44的过剩漏泄而造成的电压下降。
而且，根据实验结构，在燃料极上不形成多孔质体51的例子中，随着运转时间的经过，电池电压徐徐下降。这是因为供给的水使催化剂层42、44过分濡湿，极化作用增大。
另一方面，在氧化剂极3上，移动水和因电池反应而生成的反应水进行蒸发。当水蒸发时，吸收539cal/g的蒸发潜热，空气吸收由电池反应产生的热量，对燃料电池本体11进行潜热冷却，然后被排出到燃料电池本体11外部。
潜热的冷却能力取决于燃料电池本体11内的水的蒸发量，所以，燃料电池本体11的温度越高、燃料电池本体11的温度和供给的空气露点温度的差越大、空气利用率越低，则水的蒸发量越增加，潜热冷却能力越高。
因此，供给的空气露点温度和空气利用率为一定的情况下，燃料电池本体11的温度低时，潜热冷却量小，燃料电池本体11的温度上升。相反，若燃料电池本体11的温度相当高，则潜热冷却量增大，不久，燃料电池本体11的发热量和潜热冷却量互相平衡，燃料电池本体11的温度变成恒定。并且，即使在空气露点温度、负荷电流、反应气体利用率、周围温度等运转条件变化的情况下，也即使不从外部进行温度控制，仍能在发热量和潜热冷却量互相平衡之前，燃料电池本体11的温度发生变化后稳定下来。
以下参照图5，说明对燃料极2的供水量、电池运转温度和电池电压的关系。假定在燃料电池本体11中电池反应而生成的水全部变成水蒸气，根据发电电压和负荷电流计算出的发热量，具有与该发热量相当的蒸发潜热量的水量W为1，以供给到燃料极上的水量为横坐标，在纵坐标上分别表示这时的燃料电池本体的温度和电池电压。而且，在本实施方式的运转条件下，最低供水量W为85cc/min。
从图5中可以看出，在供水量为1倍以下的情况下，燃料电池本体温度急剧上升。这是因为在氧化剂极3上的水蒸发量减少，且潜热冷却量减少。这时，固体高分子膜1呈干燥趋势，电池电阻上升，电池电压急剧下降。
另一方面，在供水量为1倍以上20倍以下的情况下，燃料电池本体温度大致恒定，电池电压也稳定。这表示，在供水量为1倍以上的情况下，氧化剂极3的空气饱和度接近100％，能得到充分的潜热冷却量，因此，燃料电池本体11能完全进行潜热冷却。
另一方面，在供水量为20倍以上的情况下，出现电池电压急剧下降的趋势。其原因是过多的供给水阻碍氢的扩散，在燃料极2侧极化作用增大。于是，假定固体高分子型燃料电池本体内因电池反应而生成的水完全变成蒸气，通过向燃料电池本体11供给具有与根据发电电压和负荷电流而计算出的发热量相当的蒸发潜热量的水量以上且其20倍以下的水，这样可使固体高分子膜1保持湿润状态，并且，能够对燃料电池本体11进行完全的潜热冷却，可获得稳定的发电输出。
第1实施方式证明：向燃料电池本体11的燃料极2供给规定量的水，这样就不需要在过去的技术中必需的冷却水供给隔离体7，能减小燃料电池本体11的体积，还能使固体高分子膜1保持湿润状态，可对燃料电池本体11进行完全的潜热冷却，即使负荷变化大时也能稳定地运转。在此，完全的能潜热冷却是指完全不使用过去的图12所示的冷却水供给隔离体7，即可进行潜热冷却。
再者，可以看出，在使用了上述燃料电池本体11的燃料电池发电系统中，不需要过去曾需要的空气的加湿器15，与过去的显热冷却所需的冷却水供给量相比较，用极少量的水供给就可以，所以，能使燃料发电系统小型化、轻量化。
[第2实施方式]
图7A、7B是说明本发明第2实施方式的图，图7A是表示隔离体8的概况的俯视图，图7B是沿图7A的A-B线剖切并从箭头方向看的剖面图。如图7A所示，在反应气体供给隔离体8中，在联管箱26上设置了作为压损部件(流体均匀配列部件)的多孔质体50，其他方面与图2相同。
在此，多孔质体50可以是利用树脂对耐蚀性材料进行粘结而制成的复合材料、无纺布、烧结体、丝网等具有与内部连通气孔的任何材料。希望采用耐蚀性良好、价格低廉的碳材。
其结果，燃料气体从穿通隔离体8设置的燃料气体集管20处进行分支，供给到设置在燃料气体导入部23内的联管箱26。并且，水从穿通隔离体8而设置的水集管21处进行分支，从供水槽28供给到联管箱26。供给的燃料气体和水在联管箱26内变成混合流，通过多孔质体50而配流到燃料气体供给槽22。这里所使用的多孔质体50使用平均气孔径为500μm的金属烧结体。
在第2实施方式中，由于燃料气体和水的混合流通过多孔质体50时的压损，而使混合流在与流向垂直的方向上扩散，在隔离体面内均匀地向燃料气体供给槽22配流。并且在燃料电池本体11中，即使负荷电流密度为1A/cm2的燃料气体流量大的条件下，也能使水和燃料气体均匀混合，能稳定发电。
[第3实施方式]
图8A、8B是说明本发明的第3实施方式的图，图8A是表示供给隔离体8的概要的俯视图，图8B是沿图8A的A-B线剖切并从箭头方向看的剖面图。
本发明实施方式如图8A、8B所示，将概况图6所示的形成在反应气体供给隔离体8内的各隔壁29分别在上下方向的中央部进行切口，并设置与图7相同的作为压损部件的多孔质体50，将各切口部和隔壁29相互之间连接起来，其他方面与图6相同。
通过这样的结构，燃料气体从穿通隔离体8而设置的燃料气体集管20处进行分支，供给到设置在燃料气体导入部23内的联管箱26。并且，水从穿通隔离体8而设置的水集管21处进行分支，从供水槽28供给到联管箱26内。供给的燃料气体和水在联管箱26内变成混合流，通过多孔质体50，配流到燃料气体供给槽22。
在第3实施方式中，把水从水集管21通过设置在供水槽28内的多孔质体50后供给到联管箱26，这样，在联管箱26内水的分散良好，能与燃料气体均匀混合，能把混合流均匀地供给到燃料气体供给槽22。
并且，在燃料电池本体11中，即使在负荷电流密度为1A/cm2的燃料气体流量大的条件下，也能使水和燃料气体均匀混合，能稳定发电。
而且，在构成供水部的供水槽28内设置的多孔质体50为平均气孔径20μm的碳无纺布，假设发电中出现故障，停止供水。这时，燃料气体集管20内的燃料气体压力比水集管21的压力高5kPa，但燃料气体没有漏入到水集管21内。
图9A、9B说明本发明的第3实施方式的变形例，图9A是表示隔离体8的概况的俯视图，图9B是沿图9A的A-B线剖切并从箭头方向看的剖面图。本实施方式如图9所示，在概况图6所示的反应气体供给隔离体8中所形成的各隔壁29之间，设置了与图7相同的作为压损元件的多孔质体50，其他方面与图6相同。使用图9的结构，也能获得与图8相同的作用效果。
[第4实施方式]
图10A、10B是说明本发明的第4实施方式的图，图10A是表示隔离体8的概况俯视图，图10B是沿图10A的A-B线剖切并从箭头方向看的剖面图。
本实施方式中，不具有概况图2中的形成在反应气体供给隔离体8上的许多突起25，而是把多个燃料气体供给槽22分别延长到该处，在反应气体供给隔离体8的、与形成了燃料气体供给槽22的面上所存在的燃料气体导入部23相反一侧的背面上，形成与水集管21相连通的供水槽28，并按等间隔形成了对燃料气体导入部23和供水槽28进行连接的许多连通孔31。各连通孔31与各燃料气体供给槽22一对一地相对应，在此情况下，把各连通孔31的直径例如定为0.5mm。其他结构与图2相同。
这样，在第4实施方式中，通过直接向各燃料气体供给槽22供水，能使其与燃料气体均匀地混合，能在隔离体面内把混合流均匀地供给到燃料气体供给槽22。
并且，即使负荷电流密度为1A/cm2的燃料气体的流量较大的条件下，也能使水和燃料气体均匀混合，能稳定发电。而且，连通孔31的数量和直径并不限于实施方式，任意设定也能获得同样效果。连通孔31的孔径越小越好，但实际上取决于燃料气体供给槽22的制造技术。
[第5实施方式]
图11A、11B是说明本发明的第5实施方式的图，图11A是表示隔离体8的概况俯视图，图11B是沿图11A的A-B线剖切并从箭头方向看的剖面图。本发明实施方式中，在图10所示反应气体供给隔离体8的、与形成了燃料气体供给槽22的面相反一侧的背面上所形成的供水槽28中，为了遮盖各连通孔，设置了与图7相同的作为压损部件的多孔质体50。
在此情况下，连通孔31的直径定为9mm，多孔质体50使用平均气孔径为10μm、厚度为50μm的碳制无纺布。
由于这种结构，本实施方式能均匀地混合燃料气体，能把混合流均匀地供给到燃料气体供给槽。并且，即使在负荷电流密度为1A/cm2的燃料气体的流量较大的条件下，也能稳定发电。其次，假定发电过程中出现故障，把燃料气体集管20内的燃料气体压力设定为比水集管21的压力大8kPa，但燃料气体未漏入水集管21内。
若采用以上说明的本发明，则可获得以下作用效果。
也就是说，能提供这样的燃料电池本体：在对多个单元电池进行叠层而制成的燃料电池本体中，设置用于向燃料气体供给通路的燃料气体导入部供给液态的水的供水装置，或者设置在燃料气体供给通路中通过向燃料气体导入部供给液态的水、而对固体高分子膜进行加湿的同时对反应气体供给隔离体进行潜热冷却的加湿潜热冷却装置，这样，即使不预先对反应气体进行加湿，也能防止固体高分子膜干燥，即使高负荷时或者负荷变动大时也能稳定地发电。此外，还能获得以下效果。
(1)由于不需要为了冷却燃料电池本体而像过去那样设置冷却水供给隔离体，所以，能使燃料电池本体小型化、轻量化。
(2)由于不需要过去为冷却燃料电池本体而曾经必需的大的冷却水循环系统，所以，能使供水系统小型化、轻量化。
(3)即使不预先对氧化剂气体进行加湿，也不会使固体高分子膜干燥，不需要过去曾经必需的大的加湿器。
并且，加工反应气体供给隔离体的至少一个面来设置供水装置，这样，能使燃料电池本体小型化、轻量化，也能大幅度降低制造成本。
再者，在燃料极的催化剂层和燃料气体供给槽之间，设置了构成防水层的多孔质体，这样，即使向燃料极供给过多的水，也不会由于燃料极上的闪弧现象而使电压降低，供水量允许范围扩大。并且，根据发电电压V(V/单元)和负荷电流I(A)计算合适的供水量，对供给到燃料电池本体内的水量进行控制，这样，即使负荷变动大时也不会出现供水过多或过少，能稳定运转。
根据上述情况，若采用本发明，则能提供结构简单、体积小、重量轻、可靠性高、且因而能降低成本的固体高分子型燃料电池和固体高分子型燃料电池系统。
[变形例]
本发明并不仅限于上述实施方式，可以进行以下变形。虽然已说明了上述实施方式的反应气体供给隔离体8，在与设置了燃料气体供给槽22的面相反的面上形成氧化剂气体供给槽49的一体化结构，但是，也可以分别准备形成了燃料气体供给槽22的部分和形成了氧化剂气体供给槽49的部分，然后对其进行接合、或者单纯地进行搭接。并且，在单元电池相互之间设置的反应气体供给隔离体8，具有如图1所示的形成了燃料气体供给槽22和氧化剂气体供给槽49的结构。但是，不言而喻，在如单元电池的容器侧那样的端部设置的反应气体供给隔离体，可使用仅形成了燃料气体供给槽或者仅形成了氧化剂气供给槽的结构中的任一个。
再者，在上述实施方式的反应隔离体8上设置的燃料气体供给槽22、氧化剂气体供给槽49，均为孔、或者在孔内设置了作为压损部件的多孔质体的结构，也可以是管、或者在管内设置了作为压损部件的多孔质体的燃料气体供给通路、氧化剂气体供给通路中的任一种结构。
并且，在上述实施方式中，以燃料气体供给槽中向燃料气体导入部供水的结构为例进行了说明。但是该供水位置也可以位于构成燃料气体供给通路的、例如燃料气体供给槽的中途。
产业上利用的可能性
本发明的固体高分子型燃料电池本体和固体高分子型燃料电池发电系统也可以用作各种电源，例如车载电源和固定地点安装用电源。

Claims (12)

1、固体高分子型燃料电池，其特征在于，具有：
多个单元电池(4)，其中，在固体高分子膜(1)的两面上分别配置了具有催化剂层(42)的燃料极(2)和具有催化剂层(44)的氧化剂极(3)；
反应气体供给隔离体(8)，设有向上述各单元电池(4)的上述燃料极(2)供给燃料气体的燃料气体供给通路；
导电性多孔防水层，设置在上述燃料极(2)的催化剂层(42)和上述反应气体供给隔离体(8)之间；以及
供水装置，向上述燃料气体供给通路供给液状的水。
2、固体高分子型燃料电池，其特征在于，具有：
多个单元电池(4)，其中，在固体高分子膜(1)的两面上分别配置了具有催化剂层(42)的燃料极(2)和具有催化剂层(44)的氧化剂极(3)；
反应气体供给隔离体(8)，设有用于向上述各单元电池(4)的上述燃料极(2)供给燃料气体的燃料气体供给通路；
导电性多孔防水层，设置在上述燃料极的催化剂层(42)和上述反应气体供给隔离体(8)之间；以及
加湿潜热冷却装置，通过向上述燃料气体供给通路供给液状的水，对上述固体高分子膜(1)进行加湿，同时对上述反应气体供给隔离体(8)进行潜热冷却。
3、如权利要求1或2所述的固体高分子型燃料电池，其特征在于：还具有对向上述燃料气体供给通路供给的水量进行控制的水量控制装置。
4、如权利要求1至3中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，其特征在于，上述供水装置或上述加湿潜热冷却装置至少具有：
水集管(21)，具有贯通上述反应气体供给隔离体(8)的结构；
联管箱(26)，形成在该反应气体供给隔离体(8)上设置的燃料气体供给通路的燃料气体导入部(23)内，用于混合燃料气体和水；以及
水供给通路部，在上述反应气体供给隔离体(8)中连接上述联管箱(26)和上述水集管(21)。
5、如权利要求1至3中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，其特征在于，上述供水装置或上述加湿潜热冷却装置至少具有：
水集管(21)，具有贯通上述反应气体供给隔离体(8)的结构；
联管箱(26)，形成在该反应气体供给隔离体(8)上设置的燃料气体供给通路的燃料气体导入部(23)内，用于混合燃料气体和水；
多孔质体(50)，配设在上述反应气体供给隔离体(8)的上述联管箱(26)内，用作压损部件；以及
水供给通路部，在上述反应气体供给隔离体(8)中连接上述联管箱(26)和上述水集管(21)。
6、如权利要求1至3中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，其特征在于，上述供水装置或上述加湿潜热冷却装置至少具有：
水集管(21)，具有贯通上述反应气体供给隔离体(8)的结构；
燃料气体供给通路，形成在该反应气体供给隔离体(8)的一个面上；
联管箱(26)，形成在该反应气体供给隔离体(8)上设置的燃料气体供给通路的燃料气体导入部(23)内，用于混合燃料气体和水；
水供给通路部，在上述反应气体供给隔离体(8)中连接上述联管箱(26)和上述水集管；以及
多孔质体(50)，配设在上述反应气体供给隔离体的上述水供给通路内，用作压损部件。
7、如权利要求1至3中任一项所述的固体高分子型燃料电池，其特征在于，上述供水装置或上述加湿潜热冷却装置至少具有：
水集管(21)，具有贯通上述反应气体供给隔离体(8)的结构；
燃料气体供给通路，形成在该反应气体供给隔离体(8)的一个面上；
水供给通路，形成在上述反应气体供给隔离体(8)的、与燃料气体导入部(23)相反一侧的背面上，与上述水集管(21)连通，其中，该燃料气体导入部(23)存在于上述反应气体供给隔离体(8)的、形成了上述燃料气体供给通路的面上；以及
连通孔(31)，在上述反应气体供给隔离体(8)中连接上述燃料气体导入部(23)和上述水供给通路。
8、如权利要求1至3中任一项所述的固体高分子型燃料电池，其特征在于，上述供水装置或上述加湿潜热冷却装置至少具有：
水集管(21)，具有贯通上述反应气体供给隔离体(8)的结构；
燃料气体供给通路，形成在该反应气体供给隔离体的一个面上；
水供给通路，形成在上述反应气体供给隔离体(8)的、与燃料气体导入部(23)相反一侧的背面上，与上述水集管(21)连通，其中，该燃料气体导入部(23)存在于上述反应气体供给隔离体(8)的、形成了上述燃料气体供给通路的面上；
连通孔(31)，在上述反应气体供给隔离体(8)中连接上述燃料气体导入部(23)和上述水供给通路；以及
多孔质体(50)，作为压损部件而配置，覆盖上述连通孔(31)。
9、如权利要求5、6、8中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，其特征在于：上述多孔质体(50)的平均气孔径为20μm以下(不含0)。
10、固体高分子型燃料电池发电系统，其特征在于，具有：
多个单元电池(4)，其中，在固体高分子膜(1)的两面上，分别配置了具有催化剂层(42)的燃料极(2)和具有催化剂层(44)的氧化剂极(3)；
反应气体供给隔离体(8)，设有用于向上述各单元电池(4)的上述燃料极(2)供给燃料气体的燃料气体供给通路；
导电性多孔防水层，设置在上述燃料极(2)的催化剂层(42)和上述反应气体供给隔离体(8)之间；
向上述燃料气体供给通路供给液状水的供水装置或者加湿潜热冷却装置，上述加湿潜热冷却装置的作用是，通过向上述燃料气体供给通路供给液状水，对上述固体高分子膜(1)进行加湿，同时对上述反应气体供给隔离体(8)进行潜热冷却；
热回收装置，回收从上述单元电池(4)排出的燃料废气和来自氧化剂废气的水的热量；
回收水供给装置，供给由上述热回收装置回收的回收水；以及
供给水量控制装置，控制来自上述回收水供给装置的供给水量。
11、如权利要求10所述的固体高分子型燃料电池发电系统，其特征在于，对上述供给水量进行控制的供给水量控制装置具有：
运算装置，根据各单元电池(4)的发电电压和负荷电流来计算给水量；以及
定量泵(32)，根据上述运算装置的运算结果信号，来控制回收水的供给水量。
12、如权利要求10或11所述的固体高分子型燃料电池发电系统，其特征在于：当发电电压为V(V/单元)、负荷电流为I(A)、叠层电池片数为C(单元)、水的蒸发潜热为h(J/g)、由电池反应而产生水蒸气时的生成热函变化为ΔH(J/mol)、法拉第常数为F(C/mol)时，上述运算装置根据(公式1)求出供给水量W(g/min)，上述供给水量控制装置进行供水控制，向上述燃料气体供给通路供给上述供给水量的20倍以内的任意水量。
W＝30·I·C·(ΔH/F-2V)/h      (公式1)
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