JP2002198077A - 燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生成水などが凝縮して成る水に起因する不都
合を抑えると共に、電解質膜が水分不足となるのを防止
する。 【解決手段】 燃料電池１０は、燃料電池１０の傾き状
態を制御可能な３つのジャッキ３１〜３３によってフレ
ーム３０上で支持されている。燃料電池１０の内部温度
が所定の低温状態のときには、上記ジャッキを駆動して
燃料電池１０の傾き状態を制御することで、燃料電池内
部のガス流路から凝縮水を排出する動作を促す。また、
燃料電池１０の内部温度が所定の高温状態のときには、
同じく燃料電池１０の傾き状態を制御することで、燃料
電池内部のガス流路から凝縮水を排出する動作を妨げ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池装置に関
し、詳しくは、単セルを複数積層したスタック構造を有
する燃料電池を備える燃料電池装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、アノード側に水素を、カソ
ード側に酸素を、それぞれ供給されて、これら水素およ
び酸素を利用して電気化学反応を進行することによって
起電力を得るが、この電気化学反応に伴って水（生成
水）を生じる。例えば固体高分子型燃料電池では、電気
化学反応に伴ってカソード側電極で生成水を生じるが、
固体高分子型燃料電池の定常状態における動作温度は６
０〜１００℃程度であるため、上記生成水が燃料電池内
のガス流路中で凝縮してしまうおそれがある。燃料電池
内のガス流路で生成水が凝縮して水滴を成し、これによ
ってガス流路が塞がれてしまうと、燃料電池内における
ガスの流れが妨げられてしまう。そこで従来、燃料電池
内の排水性を高め、生成水によって引き起こされる上記
した不都合の防止が図られてきた。

【０００３】例えば、特開平１１−１１１３１６号公報
には、燃料電池内に形成されるガス流路であるマニホー
ルドにおける排水性を高めるための構成が開示されてい
る。ここでは、排ガスと共に生成水を排出する気水排出
口を燃料電池に設け、燃料電池が傾いたときにもこの気
水排出口が位置する高さが燃料電池全体で常に最も低く
なるように構成している。このような構成とすること
で、燃料電池内で凝縮した生成水の効率的な排出を図っ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように燃料電池内の排水性を積極的に高める構成とす
る場合には、燃料電池内部でドライアップ（電解質膜の
水分不足）が生じやすくなるという問題があった。すな
わち、上記固体高分子型燃料電池が充分な電池性能を維
持するためには、電解質を構成する固体高分子電解質膜
が充分な湿潤状態であることが必要であるが、上記した
ように積極的に排水を行なう構成においては、燃料電池
の内部温度が上昇して飽和水蒸気圧が上昇したときなど
には、固体高分子電解質膜が保持する水分が蒸発して電
解質膜が水分不足となり、電池性能が低下するおそれが
あった。

【０００５】本発明の燃料電池装置は、こうした問題を
解決し、生成水などが凝縮して成る水に起因する不都合
を抑えると共に、電解質膜が水分不足となるのを防止す
ることを目的としてなされ、次の構成を採った。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料電池装置は、単セルを複数積層して成る燃料
電池を備える燃料電池装置であって、前記燃料電池は、
該単セル内で進行する電気化学反応に供されるガスが通
過するガス流路を有し、前記燃料電池の内部温度を検出
する温度検出手段と、前記検出結果に基づいて前記燃料
電池の傾き状態を制御する傾き状態制御手段とを備える
ことを要旨とする。

【０００７】以上のように構成された本発明の燃料電池
装置は、単セルを複数積層して成る燃料電池の内部温度
を検出し、この検出結果に基づいて燃料電池の傾き状態
を制御する。このとき燃料電池では、ガス流路を通過す
るガスが、単セル内で進行する電気化学反応に供され
る。

【０００８】また、本発明の燃料電池装置の運転方法
は、単セルを複数積層して成り、該単セル内で進行する
電気化学反応に供されるガスが通過するガス流路を有す
る燃料電池を備えた燃料電池装置の運転方法であって、
（ａ）前記燃料電池の内部温度を検出する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程における検出結果に基づいて前記
燃料電池の傾き状態を制御する工程とを備えることを要
旨とする。

【０００９】このような本発明の燃料電池装置、およ
び、燃料電池装置の運転方法によれば、燃料電池内部の
温度が低下したときには、ガス流路内で生じた凝縮水を
ガス流路から排出する動作が促進されるように、燃料電
池の傾き状態を制御することができる。したがって、ガ
ス流路内で凝縮水が滞留してガスの流通を妨げる等の不
都合を引き起こしてしまうのを防止することができる。
また、燃料電池内部の温度が上昇したときには、ガス流
路内で生じた凝縮水をガス流路から排出する動作が妨げ
られるように、燃料電池の傾き状態を制御することがで
きる。したがって、燃料電池を構成する電解質が水分不
足となって電池性能の低下を引き起こしてしまうのを防
止することができる。

【００１０】ここで、前記ガスとは、酸素を含有してカ
ソードに供給される酸化ガス、および／または、水素を
含有してアノードに供給される燃料ガスとすることがで
きる。また、上記温度検出手段は、燃料電池の内部温度
を直接検出する構成とするほか、燃料電池から排出され
るガスの温度を検出するなどの構成も可能であり、燃料
電池の内部温度を充分な精度で判定可能であればよい。

【００１１】本発明の燃料電池装置において、前記ガス
流路は、前記各単セル内に形成される単セル内ガス流路
と、外部から供給される前記ガスを前記各単セル内ガス
流路に分配するガス供給マニホールドと、前記各単セル
内ガス流路から排出される前記ガスを集合させて外部に
導くガス排出マニホールドとを備え、前記傾き状態制御
手段は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記燃
料電池の傾き状態を制御する際に、前記燃料電池が所定
の低温状態であると判断されるときには、前記単セル内
ガス流路と前記ガス排出マニホールドとの接続部におい
て、該単セル内ガス流路の端部が下向きに開口するよう
に制御し、前記燃料電池が所定の高温状態であると判断
されるときには、前記単セル内ガス流路と前記ガス排出
マニホールドとの接続部において、該単セル内ガス流路
の端部が上向きに開口するように制御することとしても
良い。

【００１２】このような構成とすることで、燃料電池が
所定の低温状態のときには、単セル内ガス流路からガス
排出マニホールドへの凝縮水の排出を促すことができる
と共に、燃料電池が所定の高温状態のときには、単セル
内ガス流路からガス排出マニホールドへの凝縮水の排出
を妨げることができる。

【００１３】このような本発明の燃料電池装置におい
て、前記傾き制御手段は、前記温度検出手段の検出結果
に基づいて前記燃料電池の傾き状態を制御する際に、前
記燃料電池が所定の低温状態であると判断されるときに
は、前記単セル内ガス流路を通過する前記ガスの流れの
向きが、重力に従う向きとなるように制御し、前記燃料
電池が所定の高温状態であると判断されるときには、前
記単セル内ガス流路を通過する前記ガスの流れの向き
が、重力に逆らう向きとなるように制御することとして
も良い。

【００１４】このような構成とすれば、燃料電池が所定
の低温状態のときには、単セル内ガス流路からガス排出
マニホールドへの凝縮水の排出を促す効果をさらに高め
ることができると共に、燃料電池が所定の高温状態のと
きには、単セル内ガス流路からガス排出マニホールドへ
の凝縮水の排出を妨げる効果をさらに高めることができ
る。ここで、前記単セル内ガス流路を通過する前記ガス
の流れの向きを、重力に従う向きとする制御、あるい
は、前記単セル内ガス流路を通過する前記ガスの流れの
向きを、重力に逆らう向きとする制御を行なう際には、
単セル内ガス流路の一部においてはガスが水平方向に流
れることがあっても良く、単セル内ガス流路全体で、上
記所定の向きにガスが流れればよい。

【００１５】本発明の燃料電池装置において、前記燃料
電池の傾き状態を検出する傾き状態検出手段をさらに備
え、前記傾き状態制御手段は、前記燃料電池の傾き状態
を制御する際に、前記温度検出手段の検出結果に加え
て、前記傾き状態検出手段の検出結果に基づくこととし
ても良い。このような構成とすることによって、燃料電
池の傾き状態を制御する動作をより正確に行なうことが
できる。

【００１６】また、本発明の燃料電池装置において、前
記燃料電池を所定の箇所で支持する複数の支持部材をさ
らに備え、前記傾き状態制御手段は、前記複数の支持部
材のそれぞれを伸縮させることによって、前記燃料電池
の傾き状態を所望の状態にすることとしても良い。

【００１７】ここで、用いる支持部材の数、および、支
持部材が燃料電池を支持する位置は、燃料電池が所定の
低温状態、あるいは所定の高温状態であると判断された
ときに、燃料電池をどの程度傾けるかに応じて適宜設定
すればよい。例えば、燃料電池の底面における一直線上
にない３点で、上記支持部材を用いて燃料電池を支持す
ることとすれば、燃料電池を任意の傾き状態にすること
ができる。したがって、燃料電池を設置する場所の傾き
状態が変化する場合にも、燃料電池を所望の傾き状態に
制御することができる。

【００１８】また、本発明の燃料電池装置において、前
記燃料電池は、発電に伴って生じる熱を取り除くための
冷却水が通過する冷却水流路を内部に形成し、前記冷却
水流路は、前記傾き状態制御手段が前記燃料電池の傾き
状態を制御することによって該燃料電池が様々な傾き状
態をとる場合に、内部を通過する冷却水が、重力に逆ら
う向き、あるいは水平方向に流れるように形成されてい
ることとしても良い。

【００１９】このような構成とすれば、冷却水流路内に
生じた気泡は、冷却水の流れに導かれて燃料電池外部に
排出される。したがって、凝縮水の滞留や電解質の水分
不足に起因する不都合を防止するために、燃料電池の内
部温度に応じて燃料電池の傾き状態を制御するときに
も、冷却水路内でエア溜まりが生じて冷却効率を低下さ
せるおそれがない。

【００２０】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、本発明の実施の形態を、実
施例に基づき以下の順序で説明する。 １．燃料電池１０の構成 ２．内部温度に応じた制御 ３．燃料電池１０の変形例

【００２１】（１）燃料電池１０の構成： （１−１）燃料電池１０を備える燃料電池装置１５：図
１は、本実施例の燃料電池１０を備える燃料電池装置１
５の要部の概略構成を表わす説明図であり、図１（Ａ）
は、燃料電池１０の側面から見た様子を表わす図、図１
（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した矢印Ｂ方向、すなわち燃
料電池１０の上面から見た様子を表わす説明図である。
本実施例の燃料電池装置１５は、電気自動車の駆動用電
源として車載されており、車体に固定されたフレーム３
０上に設置されている。

【００２２】燃料電池１０とフレーム３０の間には、燃
料電池１０をフレーム３０上で支持する３つのジャッキ
３１〜３３が設けられている。このジャッキ３１〜３３
は、油圧式、あるいは電動式のジャッキであって、伸縮
自在に形成されており、それぞれ別個に伸縮状態を調節
可能となっている。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、
これらのジャッキ３１〜３３は、燃料電池１０の底面に
おいて、一直線上にない３点で燃料電池１０を支持して
いる。したがって、ジャッキ３１〜３３のそれぞれの伸
縮状態を制御することで、燃料電池１０の傾き状態を任
意の状態とすることができる。

【００２３】また、燃料電池１０には、傾斜計３５が取
り付けられている。傾斜計３５は、燃料電池１０の傾き
状態を検出するための部材であり、例えば、ジャイロや
ひずみゲージを利用する構成とすることができる。上記
ジャッキ３１〜３３および傾斜計３５は、燃料電池装置
１５が備える後述する制御部５０に接続されており、制
御部５０は、傾斜計３５から検出信号が入力されると共
に、ジャッキ３１〜３３のそれぞれに対して駆動信号を
出力する。

【００２４】図２は、燃料電池装置１５の全体構成の概
要を表わす説明図である。燃料電池装置１５は、改質反
応に供する燃料を貯蔵する燃料タンク４０、水を貯蔵す
る水タンク４１、上記ガソリンおよび水を混合すると共
に気化させる混合・気化部４４、改質反応により水素リ
ッチガスを生成する改質器４６、水素リッチガス中の一
酸化炭素（ＣＯ）濃度を低減させるＣＯ低減部４８、電
気化学反応により起電力を得る燃料電池１０、空気を圧
縮して燃料電池１０に供給するブロワ４９、コンピュー
タにより構成される制御部５０を主な構成要素とする。

【００２５】燃料タンク４０に貯蔵する燃料は、水素を
生成する改質反応に供するためのものであり、このよう
な燃料としては、ガソリンなどの炭化水素や、メタノー
ルなどのアルコール、アルデヒド類など、種々の炭化水
素系燃料を用いることができる。上記したように本実施
例の燃料電池装置１５は、電気自動車の駆動用電源とし
て用いているため、車載性を考慮して適宜選択すればよ
い。なお、ガソリンのように硫黄分を含有する燃料を用
いる場合には、混合・気化部４４に先立って、硫黄分を
除去する脱硫器を設けることとすればよい。

【００２６】混合・気化部４４は、燃料タンク４０に貯
蔵される燃料と、水タンク４１に貯蔵される水とが供給
されて、これらを充分に混合すると共に気化させ、気化
した燃料と水蒸気とから成る改質燃料気体と成す。混合
・気化部４４には燃焼部４７が併設されており、混合・
気化部４４では、燃焼部４７で進行する燃焼反応によっ
て生じた熱を利用して、上記燃料および水の気化と、上
記改質燃料気体の昇温とを行なう。燃焼部４７では、燃
料タンク４０に貯蔵される燃料や、燃料電池１０から排
出されるアノード排ガスなどを用いて、燃焼反応を行な
う。混合・気化部４４において、上記改質燃料気体は、
改質器４６における反応温度に応じた温度にまで昇温さ
れる。

【００２７】改質器４６は、内部に改質触媒を備えてお
り、供給された上記改質燃料気体を改質して、水素リッ
チガスを生成する。改質触媒としては、白金、パラジウ
ム、ロジウムなどの貴金属、あるいはこれらの合金を用
いることができる。なお、本実施例の改質器４６では、
水素リッチガスを生成する際に、水蒸気改質反応に加え
て、水素の生成を伴う部分酸化反応も同時に進行する。
部分酸化反応は、発熱反応であるため、水蒸気改質反応
が進行する際には、上記改質燃料気体が混合・気化部４
４側から持ち込んだ熱に加えて、部分酸化反応で生じた
熱も利用される。この部分酸化反応に必要な酸素を供給
するために、改質器４６には外部の空気を改質器４６内
に供給するブロワ４５が併設されている。

【００２８】上記したように、本実施例の燃料電池装置
１５では、改質器４６に空気を供給し、酸化反応で生じ
る熱によって水蒸気改質反応で要する熱を賄うこととし
たが、改質器４６では酸化反応を行なわず、水蒸気改質
反応のみによって水素を生成することとしても良い。あ
るいは、水素を生成する効率が高い水蒸気改質反応を、
部分酸化反応に比べてより多く進行させることとしても
良い。このような構成とする場合には、水蒸気改質反応
で要する熱を供給するために、改質器４６にヒータなど
の加熱装置を設ければよい。

【００２９】改質器４６で生成された水素リッチガス
は、ＣＯ低減部４８に供給されて、水素リッチガス中の
一酸化炭素濃度の低減が図られる。ＣＯ低減部４８は、
供給されたガス中の一酸化炭素濃度を低減する反応を進
行する部材であり、一酸化炭素と水とを反応させて水素
と二酸化炭素とを生じるシフト反応を進行させるシフト
部、および／または、水素リッチガスに豊富に含まれる
水素に優先して一酸化炭素を酸化する一酸化炭素選択酸
化反応を進行させるＣＯ選択酸化部として構成される。
シフト部は、上記シフト反応を促進するシフト触媒を備
える部材であり、シフト触媒としては、銅系触媒などの
低温触媒や、鉄系触媒などの高温触媒等、種々のものを
選択可能である。また、ＣＯ選択酸化部は、上記一酸化
炭素選択酸化反応を促進する一酸化炭素選択酸化触媒を
備える部材であり、一酸化炭素選択酸化触媒としては、
白金触媒、ルテニウム触媒、パラジウム触媒、金触媒、
あるいはこれらを第１元素とした合金触媒等、種々のも
のを選択可能である。改質器４６から供給される水素リ
ッチガス中の一酸化炭素濃度や、燃料電池１０が許容で
きる一酸化炭素濃度などに応じて、ＣＯ低減部４８の構
成や、内部に備える触媒などを、適宜設定すればよい。

【００３０】ＣＯ低減部４８で上記のように一酸化炭素
濃度が下げられた水素リッチガスは、燃料電池１０に導
かれて、燃料ガスとしてアノード側における電池反応に
供される。一方、燃料電池１０のカソード側における電
池反応に関わる酸化ガスは、ブロワ４９によって圧縮空
気として供給される。

【００３１】燃料電池１０は、固体高分子電解質型の燃
料電池であり、電解質膜、アノード、カソード、および
セパレータとを備える単セルを複数積層して構成されて
いる。上記したようにＣＯ低減部４８から燃料ガスの供
給を受け、ブロワ４９から酸化ガスの供給を受けて、電
気化学反応を進行して起電力を発生する。燃料電池１０
が発生した電力は、燃料電池１０に接続される負荷、本
実施例では車両駆動用のモータ（図示せず）等に供給さ
れる。燃料電池１０を構成する各部材の詳しい構成につ
いては後述する。

【００３２】以下に、燃料電池１０で進行する電気化学
反応を示す。（１）式はアノード側における反応、
（２）式はカソード側における反応を示し、電池全体で
は（３）式に示す反応が進行する。

【００３３】 Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１） （１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２） Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）

【００３４】なお、燃料電池１０には、既述したよう
に、ジャッキ３１〜３３、および傾斜計３５が取り付け
られている。さらに、燃料電池１０には、燃料電池１０
の内部温度を検出する温度センサ３７が設けられてい
る。ここで、温度センサ３７は、図２に示したように燃
料電池１０の内部に設ける構成とするほかに、例えば、
燃料電池１０からアノードオフガスあるいはカソードオ
フガスが排出される出口部に設けることとし、上記オフ
ガス温度を検出する構成としても良い。また、燃料電池
１０内部を通過した後燃料電池１０から排出される冷却
水の温度を検出する構成としても良く、燃料電池１０の
内部温度を充分な精度で検出できればよい。

【００３５】制御部５０は、マイクロコンピュータを中
心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定
された制御プログラムに従って所定の演算などを実行す
るＣＰＵ５４と、ＣＰＵ５４で各種演算処理を実行する
のに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納さ
れたＲＯＭ５６と、同じくＣＰＵ５４で各種演算処理を
するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲ
ＡＭ５８と、燃料電池装置１５が備える各種センサから
の検出信号や、燃料電池に接続された負荷に関わる情報
などを入力すると共に、ＣＰＵ５４での演算結果に応じ
て燃料電池装置１５を構成する各部に駆動信号を出力す
る入出力ポート５２等を備える。

【００３６】すなわち、制御部５０は、負荷に関わる情
報として、例えば燃料電池装置１５を搭載する車両にお
けるアクセル開度を入力したり、燃料電池装置１５を構
成する各部の運転状態を表わす種々の検出信号を入力す
る。また、これらの情報に基づいて、燃料電池装置１５
を構成する各部の運転状態を決定し、燃料タンク４０か
ら混合・気化部４４に供給する燃料量を調節するポンプ
４２や、水タンク４１から混合・気化部４４に供給する
水量を調節するポンプ４３や、ブロワ４５，４９等の各
部に対して駆動信号を出力する。さらに、本実施例で
は、後述するように、傾斜計３５や温度センサ３７の検
出信号を入力して、これに基づいてジャッキ３１〜３３
に対して駆動信号を出力して、燃料電池１０の傾き状態
を制御する。制御部５０は、このように各種の信号を入
出力することによって、燃料電池装置１５全体の運転状
態を制御する。

【００３７】（１−２）燃料電池１０の内部構成：次
に、燃料電池１０の内部構成について説明する。図３
は、燃料電池１０を構成する各部材の構成を表わす分解
斜視図である。燃料電池１０は、電解質膜、アノード、
カソード、セパレータから成る単セルを複数積層したス
タック構造を有しているが、図３では、スタック構造の
一部を分解した様子を表わす。アノード２１およびカソ
ード（図示せず）は、電解質膜２０を両側から挟んでサ
ンドイッチ構造を成すガス拡散電極である。このサンド
イッチ構造をさらに両側からセパレータで挟むことで、
単セルが形成される。このとき、アノード２１と、これ
に隣接するセパレータ（図３ではセパレータ２５）との
間には、単セル内燃料ガス流路が形成され、カソード
と、これに隣接するセパレータ（図３ではセパレータ２
６）との間には、単セル内酸化ガス流路が形成される。

【００３８】電解質膜２０は、例えばフッ素系樹脂など
の固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン
交換膜である。アノード２１およびカソードは、共に炭
素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されてい
る。また、電解質膜２０と、アノード２１あるいはカソ
ードとの間には、電気化学反応を促進する触媒を備える
触媒層が設けられている。このような触媒としては、白
金、あるいは白金と他の金属から成る合金が用いられ
る。セパレータ２５，２６（さらに２８）は、カーボン
を圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、耐食性
に優れた金属など、ガス不透過性を有する導電性部材に
より形成されている。

【００３９】ここで、図３においては、３種類のセパレ
ータ（セパレータ２５，２６，２８）を示しているが、
燃料電池１０は、このように、その表面に形成する流体
の流路の種類などによって、表面に形成される凹凸構造
の異なる複数種類のセパレータを備えている。

【００４０】セパレータ２５，２６、２８のそれぞれ
は、積層面が正方形状である板状に成形されており、積
層面の各辺の縁付近には、辺に沿って細長い一対の孔
（燃料ガス孔）６０，６１および一対の孔（酸化ガス
孔）６２，６３が形成されている。この燃料ガス孔６
０，６１および酸化ガス孔６２，６３は、各部材を積層
してスタックを形成した際、水素を含有する燃料ガスお
よび酸素を含有する酸化ガスの流路（マニホールド）
を、スタックの積層方向に貫通して形成する。また、セ
パレータ２５，２６、２８のそれぞれは、その周辺角部
の２カ所（図３に示した各セパレータの右側上下隅）
に、断面が円形の冷却水孔６４、６５が形成されてい
る。この冷却水孔６４、６５は、上記スタックを形成し
た際、スタックを積層方向に貫通する冷却水の流路を形
成する。

【００４１】セパレータ２５および２６の片面（図３に
おける正面側）には、対向する酸化ガス孔６２，６３間
を連絡する複数の平行な溝状のリブ６８が形成されてい
る。リブ６８は、スタックを形成した際には、隣接する
カソードとの間に既述した単セル内酸化ガス流路を形成
する。

【００４２】セパレータ２５および２８の片面（図３に
おける裏面側）には、対向する燃料ガス孔６０，６１間
を連絡し、リブ６８と直交する複数の溝状のリブ６７が
形成されている。リブ６７は、スタック構造を形成した
際には、隣接するアノード２１との間に既述した単セル
内燃料ガス流路を形成する。

【００４３】セパレータ２８の片面（図３における正面
側）には、既述した冷却水孔６４，６５間を連絡する葛
折り状の溝６９が形成されている。また、スタック構造
内でセパレータ２８に隣接するセパレータ２６におい
て、セパレータ２８と接する面（図３における裏面側）
は、溝構造のないフラットな面となっている。スタック
を形成する際には、セパレータ２８上に形成される上記
溝６９は、隣接するセパレータ２６のフラットな面との
間で、冷却水路を形成する。

【００４４】なお、図３では、セパレータ２５，２６，
２８を各一枚ずつしか示さなかったが、実際にスタック
構造を構成するときには、セパレータ２５は、電解質膜
２０を挟持するアノード２１およびカソードからなる構
造をその間に挟みつつ、所定の枚数を連続して積層す
る。このセパレータ２５を連続して積層する枚数（ある
いは、スタック中にセパレータ２６，２８が配設される
割合）は、単セルの発熱量，冷却水の温度，冷却水の流
量等の条件により定まる。本実施例では、セパレータ２
５が５枚連続する毎に、冷却水路を形成するためのセパ
レータ２６およびセパレータ２８を配置した。

【００４５】ここで、上記したスタック構造を有する燃
料電池１０内部において流体が流れる様子について説明
する。上記説明した各部材によって構成される燃料電池
１０では、ＣＯ低減部４８から供給される燃料ガスは、
各セパレータに設けられた燃料ガス孔６０が形成する燃
料ガスの流路（燃料ガス供給マニホールド）に導入さ
れ、この燃料ガス供給マニホールドから、既述したリブ
６７とアノード２１とによって形成される単セル内燃料
ガス流路に分配される。各単セル内燃料ガス流路に分配
された燃料ガスは、電気化学反応に供されつつ単セル内
燃料ガス流路を通過して、各セパレータに設けられた燃
料ガス孔６１が形成する燃料ガスの流路（燃料ガス排出
マニホールド）に集合して、燃料電池１０の外部に導か
れる。

【００４６】同様に、ブロワ４９から供給される酸化ガ
スは、各セパレータに設けられた酸化ガス孔６３が形成
する酸化ガスの流路（酸化ガス供給マニホールド）に導
入され、この酸化ガス供給マニホールドから、既述した
リブ６８とカソードとによって形成される単セル内酸化
ガス流路に分配される。各単セル内酸化ガス流路に分配
された酸化ガスは、電気化学反応に供されつつ単セル内
酸化ガス流路を通過して、各セパレータに設けられた酸
化ガス孔６２が形成する酸化ガスの流路（酸化ガス排出
マニホールド）に集合して、燃料電池１０の外部に導か
れる。

【００４７】なお、図２では記載を省略したが、燃料電
池１０は、燃料電池１０の内部を冷却するための冷却水
を供給する冷却水供給装置をさらに有している。この冷
却水供給装置から供給される冷却水は、各セパレータに
設けられた冷却水孔６５が形成する冷却水の流路（冷却
水供給マニホールド）に導入され、この冷却水供給マニ
ホールドから、セパレータ２８が備える溝６９と、セパ
レータ２６のフラットな面との間に形成される単セル内
冷却水流路に分配される。各単セル内冷却水流路に分配
された冷却水は、周囲の部材との間で熱交換を行ないつ
つ単セル内冷却水流路を通過して、各セパレータに設け
られた冷却水孔６４が形成する冷却水の流路（冷却水排
出マニホールド）に集合して、燃料電池１０の外部に導
かれる。

【００４８】このような燃料電池１０は、上記した各部
材を積層して成るスタック構造を、所定のケースの中に
収納することによって構成される。既述したジャッキ３
１〜３３や傾斜計３５は、このケースに取り付けられて
いる。このように、図１では、スタックを上記ケースに
収納した状態として燃料電池１０を表わしているが、燃
料電池１０は、上記ケース内に複数のスタック構造を備
えることとしても良い。

【００４９】（２）内部温度に応じた制御： （２−１）燃料電池１０の内部温度と凝縮水：本実施例
の燃料電池装置１５は、燃料電池１０の内部で生じる凝
縮水によって引き起こされる不都合、および、電解質膜
２０が水分不足となることによって生じる不都合を防止
するために、燃料電池１０の傾き状態を制御することを
特徴としている。ここで、燃料電池１０内で生じる凝縮
水および電解質膜２０で生じる水分不足について説明す
る。

【００５０】既述した（１）〜（３）式に示したよう
に、燃料電池１０内で電気化学反応が進行する際には、
カソード側電極において生成水が生じる。生じた生成水
は、カソードに給排される酸化ガス中に気化しつつ、酸
化ガスと共に単セル内酸化ガス流路を通過して、酸化ガ
ス排出マニホールドを介して燃料電池１０外に排出され
る。このとき、燃料電池１０全体の内部温度が昇降した
り、燃料電池１０において部分的に温度が上昇、あるい
は低下すると、このような温度変化が起こった領域に形
成される単セル内酸化ガス流路において、飽和水蒸気圧
が変化する。上記したように酸化ガス中には、電気化学
反応で生じた生成水が気化しており、温度低下に伴って
飽和水蒸気圧が低下したときには、その低下量に応じた
量の水蒸気が単セル内酸化ガス流路中で凝縮する。ある
いは、電気化学反応によって生じる生成水量が多く、単
セル内酸化ガス流路内の水蒸気圧が飽和水蒸気圧に達し
てしまったときにも、単セル内酸化ガス流路において生
成水が凝縮する。単セル内酸化ガス流路の中で凝縮水が
滞留してしまうと、既述したように、凝縮水によって酸
化ガスの流れが妨げられ、電池性能の低下を引き起こす
おそれがある。なお、このように温度低下等に伴って単
セル内酸化ガス流路で生じた凝縮水に対しては、単セル
内酸化ガス流路を酸化ガスが通過することによって生じ
る圧力と、重力とが働く。

【００５１】燃料電池１０内の温度の上昇に伴って単セ
ル内酸化ガス流路における飽和水蒸気圧が上昇したとき
には、飽和水蒸気圧の上昇の程度に応じて、酸化ガス中
に水が気化しようとする。すなわち、単セル内酸化ガス
流路中に上記した凝縮水が生じていれば、この凝縮水が
再び酸化ガス中に気化する。また、湿潤状態にある電解
質膜２０が保持する水が、酸化ガス中に気化する。ここ
で、電解質膜２０が保持する水が過剰に奪われると、電
解質膜２０における導電性が損なわれて電池性能の低下
を引き起こすおそれがある。

【００５２】本実施例の燃料電池装置１５では、燃料電
池１０の温度が昇降するのに伴って、ジャッキ３１〜３
３を用いて燃料電池１０の傾き状態を制御することによ
って、上記不都合が生じるのを防止している。図４は、
燃料電池１０の傾き状態を制御する様子を表わす説明図
である。図４は、燃料電池１０を、その積層方向から見
た様子を表わしており、図１に示した燃料電池１０の長
手方向を積層方向とすると、図１において矢印４で示し
た方向から見た様子に相当する。また、図４では、上記
積層方向から燃料電池１０を見たときの、各単セルにお
いて単セル内酸化ガス流路を通過する酸化ガス流路が流
れる方向を、矢印を用いて示している。

【００５３】本実施例の燃料電池装置１５では、燃料電
池１０の内部温度が所定の低温状態であると判断される
ときには、図４（Ａ）に示すように、単セル内酸化ガス
流路を通過する酸化ガスの流れる方向が、重力に従う向
きとなるように、燃料電池１０の傾き状態を制御する。
燃料電池１０の傾き状態をこのように制御することによ
って、単セル内酸化ガス流路内で生じた凝縮水を単セル
内酸化ガス流路から排出する動作を促進し、凝縮水に起
因する電池性能低下の防止を図っている。

【００５４】また、燃料電池１０の内部温度が所定の高
温状態であると判断されるときには、図４（Ｂ）に示す
ように、単セル内酸化ガス流路を通過する酸化ガスの流
れる方向が、重力に逆らう向きとなるように、燃料電池
１０の傾き状態を制御する。燃料電池１０の傾き状態を
このように制御することによって、単セル内酸化ガス流
路内で生じた凝縮水を単セル内酸化ガス流路から排出す
る動作を抑え、単セル内酸化ガス流路内の凝縮水を酸化
ガス中に気化可能とすることによって、電解質膜２０が
水分不足となることに起因する電池性能低下の防止を図
っている。

【００５５】（２−２）傾き制御の動作：以下、具体的
に制御の動作を説明する。図５は、燃料電池１０の傾き
状態を制御する際に実行される傾き制御処理ルーチンを
表わすフローチャートである。燃料電池装置１５の運転
が開始されると、制御部５０において、上記傾き制御処
理ルーチンが所定の時間ごとに実行され、燃料電池１０
の傾き状態が内部温度に応じた望ましい状態となるよう
に制御される。

【００５６】本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ５４
は、まず、温度センサ３７から検出信号を入力して、燃
料電池１０の内部温度の読み込みを行なう（ステップＳ
１００）。次に、この燃料電池１０の内部温度に基づい
て、燃料電池１０における望ましい傾き状態を決定する
（ステップＳ１１０）。すなわち、燃料電池１０の内部
温度が所定の低温状態であると判断されれば、図４
（Ａ）に対応する所定の状態を望ましい傾き状態として
決定し、燃料電池１０の内部温度が所定の高温状態にあ
ると判断されれば、図４（Ｂ）に対応する所定の状態を
望ましい傾き状態として決定する。本実施例の燃料電池
装置１５では、具体的には、燃料電池１０の内部温度が
６０℃以下のときには所定の低温状態であると判断する
こととし、燃料電池１０の内部温度が６０℃を越えると
きには所定の高温状態であると判断することとした。ま
た、図４（Ａ）に対応する所定の傾き状態、および、図
４（Ｂ）に対応する所定の傾き状態は、単セル内酸化ガ
ス流路の形状や、単セル内酸化ガス流路を通過する酸化
ガスの流速などを考慮して予め設定し、制御部５０に記
憶している。

【００５７】次に、傾斜計３５から検出信号を入力する
ことによって、燃料電池１０の実際の傾き状態を入力す
る（ステップＳ１２０）。実際の傾き状態を入力する
と、この実際の傾き状態と、上記ステップＳ１１０で決
定した望ましい傾き状態とを比較して、上記望ましい傾
き状態を実現するために必要な各ジャッキ３１〜３３に
おける伸縮量（ストローク量）を算出する（ステップＳ
１３０）。

【００５８】既述したように、燃料電池１０は、その底
面において、一直線上にない３点でジャッキ３１〜３３
によって支持されているため、各ジャッキ３１〜３３の
伸縮量を調節することによって、燃料電池１０の傾き状
態を、（ジャッキ３１〜３３の能力の範囲内で）任意の
状態に制御することができる。ここで、上記ステップＳ
１１０で決定される望ましい傾き状態は、図４（Ａ）あ
るいは図４（Ｂ）に対応する２種類の状態であるが、本
実施例の燃料電池装置１５は、種々の傾き状態をとりう
る車両に搭載されているため、図１に示したフレーム３
０が種々の傾き状態をとることになり、燃料電池１０の
傾き状態を上記所望の状態にするためには、このように
燃料電池１０の傾き状態を任意の状態に制御可能なジャ
ッキ３１〜３３が必要となる。各ジャッキ３１〜３３に
要求される伸縮量を算出すると、この伸縮量を実現する
ための駆動信号を各ジャッキ３１〜３３に出力して（ス
テップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。

【００５９】以上のように構成された本実施例の燃料電
池装置１５によれば、燃料電池装置１５を搭載する車両
の傾き状態に関わらず、燃料電池１０の傾き状態を、燃
料電池１０の内部温度に応じた所望の状態に制御するこ
とができる。したがって、燃料電池１０の内部温度が所
定の低温状態のときには、凝縮水を単セル内酸化ガス流
路から排出する動作を促進して、単セル内酸化ガス流路
内で酸化ガスの流れが妨げられて電池性能が低下してし
まうのを防止することができる。また、燃料電池１０の
内部温度が所定の高温状態のときには、凝縮水を単セル
内酸化ガス流路から排出する動作を抑え、凝縮水を単セ
ル内酸化ガス流路中に留めることによって、電解質膜２
０が水分不足となることに起因して電池性能が低下して
しまうのを防止することができる。

【００６０】このように、燃料電池１０の内部温度に応
じて燃料電池１０の傾き状態を制御する構成は、動作温
度が比較的低いためにドライアップのおそれがあると共
に、電解質膜が水分不足となって性能が低下してしまう
おそれがある固体高分子型燃料電池において、過剰の凝
縮水と水不足という相反する問題を解決するために有効
である。

【００６１】なお、上記実施例では、燃料電池１０の内
部温度が所定の低温状態であるか高温状態であるかを判
断する基準の温度を６０℃としたが、異なる温度を基準
にして上記判断を行なうこととしても良い。温度と飽和
水蒸気圧との関係は、温度が６０℃を越えるあたりから
飽和水蒸気圧が大きく上昇するという性質を有している
ため、上記実施例では上記基準の温度を６０℃とした
が、燃料電池内部の圧力や燃料電池で進行する電気化学
反応の量（反応に伴って生じる生成水の量）などの運転
条件も考慮して、凝縮水に起因する不都合と電解質膜２
０の水不足に起因する不都合とが効果的に防止できるよ
う、上記基準の温度を適宜設定すればよい。

【００６２】なお、凝縮水が単セル内酸化ガス流路内に
滞留することによって不都合が引き起こされるおそれが
ある具体的な状況としては、例えば燃料電池装置１５の
始動時を挙げることができる。始動時のように、燃料電
池１０の内部温度が定常状態の温度に達していないとき
には、凝縮水が流路内に滞留する可能性が特に大きくな
る。したがって、上記基準の温度を適切に選択すること
で、燃料電池１０の運転状態（内部温度）が定常状態に
達するまでの間に、凝縮水に起因する不都合が生じるの
を充分に防止することが可能となる。

【００６３】また、上記実施例では、燃料電池１０の内
部温度に応じて燃料電池１０の傾き状態を制御するとき
に、この燃料電池１０の傾き状態を２段階（図４
（Ａ）、（Ｂ）の状態）に制御することとしたが、より
細かく上記傾き状態を制御することとしても良い。例え
ば、図４（Ａ）の様に単セル内酸化ガス流路からの排水
を促す構成において、燃料電池１０の傾きをより大きく
した方が、排水を促す効果を大きくすることができるた
め、燃料電池１０の内部温度がより低いときには、燃料
電池１０を傾ける角度をより大きくする制御を行なうこ
ととしても良い。

【００６４】さらに、上記実施例では、燃料電池１０を
支持する際には、燃料電池１０の底面において一直線上
にない３点で支持することとしたが、異なる方法で支持
することとしても良い。ここで、上記実施例のように燃
料電池を移動体に搭載する構成に代えて、定置式にして
燃料電池の接地面が傾かない構成とする場合にも、本発
明を適用することができる。このような場合には、燃料
電池を２点で支持することとしても、燃料電池内部の排
水性を所望の状態とするために燃料電池の傾き状態を制
御する同様の動作を行なうことが可能となる。もとよ
り、３点よりも多くの箇所で支持することとしても差し
支えない。また、ジャッキ以外の機構を用いて燃料電池
１０を傾けることとしても良く、燃料電池１０を所望の
傾き状態に制御可能であればよい。

【００６５】上記実施例では、燃料電池の内部温度に応
じた凝縮水の排水状態の制御は、単セル内酸化ガス流路
において行なったが、単セル内燃料ガス流路においても
適用可能である。すなわち、水蒸気改質反応によって得
られる水素リッチガスは所定量の水蒸気を含有している
ため、単セル内燃料ガス流路において凝縮水が生じるお
それがある。また、電気化学反応に供する燃料ガスとし
ては、水蒸気改質反応で得られる水素リッチガスを用い
る代わりに、純度の高い水素ガスを用いることも可能で
あるが、このような構成において、電解質膜の乾燥を防
止する目的で水素ガスの加湿を行なう場合には、単セル
内燃料ガス流路において凝縮水が生じるおそれがある。
したがって、単セル内燃料ガス流路の形状および燃料電
池の内部温度に応じた傾き状態の制御の動作において、
既述した実施例の酸化ガスに関わる構成を適用すること
で、単セル内燃料ガス流路で同様の効果を実現すること
ができる。

【００６６】（２−３）ガス流路の形状：上記実施例
は、温度に応じて燃料電池１０の傾き状態を制御するこ
とによって、単セル内ガス流路全体の傾き状態が、燃料
電池の内部温度に応じた排水性を実現するように変化す
る構成としたが、単セル内ガス流路全体ではなく、単セ
ル内ガス流路におけるガス排出マニホールドへの接続部
付近の傾き状態だけが、燃料電池の内部温度に応じた状
態となる構成であっても、凝縮水の排水に関して所定の
効果を得ることができる。

【００６７】単セル内ガス流路の形状としては、図３に
示したセパレータ２５，２６が備えるリブ６８が形成す
る流路の様に、積層面上で一定方向に向かって一直線に
ガスを流す形状に限らず、種々の形状が考えられる。例
えば、図３に示したセパレータ２８において単セル内冷
却水流路を形成するために設けた溝６９のように、葛折
り状の溝によって単セル内ガス流路を形成することもで
きる。葛折り状に設けられた溝が形成する単セル内ガス
流路をガス（酸化ガスあるいは燃料ガス）が通過する様
子を、図６に模式的に示す。図６は、図４と同様に、燃
料電池の積層方向から見た様子を表わしており、図６に
おいては、燃料電池の内部温度が所定の高温状態である
と判断されるときに選択される傾き状態を図６（Ａ）、
燃料電池の内部温度が所定の低温状態であると判断され
るときに選択される傾き状態を図６（Ｂ）として示す。

【００６８】このような構成では、図６（Ａ）、（Ｂ）
に示したように燃料電池の傾き状態を切り替えても、単
セル内ガス流路を通過するガスの流れの方向が途中で切
り替わるため、単セル内ガス流路全体で排水が促進され
たり妨げられたりすることがない。しかしながら、図６
（Ａ）の状態では、単セル内ガス流路の内、ガス排出マ
ニホールドとの接続部付近の領域において、流路の形状
が重力に逆らう向きとなっているため、ガス排出マニホ
ールドへの凝縮水の排出が抑えられる。また、図６
（Ｂ）の状態では、単セル内ガス流路の内、ガス排出マ
ニホールドとの接続部付近の領域において、流路の形状
が重力に従う向きとなっているため、ガス排出マニホー
ルドへの凝縮水の排出が促進される。単セル内ガス流路
において、このようなガス排出マニホールドとの接続部
の傾き状態を、燃料電池の内部温度に応じて制御するこ
とによっても、凝縮水の滞留に起因する不都合や、電解
質の水分不足に起因する不都合を防止する所定の効果を
得ることができる。なお、ガス排出マニホールドとの接
続部付近における単セル内ガス流路の傾き状態を制御す
る構成は、上記した葛折り状の溝が形成する単セル内ガ
ス流路の他、他の形状の単セル内ガス流路を備える燃料
電池であっても、同様に適用可能である。

【００６９】（３）冷却水路の形状：上記した実施例で
は、単セル内ガス流路における凝縮水の排出に関する動
作について説明したが、燃料電池は、既述したように単
セル内ガス流路に加えて単セル内冷却水流路を備えてお
り、この単セル内冷却水流路では、内部に生じた気泡が
形成するエア溜まりによって、冷却水の流れが妨げられ
て、冷却効率が低下するという問題が生じるおそれがあ
る。すなわち、単セル内冷却水流路を通過する冷却水中
で気泡が生じると、この気泡は、冷却水の流れに従って
移動するが、単セル内冷却水流路が、重力に従う方向
（下向き）に冷却水を導く様に形成されているときに
は、冷却水よりも軽い気泡は冷却水の流れに従って移動
することができず、より下流側であってもより高い位置
に滞留することになる。このようにしてエア溜まりが形
成されると、エアだまりが形成される部位では、単セル
内冷却水流路の流路断面積が実質的に小さくなり、冷却
水の流れが阻害されてしまう。

【００７０】上記実施例のように、単セル内ガス流路に
おける凝縮水の排水性に着目して燃料電池の傾き状態を
制御するときには、同時に単セル内冷却水流路の傾き状
態も変更されるが、このような制御によって単セル内冷
却水流路の傾き状態が変わる場合にも、エア溜まりの形
成が常に抑えられるように、単セル内冷却水流路を形成
することが望ましい。このような構成の単セル内冷却水
流路を形成するセパレータ１２８を図７に示す。セパレ
ータ１２８は、上記実施例の燃料電池１０と同様の燃料
電池を構成する際に、図３に示したセパレータ２８に代
えて用いるものである。図７は、セパレータ２８におい
て溝６９が形成される面に対応する面の様子を示してい
る。セパレータ１２８は、単セル内冷却水流路を形成す
るために溝６９に代えて溝１６９を、冷却水供給マニホ
ールドを形成するために冷却水孔６５に代えて冷却水孔
１６５を、冷却水排出マニホールドを形成するために冷
却水孔６４に代えて冷却水孔１６４を、備える以外は、
セパレータ２８と同様の構成を有しており、セパレータ
２８と共通する部分の説明は省略する。なお、セパレー
タ１２８を備える燃料電池では、このセパレータ１２８
と共に用いるセパレータ２５，２６に対応するセパレー
タは、図３に示した冷却水孔６４，６５に代えて、上記
冷却水孔１６４，１６５に対応する位置に設けられた冷
却水孔を備えている。

【００７１】セパレータ２８に代えてセパレータ１２８
を用いて燃料電池を構成し、この燃料電池において、図
４と同様の傾き状態の制御を行なったときの、単セル内
冷却水流路を通過する冷却水の流れの様子を、図８に示
す。図８は、図４と同様に、積層方向から燃料電池を見
た様子を模式的に表わしている。セパレータ１２８を用
いて形成される燃料電池では、単セル内冷却水流路は、
互いに平行に形成された複数の流路に分岐するように形
成される（図７参照）。このように分岐して互いに平行
に形成される単セル内冷却水流路は、図３に示したセパ
レータ２５，２６が備えるリブ６８が形成する単セル内
酸化ガス流路に対して、所定の角度傾いた状態で形成さ
れている。

【００７２】したがって、燃料電池の内部温度が所定の
低温状態であって、燃料電池が図４（Ａ）に示した傾き
状態となるときには、単セル内冷却水流路は、図８
（Ａ）に示した傾き状態となる。このとき、上記分岐し
て互いに平行に形成される単セル内冷却水流路を通過す
る冷却水は、水平方向に流れることになり、冷却水中で
気泡が生じる場合にも、この気泡は冷却水の流れに導か
れて単セル内冷却水流路外に排出されることができ、流
路内でエア溜まりを形成して冷却水の流れを妨げること
がない。

【００７３】また、燃料電池の内部温度が所定の高温状
態であって、燃料電池が図４（Ｂ）に示した傾き状態と
なるときには、単セル内冷却水流路は、図８（Ｂ）に示
した傾き状態となる。このとき、上記分岐して互いに平
行に形成される単セル内冷却水流路を通過する冷却水
は、重力に逆らう方向に（上方に）流れることになり、
冷却水中で気泡が生じる場合にも、この気泡は冷却水の
流れに導かれて単セル内冷却水流路外に排出されること
ができ、流路内でエア溜まりを形成して冷却水の流れを
妨げることがない。

【００７４】ここで、セパレータ１２８が備える溝１６
９の形状は、図７とは異なる形状としても良く、燃料電
池の傾き状態が予測される範囲内で変化したときに、冷
却水の流れの流れの方向が重力に従う向きとはならない
ように形成することで、単セル内冷却水流路においてエ
ア溜まりが生じるのを効果的に防止することができる。

【００７５】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例である燃料電池１０を
備える燃料電池装置１５の要部の概略構成を表わす説明
図である。

【図２】燃料電池装置１５の全体構成の概要を表わす説
明図である。

【図３】燃料電池１０を構成する部材の構成を表わす分
解斜視図である。

【図４】温度に応じて燃料電池１０の傾きを制御する様
子を表わす説明図である。

【図５】傾き制御処理ルーチンを表わすフローチャート
である。

【図６】単セル内ガス流路の形状の変形例を示す説明図
である。

【図７】セパレータ１２８の構成を表わす説明図であ
る。

【図８】燃料電池の傾きが制御されるときに単セル内冷
却水流路を冷却水が流れる際の様子を表わす説明図であ
る。

【符号の説明】

１０…燃料電池 １５…燃料電池装置 ２０…電解質膜 ２１…アノード ２５，２６，２８，１２８…セパレータ ３０…フレーム ３１〜３３…ジャッキ ３５…傾斜計 ３７…温度センサ ４０…燃料タンク ４１…水タンク ４２，４３…ポンプ ４４…気化部 ４５，４９…ブロワ ４６…改質器 ４７…燃焼部 ４８…ＣＯ低減部 ５０…制御部 ５２…入出力ポート ５４…ＣＰＵ ５６…ＲＯＭ ５８…ＲＡＭ ６０，６１…燃料ガス孔 ６２，６３…酸化ガス孔 ６４，６５，１６４，１６５…冷却水孔 ６７，６８…リブ ６９，１６９…溝

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単セルを複数積層して成る燃料電池を備
   える燃料電池装置であって、 前記燃料電池は、該単セル内で進行する電気化学反応に
   供されるガスが通過するガス流路を有し、 前記燃料電池の内部温度を検出する温度検出手段と、 前記検出結果に基づいて前記燃料電池の傾き状態を制御
   する傾き状態制御手段とを備えることを特徴とする燃料
   電池装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池装置であって、 前記ガス流路は、前記各単セル内に形成される単セル内
   ガス流路と、外部から供給される前記ガスを前記各単セ
   ル内ガス流路に分配するガス供給マニホールドと、前記
   各単セル内ガス流路から排出される前記ガスを集合させ
   て外部に導くガス排出マニホールドとを備え、 前記傾き状態制御手段は、前記温度検出手段の検出結果
   に基づいて前記燃料電池の傾き状態を制御する際に、前
   記燃料電池が所定の低温状態であると判断されるときに
   は、前記単セル内ガス流路と前記ガス排出マニホールド
   との接続部において、該単セル内ガス流路の端部が下向
   きに開口するように制御し、前記燃料電池が所定の高温
   状態であると判断されるときには、前記単セル内ガス流
   路と前記ガス排出マニホールドとの接続部において、該
   単セル内ガス流路の端部が上向きに開口するように制御
   することを特徴とする燃料電池装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の燃料電池装置であって、 前記傾き制御手段は、前記温度検出手段の検出結果に基
   づいて前記燃料電池の傾き状態を制御する際に、前記燃
   料電池が所定の低温状態であると判断されるときには、
   前記単セル内ガス流路を通過する前記ガスの流れの向き
   が、重力に従う向きとなるように制御し、前記燃料電池
   が所定の高温状態であると判断されるときには、前記単
   セル内ガス流路を通過する前記ガスの流れの向きが、重
   力に逆らう向きとなるように制御することを特徴とする
   燃料電池装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３いずれか記載の燃料電
   池装置であって、 前記燃料電池の傾き状態を検出する傾き状態検出手段を
   さらに備え、 前記傾き状態制御手段は、前記燃料電池の傾き状態を制
   御する際に、前記温度検出手段の検出結果に加えて、前
   記傾き状態検出手段の検出結果に基づくことを特徴とす
   る燃料電池装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４いずれか記載の燃料電
   池装置であって、 前記燃料電池を所定の箇所で支持する複数の支持部材を
   さらに備え、 前記傾き状態制御手段は、 前記複数の支持部材のそれぞれを伸縮させることによっ
   て、前記燃料電池の傾き状態を所望の状態にすることを
   特徴とする燃料電池装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５いずれか記載の燃料電
   池装置であって、 前記燃料電池は、発電に伴って生じる熱を取り除くため
   の冷却水が通過する冷却水流路を内部に形成し、 前記冷却水流路は、前記傾き状態制御手段が前記燃料電
   池の傾き状態を制御することによって該燃料電池が様々
   な傾き状態をとる場合に、内部を通過する冷却水が、重
   力に逆らう向き、あるいは水平方向に流れるように形成
   されていることを特徴とする燃料電池装置。
7. 【請求項７】 単セルを複数積層して成り、該単セル内
   で進行する電気化学反応に供されるガスが通過するガス
   流路を有する燃料電池を備えた燃料電池装置の運転方法
   であって、（ａ）前記燃料電池の内部温度を検出する工
   程と、（ｂ）前記（ａ）工程における検出結果に基づい
   て前記燃料電池の傾き状態を制御する工程とを備えるこ
   とを特徴とする燃料電池装置の運転方法。