JP2003142133A - 燃料電池及びその制御方法 - Google Patents

燃料電池及びその制御方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス通路内の不要物を効率よく排除できる。 【解決手段】 第１及び第３電磁弁Ｂ１、Ｂ３が閉鎖さ
れ、第２及び第４電磁弁Ｂ２、Ｂ４が開放されることに
より、酸化ガスが長孔７０２から第１単セル内ガス通路
７１を水平方向に通過し長孔７０４から排出されていた
とする。このとき、フラッディング現象が発生すると、
第１及び第３電磁弁Ｂ１、Ｂ３が閉鎖され、第２及び第
４電磁弁Ｂ２、Ｂ４が開放される。これにより、酸化ガ
スは長孔７０１から第１単セル内ガス通路７１を上下方
向に通過し長孔７０３から排出される。このため、ガス
通路７１に生成水が存在しているとき、その生成水が水
平方向に移動するのを妨げる何らかの要因があったとし
ても、ガス流れ方向を上下方向に切り替えることによ
り、その要因の影響を受けにくくなり、ガスによって生
成水を排除することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池及びその
制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、燃料電池としては、膜電極接合体
（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍ
ｂｌｙ、以下ＭＥＡという）を２つのセパレータで挟み
込んで構成された単セルを複数積層したものが知られて
いる。ＭＥＡは、両面に触媒電極としての白金が塗布さ
れた電解質膜と、この電解質膜を挟み込むガス拡散電極
とから構成されている。ＭＥＡのうち、一方の面に形成
された触媒電極とガス拡散電極とがアノードを構成し、
他方の面に形成された触媒電極とガス拡散電極とがカソ
ードを構成する。そして、アノードに面するセパレータ
には、燃料ガスとしての水素ガスを単セル内に行き渡ら
せるための燃料ガス通路が形成され、カソードに面する
セパレータには、酸化ガスとしてのエアを単セル内に行
き渡らせるための酸化ガス通路が形成されている。
【０００３】この電解質膜は通常湿潤状態で良好なプロ
トン導電性電解質として機能するため、燃料ガスや酸化
ガスを予め加湿したうえで供給することにより電解質膜
の湿潤状態を維持しているが、種々の理由によりフラッ
ディング現象(濡れ過ぎの状態）が発生することがあ
る。例えばフラッディング現象が発生すると、ガス通路
に水が生成してガス流れの抵抗になり、ガス拡散電極に
対して十分なガスを供給できなくなることがある。この
点に鑑み、例えば特開平７−２３５３２３４号公報に
は、フラッディング現象が発生したときにはガスの動圧
を一時的に増加させ、その動圧によりガス通路内の生成
水を吹き飛ばして除去する燃料電池が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報の燃料電池では一定方向にガスを流すため、その方向
に生成水が移動するのを妨げる何らかの要因（例えば障
害物など）がある場合などには、反応ガスの動圧が増加
したとしても容易に生成水を除去できないことがあっ
た。
【０００５】本発明は、このような課題に鑑みなされた
ものであり、ガス通路内の不要物を効率よく排除できる
燃料電池を提供することを目的とする。また、このよう
な燃料電池の制御方法を提供することを別の目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために
以下の手段を採った。
【０００７】すなわち、本発明の第１の燃料電池は、単
セル内に反応ガスを行き渡らせるための単セル内ガス通
路と、前記単セル内ガス通路のガス流れ方向を切り替え
るガス流れ方向切替手段と、運転状態に応じて前記ガス
流れ方向切替手段を介して前記単セル内ガス通路のガス
流れ方向を現在のガス流れ方向からこれと交差する他の
ガス流れ方向に切り替える方向切替制御手段とを備えた
ものである。
【０００８】この燃料電池では、運転状態に応じて単セ
ル内ガス通路のガス流れ方向を現在のガス流れ方向から
これと交差する他のガス流れ方向に切り替える。このた
め、ある運転状態において単セル内ガス通路に不要物
（例えば生成水）が存在しているとき、その不要物が現
在のガス流れ方向に移動するのを妨げる何らかの要因が
あったとしても、現在のガス流れ方向と交差する他のガ
ス流れ方向に切り替えることにより、その要因の影響を
受けにくくなり、ガスによって不要物を排除することが
できる。したがって、ガス通路内の不要物を効率よく排
除できる。
【０００９】ここで、「反応ガス」とは、燃料電池にお
ける電気化学反応に供されるガスをいう。また、「運転
状態」とは、燃料電池の運転状態を表すものであれば特
に限定されないが、燃料電池の出力電圧やインピーダン
ス値のような運転制御に関するパラメータであってもよ
いし、燃料電池に使用する反応ガスの湿度や温度や供給
量であってもよいし、燃料電池の冷媒の温度や供給量で
あってもよい。
【００１０】本発明の燃料電池において、単セル内ガス
通路は、多数の小突起が設けられ該小突起の間隙を反応
ガスが通過するように形成されていてもよい。この単セ
ル内ガス通路では、不要物が所定のガス流れ方向に移動
するのを小突起が妨げることがあるが、そのガス流れ方
向と交差する他のガス流れ方向に切り替えることによ
り、不要物はその小突起の影響を受けにくくなり、ガス
によって不要物を排除することができる。
【００１１】なお、「小突起」は、単セル内ガス通路を
通過する反応ガスがこの小突起に衝突して単セル内ガス
通路内で拡散されるように配置されていることが好まし
い。例えば格子状に配置されていてもよい。
【００１２】本発明の燃料電池において、前記現在のガ
ス流れ方向と前記他のガス流れ方向とは略直交していて
もよい。こうすれば、単セル内ガス通路に存在する不要
物が現在のガス流れ方向に移動するのを妨げる何らかの
要因があったとしても、現在のガス流れ方向と略直交す
る方向にガス流れ方向を切り替えることにより、その要
因の影響をほとんど受けなくなる。したがって、ガス通
路内の不要物をより効率よく排除できる。
【００１３】本発明の燃料電池において、前記方向切替
制御手段は、フラッディング現象が発生しているときに
は、前記ガス流れ方向切替手段を介して前記単セル内ガ
ス通路のガス流れ方向を切り替えるようにしてもよい。
こうすれば、単セル内ガス通路に発生した水を効率よく
排除できる。なお、「フラッディング現象」とは、単セ
ル内ガス通路に水が溜まった状態をいう。また、フラッ
ディング現象が発生しているか否かは、例えば燃料電池
の出力電圧やインピーダンス値や反応ガスの湿度などの
フラッディング現象と相関のあるパラメータに基づいて
判定してもよい。
【００１４】本発明の燃料電池において、前記方向切替
制御手段は、動作温度が所定温度以下のときには、定期
的又は不定期に前記ガス流れ方向切替手段を介して前記
単セル内ガス通路のガス流れ方向を切り替えるようにし
てもよい。動作温度が所定温度以下（例えば６０℃以
下）のときには、反応ガスの飽和水蒸気量が低いため単
セル内ガス通路に凝縮水が発生し易いが、定期的又は不
定期にガス流れ方向を切り替えることにより、凝縮水が
発生していたとしても容易に排除できる。なお、「動作
温度」は、どのように検出してもよく、例えば燃料電池
の所定位置の温度を温度検出手段によって検出してもよ
いし、燃料電池を冷却するための冷媒の温度を温度検出
手段によって検出してもよい。
【００１５】本発明の燃料電池において、前記単セル内
ガス通路は、前記現在のガス流れ方向と前記他のガス流
れ方向とでは通路長及び通路幅が異なるように形成され
ていてもよい。こうすれば、ガス流れ方向を切り替える
と通路長及び通路幅も変化するため、運転状態に応じた
通路長及び通路幅を選択できる。例えば、前記方向切替
制御手段は、低出力時には前記ガス流れ方向切替手段を
介して通路長が長く通路幅が狭いガス流れ方向に切り替
え、高出力時には前記ガス流れ方向切替手段を介して通
路長が短く通路幅が広いガス流れ方向に切り替えてもよ
い。こうすれば、低出力時にはガス流速が増しガス拡散
性が向上してガス利用率が向上し、高出力時には圧力損
失が低減する。
【００１６】本発明の燃料電池において、前記方向切替
制御手段は、運転状態に応じて、前記現在のガス流れ方
向のガス供給口と前記他のガス流れ方向のガス供給口の
両方からガスを供給し前記現在のガス流れ方向のガス排
出口又は前記他のガス流れ方向のガス排出口のいずれか
一方からガスを排出する給排制御を前記ガス流れ方向切
替手段を介して行ってもよい。この場合、２つのガス供
給口から供給されたガスが単セル内ガス通路で合流して
１つのガス排出口から排出される。このため、１つのガ
ス供給口からガスを供給する場合に比べて、各ガス供給
口から供給されるガスの流量を低減でき、その結果単セ
ル内ガス通路の上流側が乾燥しにくくなる。ここで、両
方のガス供給口の一方から供給されたガスが単セル内ガ
ス通路の下流側で合流するようにしてもよく、こうすれ
ば、下流側でガス濃度が低下するのを防止できる。ま
た、前記方向切替制御手段は、低出力時に前記給排制御
を行ってもよいし、反応ガスを加湿せずに供給する無加
湿運転時に前記給排制御を行ってもよい。
【００１７】本発明の燃料電池において、前記単セル内
ガス通路は、酸化ガスが流れる通路であってもよい。こ
うすれば、酸化ガスが流れる通路のフラッディング現象
に適切に対処できる。
【００１８】本発明の燃料電池において、前記単セル内
ガス通路は、燃料ガスが流れる通路であってもよい。こ
うすれば、燃料ガスが流れる通路のフラッディング現象
に適切に対処できる。
【００１９】本発明の燃料電池において、前記単セル内
ガス通路は、酸化ガスを供給する第１単セル内ガス通路
と燃料ガスを供給する第２単セル内ガス通路であり、前
記ガス流れ方向切替手段は、前記第１単セル内ガス通路
のガス流れ方向を切り替える第１ガス流れ方向切替手段
と前記第２単セル内ガス通路のガス流れ方向を切り替え
る第２ガス流れ方向切替手段であり、前記方向切替制御
手段は、運転状態に応じて前記第１ガス流れ方向切替手
段又は前記第２ガス流れ方向切替手段を介して前記第１
単セル内ガス通路又は前記第２単セル内ガス通路のガス
流れ方向を切り替えてもよい。こうすれば、酸化ガスが
流れる通路と燃料ガスが流れる通路の両方についてフラ
ッディング現象に適切に対処できる。
【００２０】このとき、前記方向切替制御手段は、前記
第１単セル内ガス通路のガス流れ方向と前記第２単セル
内ガス通路のガス流れ方向とが互いに対向するように前
記第１及び第２ガス流れ方向切替手段を制御してもよ
い。通常、ガス上流側の方がガス下流側よりも乾きやす
いが、ここでは単セル内を流れる二つのガスの流れが逆
方向であるため、単セル内の水分布が均一になりやす
い。
【００２１】本発明の燃料電池において、前記単セルを
冷却するための冷媒が通過する冷媒通路と、前記冷媒通
路の冷媒流れ方向を切り替える冷媒流れ方向切替手段と
を備え、前記方向切替制御手段は、前記ガス流れ方向切
替手段を介してガス流れ方向を現在のガス流れ方向から
これと交差する他のガス流れ方向に切り替えるとき、前
記冷媒流れ方向切替手段を介して前記冷媒通路の冷媒流
れ方向を現在の冷媒流れ方向からこれと交差する他の冷
媒ガス流れ方向に切り替えてもよい。こうすれば、ガス
流れ方向と同期して、冷媒流れ方向をそのガス流れ方向
に適した方向に切り替えることができる。
【００２２】このとき、前記方向切替制御手段は、前記
ガス流れ方向切替手段を介してガス流れ方向を現在のガ
ス流れ方向からこれと交差する他のガス流れ方向に切り
替えるとき、前記冷媒流れ方向切替手段を介して前記冷
媒通路の冷媒流れ方向をガス流れ方向と一致するように
切り替えてもよい。こうすれば、ガス上流側は温度の低
い冷媒によって冷やされ、ガス下流側は熱を奪ったあと
のやや温度の高い冷媒によって冷やされるため、ガス上
流側の方がガス下流側に比べて温度降下が大きくなる。
通常、ガス上流側が乾きやすくガス下流側が濡れやすい
が、ここではガス上流側の温度を低くして露点を下げて
いるためガス上流側が乾きにくくなり、ガス下流側の温
度を高くして露点を上げているためガス下流側が濡れに
くくなる。
【００２３】また、前記冷媒通路は、前記現在の冷媒流
れ方向と前記他の冷媒流れ方向とでは通路長及び通路幅
が異なるように形成され、前記方向切替制御手段は、低
出力時には前記ガス流れ方向切替手段を介して通路長が
短く通路幅が広い冷媒流れ方向に切り替え、高出力時に
は前記ガス流れ方向切替手段を介して通路長が長く通路
幅が狭い冷媒流れ方向に切り替えてもよい。こうすれ
ば、発熱量の小さい低出力時は冷媒の圧力損失が低減
し、発熱量の大きい高出力時は冷媒の流速が増加し伝熱
性が向上する。なお、この方向切替制御手段による冷媒
流れ方向の切替制御は、反応ガスの流れ方向の切替制御
と同期して行ってもよいし、個別に行ってもよい。
【００２４】本発明の第２は、単セル内に反応ガスを行
き渡らせるための単セル内ガス通路のガス流れ方向を変
更可能な燃料電池を制御する方法であって、運転状態に
応じて前記単セル内ガス通路のガス流れ方向を現在のガ
ス流れ方向と交差する方向に切り替えるものである。こ
の制御方法では、運転状態に応じて単セル内ガス通路の
ガス流れ方向を現在のガス流れ方向からこれと交差する
他のガス流れ方向に切り替える。このため、ある運転状
態において単セル内ガス通路に不要物（例えば生成水）
が存在しているとき、その不要物が現在のガス流れ方向
に移動するのを妨げる何らかの要因があったとしても、
現在のガス流れ方向と交差する他のガス流れ方向に切り
替えることにより、その要因の影響を受けにくくなり、
ガスによって不要物を排除することができる。したがっ
て、ガス通路内の不要物を効率よく排除できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明を一層明らかにするため
に、本発明の好適な実施形態について図面を参照しなが
ら以下に説明する。
【００２６】［第１実施形態］図１は、本実施形態の燃
料電池１０の概略構成を表す斜視図、図２は、燃料電池
１０の部分断面図、図３は、本実施形態のセルモジュー
ル２０の分解斜視図、図４も同じくセルモジュール２０
の分解斜視図、図５は本実施形態の電気的な接続を表す
概略ブロック図である。なお、図４は図３をＡ視（白抜
き矢印）からみた分解斜視図である。
【００２７】本実施形態の燃料電池１０は、固体高分子
型燃料電池であって、主として、セルモジュール２０
と、このセルモジュール２０が複数積層されたスタック
４０と、このスタック４０に酸化ガスを給排するための
酸化ガス供給管４１、酸化ガス排出管４２及び酸化ガス
給排装置４１０（図５参照）と、スタック４０に燃料ガ
スを給排するための燃料ガス供給管４３、燃料ガス排出
管４４及び燃料ガス給排装置４３０（図５参照）と、ス
タック４０に冷媒を給排するための冷媒導入管４５、冷
媒導出管４６及び冷媒給排装置４５０（図５参照）と、
酸化ガス流れ方向の切替制御などを行う制御装置５０
（図５参照）とを備えている。
【００２８】セルモジュール２０は、図２に示すよう
に、冷却セパレータ６０、ＭＥＡ３０、中央セパレータ
７０、ＭＥＡ３０、端部セパレータ８０がこの順で積層
されたものである。このうち、冷却セパレータ６０，Ｍ
ＥＡ３０，中央セパレータ７０が単セル２１を構成し、
中央セパレータ７０，ＭＥＡ３０，端部セパレータ８０
が単セル２２を構成する。つまり、単セル２１と単セル
２２は中央セパレータ７０を共通部材としている。
【００２９】ＭＥＡ３０は、電解質膜３１をアノード３
２とカソード３３とで挟みこんだ膜電極接合体である。
ここで、電解質膜３１は、固体高分子材料、例えばフッ
素系樹脂により形成されたプロトン導電性のイオン交換
膜（例えばデュポン社製のナフィオン膜）であり、湿潤
状態で良好な電気伝導性を示す。電解質膜３１の両面に
は、白金または白金と他の金属から成る合金を塗布する
ことにより触媒電極３４，３５が形成され、更にその外
側には、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス
により形成されたガス拡散電極３６，３７が配置されて
いる。そして、触媒電極３４とガス拡散電極３６とがア
ノード３２、触媒電極３５とガス拡散電極３７とがカソ
ード３３を構成する。なお、ガス拡散電極３６，３７は
カーボンクロスのほか、炭素繊維からなるカーボンペー
パーまたはカーボンフェルトによって形成してもよく、
十分なガス拡散性および導電性を有していればよい。
【００３０】各セパレータ６０，７０，８０は、ガス不
透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不
透過とした成形カーボンにより形成されている。冷却セ
パレータ６０は、単セル２１のＭＥＡ３０のアノード３
２と対向する面に、燃料ガスを通過させる第２単セル内
ガス通路６２が形成され、もう一方の面に、冷媒を通過
させる冷媒通路６３が形成されている。中央セパレータ
７０は、単セル２１のＭＥＡ３０のカソード３３と対向
する面に、酸化ガスを通過させる第１単セル内ガス通路
７１が形成され、単セル２２のＭＥＡ３２のアノード３
２と対向する面に、燃料ガスを通過させる第２単セル内
ガス通路７２が形成されている。端部セパレータ８０
は、単セル２２のＭＥＡ３０のカソード３３と対向する
面に、酸化ガスを通過させる第１単セル内ガス通路８１
が形成されている。
【００３１】冷却セパレータ６０と中央セパレータ７０
との間の空隙にはシール部材３８が配置され、中央セパ
レータ７０と端部セパレータ８０との間の空隙にはシー
ル部材３９が配置されている。これらのシール部材３
８，３９は、この部分で燃料ガスと酸化ガスとが混合す
るのを防止したり、これらのガスが外部に漏れ出すのを
防止したりする役割を果たす。
【００３２】図３及び図４に示すように、冷却セパレー
タ６０には、四つの辺に沿ってそれぞれ長孔６０１〜６
０４が面を貫通して設けられており、四つの角にそれぞ
れ角孔６０５〜６０８が面を貫通して設けられている。
この冷却セパレータ６０のうち単セル２１のＭＥＡ３０
のアノード３２に対向する面には、外周が略四角形状の
凹部６１０が設けられ、この凹部６１０は角孔６０５，
６０６に連通されている。角孔６０５からは燃料ガスが
供給されて単セル２１の凹部６１０即ち第２単セル内ガ
ス通路６２を通過して角孔６０６から排出される。ま
た、冷却セパレータ６０のもう一方の面にも、外周が略
四角形状の凹部６１１が設けられ、この凹部６１１は角
孔６０７，６０８に連通されている。角孔６０７からは
冷媒が供給されてこの凹部６１１即ち冷媒通路６３を通
過して角孔６０８から排出される。
【００３３】中央セパレータ７０には、四つの辺に沿っ
てそれぞれ長孔７０１〜７０４が面を貫通して設けられ
ており、四つの角にそれぞれ角孔７０５〜７０８が面を
貫通して設けられている。この中央セパレータ７０のう
ち単セル２１のＭＥＡ３０のカソード３３に対向する面
には、外周が略四角形状の凹部７１１が設けられ、この
凹部７１１は長孔７０１〜７０４に連通されている。酸
化ガスは、長孔７０１から単セル２１に供給されて凹部
７１１即ち第１単セル内ガス通路７１を通過して長孔７
０３から排出されるか、あるいは、長孔７０２から単セ
ル２１に供給されて凹部７１１即ち第１単セル内ガス通
路７１を通過して長孔７０４から排出される。また、中
央セパレータ７０のうち単セル２２のＭＥＡ３０のアノ
ード３２に対向する面にも、外周が略四角形状の凹部７
１０が設けられ、この凹部７１０は角孔７０５，７０６
に連通されている。角孔７０５からは燃料ガスが単セル
２２に供給されて凹部７１０即ち第２単セル内ガス通路
７２を通過して角孔７０６から排出される。
【００３４】端部セパレータ８０には、四つの辺に沿っ
てそれぞれ長孔８０１〜８０４が面を貫通して設けられ
ており、四つの角にそれぞれ角孔８０５〜８０８が面を
貫通して設けられている。この端部セパレータ８０のう
ち単セル２２のＭＥＡ３０のカソード３３に対向する面
には、外周が略四角形状の凹部８１１が設けられ、この
凹部８１１は長孔８０１〜８０４に連通されている。酸
化ガスは、長孔８０１から単セル２２に供給されて凹部
８１１即ち第１単セル内ガス通路８１を通過して長孔８
０３から排出されるか、あるいは、長孔８０２から単セ
ル２２に供給されて凹部８１１即ち第１単セル内ガス通
路８１を通過して長孔８０４から排出される。この端部
セパレータ８０のもう一方の面はフラットに形成されて
いる。
【００３５】各凹部６１０，６１１，７１０，７１１，
８１１には、複数の小突起が形成されている。例えば、
中央セパレータ７０の凹部７１１には、図３の円内に示
すような略直方体状又は略立方体状の小突起７２０が格
子状に形成されている。この小突起７２０は、先端部分
が単セル２１のＭＥＡ３０のカソード３３と接するよう
に形成され、この接する領域によって導電性が確保され
る。また、この凹部７１１即ち第１単セル内ガス通路７
１を通過する酸化ガスは、小突起７２０の側面に衝突す
ることにより第１単セル内ガス通路７１で拡散される。
更に、小突起７２０が格子状に並んでいることから、長
孔７０１から長孔７０３に向かって流れることもできる
し、これと略直交する方向即ち長孔７０２から長孔７０
４に向かって流れることもできる。
【００３６】スタック４０は、セルモジュール２０を複
数積層し、図１に示すようにその両端に集電板１１，１
２、絶縁板１３，１４、エンドプレート１５，１６を順
次配置して完成される。集電板１１，１２は緻密質カー
ボンや銅板などガス不透過な導電性部材によって形成さ
れ、絶縁板１３，１４はゴムや樹脂等の絶縁性部材によ
って形成され、エンドプレート１５，１６は剛性を備え
た鋼等の金属によって形成されている。また、集電板１
１，１２にはそれぞれ出力端子１１ａ，１２ａが設けら
れており、燃料電池１０で生じた起電力を出力可能とな
っている。また、エンドプレート１５，１６は、図示し
ない加圧装置によってスタック４０を積層方向に加圧し
て保持している。
【００３７】このスタック４０においては、長孔６０
１，７０１，８０１が積層方向に連なることにより酸化
ガス供給マニホルドＭ１が形成され、長孔６０２，７０
２，８０２が積層方向に連なることにより酸化ガス供給
マニホルドＭ２が形成され、長孔６０３，７０３，８０
３が積層方向に連なることにより酸化ガス排出マニホル
ドＭ３が形成され、長孔６０４，７０４，８０４が積層
方向に連なることにより酸化ガス排出マニホルドＭ４が
形成されている。そして、酸化ガス供給マニホルドＭ１
又は酸化ガス供給マニホルドＭ２に供給された酸化ガス
は、第１単セル内ガス通路７１，８１を通過したあと、
酸化ガス排出マニホルドＭ３又は酸化ガス排出マニホル
ドＭ４に集められ排出される。また、角孔６０５，７０
５，８０５が積層方向に連なることにより燃料ガス供給
マニホルドＭ５が形成され、角孔６０６，７０６，８０
６が積層方向に連なることにより燃料ガス排出マニホル
ドＭ６が形成されている。そして、燃料ガス供給マニホ
ルドＭ５に供給された燃料ガスは、第２単セル内ガス通
路６２，７２を通過したあと、燃料ガス排出マニホルド
Ｍ６に集められ排出される。更に、角孔６０７，７０
７，８０７が積層方向に連なることにより冷媒供給マニ
ホルドＭ７が形成され、角孔６０８，７０８，８０８が
積層方向に連なることにより冷媒排出マニホルドＭ８が
形成されている。そして、冷媒供給マニホルドＭ７に供
給された冷媒は、冷媒通路６３を通過したあと、冷媒排
出マニホルドＭ８に集められ排出される。
【００３８】酸化ガス供給管４１は、酸化ガス（ここで
は圧縮空気）の供給・排出を行う酸化ガス給排装置４１
０から二つの分岐管に分岐して酸化ガス供給マニホルド
Ｍ１及び酸化ガス供給マニホルドＭ２に接続されてい
る。このうち酸化ガス供給マニホルドＭ１に向かう分岐
管には第１電磁弁Ｂ１が設置され、酸化ガス供給マニホ
ルドＭ２向かう分岐管には第２電磁弁Ｂ２が設置されて
いる。一方、酸化ガス排出管４２は、酸化ガス排出マニ
ホルドＭ３及び酸化ガス排出マニホルドＭ４からそれぞ
れ延び出した分岐管が集合され酸化ガス給排装置４１０
に接続されている。このうち酸化ガス排出マニホルドＭ
３から延び出した分岐管には第３電磁弁Ｂ３が設置さ
れ、酸化ガス排出マニホルドＭ４から延び出した分岐管
には第４電磁弁Ｂ４が設置されている。
【００３９】燃料ガス供給管４３は、燃料ガス（ここで
は水素ガス）の供給・排出を行う燃料ガス給排装置４３
０から燃料ガス供給マニホルドＭ５に接続され、燃料ガ
ス排気管４４は、燃料ガス排出マニホルドＭ６から燃料
ガス給排装置４３０に接続されている。
【００４０】冷媒導入管４５は、冷媒（ここでは冷却
水）の供給・排出を行う冷媒給排装置４５０から冷媒供
給マニホルドＭ７に接続され、冷媒導出管４６は、冷媒
排出マニホルドＭ８から冷媒給排装置４５０に接続され
ている。
【００４１】制御装置５０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、
ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータにより構成さ
れ、図５に示すように、スタック４０の出力電圧を検出
する電圧計４９からの検出信号を入力し、酸化ガス供給
管４１の各分岐管に設置された第１電磁弁Ｂ１および第
２電磁弁Ｂ２に制御信号を出力し、酸化ガス排出管４２
の各分岐管に設置された第３電磁弁Ｂ３および第４電磁
弁Ｂ４に制御信号を出力するように接続されている。
【００４２】次に、本実施形態の制御装置５０により所
定タイミング（例えば数ｍｓｅｃ）ごとに実行される酸
化ガス流れ方向の切替制御について、図６のフローチャ
ートに基づいて説明する。制御装置５０は、この切替制
御が開始されると、まず、電圧計４９で検出された出力
電圧を読み込み（ステップＳ１００）、出力電圧に基づ
いてフラッディング現象が発生しているか否か、つまり
第１単セル内ガス通路７１，８１が濡れ過ぎの状態か否
かを判定する（ステップＳ１１０）。例えば、経験上、
フラッディング現象が発生している場合には出力電圧の
変動が所定の変動範囲を越えることがあることから、出
力電圧の変動が所定の変動範囲を超えたときにフラッデ
ィング現象が発生したと推定してもよい。このとき出力
電圧の変動は、今回の出力電圧と前回の出力電圧との差
としてもよいし、今回から所定時間だけ遡った時間幅に
おける最大値と最小値との差としてもよい。そして、フ
ラッディング現象が発生していないときには、そのまま
このプログラムを終了し、フラッディング現象が発生し
ているときには、酸化ガスのガス流れ方向を現在のガス
流れ方向からこれと略直交する方向へ切り替えるべく、
各電磁弁Ｂ１〜Ｂ４に制御信号を出力し（ステップＳ１
２０）、このプログラムを終了する。
【００４３】酸化ガスのガス流れ方向の切替について、
図７に基づいて説明する。図７は、中央セパレータ７０
を第１単セル内ガス通路７１側からみたときの平面図で
あり、（ａ）はガス流れ方向の一つを表し、（ｂ）はガ
ス流れ方向の他の一つを表す。まず、第１電磁弁Ｂ１と
第３電磁弁Ｂ３とが閉鎖され、第２電磁弁Ｂ２と第４電
磁弁Ｂ４とが開放されていたとする（図７（ａ）参
照）。このとき、酸化ガスは、長孔７０２から第１単セ
ル内ガス通路７１を水平方向に通過し長孔７０４から排
出される。ここで、ステップＳ１２０においてガス流れ
方向を切り替えるとすると、制御装置５０は、各電磁弁
Ｂ１〜Ｂ４へ制御信号を出力し、第１電磁弁Ｂ１と第３
電磁弁とを開放し、第２電磁弁Ｂ２と第４電磁弁Ｂ４と
を閉鎖する（図７（ｂ）参照）。これにより、酸化ガス
は、長孔７０１から第１単セル内ガス通路７１を上下方
向に通過し長孔７０３から排出される。つまり、酸化ガ
スのガス流れ方向は、それまで水平方向だったのに対
し、これと略直交する上下方向に切り替えられる。
【００４４】ここで、フラッディング現象が発生したと
きの第１単セル内ガス通路７１の様子について図８に基
づいて説明する。図８は、中央セパレータ７０の第１単
セル内ガス通路７１の部分拡大図である。第１単セル内
ガス通路７１には複数の小突起７２０が格子状に立設さ
れていることから、この通路７１内で生成した水はこの
小突起７２０同士の間に溜まりやすい。そして、例えば
酸化ガスの流れ方向が水平方向のときには、図８（ａ）
に示すように、上下方向に並んだ小突起７２０同士の間
に溜まった生成水Ｗ１は酸化ガスの流れに沿って排除さ
れるものの、水平方向に並んだ小突起７２０同士の間に
溜まった生成水Ｗ２は周囲の小突起７２０によって酸化
ガスの流れに沿って移動するのを阻止されているため排
除されずに残存してしまう。これがフラッディング現象
の発生している状態である。このようなフラッディング
現象が発生すると、例えば出力電圧の変動が大きくな
り、所定の変動範囲を超えたりする。
【００４５】本実施形態では、図７を用いて説明したよ
うに、フラッディング現象が発生したときには酸化ガス
のガス流れ方向をそれまでと略直交する方向に切り替え
るため、図８（ａ）において排除されずに残存していた
生成水Ｗ２は、図８（ｂ）に示すように、切り替わった
後の酸化ガスの流れに沿って排除される。したがって、
フラッディング現象が解消される。なお、電磁弁Ｂ１〜
Ｂ４の開閉を切り替えたとしてもフラッディング現象が
解消されるまでに暫く時間がかかることがあるため、制
御装置５０はその時間を見込んで次回の切替制御を開始
するようにしてもよい。
【００４６】ここで、本実施形態の構成要素と本発明の
構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の第
１〜第４電磁弁Ｂ１〜Ｂ４が本発明のガス流れ方向切替
手段に相当し、制御装置５０が方向切替制御手段に相当
する。
【００４７】以上詳述した本実施形態の燃料電池１０に
よれば、第１単セル内ガス通路７１，８１にフラッディ
ング現象が発生したときには、それに応じて第１単セル
内ガス通路７１，８１の酸化ガスのガス流れ方向を現在
のガス流れ方向からこれと略直交する他のガス流れ方向
に切り替える。このため、図８（ａ）に示すように、生
成水Ｗ２が現在のガス流れ方向に移動するのを小突起７
２０が妨げていたとしても、図８（ｂ）に示すように、
現在のガス流れ方向と略直交する他のガス流れ方向に切
り替えることにより、切り替えたあとのガス流れによっ
て生成水Ｗ２を容易に排除することができる。したがっ
て、第１単セル内ガス通路７１，８１内の生成水を効率
よく除去できる。
【００４８】なお、上述した実施形態において、通常は
酸化ガスのガス流れ方向を図７（ｂ）のように下方向つ
まり生成水が重力によって排出されやすい方向とし、フ
ラッディング現象が発生したときだけ一時的に図７
（ａ）のように水平方向に切り替えるようにしてもよ
い。こうすれば、高出力時のようにカソード３３に大量
の生成水が発生したとしても、通常は重力によって生成
水が排出され、フラッディング現象が発生したときだけ
水平方向に切り替えてフラッディング現象を解消させる
ため、生成水を効率よく排除できる。
【００４９】また、上述した実施形態では出力電圧の変
動が所定変動範囲を越えたか否かに基づいてフラッディ
ング現象が発生したか否かを判定したが、スタック４０
の出力電圧値と予め定めた所定電圧値との比較結果やス
タック４０のインピーダンス値と予め定めた所定インピ
ーダンス値との比較結果に基づいてフラッディング現象
が発生したか否かを判定してもよいし、これらを適宜組
み合わせて判定してもよい。
【００５０】また、燃料電池１０の動作温度が所定温度
以下のときには、反応ガスの飽和水蒸気量が低いため単
セル内ガス通路に凝縮水が発生し易いことから、定期的
又は不定期にガス流れ方向を切り替えることにより凝縮
水が発生していたとしても排除できるようにしてもよ
い。例えば制御装置５０は図９に示す切替制御を所定タ
イミング（例えば数ｍｓｅｃ）ごとに実行してもよい。
制御装置５０は、この切替制御が開始されると、まず動
作温度を読み込み（ステップＳ２００）、その動作温度
が所定温度（例えば６０℃）以下か否かを判定し（ステ
ップＳ２１０）、所定温度以下のときには低温フラグが
「１」か否かを判定し（ステップＳ２２０）、低温フラ
グが「０」のときには低温フラグに「１」をセットする
と共にタイマに所定時間ｔｃをセットしてダウンカウン
トを開始させ（ステップＳ２３０）、このプログラムを
終了する。なお、低温フラグは、動作温度が所定温度以
下の状態であることを示すフラグである。一方、ステッ
プＳ２２０で低温フラグが「１」のときには、タイマが
ゼロになったか否かを判定し（ステップＳ２４０）、タ
イマがゼロでないときにはこのプログラムを終了し、タ
イマがゼロになったときには、所定温度以下になった状
態が所定時間ｔｃだけ継続したことになり凝縮水が発生
しているおそれがあることから、ガス流れ方向を切り替
える（ステップＳ２５０）。そしてガス流れ方向を切り
替えたあと、あるいは、ステップＳ２１０で所定温度以
下でなかったときには、低温フラグおよびタイマをリセ
ットし（ステップｓ２６０）、このプログラムを終了す
る。この結果、動作温度が所定温度以下の状態で所定時
間ｔｃが経過するごとに定期的にガス流れ方向が切り替
えられるため、凝縮水が発生していたとしても排除でき
る。なお、動作温度は、例えばスタック４０の所定位置
に設置した温度検出センサから読み込むようにしてもよ
い。
【００５１】更に、上述した実施形態では酸化ガスのガ
ス流れ方向を切り替えるようにしたが、酸化ガスに代え
て燃料ガスのガス流れ方向を切り替えるようにしてもよ
い。例えば、上述した実施形態において酸化ガスの給排
経路の構成と燃料ガスの給排経路の構成とを入れ替えて
もよい。この場合には、燃料ガスの単セル内ガス通路内
の生成水を効率よく除去できる。
【００５２】あるいは、酸化ガスと燃料ガスの両方のガ
ス流れ方向を切り替えるようにしてもよい。中央セパレ
ータ７０を例に挙げれば、図１０（ａ）に一方の面、図
１０（ｂ）に他方の面を示すように、各辺にそれぞれ２
つずつ長孔７０１，７３１，７０２，７３２，７０３，
７３３，７０４，７３４を設けて、酸化ガスについて
は、制御装置５０が電磁弁Ｂ１〜Ｂ４を制御することに
より、長孔７０１から凹部７１１（第１単セル内ガス通
路７１）を通過して長孔７０３に至るガス流れ方向と、
長孔７０２から凹部７１１（第１単セル内ガス通路７
１）を通過して長孔７０４に至るガス流れ方向との間で
切り替えるようにし、燃料ガスについては、制御装置５
０が電磁弁Ｂ３１〜Ｂ３４を制御することにより、長孔
７３１から凹部７１０（第２単セル内ガス通路７２）を
通過して長孔７３３に至るガス流れ方向と、長孔７３２
から凹部７１０（第２単セル内ガス通路７２）を通過し
て長孔７３４に至るガス流れ方向との間で切り替えるよ
うにしてもよい。この場合には、両ガスの単セル内ガス
通路の生成水を効率よく除去できる。このとき、酸化ガ
スと燃料ガスの流れ方向が絶えずカウンタフロー（互い
に対向する流れ）になるように切替制御をしてもよく、
こうすればＭＥＡ３０の面内の水分布を略均一にするこ
とができる。
【００５３】［第２実施形態］本実施形態は、第１実施
形態と比べて、酸化ガスが通過する第１単セル内ガス通
路７１，８１の構成が異なる以外は第１実施形態と概ね
同様である。ここでは第１単セル内ガス通路７１を例に
挙げて図１１に基づいて説明し、その他については説明
を省略する。
【００５４】セルモジュール２０を構成する中央セパレ
ータ７０は、図１１に示すように、四つの辺に沿ってそ
れぞれ長孔７４１〜７４４が面を貫通して設けられてい
る。この中央セパレータ７０のうち単セルのカソードに
対向する面には、外周が略長方形状の凹部７４５が設け
られ、この凹部７４５は長孔７４１〜７４４に連通され
ている。また、この凹部７４５には、図示しないが、第
１実施形態と同様の小突起が格子状に立設されている。
酸化ガスは、長孔７４２から凹部７４５即ち第１単セル
内ガス通路７１を水平方向に通過して長孔７４４から排
出されるガス流れ方向（図１１（ａ）参照）と、長孔７
４１から凹部７４５即ち第１単セル内ガス通路７１を上
下方向に通過して長孔７４３から排出されるガス流れ方
向（図１１（ｂ）参照）のいずれかにより単セルに供給
される。このとき、前者のガス流れ方向と後者のガス流
れ方向とを比較すると、凹部７４５の水平方向の長さＬ
１が上下方向の長さＬ２より長くなるように形成されて
いるため、第１単セル内ガス通路７１の通路長について
は前者の方が長く、第１単セル内ガス通路７１の通路幅
については前者の方が狭い。なお、本実施形態の中央セ
パレータ７０は、第１実施形態と同じく、燃料ガスが通
過する角孔７０５，７０６や冷媒が通過する角孔７０
７，７０８を備えている。
【００５５】次に、本実施形態の制御装置５０により所
定タイミングごとに実行される酸化ガス流れ方向の切替
制御について、図１２のフローチャートに基づいて説明
する。制御装置５０は、この切替制御が開始されると、
まず、現在の出力状態が低出力か高出力かを判定し（ス
テップＳ３００）、低出力時には、第１電磁弁Ｂ１およ
び第３電磁弁Ｂ３を閉鎖し第２電磁弁Ｂ２および第４電
磁弁Ｂ４を開放することにより図１１（ａ）に示すガス
流れ方向（水平方向）で酸化ガスが第１単セル内ガス通
路７１を通過するようにする（ステップＳ３１０）。一
方、高出力時には、第１電磁弁Ｂ１および第３電磁弁Ｂ
３を開放し第２電磁弁Ｂ２および第４電磁弁Ｂ４を閉鎖
することにより図１１（ｂ）に示すガス流れ方向（上下
方向）で酸化ガスが第１単セル内ガス通路７１を通過す
るようにする（ステップＳ３２０）。ステップＳ３１０
またはステップＳ３２０でいずれかのガス流れ方向に決
定したあと、フラッディング現象が発生したか否かを第
１実施形態と同様にして判定し（ステップＳ３３０）、
フラッディング現象が発生していないときにはそのまま
このプログラムを終了する。一方、フラッディング現象
が発生したときには、酸化ガスのガス流れ方向を他のガ
ス流れ方向に切り替え（ステップＳ３４０）、続いてフ
ラッディング現象が解消したか否かを判定し（ステップ
Ｓ３５０）、フラッディング現象が解消していないとき
にはそのまま待機し、フラッディング現象が解消したと
きには酸化ガスのガス流れ方向を元に戻し（ステップＳ
３６０）、このプログラムを終了する。
【００５６】以上説明した本実施形態によれば、低出力
時には、通路長が長く通路幅が狭いガス流れ方向が選択
されるため、流速が増加しガス拡散性が向上してガス利
用率が向上する。また、高出力時には、通路長が短く通
路幅が広いガス流れ方向が選択されるため、ガスの圧力
損失が低減する。更に、フラッディング現象が発生した
ときには、現在のガス流れ方向を一時的にこれと略直交
する他のガス流れ方向に切り替えるため、第１単セル内
ガス通路７１における生成水は効率よく排除される。
【００５７】なお、低出力時には、図１３のように、第
１電磁弁Ｂ１を閉鎖するのではなく少し開けてもよい。
つまり、ガス流れ方向が水平方向のときのガス供給口で
ある長孔７４２とガス流れ方向が上下方向の時のガス供
給口である長孔７４１の両方から第１単セル内ガス通路
７１に酸化ガスを供給し、水平方向の時のガス排出口で
ある長孔７４４から酸化ガスを排出する給排制御を行っ
てもよい。こうすれば、１つのガス供給口から酸化ガス
を供給する場合に比べて、各ガス供給口から供給される
ガスの流量が低減でき、その結果第１単セル内ガス通路
７１の上流側が乾燥しにくくなる。また、長孔７４１か
ら供給された酸化ガスは第１単セル内ガス通路７１の下
流側で合流するため、下流側でガス濃度が低下するのを
防止できる。なお、この給排制御は、第１実施形態のよ
うにガス流れ方向の通路長及び通路幅が同じ構成におい
て採用してもよく、この場合も同様の効果が得られる。
【００５８】［第３実施形態］第３実施形態は、第２実
施形態につき冷媒通路を別例としたものである。図１４
は、冷却セパレータの冷媒通路側からみた平面図であ
り、（ａ）はガス流れ方向の一つを示し、（ｂ）はガス
流れ方向の他の一つを表す。図１４に示すように、冷却
セパレータ６０は、冷媒が通過する角孔６０７，６０８
の代わりに、四つの辺に沿って冷媒給排用の長孔６５１
〜６５４が面を貫通して設けられている。また、同じく
四つの辺に沿って長孔６４１〜６４４が面を貫通して設
けられており、これらはそれぞれ中央セパレータ７０の
長孔７４１〜７４４（既述）と積層方向に連通してい
る。冷却セパレータ６０のうち単セルのアノードに対向
する面と反対側の面には、外周が略長方形状の凹部６５
５が設けられ、この凹部６５５は長孔６５１〜６５４に
連通されている。冷媒は、長孔６５２から凹部６５５即
ち冷媒通路６３を水平方向に通過して長孔６５４から排
出される冷媒流れ方向（図１４（ａ）参照）と、長孔６
５１から凹部６５５即ち冷媒通路６３を上下方向に通過
して長孔６５３から排出される冷媒流れ方向（図１４
（ｂ）参照）のいずれかによりセルモジュール２０に供
給される。
【００５９】また、冷媒導入管４５は、分岐されてそれ
ぞれ長孔６５１，６５２に接続され、各分岐管には電磁
弁Ｂ５１，Ｂ５２がそれぞれ設置されている。一方、冷
媒導出管４６は、長孔６５３，６５４から延び出した分
岐管が集合して一本化され、各分岐管には電磁弁Ｂ５
３，Ｂ５４がそれぞれ設置されている。
【００６０】次に、本実施形態の制御装置５０により所
定タイミングごとに実行される酸化ガス流れ方向の切替
制御については、第２実施形態と略同様であり、図１２
のフローチャートで表されるが、酸化ガスのガス流れ方
向と冷媒流れ方向とが一致するように制御する。即ち、
ステップＳ３１０において酸化ガス流れ方向を図１１
（ａ）に示す水平方向に設定するときには、冷媒流れ方
向も図１４（ａ）に示す水平方向に設定し、ステップＳ
３２０において酸化ガス流れ方向を図１１（ｂ）に示す
上下方向に設定するときには、冷媒流れ方向も図１４
（ｂ）に示す上下方向に設定する。また、ステップＳ３
４０やステップＳ３６０においてガス流れ方向を変更す
るときにも、それと同期して、そのガス流れ方向と同方
向となるように冷媒流れ方向を切り替える。なお、本実
施形態では、制御装置５０は本発明の冷媒流れ方向切替
手段にも相当する。
【００６１】以上説明した本実施形態によれば、酸化ガ
スの上流側は温度の低い冷媒によって冷やされ、酸化ガ
スの下流側は熱を奪ったあとのやや温度の高い冷媒によ
って冷やされるため、酸化ガスの上流側の方が下流側に
比べて温度降下が大きくなる。通常、ガス上流側が乾き
やすくガス下流側が濡れやすいが、ここではガス上流側
の温度を低くして露点を下げているためガス上流側が乾
きにくくなり、ガス下流側の温度を高くして露点を上げ
ているためガス下流側が濡れにくくなる。
【００６２】上述した実施形態においては、低出力時に
は冷媒流れ方向を水平方向とし高出力時には冷媒流れ方
向を上下方向としたが、低出力時には冷媒通路の通路長
が短い上下方向の冷媒流れを採用して冷媒の圧力損失を
低減させ、高出力時には冷媒通路の通路長が長い水平方
向の冷媒流れを採用して冷媒の流速を増加させ伝熱性を
向上させてもよい。
【００６３】なお、本発明は上述した実施形態に何ら限
定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り
種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の燃料電池の概略構成を表す斜視
図である。
【図２】燃料電池のスタックの部分断面図である。
【図３】セルモジュールの分解斜視図である。
【図４】セルモジュールの分解斜視図である。
【図５】燃料電池の電気的接続を表す概略ブロック図で
ある。
【図６】酸化ガス流れ方向の切替制御のフローチャート
である。
【図７】中央セパレータを第１単セル内ガス通路側から
みたときの平面図であり、二つの酸化ガス流れ方向を示
す説明図である。
【図８】中央セパレータの第１単セル内ガス通路の部分
拡大図である。
【図９】第１実施形態の別形態における酸化ガス流れ方
向の切替制御のフローチャートである。
【図１０】酸化ガスと燃料ガスの両方のガス流れ方向を
切り替えるときの中央セパレータの構成を表す説明図で
ある。
【図１１】第２実施形態の酸化ガス流れ方向を示す説明
図である。
【図１２】第２実施形態の酸化ガス流れ方向の切替制御
のフローチャートである。
【図１３】第２実施形態の別形態における酸化ガスの流
し方を示す説明図である。
【図１４】第３実施形態の冷媒流れ方向を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
１０…燃料電池、１１…集電板、１１ａ…出力端子、１
３…絶縁板、１５…エンドプレート、２０…セルモジュ
ール、２１，２２…単セル、３０…ＭＥＡ、３１…電解
質膜、３２…アノード、３３…カソード、３４，３５…
触媒電極、３６，３７…ガス拡散電極、３８，３９…シ
ール部材、４０…スタック、４１…酸化ガス供給管、４
２…酸化ガス排出管、４３…燃料ガス供給管、４４…燃
料ガス排気管、４５…冷媒導入管、４６…冷媒導出管、
４９…電圧計、５０…制御装置、６０…冷却セパレー
タ、６２…第２単セル内ガス通路、６３…冷媒通路、７
０…中央セパレータ、７１…第１単セル内ガス通路、７
２…第２単セル内ガス通路、８０…端部セパレータ、８
１…第１単セル内ガス通路、４１０…酸化ガス給排装
置、４３０…燃料ガス給排装置、４５０…冷媒給排装
置、６０１〜６０４…長孔、６０５〜６０８…角孔、６
１０，６１１…凹部、７０１〜７０４…長孔、７０５〜
７０８…角孔、７１０，７１１…凹部、７２０…小突
起、８０１〜８０４…長孔、８１１…凹部、Ｂ１〜Ｂ４
…第１〜第４電磁弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC04 CC08 CX06 HH03 HH06 HH08 5H027 AA06 BC06 CC06 KK46 KK51 KK54 MM04 MM09 MM16 MM20

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 単セル内に反応ガスを行き渡らせるため
    の単セル内ガス通路と、 前記単セル内ガス通路のガス流れ方向を切り替えるガス
    流れ方向切替手段と、 運転状態に応じて前記ガス流れ方向切替手段を介して前
    記単セル内ガス通路のガス流れ方向を現在のガス流れ方
    向からこれと交差する他のガス流れ方向に切り替える方
    向切替制御手段とを備えた燃料電池。
  2. 【請求項２】 単セル内ガス通路は、多数の小突起が設
    けられ該小突起の間隙を反応ガスが通過するように形成
    されている請求項１記載の燃料電池。
  3. 【請求項３】 前記現在のガス流れ方向と前記他のガス
    流れ方向とは略直交している請求項１又は２記載の燃料
    電池。
  4. 【請求項４】 前記方向切替制御手段は、フラッディン
    グ現象が発生しているときには、前記ガス流れ方向切替
    手段を介して前記単セル内ガス通路のガス流れ方向を切
    り替える請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
  5. 【請求項５】 前記方向切替制御手段は、出力電圧又は
    インピーダンス値に基づいてフラッディング現象が発生
    していると推定されるときには、前記ガス流れ方向切替
    手段を介して前記単セル内ガス通路のガス流れ方向を切
    り替える請求項４記載の燃料電池。
  6. 【請求項６】 前記方向切替制御手段は、動作温度が所
    定温度以下のときには、定期的又は不定期に前記ガス流
    れ方向切替手段を介して前記単セル内ガス通路のガス流
    れ方向を切り替える請求項１〜５のいずれかに記載の燃
    料電池。
  7. 【請求項７】 前記単セル内ガス通路は、前記現在のガ
    ス流れ方向と前記他のガス流れ方向とでは通路長及び通
    路幅が異なるように形成されている請求項１〜６のいず
    れかに記載の燃料電池。
  8. 【請求項８】 前記方向切替制御手段は、低出力時には
    前記ガス流れ方向切替手段を介して通路長が長く通路幅
    が狭いガス流れ方向に切り替え、高出力時には前記ガス
    流れ方向切替手段を介して通路長が短く通路幅が広いガ
    ス流れ方向に切り替える請求項７記載の燃料電池。
  9. 【請求項９】 前記方向切替制御手段は、運転状態に応
    じて、前記現在のガス流れ方向のガス供給口と前記他の
    ガス流れ方向のガス供給口の両方からガスを供給し前記
    現在のガス流れ方向のガス排出口又は前記他のガス流れ
    方向のガス排出口のいずれか一方からガスを排出する給
    排制御を前記ガス流れ方向切替手段を介して行う請求項
    １〜８のいずれかに記載の燃料電池。
  10. 【請求項１０】 前記両方のガス供給口のうちの一方か
    ら供給されたガスは前記単セル内ガス通路の下流側で合
    流する請求項９記載の燃料電池。
  11. 【請求項１１】 前記方向切替制御手段は、低出力時又
    は無加湿運転時に前記ガス流れ方向切替手段を介して前
    記給排制御を行う請求項９又は１０記載の燃料電池。
  12. 【請求項１２】 前記単セル内ガス通路は、酸化ガスが
    流れる通路である請求項１〜１１のいずれかに記載の燃
    料電池。
  13. 【請求項１３】 前記単セル内ガス通路は、燃料ガスが
    流れる通路である請求項１〜１１のいずれかに記載の燃
    料電池。
  14. 【請求項１４】 前記単セル内ガス通路は、酸化ガスを
    供給する第１単セル内ガス通路と燃料ガスを供給する第
    ２単セル内ガス通路であり、 前記ガス流れ方向切替手段は、前記第１単セル内ガス通
    路のガス流れ方向を切り替える第１ガス流れ方向切替手
    段と前記第２単セル内ガス通路のガス流れ方向を切り替
    える第２ガス流れ方向切替手段であり、 前記方向切替制御手段は、運転状態に応じて前記第１ガ
    ス流れ方向切替手段又は前記第２ガス流れ方向切替手段
    を介して前記第１単セル内ガス通路又は前記第２単セル
    内ガス通路のガス流れ方向を切り替える請求項１〜１１
    のいずれかに記載の燃料電池。
  15. 【請求項１５】 前記方向切替制御手段は、前記第１単
    セル内ガス通路のガス流れ方向と前記第２単セル内ガス
    通路のガス流れ方向とが互いに対向するように前記第１
    及び第２ガス流れ方向切替手段を制御する請求項１４記
    載の燃料電池。
  16. 【請求項１６】 請求項１〜１５のいずれかに記載の燃
    料電池であって、 前記単セルを冷却するための冷媒が通過する冷媒通路
    と、 前記冷媒通路の冷媒流れ方向を切り替える冷媒流れ方向
    切替手段と を備え、 前記方向切替制御手段は、前記ガス流れ方向切替手段を
    介してガス流れ方向を現在のガス流れ方向からこれと交
    差する他のガス流れ方向に切り替えるとき、前記冷媒流
    れ方向切替手段を介して前記冷媒通路の冷媒流れ方向を
    現在の冷媒流れ方向からこれと交差する他の冷媒ガス流
    れ方向に切り替える燃料電池。
  17. 【請求項１７】 前記方向切替制御手段は、前記ガス流
    れ方向切替手段を介してガス流れ方向を現在のガス流れ
    方向からこれと交差する他のガス流れ方向に切り替える
    とき、前記冷媒流れ方向切替手段を介して前記冷媒通路
    の冷媒流れ方向をガス流れ方向と一致するように切り替
    える請求項１６記載の燃料電池。
  18. 【請求項１８】 前記冷媒通路は、前記現在の冷媒流れ
    方向と前記他の冷媒流れ方向とでは通路長及び通路幅が
    異なるように形成され、 前記方向切替制御手段は、低出力時には前記ガス流れ方
    向切替手段を介して通路長が短く通路幅が広い冷媒流れ
    方向に切り替え、高出力時には前記ガス流れ方向切替手
    段を介して通路長が長く通路幅が狭い冷媒流れ方向に切
    り替える請求項１７記載の燃料電池。
  19. 【請求項１９】 単セル内に反応ガスを行き渡らせるた
    めの単セル内ガス通路のガス流れ方向を変更可能な燃料
    電池を制御する方法であって、 運転状態に応じて前記単セル内ガス通路のガス流れ方向
    を現在のガス流れ方向と交差する方向に切り替える燃料
    電池の制御方法。
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