(57)【要約】【課題】マニホールド内から水を除去する。【解決手段】供給側マニホールド３及び排出側マニホールド４の一端及び他端に開口部５，６，７，８を夫々設け、発電時には、供給側マニホールド３の一端５からガスを供給し、排出側マニホールド４の他端８からガスを排出し、且つ供給側マニホールド３の他端６及び排出側マニホールド４の一端７を閉塞し、発電終了後には、供給側マニホールド３の一端５及び排出側マニホールド４の一端７からガスを供給し、且つ供給側マニホールド３の他端６及び排出側マニホールド４の他端８からガスを排出する。【選択図】図２
2010277773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単セルとセパレータとを交互に複数積層したセル積層体を有する燃料電池において、
前記単セルの面方向と平行に前記セパレータに形成される複数のガス流路と、
前記セル積層体の縁の一部に沿って前記単セルの積層方向に設けられ、前記複数のガス流路の夫々の入口側に反応ガスを分配する供給側マニホールドと、
前記セル積層体の縁の一部に沿って前記単セルの積層方向に設けられ、前記複数のガス流路の夫々の出口側から流出した反応ガスを集めて排出する排出側マニホールドと、
を備え、
前記供給側マニホールド及び前記排出側マニホールドの一端及び他端に開口部を夫々設け、
発電時には、前記供給側マニホールドの一端からガスを供給し、前記排出側マニホールドの他端からガスを排出し、且つ前記供給側マニホールドの他端及び前記排出側マニホールドの一端を閉塞し、
発電終了後には、前記供給側マニホールドの一端及び前記排出側マニホールドの一端からガスを供給し、且つ前記供給側マニホールドの他端及び前記排出側マニホールドの他端からガスを排出する
ことを特徴とする燃料電池。
【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。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスの流路と、酸化剤ガスの流路と、冷却水の流路と、各流路の両端部にそれぞれ接続された各マニホールド部とを備え、固体電解質膜の面方向の平面的な配置において、流路が設けられた所定領域を流路が延在する方向に沿って２分割する中心線に対して、各マニホールドのそれぞれを線対称の位置関係で配置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術は、燃料電池内部にガスや冷却水を均等に供給することを目的としている。
【０００３】
ところで、水素ガスに水分が含まれていると、供給側マニホールドや排出側マニホールドで結露が発生し、この結露で生じた水が凍結することにより、水素ガスの供給を阻害することがある。これにより、燃料電池電極の劣化や燃料電池の故障を誘発し、燃料電池スタックの出力を低下させる虞がある。
【０００４】
ここで、発電終了後に水素ガスを供給側マニホールドから排出側マニホールドへ流して液体の水を除去することも考えられるが、これでは水の除去が十分にできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０８０２７号公報
【特許文献２】特開２００６−２０９９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、マニホールド内から水を除去することができる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために本発明による燃料電池は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による燃料電池は、
単セルとセパレータとを交互に複数積層したセル積層体を有する燃料電池において、
前記単セルの面方向と平行に前記セパレータに形成される複数のガス流路と、
前記セル積層体の縁の一部に沿って前記単セルの積層方向に設けられ、前記複数のガス流路の夫々の入口側に反応ガスを分配する供給側マニホールドと、
前記セル積層体の縁の一部に沿って前記単セルの積層方向に設けられ、前記複数のガス流路の夫々の出口側から流出した反応ガスを集めて排出する排出側マニホールドと、
を備え、
前記供給側マニホールド及び前記排出側マニホールドの一端及び他端に開口部を夫々設け、
発電時には、前記供給側マニホールドの一端からガスを供給し、前記排出側マニホールドの他端からガスを排出し、且つ前記供給側マニホールドの他端及び前記排出側マニホールドの一端を閉塞し、
発電終了後には、前記供給側マニホールドの一端及び前記排出側マニホールドの一端からガスを供給し、且つ前記供給側マニホールドの他端及び前記排出側マニホールドの他端からガスを排出する
ことを特徴とする。
【０００８】
ここで、供給側マニホールドの一端からガスを供給し、排出側マニホールドの他端からガスを排出し、さらに供給側マニホールドの他端及び排出側マニホールドの一端を閉塞すると、供給側マニホールドの一端から排出側マニホールドの他端へ向けてガスが流れる。つまり、セパレータに形成されているガス流路にガスが流れるため、発電が行なわれる。
【０００９】
一方、前記供給側マニホールドの一端及び前記排出側マニホールドの一端からガスを供給し、前記供給側マニホールドの他端及び前記排出側マニホールドの他端からガスを排出すると、供給側マニホールドの一端から該供給側マニホールドの他端へ向けてガスが流通し、且つ、排出側マニホールドの一端から排出側マニホールドの他端へ向けてガスが流通する。つまり、供給側マニホールド及び排出側マニホールドの夫々において、一端から他端へ向けてガスを流通する。このときには、両マニホールドの圧力差が殆どないため、セパレータに形成されているガス流路にはガスが殆ど流れない。このため、供給側マニホールド及び排出側マニホールド内にガスを勢い良く流すことができるため、これら供給側マニホールド及び排出側マニホールドの他端側から外部へ水を排出させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、マニホールド内から水を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例に係る燃料電池の概略構成図である。
【図２】発電終了後のガスの流れ方向を矢印で示した図である。
【図３】変形例に係る燃料電池の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る燃料電池の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本実施例に係る燃料電池１の概略構成図である。本実施例に係る燃料電池１は、例えば固体高分子形燃料電池であるが、同様の構造であれば他の種類の燃料電池であっても良い。燃料電池１は、単セルをその厚み方向に複数積層したセル積層体２を有している。なお、図１では図の左右方向に単セルが積層している。単セルは、燃料極、電解質、空気極からなり、隣り合う単セルとの間には、セパレータが挟持されている。このセパレータの表面にはガスが流通するための複数の溝が単セルの面方向と平行に形成されている。なお、本実施例においてはセパレータの表面に形成される複数の溝が、本発明におけるガス流路に相当する。
【００１４】
また、セパレータに形成されている複数のガス流路の入口側が夫々接続されている供給側マニホールド３が、セル積層体２の側面に単セルの積層方向と平行に設けられている。そして、供給側マニホールド３は、セパレータに形成されているガス流路に反応ガスを分配する。なお、本実施例では、反応ガスに水素（Ｈ2）を用いている。この反応ガスには
水分も含まれる。なお、反応ガスに水分が含まれていれば、他の種類のガスを用いることもできる。また、本実施例で説明するガス流路は、燃料極側のガス流路である。
【００１５】
一方、セパレータに形成されている複数のガス流路の出口側が夫々接続されている排出側マニホールド４が、セル積層体２の側面に単セルの積層方向と平行に設けられている。そして、排出側マニホールド４には、セパレータに形成されているガス流路を通過した反応ガスが集まる。
【００１６】
供給側マニホールド３のセル積層体２の積層方向における両端には、夫々開口部５，６が設けられている。同様に、排出側マニホールド４の両端にも、夫々開口部７，８が設けられている。これら開口部５，６，７，８は、反応ガスの入口または出口となる。また、少なくとも開口部６，７には、例えば弁が備わり、夫々独立して開閉可能である。
【００１７】
以上述べたように構成された燃料電池１には、該燃料電池１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０により、反応ガスの供給や発電状態、発電の終了時期等が制御される。そして、ＥＣＵ１０により開口部６，７の開閉制御が行われる。
【００１８】
そして、燃料電池１の発電時には、図１の矢印で示すように、反応ガスが流される。すなわち、発電時には、供給側マニホールド３の一端の開口部５からガスを供給し、排出側マニホールド４の他端の開口部８からガスを排出している。このときに、供給側マニホールド３の他端の開口部６及び排出側マニホールド４の一端の開口部７を閉塞している。
【００１９】
そうすると、供給側マニホールド３の一端の開口部５から供給されるガスは、該供給側マニホールド３に沿って、つまり、セル積層体２の縁の一部に沿って進むと共に、セパレータに形成されている複数のガス流路の夫々へ流入する。このガス流路をガスが流れているときに、発電が行なわれる。この後、夫々のガス流路から排出側マニホールド４へ流出したガスは、排出側マニホールド４の他端の開口部８から燃料電池１の外部へ排出される。
【００２０】
一方、図２は、発電終了後のガスの流れ方向を矢印で示した図である。発電終了後には、供給側マニホールド３の一端の開口部５及び排出側マニホールド４の一端の開口部７から夫々ガスを供給する。そして、供給側マニホールド３の他端の開口部６及び排出側マニホールド４の他端の開口部８からガスを排出する。そうすると、供給側マニホールド３の一端の開口部５から流入したガスは、該供給側マニホールド３を流通して、該供給側マニホールド３の他端の開口部６から燃料電池１の外部へ排出される。
【００２１】
同様に、排出側マニホールド４の一端の開口部７から流入したガスは、該排出側マニホールド４を流通して該排出側マニホールド４の他端の開口部８から燃料電池１の外部へ排出される。このときには、供給側マニホールド３及び排出側マニホールド４へガスが等しく供給されるため、該供給側マニホールド３及び排出側マニホールド４内の圧力が略等しくなる。このため、セパレータに形成されているガス流路には、ガスが殆ど流通しない。これは、例えば、発電終了後の所定時間（水が排出されるまでに要する時間）行なう。
【００２２】
このようにすることで、発電時には、セパレータに形成されているガス流路に満遍なくガスを流通させることができるため、発電効率を向上させることができる。また、発電終了後には、発電時と異なる流路でガスが流れ且つ流路面積が比較的大きな両マニホールド内のみにガスが流れるため、結露で生じた水を燃料電池１の外部へ速やかに押し流すことができる。これにより、発電時に水が凍結してガス流路を塞ぐことを抑制できるため、ガスの供給不足が起こることを抑制できる。
【００２３】
以上説明したように本実施例によれば、供給側マニホールド３及び排出側マニホールド４内の水を排出することができるため、水の凍結によるガスの供給量不足が生じることを抑制できる。これにより、発電量の低下を抑制できる。
【００２４】
（変形例）
図３は、本変形例に係る燃料電池１の概略構成図である。図１に示した燃料電池１と異なる点について説明する。
【００２５】
供給側マニホールド３の他端の開口部６の周りには、断熱材６１が設けられている。同様に、排出側マニホールド４の一端の開口部７の周りには、断熱材７１が設けられている。そして、発電終了後に開口部５，６，７，８を全て開く。そうすると、断熱材６１、７１が設けられている供給側マニホールド３の他端の開口部６及び排出側マニホールド４の一端の開口部７の温度低下は、断熱材のない供給側マニホールド３の一端の開口部５及び排出側マニホールド４の他端の開口部８の温度低下よりも緩慢となる。
【００２６】
すなわち、発電終了後の温度低下の過程において、供給側マニホールド３及び排出側マニホールド４の一端と他端とで温度差が生じる。これにより、供給側マニホールド３及び排出側マニホールド４内で夫々ガスの圧力差が生じるため、供給側マニホールド３及び排出側マニホールド４内でガスの流れが生じる。
【００２７】
ガスは、図３に示すように、供給側マニホールド３の他端の開口部６から一端の開口部５へ向けて流れ、且つ、排出側マニホールド４の一端の開口部７から他端の開口部８へ向けて流れる。このガスの流れによって、供給側マニホールド３の一端の開口部５及び排出側マニホールド４の他端の開口部８から外部へ水が排出される。
【００２８】
なお、供給側マニホールド３及び排出側マニホールド４内で圧力差を生じさせれば良いため、供給側マニホールド３の他端の開口部６に代えて一端の開口部５の周りに断熱材を設けても良い。同様に、排出側マニホールド４の一端の開口部７に代えて他端の開口部８の周りに断熱剤を設けても良い。
【００２９】
以上説明したように本変形例によれば、供給側マニホールド３及び排出側マニホールド４に滞留している水を排出することができるため、水の凍結によるガスの供給量不足が生じることを抑制できる。これにより、発電量の低下を抑制できる。
【符号の説明】
【００３０】
１     燃料電池
２     セル積層体
３     供給側マニホールド
４     排出側マニホールド
５，６，７，８       開口部
１０   ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010277773.tif 000005