(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極の間に電解質膜が設けられた単電池が複数積層された積層体と、
鉛直方向に蛇行しながら前記積層体を貫通し、蛇行部分の上部屈曲領域から各単電池に反応ガスを供給する反応ガス供給マニホールドと、
前記積層体を貫通し、前記反応ガス供給マニホールドの下部と交わっている排水路と、
を備え、
前記単電池は一対のセパレータに挟持され、
前記セパレータには、前記反応ガス供給マニホールドの一部を構成する反応ガス用貫通孔と、前記排水路の一部を構成する排水用貫通孔とが形成され、
前記反応ガス用貫通孔が、前記積層体中の隣り合う前記セパレータ間で鉛直方向に異なる位置に配置されて、蛇行する前記反応ガス供給マニホールドが設けられ、
前記排水用貫通孔が、前記反応ガス用貫通孔よりも鉛直方向下方に配置されて、反応ガス供給マニホールドの下部と交わる前記排水路が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記反応ガス用貫通孔の、前記反応ガスの流れの上流側の開口部周囲に、凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー変換効率が高く、かつ、発電反応により有害物質を発生しない燃料電池が注目を浴びている。こうした燃料電池の一つとして、１００℃以下の低温で作動する固体高分子形燃料電池が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
固体高分子形燃料電池は、電解質膜である固体高分子膜を燃料極と空気極との間に配した基本構造を有し、燃料極に水素を含む燃料ガス、空気極に酸素を含む酸化剤ガスを供給し、以下の電気化学反応により発電する装置である。
【０００４】
燃料極：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−（１）
空気極：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ（２）
燃料極においては、供給された燃料中に含まれる水素が上記式（１）に示されるように水素イオンと電子に分解される。このうち水素イオンは固体高分子電解質膜の内部を空気極に向かって移動し、電子は外部回路を通って空気極に移動する。一方、空気極においては、空気極に供給された酸化剤ガスに含まれる酸素が燃料極から移動してきた水素イオンおよび電子と反応し、上記式（２）に示されるように水が生成する。このように、外部回路では燃料極から空気極に向かって電子が移動するため、電力が取り出される。
【０００５】
また、燃料極および空気極の外側にはセパレータが設けられる。燃料極側のセパレータには燃料ガス流路が設けられており、燃料極に燃料ガスが供給される。同様に、空気極側のセパレータには酸化剤ガス流路が設けられ、空気極に酸化剤ガスが供給される。なお、本明細書において、燃料ガスおよび酸化剤ガスを合わせて「反応ガス」と呼ぶ。また、これらのセパレータ間には、電極を冷却するための冷却水の流路が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１０２７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の構成の固体高分子形燃料電池において、反応ガスは、通常加湿器により加湿されて導入されるが、反応ガス供給用のマニホールド内において冷却されると、大量の凝縮水が発生する。反応ガス由来の凝縮水が反応ガス流路に浸入し、反応ガスの流路が凝縮水によって閉塞されると、電極表面への均一な反応ガスの供給が阻害され、燃料電池の出力が低下することがあった。
【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、反応ガス供給用のマニホールド内における気水分離の度合いを高め、反応ガス供給用のマニホールド内に発生した凝縮水が反応ガス流路に浸入する可能性を低減する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は、燃料電池スタックである。この燃料電池スタックは、一対の電極の間に電解質膜が設けられた単電池が複数積層された積層体と、積層体を貫通し、各単電池に反応ガスを供給する第１の反応ガス供給マニホールドおよび第２の反応ガス供給マニホールドと、第１の反応ガス供給マニホールドと第２の反応ガス供給マニホールドとをつなぐ連通孔と、を備え、第２の反応ガス供給マニホールドは、第１の反応ガス供給マニホールドの鉛直方向上側に配置され、反応ガスは、外部から第１の反応ガス供給マニホールドに供給されて、連通孔を通って第２の反応ガス供給マニホールドに流入し、第２の反応ガス供給マニホールドから各単電池に分配され、第１の反応ガス供給マニホールドは、凝縮水を排出するための排水路となっている。
【００１０】
この態様によれば、反応ガスは、外部から第１の反応ガス供給マニホールドに供給され、連通孔を介して、鉛直方向上方に配置された第２の反応ガス供給マニホールドに導入されて、各単電池に分配される。反応ガスに混じった凝縮水は、第１の反応ガス供給マニホールド内に留まるとともに、第１の反応ガス供給マニホールド内を通って燃料電池スタックの外部に排出される。そのため、反応ガス供給マニホールド内における気水分離の度合いが高まり、反応ガス供給マニホールド内に発生した凝縮水が反応ガス流路に浸入する可能性が低減する。
【００１１】
上記態様において、単電池は一対のセパレータに挟持され、連通孔は、積層体中の隣り合うセパレータ間に設けられていてもよい。
【００１２】
上記態様において、第１の反応ガス供給マニホールドおよび第２の反応ガス供給マニホールドをシールするシール材がセパレータ間に設けられ、シール材は、第１の反応ガス供給マニホールドと第２の反応ガス供給マニホールドとの間に延在する仕切片を有し、仕切片の非延在領域において、連通孔は形成されていてもよい。
【００１３】
本発明の他の態様もまた、燃料電池スタックである。この燃料電池スタックは、一対の電極の間に電解質膜が設けられた単電池が複数積層された積層体と、鉛直方向に蛇行しながら積層体を貫通し、上部屈曲領域から各単電池に反応ガスを供給する反応ガス供給マニホールドと、積層体を貫通し、反応ガス供給マニホールドの下部と交わっている排水路と、を備える。
【００１４】
この態様によれば、反応ガスは、鉛直方向に蛇行する反応ガス供給マニホールドに供給され、その上部屈曲領域から反応ガス流路に導入されて、各単電池に分配される。反応ガスに混じった凝縮水は、屈曲する反応ガス供給マニホールドの壁面に当たって流れ落ち、反応ガス供給マニホールドの下部に設けた排水路を通って反応ガス供給マニホールドの外部に排出される。そのため、反応ガス供給マニホールド内における気水分離の度合いが高まり、反応ガス供給マニホールド内に発生した凝縮水が反応ガス流路に浸入する可能性が低減する。
【００１５】
上記態様において、単電池は一対のセパレータに挟持され、セパレータには、反応ガス供給マニホールドの一部を構成する反応ガス用貫通孔と、排水路の一部を構成する排水用貫通孔が形成され、反応ガス用貫通孔は、積層体中の隣り合うセパレータ間で鉛直方向に異なる位置に形成されていてもよい。
【００１６】
上記態様において、反応ガス用貫通孔の、反応ガスの流れの上流側の開口部周囲に、凸部が設けられていてもよい。
【００１７】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、反応ガス供給用のマニホールド内における気水分離の度合いを高め、反応ガス供給用のマニホールド内に発生した凝縮水が反応ガス流路に浸入する可能性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係る燃料電池スタックの構成を示す概略斜視図である。
【図２】図１の燃料電池スタックをＡ１方向からみたときの概略側面図である。
【図３】図１の燃料電池スタックをＡ２方向からみたときの概略側面図である。
【図４】図１の燃料電池スタックをＡ３方向からみたときの概略側面図である。
【図５】燃料電池スタックに用いられるカソード用セパレータの概略平面図である。
【図６】燃料電池スタックに用いられるアノード用セパレータの概略平面図である。
【図７】燃料電池スタックに用いられるアノード用セパレータの裏面の概略平面図である。
【図８】燃料電池スタックの内部における酸化剤供給マニホールドの構成を示す概略断面図である。
【図９】酸化剤供給マニホールドおよび燃料供給マニホールドに仕切片を有するシール材を設けた状態を示すカソード用セパレータの概略平面図である。
【図１０】酸化剤供給マニホールドの一部（図８のＡ部分）を示す拡大部分断面図である。
【図１１】実施形態２に係る燃料電池スタックに用いられるカソード用セパレータの概略平面図である。
【図１２】燃料電池スタックに用いられるアノード用セパレータの概略平面図である。
【図１３】燃料電池スタックに用いられるアノード用セパレータの裏面の概略平面図である。
【図１４】燃料電池スタックの内部における酸化剤供給マニホールドの構成を示す概略断面図である。
【図１５】酸化剤供給マニホールドの一部（図１４のＢ部分）を示す拡大部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２１】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る燃料電池スタック１０の構成を示す概略斜視図である。図２は、図１の燃料電池スタック１０をＡ１方向からみたときの概略側面図である。図３は、図１の燃料電池スタック１０をＡ２方向からみたときの概略側面図である。図４は、図１の燃料電池スタック１０をＡ３方向からみたときの概略側面図である。
【００２２】
燃料電池スタック１０は、カソードとアノード（一対の電極）との間に電解質膜が設けられたセル（単電池）が複数積層された積層体２０と、一対の集電体３０ａ，３０ｂ（以下、適宜、集電体３０という）と、一対の端板３２ａ，３２ｂ（以下、適宜、端板３２という）と、を備える。なお、本実施形態では、端板３２ａ，３２ｂは絶縁体、たとえば絶縁性樹脂で形成される。
【００２３】
積層体２０は、アノードとカソードとの間に固体高分子電解質膜が設けられたセルが複数積層されたものである。集電体３０は、セルが発電した電流を外部へ導くために、積層体２０の両端部に位置するセルにそれぞれ接している。集電体３０には、外部との接続用の接続端子３１が設けられている。端板３２は、積層体２０を締め付ける締め付け力が集電体３０を介して積層体２０の両端にかかるように、ボルト、ナットなどの締結機構（図示せず）により締め付けられている。
【００２４】
燃料電池スタック１０には、酸化剤供給マニホールド１００（反応ガス供給マニホールド）、酸化剤排出マニホールド１１０、燃料供給マニホールド１２０（反応ガス供給マニホールド）、燃料排出マニホールド１３０、冷却水供給マニホールド１４０および冷却水排出マニホールド１５０が設けられている。
【００２５】
酸化剤供給マニホールド１００に供給された酸化剤としての空気は、各セルのカソードに分配される。酸化剤供給マニホールド１００は、燃料電池スタック１０を貫通し、燃料電池スタック１０の端板３２ａ，３２ｂにそれぞれ入口および出口を有する。酸化剤供給マニホールド１００の出口側は、凝縮水排出用の配管に接続される。各セルを未反応のまま通過した空気は、酸化剤排出マニホールド１１０に集められ、燃料電池スタック１０から排出される。なお、酸化剤排出マニホールド１１０は、積層体２０および端板３２ｂを貫通し、端板３２ｂに出口を有する。酸化剤供給マニホールド１００の構成の詳細については後述する。
【００２６】
一方、燃料供給マニホールド１２０に供給された燃料ガス（改質ガス）は、各セルのアノードに分配される。燃料供給マニホールド１２０は、燃料電池スタック１０を貫通し、燃料電池スタック１０の端板３２ａ，３２ｂにそれぞれ入口および出口を有する。燃料供給マニホールド１２０の出口側は、凝縮水排出用の配管に接続される。各セルを未反応のまま通過した燃料ガスは、燃料排出マニホールド１３０に集められ、燃料電池スタック１０から排出される。なお、燃料排出マニホールド１３０は、積層体２０および端板３２ｂを貫通し、端板３２ｂに出口を有する。燃料供給マニホールド１２０の構成の詳細については、後述する酸化剤供給マニホールド１００の構成と同様である。
【００２７】
また、冷却水供給マニホールド１４０に供給された冷却水は、各セルを冷却するための冷却水流路に分配される。冷却水流路を通過した冷却水は、冷却水排出マニホールド１５０に集められ、燃料電池スタック１０から排出される。冷却水供給マニホールド１４０は、燃料電池スタック１０を貫通し、燃料電池スタック１０の端板３２ｂ，３２ａにそれぞれ入口および出口を有する。冷却水供給マニホールド１４０の出口側は、冷却水供給マニホールド１４０に入り込んだガスを抜くためのガス抜き口として用いられる。
【００２８】
（マニホールドの構成）
図５は、実施形態１に係る燃料電池スタック１０に用いられるカソード用セパレータの概略平面図、図６は、アノード用セパレータの概略平面図、図７は、アノード用セパレータの裏面の概略平面図である。また、図８は、燃料電池スタック１０の内部における酸化剤供給マニホールド１００の構成を示す、図３におけるＡ−Ａ線分で切断した概略断面図、図９は、酸化剤供給マニホールド１００の一部（図８のＡ部分）を示す拡大部分断面図である。
【００２９】
各セルのカソードには図５に示すカソード用セパレータ４００が接し、また各セルのアノードには図６に示すアノード用セパレータ４２０が接している。すなわち、各セルはそれぞれ一対のセパレータに挟持されている。また、各図に示すように、燃料電池スタック１０の内部で、酸化剤供給マニホールド１００は、第１の酸化剤供給マニホールド１０２（第１の反応ガス供給マニホールド）と第２の酸化剤供給マニホールド１０４（第２の反応ガス供給マニホールド）とに分割されている。そして、第２の酸化剤供給マニホールド１０４は第１の酸化剤供給マニホールド１０２の鉛直方向上側に配置されている。燃料供給マニホールド１２０についても酸化剤供給マニホールド１００と同様に、第１の燃料供給マニホールド１２２（第１の反応ガス供給マニホールド）と第２の燃料供給マニホールド１２４（第２の反応ガス供給マニホールド）とに分割されている。そして、第２の燃料供給マニホールド１２４は第１の燃料供給マニホールド１２２の鉛直方向上方に配置されている。
【００３０】
カソード用セパレータ４００には、図５に示すように、空気が流通するガス流路４０２が設けられている。また、カソード用セパレータ４００には、第２の酸化剤供給マニホールド１０４とガス流路４０２とを接続するガス導入路４０４が設けられている。さらに、カソード用セパレータ４００には、ガス流路４０２と酸化剤排出マニホールド１１０とを接続するガス排出路４０６が設けられている。
【００３１】
アノード用セパレータ４２０には、図６に示すように、燃料ガスが流通するガス流路４２２が設けられている。また、アノード用セパレータ４２０には、第２の燃料供給マニホールド１２４とガス流路４２２とを接続するガス導入路４２４が設けられている。さらに、アノード用セパレータ４２０には、ガス流路４２２と燃料排出マニホールド１３０とを接続するガス排出路４２６が設けられている。
【００３２】
アノード用セパレータ４２０の裏面側には、図７に示すように、冷却水流路４１０が設けられている。また、アノード用セパレータ４２０の裏面側には、冷却水供給マニホールド１４０と冷却水流路４１０とを接続する冷却水導入路４１２が設けられている。さらに、アノード用セパレータ４２０の裏面側には、冷却水流路４１０と冷却水排出マニホールド１５０とを接続する冷却水排出４１４が設けられている。
【００３３】
以上のように構成された燃料電池スタック１０は、燃料としてたとえば水素ガスを用いるとともに、酸化剤としてたとえば空気を用いて発電を行う。具体的には、燃料電池スタック１０を構成する各セル（単電池）において、固体高分子電解質膜の一方の面に接するアノードでは、式（１）で示す電極反応が起きる。一方、固体高分子膜の一方の面に接するカソードでは、式（２）で示す電極反応が起きる。各セルは、冷却水プレートを流通する冷却水によって冷却され、約７０〜８０℃の適温に調節される。
【００３４】
つづいて、空気を例に酸化剤供給マニホールド１００内での空気の流れと、凝縮水の排出について説明する。
【００３５】
図８に示すように、カソード用セパレータ４００とアノード用セパレータ４２０との間にはシール材１０８が設けられ、各セパレータ間をシールして酸化剤供給マニホールド１００内を気密に保っている。そして、各セパレータがシール材１０８を挟んで配置されることで、隣り合うセパレータ間に、第１の酸化剤供給マニホールド１０２と第２の酸化剤供給マニホールド１０４とをつなぐ連通孔１０６が形成されている。ここで、シール材１０８は、第１の酸化剤供給マニホールド１０２と第２の酸化剤供給マニホールド１０４との間に延在する仕切片１０８ａを有していてもよい。図９は、酸化剤供給マニホールド１００および燃料供給マニホールド１２０に仕切片１０８ａを有するシール材１０８を設けた状態を示すカソード用セパレータ４００の概略平面図である。図９に示すように、第１の酸化剤供給マニホールド１０２と第２の酸化剤供給マニホールド１０４との間には、２つの仕切片１０８ａが互いに対向して延在している。そして、仕切片１０８ａの非延在領域において、連通孔１０６は形成されている。そのため、連通孔１０６の連通面積は、仕切片１０８ａの長さによって調節可能となっている。
【００３６】
空気は、外部から第１の酸化剤供給マニホールド１０２に供給される。第１の酸化剤供給マニホールド１０２に供給された空気は、図１０に矢印で示すように、第１の酸化剤供給マニホールド１０２から、連通孔１０６を通って鉛直方向上方にある第２の酸化剤供給マニホールド１０４に流入する。そして、空気は第２の酸化剤供給マニホールド１０４からガス導入路４０４を通ってガス流路４０２に至り、各セルに分配される。このとき、空気に混じった凝縮水は、その多くが第１の酸化剤供給マニホールド１０２の内壁に当たって、第１の酸化剤供給マニホールド１０２内に流れ落ちる。このため、第２の酸化剤供給マニホールド１０４への凝縮水の流入が抑制される。この結果、凝縮水が空気とともにカソード用セパレータ４００に設けられたガス流路４０２に混入することが抑制される。
【００３７】
また、第１の酸化剤供給マニホールド１０２に流れ落ちた凝縮水は、第１の酸化剤供給マニホールド１０２内を通って、酸化剤供給マニホールド１００の出口から凝縮水排出用の配管に流れ込む。すなわち、第１の酸化剤供給マニホールドは、凝縮水を排出するための排水路となっている。なお、本実施形態では、酸化剤供給マニホールド１００を例に空気の流れと凝縮水の排出について説明したが、燃料供給マニホールド１２０についても同様である。
【００３８】
以上、本実施形態の燃料電池スタック１０は、反応ガス供給マニホールドを、第１および第２の反応ガス供給マニホールドに分割している。そして反応ガスは、外部から第１の反応ガス供給マニホールドに供給され、連通孔を介して、鉛直方向上方に配置された第２の反応ガス供給マニホールドに導入されて、第２の反応ガス供給マニホールドから各セルに分配される。反応ガスに混じった凝縮水は、第１の反応ガス供給マニホールド内に流れ落ちるとともに、第１の反応ガス供給マニホールド内を通って反応ガス供給マニホールドの外部に排出される。そのため、反応ガス供給マニホールド内における気水分離の度合いが高まり、反応ガス供給マニホールド内に発生した凝縮水が反応ガス流路に浸入する可能性が低減する。
【００３９】
また、第１の反応ガス供給マニホールドに供給された反応ガスは、比較的径の小さい連通孔１０６を通って第２の反応ガス供給マニホールドに流入する。そのため、反応ガスの流れの上流側において過剰の反応ガスがセルに分配されて、反応ガスの流れの下流側においてセルに分配される反応ガスが不足することが抑制される。この結果、各セルに分配される反応ガスの均一化を図ることができる。
【００４０】
（実施形態２）
図１１は、実施形態２に係る燃料電池スタック１０に用いられるカソード用セパレータの概略平面図、図１２は、アノード用セパレータの概略平面図、図１３は、アノード用セパレータの裏面の概略平面図である。また、図１４は、燃料電池スタック１０の内部における酸化剤供給マニホールド１００の構成を示す、図３におけるＡ−Ａ線分で切断した概略断面図、図１５は、酸化剤供給マニホールド１００の一部（図１４のＢ部分）を示す拡大部分断面図である。
【００４１】
本実施形態では、反応ガス供給マニホールドを鉛直方向に蛇行させながら積層体を貫通させ、その蛇行部分の上部屈曲領域からガス流路に反応ガスを導入する点、および積層体を貫通し、反応ガス供給マニホールドの下部と交わっている排水路を備える点が実施形態１と異なる。それ以外の燃料電池スタックの構成、およびアノード用セパレータの裏面側に設けられた冷却水供給用の構成については実施形態１と同様であるため、同一の図面を用いるとともに説明は省略する。
【００４２】
図１１に示すように、カソード用セパレータ４００の酸化剤供給マニホールド１００には、仕切部材１０１が設けられている。仕切部材１０１の上部領域には酸化剤用貫通孔１０３ａ（反応ガス用貫通孔）が形成され、仕切部材１０１の下部には排水用貫通孔１０５が形成されている。また、燃料供給マニホールド１２０には、仕切部材１２１が設けられている。仕切部材１２１の下部領域には、燃料用貫通孔１２３ｂ（反応ガス用貫通孔）が形成され、仕切部材１２１の下部であって燃料用貫通孔１２３ｂよりも下方に排水用貫通孔１２５が形成されている。また、酸化剤用貫通孔１０３ａおよび燃料用貫通孔１２３ｂの、空気あるいは燃料ガスの流れの上流側の開口部周囲には、それぞれ凸部１０７、１２７が設けられている。なお、仕切部材１０１、１２１および凸部１０７、１２７は、カソード用セパレータ４００と一体成形された構成であってもよい。
【００４３】
図１２、１３に示すように、アノード用セパレータ４２０の酸化剤供給マニホールド１００には、仕切部材１０１が設けられている。仕切部材１０１の下部領域には、酸化剤用貫通孔１０３ｂ（反応ガス用貫通孔）が形成され、仕切部材１０１の下部であって酸化剤用貫通孔１０３ｂよりも下方に排水用貫通孔１０５が形成されている。また、燃料供給マニホールド１２０には、仕切部材１２１が設けられている。仕切部材１２１の上部領域には、燃料用貫通孔１２３ａ（反応ガス用貫通孔）が形成され、仕切部材１２１の下部に排水用貫通孔１２５が形成されている。また、酸化剤用貫通孔１０３ｂおよび燃料用貫通孔１２３ａの、空気あるいは燃料ガスの流れの上流側の開口部周囲には、それぞれ凸部１０７、１２７が設けられている。なお、仕切部材１０１、１２１および凸部１０７、１２７は、アノード用セパレータ４２０と一体成形された構成であってもよい。
【００４４】
ここで、酸化剤供給マニホールド１００を例に説明すると、酸化剤供給マニホールド１００に供給された空気は、酸化剤用貫通孔１０３ａ、１０３ｂを通過しながら、酸化剤供給マニホールド１００内を移動する。すなわち、酸化剤用貫通孔１０３ａ、１０３ｂは酸化剤供給マニホールド１００の一部を構成している。また、図１４に示すように、酸化剤用貫通孔１０３ａ、１０３ｂは、隣り合うセパレータ間で鉛直方向に異なる位置に形成されている。すなわち、酸化剤用貫通孔１０３ａが酸化剤用貫通孔１０３ｂに対して、鉛直方向上方にずらして配置されている。そのため、酸化剤供給マニホールド１００は、鉛直方向に蛇行しながら積層体２０を貫通することとなる。
【００４５】
外部から酸化剤供給マニホールド１００に供給された空気は、図１５に矢印で示すように、酸化剤用貫通孔１０３ｂを通過するとカソード用セパレータ４００の仕切部材１０１により方向を変えられて上昇する。そして、ガス導入路４０４を通ってガス流路４０２に至り、各セルに分配される。また、ガス導入路４０４に導入されなかった空気は、酸化剤用貫通孔１０３ａを通過して下流側のアノード用セパレータ４２０の仕切部材１０１により方向を変えられて下降する。ことのき、空気に混じった凝縮水は、仕切部材１０１に当たって、酸化剤供給マニホールド１００内に流れ落ちる。酸化剤供給マニホールド１００の下部には排水路が交わっており、排水用貫通孔１０５は排水路の一部を形成している。酸化剤供給マニホールド１００内に流れ落ちた凝縮水は、排水路を通って、酸化剤供給マニホールド１００から外部に排出される。
【００４６】
このように、空気は、蛇行する酸化剤供給マニホールド１００内を移動し、空気に混じった凝縮水が屈曲する反応ガス供給マニホールドの壁面に当たって空気から取り除かれた後に、酸化剤供給マニホールド１００の蛇行部分の上部屈曲領域から各セルに供給される。この結果、凝縮水が空気とともにカソード用セパレータ４００に設けられたガス流路４０２に混入することが抑制される。なお、本実施形態では、酸化剤供給マニホールド１００を例に空気の流れと凝縮水の排出について説明したが、燃料供給マニホールド１２０についても同様である。また、本実施形態では、全てのセパレータに仕切部材を設けているが、たとえば反応ガスの流入口側にある所定数のセパレータに仕切部材を設けるようにしてもよい。
【００４７】
以上、本実施形態の燃料電池スタック１０は、反応ガス供給マニホールドを、鉛直方向に蛇行させながら積層体を貫通させ、その上部屈曲領域からガス流路に反応ガスを導入している。反応ガスに混じった凝縮水は、仕切部材に当たって流れ落ち、積層体２０を貫通するとともに反応ガス供給マニホールドの下部と交わっている排水路を通って反応ガス供給マニホールドの外部に排出される。そのため、反応ガス供給マニホールド内における気水分離の度合いが高まり、反応ガス供給マニホールド内に発生した凝縮水が反応ガス流路に浸入する可能性が低減する。
【００４８】
また、反応ガス用貫通孔の、反応ガスの流れの上流側の開口部周囲には凸部が設けられている。そのため、反応ガス用貫通孔の上側から仕切部材１０１に沿って流れ落ちてきた凝縮水は、凸部に沿って開口部を迂回しながらさらに下方に流れ落ちていく。これにより凝縮水が反応ガス用貫通孔を通って下流側のセパレータに移動するのが抑制されるため、反応ガス供給マニホールド内における気水分離の度合いがさらに高まり、反応ガス供給マニホールド内に発生した凝縮水が反応ガス流路に進入する可能性が低減する。
【００４９】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００５０】
たとえば、上述の実施の形態では、電解質膜として、固体高分子膜が用いられているが、電解質膜は、これに限られず、無機／有機複合高分子電解質膜を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１  燃料電池スタック、  ２０  積層体、  １００  酸化剤供給マニホールド、  １０１  仕切部材、  １０２  第１の酸化剤供給マニホールド、  １０３ａ、１０３ｂ  酸化剤用貫通孔、  １０４  第２の酸化剤供給マニホールド、  １０５、１２５  排水用貫通孔、  １０６  連通孔、  １０８  シール材、  １０８ａ  仕切片、  １２０  燃料供給マニホールド、  １２１  仕切部材、  １２２  第１の燃料供給マニホールド、  １２３ａ、１２３ｂ  燃料用貫通孔、  １２４  第２の燃料供給マニホールド、  １０７、１２７  凸部、  ４００  カソード用セパレータ、  ４０２、４２２  ガス流路、  ４０４、４２４  ガス導入路、  ４２０  アノード用セパレータ。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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