(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単セルを複数積層したスタック構造を備え、前記単セルの各電極に対してガスの供給を受け、前記ガス中の所定の成分を用いた電気化学反応によって起電力を得る燃料電池装置において、
前記スタック構造内部において該スタック構造の積層方向に貫通して形成され、前記各単セル内部に設けられたガス流路に対して前記ガスを供給するガス供給マニホールドと、
該ガス供給マニホールドから前記各単セルに至るガスの流路において、前記単セル内ガス流路の一部に対して前記ガスの供給を一時的に停止するガス分配手段と
を備えた燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池装置において、
前記単セル内ガス流路の一部は、すべての単セル内ガス流路を複数のグループに分割した中の一つであり、
前記ガス分配手段は、前記複数のグループを順次切り替えて、前記ガスの供給を一時的に停止する前記単セル内ガス流路を変更しながら前記ガス分配を行なうガス分配切り替え手段である
燃料電池装置。
【請求項３】
単セルを複数積層したスタック構造を備え、前記単セルの各電極に対してガスの供給を受け、前記ガス中の所定の成分を用いた電気化学反応によって起電力を得る燃料電池装置において、
前記スタック構造内部において該スタック構造の積層方向に貫通して形成され、前記各単セル内部に設けられたガスの流路から排出された前記ガスを、前記燃料電池装置外部に導くガス排出マニホールドと、
該ガス排出マニホールドと前記単セル内ガス流路との接続部位に可動部材を有し、該可動部材の動きによって、前記接続部位に滞留する水滴を前記ガス排出マニホールド側に掻き出す水滴除去手段と
を備えた燃料電池装置。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池装置であって、
前記水滴除去手段は、
前記各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位において回転自在に支持され、複数設けられたファンと、
該複数設けられたファンを互いに連動して回転させる駆動機構と
を備えた燃料電池装置。
【請求項５】
前記ファンは、前記各単セル内ガス流路から排出されるガスの圧力によって回転駆動される請求項４記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記ファンは、所定の動力源を備えたモータによって回転駆動される請求項４記載の燃料電池装置。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池装置であって、
前記ファンが設けられた前記接続部位は、前記各単セル内部の陽極側に設けられた酸化ガス流路と、該酸化ガス流路から排出された酸化ガスを前記燃料電池装置外部に導く酸化ガス排出マニホールドとの接続部位であって、
前記ファンは、前記モータによって所定の回転力が与えられたときに、前記各単セル内部に設けられた酸化ガス流路内を負圧にすることができる構成を有し、
前記燃料電池装置に対して前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、
前記燃料電池装置と前記酸化ガス供給装置とを接続する流路に設けられ、前記燃料電池装置との接続を前記酸化ガス供給装置と外気との間で切り替え可能な弁体と、
前記燃料電池装置の運転状況が所定の状況となった時に、前記弁体を切り替えて前記燃料電池装置の陽極側を外気と連絡させる酸化ガス流路切り替え制御手段と
を備える燃料電池装置。
【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備えた燃料電池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、燃料が有する化学エネルギを、熱エネルギや機械エネルギを経由することなく直接電気エネルギに変換するため、高いエネルギ変換効率が実現可能な方法として知られている。燃料電池は、陽極側には酸素を含有する酸化ガスの供給を受け、陰極側には水素を含有する燃料ガスの供給を受けて、その電極部において以下に示す電気化学反応を進行する。
【０００３】
Ｈ２  →  ２Ｈ＋＋２ｅ−                        …（１）
（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ      …（２）
Ｈ２＋（１／２）Ｏ２  →  Ｈ２Ｏ                …（３）
【０００４】
上記したように燃料電池における電気化学反応では水を生じる。また、燃料電池が備える電解質層の乾燥を防ぐ目的で上記燃料ガスや酸化ガスには水蒸気が加えられることがあり、燃料電池内部の所定の領域では上記水蒸気や生成水が水滴を成してガスの流路を塞いでしまうという不都合を生じることがある。以下に、固体高分子型の燃料電池を例に挙げて、燃料電池内の各部で生じる水滴の問題について説明する。
【０００５】
まず最初に、上記した水滴の生成についての説明に先だって固体高分子型燃料電池の構成について説明し、その後、このような固体高分子型燃料電池内の各部で水滴が生じる機構について説明する。固体高分子型燃料電池は、湿潤状態で良好な導電性を示す固体高分子から成る膜を電解質層として備えている。このような固体高分子型燃料電池は、通常は単セルを複数積層したスタック構造を有している。図１６は、固体高分子型燃料電池を構成する基本単位である上記単セル２２の構成を示す断面模式図である。単セル２２は、電解質膜３１と、アノード３２およびカソード３３と、セパレータ３４，３５とから構成されている。
【０００６】
アノード３２およびカソード３３は、電解質膜３１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。セパレータ３４，３５は、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード３２およびカソード３３との間に、燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する。アノード３２とセパレータ３４との間には燃料ガス流路３４Ｐが形成されており、カソード３３とセパレータ３５との間には酸化ガス流路３５Ｐが形成されている。実際に燃料電池を組み立てるときには、上記単セルを所定の枚数積層してスタック構造を形成する。このようなスタック構造を備えた固体高分子型燃料電池の内部には、スタック構造を貫通してガスの流路が設けられている。このガス流路とは、各単セルに燃料ガスまたは酸化ガスを供給するための燃料ガス供給マニホールドまたは酸化ガス供給マニホールド、あるいは、各単セルにおける電池反応に供された後の燃料ガスまたは酸化ガスが集められる燃料ガス排出ガスマニホールドまたは酸化ガス排出ガスマニホールドである。これらの流路はそれぞれ、燃料電池の外部に設けられた所定の燃料ガス供給装置や酸化ガス供給装置、あるいは燃料ガス排出装置や酸化ガス排出装置に接続されている。
【０００７】
次に、以上のような構成を備えた燃料電池において、水の凝縮が起こって不都合を生じ得る箇所を挙げる。
１．ガス拡散電極
２．ガス流路
ａ）各単セル内部の流路（単セル内流路）
ｂ）各単セル内流路から燃料電池内部を貫通するガス流路への出口部分
ｃ）燃料電池内部を貫通するガス流路（ガスマニホールド）
【０００８】
これらの箇所における水蒸気の凝縮は、次のようにして起こると考えられる。
まず、既述した（２）式に表わしたように、陽極側では電池反応によって水が生じるため、この電池反応で生じた水が陽極側のガス拡散電極内部において水の膜を形成してしまうことがある。さらに、既述した電池反応の進行に伴って上記電解質膜３１の陽極側に移動してきた水によって、陽極側のガス拡散電極内部に水の膜を生じてしまうこともある。すなわち、既述した（１）ないし（３）式に示した電池反応が進行する際には、上記電解質膜３１においてプロトンが陰極側から陽極側に向かって移動するが、このときプロトンは所定数の水分子と水和した状態で移動する。従って、電解質膜３１の陽極側では水が過剰な状態となり、上記した水の膜の生成につながってしまう。
【０００９】
さらに、上記電池反応によって生じた生成水や電解質膜３１内を移動してきた水は、各単セル２２内部の流路において凝縮してしまうこともある。また、このように各単セル内流路で凝縮した水は、その流路で水滴として留まるだけでなく、水滴がある程度大きくなると流路内を流れて、この各単セル内流路から上記ガスマニホールドへの出口部分に達することもある。ガスマニホールドへの出口付近では、水滴はその表面張力によって保持されるが、水滴がある程度大きくなると、さらにガスマニホールド内に流れ込むようになる。
【００１０】
ガスマニホールドにおいて生じる水滴は、上記したように各単セル内流路から流れてきたものの他に、燃料ガスや酸化ガス中に含まれる水蒸気が凝縮したものも含まれる。既述したように、陰極側では電池反応時において水が消費され、またプロトンの移動にともなって電解質膜中の水分子も陽極側に向かって移動してしまうため、燃料電池に供給される燃料ガスは所定量の水蒸気を含んで電解質膜の乾燥を防ぐ構成となっている。このような燃料ガスが含有する水蒸気は通常は過剰量であるため、各単セルにおいて電池反応に供された後の燃料ガスの排ガスにおいても、電解質膜に供給されずに残った水蒸気が含まれることとなる。
【００１１】
酸化ガスにおいては、電池反応のために水蒸気を加える必要はないが、陽極側に加圧した酸化ガスを供給する場合などのように電解質膜の乾燥が心配される場合には、酸化ガスに対しても加湿を行なう場合がある。また、各単セルから排出される酸化ガスの排ガスにおいては、前記電池反応で生じた水や電解質膜を移動してきた水が蒸発して加わるため、その蒸気圧は略飽和蒸気圧に達している。
【００１２】
このような加湿ガスが内部を流れる燃料電池において、例えばこの燃料電池の外部の温度が低下したときには、上記ガスマニホールドの壁面の温度も低下してしまい、温度が低下した領域で上記燃料ガスや酸化ガス中の水蒸気が凝縮してしまうことがある。また、燃料電池の運転温度が低下したときや、燃料電池の起動時にまだ燃料電池内部が充分に昇温していないとき等にも、飽和蒸気圧が下がることによって水蒸気の凝縮が起こる。燃料電池の運転温度の低下時や燃料電池の起動時にみられるガス中の水蒸気の凝縮は、上記ガスマニホールドだけでなく、上記単セル内流路など燃料電池内部に形成されたガス流路全体で起こり得る。
【００１３】
このような水蒸気の凝縮が起こった場合には、その凝縮場所がガス拡散電極内部であるならば、電極内でのガスの拡散が阻害されるため、ガス拡散電極においてガスの供給を受けられない領域が生じる。また、各単セル内流路で凝縮が起こった場合には、水滴によって単セル内流路が塞がれるため、やはりガス拡散電極においてガスの供給を受けられない領域が生じる。各単セル内流路からガスマニホールドへの出口部分に水滴が生じた場合には、出口を塞がれた単セル内流路に対するガスの供給が滞ってしまう。さらに、ガスマニホールドに水滴が生じた場合には、この生じた水滴が各単セル内流路との接続部を塞いでしまうおそれがある。このように、燃料電池内のどこにおいて凝縮が起こった場合にも、燃料電池内部での水の凝縮は電池性能を悪化させる原因となっていた。
【００１４】
そこで従来は、燃料電池内部の各所で水蒸気が凝縮して上記した不都合が生じてしまうのを防止するために、燃料電池に供給するガスの流量や圧力を一時的に上昇させ、凝縮した水を吹き飛ばして水滴の除去を行なう方法が提案されていた（例えば特開昭５４−１４４９３４号公報等）。
【００１５】
【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に供給するガスの流量や圧力を一時的に増加させることによって凝縮水を吹き飛ばす構成とする場合には、上記ガスマニホールド内の水滴は容易に吹き飛ばすことができても、上記ガス拡散電極内や単セル内流路および単セル内流路からガスマニホールドへの出口付近で凝縮した水に対しては効果を得にくいという問題があった。これは、燃料電池に供給するガスの流量や圧力をガスの供給装置側で増加させても、実際に水滴が生じている箇所に達するガスの流量や圧力はさほど増加しないことに起因している。燃料電池は既述したように単セルを複数積層したスタック構造をとっているため、各単セルにガスが分配される時には、燃料電池が備える単セル数に応じて、ガス供給量の増加分もまた分割されてしまう。そのため、水滴が生じている箇所に供給されるガスの流量や圧力の増加量は不十分となってしまい、燃料電池に供給するガスの流量や圧力を増加させても結果的に水滴の除去が行なわれないことがあった。
【００１６】
逆に、水滴が生じている箇所に供給するガスの流量や圧力を充分に増加させて水滴の除去を効果的に行なおうとすると、流量や圧力の増加量を大過剰にする必要があり、採用し難い場合がある。特に、燃料ガスの流量または圧力を増加させて水滴の除去を行なおうとする場合には、燃料ガスの供給量を過剰にすることによって、電池反応に関わることなく排出される水素量が増加してしまうという不都合を生じる。電池反応で利用されない水素量の増大は、この燃料電池を備える燃料電池システム全体でのエネルギ効率の低下を引き起こす。特に、燃料電池を車両駆動用の電源として車載する場合のように、準備可能な燃料の量に限りがある場合には不利となる。車両駆動用の電源として燃料電池を用いる場合には、供給するガス量を増加することによって水滴を吹き飛ばす上記した構成は、車載された所定量の燃料で走行可能な距離を短縮させてしまうことになる。さらに、供給するガスの増加量を大過剰にする場合には、燃料電池にガスを供給する配管などの設備もまた大過剰の流量や圧力に耐えるものとし、ガス供給装置も大過剰の流量や圧力のガスを供給可能にする必要が生じ、装置全体の大型化などの問題を新たに引き起こすおそれがある。
【００１７】
本発明の燃料電池装置は、こうした問題を解決し、電池反応に関わることなく排出される水素量の増加と燃料電池の大型化とを抑え、燃料電池を構成する各単セルにおける排水性を向上することを目的としてなされ、次の構成を採った。
【００１８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の第１の燃料電池装置は、
単セルを複数積層したスタック構造を備え、前記単セルの各電極に対してガスの供給を受け、前記ガス中の所定の成分を用いた電気化学反応によって起電力を得る燃料電池装置において、
前記スタック構造内部において該スタック構造の積層方向に貫通して形成され、前記各単セル内部に設けられたガス流路に対して前記ガスを供給するガス供給マニホールドと、
該ガス供給マニホールドから前記各単セルに至るガスの流路において、前記単セル内ガス流路の一部に対して前記ガスの供給を一時的に停止するガス分配手段と
を備えたことを要旨とする。
【００１９】
以上のように構成された本発明の第１の燃料電池装置は、単セルを複数積層したスタック構造内部において該スタック構造の積層方向に貫通して形成されるガス供給マニホールドによって、前記単セル内部に設けられたガス流路に対するガスの供給が行なわれる。前記セルにおける各電極は、ガスの供給を受けてガス中の所定の成分を用いた電気化学反応によって起電力を得る。前記ガス供給マニホールドから前記各単セルに至るガスの流路にはガス分配手段が設けられており、このガス分配手段は、前記単セル内ガス流路の一部に対して前記ガスの供給を一時的に停止する。
【００２０】
本発明の第１の燃料電池装置によれば、ガス分配手段が、前記単セル内ガス流路の一部に対して前記ガスの供給を一時的に停止するため、ガスの供給が停止されなかった単セル内ガス流路では供給されるガスの流量および圧力が一時的に増大する。従って、ガス供給が停止されなかった単セル内ガス流路において流路を塞ぐ水滴が生じていた場合には、圧力が増大したガスによってこの水滴を吹き飛ばして、流路内から水滴を除去することができる。
【００２１】
ここで、本発明の第１の燃料電池装置では、単セル内ガス流路の一部に対して前記ガスの供給を一時的に停止することによって、他の単セル内ガス流路に供給されるガスの流量および圧力を増大させているため、燃料電池装置に外部から供給するガスの流量および圧力は変化させる必要がない。従って、外部から燃料電池装置にガスを供給する所定のガス供給装置やこのガス供給装置と燃料電池とを接続する配管などは、ガスの流量および圧力を増大させるために大型化あるいは複雑化することがない。さらに、各ガス流路に供給されるガスの流量および圧力が増大しても、本発明の第１の燃料電池装置によって消費されるガスの量は変わることがない。また、上記したガス分配手段は、前記スタック構造内に形成されたガス供給マニホールドから前記各単セルに至るガスの流路において設けられるため、燃料電池装置自体が大型化することもない。また、供給するガスの圧力を利用して水滴を吹き飛ばすため、単セル内部の流路がどのような向きに形成されていても水滴を除去することができる。
【００２２】
このような本発明の第１の燃料電池装置において、
前記単セル内ガス流路の一部は、すべての単セル内ガス流路を複数のグループに分割した中の一つであり、
前記ガス分配手段は、前記複数のグループを順次切り替えて、前記ガスの供給を一時的に停止する前記単セル内ガス流路を変更しながら前記ガス分配を行なうガス分配切り替え手段である構成も好ましい。
【００２３】
このような構成では、すべての単セル内ガス流路を複数のグループに分割し、これらのグループを順次切り替えて、前記ガスの供給を一時的に停止する単セル内ガス流路を変更する。従って、すべての単セル内ガス流路において、供給されるガスの流量および圧力が一時的に増大するため、いずれの単セル内ガス流路で水滴が形成されている場合にも、この水滴を除去することが可能となる。
【００２４】
本発明の第２の燃料電池装置は、
単セルを複数積層したスタック構造を備え、前記単セルの各電極に対してガスの供給を受け、前記ガス中の所定の成分を用いた電気化学反応によって起電力を得る燃料電池装置において、
前記スタック構造内部において該スタック構造の積層方向に貫通して形成され、前記各単セル内部に設けられたガスの流路から排出された前記ガスを、前記燃料電池装置外部に導くガス排出マニホールドと、
該ガス排出マニホールドと前記単セル内ガス流路との接続部位に可動部材を有し、該可動部材の動きによって、前記接続部位に滞留する水滴を前記ガス排出マニホールド側に掻き出す水滴除去手段と
を備えることを要旨とする。
【００２５】
以上のように構成された本発明の第２の燃料電池装置は、単セルの各電極に対してガスの供給を受け、前記ガス中の所定の成分を用いた電気化学反応によって起電力を得る。前記各単セル内部に設けられたガスの流路から排出された前記ガスは、前記単セルを複数積層したスタック構造内部において該スタック構造の積層方向に貫通して形成されるガス排出マニホールドによって、前記燃料電池装置外部に導かれる。前記ガス排出マニホールドと前記単セル内ガス流路との接続部位には可動部材が設けられており、この可動部材の動きによって、前記接続部位に滞留する水滴を前記ガス排出マニホールド側に掻き出す。
【００２６】
本発明の第２の燃料電池装置によれば、ガス排出マニホールドと単セル内ガス流路との接続部位に滞留する水滴は、水滴除去手段が備える可動部材によってガス排出マニホールド側に掻き出されるため、前記接続部位に水滴が滞留し続けてガス流路を塞ぎ、電池性能を低下させてしまうことがない。ここで、水滴を除去する可動部材は、ガス排出マニホールドと単セル内ガス流路との接続部位に設けられているため、この水滴除去手段を設けることによって燃料電池装置が大型化してしまうこともない。
【００２７】
このような本発明の第２の燃料電池装置において、
前記水滴除去手段は、
前記各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位において回転自在に支持され、複数設けられたファンと、
該複数設けられたファンを互いに連動して回転させる駆動機構と
を備えたこととしてもよい。
【００２８】
このような構成にすれば、複数設けられたファンは互いに連動して回転するため、いずれのファンも同様に水滴の除去を行なうことができ、水滴が滞留した接続部の位置にかかわらず水滴を除去することができる。
【００２９】
また、ここで前記ファンは、前記各単セル内ガス流路から排出されるガスの圧力によって回転駆動されることとしても良い。
【００３０】
このような場合には、前記ファンは、前記各単セル内ガス流路から排出されるガスの圧力によって回転駆動されるため、ファンを回転駆動するための装置を別途設ける必要がない。さらに、このときファンは、既述したように互いに連動して回転するため、水滴の滞留によってガス流路が塞がれてファンを駆動可能なガスを排出していない流路の接続部位に設けられたファンも、他のファンの回転に連動して回転することができる。従って、塞がれた流路の接続部位に設けられたファンも充分に回転して水滴の除去を行なうことができる。
【００３１】
あるいは、前記ファンは、所定の動力源を備えたモータによって回転駆動されることとしても良い。
【００３２】
このような場合には、前記ファンは、所定の動力源を備えたモータによって回転駆動されるため、任意の時期に所望の速さでファンを回転させることができる。このときファンは、既述したように互いに連動して回転するため、ファン全体を同調させて回転させることができ、いずれのガス流路が塞がれた場合にも同様に水滴を除去することができる。また、モータに駆動されるファンの働きによって、ガスの流路から水滴を強制的に吸い出すことも可能となり、流路の形状にかかわらず水滴の除去が容易になるという効果を奏する。
【００３３】
さらに、このような燃料電池装置において、
前記ファンが設けられた前記接続部位は、前記各単セル内部の陽極側に設けられた酸化ガス流路と、該酸化ガス流路から排出された酸化ガスを前記燃料電池装置外部に導く酸化ガス排出マニホールドとの接続部位であって、
前記ファンは、前記モータによって所定の回転力が与えられたときに、前記各単セル内部に設けられた酸化ガス流路内を負圧にすることができる構成を有し、
前記燃料電池装置に対して前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、
前記燃料電池装置と前記酸化ガス供給装置とを接続する流路に設けられ、前記燃料電池装置との接続を前記酸化ガス供給装置と外気との間で切り替え可能な弁体と、
前記燃料電池装置の運転状況が所定の状況となった時に、前記弁体を切り替えて前記燃料電池装置の陽極側を外気と連絡させる酸化ガス流路切り替え制御手段と
を備えることとしても良い。
【００３４】
このような構成の燃料電池装置では、燃料電池装置の運転状況が所定の状況となった時には前記弁体を切り替えて前記燃料電池装置の陽極側を外気と連絡させる。このとき、燃料電池装置が備えるファンが、所定の動力源を備えたモータによって回転駆動されて前記酸化ガス流路内を負圧にすると、ファンの回転に伴って外気が吸引されて燃料電池装置の陽極側に供給される。
【００３５】
このような燃料電池装置によれば、前記弁体が切り替えられる前記所定の状況として、燃料電池装置の起動時や低負荷時のように電池反応のレベルが低いときを設定しておくことによって、燃料電池装置の起動時や低負荷時には吸引した外気を酸化ガスとして利用することが可能となる。したがって、電池反応のレベルが低いときには、酸化ガスを加圧したり加湿するためにエネルギを消費してしまうことがない。また、燃料電池装置の起動時や低負荷時のように燃料電池内の運転温度が低いときに加湿した酸化ガスが供給されると、燃料電池内の酸化ガス流路において水蒸気が凝縮してガス流路を塞いでしまうおそれがあるが、酸化ガスとして外気を直接利用することによって、このような水蒸気の凝縮を防ぐことができる。
【００３６】
【発明の他の態様】
本発明は、以下に示す他の態様をとることが可能である。すなわち、本発明の第１の態様としては、前記ガス分配切り替え手段と前記水滴除去手段とを備えた燃料電池装置を挙げることができる。
【００３７】
このような構成とすれば、供給するガス圧を大きくしてガス流路内の生成水および凝縮水を吹き飛ばすと共に、ガス流路とガス排出マニホールドとの接続部位に滞留する水滴を弾き飛ばして、効果的にガス流路内の水の除去を行なうことができる。特に、前記水滴除去手段が、ガス流路から排出されるガスの圧力によって回転駆動されるファンである場合には、前記ガス分配除去手段によってガスの圧力が強められたときに、前記ファンの回転数も大きくなって水を除去する効率が向上する。このような燃料電池では、水滴に閉塞されたガス流路が水平方向を向くなど水滴が排出されにくい形状であっても、流路を閉塞させる水滴を効果的に除去することができる。
【００３８】
また、本発明の第２の態様は、本発明の燃料電池装置を備えた電気自動車という構成をとることができる。電気自動車が、車両駆動用の電源として本発明の第１の燃料電池装置を搭載し、この燃料電池装置が、少なくとも燃料ガス供給マニホールド内に上記ガス分配切り替え手段を備えている場合には、燃料電池を構成する単セル内の燃料ガスの流路が水滴によって塞がれたときに、ガス分配切り替え手段によって燃料ガス流路内の燃料ガスの流量および圧力を増大させて、水滴を除去することができる。このとき、燃料電池装置に供給する燃料ガス量は変化しないため、燃料ガスによって水滴を吹き飛ばして除去しても車両に搭載されている燃料が消費されてしまうことがなく、従って、所定量の燃料によって走行可能な距離が縮められることもない。
【００３９】
【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、以下本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明の好適な一実施例である燃料電池２０について、要部を破断した様子を模式的に表わす部分分解斜視図である。図２は、燃料電池２０を構成するスタック構造２４の構成を表わす分解斜視図、図３はスタック構造２４の外観を表わす斜視図である。まず最初に、図２および図３に基づいて、燃料電池２０を構成するスタック構造２４について説明し、次に燃料電池２０内部でのガスの流れについて説明し、続いて本発明の要部に対応するスリット構造６０の構成について説明する。
【００４０】
燃料電池２０は固体高分子型燃料電池であって、この燃料電池２０を構成する基本単位である単セル２２の構成は図１６に基づいて既述した通りである。実際に燃料電池を組み立てる時には、図２に示す形状の各部材を順次重ねて、単セル２２を複数組積層したスタック構造を形成する。図１６では、各セパレータ３４，３５の片面においてだけガス流路を成すリブが形成されているように表わされているが、実際の燃料電池２０では、図２に示すように、両面にリブを形成したセパレータ３０を用いている。セパレータ３０の片面に形成されたリブ５４は隣接するアノード３２との間で燃料ガス流路３４Ｐを形成し、セパレータ３０の他面に形成されたリブ５５は隣接する単セルが備えるカソード３３との間で酸化ガス流路３５Ｐを形成する。このようにセパレータ３０は、ガス拡散電極との間でガスの流路を形成すると共に、隣接する単セル間で燃料ガスと酸化ガスとの流れを分離する役割を果たしている。
【００４１】
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伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。本実施例では、ナフィオン膜（デュポン社製）を使用した。電解質膜３１の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金が塗布されている。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、この触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散させ、電解質溶液（例えば、Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社、Ｎａｆｉｏｎ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を適量添加してペースト化し、電解質膜３１上にスクリーン印刷するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持したカーボン粉を含有するペーストを膜成形してシートを作製し、このシートを電解質膜３１上にプレスする構成も好適である。
【００４２】
アノード３２およびカソード３３は、共に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ている。なお、本実施例では、アノード３２およびカソード３３をカーボンクロスにより形成したが、炭素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフエルトにより形成する構成も好適である。
【００４３】
セパレータ３０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緻密質カーボンにより形成されている。セパレータ３０はその両面にリブ５４，５５を形成しており、既述したように、アノード３２の表面とで燃料ガス流路３４Ｐを形成し、隣接する単セルのカソード３３の表面とで酸化ガス流路３５Ｐを形成する。本実施例の燃料電池２０では、各セパレータの表面に形成されたリブ５４，５５は平行に形成された複数の溝状の構造とし、セパレータの両面で、それぞれ直交する方向にリブ５４とリブ５５とを形成した。
【００４４】
また、セパレータ３０の周辺部には、４つの穴構造が設けられている。燃料ガス流路３４Ｐを形成するリブ５４を連絡する燃料ガス孔５０，５１と、酸化ガス流路３５Ｐを形成するリブ５５連絡する酸化ガス孔５２，５３である。燃料電池２０を組み立てたときには、各セパレータ３０が備える燃料ガス孔５０，５１は、燃料電池２０内部をその積層方向に貫通する燃料ガス供給マニホールド５６および燃料ガス排出マニホールド５７を形成する。また、各セパレータ３０が備える酸化ガス孔５２，５３は、同じく燃料電池２０内部をその積層方向に貫通する酸化ガス供給マニホールド５８および酸化ガス排出マニホールド５９を形成する。
【００４５】
以上説明した各部材を備える燃料電池２０を組み立てるときには、セパレータ３０、アノード３２、電解質膜３１、カソード３３、セパレータ３０の順序で順次重ね合わせ、その両端にさらに集電板３６，３７、絶縁板３８，３９、エンドプレート４０，４１を配置して図３に示すスタック構造２４を完成する。ここで、集電板３６，３７は緻密質カーボンや銅板などにより形成され、絶縁板３８，３９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４０，４１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３６，３７にはそれぞれ出力端子３６Ａ，３７Ａが設けられており、燃料電池２０で生じた起電力を出力可能となっている。
【００４６】
スタック構造２４を構成するときの各部材の積層順序は上述した通りであるが、電解質膜３１の周辺部には、セパレータ３０と接する領域において所定のシール部材が設けられる。このシール部材は、各単セル内部から燃料ガスおよび酸化ガスが漏れ出すのを防ぐと共に、スタック構造２４内において燃料ガスと酸化ガスとが混合してしまうのを防止する役割を果たす。
【００４７】
エンドプレート４０は、図３に示すように２つの穴構造を備えている。一つは燃料ガス孔４２、もう一つは酸化ガス孔４４である。エンドプレート４０と隣接する絶縁板３８および集電板３６は、エンドプレート４０が備える２つの穴構造と対応する位置に同様の２つの穴構造を形成している。この燃料ガス孔４２は、セパレータ３０の備える燃料ガス孔５０の中央部に開口している。なお、燃料電池２０を動作させるときには、燃料ガス孔４２と図示しない燃料供給装置とが接続され、水素リッチな燃料ガスが燃料電池２０内部に供給される。同様に、酸化ガス孔４４は前記セパレータ３０の備える酸化ガス孔５２の中央部に対応する位置に形成されている。燃料電池２０を動作させるときには、この酸化ガス孔４４と図示しない酸化ガス供給装置とが接続され、酸素を含有する酸化ガスが燃料電池２０内部に供給される。ここで、燃料ガス供給装置と酸化ガス供給装置は、それぞれのガスに対して所定量の加湿および加圧を行なって燃料電池２０に供給する装置である。
【００４８】
また、エンドプレート４１は、エンドプレート４０とは異なる位置に２つの穴構造を備えている。絶縁板３９、集電板３７もまたエンドプレート４１と同様の位置に、それぞれ２つの穴構造を形成している。エンドプレート４１が備える穴構造の一つ燃料ガス孔４３はセパレータ３０の備える燃料ガス孔５１の中央部に対応する位置に開口している。もう一つの穴構造である酸化ガス孔４５はセパレータ３０の備える酸化ガス孔５３の中央部に対応する位置に開口している。燃料電池２０を動作させるときには、燃料ガス孔４３には図示しない燃料ガス排出装置が接続され、酸化ガス孔４５には図示しない酸化ガス排出装置が接続される。
【００４９】
以上説明した各部材からなるスタック構造２４は、その積層方向に所定の押圧力がかかった状態で保持され、燃料電池２０が完成する。スタック構造２４を押圧する構成については、本発明の要部とは関わらないため図示は省略した。スタック構造２４を押圧しながら保持するには、スタック構造２４をボルトとナットを用いて締め付ける構成としても良いし、あるいは所定の形状のスタック収納部材を用意して、このスタック収納部材の内部にスタック構造２４を収納した上でスタック収納部材の両端部を折り曲げて、スタック構造２４に押圧力を作用させる構成としても良い。
【００５０】
次に、以上のような構成を備えた燃料電池２０における燃料ガスおよび酸化ガスの流れについて説明する。燃料ガスは、上記した所定の燃料ガス供給装置から、エンドプレート４０に形成された燃料ガス孔４２を経て燃料電池２０内部に導入される。燃料電池２０内部で燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド５６を介して各単セル２２が備える燃料ガス流路３４Ｐに供給され、各単セル２２の陰極側で進行する電気化学反応に供される。燃料ガス流路３４Ｐから排出された燃料ガスは、燃料ガス排出マニホールド５７に集合してエンドプレート４１の燃料ガス孔４３に達し、この燃料ガス孔４３から燃料電池２０の外部へ排出されて上記所定の燃料ガス排出装置に導かれる。
【００５１】
同様に酸化ガスは、上記した所定の酸化ガス供給装置から、エンドプレート４０に形成された酸化ガス孔４４を経て燃料電池２０内部に導入される。燃料電池２０内部で酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールド５８を介して各単セル２２が備える酸化ガス流路３５Ｐに供給され、各単セル２２の陽極側で進行する電気化学反応に供される。酸化ガス流路３５Ｐから排出された酸化ガスは、酸化ガス排出マニホールド５９に集合してエンドプレート４１の酸化ガス孔４５に達し、この酸化ガス孔４５から上記所定の酸化ガス排出装置に排出される。
【００５２】
次に、本発明の要部に対応するスリット構造６０の構成およびその動作について説明する。このスリット構造６０は、燃料電池２０において、既述した燃料ガス供給マニホールド５６内部に収納されている構造である。図１は、燃料ガス供給マニホールド５６内部に収納されているスリット構造６０を取り出した様子を表わす部分分解斜視図である。図１に示す燃料電池２０は、スタック構造２４を、まず、集電板３６とこの集電板３６と隣接するセパレータ３０との間、および集電板３７とこの集電板３７と隣接するセパレータ３０との間で切断し、さらに燃料ガス供給マニホールド５６の中央部においてスタックの積層方向と平行に切断した状態を示している。ここで、集電板３６と接するセパレータ３０の片面（図１中手前側）にはリブ５５の記載が省略されているが、この面はリブ５５を有しないフラットな面であっても良い。また、図４にはスリット構造６０の斜視図を示した。
【００５３】
スリット構造６０は、図４に示すように第１スリット部７０と第２スリット部８０とから構成されている。第１スリット部７０は、第１シャフト７２と複数のスリットプレート７４とを備えており、第１シャフト７２は支持部７６によって各スリットプレート７４を支持している。第１シャフト７２の一端（エンドプレート４１側）には、第１スプリング７７を備える第１保持部７８が設けられており、この第１保持部７８によって、第１スリット部７０は集電板３７に設けられた第１固着部７９に固着される（図１参照）。第１シャフト７２の他端（エンドプレート４０側）は、円盤構造を形成した第１端部７１を成しており、この第１端部７１は後述する第１カム７３と接する。
【００５４】
第２スリット部８０も同様に、第２シャフト８２と複数のスリットプレート８４とを備えており、第２シャフト８２は支持部８６によって各スリットプレート８４を支持している。第２シャフト８２の一端（エンドプレート４１側）には、第２スプリング８７を備える第２保持部８８が設けられており、この第２保持部８８によって、第２スリット部８０は集電板３７に設けられた第２固着部８９に固着される（図１参照）。第２シャフト８２の他端（エンドプレート４０側）は、円盤構造を形成した第２端部８１を成しており、この第２端部８１は後述する第２カム８３と接する。
【００５５】
前記第１カム７３と第２カム８３とはカム部６２を形成している。第１カム７３と第２カム８３とは同一形状に形成されて回転軸６４に貫通されており、所定の間隔をおいてこの回転軸６４上に固定されている。回転軸６４は、図１に示すように、セパレータ３０においてその外壁を貫通して回転自在に支持されている。回転軸６４を支持するセパレータ３０の外側にはモータ６６が取り付けられており、このモータ６６から動力の供給を受けることによって回転軸６４は回転する。第１カム７３と第２カム８３とは、互いに９０度の角度を成して前記回転軸６４に固定されており、回転軸６４がモータ６６によって駆動されても第１カム７３と第２カム８３との位置関係は変わらない。
【００５６】
燃料電池２０を組み立てるときには、既述した工程において、セパレータ３０等を既述した順序で重ね合わせて単セル２２を積層した時点で、この時形成された酸化ガス供給マニホールド５８内にスリット構造６０を配置する。ここで、第１保持部７８および第２保持部８８のそれぞれを、既述した集電板３７に設けられた第１固着部７９および第２固着部８９に固着しながら集電板３７をさらに積層して、スリット構造６０の一端を燃料電池２０内部に固定する。次に、エンドプレート４０側の端部に位置するセパレータ３０に、第１カム７３および第２カム８３を予め固定した回転軸６４を取り付ける。このとき、それぞれのカムとシャフト端部の円盤構造とが接するように配置する。ここで、各シャフト端部の円盤構造は固定された第１カム７３または第２カム８３と接しているだけであるが、各シャフトの他端に設けられたスプリングによって各シャフトには押圧力が加えられており、各シャフトは安定して保持される。回転軸６４には既述したモータ６６を取り付け、エンドプレートを含めたスタック構造２４を形成した後、スタック構造２４積層方向に既述した所定の押圧力を作用させながらこのスタック構造２４を保持することによって燃料電池２０を完成する。
【００５７】
以上のようにスリット構造６０を組み付けることによって、スリット構造６０は、カム部６２の動作に従ってスタック構造２４の積層方向に往復運動を行なうことが可能となる。各シャフトの一端（第１端部７１，第２端部８１）はカム部６２と接しており、各カムの回転に伴ってカムから受ける押圧力が変化する。各シャフトの他端（第１保持部７８，第２保持部８８）はスプリングを備えており、このスプリングはスリット構造６０を支えると共に受ける押圧力の大きさに従って伸縮する。従って、各カムが回転して各シャフトを押圧する力の大きさが変化することで、各シャフトは往復運動を行なう。このように往復運動を行なう第１シャフト７２，第２シャフト８２と、これらと一体で形成されるスリットプレート７４，８４とからなる第１スリット部７０および第２スリット部８０は、所定の剛性および耐熱性を備えて導電性を有しない材質、例えば、ガラス繊維入りのエポキシ系樹脂やフェノール系樹脂等によって形成されている。
【００５８】
次に、スリット構造６０の動作について説明する。回転軸６４がモータ６６によって駆動されて第１カム７３および第２カム８３が回転すると、各カムはその回転する角度に応じた異なる大きさの力によって、各カムが接する第１端部７１または第２端部８１に形成された円盤部を押して、対応するスリット部を変位させる。図５（ａ）ないし図８（ａ）は、カム部６２を図４に示す矢印５の方向から見た様子を表わす模式図である。また、図５（ｂ）ないし図８（ｂ）は、カム部６２が対応する（ａ）の状態にあるときの第１端部７１および第２端部８１の変位の状態を表わす模式図である。第１カム７３よび第２カム８３は、図５（ａ）に示すように、それぞれ鋭端部７３ａ，８３ａと鈍端部７３ｂ，８３ｂとを備えている。その鋭端部７３ａ，８３ａが第１端部７１あるいは第２端部８１と接する時には、対応するスリット部はエンドプレート４１側に押された状態となる。また、鋭端部７３ａ，８３ａ以外の鈍端部７３ｂ，８３ｂ等が第１端部７１あるいは第２端部８１と接するときには対応するスリット部はエンドプレート４０側に引き戻された状態となる。
【００５９】
第１スリット部７０および第２スリット部８０がカム部６２に押圧されて移動するときの動作を図９ないし図１１に示す。図９ないし図１１は、スリット構造６０が酸化ガス供給マニホールド５８内の所定の位置に設置されて動作する様子を、図１の矢印９に示す方向から表わしている。酸化ガス供給マニホールド５８上には、各単セル２２が備える酸化ガス流路３５Ｐの断面が規則的な配置で現われている。カム部６２において、第１カム７３の鋭端部７３ａ鉛直方向上向き、第２カム８３の鋭端部８３ａがエンドプレート４０側を向いているときには（図５（ａ）の状態）、図５（ｂ）に示すように、第１スリット部７０，第２スリット部８０ともにエンドプレート４０側に引き戻されているが、この状態が燃料電池２０の運転時の通常の状態である。この時各スリットプレートは図９に示す状態にある。図９の状態では、スリットプレート７４が備えるスリット７５およびスリットプレート８４が備えるスリット８５は、各酸化ガス流路３５Ｐの断面とは重なり合わないように位置しており、各酸化ガス流路３５Ｐには通常通りに酸化ガスの供給が行なわれる。
【００６０】
ここで、回転軸６４が時計方向に９０゜回転し、カム部６２が図６（ａ）の状態になると、スリット構造６０と酸化ガス流路３５Ｐの断面との関係は図１０の状態になる。すなわち、第１シャフト７２がエンドプレート４１側に押圧されると共にスリットプレート７４も移動して、スリット７５は図９中右隣に配列していた酸化ガス流路３５Ｐの入り口部断面に重なる。このとき、第２シャフト８２は移動しないため、スリットプレート８４も移動しない。
【００６１】
さらに回転軸６４が時計方向に９０゜回転すると、カム部６２は図７（ａ）の状態となり、スリット構造６０と酸化ガス流路３５Ｐの断面との関係は図１１に示すようになる。図７の状態では、第１シャフト７２はエンドプレート４０側に引き戻されており、第２カム８３が第２シャフト８２をエンドプレート４１側に押圧している。従って、スリットプレート７４は図１１において左側に移動して当初の位置に戻り、スリットプレート８４は右側に移動して右隣に配列していた酸化ガス流路３５Ｐの入り口部断面に重なる。
【００６２】
さらに回転軸６４が時計方向に９０゜回転すると、カム部６２は図８（ａ）に示す状態となる。この状態では、第１シャフト７２および第２シャフト８２はエンドプレート４０側に引き戻されている。従って、スリットプレート８４もまた当初の位置に戻り、スリットプレート７４，８４は図９に示す状態となる。
【００６３】
この後さらに回転軸６４が時計方向に９０゜回転してカム部６２が図５（ａ）の状態に戻っても、第１シャフト７２および第２シャフト８２は移動することがなく、従って、スリットプレート７４，８４は図９に示す状態のまま移動しない。
【００６４】
次に、スリット構造６０の動作の制御について説明する。上述したスリット構造６０の動作は、既述したモータ６６から回転軸６４に駆動力が伝えられることによって起こる。モータ６６は、図示しない所定の制御装置と接続されている。この制御装置は、やはり図示しないセンサから、燃料電池２０が出力している電圧および電流に関する検出信号を入力可能となっている。燃料電池２０を構成する単セル２２のいずれかの内部において、凝縮水あるいは生成水によってガス流路が閉塞されると、燃料電池２０が出力する電圧−電流特性（Ｖ−Ｉ特性）に影響が表われる。前記センサが検出するＶ−Ｉ特性の変化が基準値を越えると、前記制御装置は、燃料電池２０内部においてガス流路の閉塞が起こっていると判断してモータ６６に対して駆動信号を出力する。
【００６５】
制御装置からの駆動信号を受けると、モータ６６は、所定の時間をかけて（例えば本実施例では１秒間）既述した時計回りで回転軸６４を一回転させる。このように回転軸６４が一回転する間に、スリット構造６０は既述した動作を行ない、各単セル内に形成された酸化ガス流路３５Ｐでは、その入り口部が半数ずつ所定の時間だけ（ここでは１／４秒間）塞がれる。
【００６６】
このように回転軸６４の回転と共にスリット構造６０が動作して、既述したスリットプレート７４またはスリットプレート８４が所定の酸化ガス流路３５Ｐの入り口部を塞ぐと、所定の期間、酸化ガスが供給される酸化ガス流路３５Ｐの数が半減する。従って、燃料電池２０に接続された酸化ガス供給装置から供給される酸化ガスの量および圧力が一定であっても、単セル２２内の酸化ガス流路３５Ｐに供給される酸化ガスの量および圧力が一時的に増減する。このように、供給される酸化ガスの量および圧力が一時的に増大したとき、単セル２２内のガス流路を閉塞させていた水が吹き飛ばされて流路の閉塞は解消される。
【００６７】
以上説明した本発明の燃料電池２０によれば、一時的にスタック構造２４内の酸化ガス流路３５Ｐの数を半減させることによって酸化ガス流路３５Ｐ内に供給される酸化ガスの流量および圧力を増大させるため、この酸化ガスの圧力によって酸化ガス流路３５Ｐを閉塞している水を吹き飛ばして、流路の閉塞状態を解消することができる。このとき、酸化ガスの流量および圧力の増大は、酸化ガス流路３５Ｐの数を一時的に減らすことによって実現されているため、燃料電池２０に供給される酸化ガス全体の流量および圧力を変える必要がない。また、酸化ガス流路３５Ｐの数の半減は、すべての酸化ガス流路３５Ｐを２つのグループに分けて交互に入り口部を閉じることによって実行されているため、燃料電池２０を構成するいずれの単セル２２において流路の閉塞が起こった場合にも同様の効果が得られ、流路の閉塞を解消することができる。さらに、上記スリット構造６０は酸化ガス供給マニホールド５８内に設けられているため、このスリット構造６０によって酸化ガス流路３５Ｐ内の水滴の除去を行なう構成としても燃料電池２０が大型化することがない。
【００６８】
上記実施例では、燃料電池２０を構成する単セル２２が備える酸化ガス流路３５Ｐを二つのグループに分けることとしたが、３以上のグループに分割する構成としてもよい。３以上のグループに分割して、各グループ毎に、順次酸化ガス流路３５Ｐの入り口部を開閉する構成とすれば、分割したグループ数に応じて増大させる酸化ガスの流量および圧力を調節することが可能になる。さらに、酸化ガス流路３５Ｐを３以上のグループに分割する場合に、複数のカム部６２を設けることによって、２以上の所定のグループが同調して動作可能な構成とするならば、流路が閉塞されている状態に応じて、増大させる酸化ガスの流量および圧力を増減させることが可能となる。２以上の所定のグループが同調して動作する場合と別個に動作する場合とでは、開閉される酸化ガス流路３５Ｐの数が異なるため、各酸化ガス流路３５Ｐに分配される酸化ガス量を変えることができる。
【００６９】
また、上記実施例では、各スリットプレート７４，８４はスリット７５，８５をそれぞれ７つずつ有し、１枚のスリットプレートは酸化ガス流路３５Ｐを７列ずつ（単セル７個分ずつ）開閉する構成としたが、各スリットプレート７４，８４が有するスリット７５，８５の数は任意に設定することができる。ここで、支持部７６，８６によって第１シャフト７２および第２シャフト８２と接続するスリットプレート７４，８４が、カム部６２の動作に従ってスムーズに移動するためには、５から１０セル毎に１枚のスリットプレートを設けることが好ましい。
【００７０】
このように、酸化ガス流路３５Ｐを分割するグループ数、および一枚のスリットプレートが流路の開閉を行なうセル数を変えることによって、開閉する酸化ガス流路３５Ｐの数を任意に設定することができ、これによって、酸化ガス流路３５Ｐを開閉するときに増大する酸化ガスの流量および圧力を任意に調節可能となる。
【００７１】
また、上記実施例では、所定のセンサからの入力信号によって所定の制御部がガス流路の閉塞状態を判断し、必要に応じてモータ６６を駆動する構成としたが、制御部にタイマを接続し、一定時間毎にモータ６６を駆動する構成としても良い。このような構成とすれば、電池出力に影響が出る前に所定の時間毎に水滴除去の操作が行なわれるため、水滴によってガス流路が閉塞されて電池性能が低下することがない。
【００７２】
上記実施例では、回転軸６４が一回転するのに要する時間を１秒間としたが、この時間は任意に設定することができる。ただし、水滴除去の効果を充分に得ながら連続運転している燃料電池２０の出力状態への影響を抑えるためには、回転軸６４が一回転するのに要する時間は、０．５秒から５秒間に設定することが好ましい。
【００７３】
さらに、スタック構造２４を複数接続してより高い電圧を出力可能な構成とした燃料電池においても、各スタック構造２４のそれぞれにおいてスリット構造６０を設けることによって、上記実施例の効果と同様の効果を得ることができる。すなわち、複数積層した各スタック構造２４において、各スタック構造内の酸化ガス供給マニホールド５８に設けたスリット構造６０を連動させて同時に動かすならば、各スタック構造２４を構成するすべての単セル２２において、酸化ガス流路３５Ｐに供給される酸化ガスの流量と圧力とを増大させて流路の閉塞を解消できる。
【００７４】
上記実施例では、各スリットプレート７４が備えるスリット７５は各単セルと平行に配置され、スリット７５のそれぞれは、対応する１つの単セル２２が備えるすべての酸化ガス流路３５Ｐの入り口部を塞ぐことが可能な構成としたが、スリットプレート７４が備えるスリット７５を、スタック構造２４の積層方向と平行に形成することとしても良い。この場合には、スリットプレート７４を支持するシャフトは、集電板３６または集電板３７と隣接するセパレータ３０における酸化ガス孔５２内に、この酸化ガス孔５２の長手方向と平行に設置し、この酸化ガス孔５２の端部にはカム部６２と同様の構造を設け、シャフトを酸化ガス孔５２の長手方向に往復移動可動な構成とすれば良い。
【００７５】
また、上記実施例では、スリット構造６０は酸化ガス供給マニホールド５８内に設け、酸化ガス流路３５Ｐを閉塞している水を除去する構成としたが、このようなスリット構造６０を燃料ガス供給マニホールド５６内に設置し、燃料ガス流路３４Ｐを閉塞している水を除去する構成としても良い。既述したように燃料ガスは所定量の水蒸気を加えられて燃料電池２０に供給されるため、余剰の水蒸気が燃料ガス流路３４Ｐにおいて凝縮し、流路を塞いでしまうことがある。燃料ガス供給マニホールド５６内にスリット構造６０を設け、上記実施例と同様に、所定の制御部が前記Ｖ−Ｉ特性の変化を検知したときにモータ６６を駆動する構成とするならば、燃料ガス流路３４Ｐが凝縮水によって閉塞したときに、燃料ガス流路３４Ｐに供給される燃料ガスの流量および圧力を増大させることによって、流路の閉塞を容易に解消することができる。あるいは、所定時間毎にモータ６６を駆動する構成とするならば、水滴が流路を閉塞させることによって出力状態が影響されのを待つことなく、燃料ガス流路３４Ｐ内の水滴を定期的に除去することができる。
【００７６】
このような構成によって燃料ガス流路３４Ｐを閉塞している水を除去する場合には、燃料電池２０に供給する燃料ガスの流量および圧力を変化させることなく、閉塞している燃料ガス流路３４Ｐに供給される燃料ガスの流量および圧力を増大させることができる。従って、流路を閉塞している水を除去するために燃料ガスを無駄に消費してしまうことがない。このことは、燃料電池を移動用電源として用いる場合のように、準備可能な燃料の量が限られている場合には特に有利である。
【００７７】
特に、本実施例では、燃料ガス流路３４Ｐと酸化ガス流路３５Ｐとの向きは直交しており、燃料ガス流路３４Ｐが水平方向を向いているため、燃料ガス流路３４Ｐ内の生成水や凝縮水が重力の助けを借りて燃料ガス流路３４Ｐの出口方向に排出されることがない。通常このような生成水や凝縮水のうち、燃料ガス中に気化しなかったものについては、燃料ガス流路３４Ｐに供給される燃料ガスの圧力によって燃料ガス流路３４Ｐの出口方向に向かって移動可能となるだけである。従って、生成水や凝縮水の量が増えるとこのような通常の燃料ガスの圧力では排出できなくなって燃料ガス流路３４Ｐ内に滞留して流路を閉塞させてしまう。上記スリット構造６０を燃料ガス供給マニホールド５６内に設けることによって、水平方向を向く燃料ガス流路３４Ｐ内の生成水や凝縮水を、燃料ガス流路３４Ｐの出口方向に向かって積極的に排出することが可能となる。
【００７８】
以上説明した実施例では、酸化ガスおよび／または燃料ガスの供給マニホールド内に、各単セル２２内のガス流路を閉塞させている水を吹き飛ばして除去する水除去装置であるスリット構造６０を設ける構成としたが、ガスの排出マニホールド内に水除去装置を設けてガス流路内の水滴を除去することとしても良い。以下に、酸化ガス排出マニホールド５９内に、水除去装置としてのファン構造６８を設けた構成を第２実施例として示す。
【００７９】
図１２は、第２実施例の燃料電池２０ａの構成を模式的に表わす部分分解斜視図である。この燃料電池２０ａは、酸化ガス供給マニホールド５８内にはスリット構造６０を備えず、酸化ガス排出マニホールド５９内に後述するファン構造６８を備えているが、それ以外の構成については第１実施例の燃料電池２０と同様の構成を備えているため、両者で共通する部材については同様の符号を付し、詳しい説明は省略した。
【００８０】
図１２は、燃料電池２０ａにおいて、集電板３６，３７とこれらと隣接するセパレータ３０との間で切断し、さらに、酸化ガス排出マニホールド５９の中央部でこの酸化ガス排出マニホールド５９の貫通方向と平行に切断した様子を表わす。図１２に示すように、ファン構造６８は、燃料電池２０ａの酸化ガス排出マニホールド５９内に設けられた構造であり、センターシャフト９０と羽根車９２とを主な構成要素としている。
【００８１】
まず最初に、ファン構造６８の構成について説明する。センターシャフト９０は、集電板３６，３７の所定の位置に設けられた取り付け部６９に回転自在に取り付けられており、酸化ガス排出マニホールド５９の略中心部においてスタック構造２４の積層方向と平行に配置されている。羽根車９２は、センターシャフト９０上に所定の間隔で複数設けられており、この各羽根車９２はセンターシャフト９０を中心として左右対称に配置されている。ここで、羽根車９２が設けられた所定の間隔とは、燃料電池２０ａを構成する各単セル２２間の距離に相当する。この羽根車９２は、軸９３の周上に３枚の羽根９４が等間隔で形成された構造を備えている。軸９３は、センターシャフト９０とは互いに直交する位置関係にあり、後述するギアボックス９７において、回転自在にセンターシャフト９０と係合している。
【００８２】
図１３は、このセンターシャフト９０と軸９３との接続部の様子を表わす模式図である。センターシャフト９０と軸９３との接続部には、ギアボックス９７が設けられている。ギアボックス９７は、センターシャフト９０が備える歯車と軸９３が備える歯車とからなる所定のクイ違イ軸歯車によって構成されており、軸９３とセンターシャフト９０との間で各々の回転力を互いに伝達可能となっている。従って、軸９３とセンターシャフト９０とのいずれか一方が回転すると他方も回転する構造となっている。ここで、各ギアボックス間の距離は、燃料電池２０ａを構成する各単セル２２間の距離に相当し、羽根車９２が取り付けられる位置に対応している。ギアボックス９７において、センターシャフト９０が備える歯車と軸９３が備える歯車とが係合しながら回転するとき、軸９３において歯車の両端側に設けられた羽根９４は同じ方向に同じ速度で回転する。
【００８３】
以上のように構成されたファン構造６８を備えた燃料電池２０ａの運転時には、酸化ガス供給マニホールド５８から供給された酸化ガスが、各単セルを経由して酸化ガス流路３５Ｐから酸化ガス排出マニホールド５９に排出され、その酸化ガスの圧力によって上述した羽根車９２を回転させる。各羽根車９２は、既述したようにギアボックス９７によって互いに連動しているため、燃料電池２０ａが備えるすべての羽根車９２は均等に回転する。
【００８４】
次に、このようなファン構造６８が水の除去を行なう動作について説明する。図１４は、酸化ガス流路３５Ｐから酸化ガス排出マニホールド５９への出口部に、水滴Ｗが滞留している様子を模式的に表わす斜視図である。既述した電池反応によって陽極側に生じた生成水や酸化ガス流路３５Ｐ内で凝縮した凝縮水は、酸化ガス流路３５Ｐを伝わって酸化ガス排出マニホールド５９への出口部に達した後、表面張力によって水滴を形成したままその場に滞留し、図１４に示すように酸化ガス排出マニホールド５９への出口部を塞いでしまうことがある。図１５は、図１４と同様に水滴Ｗが酸化ガス排出マニホールド５９への出口部を塞いでいる様子を表わす断面模式図である。
【００８５】
上述したように酸化ガスの圧力が羽根車９２に作用すると、羽根車９２はこの酸化ガスの圧力に従って図１５中に示した矢印の方向に回転し、このとき回転する羽根９４が水滴Ｗを酸化ガス排出マニホールド５９内に弾き飛ばす。このように羽根車９２が回転することによって、酸化ガス流路３５Ｐから酸化ガス排出マニホールド５９への出口部に滞留した水滴は除去される。ここで、酸化ガス流路３５Ｐの出口部に保持されている水滴を効果的に除去するため、羽根車９２は、この羽根車９２自身の回転を妨げない範囲で上記酸化ガス流路３５Ｐの出口部に近接して設けておくことが好ましい。
【００８６】
以上のように構成された燃料電池２０ａは、酸化ガス排出マニホールド５９内に設けたファン構造６８によって酸化ガス流路３５Ｐの出口部に生じた水滴の除去を行なうため、酸化ガス流路３５Ｐが塞がれて燃料電池２０ａの電池性能が低下してしまうことがない。本実施例の燃料電池２０ａでは、各単セル毎に羽根車９２を設ける構成としたため、いずれの酸化ガス流路３５Ｐの出口部分が塞がれた場合であっても同様に水滴の除去を行なうことができる。また、このファン構造６８は、酸化ガス排出マニホールド５９内に格納されているため、ファン構造６８を設けることによって燃料電池２０ａが大型化することがない。
【００８７】
ここで、ファン構造６８を構成する各羽根車９２は、酸化ガス流路３５Ｐを流れる酸化ガスの圧力によって駆動されるため、羽根車９２を回転駆動するために特別の装置を設ける必要がなく、回転駆動のためのエネルギを消費することもない。このとき、各羽根車９２は、ギアボックス９７によって連動して回転する構造を有しているため、水滴に出口部を塞がれて酸化ガスの流れが妨げられた領域に設けられた羽根車９２においても他の羽根車９２の回転力が伝えられ、充分に回転して水滴の除去を行なうことができる。さらに、各羽根車９２は、燃料電池２０ａの運転中は上記したように酸化ガスの圧力によって常に回転駆動されるため、酸化ガス流路３５Ｐの出口部で生じた水滴を直ちに除去することができ、酸化ガス流路３５Ｐの出口部を常に水滴が除去された状態に保つことができる。
【００８８】
また、本実施例の燃料電池２０ａでは、酸化ガス排出マニホールド５９内に設置する水滴除去手段として羽根９４を備えた羽根車９２を設けることとしたが、この羽根９４の形状は、図１２に示したような板状である必要はない。羽根９４の先端部を櫛歯形状にする構成や、軸９３の周囲に羽根９４の代わりに所定の硬度を有する繊維を植え付けて羽根車９２をブラシ状に形成する構成としても良い。羽根車９２が、酸化ガスによって回転駆動可能であって、酸化ガス流路３５Ｐの出口部の水滴を掻き出し可能であれば良い。
【００８９】
また、第２実施例の燃料電池２０ａにおいて、さらに、酸化ガス供給マニホールド５８内に第１実施例と同様のスリット構造６０を設ける構成も好適である。このような場合には、通常はファン構造６８によって酸化ガス流路３５Ｐの出口部を閉塞する水滴が除去され、いずれかの単セル２２内部において生成水または凝縮水が流路を塞いで電池性能が低下したときにはスリット構造６０が動作する。スリット構造６０の動作によって酸化ガス流路３５Ｐに供給される酸化ガスの流量および圧力が一時的に増大し、流路を閉塞させていた生成水や凝縮水が酸化ガス流路３５Ｐの出口付近に向かって吹き飛ばされる。このように酸化ガスの流量および圧力が増大することによって、ファン構造６８の羽根車９２の回転速度も速くなり、酸化ガスに吹き飛ばされた生成水および凝縮水は速やかに酸化ガス排出マニホールド５９側に排出される。
【００９０】
第２実施例の燃料電池２０ａでは、ファン構造６８を酸化ガス排出マニホールド５９内に設ける構成としたが、燃料ガス排出マニホールド５７内に同様のファン構造を設けることとしても良い。このような構成とすれば、加湿された燃料ガス中の水蒸気が燃料ガス流路３４Ｐ内で凝縮して燃料ガス流路３４Ｐの出口部を塞いだ時に、回転する羽根車によって水滴を除去して流路の閉塞を解消することができる。
【００９１】
このとき同時に燃料ガス供給マニホールド内にスリット構造６０を設けるならば、燃料ガス流路３４Ｐ内の生成水および凝縮水をさらに効果的に除去することができる。燃料電池２０ａでは、燃料ガス流路３４Ｐは水平方向に形成されているため、燃料ガス流路３４Ｐ内に生じた水滴が重力によって燃料ガス流路３４Ｐの出口部に運ばれることがない。従って、スリット構造６０の動作によって酸化ガスの流量および圧力を増大させ、水滴を積極的に燃料ガス流路３４Ｐの出口部に運ぶことで、ファン構造６８が燃料ガス流路３４Ｐにおける水滴を除去する効果を高めることができる。さらに、スリット構造６０の動作で燃料ガスの流量および圧力が増大することによって、羽根車９２の回転速度も大きくなり、ファン構造６８が水滴を除去する効果が向上する。
【００９２】
上記第２実施例の燃料電池２０ａでは、ファン構造６８は酸化ガス流路３５Ｐに供給される酸化ガスの圧力によって駆動されたが、ファン構造６８を駆動させるための駆動装置を設ける構成も好適である。以下に、第３実施例として、モータ６７によって駆動されるファン構造６８ｂを備える燃料電池２０ｂについて説明する。ここで、第３実施例の燃料電池２０ｂは、モータ６７によってファン構造６８ｂが駆動される以外の構成は第２実施例の燃料電池２０ａと同様であるため、共通する部材については同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００９３】
燃料電池２０ｂは、図１２に示した燃料電池２０ａと同様に構成されているが、軸９３を回転自在に支持する取り付け部６９においてモータ６７を備えており、このモータ６７によって軸９３を駆動可能となっている。このモータ６７は燃料電池２０ｂ外の所定の電源と接続されており、必要な電力の供給を得ている。あるいは、モータ６７と燃料電池２０ｂとを接続して、モータ６７は燃料電池２０ｂからの出力を利用する構成としても良い。ここでモータ６７は、第１実施例の燃料電池２０に備えられたモータ６６と同様に、流路内の水滴に起因して電池性能が低下したと所定の制御部が判断したときに駆動される。
【００９４】
モータ６７によって軸９３が回転駆動されると、この回転力はギアボックス９７を介して各羽根車９２に伝えられてこれらの羽根車９２を回転駆動する。このギアボックス９７の働きで、各羽根車９２は互いに同調して同じ速度で回転する。羽根車９２が回転すると、図１５に示す第２実施例の場合と同様に、羽根車９２によって酸化ガス流路３５Ｐの出口部に生じた水滴が酸化ガス排出マニホールド５９側に掻き出される。
【００９５】
このような構成の第３実施例の燃料電池２０ｂによれば、第２実施例の燃料電池２０ａと同様に、各単セル毎に羽根車９２を設ける構成としたため、いずれの酸化ガス流路３５Ｐの出口部分が塞がれた場合であっても同様に水滴の除去を行なうことができる。また、このファン構造６８ｂは、酸化ガス排出マニホールド５９内に格納されているため、ファン構造６８ｂを設けることによって燃料電池２０ｂが大型化することがない。さらに、第３実施例の燃料電池２０ｂでは、モータ６７を用いてセンターシャフト９０を回転させるため、任意の速さで羽根車９２を回転させ、水滴を弾き飛ばす力の強さを調節することができる。もとより、燃料ガス排出マニホールド５７内においてもファン構造６８ｂを設け、燃料ガス流路３４Ｐの出口部に生じた水滴を排出する構成としてもよい。
【００９６】
燃料ガス排出マニホールド５７内にファン構造６８ｂを設ける場合には、水平方向を向く燃料ガス流路３４Ｐにおいて、さらに有利に水滴を除去することが可能となる。ファン構造６８ｂでは、モータ６７によって羽根車９２が回転駆動されるため、第２実施例のファン構造６８のように供給されるガスの圧力によって羽根車９２を回転させる場合に比べてより大きな力によって羽根車９２を回転させることができる。すなわち、供給されるガスの圧力によって回転する場合よりも大きな駆動力を加えることによって羽根車９２をより速く回転させ、燃料ガス流路３４Ｐから燃料ガスを強制的に排出させることが可能となる。従って、水平方向を向く燃料ガス流路３４Ｐ内の水滴を積極的に吸い出して、燃料ガス流路３４Ｐの出口部で弾き飛ばして除去することが可能となる。
【００９７】
さらに、モータ６７によってファン構造６８ｂを駆動する構成を備える場合には、上記したように水平方向を向く流路内の水滴を除去する際に有利であるばかりでなく、燃料電池の起動時における暖機運転中において、単セル２２内のガス流路に残留した水や凝縮水を効果的に排出することができるという効果を奏する。燃料電池２０ｂによる発電を終了する時には燃料ガスおよび酸化ガスの供給を停止するが、発電を止めると燃料電池２０ｂ内部の温度が低下するために、燃料電池２０ｂ内部でガス中の水蒸気の凝縮が見られる。温度が低下すると飽和蒸気圧が低下するため、燃料電池２０ｂ内に残留する燃料ガスおよび酸化ガス中の水蒸気が凝縮してガス流路内で水滴を生じてしまう。このようにして生じた水滴は、再び燃料電池２０ｂを起動しようとするときにガス流路を塞いでしまってガスの拡散を妨げる。
【００９８】
ここで、モータ６７によって駆動されるファン構造６８ｂをガス排出マニホールド内に設けておけば、モータ６７によって強制的に羽根車９２を回転駆動することによって、単セル２２内のガス流路から水滴を吸い出し、ガス排出マニホールド側に吹き飛ばして流路を塞いでいた水滴を除去することができる。酸化ガス供給マニホールド５８と燃料ガス排出マニホールド５７との両方においてファン構造６８ｂを設けておけば、燃料電池の起動時には、各モータ６７を駆動することによって、燃料電池内の各流路で凝縮した水滴を同時に除去することができる。
【００９９】
また、第３実施例の燃料電池２０ｂを備えた燃料電池システムは、システム起動時や低負荷時には、酸化ガス供給マニホールド５８を大気開放することによって酸化ガスとして大気中の酸素を直接利用することが可能となる。以下に、このような燃料電池システム２６を第４実施例として説明する。燃料電池システムの起動時や低負荷時には、進行する電池反応が低レベルであるため、加圧した酸素を陽極側に送り込んで多量の酸素を供給する必要がない。この燃料電池システム２６は、ファン構造６８ｂによる吸引力を利用して、酸化ガスとして外気を取り込む構成を有している。図１６は、燃料電池システム２６の構成を模式的に表わす説明図である。
【０１００】
第３実施例の燃料電池２０ｂを備えた第４実施例の燃料電池システム２６では、酸化ガス供給マニホールド５８に開口する酸化ガス孔４４と、この酸化ガス孔４４と接続する既述した酸化ガス供給装置との間に流路の切替を行なう三方弁９８が設けられている。また、酸化ガス孔４５と、この酸化ガス孔４５と接続する既述した酸化ガス排出装置との間にも流路の切り替えを行なう三方弁９９が設けられている。システム起動時や低負荷時には、これらの三方弁９８，９９を操作して流路の切り替えを行ない、酸化ガス供給マニホールド５８および酸化ガス排出マニホールド５９を外気に開放する。このように酸化ガス流路を外気に開放したときには、モータ６７を駆動して羽根車９２を回転させ、この各羽根車９２の回転に伴う吸引力によって陽極に空気を供給する。なお、陽極側に供給する空気の圧力は、モータ６７の回転数を制御することによって調節可能である。
【０１０１】
また、固体高分子型燃料電池では、陽極側に加圧した酸化ガスを供給することによって電解質膜表面が乾いてしまうのを防ぐ目的で酸化ガスの加湿を行なうことがあるが、燃料電池システム２６では外気を吸引して利用するため酸化ガスの圧力が低く、このような電解質膜の乾燥を考慮する必要がない。従って、大気中に含まれる水蒸気で対応可能となる。
【０１０２】
このような構成の燃料電池システム２６によれば、電池反応が低レベルで陽極において消費される酸素量が少ないときに、酸化ガスの加圧や加湿のために無駄にエネルギを消費してしまうことがない。また、このように酸化ガスとして外気を直接利用する構成は、システム起動時のように燃料電池２０ｂ内の温度が充分に上昇していないときにガス流路内で水蒸気が凝縮してしまうのを防ぐという効果をも奏する。燃料電池２０ｂ内の温度が低い内に、加湿した酸化ガスあるいは加圧によって昇温した酸化ガスを送り込むと、燃料電池２０ｂ内部でこの酸化ガスが降温して水蒸気の凝縮が起こるおそれがあるが、空気を直接供給する場合には、燃料電池２０ｂ内の温度は外気以上であるためこのような水蒸気の凝縮は起こらない。また、燃料電池２０ｂの負荷が低下して燃料電池２０ｂ内部が降温した場合にも、同様に外気を直接利用することによって、飽和蒸気圧の低下による水蒸気の凝縮を防ぐとともに、酸化ガスの加圧に要するエネルギを削減することができる。
【０１０３】
既述した第１ないし第３実施例の燃料電池は、特に、この燃料電池を車両駆動用の電源として車載する場合のように、移動用の電源として用いる場合に有利である。第１実施例の燃料電池２０を搭載した電気自動車では、単セル２２内部の水滴を吹き飛ばすために供給するガスの圧力を増加させる必要がないことから配管を大型強化する必要がなく、また、水滴を除去する装置はガスマニホールド内に設けられているため装置自体が大型化することがない。このように大型化を抑える構成は、設置可能な面積に厳しい制約がある車載時には特に好ましい。また、燃料ガス供給マニホールド５６内にスリット構造６０を設ける場合には、供給する燃料ガス量を増加させることなく流路内の水滴を除去することが可能となるため、搭載している燃料を無駄に消費してしまうことがない。電池反応に用いずに消費してしまう燃料ガス量の増加は車両の走行距離の短縮につながるが、上記スリット構造６０を燃料ガス供給マニホールド５６内に設けることによって、走行距離を短縮させること無く燃料電池内の水滴を除去することが可能となる。
【０１０４】
また、第２実施例の燃料電池２０ａまたは第３実施例の燃料電池２０ｂを車両に搭載する場合には、ガスマニホールド内に設けたファン構造６８によって水滴の除去を行なうため、走行中の車両の傾き具合によって排水効率が大きく影響されることがないという効果を奏する。排水が、羽根車９２の回転力による吸い出しと掻き出しによるため、車両が傾いた場合であっても充分に水滴の除去を行なうことができる。
【０１０５】
以上説明した実施例では燃料電池は固体高分子型燃料電池としたが、本発明は固体高分子型燃料電池以外にも、スタック構造を備えて内部に生じた生成水や凝縮水が電池反応を阻害する他の燃料電池（例えばりん酸型燃料電池等）にも適用可能であって、同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
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２０の構成を表わす部分分解斜視図である。
【図２】スタック構造２４の構成を表わす分解斜視図である。
【図３】スタック構造２４の外観を表わす斜視図である。
【図４】スリット構造６０の外観を表わす斜視図である。
【図５】カム部６２およびスリット構造６０の動作を表わす説明図である。
【図６】カム部６２およびスリット構造６０の動作を表わす説明図である。
【図７】カム部６２およびスリット構造６０の動作を表わす説明図である。
【図８】カム部６２およびスリット構造６０の動作を表わす説明図である。
【図９】スリットプレート７４，８４の動作を表わす説明図である。
【図１０】スリットプレート７４，８４の動作を表わす説明図である。
【図１１】スリットプレート７４，８４の動作を表わす説明図である。
【図１２】第２実施例の燃料電池２０ａの構成を表わす部分分解斜視図である。
【図１３】ギアボックス９７の構成を表わす説明図である。
【図１４】酸化ガス流路３５Ｐの出口部に水滴が滞留する様子を表わす説明図である。
【図１５】酸化ガス流路３５Ｐの出口部に水滴が滞留する様子を模式的に表わす断面図である。
【図１６】第４実施例の燃料電池システム２６の構成の概略を表わす説明図である。
【図１７】単セル２２の構成を模式的に表わす断面図である。
【符号の説明】
２０，２０ａ，２０ｂ…燃料電池
２２…単セル
２４…スタック構造
２６…燃料電池システム
３０…セパレータ
３１…電解質膜
３２…アノード
３３…カソード
３４，３５…セパレータ
３４Ｐ…燃料ガス流路
３５Ｐ…酸化ガス流路
３６，３７…集電板
３６Ａ，３７Ａ…出力端子
３８，３９…絶縁板
４０，４１…エンドプレート
４２，４３，５０，５１…燃料ガス孔
４４，４５，５２，５３…酸化ガス孔
５４，５５…リブ
５６…燃料ガス供給マニホールド
５７…燃料ガス排出マニホールド
５８…酸化ガス供給マニホールド
５９…酸化ガス排出マニホールド
６０…スリット構造
６２…カム部
６４…回転軸
６６，６７…モータ
６８，６８ｂ…ファン構造
６９…取り付け部
７０…第１スリット部
７１…第１端部
７２…第１シャフト
７３…第１カム
７３ａ，８３ａ…鋭端部
７３ｂ，８３ｂ…鈍端部
７４，８４…スリットプレート
７５，８５…スリット
７６，８６…支持部
７７…第１スプリング
７８…第１保持部
７９…第１固着部
８０…第２スリット部
８１…第２端部
８２…第２シャフト
８３…第２カム
８７…第２スプリング
８８…第２保持部
８９…第２固着部
９０…センターシャフト
９２…羽根車
９３…軸
９４…羽根
９７…ギアボックス
９８，９９…三方弁
【図１】
0003580028.tif 000002
【図２】
0003580028.tif 000003
【図３】
0003580028.tif 000004
【図４】
0003580028.tif 000005
【図５】
0003580028.tif 000006
【図６】
0003580028.tif 000007
【図７】
0003580028.tif 000008
【図８】
0003580028.tif 000009
【図９】
0003580028.tif 000010
【図１０】
0003580028.tif 000011
【図１１】
0003580028.tif 000012
【図１２】
0003580028.tif 000013
【図１３】
0003580028.tif 000014
【図１４】
0003580028.tif 000015
【図１５】
0003580028.tif 000016
【図１６】
0003580028.tif 000017
【図１７】
0003580028.tif 000018