(57)【要約】【課題】  ガス中の水分が凝縮して発生した滞留水を自動的に排出するための装置が必要なく、また、スタック内のガス供給マニホールドでガス中の水分が凝縮して発生した余剰な滞留水を自動的に排出することができる固体高分子型燃料電池を得るものである。【解決手段】  膜電極接合体とセル流路を備えたセパレータとを一対の加圧板の間に積層されたスタックと、酸化剤ガスあるいは燃料ガスをセル流路へ供給する供給マニホールドと、酸化剤ガスあるいは燃料ガスをセル流路から排気する排気マニホールドと、供給マニホールドの底部に設けられた排水口と排気マニホールドとを連通するバイパス流路とを備えたものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜が酸化剤電極と燃料電極とで挟持された膜電極接合体と、上記酸化剤電極に酸化剤ガスを、上記燃料電極に燃料ガスをそれぞれ供給あるいは排気するセル流路を備えたセパレータとが、一対の加圧板の間に積層されたスタックと、
上記加圧板および上記セパレータの積層方向に連通して具備された上記酸化剤ガスあるいは上記燃料ガスをそれぞれ上記セル流路へ供給する供給マニホールドと、
上記加圧板および上記セパレータの積層方向に連通して具備された上記酸化剤ガスあるいは上記燃料ガスをそれぞれ上記セル流路から排気する排気マニホールドと、
上記供給マニホールドの底部に設けられた排水口と上記排気マニホールドとを連通するバイパス流路と
を備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
バイパス流路は、セパレータに設けられたことを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
バイパス流路は、加圧板に設けられたことを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
バイパス流路が設けられたプレートがスタック内に挿入されたことを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項５】
バイパス流路を流れるガス量がセル流路を流れるガス量に対して、燃料ガスの場合には１％以下、酸化剤ガスの場合には２％以下であることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項６】
バイパス流路の内壁が撥水処理されていることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プロトン導電性電解質膜を用いて電気化学的な反応を利用して発電する固体高分子型燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体高分子型燃料電池においては、ガス供給マニホールドより上流でガス中の水分が凝縮して発生した余剰な滞留水は、スタック端部の加圧板に設けられた水滴除去装置から外部に排出されていた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２２７１７号公報（第６−７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の固体高分子型燃料電池では、水滴除去装置から自動で外部に排出するためには、オートドレインなどの排水装置を設置する必要があった。また、スタック端部の加圧板に水滴除去装置を取り付けているため、ガス供給マニホールドより上流で発生した滞留水は排出することはできるが、スタック内のガス供給マニホールドで発生した滞留水はセル流路を通して排出されていたので触媒層へのガス供給を阻害する要因となっていた。
【０００５】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、ガス中の水分が凝縮して発生した滞留水を自動的に排出するための排水装置が必要なく、また、スタック内のガス供給マニホールド発生した余剰な滞留水がセル流路とは別の経路を通って自動的に排出される固体高分子型燃料電池を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る固体高分子型燃料電池においては、膜電極接合体とセル流路を備えたセパレータとを一対の加圧板の間に積層されたスタックと、酸化剤ガスあるいは燃料ガスをそれぞれセル流路へ供給する供給マニホールドと、酸化剤ガスあるいは燃料ガスをそれぞれセル流路から排気する排気マニホールドと、供給マニホールドの底部に設けられた排水口と排気マニホールドとを連通するバイパス流路とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、供給マニホールドの底部に設けられた排水口と排気マニホールドとをバイパス流路で連通することにより、スタック内のガス供給マニホールドでガス中の水分が凝縮して余剰な滞留水が発生しても、供給マニホールドと排気マニホールドとのガス圧の差圧によって、自動的にバイパス流路を通して滞留水を排気マニホールド側へ排出することができるので、滞留水がセル流路へ流れて触媒層へのガス供給を阻害することがなく、長期間に渡り安定した電池の動作が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１による固体高分子型燃料電池のスタックの断面の一部を示す模式図である。電解質膜１が酸化剤電極２と燃料電極３とで挟持された膜電極接合体４と、セル流路５を備えたセパレータ６とが横方向に積層されてスタック７を構成している。スタック７はさらに左右に積層されているが、図１においては、その一部を示している。膜電極接合体４の外周部には、酸化剤電極２および燃料電極３から上下方向に酸化剤ガスあるいは燃料ガスが漏れ出さないように、ガスバリア層８が形成されている。積層されたセパレータ６とガスバリア層８とを貫通して、酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａと排気マニホールド１０ａとが形成されている。酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａと排気マニホールド１０ａとは、図１の断面図では見えない部分に形成されているが、説明のために破線で示している。酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａからセパレータ６の酸化剤電極２と接触する面に形成されたセル流路５を通して、酸化剤電極２に酸化剤ガスを供給し、酸化剤電極２で消費されなかった余剰の酸化剤ガスは、セル流路５を通して、酸化剤ガス用の排気マニホールド１０ａに排出される。酸化剤用のマニホールドと同様に、積層されたセパレータ６とガスバリア層８とを貫通して、燃料ガス用の供給マニホールド（図示せず）および排気マニホールド（図示せず）も形成されており、燃料ガス用の供給マニホールドからセパレータ６の燃料電極３と接触する面に形成されたセル流路５を通して、燃料電極３に燃料ガスを供給し、燃料電極３で消費されなかった余剰の燃料ガスは、セル流路５を通して、燃料ガス用の排気マニホールドに排出される。積層されたセパレータのひとつはバイパス流路を備えたセパレータ６ａであり、このセパレータ６ａには、セル流路５に加えて、酸化剤ガス用の供給ガスマニホールド９ａと排気マニホール１０ａとを連通するバイパス流路１１が形成されている。このバイパス流路１１も、図１の断面図では見えない部分に形成されているが、説明のために破線で示している。酸化剤電極２および燃料電極３の電解質膜１と接する面には、触媒層（図示せず）が形成されており、後述のようにこの触媒層で電気化学反応を起こして発電を行なう。
【０００９】
図２は、図１に示したバイパス流路を備えたセパレータ６ａを酸化剤電極２に接触する面から見た模式図である。バイパス流路を備えたセパレータ６ａには酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａ、酸化剤ガス用の排気マニホールド１０ａ、燃料ガス用の供給マニホールド９ｂおよび燃料ガス用の排気マニホールド１０ｂとなる貫通孔が形成されており、供給マニホールド９ａ、９ｂが上になるように配置される。酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａと酸化剤ガス用の排気マニホールド１０ａとの間に蛇行して複数の溝が形成されており、この溝が酸化剤電極と接触してガスが流通するセル流路５となる。このセル流路５とは別に、酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａの底部に設けられた排水口１２と酸化剤ガス用の排気マニホールド１０ａとを連通して、セル流路５を迂回するようにバイパス流路１１が形成されている。排水口１２は、酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａを通過するガス中の水分が凝縮して発生した滞留水がセル流路５に流れ込まないようにするために、セル流路５の最も低い入口５ａよりもさらに低い位置に設けられる。また、図２に示すセパレータ６ａの裏面の燃料電極に接触する面にも、燃料ガス用の供給マニホールド９ｂと燃料ガス用の排気マニホールド１０ｂとを連通するセル流路（図示せず）およびバイパス流路（図示せず）が形成されている。なお、バイパス流路１１が形成されていないセパレータ６は、図２に示したバイパス流路を備えたセパレータ６ａにおいて、排水口１２およびバイパス流路１１が備わっていないものである。
【００１０】
図３は、本実施の形態における、固体高分子型燃料電池の斜視図である。スタック７は、図１に示した膜電極接合体４とセパレータ６とが積層されて構成されている。図３において、膜電極接合体４は薄いためこの図では省略している。図３では、積層したセパレータ６の４枚ごとに、図２に示したバイパス流路を備えたセパレータ６ａを挟んだ構成を示しているが、実際には、スタック７はセパレータ６を１００枚積層しており、１９枚ごとにバイパス流路を備えたセパレータ６ａを挟んでいる。スタック７の両端には電気絶縁性の板（図示せず）を配置し、さらにその外側から加圧板１３、１４でスタック７を積層方向に加圧している。一方の加圧板１３には酸化剤ガス用供給管１５と燃料ガス用供給管１６とが、他方の加圧板１４には酸化剤ガス用排気管１７と燃料ガス用排気管１８とが接続されている。スタック７には、加圧板１３，１４と電気絶縁性の板とセパレータ６とガスバリア層８とを連通するように酸化剤ガスおよび燃料ガス用のそれぞれの供給マニホールドと排気マニホールドとが備わっており、酸化剤ガス用供給管１５と酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａ、酸化剤ガス用の排気マニホールド１０ａと酸化剤ガス用排気管１７、燃料ガス用供給管１６と燃料ガス用の供給マニホールド９ｂ、および燃料ガス用の排気マニホールド１０ｂと燃料ガス用排気管１８とがそれぞれつながっている。
【００１１】
電解質膜１としては、プロトン導電性、ガスバリア性および電気絶縁性を有する高分子膜が用いられ、例えば、パーフルオロ系主鎖とスルホン酸基とからなる高分子の電解質膜などが用いられており、本実施の形態においては、厚さ約０．０５ｍｍのものを用いた。酸化剤電極２および燃料電極３は、セル流路５を通して供給される酸化剤ガスあるいは燃料ガスを触媒層全面に拡散供給するために、ガス透過性と電気伝導性とが必要であり、カーボン繊維で編まれたカーボンペーパーやカーボンクロスなどが用いられる。本実施の形態においては、厚さ約０．３ｍｍのカーボンペーパーを用いている。セパレータ６および６ａは、緻密で導電性を有する例えばカーボン板が用いられており、その表面にはセル流路５あるいはバイパス流路１１を構成するように溝が形成されている。加圧板１３、１４は例えばステンレスなどの金属で形成している。酸化剤ガスとしては、酸素ガスまたは酸素ガスを含む大気を用いることができ、例えばブロアなどを用いて供給することができる。燃料ガスとしては、純度１００％の水素ガスを用いることができ、水素ボンベから供給することができる。また、燃料ガスとして、水素ガスを主成分として二酸化炭素や窒素などを含む改質ガスを用いることもでき、炭化水素などから水素を生成する改質器から供給することもできる。
【００１２】
次に、本実施の形態における固体高分子型燃料電池の動作について説明する。酸化剤ガス用供給管１５から酸化剤ガスとして酸素ガスを供給し、燃料ガス用供給管１６から燃料ガスとして水素ガスを供給すると、それぞれのガスは、スタック７内に形成された酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａあるいは燃料ガス用の供給マニホールド１０ａを通って、スタック７内のすべての酸化剤電極２あるいは燃料電極３に分配供給される。それぞれの電極に到達した水素ガスおよび酸素ガスによって、酸化剤電極２および燃料電極３の電解質膜１と接する面に形成された触媒層で、次式に示す電気化学反応が起こる。
燃料電極    ：  Ｈ２  →  ２Ｈ＋＋２ｅ−                  （１）
酸化剤電極  ：  ２Ｈ＋＋２ｅ−＋１／２Ｏ２  →  Ｈ２Ｏ    （２）
この電気化学反応により、酸化剤電極２と燃料電極３との間に起電力が発生する。また、燃料電極３で生じたプロトン（Ｈ＋）は、電解質膜１を通過して酸化剤電極２へ移動し、酸化剤電極２の触媒層で酸素と反応して水になる。電解質膜１がプロトン伝導性を有するためには、湿潤している必要があり、そのために供給される水素ガスおよび酸素ガスには、飽和かそれに近い湿度の水分が含まれている。このような高湿度の酸素ガスが、酸化剤用の供給マニホールド９ａを通過するときに水分が凝縮して滞留水が発生する場合がある。このとき、この滞留水がセル流路５に流入すると過剰な水分により電極の触媒層へ酸素ガスが供給されにくくなり、正常な電気化学反応が阻害されることになる。本実施の形態では、図２に示すように、セル流路５の最も低い入口５ａよりもさらに低い位置に排水口１２を設け、この排水口１２から酸化剤ガス用の排気マニホールド１０ａへ連通したバイパス流路１１を形成しているので、酸化剤用の供給マニホールド９ａで水分が凝縮して発生した滞留水は、バイパス流路１１を経由して酸化剤用の排気マニホールド１０ａへ排出され、セル流路５に流入することがない。
【００１３】
酸化剤用の供給マニホールド９ａからセル流路５を経由して排気マニホールド１０ａへ流れる酸素ガスは、酸化剤電極２の触媒層で前記の（２）式に示す電気化学反応によって消費される。そのため、酸素ガスのガス圧はセル流路５の下流にいくにしたがって徐々に低下するため、酸化剤用の排気マニホールド１０ａでは、供給マニホールド９ａよりガス圧が低くなる。このガス圧差によって、供給マニホールド９ａで水分が凝縮して発生した滞留水は、自動的にバイパス流路１１を経由して速やかに排気マニホールド１０ａへ排出される。なお、高湿度の水素ガスが燃料ガス用の供給マニホールド９ｂを通過するときに水分が凝縮して滞留水が発生しても、同様に燃料ガス用の供給マニホールド９ｂと燃料ガス用の排気マニホールド１０ｂとの間に形成したバイパス流路を経由して、この滞留水は自動的に燃料ガス用の排気マニホールド１０ｂへ排出される。
【００１４】
このように構成された固体高分子型燃料電池においては、酸化剤ガス用あるいは燃料ガス用のそれぞれ供給マニホールド９ａ、９ｂで水分が凝縮して滞留水が発生しても、この滞留水はガス圧差で速やかにそれぞれ排気マニホールド１０ａ、１０ｂへ自動的に排出されるので、この水がセル流路に流れ込むことがなく、余剰な水がセル流路へ流れて触媒層へのガス供給を阻害することがなく、正常な電気化学反応を維持することができる。その結果、安定した発電特性が得られる。
【００１５】
なお、酸化剤用の供給マニホールド９ａに水分が凝縮せず滞留水がない場合、バイパス流路１１は酸素ガスが流通することになる。しかし、バイパス流路１１の断面積と長さ、およびスタック７内でのバイパス流路１１を備えたセパレータ６ａの設置数を調整することで、酸素ガスのバイパス量を発電特性に影響のない範囲に設定することが可能である。本実施の形態では、スタック７を構成するセパレータ６のうち１９層間隔に１枚を、バイパス流路１１を備えたセパレータ６ａとし、各セパレータ６に形成されたセル流路５の本数を２０本とし、バイパス流路１１の断面積および長さを、セル流路５の一本の断面積および長さと一致させている。この場合、セパレータ６の１９層の中では、酸化剤用の全セル流路５は３８０本となり、バイパス流路１１は１本であるから、バイパス流路１１を経由して直接供給マニホールド９ａから排気マニホールド１０ａへ流れる酸素ガスは、全体の約３８０分の１、すなわち約０．２６％となり、発電特性にほとんど影響を与えない量となる。
【００１６】
バイパス流路の形状は、次の関係式から決めることができる。セル流路およびバイパス流路を流れるガスはともに層流であるため、その流量Ｑは、差圧δＰに比例し、流路長Ｌに反比例し、流路断面積の水力直径ｄの４乗に近似的に比例することが一般的に知られている。すなわち、下式が成り立つ。
【００１７】
Ｑ＝Ａ×δＰ×ｄ４／Ｌ          Ａは係数          （３）
なお、水力直径とは、断面が任意の形状をもつ場合、その断面積（Ｓ）と面積が等しい円に換算したときのその円の直径（ｄ）であり、Ｓ＝π（ｄ／２）２から算出できるものである。この（３）式を用いて、バイパス流路を流れるガス量を発電特性に影響を与えない量に設定することができる。例えば、ガス圧差がδＰ＝３ｋＰａ、水力直径ｄ＝１ｍｍ、流路長Ｌ＝５００ｍｍ、Ａ＝１２００／Ｐａ・ｓとすると、バイパス流路に流れる流量Ｑは、
Ｑ＝Ａ×δＰ×ｄ４／Ｌ
＝１２００×３０００×０．００１４／０．５
＝７．２×１０−６（ｍ３／ｓ）
＝０．４３（Ｌ／ｍｉｎ）
となるので、スタックに供給する酸素ガスの流量を５Ｌ／ｍｉｎとすると、セパレータ１９枚に１枚の割合でバイパス流路を備えたセパレータを用いる場合は、０．４３／（５×１９）×１００≒０．４５％となる。
【００１８】
図４は、本実施の形態における、ガスの利用率と発電電圧の関係を示した特性図である。ガスの利用率とは、スタックに供給される酸化剤ガスあるいは燃料ガスのガス量に対して、酸化剤電極あるいは燃料電極の触媒層で電気化学反応によって消費されるガス量の割合である。図４（ａ）は、燃料ガスの利用率と発電電圧との関係を示しており、図４（ｂ）は、酸化剤ガスの利用率と発電電圧との関係を示している。燃料ガスについては、利用率６０〜８０％で通常の運転を行っており、この領域では発電電圧はほぼ一定であるが、利用率が８０％を超えると発電電圧の低下が大きくなる。この領域では、ガスの利用率が１％増えると発電電圧は約２ｍＶ低下する。一方、酸化剤ガスについては、利用率３０〜５０％で通常運転を行っており、その他の領域を含めて、ガス利用率の増加にともなう発電電圧の低下はほぼ一定である。つまり、ガスの利用率が１％増えると発電電圧は約１ｍＶ低下する。バイパス流路を流れるガス量が増えると、スタックに供給されるガス量に対して電極の触媒層に達するガス量が減ることになるので、ガスの利用率は増えることになる。したがって、バイパス流路を設けることによる発電電圧の低下を２ｍＶ以下に抑えるためには、燃料ガスについては、１％以下、酸化剤ガスについては２％以下にすることが好ましい。
【００１９】
このように、水分が凝縮して発生した滞留水がない場合、バイパス流路を流れるガスの量を、燃料ガス側では１％以下、酸化剤ガス側では２％以下にすることで、発電特性に影響を与えない量とすることができる。
【００２０】
なお、本実施の形態においては、バイパス流路１１を備えたセパレータ６ａを、スタック７を構成するセパレータ６の１９層間隔に１枚配置したが、必ずしもバイパス流路を備えたセパレータ６ａを等間隔に配置する必要はなく、スタック７の温度分布などを考慮して、水分が凝縮し易い低温部に集中して設けることもできる。
【００２１】
また、本実施の形態では、酸化剤ガス用のバイパス流路と燃料ガス用のバイパス流路を同じセパレータに形成する例を示したが、それぞれのバイパス流路を別々のセパレータに形成してもよい。また、フッ素系樹脂のコーティングなどでバイパス流路の内壁に撥水処理を施すことにより、バイパス流路内の水の排水性がよくなり、迅速に水を排水することができる。
【００２２】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２における、固体高分子型燃料電池の斜視図である。スタック７は、図１に示した膜電極接合体４とセパレータ６とが積層されて構成されている。図５において、膜電極接合体４は薄いためこの図では省略している。図５では、積層したセパレータ６の４枚ごとに、バイパス流路を備えたセパレータ６ａを挟んだ構成を示しているが、実際には、スタック７はセパレータ６を１００枚積層しており、１９枚ごとにバイパス流路を備えたセパレータ６ａを挟んでいる。さらに、ガスの流れの最も下流に位置するバイパス流路を備えたセパレータ６ａの１枚は、バイパス流路の出口を外部にもつセパレータ６ｂである。図５は、本実施の形態おける、バイパス流路の出口を外部にもつセパレータ６ｂを酸化剤電極に接触する面から見た模式図である。図６に示すように、バイパス流路の出口を外部にもつセパレータ６ｂは、バイパス流路１１の下流が酸化剤用の排気マニホールド１０ａではなく、外部への出口１１ａに連通している。図５に示す配管１９の一方の端部は、図６に示す出口１１ａに連結されており、配管１９の他方の端部は、酸化剤ガス用排気管１７に連結されている。また、セパレータ６ｂの裏の面には、燃料ガス用の供給マニホールド９ｂと排気マニホールド１０ｂとを連通するセル流路（図示せず）と、外部に出口をもつバイパス流路（図示せず）とが形成されており、この燃料ガス用のバイパス流路の出口も、配管（図示せず）を通して燃料ガス用排気管１８とつながっている。
【００２３】
このように構成された固体高分子型燃料電池においては、酸化剤ガス用あるいは燃料ガス用のそれぞれ供給マニホールド９ａ、９ｂで水分が凝縮して滞留水が発生しても、この滞留水はガス圧差で速やかにそれぞれ排気マニホールド１０ａ、１０ｂへ自動的に排出されるので、この水がセル流路に流れ込むことがなく、余剰な水がセル流路へ流れて触媒層へのガス供給を阻害することがなく、正常な電気化学反応を維持することができる。また、供給マニホールドのガスの流れの下流で凝縮した水は、バイパス流路と配管を通して直接酸化剤ガス用排気管あるいは燃料ガス用排出管に排出されるので排気マニホールドに滞留することもない。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、バイパス流路の出口を外部にもつセパレータ６ｂをスタックの中に１枚だけ設けたが、２枚以上設けてもよい。また、本実施の形態では、酸化剤ガス用のバイパス流路と燃料ガス用のバイパス流路を同じセパレータに形成する例を示したが、それぞれのバイパス流路を別々のセパレータに形成してもよい。
【００２５】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３におけるプレート２０の模式図である。プレート２０は、セパレータと同じ材質で作られており、酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａおよび排気マニホールド１０ａと、燃料ガス用の供給マニホールド９ｂおよび排気マニホールド１０ｂとなる貫通孔が形成されている。また、酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａと排気マニホールド１０ａとを連通するバイパス流路１１となる溝が形成されている。さらに、図７に示すプレート２０の反対の面にも、燃料ガス用の供給マニホールド９ｂと排気マニホールド１０ｂとを連通するバイパス流路１１を備えている。図８は、本実施の形態による固体高分子型燃料電池のスタックの断面の一部を示す模式図である。図７に示すプレート２０を、図８に示すようにスタックを構成するセパレータ間の任意の位置に積層する。この場合、セパレータ６のプレート２０に接する面にはセル流路は形成されていない。バイパス流路１１は、プレート２０の表面に形成された溝が隣のセパレータ６と接することで構成される。なお、酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａ、排気マニホールド１０ａおよびバイパス流路１１は、図８の断面図では見えない部分に形成されているが、説明のために破線で示している。
【００２６】
このように構成された固体高分子型燃料電池では、酸化剤ガス用あるいは燃料ガス用のそれぞれの供給マニホールド９ａ、９ｂで水分が凝縮して滞留水が発生しても、この水はプレート２０に形成したバイパス流路１１を通ってガス圧差で速やかにそれぞれの排気マニホールド１０ａ、１０ｂへ自動的に排出される。その結果、余剰な水がセル流路へ流れて触媒層へのガス供給を阻害することがなく、正常な電気化学反応を維持することができる。また、プレート２０にはセル流路を形成する必要がないため、バイパス流路１１をプレート２０の面内に自由な経路で形成することができる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、酸化剤ガス用のバイパス流路と燃料ガス用のバイパス流路とを、同じプレートの表裏に形成したが、それぞれのバイパス流路を別々のプレートに形成して、それらのプレートをスタック内に積層してもよい。また、バイパス流路をプレートの表面に溝を形成して構成したが、プレートの内部を貫通する穴で構成してもよい。
【００２８】
さらには、本実施の形態では、セパレータとは別にプレートを設ける構成を示したが、セパレータとプレートを一体化したような構成、例えば、セパレータの片面にセル流路を形成し、その反対の面にバイパス流路を形成してもよい。
【００２９】
実施の形態４．
図９は、実施の形態４における加圧板１３の模式図である。この加圧板１３には、酸化剤ガス用供給配管１５と連通した酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａおよび酸化剤ガス用の排気マニホールド１０ａと、燃料ガス用供給配管１６と連通した燃料ガス用の供給マニホールド９ｂおよび燃料ガス用の排気マニホールド１０ｂとが形成されており、さらに酸化剤ガス用の供給マニホールド９ａと排気マニホールド１０ａとを連通するバイパス流路１１が形成されている。このバイパス流路１１は、加圧板１３の内部を貫通する穴で構成されている。この加圧板１３を用いて、スタックを積層方向に加圧して固体高分子型燃料電池を構成した。
【００３０】
このように構成された固体高分子型燃料電池においては、酸化剤ガス供給配管１５より上流で水分が凝縮して滞留水が発生してもバイパス流路を通って直接排気マニホールドへ排出できるので、電池反応部に入る前に水を排出することができ、水がセル流路に流れ込むことがないので、余剰な水がセル流路へ流れて触媒層へのガス供給を阻害することがなく、正常な電気化学反応を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１によるスタックの模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるセパレータの模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１による固体高分子型燃料電池の斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１による特性図である。
【図５】この発明の実施の形態２による固体高分子型燃料電池の斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるセパレータの模式図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるプレートの模式図である。
【図８】この発明の実施の形態３によるスタックの模式図である。
【図９】この発明の実施の形態４による加圧板の模式図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  電解質膜、２  酸化剤電極、３  燃料電極、４  膜電極接合体
５  セル流路、５ａ  入口、６、６ａ、６ｂ  セパレータ
７  スタック、８  ガスバリア層
９ａ  酸化剤ガス用の供給マニホールド、９ｂ  燃料ガス用の供給マニホールド
１０ａ  酸化剤ガス用の排気マニホールド、９ｂ  燃料ガス用の排気マニホールド
１１  バイパス流路、１１ａ  出口、１２  排水口、１３、１４  加圧板
１５  酸化剤ガス用供給管、１６  燃料ガス用供給管
１７  酸化剤ガス用排気管、１８  燃料ガス用排気管
１９  配管、２０  プレート
【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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