(57)【要約】【課題】燃料電池の内部における湿度分布を良好にするのに有利な燃料電池及び燃料電池用配流板を提供する。【解決手段】燃料電池は、酸化剤を導入する酸化剤導入口と燃料を導入する燃料導入口とを有し、酸化剤導入口から導入した酸化剤と燃料導入口から導入した燃料とを反応させて発電する。酸化剤導入口または燃料導入口は、少なくとも第１導入口及び第２導入口を備えており、第１導入口から導入される湿分と第２導入口から導入される湿分とが異なる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤を導入する酸化剤導入口と燃料を導入する燃料導入口とを有し、前記酸化剤導入口から導入した酸化剤と前記燃料導入口から導入した燃料とを反応させて発電する燃料電池において、
前記酸化剤導入口は少なくとも二つの導入口を備えており、
前記導入口のうちの第１導入口から導入される酸化剤と、残りの前記導入口のうちの少なくとも一つの第２導入口から導入される酸化剤とで、湿分が異なるように設定されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
酸化剤を導入する酸化剤導入口と燃料を導入する燃料導入口とを有し、前記酸化剤導入口から導入した酸化剤と前記燃料導入口から導入した燃料とを反応させて発電する燃料電池において、
前記燃料導入口は少なくとも二つの導入口を備えており、
前記導入口のうちの第１導入口から導入される燃料と、残りの前記導入口のうちの少なくとも一つの第２導入口から導入される燃料とで、湿分が異なるように設定されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第１導入口及び前記第２導入口は、上流から下流に沿って直列に配置されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項３において、前記第１導入口は上流側に配置されており、前記第２導入口は上流と下流との間に位置する中流、または、下流に配置されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４において、前記第２導入口から導入されるガスは、前記第１導入口から導入されるガスよりも湿分が低めであるか、乾燥していることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか一項において、酸化剤または燃料を流す配流板を有しており、前記第１導入口及び前記第２導入口のうちの少なくとも一方は、前記配流板の中間領域に前記配流板の厚み方向に貫通するように形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか一項において、酸化剤が拡散する酸化剤側ガス拡散層及び燃料が拡散する燃料側ガス拡散層が設けられており、前記酸化剤側ガス拡散層及び前記燃料側ガス拡散層のうちのいずれか一方と、前記配流板との境界をシールする中間マニホルド用シール部が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
酸化剤を導入する酸化剤導入口と燃料を導入する燃料導入口とを有する燃料電池用配流板において、
前記酸化剤導入口は少なくとも二つの導入口を備えており、
前記導入口のうちの第１導入口から導入される酸化剤と、残りの前記導入口のうちの少なくとも一つの第２導入口から導入される酸化剤とで、湿分が異なるように設定されていることを特徴とする燃料電池用配流板。
【請求項９】
酸化剤を導入する酸化剤導入口と燃料を導入する燃料導入口とを有する燃料電池用配流板において、
前記燃料導入口は少なくとも二つのガス導入口を備えており、
前記導入口のうちの第１導入口から導入される燃料と、残りの前記導入口のうちの少なくとも一つの第２導入口から導入される燃料とで、湿分が異なるように設定されていることを特徴とする燃料電池用配流板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は湿度分布を改善できる燃料電池及び燃料電池用配流板に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入口と、燃料ガスを導入する燃料ガス導入口とを有しており、酸化剤ガス導入口から導入した酸化剤ガスと、燃料ガス導入口から導入した燃料ガスとの反応により発電するものである。この燃料電池において、第１ガス導入口及び第２ガス導入口が形成されていると共に、第１ガス導出口及び第２ガス導出口が形成されている（特許文献１）。
【０００３】
このものによれば、第１形態に切り替えられると、第１ガス導入口及び第２ガス導入口の双方からガスを並列的に導入し、反応後のガスを第１ガス導出口及び第２ガス導出口の双方から並列的に導出する。また第２形態に切り替えられると、第１ガス導入口からガスを導入し、第２ガス導出口及び第２ガス導入口を中間通路として使用し、そして反応後のガスを第１ガス導出口から導出する。
【０００４】
また、セパレータ１枚あたり、ガス導入口とガス導出口とが対とされたガス流路が複数組設けられている燃料電池が知られている（特許文献２）。このものによれば、セパレータ１枚あたり、複数のガス導入口が設けられていると共に、複数のガス導出口が設けられている。
【特許文献１】特開２００３−１００３２０号公報
【特許文献２】特開２００２−８３６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで燃料電池では、セル内の湿分管理が重要である。水分過多であると、ガスの通路が閉鎖されるフラッディング現象が生じ、良好なガス供給性が得られず、良好な発電性能が得られない。また水分過少であると、固体電解質膜の乾燥が誘発され、固体電解質膜の良好なイオン伝導性が確保されにくく、良好な発電性能が得られない。
【０００６】
上記した特許文献１，２に係る燃料電池によれば、セパレータ１枚あたり、複数個のガス導入口が形成されているものの、複数個のガス導入口から導入される反応ガスは同じものである。従って、複数個のガス導入口から導入される反応ガスの湿分は同じであるものと考えられる。このため上記した特許文献１，２に係る燃料電池では、燃料電池の内部における湿度分布を良好にするには限界がある。
【０００７】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の内部における湿度分布を改善するのに有利な燃料電池及び燃料電池用配流板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）様相１に係る本発明に係る燃料電池は、酸化剤を導入する酸化剤導入口と燃料を導入する燃料導入口とを有し、酸化剤導入口から導入した酸化剤と燃料導入口から導入した燃料とを反応させて発電する燃料電池において、酸化剤導入口は少なくとも二つの導入口を備えており、導入口のうちの第１導入口から導入される酸化剤と、残りの導入口のうちの少なくとも一つの第２導入口から導入される酸化剤とで、湿分が異なるように設定されていることを特徴とするものである。
【０００９】
様相２に係る本発明に係る燃料電池用配流板は、酸化剤を導入する酸化剤導入口と燃料を導入する燃料導入口とを有する燃料電池用配流板において、酸化剤導入口は少なくとも二つの導入口を備えており、導入口のうちの第１導入口から導入される酸化剤と、残りの導入口のうちの少なくとも一つの第２導入口から導入される酸化剤とで、湿分が異なるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
様相１または様相２によれば、第１導入口から導入される酸化剤と、第２導入口から導入される酸化剤とで、湿分が異なる。従って、燃料電池の内部の湿分に応じて、第１導入口及び第２導入口から導入される酸化剤の湿分を異ならせば、燃料電池の内部の湿分を調整することができる。
【００１１】
例えば、燃料電池の内部において、水分過多となり易い領域には、相対的に湿分が少ないか乾燥した酸化剤を第１導入口及び第２導入口のうちの一方から導入するため、当該領域における水分過多が抑制され、ひいては水分による通路の閉鎖等が抑制される。また水分過少となり易い領域には、相対的に湿分が多い酸化剤を第１導入口及び第２導入口のうちの他方から導入するため、当該領域における水分過少が抑制され、ひいては電解質膜のイオン伝導性の低下を抑制できる。
【００１２】
（２）様相３に係る本発明に係る燃料電池は、酸化剤を導入する酸化剤導入口と燃料を導入する燃料導入口とを有し、酸化剤導入口から導入した酸化剤と燃料導入口から導入した燃料とを反応させて発電する燃料電池において、燃料導入口は少なくとも二つの導入口を備えており、導入口のうちの第１導入口から導入される燃料と、残りの導入口のうちの少なくとも一つの第２導入口から導入される燃料とで、湿分が異なるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１３】
様相４に係る本発明に係る燃料電池用配流板は、酸化剤を導入する酸化剤導入口と燃料を導入する燃料導入口とを有する燃料電池用配流板において、燃料導入口は少なくとも二つの導入口を備えており、導入口のうちの第１導入口から導入される燃料と、残りの導入口のうちの少なくとも一つの第２導入口から導入される燃料とで、湿分が異なるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１４】
様相３または様相４によれば、第１導入口から導入される燃料と、第２導入口から導入される燃料とで、湿分が異なる。従って、燃料電池の内部の湿分に応じて、第１導入口及び第２導入口から導入される燃料の湿分を異ならせば、燃料電池の内部の湿分を調整することができる。
【００１５】
例えば、燃料電池の内部において、水分過多となり易い領域には、相対的に湿分が少ないかあるいは乾燥した燃料を第１導入口及び第２導入口のうちの一方から導入するため、当該領域における水分過多が抑制され、ひいては水分による通路の閉鎖等が抑制される。また水分過少となり易い領域には、相対的に湿分が多い燃料を第１導入口及び第２導入口のうちの他方から導入するため、当該領域における水分過少が抑制され、ひいては電解質膜のイオン伝導性の低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１導入口及び第２導入口から導入される反応流体（酸化剤、燃料）の湿分を燃料電池の内部の湿分に応じて異ならせば、燃料電池の内部の湿分を調整することができる。従って、燃料電池の内部における湿度分布を良好にするのに有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る燃料電池の好ましい形態によれば、酸化剤及び燃料はそれぞれガス状である。この場合、燃料電池は、酸化剤ガスを導入する酸化剤ガス導入口と燃料ガスを導入する燃料ガス導入口とを有する。そして、酸化剤ガス導入口から導入した酸化剤ガスと、燃料ガス導入口から導入した燃料ガスとを反応ガスとして反応させて発電反応により発電する。酸化剤ガスとして空気等の酸素含有ガスを例示できる。燃料ガスとして水素ガス、水素含有ガスを例示できる。
【００１８】
本発明に係る燃料電池によれば、第１導入口及び第２導入口は上流から下流に沿って直列に配置されている形態を採用することができる。また、好ましくは、第１導入口は上流側に配置されており、第２導入口は上流と下流との間に位置する中流、または、下流に配置されている形態を採用することができる。
【００１９】
また本発明に係る燃料電池によれば、好ましくは、第１導入口よりも相対的に下流側の第２導入口から導入される酸化剤ガスまたは燃料ガスは、第２導入口よりも相対的に上流側の第１導入口から導入される酸化剤ガスまたは燃料ガスよりも湿分が低めであるか、乾燥している形態を採用することができる。乾燥していれば、湿分が過多の領域であっても、湿分過多を抑制するのに有利であり、水分によるガス通路の閉鎖等が抑制される。
【００２０】
更に本発明に係る燃料電池によれば、第１導入口よりも相対的に下流側の第２導入口から導入される酸化剤ガスまたは燃料ガスは、第２導入口よりも相対的に上流側の第１導入口から導入される酸化剤ガスまたは燃料ガスよりも湿分が高めである形態を採用することができる。燃料電池の内部の過剰乾燥に対処することができる。
【００２１】
本発明に係る燃料電池によれば、酸化剤ガスまたは燃料ガスを流す配流板を有しており、第１導入口及び第２導入口のうちの少なくとも一方は、配流板の中間領域に配流板の厚み方向に貫通するように形成されている形態を採用することができる。この場合、好ましくは、第１導入口を上流側に配置し、第２導入口を上流と下流との間に位置する中流、または、下流に配置する形態を採用するのに有利である。
【００２２】
本発明に係る燃料電池によれば、酸化剤側ガス拡散層及び燃料側ガス拡散層が設けられている形態を採用することができる。更に異なる湿分をもつ酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給する中間マニホルドを配流板に開口状の形成することができる。この場合、酸化剤側ガス拡散層及び燃料側ガス拡散層のうちのいずれか一方（中間マニホルドからのガスが流れない側）と配流板との境界をシールする中間マニホルド用シール部が設けられている形態を採用することができる。このシール部により中間マニホルドがシールされ、燃料電池の内部における酸化剤ガスと燃料ガスとの混合が抑えられる。
【００２３】
本発明に係る燃料電池によれば、酸化剤ガス通路と中間マニホルドとを連通させる場合には、酸化ガス通路の容積のうちの３０％（好ましくは４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、）以上は、中間マニホルドと連通していることが好ましい。このため、酸化剤ガス入口マニホルドから酸化ガス通路に導入された酸化剤ガスと、中間マニホルドから導入された新鮮な酸化剤ガスとを効果的に拡散混合することができる。故に、酸化ガス通路を流れる酸化剤ガスの湿度の均一化に貢献できる。
【００２４】
また本発明に係る燃料電池によれば、燃料ガス通路と中間マニホルドとを連通させる場合には、燃料ガス通路の容積のうちの３０％（好ましくは４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、）以上は、中間マニホルドと連通していることが好ましい。このため、燃料ガス入口マニホルドから燃料ガス通路に導入された燃料ガスと、中間マニホルドから導入された新鮮な燃料ガスとを効果的に拡散混合することができる。故に、燃料ガス通路を流れる燃料ガスの湿度の均一化に貢献できる。
【実施例１】
【００２５】
以下、本発明の実施例について図１〜図４を参照して説明する。図１は本実施例に係る固体高分子型の燃料電池の概念を示す。燃料電池は膜・電極接合体１（ＭＥＡ：membrane electrode assembly）を有する。図１に示すように、膜・電極接合体１は、酸化剤ガス拡散層１１と、酸化剤側触媒層１２と、イオン伝導性を有する固体電解質膜１３と、燃料側触媒層１４と、燃料側ガス拡散層１５とを順に積層して形成されている。燃料側触媒層１４及び燃料側ガス拡散層１５により燃料極が形成される。酸化剤ガス拡散層１１及び酸化剤側触媒層１２により酸化剤極が形成される。
【００２６】
酸化剤ガス拡散層１１はガス透過性及び導電性を有する。燃料側ガス拡散層１５はガス透過性及び導電性を有する。酸化剤側触媒層１２は、触媒と、イオン伝導性をもつ電解質と、カーボンブラック等の導電材とを主要成分として有する。燃料側触媒層１４は、触媒と、イオン伝導性をもつ電解質と、カーボンブラック等の導電材とを主要成分として有する。
【００２７】
図１に示すように、膜・電極接合体１は、厚み方向において２個の配流板２により挟持されている。冷却水を流す機能を有する他の配流板２Ｂも介在されている。図１に示す構造が厚み方向に積層されてスタックが構成される。ここで、配流板２は炭素材料または金属材料で形成されている。配流板２は一方の表面に酸化剤ガス通路２０を有する。酸化剤ガス通路２０は、酸化剤ガスを基本的には上から下に向けて流す。発電反応で生じた生成水を重力を利用して移動させて排出させるためである。配流板２は他方の表面に燃料ガス通路２２を有する。燃料ガス通路２２は燃料ガスを基本的には下から上に向けて流す。
【００２８】
図２は配流板２に形成されている酸化剤ガス通路２０を模式的に示す。図２に示すように、配流板２は、上辺部３１に沿って開口状に形成された酸化剤導入口として機能する酸化剤ガス入口マニホルド２３と、下辺部３２に沿って開口状に形成された酸化剤導出口として機能する酸化剤ガス出口マニホルド２４と、第１側辺部３３に沿って開口状に形成された燃料導入口として機能する燃料ガス入口マニホルド２５と、第２側辺部３４に沿って開口状に形成された燃料導出口として機能する燃料ガス出口マニホルド２６と、第１側辺部３３に沿って開口状に形成された冷却水入口マニホルド４１と、第２側辺部３４に開口状に沿って形成された冷却水出口マニホルド４２とを備えている。
【００２９】
更に配流板２は、図２に示すように、上下方向に延設された複数の仕切壁３５ａにより上下方向に沿って並走する酸化剤ガス通路２０を有する。従って基本的には、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口マニホルド２３→酸化剤ガス通路２０→酸化剤ガス出口マニホルド２４へと矢印Ｍ１方向に沿って、基本的には上から下に向けて流れる。
【００３０】
図３は配流板２に形成されている燃料ガス通路２２を示す。図３に示すように、配流板２は、複数の仕切壁３５ｂにより上下方向に沿って並走する燃料ガス通路２２を有する。従って基本的には、燃料ガスは、燃料ガス入口マニホルド２５→燃料ガス通路２２→燃料ガス出口マニホルド２６へと矢印Ｍ２方向に沿って、基本的には下から上に向けて流れる。
【００３１】
図４は他の配流板２Ｂに形成されている冷却水通路４０を示す。図４に示すように、配流板２Ｂは、複数の仕切壁３５ｃにより並走する冷却水通路４０を有する。従って基本的には、冷却水は、冷却水入口マニホルド４１→冷却水通路４０→冷却水出口マニホルド４２へと矢印Ｍ３方向に沿って流れる。
【００３２】
さて本実施例によれば、図１〜図４に示すように、配流板２の中間領域には、配流板２の厚み方向に貫通するように中間マニホルド５０が開口状に形成されている。ここで、中間領域とは、配流板２のうち外縁部以外の部位に位置しているという意味である。中間マニホルド５０は、酸化剤ガスを酸化剤ガス通路２０の流れの途中において酸化剤ガス通路２０に導入するためのものである。図２に湿すように、中間マニホルド５０は、酸化剤ガス通路２０において上流と下流との間の中流に位置して形成されている。従って、中間マニホルド５０は酸化剤ガス入口マニホルド２３よりも下流に形成されている。換言すると、酸化剤ガス入口マニホルド２３は中間マニホルド５０よりも上流に形成されている。
【００３３】
本実施例によれば、酸化剤ガス入口マニホルド２３と酸化剤ガス出口マニホルド２４とを仮想的に結ぶ距離を１００として相対表示すると、図２から理解できるように、中間マニホルド５０は、酸化剤ガス入口マニホルド２３から相対表示で３０〜７０、殊に４０〜６０の位置に設定されている。
【００３４】
使用の際には、加湿されたまたは未加湿の燃料ガスは、燃料ガス入口マニホルド２５から供給され、燃料ガス通路２２、燃料ガス出口マニホルド２６へと矢印Ｍ２方向（図３参照）に流れる。加湿された酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口マニホルド２３から供給され、酸化剤ガス通路２０、酸化剤ガス出口マニホルド２４へと矢印Ｍ１方向（図２参照）に流れる。これにより発電反応が行われる。
【００３５】
周知のように発電反応に基づいて水が酸化剤極において生成する。ここで、酸化剤ガス通路２０における上流領域では、生成水が少ないこと等から乾燥するおそれがある。このため、酸化剤ガス入口マニホルド２３から酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガスは、加湿処理されて所要の湿分が付与されている。これにより酸化剤ガスの流れの上流側における固体電解質膜１３の乾燥が抑制され、上流側における固体電解質膜１３のイオン伝導性が確保される。
【００３６】
また発電反応で生成された生成水は酸化剤ガスにより下流に向けて運ばれる。このため生成水は酸化剤ガスの流れの上流よりも下流で多く滞留するおそれがある。この結果、酸化剤ガス通路２０の下流領域において、前記したフラッディング現象が生じるおそれがある。そこで本実施例によれば、中間マニホルド５０から酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口マニホルド２３から酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガスよりも湿分が少ないか、あるいは、乾燥されている。このため中間マニホルド５０よりも下流領域では、水分がガス通路を塞ぐフラッディング現象が生じることが抑制される。これにより下流側における発電性能が向上する。
【００３７】
ところで、前記したように中間マニホルド５０から酸化剤ガス通路２０に導入されるガスは酸化剤ガスであるため、燃料ガス通路２２に流入しないようにすることが好ましい。そこで図１に示すように、燃料ガス通路２２を有する配流板２と燃料側ガス拡散層１５との間には、シール部５５が設けられている。シール部５５は、燃料ガス通路２２を有する配流板２と燃料側ガス拡散層１５との境界をシールしている。従って、中間マニホルド５０を流れる酸化剤ガスが燃料ガス通路２２に導入されることがシール部５５により阻止されている。
【００３８】
本実施例によれば、シール性を更に高めるべく、燃料ガス通路２２を有する配流板２には突起５８が形成されている。そして燃料側ガス拡散層１５の孔１５ｘと突起５８とが嵌合しており、嵌合部分にシール部５５が介在している。図１に示すように、シール部５５は、燃料側ガス拡散層１５の孔１５ｘの周縁をシールしており、酸化剤ガスが燃料側ガス拡散層１５に進入することを抑えている。なお、シール部５５は、燃料ガス通路２２を有する配流板２と燃料側ガス拡散層１５とのうちの一方または双方に接着剤を塗布して固化させることにより形成することができるが、予め成形したシール材を保持することにしても良い。
【００３９】
以上説明したように本実施例によれば、酸化剤ガス導入口として酸化剤ガス入口マニホルド２３及び中間マニホルド５０（二つの導入口）が設けられている。そして、酸化剤ガス入口マニホルド２３から酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガス（反応ガス）の湿分と、中間マニホルド５０から酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガス（反応ガス）の湿分とが異なる。従って、燃料電池の内部の湿分分布に応じて、中間マニホルド５０から導入される酸化剤ガスの湿分を異ならせば、燃料電池の内部の湿分を調整することができ、燃料電池の内部における湿度分布を良好にするのに有利である。
【００４０】
具体的には、酸化剤ガス入口マニホルド２３から酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガスよりも、中間マニホルド５０から酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガスは、湿分が少ないか、あるいは、乾燥されている。このため酸化剤ガス通路２０の中流領域または下流領域において、湿分が少ないか、あるいは、乾燥されている酸化剤ガスが導入される。この結果、酸化剤ガス通路２０の中流領域または下流領域において、水分がガス通路を塞ぐフラッディング現象が生じることが抑制される。結果として、下流側における発電性能が向上する。
【００４１】
また本実施例によれば、図２に示すように、酸化ガス通路２０の大部分または全部は、中間マニホルド５０を通る。このため、酸化剤ガス入口マニホルド２３から導入された酸化剤ガスと、中間マニホルド５０から導入された新鮮な酸化剤ガスとを効果的に拡散混合することができる。故に、酸化ガス通路２０を流れる酸化剤ガスの湿度分布の均一化に貢献できる。
【００４２】
また、本実施例によれば、前記したように、酸化剤ガス入口マニホルド２３から酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガスよりも、中間マニホルド５０から酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガスは、湿分が少ないか、あるいは、乾燥されている。このようにするにあたっては、次の形態を採用することができる。
【００４３】
（ｉ）図５（ａ）に示すように、酸化剤ガス入口マニホルド２３に導入される酸化剤ガスは、燃料電池に向かう搬送中において、加湿器６を距離Ｌ１通過し、距離Ｌ１に相当する加湿量とされる。これに対して、中間マニホルド５０に導入される酸化剤ガスは、燃料電池に向かう搬送中において、加湿器６を距離Ｌ２（Ｌ２＜Ｌ１）通過し、距離Ｌ２に相当する加湿量とされる。距離Ｌ２は距離Ｌ１よりも短くされている（Ｌ２＜Ｌ１）。
【００４４】
（ｉｉ）図５（ｂ）に示すように、酸化剤ガス入口マニホルド２３に導入される酸化剤ガスは、燃料電池に向かう搬送中において、加湿能力が高い加湿器６を通過し、加湿量が大きくされる。これに対して、中間マニホルド５０に導入される酸化剤ガスは、燃料電池に向かう搬送中において、加湿能力が低い加湿器６Ｂを通過し、小さな加湿量とされる。
【００４５】
（ｉｉｉ）図５（ｃ）に示すように、酸化剤ガス入口マニホルド２３に導入される酸化剤ガスは、燃料電池に向かう搬送中において、加湿器６を距離Ｌ１通過し、距離Ｌ１に相当する加湿量とされる。中間マニホルド５０に導入される酸化剤ガスは、燃料電池に向かう搬送中において、加湿器６を通過せず、加湿されない。
【００４６】
更に、酸化剤ガス入口マニホルド２３から酸化剤ガス出口マニホルド２４に向けて酸化剤ガスが進むにつれて、発電反応が進行するため、酸化剤ガスに含まれている酸素が発電反応により消費され、酸素の濃度が次第に低下する。このため酸化ガス通路２０の下流では発電効率が低下するおそれがある。この点について本実施例によれば、図２に示すように、酸化剤ガス入口マニホルド２３と酸化剤ガス出口マニホルド２４との中間位置に中間マニホルド５０が形成されている。このため、酸素の濃度が高い新鮮な酸化剤ガスを、中間マニホルド５０から酸化ガス通路２０の中流及び下流に補給することができる。よって酸化ガス通路２０の下流における発電効率を増加させるのに有利である。
【実施例２】
【００４７】
図６及び図７は本発明の実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例では、図６に示すように燃料ガス導入口として燃料ガス入口マニホルド２５及び中間マニホルド５０Ｂ（二つの導入口）が開口状に形成されている。そして、燃料ガス入口マニホルド２５から燃料ガス通路２２に導入される燃料ガス（反応ガス）の湿分と、中間マニホルド５０Ｂから燃料ガス通路２２に導入される燃料ガス（反応ガス）の湿分とが異なる。このように燃料電池の内部の湿分分布に応じて、導入口から導入される燃料ガスの湿分を異ならせば、燃料電池の内部の湿分を調整することができ、燃料電池の内部における湿度分布を良好にするのに有利である。
【００４８】
具体的には、燃料ガス入口マニホルド２５から燃料ガス通路２２に導入される燃料ガスよりも、中間マニホルド５０Ｂから燃料ガス通路２２に導入される燃料ガスは、湿分が少ないか、乾燥している。このため燃料ガス通路２２の下流領域においては水分過多が抑制される。
【００４９】
ところで図６に示すように、燃料ガス入口マニホルド２５から燃料ガス出口マニホルド２６に向けて燃料ガスが矢印Ｍ２方向に進むにつれて、発電反応が進行するため、燃料ガスに含まれている燃料成分が発電反応に消費され、燃料成分の濃度が次第に低下する。このため燃料ガス通路２２の下流において発電効率が低下するおそれがある。この点について本実施例によれば、図６に示すように、燃料ガス入口マニホルド２５と燃料ガス出口マニホルド２６との中間位置に中間マニホルド５０Ｂが形成されている。このため、燃料成分の濃度が高い新鮮な燃料ガスを、中間マニホルド５０Ｂから燃料ガス通路２２の中流または下流に補給することができる。よって燃料ガス通路２２の中流または下流における発電効率を増加させるのに有利である。
【００５０】
また、前記したように中間マニホルド５０Ｂから燃料ガス通路２２に導入されるガスは燃料ガスであるため、酸化剤ガス通路２０には導入されないようにすることが好ましい。そこで、図７に示すように、酸化剤ガス通路２０を有する配流板２と酸化剤ガス拡散層１１との間には、シール部５５Ｂが設けられている。シール部５５Ｂは、酸化剤ガス通路２０を有する配流板２と、酸化剤ガス拡散層１１との境界をシールしている。これにより中間マニホルド５０Ｂを流れる燃料ガスが酸化剤ガス通路２０に導入されることが阻止されている。シール性を高めるべく、酸化剤ガス通路２０を有する配流板２には突起５８Ｂが形成されている。そして、酸化剤ガス拡散層１１の孔１１ｘと突起５８Ｂとが嵌合しており、嵌合部分にシール部５５Ｂが介在している。シール部５５Ｂは、酸化剤ガス通路２０を有する配流板２と酸化剤ガス拡散層１１とのうちの一方または双方に接着剤を塗布して固化させることにより形成することができるが、予め成形したシール材を保持することにしても良い。
【実施例３】
【００５１】
図８は本発明の実施例３を示す。本実施例は実施例２と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例の燃料電池は、燃料ガス通路２２の下流領域が乾燥し易いタイプである。本実施例では、燃料ガス入口マニホルド２５から燃料ガス通路２２に導入される燃料ガスよりも、中間マニホルド５０Ｃから燃料ガス通路２２に導入される燃料ガスは、湿分が多い。このため燃料ガス通路２２の下流領域においては乾燥が抑制される。故に、固定電解質膜（図示せず）のイオン伝導性が良好に確保される。なお本実施例においては、燃料ガス入口マニホルド２５から燃料ガス通路２２に導入される燃料ガスは、加湿されていないか、あるいは、加湿量が少ないものである。
【実施例４】
【００５２】
図９は本発明の実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例では、図９に示すように、配流板２Ｄは、開口状に形成された酸化剤ガス入口マニホルド２３と、開口状に形成された酸化剤ガス出口マニホルド２４とを有する。配流板２Ｄは、図示しないものの、燃料ガス入口マニホルドと、燃料ガス出口マニホルドと、冷却水入口マニホルドと、冷却水出口マニホルドとを備えている。更に配流板２Ｄは、複数の仕切壁３５ｄによりほぼＳの字形状に仕切られた酸化剤ガス通路２０を有する。
【００５３】
従って基本的には、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口マニホルド２３→酸化剤ガス通路２０→酸化剤ガス出口マニホルド２４へと矢印Ｍ４方向に沿って、基本的には上から下に向けて流れる。
【００５４】
図９に示すように、配流板２Ｄの外縁領域には、配流板２の厚み方向に貫通するように第１中間マニホルド５０Ｄ、第２中間マニホルド５０Ｅが開口状に形成されている。第１中間マニホルド５０Ｄ，第２中間マニホルド５０Ｅは酸化剤ガスを酸化剤ガス通路２０に導入するためのものである。第１中間マニホルド５０Ｄ，第２中間マニホルド５０Ｅは、酸化剤ガス通路２０において上流と下流との間の中流に位置して形成されている。なお、第２中間マニホルド５０Ｅは第１中間マニホルド５０Ｄよりも下流に形成されている。
【００５５】
前述したように酸化剤ガス通路２０の下流領域において、生成水に起因して水分がガス通路を塞ぐフラッディング現象が生じるおそれがある。そこで本実施例によれば、酸化剤ガス入口マニホルド２３から酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガスの湿分をＨ１とし、第１中間マニホルド５０Ｄから酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガスの湿分をＨ２とし、第２中間マニホルド５０Ｄから酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガスの湿分をＨ３とするとき、Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３の関係、あるいは、Ｈ１＞Ｈ２≒Ｈ３の関係に設定されている。
【００５６】
ここで、第１中間マニホルド５０Ｃから酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガス、第２中間マニホルド５０Ｄから酸化剤ガス通路２０に導入される酸化剤ガスは、乾燥していても良い。このような本実施例によれば、酸化剤ガス通路２０における下流領域では、水分がガス通路を塞ぐフラッディング現象が生じることが抑制される。これにより下流側における発電性能が向上する。
【００５７】
（他の例）
実施例１によれば、酸化剤ガス入口マニホルド２３と酸化剤ガス出口マニホルド２４とを仮想的に結ぶ距離を１００と相対表示すると、図２から理解できるように、中間マニホルド５０は、酸化剤ガス入口マニホルド２３から３０〜７０、殊に４０〜６０の位置に設定されているが、これに限らず、酸化剤ガス入口マニホルド２３から相対表示で６０〜９０の位置、あるいは、相対表示で７０〜８０の位置に形成されていても良い。その他、本発明は上記しかつ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更して実施できるものである。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
・反応流体を導入する反応流体導入口とを有し、反応流体導入口から導入した反応流体を反応させて発電する燃料電池において、反応流体導入口は少なくとも二つの導入口を備えており、導入口のうちの第１導入口から導入される反応流体と、残りの導入口のうちの少なくとも一つの第２導入口から導入される反応流体とで、湿分が異なるように設定されていることを特徴とする燃料電池。
・反応流体を導入する反応流体導入口とを有し、反応流体導入口から導入した反応流体を反応させて発電する燃料電池用配流板において、反応流体導入口は少なくとも二つの導入口を備えており、導入口のうちの第１導入口から導入される反応流体と、残りの導入口のうちの少なくとも一つの第２導入口から導入される反応流体とで、湿分が異なるように設定されていることを特徴とする燃料電池用配流板。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は車両用、定置用、電気機器用、電子機器用、携帯用、船体用等の燃料電池発電システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施例１に係り、燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図２】実施例１に係り、配流板に形成されている酸化剤ガス通路を示す構成図である。
【図３】実施例１に係り、配流板に形成されている燃料ガス通路を示す構成図である。
【図４】実施例１に係り、配流板に形成されている冷却水通路を示す構成図である。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は酸化剤ガスに対する加湿の形態を示す構成図である。
【図６】実施例２に係り、配流板に形成されている燃料ガス通路を示す構成図である。
【図７】実施例２に係り、燃料電池の概念を模式的に示す断面図である。
【図８】実施例３に係り、配流板に形成されている燃料ガス通路を示す構成図である。
【図９】実施例４に係り、配流板に形成されている酸化剤ガス通路を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６０】
図中、２は配流板、２０は酸化剤ガス通路、２２は燃料ガス通路、２３は酸化剤ガス入口マニホルド（酸化剤導入口）、２４は酸化剤ガス出口マニホルド、２５は燃料ガス入口マニホルド（燃料導入口）、２６は燃料ガス出口マニホルド、５０は中間マニホルド（導入口）、５５はシール部を示す。
【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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