(57)【要約】  燃料電池であって、鉛直上下方向または鉛直斜め上下方向に積層された複数の単セルと、前記積層された複数の単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、前記複数の単セルに冷媒を分配し、集合する冷媒供給マニホールド及び冷媒排出マニホールドと、前記マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、を備え、前記冷媒供給排出マニホールド及び前記冷媒排出マニホールドは、前記燃料電池の鉛直下方側の端部において、冷媒供給配管、冷媒排出配管にそれぞれ接続されており、前記エア抜き路は、前記絶縁板中に前記単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むように形成されており、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドの鉛直方向上端側において、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続されている。
2011074032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
鉛直上下方向または鉛直斜め上下方向に積層された複数の単セルと、
前記積層された複数の単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、
前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、
前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、
を備え、
前記冷媒供給排出マニホールド及び前記冷媒排出マニホールドは、前記燃料電池の鉛直下方側の端部において、冷媒供給配管、冷媒排出配管にそれぞれ接続されており、
前記エア抜き路は、
前記絶縁板中に前記単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むように形成されており、
前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドの鉛直方向上端側において、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続されている、
燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記エア抜き路の一方の端部は、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続され、
前記エア抜き路の他方の端部は、前記絶縁板の外縁部の中央近傍で、エアを外部に取り出すためのジョイントに接続されている、燃料電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、さらに、
前記絶縁板に隣接するエンドプレートを備え、
前記ジョイントは、前記エンドプレートの外周を包含する直方体からはみ出ないように収められている、燃料電池。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記複数の単セルは、２列の平行な積層体を形成しており、
前記２列の積層体は、互いに逆方向に電圧を発生するように積層されているとともに、前記燃料電池の鉛直下方側に設けられた共用集電板によって電気的に接続されており、
前記２つの積層体それぞれが、
前記積層された単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、
前記前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、
前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、
を備える、
燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池において、
前記２つの積層体の鉛直上方側の端部に配置された前記絶縁板は、前記２つの積層体に渡って設けられた１つの共用絶縁板を構成しており、
前記エア抜き路は、前記共用絶縁板内で連通している、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池中の冷却媒体（冷媒）用のマニホールドに生じた気体を抜く技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池中の冷却媒体に生じた気体を抜くものとして、冷媒供給口よりも高い位置に、冷却媒体供給連通孔に連通するエア抜き口を設けるものが知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の構成の場合、冷却媒体（冷媒）の電気伝導による電流リークについては十分に考慮がされていなかった。【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決するものであり、燃料電池の冷媒中の気泡の排出を容易に行うとともに、冷媒を介した電流のリークを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［適用例１］
燃料電池であって、鉛直上下方向または鉛直斜め上下方向に積層された複数の単セルと、前記積層された複数の単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、を備え、前記冷媒供給排出マニホールド及び前記冷媒排出マニホールドは、前記燃料電池の鉛直下方側の端部において、冷媒供給配管、冷媒排出配管にそれぞれ接続されており、前記エア抜き路は、前記絶縁板中に前記単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むように形成されており、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドの鉛直方向上端側において、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続されている、燃料電池。
この適用例によれば、単セルの鉛直上側の絶縁板中に単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むエア抜き路を備えている。そのため、気泡を上側に抜きやすいとともに、エア抜き路の中の冷媒の電気抵抗を大きくとることができるので、エア抜き路を介したリーク電流を少なくすることが可能となる。【０００７】
［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池において、前記エア抜き路の一方の端部は、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続され、前記エア抜き路の他方の端部は、前記絶縁板の外縁部の中央近傍で、エアを外部に取り出すためのジョイントに接続されている、燃料電池。
この適用例によれば、エア抜き路の長さを長く取れるので、エア抜き路の電気抵抗を大きくすることが可能となる。【０００８】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、さらに、前記絶縁板に隣接するエンドプレートを備え、前記ジョイントは、前記エンドプレートの外周を包含する直方体からはみ出ないように収められている、燃料電池。
この適用例によれば、他の部材がジョイントに接触しにくいため、電流リークを抑制しやすい。【０００９】
［適用例４］
適用例１から適用例３のいずれかに記載の燃料電池において、前記複数の単セルは、２列の平行な積層体を形成しており、前記２列の積層体は、互いに逆方向に電圧を発生するように積層されているとともに、前記燃料電池の鉛直下方側に設けられた共用集電板によって電気的に接続されており、前記２つの積層体それぞれが、前記積層された単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、前記前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、を備える、燃料電池。
この適用例によれば、積層体が２列存在する燃料電池においても適用可能である。【００１０】
［適用例５］
適用例４に記載の燃料電池において、前記２つの積層体の鉛直上方側の端部に配置された前記絶縁板は、前記２つの積層体に渡って設けられた１つの共用絶縁板を構成しており、前記エア抜き路は、前記共用絶縁板内で連通している、燃料電池。
この適用例によれば、燃料電池外へのリーク経路を１つにすることが可能となる。【００１１】
本発明の形態は、燃料電池に限るものではなく、燃料電池搭載車両、燃料電池の冷却水からの気体除去方法等他の形態に適用することもできる。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃料電池システムを模式的に示す説明図である。
【図２】燃料電池システムの等価的な電気回路を模式的に示す説明図である。
【図３】エア抜き路２００の近傍を拡大して示す説明図である。
【図４】Ｚ方向（単セルの積層方向）から見たインシュレーター１４０の平面図である。
【図５】Ｙ方向（単セルの平面に沿った方向）から見たインシュレーターの側面図である。
【図６】Ｚ方向から見たエンドプレート１６０の平面図である。
【図７】Ｙ方向から見たエンドプレート１６０の側面図である。
【図８】変形例におけるＺ方向から見たエンドプレート１６０の平面図である。
【図９】図８に示す変形例におけるＹ方向から見たインシュレーター１４０とエンドプレート１６０の側面図である。
【図１０】別の変形例におけるＸ方向から見た燃料電池スタックの側面図の一部である。
【図１１】図１０に示す変形例における集電板の平面図である。
【図１２】その他の変形例を示す説明図である。
【図１３】第２の実施例におけるＸ方向から見た燃料電池スタックの側面図の一部である。
【図１４】第２の実施例におけるＺ方向から見たインシュレーターの平面図である。
【図１５】第２の実施例の電気回路を模式的に示す説明図である。
【図１６】第２の実施例の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の実施例：
図１は、燃料電池システムを模式的に示す説明図である。この燃料電池システム１０は、たとえば、車両に搭載されるが、その支持構造は図示を省略している。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、ラジエータ３００とを備える。燃料電池１００は、セルスタック１１０と、その両端に順次設置された集電板１２０、１３０と、インシュレーター１４０、１５０（絶縁板）と、エンドプレート１６０、１７０とを備える。セルスタック１１０は、鉛直斜め上方向に積層された複数の単セル１１２を備えており、鉛直上方側の集電板１２０が正電極板であり、鉛直下方側の集電板１３０は負電極板である。但し電極板の正負は逆であってもよい。
【００１４】
２つのエンドプレート１６０、１７０は、図示しないテンションロッドにより締結されており、これによってセルスタック１１０を一定の締結力で締結している。また、下方側のエンドプレート１７０は、燃料電池スタックを車両のボディ（図示せず）に取り付けるためにも用いられる。
【００１５】
燃料電池１００は、内部に、冷却水供給マニホールド１８０と冷却水排出マニホールド１９０と、を備える。冷却水供給マニホールド１８０は、下方側のエンドプレート１７０と、インシュレーター１５０と、集電板１３０と、セルスタック１１０と、を貫通している。冷却水排出マニホールド１９０は、下方側のエンドプレート１７０と、インシュレーター１５０と、集電板１３０と、セルスタック１１０の他に、上方側の集電板１２０も、貫通している。なお、隣接する単セル１１２の間のセパレータ（図示せず）には、冷却水供給マニホールド１８０と冷却水排出マニホールド１９０をつなぐ冷却水流路が設けられているが、図１では図示を省略している。この冷却水流路を流れる水により、燃料電池１００の個々の単セル１１２を冷却する。
【００１６】
ラジエータ３００と、冷却水供給マニホールド１８０とは、冷却水供給配管３１０により接続されている。ここで、冷却水供給配管３１０と、冷却水供給マニホールド１８０とは、燃料電池１００の鉛直下方側のエンドプレート１７０で接続されている。冷却水供給配管３１０上には、冷却水供給ポンプ３３０が配置されている。また、ラジエータ３００と、冷却水排出マニホールド１９０とは、冷却水排出配管３２０により接続されている。冷却水排出配管３２０と、冷却水排出マニホールド１９０とも同様に、燃料電池１００の鉛直下方側のエンドプレート１７０で接続されている。なお、燃料電池システム１０は、さらに、燃料ガス供給配管と、燃料ガス排出配管と、酸化ガス供給配管（以上図示せず）と、酸化ガス排出配管２３０と、を有しており、これらの配管も、燃料電池１００の鉛直下方側のエンドプレート１７０で接続されている。これらに配管をセルスタック１１０の積層方向の一方に集める理由は、燃料電池１００を車両に搭載する場合、配管を一方に集めた方が、車両の燃料電池１００の収納部（例えばエンジンコンパートメント）内の配管レイアウトが容易になるからである。また、配管を燃料電池の鉛直下方側に配置する理由は、燃料電池の電気化学反応により生じた水を酸化ガス排出配管２３０から排出する場合に、下方からの方が排出し易いからである。
【００１７】
ラジエータ３００は、ラジエータキャップ３０２と、ラジエータキャップ３０２に接続されたサブタンク３０４と、を備えている。ラジエータキャップ３０２と、サブタンク３０４は、ラジエータ３００内の圧力を調整するために用いられる。
【００１８】
インシュレーター１４０は、冷却水排出マニホールド１９０の最上部に溜まった気泡４００を抜くためのエア抜き路２００を備える。この位置にエア抜き路２００を備える理由は、冷却水中に気泡４００が生じた場合、本実施例では、冷却水供給マニホールド１８０と冷却水排出マニホールド１９０の鉛直方向最も高い位置である冷却水排出マニホールド１９０の最上部に、気泡４００は集まり易いからである。エア抜き路２００は、ジョイント２１０により、エア抜きホース２２０と接続されている。この近傍の構成については、後で詳しく説明する。エア抜きホース２２０は、冷却水排出配管３２０に接続されている。なお、エア抜きホース２２０は、ラジエータ３００に接続されていてもよい。
【００１９】
図２は、燃料電池システムの等価的な電気回路を模式的に示す説明図である。図２には、車両のボディ５００と、燃料電池１００と、ラジエータ３００とが模式的に描かれている。ラジエータ３００と、燃料電池１００とは、ボディ５００に取り付けられており、ラジエータ３００とボディ５００の間、及び燃料電池１００のマイナス側のエンドプレート１７０とボディ５００の間は、電気的に導通している。したがって、ラジエータ３００と、燃料電池１００のエンドプレート１７０とは、ボディ５００を介して電気的に導通している。なお、一般的には、ラジエータ３００、ボディ５００、エンドプレート１７０は、金属材料により構成されているので、ラジエータ３００とエンドプレート１７０の間のボディ５００を介した電気抵抗の大きさは、極めて小さい。また、本実施例では、ボディ５００の電位をグランド電位（ＧＮＤ）としている。
【００２０】
ラジエータ３００と燃料電池１００とは、冷却水によりつながっているので、この冷却水による電気的導通を考える。水（純水）の比抵抗（理論値）は２５℃で１８．２４ＭΩ・ｃｍであり、抵抗値がきわめて大きく、水は、実質的には非導体である。しかし、水に不純物、特にイオンが含まれていると、比抵抗が小さくなり、水は電気電導性を示す。このイオンは、たとえば、燃料電池１００やラジエータ３００を構成する金属材料から金属がイオンとして溶出することにより生じる。このように、冷却水の比抵抗は、純水の比抵抗よりも小さくなるが、たとえば、イオン交換器を用いることにより、１ＭΩ・ｃｍ以上の比抵抗を有する冷却水を実現することは容易である。
【００２１】
図２において、ラジエータ３００と燃料電池１００のマイナス側との間に設けられている冷却水供給配管３１０及び冷却水排出配管３２０は、電気抵抗Ｒ310、Ｒ320として描かれている。但し、これらの電気抵抗Ｒ310、Ｒ320は、以下の理由により、無視してもよい。上述したように、ラジエータ３００と燃料電池１００のエンドプレート１７０とは、ボディ５００を介して導通している。ラジエータ３００、ボディ５００、エンドプレート１７０は、金属材料により構成されているので、ラジエータ３００とエンドプレート１７０の間のボディを介した電気抵抗の大きさは、冷却水供給配管３１０及び冷却水排出配管３２０の電気抵抗Ｒ310、Ｒ320よりもはるかに小さいからである。また、冷却水供給配管３１０及び冷却水排出配管３２０は、いずれも燃料電池１００のマイナス側に接続されているので、電位が同じである。したがって、冷却水供給配管３１０から冷却水排出配管３２０へ電流が流れることはなく、冷却水排出配管３２０から冷却水供給配管３１０へも電流は流れない。なお、冷却水供給配管３１０及び冷却水排出配管３２０を太くして、流路抵抗を少なくすることが好ましい。こうすれば、冷却水供給ポンプ３３０の能力を大きくする必要がない。
【００２２】
セルスタック１１０は、直列電池１１４を構成する。直列電池１１４のプラス側とマイナス側の集電板１２０、１３０は、外部負荷５１０に接続されている。集電板１３０とエンドプレート１７０との間は、インシュレーター１５０により絶縁されている。したがって、マイナス側の集電板１３０と、エンドプレート１７０との間について、金属を介した電気的導通は起こらない。しかし、マイナス側の集電板１３０と、エンドプレート１７０と、の間には、冷却水供給マニホールド１８０、冷却水排出マニホールド１９０中の冷却水が存在する。上述したように燃料電池で一般に用いられる冷却水には電気電導性があることから、マイナス側の集電板１３０と、エンドプレート１７０と、の間には、冷却水を介した電気的導通がある。
【００２３】
次に、プラス側の集電板１２０と、ラジエータ３００との電気的導通を考える。インシュレーター１４０は、冷却水排出マニホールド１９０と連通するエア抜き路２００を有する。エア抜き路２００（詳細な構成は後述）は、ジョイント２１０及びエア抜きホース２２０を介して、冷却水排出配管３２０と接続されている。したがって、エア抜き路２００と、ジョイント２１０と、エア抜きホース２２０と、冷却水排出配管３２０との中に存在する冷却水により、プラス側の集電板１２０と、ラジエータ３００とは電気的に導通する。
【００２４】
燃料電池１００の起電力をＶａ、エア抜き路２００の電気抵抗をＲ200、エア抜きホース２２０の電気抵抗をＲ220とすると、燃料電池１００のプラス側の集電板１２０の（電位＝Ｖａ）からラジエータ３００（電位＝ＧＮＤ）に流れるリーク電流Ｉａは、Ｉａ＝Ｖａ／（Ｒ200＋Ｒ220）となる。なお、この電気導通の経路におけるジョイント２１０と冷却水排出配管３２０の電気抵抗については、エア抜き路２００の電気抵抗Ｒ200及びエア抜きホース２２０の電気抵抗Ｒ220に比べて十分小さいとして、リーク電流Ｉａを計算している。
【００２５】
リーク電流Ｉａを少なくするには、エア抜き路２００の電気抵抗Ｒ200、あるいは、エア抜きホース２２０の電気抵抗Ｒ220を大きくすることが考えられるが、エア抜き路２００の電気抵抗Ｒ200を大きくすることが好ましい。エア抜き路２００は、燃料電池１００の内部にあるが、エア抜きホース２２０は、燃料電池１００の外部にある。エア抜き路２００中の水の電気抵抗Ｒ200を大きくすることにより、この電気導通の経路における燃料電池１００内での電圧降下を大きくできるので、金属材料製のジョイント２１０を用いることも可能となる。この場合、ジョイント２１０は、エンドプレート１６０及び図示しないテンションロッドを介して、下方側のエンドプレート１７０に導通し、ボディ５００（＝ＧＮＤ、図２）に導通することになるが、エア抜き路２００中の電気抵抗Ｒ200が十分大きければ、このルートによるリーク電流Ｉｂ（＝Ｖａ／Ｒ200）を少なくすることが可能である。
【００２６】
図３は、エア抜き路２００の近傍を拡大して示す説明図である。エア抜き路２００は、インシュレーター１４０中に形成されており、クランク形状を有している。エア抜き路２００は、下端部２００Ａと、上端部２００Ｂと、電気抵抗形成部２００Ｃとを備える。下端部２００Ａは、冷却水排出マニホールド１９０に連通している。上端部２００Ｂは、ジョイント２１０と接続されている。本実施例では、ジョイント２１０として、中空Ｌ字型の部材を用いている。電気抵抗形成部２００Ｃは、単セル１１２の積層方向と交わる方向に形成されており、下端部２００Ａと、上端部２００Ｂとを連通している。これにより、電気抵抗形成部２００Ｃの長さを長くし、電気抵抗形成部２００Ｃにおける電気抵抗を大きくすることが可能となる。ジョイント２１０の位置は、エア抜き路２００よりも鉛直方向の高い位置にある。その結果、冷却水排出マニホールド１９０の上部に移動してきた気泡４００は、エア抜き路２００、ジョイント２１０、エア抜きホース２２０を通って、燃料電池１００の外部に排出される。このとき、冷却水も同じ経路で排出されるが、冷却水の主たる排出経路ではないので、エア抜き路２００を太くする必要はない。
【００２７】
上述したように、燃料電池１００は、隣接する単セル１１２間に、冷却水供給マニホールド１８０と冷却水排出マニホールド１９０とをつなぐ冷却水流路１８５を備える。この冷却水流路１８５は、セパレータ（図示せず）内部に形成されている。
【００２８】
図４は、Ｚ方向（単セルの積層方向）から見たインシュレーター１４０の平面図である。インシュレーター１４０は、２つの凹部１４１、１４２と管部１４３を備える。凹部１４１、１４２は、インシュレーター１４０の互いに反対側の面に形成されており、図３に示した下端部２００Ａと上端部２００Ｂを構成する。管部１４３は、図３に示した電気抵抗形成部２００Ｃを形成する。凹部１４１はインシュレーター１４０の短辺側のほぼ中央の端部、具体的には、図１に示す冷却水排出マニホールド１９０と重なる位置に形成されており、凹部１４２はインシュレーター１４０の長辺側のほぼ中央の端部に形成されている。こうすることにより、管部１４３の長さＬを長く取ることができ、電気抵抗形成部２００Ｃの電気抵抗（図２の電気抵抗Ｒ200）を大きくすることが可能となる。
【００２９】
図５は、Ｙ方向（単セルの平面に沿った方向）から見たインシュレーターの側面図である。インシュレーター１４０は、２枚のインシュレーター構成部材１４０Ａ、１４０Ｂを備える。インシュレーター構成部材１４０Ａには、凹部１４１Ａ及び溝１４３Ａが形成されている。凹部１４１Ａは、インシュレーター構成部材１４０Ａを貫通している。凹部１４１Ａは、図４の凹部１４１を形成し、図３に示した下端部２００Ａを構成する。インシュレーター構成部材１４０Ｂには、凹部１４２Ｂが形成されている。凹部１４２Ｂは、インシュレーター構成部材１４０Ｂを貫通している。凹部１４２Ｂは、図４の凹部１４２を形成し、図３に示した上端部２００Ｂを構成する。インシュレーター構成部材１４０Ａの溝１４３Ａは、２枚のインシュレーター構成部材１４０Ａ、１４０Ｂを張り合わせたときにインシュレーター構成部材１４０Ｂの凹部１４２Ｂと重なる位置から、凹部１４１Ａまで掘られている。溝１４３Ａが内側になるように２枚のインシュレーター構成部材１４０Ａ、１４０Ｂを張り合わせることにより、溝１４３Ａの上側がインシュレーター構成部材１４０Ｂに覆われて、図４に示した管部１４３が形成され、電気抵抗形成部２００Ｃとして機能する。なお、本実施例では、溝１４３Ａは、インシュレーター構成部材１４０Ａに形成されているが、インシュレーター構成部材１４０Ａ、１４０Ｂの少なくとも一方に形成されていればよい。
【００３０】
図６は、Ｚ方向から見たエンドプレート１６０の平面図である。図７は、Ｙ方向から見たエンドプレート１６０の側面図である。エンドプレート１６０は、インシュレーター１４０が配置される面１６０ａと反対側の面１６０ｂの長辺のほぼ中央に切り欠き１６２を有する。切り欠き１６２の底からインシュレーター１４０が配置される面１６０ａに向かって孔１６４が形成されている。孔１６４は、エンドプレート１６０とインシュレーター１４０とを重ねたときに、インシュレーター１４０の凹部１４２（図４）と連通する。切り欠き１６２には、ジョイント２１０が接続されている。ジョイント２１０の先端には、エア抜きホース２２０を接続するための管継手が設けられている。なお、ジョイント２１０は、切り欠き１６２に収まっていること、すなわち、エンドプレート１６０の外周を包含する直方体の内部に収まっていること、が好ましい。ジョイント２１０がエンドプレート１６０の外周を包含する直方体の内部に収まっていれば、他の部材がジョイント２１０に接触しにくく、電流リークを抑制しやすい。また、車両が衝突して衝撃を受けたときでも、エンドプレート１６０により保護されるので、ジョイント２１０が壊れにくい。
【００３１】
以上、本実施例によれば、燃料電池１００の上側のインシュレーター１４０中に単セル１１２の積層方向と交わる方向に延びる電気抵抗形成部２００Ｃを含むようにエア抜き路２００が形成されているので、エア抜き路２００の電気抵抗を大きく取ることが可能となる。その結果、エア抜き路２００を介したリーク電流を少なくすることが可能となる。
【００３２】
また、本実施例によれば、ジョイント２１０は、インシュレーター１４０の中の中央近傍の凹部１４２と接続されているので、管部１４３の長さＬを長く取ることができ、電気抵抗形成部２００Ｃの電気抵抗を大きくすることが可能となる。
【００３３】
また、本実施例では、ジョイント２１０は、エンドプレート１６０の切り欠き１６２の内部に、すなわち外縁からはみ出ないように、収められている。したがって、他の部材がジョイント２１０に接触しにくいため、電流リークを抑制しやすい。また、車両が衝突して衝撃を受けたときでも、エンドプレート１６０により保護されて、ジョイント２１０が壊れにくい。
【００３４】
[第１の実施例の変形例]
図８は、変形例におけるＺ方向から見たエンドプレート１６０の平面図である。図９は、図８に示す変形例におけるＹ方向から見たインシュレーター１４０とエンドプレート１６０の側面図である。図６に示す例では、エンドプレート１６０の長辺のほぼ中央に切り欠き１６２を備えていたが、この変形例では、長辺のほぼ中央からエンドプレート１６０の中央方向にやや離間した位置に凹部１６３が形成されている。図６に示す例では、Ｌ字型に曲がったジョイント２１０を用いているが、この変形例では、真っ直ぐなジョイント２１１を用いている。また、インシュレーター１４０に形成されるエア抜き路２００の端部２００Ｂの位置は、エンドプレート１６０の凹部１６３の位置にあわせて移動している。このように、エンドプレート１６０の長辺のほぼ中央からエンドプレート１６０の中央方向にやや離間した位置にジョイント２１１を備えるように構成してもよい。この変形例によれば、ジョイント２１１は、６方のうち上方を除いた５方を覆われているので、他の部材がジョイント２１１に、より接触し難く、電流リークを抑制しやすい。また、車両が衝突して衝撃を受けたときでも、ジョイント２１１が、より壊れにくい。  
【００３５】
図１０は、別の変形例におけるＸ方向から見た燃料電池スタックの側面図の一部である。図１１は、図１０に示す変形例における集電板の平面図である。図１０に示すように、この変形例では、インシュレーター１４０は、集電板１２０側に帯状の凸部１４５を備え、凸部１４５の内部にエア抜きチューブ２０１を備える。エア抜きチューブ２０１は、エア抜き路２００として機能する。エア抜きチューブ２０１を有するインシュレーター１４０は、絶縁性の樹脂で構成されており、エア抜きチューブ２０１を含んだ状態で、射出成形することにより形成することが可能である。なお、上述したように、複数のインシュレーター構成部材を張り合わせてインシュレーター１４０を形成してもよい。
【００３６】
集電板１２０は、インシュレーター１４０の凸部１４５を収めるための帯状の凹部１２１を備える。集電板１２０は、単セル１１２が発生させた電気を集めることができればよく、強度は要求されないので、このような凹部１２１を備えてもよい。こうすることにより、インシュレーター１４０は、エア抜き路２００を内部ではなくて凸部１４５に有するので、インシュレーター１４０の強度を高めることが可能となる。なお、エア抜き路２００は全部が凸部１４５内にある必要はなく、少なくとも一部が凸部１４５内にあればよい。
【００３７】
また、図１１に示すように、集電板１２０は、インシュレーター１４０と反対側の面に、シール部材１２３を備える。集電板１２０のインシュレーター１４０と反対側には、単セル１１２が配置されている。単セル１１２には、上述した冷却水供給マニホールド１８０、冷却水排出マニホールド１９０のほか、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給、排出用のマニホールド（図示せず）が貫通している。シール部材１２３は、冷却水や、これらの反応ガスが、集電板１２０と単セル１１２の境界から漏れないようにシールする。
【００３８】
凹部１２１は、シール部材１２３が設けられていない部分に形成されていることが好ましい。シール部材１２３の面圧が不安定になることを抑制することが可能となる。
【００３９】
図１２は、その他の変形例を示す説明図である。たとえば、下側のエンドプレート１７０だけでなく、上側のエンドプレート１６０も燃料電池１００のボディ５００への固定に用いる場合がある。その場合、エンドプレート１６０はボディ５００（図２）と接地されることになる。集電板１２０は、エア抜き路２００中の冷却水を介して、エンドプレート１６０に電気的に導通し、ボディ５００にも導通する。すなわち、集電板１２０から、ボディ５００にリーク電流が流れる事となる。しかし、本実施例によれば、エア抜き路２００の長さＬを長く取って必要な電気抵抗を確保することにより、このリーク電流の大きさを一定以下に小さく抑えることが可能である。したがって、上側のエンドプレート１６０がボディ５００と接地されていてもよい。なお、この場合、ジョイント２１０として金属製のジョイントを用いることが可能となる。エンドプレート１６０がボディ５００と接地されているので、ジョイント２１０から、エア抜きホース２２０中の水を介した電流リークは無視できる。
【００４０】
[第２の実施例]
図１３は、第２の実施例におけるＸ方向から見た燃料電池スタックの側面図の一部である。図１４は、第２の実施例におけるＺ方向から見たインシュレーターの平面図である。第２の実施例では、燃料電池システムは、単セル１１２が積層して形成される２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂを備えている。この実施例では、図１４に示すように、２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂは、水平方向（図面のＸ方向）に並んでいる。そして、この２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂの起電力の向きは逆である。
【００４１】
本実施例では、それぞれのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂは、それぞれエア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂを備える。冷却水排出マニホールド（図示せず）と接続されるエア抜き路２０２Ａの凹部１４１Ａは、セルスタック１１０Ｂとは反対側の外縁部に配置されている。エア抜き路２０２Ｂの凹部１４１Ｂについても同様である。こうすると、凹部１４１Ａと凹部１４１Ｂとの距離が離れるように構成することが可能となる。エア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂは、インシュレーター１４０の長辺側中央近傍で合流し、１本のエア抜き路２０２Ｃを形成し、凹部１４２に接続されている。このように２つのエア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂを合流させることにより、ジョイント２１０と、エア抜きホース２２０は、それぞれ１つで済む。また、このように凹部１４１Ａと凹部１４１Ｂとの距離が離れるように構成することにより、合流するまでのエア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂの長さＬＡ、ＬＢを長く取ることが可能となる。その結果、エア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂの電気抵抗（Ｒ202A、Ｒ202B）を大きくすることが可能となる
【００４２】
図１５は、第２の実施例の電気回路を模式的に示す説明図である。以下、図２と異なる点を説明する。２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂは、それぞれ、直列電池１１４Ａ、１１４Ｂを形成している。直列電池１１４Ａ、１１４Ｂの起電力の向きは逆向きである。セルスタック１１０Ａの鉛直上側（プラス側）には、集電板１２０Ａを備えている。セルスタック１１０Ｂの鉛直上側（マイナス側）には、集電板１２０Ｂを備えている。２つの集電板１２０Ａ、１２０Ｂは、互いに絶縁されている。集電板１２０Ａ、１２０Ｂは、負荷５００と接続されている。セルスタック１１０Ａ、１１０Ｂは、集電板１２０Ａ、１２０Ｂのさらに鉛直上側に、インシュレーター１４０とエンドプレート１６０とを備える。インシュレーター１４０とエンドプレート１６０は、セルスタック１１０Ａ用、１１０Ｂ用に分割されておらず、共用されている。セルスタック１１０Ａ、１１０Ｂは、鉛直下側に、集電板１３０と、インシュレーター１５０と、エンドプレート１７０とを備える。集電板１３０は、セルスタック１１０Ａ用、１１０Ｂ用に分割されておらず、直列電池１１４Ａのマイナス側と直列電池１１４Ｂのプラス側を接続する。インシュレーター１５０とエンドプレート１７０とが、セルスタック１１０Ａ用、１１０Ｂ用に分割されていないのは、同様である。
【００４３】
インシュレーター１４０内部には、２つのエア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂが形成されており、これにより電気抵抗Ｒ202A、Ｒ202Bが形成されている。２つのエア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂは、合流してエア抜き路２０２Ｃを形成し、ジョイント２１０（図示せず）を介して、エア抜きホース２２０に接続されている。
【００４４】
このように、２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂが並列で設けられた燃料電池システム１０においても、電気抵抗を高めたエア抜き路を適用することが可能である。なお、２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂを電気的に直列に接続するための集電板１３０は、冷却水供給配管３１０と、冷却水排出配管３２０の側に、設けることが好ましい。セルスタック１１０Ａに冷却水を供給する冷却水供給配管３１０Ａと、セルスタック１１０Ｂに冷却水を供給する冷却水供給配管３１０Ｂと、の電位が同じになり、セルスタック１１０Ａから冷却水が排出される冷却水排出配管３２０Ａと、セルスタック１１０Ｂから冷却水が排出される冷却水排出配管３１０Ｂと、の電位が同じになるため、冷却水供給配管３１０Ａと冷却水供給配管３１０Ｂとの間の電流リーク及び、冷却水排出配管３２０Ａと却水排出配管３１０Ｂとの間の電流リークを抑制することが可能となる。
【００４５】
本実施例では、セルスタック１１０Ａ用、１１０Ｂの上方に共用のインシュレーター１４０を１つ有しており、インシュレーター１４０内で２つのエア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂを合流（連通）させている。これにより、燃料電池システム１０の外部へのリーク経路は１つとなる。また、ジョイント２１０と、エア抜きホース２２０がそれぞれ１つで済む。なお、セルスタック１１０Ａ用、１１０Ｂ用に独立してインシュレーター１４０を設け、ジョイント２１０と、エア抜きホース２２０もそれぞれ独立して設ける構成であってもよい。
【００４６】
図１６は、第２の実施例の変形例を示す説明図である。この変形例では、２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂが、Ｙ方向に並列している。すなわち、セルスタック１１０Ａのほうが鉛直方向でやや高い位置にある。このような構成であってもよい。この場合、セルスタック１１０Ａ用のエア抜き路の長さは、セルスタック１１０Ｂ用のエア抜き路の長さよりも短くなる恐れがある。電気抵抗は、長さ／面積に比例するので、セルスタック１１０Ａ用のエア抜き路の長さ／面積と、セルスタック１１０Ｂ用のエア抜き路の長さ／面積とがほぼ同じになるようにエア抜き路を形成してもよい。
【００４７】
上記各実施例で用いた図面（たとえば図４）では、エア抜き路２００の電気抵抗形成部２００Ｃ（管部１４３）の形状はまっすぐな直線形状であるが、折れ曲がった形状や、曲線形状であってもよい。まっすぐな直線形状よりも電気抵抗形成部２００Ｃの長さを長くすることが可能となるので、電気抵抗２００Ｒを大きくすることが可能となる。
【００４８】
また、上記各実施例では、エンドプレート１６０に切り欠き１６２や凹部１６３を設け、そこにジョイント２１０を配置しているが、インシュレーター１４０に切り欠きや凹部を設けて、そこにジョイント２１０を配置してもよい。
【００４９】
上記各実施例では、冷媒として冷却水を例にとり説明したが、他の冷媒であってもよい。
【００５０】
本実施例では、セル１１２が鉛直斜め方向に積層されているセルスタック１１０を例にとり説明したが、セルの積層方向は、鉛直方向であってもよい。
【００５１】
本実施例では、エア抜き路２００は、冷却水排出マニホールド１９０に接続されているが、エア抜き路２００は、冷却水供給マニホールド１８０に接続されていてもよい。
【００５２】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００５３】
１０…燃料電池システム
１００、１００Ａ、１００Ｂ…燃料電池
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ…セルスタック
１１２…単セル
１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ…直列電池
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１３０…集電板
１２１…凹部
１２３…シール部材
１４０…インシュレーター（絶縁板）
１４０Ａ、１４０Ｂ…インシュレーター構成部材
１４１、１４２、１４１Ａ、１４２Ｂ…凹部
１４３…管部
１４３Ａ…溝
１４５…凸部
１５０…インシュレーター
１６０…エンドプレート
１６３…凹部
１６４…孔
１７０…エンドプレート
１８０…冷却水供給マニホールド
１８５…冷却水流路
１９０…冷却水排出マニホールド
２００、２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ…エア抜き路
２００Ａ…下端部
２００Ｂ…上端部
２００Ｃ…電気抵抗形成部
エア抜き２０１…チューブ
２１０、２１１…ジョイント
２２０…エア抜きホース
２３０…酸化ガス排出配管
３００…ラジエータ
３０２…ラジエータキャップ
３０４…サブタンク
３１０…冷却水供給配管
３２０…冷却水排出配管
３３０…冷却水供給ポンプ
４００…気泡
５００…ボディ
５１０…外部負荷
Ｉａ…リーク電流
Ｉｂ…リーク電流
Ｒ200、Ｒ220、Ｒ310、Ｒ320、Ｒ202A、Ｒ202B…電気抵抗
Ｖａ…起電力（電位）
【図１】
2011074032.tif 000003
【図２】
2011074032.tif 000004
【図３】
2011074032.tif 000005
【図４】
2011074032.tif 000006
【図５】
2011074032.tif 000007
【図６】
2011074032.tif 000008
【図７】
2011074032.tif 000009
【図８】
2011074032.tif 000010
【図９】
2011074032.tif 000011
【図１０】
2011074032.tif 000012
【図１１】
2011074032.tif 000013
【図１２】
2011074032.tif 000014
【図１３】
2011074032.tif 000015
【図１４】
2011074032.tif 000016
【図１５】
2011074032.tif 000017
【図１６】
2011074032.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月15日(2011.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
鉛直上下方向または鉛直斜め上下方向に積層された複数の単セルと、
前記積層された複数の単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、
前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、
前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、
を備え、
前記冷媒供給マニホールド及び前記冷媒排出マニホールドは、前記燃料電池の鉛直下方側の端部において、冷媒供給配管、冷媒排出配管にそれぞれ接続されており、
前記エア抜き路は、
前記絶縁板中に前記単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むように形成されており、
前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドの鉛直方向上端側において、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続されている、
燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記エア抜き路の一方の端部は、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続され、
前記エア抜き路の他方の端部は、前記絶縁板の外縁部の中央近傍で、エアを外部に取り出すためのジョイントに接続されている、燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池において、さらに、
前記絶縁板に隣接するエンドプレートを備え、
前記ジョイントは、前記エンドプレートの外周を包含する直方体からはみ出ないように収められている、燃料電池。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記複数の単セルは、２列の平行な積層体を形成しており、
前記２列の積層体は、互いに逆方向に電圧を発生するように積層されているとともに、前記燃料電池の鉛直下方側に設けられた共用集電板によって電気的に接続されており、
前記２つの積層体それぞれが、
前記積層された単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、
前記前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、
前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、
を備える、
燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池において、
前記２つの積層体の鉛直上方側の端部に配置された前記絶縁板は、前記２つの積層体に渡って設けられた１つの共用絶縁板を構成しており、
前記エア抜き路は、前記共用絶縁板内で連通している、燃料電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
［適用例１］
燃料電池であって、鉛直上下方向または鉛直斜め上下方向に積層された複数の単セルと、前記積層された複数の単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、を備え、前記冷媒供給マニホールド及び前記冷媒排出マニホールドは、前記燃料電池の鉛直下方側の端部において、冷媒供給配管、冷媒排出配管にそれぞれ接続されており、前記エア抜き路は、前記絶縁板中に前記単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むように形成されており、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドの鉛直方向上端側において、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続されている、燃料電池。
この適用例によれば、単セルの鉛直上側の絶縁板中に単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むエア抜き路を備えている。そのため、気泡を上側に抜きやすいとともに、エア抜き路の中の冷媒の電気抵抗を大きくとることができるので、エア抜き路を介したリーク電流を少なくすることが可能となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
［適用例３］
適用例２に記載の燃料電池において、さらに、前記絶縁板に隣接するエンドプレートを備え、前記ジョイントは、前記エンドプレートの外周を包含する直方体からはみ出ないように収められている、燃料電池。
この適用例によれば、他の部材がジョイントに接触しにくいため、電流リークを抑制しやすい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
このように、２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂが並列で設けられた燃料電池システム１０においても、電気抵抗を高めたエア抜き路を適用することが可能である。なお、２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂを電気的に直列に接続するための集電板１３０は、冷却水供給配管３１０と、冷却水排出配管３２０の側に、設けることが好ましい。セルスタック１１０Ａに冷却水を供給する冷却水供給配管３１０Ａと、セルスタック１１０Ｂに冷却水を供給する冷却水供給配管３１０Ｂと、の電位が同じになり、セルスタック１１０Ａから冷却水が排出される冷却水排出配管３２０Ａと、セルスタック１１０Ｂから冷却水が排出される冷却水排出配管３２０Ｂと、の電位が同じになるため、冷却水供給配管３１０Ａと冷却水供給配管３１０Ｂとの間の電流リーク及び、冷却水排出配管３２０Ａと却水排出配管３２０Ｂとの間の電流リークを抑制することが可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
上記各実施例で用いた図面（たとえば図４）では、エア抜き路２００の電気抵抗形成部２００Ｃ（管部１４３）の形状はまっすぐな直線形状であるが、折れ曲がった形状や、曲線形状であってもよい。まっすぐな直線形状よりも電気抵抗形成部２００Ｃの長さを長くすることが可能となるので、電気抵抗Ｒ200を大きくすることが可能となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
１０…燃料電池システム
１００、１００Ａ、１００Ｂ…燃料電池
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ…セルスタック
１１２…単セル
１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ…直列電池
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１３０…集電板
１２１…凹部
１２３…シール部材
１４０…インシュレーター（絶縁板）
１４０Ａ、１４０Ｂ…インシュレーター構成部材
１４１、１４２、１４１Ａ、１４２Ｂ…凹部
１４３…管部
１４３Ａ…溝
１４５…凸部
１５０…インシュレーター
１６０…エンドプレート
１６３…凹部
１６４…孔
１７０…エンドプレート
１８０…冷却水供給マニホールド
１８５…冷却水流路
１９０…冷却水排出マニホールド
２００、２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ…エア抜き路
２００Ａ…下端部
２００Ｂ…上端部
２００Ｃ…電気抵抗形成部
２０１…エア抜きチューブ
２１０、２１１…ジョイント
２２０…エア抜きホース
２３０…酸化ガス排出配管
３００…ラジエータ
３０２…ラジエータキャップ
３０４…サブタンク
３１０…冷却水供給配管
３２０…冷却水排出配管
３３０…冷却水供給ポンプ
４００…気泡
５００…ボディ
５１０…外部負荷
Ｉａ…リーク電流
Ｉｂ…リーク電流
Ｒ200、Ｒ220、Ｒ310、Ｒ320、Ｒ202A、Ｒ202B…電気抵抗
Ｖａ…起電力（電位）
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2011074032.tif 000019
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2011074032.tif 000020
【国際調査報告】
2011074032.tif 000021
2011074032.tif 000022
2011074032.tif 000023