(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池を放電させる際の燃料電池の劣化を抑制することが可能な燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池スタック１００は、各セルを密着させるためにセル積層体１０を両側から挟む２枚のエンドプレート１６同士を固定する締結用プレートを有し、締結用プレートとセル積層体１０との間には、各セル２７に帯電している電荷を放電させるために導電性流体であるイオン水を注入可能な流体流路６２と、イオン水を注入することによって追い出された空気を抜くための空気抜き路６１と、イオン水を注入する側の反対側で流体流路６２と空気抜き路６１とを連通する連通路６３と、を有している。流体流路６２と空気抜き路６１とはケーシング５１を貫通して外部に延び、その先端には蓋５４が取り付けられている。【選択図】図１
2011146155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、
各セルを密着させるために前記セル積層体を両側から挟む２枚のエンドプレート同士を固定する締結用プレートが前記セル積層体の積層方向に沿った端面を覆い前記セル積層体との間に導電性流体を注入可能な流路を形成する流体流路と、
前記流体流路の空気を抜くための空気抜き路と、
前記流体流路に露出するように各セルに設けられ、前記流体流路に前記導電性流体が注入された際に前記導電性流体と接触する導電性の接触板と、
を有する燃料電池。
【請求項２】
膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給された反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、
積層方向に前記セル積層体を貫通して導電性流体を注入可能な流体流路と、
前記流体流路の空気を抜くための空気抜き路と、
前記流体流路に露出するように各セルに設けられ、前記流体流路に前記導電性流体が注入された際に前記導電性流体と接触する導電性の接触板と、
を有する燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池であって、
前記流体流路に設けられた複数の接触板は、前記導電性流体の注入に伴い、順次前記導電性流体と接触する燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記流体流路と前記空気抜き路とは、前記セル積層体の導電性流体注入側と反対側で連通する燃料電池。
【請求項５】
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記流体流路は、前記導電性流体注入側から水平面に対して予め設定された仰角をもって前記セル積層体に形成された燃料電池。
【請求項６】
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記導電性流体は、導電性のイオン水である燃料電池。
【請求項７】
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記導電性流体は、前記流体流路を満たすことが可能な容量を有する注入容器に封入され、前記流体流路に注入される燃料電池。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の燃料電池であって、
前記セパレータは、導電性の薄板で構成され、
前記接触板は、前記セパレータと一体に形成されている燃料電池。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の燃料電池であって、
前記接触板は、前記セパレータに取り付けられた薄板である燃料電池。
【請求項１０】
燃料電池の放電方法であって、
膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、各セルを密着させるために前記セル積層体を両側から挟む２枚のエンドプレート同士を固定する締結用プレートが前記セル積層体の積層方向に沿った端面を覆い前記セル積層体との間に導電性流体を注入可能な流路を形成する流体流路と、前記流体流路の空気を抜くための空気抜き路と、前記流体流路に露出するように各セルに設けられ、前記流体流路に前記導電性流体が注入された際に前記導電性流体と接触する導電性の接触板と、を備える燃料電池を準備する工程と、
前記流体流路に前記導電性流体を注入し、前記導電性流体を各接触板に順次接触させ、前記各セルに残留している電荷を順次放電させる放電工程と、
を含む燃料電池の放電方法。
【請求項１１】
燃料電池の放電方法であって、
膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給された反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、積層方向に前記セル積層体を貫通して導電性流体を注入可能な流体流路と、前記流体流路の空気を抜くための空気抜き路と、前記流体流路に露出するように各セルに設けられ、前記流体流路に前記導電性流体が注入された際に前記導電性流体と接触する導電性の接触板と、を備える燃料電池を準備する工程と、
前記流体流路に前記導電性流体を注入し、前記導電性流体を各接触板に順次接触させ、前記各セルに残留している電荷を順次放電させる放電工程と、
を含む燃料電池の放電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の構造及びその放電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、高分子イオン交換膜を有する電解質の両側に触媒層を設けた燃料側電極と酸化剤側電極とが対向して配置して構成された膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）の両側を各電極に燃料ガス、酸化剤ガスを供給するセパレータによって挟持して構成された単位セルを複数個積層し、所定の電圧を得られるセル積層体（スタック）として構成されている。
【０００３】
このような燃料電池は、燃料側電極には燃料ガス、例えば、水素が供給され、酸化剤側電極には、酸化剤ガス、例えば、空気が供給される。燃料側電極に供給された燃料ガス中の水素は、触媒層で水素イオン化され、適度に加湿された電解質を介して酸化剤側電極へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。酸化剤側電極においては、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
このような燃料電池を停止させる際には、燃料側電極への水素ガスの供給、酸化剤側電極への酸化剤ガスの供給を停止させるが、水素ガスや酸化剤ガスは燃料電池を停止させた後も燃料電池の内部に残留している場合が多く、燃料電池を停止させた後にも残留している水素ガス、酸化剤ガスによって発電反応が進み、停止後の燃料電池のセル積層体に電荷が残留する場合がある。
【０００５】
一方、燃料電池は、数百枚のセルを積層して構成されているので、一部のセルに不良が発生した場合には、セル積層体を分解して不良セルを交換することが必要となる。この際、燃料電池内では、発電に伴って加湿ガスや生成水により高加湿状態となっており、燃料電池の締め付け荷重を解放して電解質膜・電極構造体とセパレータとが分離されて作業環境下に放置されると、湿度環境が急激に変化することで電解質膜の折れ曲がりや、電解質膜が損傷するという問題がある。そこで、特許文献１では、電解質膜・電極構造に荷重が付与された状態で、分解作業雰囲気と同等の湿度に設定された不活性ガスによるパージが行われることで湿度環境の相違による変形を低減する技術が開示されている。また、特許文献１の場合では、燃料電池の残留電荷は不活性ガスによるパージにより自然に放電されることになる。
【０００６】
しかし、残留電荷が自然に放電するまでにはかなりの時間がかかり、長いサービス時間が必要となってしまうという問題があった。また、短時間に残留電荷を放電する方法としては、燃料電池のプラス側の出力端とマイナス側の出力端とを短絡させて電荷を放電させる方法も考えられるが、この方法では、放電の際に残留燃料が多いセルにも残留燃料が少ないセルにも同量の電流が流れてしまい、残留燃料の少ないセルでは膜電極アセンブリの触媒中の炭素を分解してしまう場合があり、セルの劣化を招いてしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、燃料電池のセル積層体の側面に積層方向に延びる導電体を接触させて、各セルと導電体とを接触させ、セルから直接導電体に電荷を流して残留する電荷を開放する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１６６４９５号公報
【特許文献２】特開２００４−７１５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に記載された従来技術は、燃料電池の各セルに導電体を接触させて電荷を開放するので、隣接していない（飛び越えた）セル間には電流が流れず、膜電極アセンブリの触媒の分解、劣化という問題は生じないようにも思える。しかし、燃料電池のセル積層体は多くのセルを積層して構成されているため、セルの積層の際に生じる積層ズレのため、その側面は平坦ではなく各セルで凹凸がある。このため、特許文献２に記載された従来技術では、積層方向の延びる導電体をセル積層体の側面に接触させても、すべてのセルが導電体と接触せず、十分に放電ができない場合があった。
【００１０】
また、導電体がいくつかのセルに飛び飛びに接触した場合、接触しているセルの間では同一の電流が流れてしまうので、導電体と接触している複数のセルの間に残留燃料が少ないセルが含まれていると、そのセルの触媒中の炭素が分解されてセルの劣化が発生してしまう場合があるという問題があった。更に、導電体に接触しているセルの間隔が大きくなると、導電体と接触しているセル間の電圧が高くなり、導電体を接触させた際にセル間でスパークが発生し、セルが損傷、劣化する場合があるという問題があった。
【００１１】
また、燃料電池は、燃料電池の大きさを示す体格（体積）の単位体積当たりの出力である体格出力密度を上げるため、電解質の面積を大きく取り、燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒等のマニホールド面積は極力小さい面積となるように設定されている。このため、燃料電池の内部に放電のために貫通穴などを設ける場合には最小限の面積としたい。しかし、貫通穴の径が小さい場合には十分な接触面積が得られず、部分的に放電が不十分となり、セルを劣化させるおそれがあった。
【００１２】
また、燃料電池の積層方向が横方向に延びる場合には、各セルの放電作業は水平に導電体を挿入することで実施できる。しかし、燃料電池の積層方向が鉛直方向に延びる場合には、上面又は下面から導電体を挿入することになり作業性が悪化し、部分的に放電が不十分となる可能性があった。
【００１３】
そこで、本発明は、燃料電池を放電させる際の燃料電池の劣化を抑制することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る燃料電池は、膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、各セルを密着させるために前記セル積層体を両側から挟む２枚のエンドプレート同士を固定する締結用プレートが前記セル積層体の積層方向に沿った端面を覆い前記セル積層体との間に導電性流体を注入可能な流路を形成する流体流路と、前記流体流路の空気を抜くための空気抜き路と、前記流体流路に露出するように各セルに設けられ、前記流体流路に前記導電性流体が注入された際に前記導電性流体と接触する導電性の接触板と、を有することを特徴とする。このような構成にすることで、流体流路を締結用プレートに設けることが可能となり、空気抜き路を設けることにより径の細い流路であっても導電性流体をセル積層体の中までいきわたらせることができ、燃料電池の膜電極アセンブリの面積を減らすことなく設置可能となる。なお、空気抜き路は、流体流路と同じ径にする必要はなく、流体流路より細い流路としてもよい。
【００１５】
他の発明に係る燃料電池は、膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給された反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、積層方向に前記セル積層体を貫通して導電性流体を注入可能な流体流路と、前記流体流路の空気を抜くための空気抜き路と、前記流体流路に露出するように各セルに設けられ、前記流体流路に前記導電性流体が注入された際に前記導電性流体と接触する導電性の接触板と、を有することを特徴とする。なお、セル積層体を貫通する流体流路は直線にする必要がないため、各セル積層体を貫通する穴を除々にずらすことにより自由な配管レイアウトを実現することが可能となる。
【００１６】
また、他の発明に係る燃料電池であって、前記流体流路に設けられた複数の接触板は、前記導電性流体の注入に伴い、順次前記導電性流体と接触し、前記流体流路と前記空気抜き路とは、前記セル積層体の導電性流体注入側と反対側で連通する。前記流体流路は、前記導電性流体注入側からほぼ水平な流路として前記セル積層体に形成されている。なお、前記流体流路は、水平面に対して予め設定された仰角をもたせた構成とし、予め設定された仰角は導電性流体が重力によって自然に流れ出る程度の角度であれば良い。
【００１７】
また、他の発明に係る燃料電池であって、前記導電性流体は導電性のイオン水であり、前記導電性流体は前記流体流路を満たすことが可能な容量を有する注入容器に封入され、前記流体流路に注入されるものであり、前記セパレータは、導電性の薄板で構成され、前記接触板は、前記セパレータと一体に形成されており、あるいは、前記接触板は、前記セパレータに取り付けられた薄板であることを特徴とする。
【００１８】
また、他の発明に係る燃料電池の放電方法は、膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、各セルを密着させるために前記セル積層体を両側から挟む２枚のエンドプレート同士を固定する締結用プレートが前記セル積層体の積層方向に沿った端面を覆い前記セル積層体との間に導電性流体を注入可能な流路を形成する流体流路と、前記流体流路の空気を抜くための空気抜き路と、前記流体流路に露出するように各セルに設けられ、前記流体流路に前記導電性流体が注入された際に前記導電性流体と接触する導電性の接触板と、を備える燃料電池を準備する工程と、前記流体流路に前記導電性流体を注入し、前記導電性流体を各接触板に順次接触させ、前記各セルに残留している電荷を順次放電させる放電工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
また、他の発明に係る燃料電池の放電方法は、膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給された反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、積層方向に前記セル積層体を貫通して導電性流体を注入可能な流体流路と、前記流体流路の空気を抜くための空気抜き路と、前記流体流路に露出するように各セルに設けられ、前記流体流路に前記導電性流体が注入された際に前記導電性流体と接触する導電性の接触板と、を備える燃料電池を準備する工程と、前記流体流路に前記導電性流体を注入し、前記導電性流体を各接触板に順次接触させ、前記各セルに残留している電荷を順次放電させる放電工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、燃料電池を放電させる際の燃料電池の劣化を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池の構成を示す構成図である。
【図２】図１に示したセル積層体の構成を示す構成図である。
【図３】図１に示したセル積層体のセル構造を示す斜視図である
【図４Ａ】図３に示したカソード側セパレータと流体流路と空気抜き路とを説明する説明図である。
【図４Ｂ】図３に示したカソード側セパレータと流体流路と空気抜き路とを説明する説明図である。
【図５】図４に示した流体流路のその他の形状を説明する説明図である。
【図６】図１に示した流体流路と空気抜き路の断面形状を説明する説明図である。
【図７】図１に示した燃料電池スタックの長手方向を垂直に立てて配置した状態を説明する説明図である。
【図８】図７の流体流路の拡大図である。
【図９】図２に示した燃料電池と異なる構造を有する燃料電池である。
【図１０】図９に示した燃料電池の他の構成を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２３】
第１の実施形態：図１は本発明の実施形態における燃料電池２００の構成を示し、燃料電池２００は、ケーシング５１の内部に燃料電池スタック１００を有している。また、図２は図１のセル積層体の構成を示し、図３は図１の燃料電池スタック１００のセル構造を斜視図で示したものである。
【００２４】
図１の燃料電池２００は、高分子イオン交換膜を有する電解質の両側に触媒層を設けてアノード（燃料極）とカソード極（酸化剤極）とが対抗して配置して構成された膜電極アセンブリ１３と、膜電極アセンブリ１３を挟んで支持する導電体のセパレータ１４，１５とを含むセル２７を複数積層したセル積層体１０と、セル積層体１０の両端の集電板１８と、集電板の片側を絶縁するスペーサ１９と、２枚のエンドプレート１６の間にあるセル積層体１０を締め付ける力を保持するテンションプレート１７及びボルト９２と、これらによって組み立てられた燃料電池スタック１００と、絶縁体あるいは表面が絶縁処理されたケーシング５１と、を含んでいる。
【００２５】
図１の燃料電池スタック１００は、ケーシング５１の内面に設けられたブラケット５３によりケーシング５１の内部に固定されている。燃料電池スタック１００の内部には、燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒を流す燃料ガスマニホールド１２ａ，１２ｄ，酸化剤ガスマニホールド１２ｃ，１２ｆ，冷媒マニホールド１２ｂ，１２ｅが設けられている。各マニホールド１２ａから１２ｆは一方のエンドプレート１６の側に貫通し、反応ガス、冷媒を供給、排出する配管２４，２５，２６に接続され、各配管２４，２５，２６はケーシング５１を貫通して外部に延びている。
【００２６】
また、燃料電池スタック１００の内部には、各セル２７に帯電している電荷を放電させるために導電性流体であるイオン水を注入可能な流体流路６２と、イオン水を注入することによって追い出された空気を抜くための空気抜き路６１と、イオン水を注入する側の反対側で流体流路６２と空気抜き路６１とを連通する連通路６３と、を有している。流体流路６２と空気抜き路６１とはケーシング５１を貫通して外部に延び、その先端には蓋５４が取り付けられている。
【００２７】
次に、燃料電池スタック１００のセル積層構造について述べる。図２は図１のセル積層体の構成を示している。燃料電池スタック１００は、その内部に電解質膜を備え、両側の面にそれぞれアノード（燃料極）とカソード（酸化剤極）とが配置された膜電極アセンブリ１３と、膜電極アセンブリ１３をアノード側から挟み込む金属製のアノード側セパレータ１４と、膜電極アセンブリ１３をカソード側から挟み込む金属製のカソード側セパレータ１５とによって構成されるセル２７が多数積層されている。
【００２８】
図２に示すアノード側セパレータ１４には、金属製の薄板折り曲げ加工によって膜電極アセンブリ１３のカソードに燃料ガスを供給する燃料ガス流路２１が形成され、カソード側セパレータ１５にも同様に金属製の薄板折り曲げ加工によって膜電極アセンブリ１３のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路２２が形成されている。アノード側セパレータ１４、カソード側セパレータ１５は互いの山の部分が接するように積層されており、各セパレータ１４，１５の接する側にはセル２７を冷却する冷媒流路２３が構成される。各セパレータ１４，１５の間の各流路２１，２２を構成する折り曲げが無い部分には、各セパレータ１４，１５の折り曲げ高さの合計高さから各セパレータ１４，１５の厚さを差し引いた厚さの絶縁材で構成されたスペーサ１９が設けられている。また、膜電極アセンブリ１３の両側の各セパレータ１４，１５の間の膜電極アセンブリ１３が設けられていない部分には、膜電極アセンブリ１３と略同様の厚さの絶縁材のスペーサ２０が設けられている。このように、セル積層体１０は、中央部分の厚さ、すなわち、膜電極アセンブリ１３、アノード側セパレータ１４の折り曲げ高さ、カソード側セパレータ１５の折り曲げ高さの合計厚さと、セル積層体１０の周辺部分の各セパレータ１４，１５の板厚さとスペーサ１９，２０の厚さの合計とが同じとなるように構成され、各セル２７を積層できる様な構造となっている。
【００２９】
図３に示すように、各セパレータ１４，１５とスペーサ２０との中央部分（中心部）にはセルの主要構成が配置され、周辺部には燃料ガス流路２１、酸化剤ガス流路２２等が設けられている。また、図３では図示を省略しているが、集電板１８やスペーサ１９の周辺領域にも、それぞれ四角孔２４ａから２４ｆ、流体流路６２及び空気抜き路６１が設けられている。通常、流体流路６２と空気抜き路６１には蓋５４によって封止されており、必要に応じて蓋５４を取り外して注入容器６０を流体流路６２に接続することで、イオン水を注入することが可能となる。
【００３０】
図２、図３に示すように、各セパレータ１４，１５、膜電極アセンブリ１３、スペーサ１９，２０が積層されると、積層された各四角孔２４ａから２４ｆはそれぞれ燃料ガスマニホールド１２ａ，１２ｄ，酸化剤ガスマニホールド１２ｃ，１２ｆ，冷媒マニホールド１２ｂ，１２ｅと、流体流路６２及び空気抜き路６１の一部１１と、を形成する。アノード側セパレータ１４の燃料ガス流路２１は四角孔２４ａ，２４ｄ及び四角孔２４ａ，２４ｄによって構成される燃料ガスマニホールド１２ａ，１２ｄと連通し、燃料ガスは燃料ガスマニホールド１２ａからセパレータ１４の燃料ガス流路２１を経て燃料ガスマニホールド１２ｄに流れる。また、同様に酸化剤ガスは酸化剤ガスマニホールド１２ｆから酸化剤ガス流路２２を経て酸化剤ガスマニホールド１２ｃに流れ、冷媒は冷媒マニホールド１２ｂから図示しない冷媒流路２３を経て冷媒マニホールド１２ｅに流れる。
【００３１】
図３に示すように、エンドプレート１６，アノード側セパレータ１４及びスペーサ２０の側面部には半円状の２つの切り欠きとテンションプレート１７の中央部には両端に位置するエンドプレートまで伸びる凸部とが設けられ、流体流路６２と空気抜き路６１とを形成している。また、カソード側セパレータ１５の流体流路６２を形成する部位には接触板３２が設けられており、セル積層体は複数の接触板３２が流体流路６２内部に突出することになる。
【００３２】
図４Ａは図３のカソード側セパレータ１５とテンションプレート１７とが接続された部分に設けられた流体流路６２、空気抜き路６１等を示している。テンションプレート１７の表面は絶縁処理が施されており、テンションプレート１７はセル積層体の側面を覆い、シール材９１により流体流路６２と空気抜き路６１との水漏れを防いでいる。また、流体流路６２には扇形の接触板３２がカソード側セパレータ１５と一体に形成されている。接触板３２は、流体流路６２に注入されるイオン水に効率よく放電できる面積を有すると共にイオン水の排水を妨げることが無いように流体流路６２の底部を一部切り欠いている。
【００３３】
図５は図４の流体流路のその他の形状を示している。図５（Ａ）は断面が長方形の流体流路６２であり、接触板３２は流体流路６２の半分を遮る長方形である。また、図５（Ｂ）は二重配管構造としたものであり、外側配管を流体流路６２として扇形の接触板３２を設け、内側配管を空気抜き路６１とすることで配管を小型化したものである。このような構成にすることで配管の径を数ミリ程度にすることも可能である。
【００３４】
図６は図１の流体流路６２と空気抜き路６１の断面形状を示している。図示した部分はアノード側セパレータ１４，カソード側セパレータ１５等の外周部である燃料電池スタック１００の端部であり、下側に位置する流体流路６２と上側に位置する空気抜き路６１と、流体流路６２と上側に空気抜き路６１とを連通する連通路６３と、を示している。流体流路６２と上側に空気抜き路６１とは水平面に対して数度（約３〜５°）の仰角を有するように配置されている。この理由は、注入するイオン水が一度に流れ込むことを防止すると共に、注入したイオン水を自然に流出させるためである。
【００３５】
次に、放電工程を概説する。最初に、注入容器に封入されたイオン水６４を流体流路６２に注入することによりイオン水の液面（６４ａ）が上昇することになる。イオン水を注入することで液面が上昇し、イオン水の液面（６４ｂ）となると最初のカソード側セパレータの接触板３２にイオン水６４が接触することになり、さらにイオン水６４を注入することによりイオン水の液面（６４ｃ）となると二番目のカソード側セパレータの接触板３２にイオン水６４が接触し、最初のセルの放電が行われることになる。以後、連続して各セルの放電が進む。
【００３６】
次に、燃料電池スタックを立てるようにして配置された場合の放電について、図７を用いて概説する。図７は図１の燃料電池スタック１００の長手方向を垂直に立ててブラケット５３により配置したものである。燃料電池スタック１００は、垂直方向に延びる流体流路６２と空気抜き路６１と、流体流路６２と空気抜き路６１とを上部で連通する連通部６３と、を有している。注入容器６０の先端を流体流路６２に接続してイオン水６４を注入すると、イオン水６４は流体流路６２を伝わって垂直方向に流入する。注入されたイオン水６４は流体流路６２内の空気を押しのけ、押しのけられた空気は連通路６３から空気抜き路６１を通じて大気に放出されることになる。このように流体流路６２が垂直方向に延びる場合であっても、押しのけられた空気が空気抜き路６１から排出されることにより隅々までイオン水を順次注入することが可能となる。
【００３７】
図８は図７の流体流路６２の拡大図であり、イオン水６４と接触板３２との接触状態を示している。以下、放電工程を５つの段階に分けて説明する。（第１段階）：燃料電池を停止し、酸化剤ガス流路２２を大気と連通させた状態とする。次に、イオン水６４が流体流路６２に注入されると、イオン水６４の水面が最初のカソード側セパレータ１５ａの接触板３２ａの先端に接触する。最初のカソード側セパレータ１５ａは最初のアノード側セパレータ１４ａを介して最初の膜電極アセンブリ１３ａのアノード側と電気的に接続されているので、接触板３２ａを介してイオン水６４と膜電極アセンブリ１３ａのアノード側とが電気的に接続される。
【００３８】
（第２段階）：さらにイオン水６４の水面が上昇すると、接触板３２ａはイオン水６４の中に水没し、点線６４ａで示す位置まで上昇して接触板３２ａの表裏面により導通状態となる。
【００３９】
（第３段階）：イオン水６４の水面が点線６４ｂで示す位置まで上昇すると、イオン水６４が二番目のカソード側セパレータ１５ｂの接触板３２ｂの表裏面に接触する。二番目のカソード側セパレータ１５ｂは最初の膜電極アセンブリ１３ａのカソードに接触しているので、最初の接触板３２ａと二番目の接触板３２ｂとが共にイオン水６４に接触すると、最初の膜電極アセンブリ１３ａのアノードとカソードがイオン水６４によって短絡され、燃料ガス流路２１ａに残留している燃料ガスが発電によって消費されるとともに、膜電極アセンブリ１３ａに残留していた電荷が開放される。
【００４０】
この際、酸化剤ガス流路２２は大気に連通しているので、残留している燃料ガスが発電によって消費される際に十分な酸素が供給され、残留している燃料ガスは十分に消費される。一つの膜電極アセンブリ１３ａで発生する発電電圧は、通常１Ｖ程度であるので、一つの膜電極アセンブリ１３ａのアノードとカソードとを短絡しても短絡の際の電圧差はせいぜい１Ｖと低い電圧であり、イオン水６４の導電率もさほど高くないことから短絡の際にスパーク等が発生することが無い。また、放電電流は短絡された最初のセル２７ａに残留していた燃料ガスの容量に応じた限定的なものとなり、膜電極アッセンブリ１３ａの触媒の劣化を抑制することができる。
【００４１】
（第４段階）：イオン水６４の水面が図５に示す実線６４ｃで示す位置まで挿入されると、イオン水６４が三番目のカソード側セパレータ１５ｃの接触板３２ｃの表裏面に接触する。三番目のカソード側セパレータ１５ｃは二番目の膜電荷アセンブリ１３ｂのカソードに接触しているので、二番目の接触板３２ｂと三番目の接触板３２ｃとが共にイオン水６４に接触すると、２番目の膜電極アセンブリ１３ｂのアノードとカソードとがイオン水６４によって短絡し、燃料ガス流路２１ｂに残留している燃料ガスが発電によって消費されると共に、膜電極アセンブリ１３ｂに残留していた電荷が開放される。このように、イオン水６４の水面が上昇していくと、挿入方向にセル２７ａ、２７ｂ・・・の電荷が順次放電され、イオン水６４が燃料電池スタック１００の流体流路６２の中に満たされるとセル積層体１０のすべてのセル２７に残留している電荷が開放される。
【００４２】
さらに、流体流路６２に満たされたイオン水６４は、注入されるに従い各セル２７の電荷を順次開放した後も各接触板３２はイオン水６４との導通が保たれ、各セル２７の短絡状態が継続される。これによって、燃料ガス流路２１に残留しているガスが再度セル内に流れ一度開放されたセル２７が再度電荷を帯びることを抑制することができると共に、全てのセル２７に残留している電荷をスムーズに開放でき、放電の際に各膜電極アセンブリ１３の触媒が劣化し、燃料電池が劣化してしまうことを抑制することができる。
【００４３】
（第５段階）：注入容器６０には流体流路６２を全て満たす量のイオン水６４が封入されており、余分なイオン水６４は空気抜き路６１を通って外部に排出される。また、注入容器６０はイオン水６４が流体流路６２を全て満たすとそれ以上イオン水６４を送り出すことができなくなる。このような状態になったら、注入容器６０のピストン６５を引くことでイオン水６４が注入容器６０内に戻り始める。イオン水６４の水面が下がることにより接触板の導通状態が開放され、イオン水６４が全て抜き取られると、燃料電池スタック１００の残留電荷の放電工程が終了する。
【００４４】
第２の実施形態：図９と図１０は本発明の他の実施形態における燃料電池の構成を示している。なお、図１から図３を参照して説明した実施形態は金属製の薄板を折り曲げて流路を形成したアノード側セパレータとカソード側セパレータで膜電極アセンブルを挟み込んだセル２７を多数積層したものであるが、本実施形態ではセパレータ７２は厚みのあるカーボンセパレータ又は金属製のセパレータで、その両側面に燃料ガス流路７４が溝として形成さており、各セパレータ７２の間には絶縁性のガスケット７７が挟み込まれ、各膜電極アッセンブリ１３以外の領域では隣接するセパレータはお互いに絶縁されている。また、一方の面が集電板１８に接し、他方の面が膜電極アセンブリ１３に接するセパレータ７３，７４は、膜電極アセンブリ１３に接する側の面に酸化剤ガス流路７５，燃料ガス流路７４が設けられている。
【００４５】
各セパレータ７２，７３，７４、ガスケット７７、エンドプレート１６，スペーサ１９及びテンションプレート１７にはイオン水６４を注入することが可能な流体流路６２，空気抜き都６１及び連通路６３が形成されている。図１０の拡大図に示すように、セパレータ７２の一端面には、凹部７２ａが設けられ、この凹部７２ａにはまり込むように薄い金属製の薄板８０が取り受けられている。セパレータ７２の凹部７２ａに取り付けられた薄板８０の表面は、セパレータ７２の凹部７２ａの設けられている側の凹部７２ａ以外の面と同一面となっている。拡大図に示すように、薄板８０は、セパレータ７２の凹部７２ａにちょうどはまりこむ大きさで、その一部に流体流路６２に向かって突出する接触部８１を有している。また、図６と同様に、注入するイオン水が複数の接触部８１に一度に流れることを防止すると共に注入したイオン水を排出させるため、流体流路６２と上側に空気抜き路６１とは水平面に対して数度の仰角を有するように配置されている。
【００４６】
以上、上述したように、本発明に係る燃料電池は、導電性のイオン水を流体流路に注入する際に追い出される空気を排出する空気抜き路を設けることにより、イオン水を燃料電池セルの接触板に積層方向に順次接触させ、各セルに残留している電荷を順次放電させることにより、燃料電池を放電させる際の燃料電池の劣化を抑制できる。
【００４７】
なお、図４Ａに示すように流体流路６２や空気抜き路６１に仰角を付けて配置したが、これに限定するものではなく、図４Ｂに示すように仰角を持たない構成として導電性のイオン水が流れる各流路の直径を数ミリ径とすることもできる。このように、流体流路６２，空気抜き路６１，連通路６３として使用する場合には仰角を持たせる必要はないことから配管の配置に自由度を持たせて省スペース化を実現できることはいうまでもない。また、本実施形態ではイオン水を用いたが、これに限定するものではなく流動性を有する導電性の流体であればよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４８】
１０  セル積層体、１２ａ，１２ｄ  燃料ガスマニホールド、１２ｂ，１２ｅ  冷媒マニホールド、１２ｃ，１２ｆ  酸化剤ガスマニホールド、１３  膜電極アセンブリ、１４  アノード側セパレータ、１５  カソード側セパレータ、１６  エンドプレート、１７  テンションプレート、１８  集電板、１９，２０  スペーサ、２１，７４  燃料ガス流路、２２，７５  酸化剤ガス流路、２３  冷媒流路、２４，２５，２６  配管、２７  セル、３２  接触板、５１  ケーシング、５３  ブラケット、５４  蓋、６０  注入容器、６１  空気抜き路、６２  流体流路、６３  連通路、６４  イオン水、６５  ピストン、７２，７３，７４  セパレータ、７７  ガスケット、８０  薄板、８１  接触部、９１  シール材、９２  ボルト、１００  燃料電池スタック、２００  燃料電池。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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