(57)【要約】【課題】液水が一つのセルに局所的に流入することの抑制と燃料電池スタックの小型化とを両立可能な技術を提供する。【解決手段】燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルが重力方向に交差する方向に積層された積層体と、積層体を貫通するマニホールドと、積層体の積層方向に沿うようにマニホールド内に配置された多孔体と、を備え、多孔体は、重力方向で上側に撥水性を有する撥水部と、重力方向で前記撥水部よりも下側に親水性を有する親水部とを有している。【選択図】図１
2019003828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックであって、
複数の燃料電池セルが重力方向に交差する方向に積層された積層体と、
前記積層体を貫通するマニホールドと、
前記積層体の積層方向に沿うように前記マニホールド内に配置された多孔体と、を備え、
前記多孔体は、重力方向で上側に撥水性を有する撥水部と、重力方向で前記撥水部よりも下側に親水性を有する親水部とを有している、燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックとして、例えば、特許文献１に記載されているように、燃料電池スタックの両端に非発電のダミーセルを設けたものが知られている。特許文献１に記載されたダミーセルは、マニホールド内に流入した液水を貯留し、液水が一つのセルに局所的に流入して発電不良となる事を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３０３５０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、ダミーセルを配置すると、燃料電池スタックが大型化する。そのため、液水が一つのセルに局所的に流入することの抑制と燃料電池スタックの小型化とを両立可能な技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、燃料電池スタックが提供される。この燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルが重力方向に交差する方向に積層された積層体と；前記積層体を貫通するマニホールドと；前記積層体の積層方向に沿うように前記マニホールド内に配置された多孔体と、を備え；前記多孔体は、重力方向で上側に撥水性を有する撥水部と、重力方向で前記撥水部よりも下側に親水性を有する親水部とを有している。この形態の燃料電池スタックによれば、燃料電池スタックにダミーセルのような別部品を配置することなく、多孔体の撥水部で液水を捕らえて、重力により撥水部から親水部に下降した液水を親水部で広げることができる。そのため、液水が一つのセルに局所的に流入することの抑制と燃料電池スタックの小型化とを両立できる。
【０００７】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池スタックのマニホールド内に配置される多孔体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】燃料電池スタックの概略図である。
【図２】多孔体の概略構造の説明図である。
【図３】多孔体の作用効果の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池スタック１００の概略図である。燃料電池スタック１００は、固体高分子形の燃料電池である。燃料電池スタック１００は、燃料電池セル１１を重力方向（ｙ軸方向）に交差する方向に複数積層した積層体１０と、積層体１０を貫通するマニホールド２０と、多孔体３０とを有する。「重力方向に交差する方向」とは、本実施形態では水平方向（ｘ軸方向）である。なお、重力方向に交差する方向は、水平方向に対して±３０°の範囲で傾斜する方向でもよい。
【００１０】
本実施形態において、積層体１０の積層方向（ｘ軸方向）の両端には、ターミナルプレート（図示せず）が配置されており、さらに絶縁プレート（図示せず）、締結プレート（図示せず）の順で挟持されている。ターミナルプレートおよび絶縁プレート、締結プレートは板状部材である。ターミナルプレートは、積層体１０から電力を取り出すために用いられる。絶縁プレートは、積層体１０を他の部材（例えば締結プレートや、燃料電池スタック１００が取り付けられる車両のボディ（図示せず））から絶縁する。締結プレートは、積層体１０に所望の面圧が掛かるように、例えば、締結シャフト（図示せず）とナット（図示せず）によって、互いに締結される。
【００１１】
マニホールド２０は、各燃料電池セル１１にそれぞれ設けられた貫通孔が積層体１０の積層方向（ｘ軸方向）に重なることで形成される。本実施形態において、各マニホールド２０を形成する貫通孔は、各燃料電池セル１１に同一の大きさで同一の位置に配置されている。マニホールド２０は、水素ガスが流通する水素ガスマニホールド２１と酸化ガス（例えば、空気）が流通する酸化ガスマニホールド２２とを含む。
【００１２】
水素ガスマニホールド２１は、水素ガス供給マニホールド２１ａから燃料電池セル１１に水素ガスを供給し、燃料電池セル１１から排出された水素オフガスを、水素ガス排出マニホールド２１ｂを介して燃料電池スタック１００の外部に排出する。また、酸化ガスマニホールド２２は、酸化ガス供給マニホールド２２ａから燃料電池セル１１に酸素ガスを供給し、燃料電池セル１１から排出された酸素オフガスを、酸化ガス排出マニホールド２２ｂを介して燃料電池スタック１００の外部に排出する。本実施形態において、マニホールド２０内、より具体的には、水素ガスマニホールド２１には、積層体１０の積層方向に沿うように多孔体３０が配置されている。
【００１３】
多孔体３０は、例えば、カーボンフェルト、カーボンペーパー、カーボンクロス、金属製あるいは樹脂製の多孔体、エキスパンドメタル等によって形成される。本実施形態において、多孔体３０は、エキスパンドメタルを用いる。多孔体３０は、マニホールド２０と同程度の高さおよび長さであることが好ましい。なお、多孔体３０の端部は、締結プレート（図示せず）等と短絡しないように樹脂により形成されていてもよい。
【００１４】
図２は、多孔体３０の概略構造の説明図である。多孔体３０は、重力方向で上側（＋ｙ軸方向側）に撥水性を有する撥水部３１と、重力方向で撥水部３１よりも下側（−ｙ軸方向側）に親水性を有する親水部３２とを有している。本実施形態において、撥水部３１と親水部３２とは、塗装の塗り分けによって構成されている。より具体的には、多孔体３０の撥水部３１とする領域にのみ、テフロン（登録商標）等のフッ素樹脂を含んだ撥水成分を有する塗料を塗ることで、撥水部３１と親水部３２とを構成している。なお、撥水部３１と親水部３２とは、材料の変更やメッシュの粗密等で構成されてもよい。
【００１５】
本実施形態において、「撥水性」とは、例えば、撥水部３１の表面と、液水との接触角が９０°より大きいの場合をいい、接触角が大きいほど撥水性が高い。また、「親水性」とは、例えば、親水部３２の表面と、液水との接触角が９０°未満の場合をいい、接触角が小さいほど親水性が高い。
【００１６】
図３は、多孔体３０の作用効果の概念図である。図３は、マニホールド２０に液水ｗが流入した場合を示す。図３では、説明の便宜上、撥水部３１の記載を省略している。本実施形態において、マニホールド２０内に流入した液水ｗは、多孔体３０に接触する。より具体的には、撥水部３１に接触した場合、液水は撥水され、重力に伴って下降し、親水部３２へ落ちる。また、親水部３２に接触した場合、液水は親水部３２により吸収され、矢印で示すように長手方向（ｘ軸方向）に広がる。そのため、液水ｗは複数の燃料電池セル１１に分散して流入し、液水ｗが一つの燃料電池セル１１に局所的に流入することを抑制できる。
【００１７】
以上で説明した本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、燃料電池スタック１００にダミーセルのような別部品を配置することなく、多孔体３０の撥水部３１で液水ｗを捕らえて、重力により撥水部３１から親水部３２に下降した液水ｗを親水部３２で広げることができる。そのため、液水ｗが一つのセルに局所的に流入することの抑制と燃料電池スタック１００の小型化とを両立できる。
【００１８】
Ｂ．他の実施形態：
上記実施形態において、燃料電池スタック１００は、水素ガス供給マニホールド２１ａおよび水素ガス排出マニホールド２１ｂに多孔体３０を備えている。これに対して、燃料電池スタック１００は、水素ガス供給マニホールド２１ａおよび水素ガス排出マニホールド２１ｂのどちらか一方にのみ多孔体３０を備えていてもよい。この場合、多孔体３０は、重力方向で上側に配置されたマニホールド内に備えられていることが好ましい。
【００１９】
また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００は、水素ガスマニホールド２１に多孔体３０を備えている。これに対して、燃料電池スタック１００は、酸化ガスマニホールド２２に多孔体３０を備えていてもよいし、水素ガスマニホールド２１および酸化ガスマニホールド２２の両方に多孔体３０を備えていてもよい。
【００２０】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１０…積層体
１１…燃料電池セル
２０…マニホールド
２１…水素ガスマニホールド
２１ａ…水素ガス供給マニホールド
２１ｂ…水素ガス排出マニホールド
２２…酸化ガスマニホールド
２２ａ…酸化ガス供給マニホールド
２２ｂ…酸化ガス排出マニホールド
３０…多孔体
３１…撥水部
３２…親水部
１００…燃料電池スタック
ｗ…液水
【図１】
2019003828.tif 000003
【図２】
2019003828.tif 000004
【図３】
2019003828.tif 000005