(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池スタックの燃料電池ガス流れチャンネルから液体水を除去するための改善された手段を備える燃料電池スタックを開発し、燃料電池スタック内の液体水の蓄積を最小にする燃料電池スタックを提供する。【解決手段】燃料電池アッセンブリ１０は、複数の燃料電池プレート１２を備える燃料電池スタックであって、各プレートには少なくとも１つのアパーチャが形成され、該燃料電池プレートの該アパーチャはマニホルドを形成するように実質的に整列されている、燃料電池スタックと、マニホルド内に配置された多孔性材料１８であって、該多孔性材料は、該多孔性材料を通した燃料電池プレートからの水の流れ及び前記燃料電池スタックから出る水の流れを促進するように構成されている、多孔性材料と、を備える。【選択図】図１
2008153212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池アッセンブリであって、
複数の燃料電池プレートを備える燃料電池スタックであって、各プレートには少なくとも１つのアパーチャが形成され、該燃料電池プレートの該アパーチャはマニホルドを形成するように実質的に整列されている、前記燃料電池スタックと、
前記マニホルド内に配置された多孔性材料であって、該多孔性材料は、該多孔性材料を通した前記燃料電池プレートからの水の流れ及び前記燃料電池スタックから出る水の流れを促進するように構成されている、前記多孔性材料と、
を備える、燃料電池アッセンブリ。
【請求項２】
前記多孔性材料は、親水性発泡体である、請求項１に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項３】
前記多孔性材料は、発泡繊維材料である、請求項１に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項４】
前記多孔性材料は、非導電性である、請求項１に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項５】
前記多孔性材料は、様々にばらついた孔サイズを有する発泡体である、請求項１に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項６】
前記多孔性材料は親水性コーティングを有する、請求項１に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項７】
前記親水性コーティングは酸化シリコンである、請求項６に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項８】
前記多孔性材料を通して液体水を押し出し、該液体水を前記マニホルドを通して前記燃料電池スタックから出すように構成された蠕動ポンプを更に備える、請求項１に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項９】
前記多孔性材料は、前記マニホルドを実質的に満たしている、請求項１に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１０】
前記多孔性材料は、前記マニホルドの内側表面に配置されている、請求項１に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１１】
前記多孔性材料の位置を前記マニホルドの前記内側表面に対して維持するように構成された、多孔性支持体及び穿孔支持体のうちいずれか一方を更に備える、請求項１０に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１２】
前記多孔性支持体は、プラスチック仕切り及びプラスチック管のいずれか一方である、請求項１１に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１３】
前記多孔性材料の一方の端部は、尖端を形成する、請求項１に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１４】
燃料電池アッセンブリであって、
複数の燃料電池プレートを備える燃料電池スタックであって、各プレートには少なくとも２つのアパーチャが形成され、該燃料電池プレートの該アパーチャは入口マニホルド及び出口マニホルドを形成するように実質的に整列されている、前記燃料電池スタックと、
前記マニホルド内に配置された多孔性材料であって、該多孔性材料は、該多孔性材料を通した前記燃料電池プレートからの水の流れ及び前記マニホルドを通して前記燃料電池スタックから出る水の流れを促進するように構成されている、前記多孔性材料と、
を備える、燃料電池アッセンブリ。
【請求項１５】
前記多孔性材料の位置を前記マニホルドの前記内側表面に対して維持するように構成された、多孔性支持体を更に備える、請求項１４に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１６】
前記多孔性材料は、発泡体及び発泡繊維材料のいずれか一方である、請求項１４に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１７】
前記多孔性材料は親水性コーティングを有する、請求項１４に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１８】
前記多孔性支持体は、プラスチック仕切り及びプラスチック管のいずれか一方である、請求項１４に記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１９】
燃料電池アッセンブリであって、
複数の燃料電池プレートを備える燃料電池スタックであって、各プレートには少なくとも２つのアパーチャが形成され、該燃料電池プレートの該アパーチャは入口マニホルド及び出口マニホルドを形成するように実質的に整列されている、前記燃料電池スタックと、
前記マニホルド内に配置された多孔性材料であって、該多孔性材料は、該多孔性材料を通した前記燃料電池プレートからの水の流れ及び前記マニホルドを通して前記燃料電池スタックから出る水の流れを促進するように構成されている、前記多孔性材料と、
前記多孔性材料の位置を前記マニホルドの前記内側表面に対して維持するように構成された、多孔性支持体と、
を備える、燃料電池アッセンブリ。
【請求項２０】
前記多孔性材料は、様々にばらついた密度を有する発泡体及び複数の異なる多孔性材料から構成されたアッセンブリのうちいずれか一方である、請求項１９に記載の燃料電池アッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、燃料電池マニホルド内に配置された多孔性材料を利用する燃料電池スタックであって、該多孔性材料が燃料電池チャンネルからの液体水の輸送を促進し、これによって燃料電池スタック内の液体水の蓄積を最小にする、燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池パワーシステムは、燃料及び酸化剤を電気に変換する。一つの種類の燃料電池パワーシステムは、燃料（例えば水素）及び酸化剤（例えば空気又は酸素）の反応を触媒的に促進して電気を発生するため陽子交換膜（以下では「ＰＥＭ」）の使用方法を用いている。ＰＥＭは、燃料電池パワーシステムに通常配備された燃料電池スタックの個々の燃料電池の各々のアノード及びカソードからの陽子輸送を促進する固体ポリマー電解質である。
【０００３】
燃料電池パワーシステム内の典型的な燃料電池アッセンブリ（スタック）では、個々の燃料電池は、チャンネルを提供し、該チャンネルを通って様々な反応物及び冷却流体が流れる。燃料電池プレートは、典型的には、蛇行性流れチャンネルで設計されている。蛇行性流れチャンネルは、それらのチャンネルが作動燃料電池の活性領域に亘って反応物を効果的に分配し、これによって、性能及び安定性を最大にするので、望ましいものである。チャンネルから燃料電池プレートの出口マニホルドへの水の移動は、燃料電池を通した反応物の流れによって引き起こされる。引きずり力は、液体水が出口マニホルドを通って燃料電池から出るまで、チャンネルを通して液体水を牽引する。しかし、燃料電池がより低いパワー出力で作動しているとき、ガス流れの速度が非常に低くなって、液体水を輸送するため有効な引きずり力を生成することができず、液体水は流れチャンネル内に蓄積する。
【０００４】
液体水を除去するためガス流れ牽引力を利用する更なる制限は、高い表面エネルギー若しくは低い表面エネルギーを有する様々な表面の不規則性、又は、流れチャンネル表面上の粒状点に水が遭遇するということである。牽引力は液体水を効果的に輸送するのに十分に強力ではないので、粒状点は、水を蓄積させ、溜まらせ、これによって水の流れを停止させる。そのような粒状点は、一般に、チャンネル出口が燃料電池スタックマニホルドに出会うところに位置する。
【０００５】
加えて、現在の燃料電池アッセンブリは、親水性表面を有するプレートを利用する。水は、流れチャンネルの出口及びプレートの周辺部で蓄積する材料の表面上に膜を形成することが観察された。水膜はガス流れを遮断し、液体水を除去するための駆動力を減少させ、かくして燃料電池スタックから液体水の除去に抗して作用する。控えめな疎水性表面を有する燃料電池プレートの場合には、水が燃料電池スタックの出口マニホルドへと突出する大きな液滴を形成して、燃料電池プレートのチャンネルの出口をせき止めることが観察された。液滴は、それらをガスのせん断により間欠的に除去することができるまで、プレートエッジに残ることが観察されている。水の蓄積はガス流れの遮断又は流れの不均衡を引き起こし、スタックの性能に負の影響を及ぼし得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池スタックの燃料電池ガス流れチャンネルから液体水を除去するための改善された手段を備える燃料電池スタックを開発し、燃料電池スタック内の液体水の蓄積を最小にすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
燃料電池スタック内の液体水の蓄積を最小にするため、燃料電池スタックの燃料電池流れチャンネルから液体水を除去するための改善された手段を備える、本発明に従った燃料電池スタックが発見された。
【０００８】
一実施態様では、燃料電池アッセンブリは、複数の燃料電池プレートを備える燃料電池スタックであって、各プレートには少なくとも１つのアパーチャが形成され、該燃料電池プレートの該アパーチャはマニホルドを形成するように実質的に整列されている、前記燃料電池スタックと、前記マニホルド内に配置された多孔性材料であって、該多孔性材料は、該多孔性材料を通した前記燃料電池プレートからの水の流れ及び前記燃料電池スタックから出る水の流れを促進するように構成されている、前記多孔性材料と、を備える。
【０００９】
別の実施態様では、燃料電池アッセンブリは、複数の燃料電池プレートを備える燃料電池スタックであって、各プレートには少なくとも２つのアパーチャが形成され、該燃料電池プレートの該アパーチャは入口マニホルド及び出口マニホルドを形成するように実質的に整列されている、前記燃料電池スタックと、前記マニホルド内に配置された多孔性材料であって、該多孔性材料は、該多孔性材料を通した前記燃料電池プレートからの水の流れ及び前記マニホルドを通して前記燃料電池スタックから出る水の流れを促進するように構成されている、前記多孔性材料と、を備える。
【００１０】
更なる実施態様では、燃料電池アッセンブリは、複数の燃料電池プレートを備える燃料電池スタックであって、各プレートには少なくとも２つのアパーチャが形成され、該燃料電池プレートの該アパーチャは入口マニホルド及び出口マニホルドを形成するように実質的に整列されている、前記燃料電池スタックと、前記マニホルド内に配置された多孔性材料であって、該多孔性材料は、該多孔性材料を通した前記燃料電池プレートからの水の流れ及び前記マニホルドを通して前記燃料電池スタックから出る水の流れを促進するように構成されている、前記多孔性材料と、前記多孔性材料の位置を前記マニホルドの前記内側表面に対して維持するように構成された、多孔性支持体と、を備える。
【００１１】
本発明の上記利点並びに他の利点は、添付図面の観点で考慮されたとき好ましい実施例の次の詳細な説明から当業者には容易に明らかとなろう。
【実施例】
【００１２】
次の詳細な説明及び添付図面は、本発明の様々な例としての実施例を説明し、示している。当該説明及び図面は、当業者が、本発明を構成し、使用することを可能とするために役立つが、本発明の範囲を任意の態様で制限するものではない。
【００１３】
図１は、複数の積み重なった燃料電池プレート１２と、入口マニホルド１４と、出口マニホルド１６と、多孔性材料１８と、を備える燃料電池アッセンブリ１０を示している。図２は、３つの入口アパーチャ２０と、３つの出口アパーチャ２２と、複数の流れチャンネル２４と、を備える典型的な燃料電池プレート１２の頂面図である。流れチャンネル２４は、燃料電池プレート１２の面上に配置されたチャンネル、並びに、燃料電池プレート１２の面の中間に配置されたガス通過を備えることが理解されよう。燃料電池アッセンブリ１０におけるプレート１２の構成材料、サイズ、形状、量及び種類、並びに、アッセンブリ１０内の燃料電池プレート１２の形態は、発生されるべき電気量、燃料電池アッセンブリ１０によりパワー供給されるべき機械装置のサイズ、燃料電池アッセンブリ１０を通過するガスの体積流量、及び、他の類似の因子等の設計パラメータに基づいて変化し得ることも理解されよう。図２に示されたプレート１２は、燃料電池アッセンブリ１０のアノード側部（図示せず）又はカソード側部（図示せず）のために使用することができることも理解されよう。更には、プレート１２は、必要に応じて、任意数の入口アパーチャ２０及び出口アパーチャ２２を持つこともできることが理解されよう。図示のように、流れチャンネル２４は波状に形成されているが、流れチャンネル２４は、必要に応じて略直線形状、蛇行形状、又は、他の形態に形成され得ることが理解されよう。
【００１４】
入口マニホルド１４は、入口１５を備える。入口マニホルド１４は燃料電池プレート１２の入口アパーチャ２０により燃料電池アッセンブリ１０内に形成されている。プレート１２は、各プレート１２の入口アパーチャ２０が隣接する１つ以上のプレート１２の入口アパーチャ２０と実質的に整列した状態で、積み重ねられている。入口マニホルド１４の直径、量及び長さは、プレート１２の入口アパーチャ２０のサイズ及び量、並びに燃料電池アッセンブリ１０内に積み重ねられたプレート１２の数に依存することが理解されよう。
【００１５】
出口マニホルド１６は、出口１７を備える。出口マニホルド１６は、燃料電池プレート１２の出口アパーチャ２２により燃料電池アッセンブリ１０内に形成される。プレート１２は、各プレート１２の出口アパーチャ２２が隣接する１つ以上のプレート１２の出口アパーチャ２２と実質的に整列された状態で積み重ねられる。出口マニホルド１６の直径、量及び長さは、プレート１２の出口アパーチャ２２のサイズ及び量、並びに、燃料電池アッセンブリ１０内に一緒に積み重ねられたプレート１２の数に依存することが理解されよう。
【００１６】
図示の実施例では、多孔性材料１８は、第１の端部２６と第２の端部２８とを有する非導電性発泡体である。多孔性材料１８は、親水性コーティング（図示せず）を有していてもよい。多孔性材料１８の第１の端部２６は、燃料電池スタックの乾燥端部圧縮プレート３０に隣接して配置されている。多孔性材料１８の第２の端部２８は、略平坦な形状を有し、アッセンブリ１０の燃料電池プレート１２の最下端を超えて延在する。代替例として、多孔性材料１８の第２の端部２８は、図３に示されるように尖端３４を形成してもよく、必要に応じて、丸みを帯びた形状又は他の形状を持ち得る。図１に示されるように、多孔性材料１８は、出口マニホルド１６を実質的に満たしており、出口マニホルド１６の全長を通って、湿った端部圧縮プレート３２へと延在する。多孔性材料１８は、必要に応じて、湿った端部圧縮プレート３０を通って延在してもよいことが理解されよう。多孔性材料１８は、出口マニホルド１６の一部分のみを占め、必ずしも湿った端部圧縮プレート３０へと延在しなくてもよいことも理解されよう。多孔性材料１２は、アノード側部の出口マニホルド（図示せず）、カソード側部の出口マニホルド（図示せず）又はアノード及びカソードの両方の出口マニホルド内に配置されてもよいことも理解されよう。更には、多孔性材料１８は、例えば、繊維材料及びスポンジ等の任意の導電性若しくは非導電性のオープンセル構造の多孔性材料、又は、複数の多孔性材料からなるアッセンブリであってもよいことが理解されよう。多孔性材料１８は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯｘ）等の親水性コーティング、又は、親水性特徴を有する他の化学コーティングを有する。代替例として、多孔性材料１８は、親水性処置無しに提供されてもよい。多孔性材料１８は、一定の孔サイズ及び多孔率を持っていてもよく、又は、多孔性材料１８は、様々にばらついた孔サイズを持っていてもよい。例えば、多孔性材料１８は、燃料電池プレート１２が多孔性材料１８と当接するところでより高い密度の小さな孔サイズの孔と、流れ抵抗を減少させるため多孔性材料１８の残りの部分を通してより低い密度のより大きい孔サイズの孔とを有していてもよい。
【００１７】
一般に、燃料電池パワーシステムの作動中には、水素の流れが燃料電池アッセンブリ１０のアノード側部へと供給される。これと同時に、酸素の流れが、燃料電池アッセンブリ１０のカソード側部へと供給される。アノード側部では、水素の流れ内の水素が、陽子と電子とに触媒により分離される。酸化半電池反応は、Ｈ２<−>２Ｈ＋＋２ｅ−で表される。ポリマー電解質膜燃料電池では、陽子が膜を通ってカソード側部へと浸透する。電子は、外部負荷回路に沿ってカソード側部へと移動し、燃料電池アッセンブリ１０の電流を形成する。カソード側部では、酸化剤の流れ内の酸素が、膜を通って浸透した陽子及び外部回路からの電子と反応して水分子を形成する。この還元半電池反応は、４Ｈ＋＋４ｅ−＋Ｏ２<−>２Ｈ２Ｏで表される。アノード側部からのアノード排気物は、背圧制御バルブ（図示せず）を通って燃焼器へと流れるか、又は、代替例としてアノード入口マニホルドへと戻ってリサイクルされる。カソード側部からのカソード排気物は、第２の背圧制御バルブ（図示せず）を通って燃焼器又は周囲環境へと流れる。制御モジュール（図示せず）は、燃料電池アッセンブリ１０に接続された、圧力センサ（図示せず）及び電力センサ（図示せず）からの信号に応答して、様々な制御バルブ（図示せず）、背圧制御バルブ（図示せず）及びコンプレッサ（図示せず）を作動させることによって、水素の流れ、酸素の流れ、及び、排気物の流れの諸条件を調整する。
【００１８】
第１の実施例に係る発明が作動中であるとき、上記した反応が燃料電池アッセンブリ１０内で発生し、液体水の液滴が、燃料電池アッセンブリ１０のカソード側部で燃料電池プレート１２のチャンネル２４内に形成される。水の一部分が、アノード流れチャンネルへと輸送され得るか、又は、水素の消費の結果として生じる凝結を介してアノードチャンネル内に形成され得る。カソード側部に関して本明細書で説明されたような作用は、燃料電池アッセンブリ１０のアノード側部に関する作用に類似していることが理解されよう。カソード側部を通って流れる空気流れは、水滴をチャンネル２４を通して出口マニホルド１６に向かって流れさせる。水蒸気も出口マニホルド１６に向かって流れる。一旦、水滴が多孔性材料１８と接触したならば、水は多孔性材料１８によりチャンネル２４から逃散する。多孔性材料１８上の親水性コーティングは、液滴及び凝縮した水蒸気を引き寄せるように追加の毛管作用力を提供する。排気ガスの流れは多孔性材料１８及び出口マニホルド１６を通過する。
【００１９】
使用されている多孔性材料１８に応じて、２つの異なる水輸送機構を、チャンネル２４から水を除去するため利用することができると予想される。第１の水輸送機構に関して、多孔性材料１８は、孔を通して水を移動させるため毛管作用力を利用することができる開いた連続孔のネットワークを形成することができる。様々な孔サイズを有する多孔性材料１８が提供される。より高い密度の孔を有する多孔性材料１８の一部分は燃料電池プレート１２に直接隣接して配置されている。高密度の孔部分は、燃料電池プレート１２からの水の逃散を容易にするため多孔性材料１８内で小さな孔サイズを提供する。多孔性材料１８の残りの部分は、最小の圧力降下でガス流れを流すためのより低い圧力降下領域を提供するため、より大きい孔サイズを提供する、より低い密度の孔を有する。
【００２０】
第２には、多孔性材料１８を使用して水を除去するための水輸送機構は、より大きいサイズを有する孔を備える。多孔性材料１８は、親水性材料から生成され、液体水及び凝結した水蒸気は、多孔性材料１８の繊維上で膜（図示せず）を形成する。膜は、燃料電池プレート１２のチャンネル２４から燃料電池アッセンブリ１０の出口マニホルド１６及び出口１７へと繊維に沿って連続的な経路を形成する。
【００２１】
上述された水輸送機構の両方は、多孔性材料１８から水を除去するため重力に頼っている。必ずしも必要というわけではないが、多孔性材料１８から水を排出させるため十分なヘッドを形成するように多孔性材料１８の一部分が飽和されていることが望ましい。当該ヘッドの重量は多孔性材料の平均孔サイズとは逆に変化する。図１に示されるように、湿った端部圧縮プレート３２内へと延在する多孔性材料１８の一部分が飽和部分である。多孔性材料１８を通した圧力降下即ちチャンネル２４の遮断を最小にするため、当該飽和部分は、任意のプレート１２に直接隣接するのではなく燃料電池プレート１２の下方にあることが望ましい。飽和部分が多孔性材料１８内に形成されていない場合、水をアッセンブリ１０を通して流して多孔性材料１８から出させるため燃料電池アッセンブリ１０で蠕動ポンプ２１を使用してもよい。蠕動ポンプ２１は、例えば、２００５年６月、ウィク公開番号４９４０８４号Ｏ．Ｇ．から、「水を除去するためのポンプ」で匿名の作者によって開示されたものなどの蠕動ポンプであってもよい。燃料電池アッセンブリ１０の作動中には、動作サイクルの一部分が、飽和状態に到達しない出口ガス流れを生じさせ、ここでの蒸発が多孔性材料１８からの水の除去を援助することが予想される。
【００２２】
図４は、複数の積み重ねられた燃料電池プレート１２’と、入口マニホルド（図示せず）と、出口マニホルド１６’と、多孔性材料１８’と、多孔性の又は穿孔された支持体１９’と、を備える燃料電池アッセンブリ１０’の一部分を示している。図１に示されたプレート１２に類似した燃料電池プレート１２’は、２つの入口アパーチャ（図示せず）と、２つの出口アパーチャ２２’と、複数の流れチャンネル２４’と、を備える。燃料電池アッセンブリ１０’におけるプレート１２’の構成材料、サイズ、形状、量及び種類、並びに、アッセンブリ１０’内の燃料電池プレート１２’の形態は、発生されるべき電気量、燃料電池アッセンブリ１０’によりパワー供給されるべき機械装置のサイズ、燃料電池アッセンブリ１０’を通過するガスの体積流量、及び、他の類似の因子等の設計パラメータに基づいて変化し得ることも理解されよう。プレート１２’は、燃料電池アッセンブリ１０’のアノード側部（図示せず）又はカソード側部（図示せず）のために使用することができることも理解されよう。更には、プレート１２’は、必要に応じて、任意数の入口アパーチャ及び出口アパーチャ２２’を持つこともできることが理解されよう。図示のように、流れチャンネル２４’は略直線に形成されているが、流れチャンネル２４は、必要に応じて波状、蛇行形状、又は、他の形態に形成され得ることが理解されよう。
【００２３】
入口マニホルドは、入口（図示せず）を備える。入口マニホルドは燃料電池プレート１２’の入口アパーチャ２０’により燃料電池アッセンブリ１０’内に形成されている。プレート１２’は、各プレート１２’の入口アパーチャが隣接するプレート１２’の入口アパーチャと実質的に整列した状態で、一つのプレートを別のプレートの頂部上に積み重ねられている。入口マニホルド１４’の直径、量及び長さは、プレート１２’の入口アパーチャ２０のサイズ及び量、並びに燃料電池アッセンブリ１０’内に積み重ねられたプレート１２’の数に依存することが理解されよう。
【００２４】
出口マニホルド１６’は、出口（図示せず）を備える。出口マニホルド１６’は、燃料電池プレート１２’の出口アパーチャ２２’により燃料電池アッセンブリ１０’内に形成される。プレート１２’は、各プレート１２’の出口アパーチャ２２’が隣接する１つ以上のプレート１２’の出口アパーチャ２２’と実質的に整列された状態で積み重ねられる。出口マニホルド１６’の直径、量及び長さは、プレート１２’の出口アパーチャ２２’のサイズ及び量、並びに、燃料電池アッセンブリ１０’内に一緒に積み重ねられたプレート１２’の数に依存することが理解されよう。
【００２５】
図示の実施例では、多孔性材料１８’は、親水性表面２３’を有する非導電性発泡体である。図４に示されるように、多孔性材料１８’は、出口マニホルド２２’の内側表面の径方向内側に配置されている。多孔性材料１８’は、必要に応じて、出口マニホルド１６’又は全マニホルド１６’の一部分を通って延在し、湿った端部圧縮プレート（図示せず）の一部分内へと至る。多孔性材料１８’は、マニホルド２２’の全周辺部の周りを延在していなくてもよいが、要求された水の流れを支持するためマニホルド２２’の一部分に対して押圧し得る。多孔性材料１２’は、アノード側部出口マニホルド、カソード側部出口マニホルド、又はアノード及びカソードの両方の出口マニホルド内に配置されていてもよいことが理解されよう。更には、多孔性材料１８’は、例えば、繊維材料及びスポンジ等の任意の導電性又は非導電性のオープンセル構造の多孔性材料又は複数の多孔性材料からなるアッセンブリであってもよいことが理解されよう。多孔性材料１８’の親水性表面２３’は、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、又は他の化学的処置、又は親水性表面特性を与えるコーティングであってもよい。代替例として、多孔性材料１８’は、コーティング無しに提供されてもよい。多孔性材料１８’は、一定の孔サイズを持っていてもよく、又は、多孔性材料１８’は、様々にばらついた孔サイズを持っていてもよい。例えば、多孔性材料１８は、燃料電池プレート１２’が多孔性材料１８’と当接するところでより高い密度を有し、多孔性材料１８’の残りの部分を通してより低い密度を有していてもよい。
【００２６】
図４に示された実施例では、多孔性支持体１９’は、出口マニホルド１６’内で多孔性材料１８’の径方向内側に配置された穿孔管である。多孔性支持体１９’は、多孔性材料１８’の一部分を維持する。多孔性支持体１９’は、マニホルド１６’の内側表面に対して多孔性材料１８’の位置を維持することができるプラスチック仕切り又は他の類似の構造とすることができる。多孔性支持体１９’は、必要に応じて、導電性又は非導電性としてもよいことも理解されよう。更には、多孔性支持体１９’は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）コーティングにより提供されたような親水性表面特性を持つことができることが理解されよう。
【００２７】
図４に示された実施例に係る発明が作動しているとき、上記した反応が、燃料電池アッセンブリ１０’内で発生し、液体水の液滴が、燃料電池プレート１２’のチャンネル２４’内に形成される。カソード側部に関して本明細書で説明されたような作用は、燃料電池アッセンブリ１０’のアノード側部に関する作用に類似している。カソード側部を通って流れる空気流れは、水滴をチャンネル２４’を通って出口マニホルド１６’へと流れさせる。水蒸気も出口マニホルド１６’に向かって流れる。一旦、水滴又は蒸気が多孔性材料１８’と接触したならば、水は、多孔性材料１８’によってチャンネル２４’から逃散される。多孔性材料１８’上の親水性コーティングは、水滴を引きつけ、水を燃料電池アッセンブリ１０’の出口マニホルド１６’へと輸送するように作用する。水蒸気からの水は多孔性材料１８’内で凝結し得ることが理解されよう。水の凝結は燃料電池アッセンブリ１０’内で追加の圧力降下を引き起こす。発生する凝結は本発明にとって付随的なものであるが、追加の圧力降下を補償するために、多孔性材料１８’、燃料電池プレート１２’及び他の構成要素に関して使用される寸法、形態及び材料の変更、並びに、他の設計上の考慮をなし得ることが理解されよう。排気ガスの流れも、多孔性材料１８’、多孔性支持体１９’を通って、出口マニホルド１６’を通って通過する、多孔性支持体１９’は、多孔性材料１８’及びマニホルド１６’を通した排気ガスの流れを容易にするため低圧力降下を促進する。
【００２８】
使用されている多孔性材料１８’に応じて、２つの異なる水輸送機構を、チャンネル２４’から水を除去するため利用することができると予想される。第１の水輸送機構に関して、多孔性材料１８’は、孔を通して水を移動させるため毛管作用力を利用することができる開いた連続孔のネットワークを形成することができる。様々な密度を有する多孔性材料１８’が提供される。より高い密度を有する多孔性材料１８’の一部分は燃料電池プレート１２’に直接隣接して配置されている。高密度部分は、水の逃散を容易にするため多孔性材料１８’内で小さな孔サイズを提供する。多孔性材料１８’の残りの部分は、最小の圧力降下でガス流れを流すためのより低い圧力降下領域を提供するため、より大きい孔サイズを提供する、より低い密度を有する。
【００２９】
第２には、多孔性材料１８’は、より大きいサイズを有する孔を備える。多孔性材料１８’は、親水性材料から生成されるか又は親水性表面特性を有するように処理され、液体水は多孔性材料１８’の繊維上で膜（図示せず）を形成する。膜は、燃料電池プレート１２’の出口から燃料電池アッセンブリ１０’の出口マニホルド１６’及び出口１７’へと繊維に沿って連続的な経路を形成する。水は多孔性材料１８’の最下位置からこぼれ落ちることによって除去される。
【００３０】
上述された水輸送機構の両方は、多孔性材料１８’から水を除去するため重力に頼っている。必ずしも必要というわけではないが、多孔性材料１８’から水を排出させるため十分なヘッドを形成するように多孔性材料１８’の一部分が飽和されていることが望ましい。多孔性材料１８’の一部分は、湿った端部圧縮プレート３２’内へと延在する。多孔性材料１８’の一部分が飽和部分となり得る。多孔性材料１８’を通した圧力降下即ちチャンネル２４’の遮断を最小にするため、当該飽和部分は、任意のプレート１２’に直接隣接するのではなく燃料電池プレート１２’の下方にあることが望ましい。飽和部分が多孔性材料１８’内に形成されていない場合、水をアッセンブリ１０’を通して流して多孔性材料１８’から出させるため燃料電池アッセンブリ１０’で蠕動ポンプを使用してもよい。蠕動ポンプ２１は、例えば、２００５年６月、ウィク公開番号４９４０８４号Ｏ．Ｇ．から、「水を除去するためのポンプ」で匿名の作者によって開示されたものなどの蠕動ポンプであってもよい。水は、多孔性材料１８’の最下位置からこぼれ落ちることによって除去される。
【００３１】
前述した説明から、当業者は本発明の本質的な特性を容易に確かめることができ、本発明の精神及び範囲から逸脱すること無く、本発明を様々な使用方法及び条件に適合させるように本発明に様々な変更及び変形をなすことができる。  
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の実施例に係る燃料電池マニホルド内に多孔性材料を組み込んだ燃料電池スタックの断面図である。
【図２】図２は、本発明の燃料電池スタックの燃料電池プレートを示す燃料電池プレートの頂部平面図である。
【図３】図３は、本発明の別の実施例に係る燃料電池スタックマニホルド内の位置をなす多孔性材料を組み込んだ燃料電池スタックの断面図である。
【図４】図４は、本発明の別の実施例に係る多孔性支持構造を組み込んだ燃料電池スタックのマニホルドの部分頂面図である。
【図１】
2008153212.tif 000003
【図２】
2008153212.tif 000004
【図３】
2008153212.tif 000005
【図４】
2008153212.tif 000006
【外国語明細書】
2008153212000001.pdf