(57)【要約】【課題】構造が簡単で安価で、小型化可能であり、水滴が反応ガス流通用ガス流路内に入って流路が閉塞されるのを防止し、反応ガスの流れを均一にして、各単セルで均一な発電ができる固体高分子形燃料電池の提供。【解決手段】空気極と固体高分子電解質膜と燃料極で構成されたセルを、反応ガスが天面側から下方にガス流路８中を流れる構成の一組のセパレータ１０を介して多数積層することで積層体を形成し、この積層体に反応ガスをセルに分配する供給マニホールドＩを設けてなる燃料電池２０において、供給マニホールドＩ内に、ガス流路８全体を覆うことができる大きさの仕切板２２をガス流路８の上方に設けるとともに、仕切板２２の下方に仕切板２２で結露してその端部から落下する水滴や供給マニホールドＩ内壁面で結露して落下する水滴を受けるドレン受け２４を設け、かつ供給マニホールドＩへのガス供給口Ｊを仕切板２２の上方に設ける。【選択図】        図１
2004185935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気極と固体高分子電解質膜と燃料極で構成されたセルを、反応ガスが天面側から下方にガス流路中を流れる構成の一組のセパレータを介して多数積層することで積層体を形成し、この積層体に反応ガスをセルに分配する供給マニホールドを設けてなる燃料電池において、
前記供給マニホールド内に、前記ガス流路全体を覆うことができる大きさの仕切板を前記ガス流路の上方に設けるとともに、前記仕切板の下方に前記仕切板で結露してその端部から落下する水滴や前記供給マニホールド内壁面で結露して落下する水滴を受けるドレン受けを設け、かつ前記供給マニホールドへのガス供給口を前記仕切板の上方に設けたことを特徴とする固体高分子形燃料電池。
【請求項２】
前記供給マニホールドが内部マニホールドであることを特徴とする請求項１記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項３】
前記供給マニホールドが外部マニホールドであることを特徴とする請求項１記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項４】
前記仕切板は供給マニホールドに一体的に形成された一体型であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項５】
前記仕切板は供給マニホールドとは別に形成された別体型であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項６】
前記供給マニホールドへのガス供給口が供給マニホールドの天面、長辺側側面、短辺側側面のいずれかの中央あるいは中央からずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項７】
前記仕切板は前記供給マニホールドの長辺方向に傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項８】
前記仕切板は前記供給マニホールドの短辺方向に傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項９】
前記仕切板は前記供給マニホールドの四辺方向に傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項１０】
前記仕切板は上方に凸のヘの字、曲面、または片流れ形状を有し、前記ドレン受けの方向に傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項１１】
前記ドレン受けがある前記供給マニホールド側面にドレン排出用口を設けたことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項１２】
前記ドレン受けが前記ガス流路に向いている裏面に保水テープを貼り付けたことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子形燃料電池に関するものであり、さらに詳しくは、水滴が反応ガス流通用ガス流路内に入って流路が閉塞されたり、流路抵抗が増大するのを防止し、各単セルで均一な発電ができ、均一な起電力が得られる高性能の固体高分子形燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の燃料電池の１形態である固体高分子形燃料電池の電極（単セル）の基本構成を示す分解断面図である。固体高分子電解質膜１の両側の主面にそれぞれ貴金属（主として白金）を含む空気極（カソード）側触媒層２および燃料極（アノード）側触媒層３を接合してあり、空気極側触媒層２および燃料極側触媒層３と対向して、それぞれ空気極側ガス拡散層４および燃料極側ガス拡散層５が配置される。これによりそれぞれ空気極６および燃料極７が構成される。これらのガス拡散層４および５は、それぞれ酸化剤ガスおよび燃料ガスを通過させると同時に、電流を外部に伝える働きをする。そして、ガス拡散層４、５の外面にガス拡散層４、５に面して反応ガス流通用ガス流路８を備え、相対する主面に冷却水流通用の冷却水流路９を備えた導電性でかつガス不透過性の材料よりなる一組みのセパレータ１０を配置し、前記電解質膜１と前記触媒層２、３と前記ガス拡散層４、５とを締め付けて挟持して燃料電池用電極１１（燃料電池単セル）が構成されている。
【０００３】
図４は、固体高分子形燃料電池スタック（積層体）の基本構成を示す断面図である。多数の燃料電池用電極１１（燃料電池単セル）を積層し、集電板１２、電気絶縁と熱絶縁を目的とする絶縁板１３ならびに荷重を加えて積層状態を保持するための締付板１４によって挟持し、ボルト１５とナット１７により締め付けられており、締め付け荷重は、皿バネ１６により加えられている。
【０００４】
固体高分子電解質膜１は分子中にプロトン交換基を有しており、含水量を飽和させると比抵抗が常温で２０Ωｃｍ２  以下となり、プロトン導電性電解質として機能する。このように固体高分子電解質膜１は含水させることによりプロトン導電性電解質として機能するもので、固体高分子形燃料電池においては、反応ガスに水蒸気を飽和に含ませて各燃料電池用電極１１（燃料電池単セル）に供給して運転する方法が採られている。
【０００５】
燃料極７に水素を含む燃料ガス、空気極６に酸素を含む酸化剤ガスを供給すると、燃料極７では、水素分子を水素イオンと電子に分解する燃料極反応、空気極６では、酸素と水素イオンと電子から水を生成する以下の電気化学反応がそれぞれ行われ、燃料極から空気極に向かって外部回路を移動する電子により電力が負荷に供給されるとともに、空気極側に水が生成されることとなる。
【０００６】
燃料極；Ｈ２  →２Ｈ＋  ＋２ｅ−  （燃料極反応）
空気極；２Ｈ＋  ＋  （１／２）  Ｏ２  ＋２ｅ−  →Ｈ２  Ｏ（空気極反応）
全体    ；Ｈ２  ＋  （１／２）  Ｏ２  →Ｈ２  Ｏ
【０００７】
セパレータ１０は例えば図５に示すように一方の端部に反応ガス供給用の内部マニホールドＩが反応ガス流通用ガス流路８に連通状態で形成されると共に、このマニホールドＩの端部にガス供給口Ｊが設けられ、他方の端部にはガス排出用のマニホールドＫが各ガス流路８に連通状態で形成されると共に、このマニホールドの端部にはガス排出口Ｌが設けられている。従って、反応ガスはガス供給口Ｊから内部マニホールドＩ内に流入し、この内部マニホールドＩから各ガス流路８内を流れてガス排出用マニホールドＫ内に流入し、このガス排出用マニホールドＫからガス排出口Ｌを経て外部に排出されるようになっている。
【０００８】
他のセパレータ１０は、例えば図６に示すように一方の端部に別に作成されて装着されている反応ガス供給用の外部マニホールドＩが反応ガス流通用ガス流路８に連通状態で形成されている以外は図５に示したセパレータ１０と同様になっている。
【０００９】
そして、従来、マニホールド内に水が侵入したときにマニホールド内に設けた凹部に水を受け反応ガス流通用ガス流路に流れないようにする提案（特許文献１参照）や、マニホールド下部に誘導板を設けるとともにマニホールド底部に傾斜を付け、液体を誘導板とマニホールド底部の傾斜で誘導して外部に排出するようにした提案（特許文献２参照）や、反応ガスをマニホールドから各反応ガス流通用ガス流路に均一に流すように、内部マニホールド内にスタックを締め付け一体化するタイロッドの役目も果たす円筒乃至円柱状貫通材からなる反応ガスの整流部材を設ける提案がある（特許文献３参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平０５−１２９０３１号公報
【特許文献２】
特開平０５−２５１１０６号公報
【特許文献３】
特開２００２−２５２０２１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構成の従来の燃料電池において、セパレータ１０のガス流路８への反応ガス入口が上方にあり反応ガスが下方に流れる構成の場合は、加湿された反応ガス中の水分がマニホールド内部で結露したり、ガス流路８の反応ガス入口近傍で反応ガス中の水分が結露して、水滴がガス流路８内に入り、流路を閉塞したり、流路抵抗を上げたりする問題があり、流路が閉塞されたり、流路抵抗が増大すると反応ガスの流れが不均一になり、それにより各単セル内での発電が不均一になり、起電力にバラツキが生じて燃料電池の性能が低下してしまう問題があった。
本発明の目的は、水滴が反応ガス流通用ガス流路内に入って流路が閉塞されたり、流路抵抗が増大するのを防止し、反応ガスの流れを均一にして、各単セルで均一な発電ができ、均一な起電力が得られる高性能の燃料電池を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の請求項１記載の固体高分子形燃料電池は、空気極と固体高分子電解質膜と燃料極で構成されたセルを、反応ガスが天面側から下方にガス流路中を流れる構成の一組のセパレータを介して多数積層することで積層体を形成し、この積層体に反応ガスをセルに分配する供給マニホールドを設けてなる燃料電池において、
前記供給マニホールド内に、前記ガス流路全体を覆うことができる大きさの仕切板を前記ガス流路の上方に設けるとともに、前記仕切板の下方に前記仕切板で結露してその端部から落下する水滴や前記供給マニホールド内壁面で結露して落下する水滴を受けるドレン受けを設け、かつ前記供給マニホールドへのガス供給口を前記仕切板の上方に設けたことを特徴とする。
【００１３】
仕切板の上方に設けたガス供給口から供給マニホールド内に供給された反応ガス中の水蒸気は、特に起動時や停止時などには仕切板の上表面や下表面で結露したり、運転時などには供給マニホールド内壁面で結露するが、仕切板の上表面や下表面で結露した水滴はその端部から落下してドレン受けに入り、供給マニホールド内壁面で結露した水滴は落下してやはりドレン受けに入り、また反応ガス配管内などで結露した水滴も供給マニホールド内壁面を経て落下してやはりドレン受けに入り、これらの水滴が直接ガス流路に滴下することがなく、また仕切板を設けたので反応ガスがガス流路の反応ガス入口近傍に直接吹き付けることがなくなり、そして結露して露点が少し下がった反応ガスがこの反応ガス温度まで暖められた仕切板周辺を経てガス流路に流入するので、仕切板の裏面には結露せず、水滴がガス流路内に入って流路が閉塞されたり、流路抵抗が増大するのを防止でき、反応ガスの流れを均一にして、各単セルで均一な発電ができ、均一な起電力が得られる。
仕切板の上方に設けたガス供給口から供給マニホールド内に供給された反応ガスは仕切板の上表面側を流れその端部を回って仕切板の下表面側を流れた後、各ガス流路に流入するので、仕切板の上表面側を流れる反応ガスの流れ方向と、仕切板の下表面側を流れる反応ガスの流れ方向とが対流することになり、これにより各ガス流路に流入する反応ガスの分流を改善でき、反応ガスを均一に各ガス流路に流入させることができる。
【００１４】
本発明の請求項２記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池において、前記供給マニホールドが内部マニホールドであることを特徴とする。
【００１５】
セパレータ作成時に内部マニホールドを容易に形成できるのでコストダウンができ、構造も簡単で、小型化できる。
【００１６】
本発明の請求項３記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池において、前記供給マニホールドが外部マニホールドであることを特徴とする。
【００１７】
セパレータ作成時とは別に外部マニホールドを作成しておけば、各種のセパレータを用いた積層体に取り付けて適用でき、簡便である。
【００１８】
本発明の請求項４記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記仕切板は供給マニホールドに一体的に形成された一体型であることを特徴とする。
【００１９】
仕切板が供給マニホールドに一体的に形成された一体型であると、部品数が減りコストダウンができ、構造も簡単で、小型化できる。
【００２０】
本発明の請求項５記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記仕切板は供給マニホールドとは別に形成された別体型であることを特徴とする。
【００２１】
仕切板が供給マニホールドとは別に形成された別体型であると、各種のセパレータを用いた積層体に取り付けて適用でき、簡便である。
【００２２】
本発明の請求項６記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記供給マニホールドへのガス供給口が供給マニホールドの天面、長辺側側面、短辺側側面のいずれかの中央あるいは中央からずれた位置に設けられていることを特徴とする。
【００２３】
仕切板や外部マニホールドの形態などに合わせて、ガス供給口を供給マニホールドの天面、長辺側側面、短辺側側面のいずれかの中央あるいは中央からずれた位置に設けることができ、ガス供給口から反応ガスを仕切板に向けて導入すると、供給マニホールド全体の温度が露点以下となる起動時や停止時などには仕切板の上表面や下表面で結露し易くなり、また運転時などには仕切板の温度が露点以上となるので仕切板の下表面で結露しないが、供給マニホールド内壁面で結露し、結露した水滴はドレン受けに入り、結露して露点が少し下がった反応ガスが仕切板周辺を経てガス流路に流入するので仕切板の下表面に反応ガスが回り込んでも仕切板の下表面に結露が発生せず、水滴が反応ガス流通用ガス流路内に入って流路が閉塞されたり、流路抵抗が増大するのをより防止できる。
【００２４】
本発明の請求項７記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記仕切板は前記供給マニホールドの長辺方向に傾斜していることを特徴とする。
【００２５】
仕切板を供給マニホールドの長辺方向に適正な角度で傾斜させると、仕切板の上表面や下表面で結露した水滴がガス流路に滴下することなくドレン受けに流れて入る。
【００２６】
本発明の請求項８記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記仕切板は前記供給マニホールドの短辺方向に傾斜していることを特徴とする。
【００２７】
仕切板や供給マニホールドの形態あるいは供給マニホールドへのガス供給口の位置などに合わせて、仕切板を供給マニホールドの短辺方向に適正な角度で傾斜させると、仕切板の上表面や下表面で結露した水滴がガス流路に滴下することなくドレン受けに流れて入る。
【００２８】
本発明の請求項９記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記仕切板は前記供給マニホールドの四辺方向に傾斜していることを特徴とする。
【００２９】
仕切板や供給マニホールドの形態あるいは供給マニホールドへのガス供給口の位置などに合わせて、仕切板を供給マニホールドの四辺方向に適正な角度で傾斜させると、仕切板の上表面や下表面で結露した水滴がガス流路に滴下することなくドレン受けに流れて入る。
【００３０】
本発明の請求項１０記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記仕切板は上方に凸のヘの字、曲面、または片流れ形状を有し、前記ドレン受けの方向に傾斜していることを特徴とする。
【００３１】
このようにすると、仕切板の上表面や下表面で結露した水滴がガス流路に滴下することなくドレン受けに流れて入る。
【００３２】
本発明の請求項１１記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記ドレン受けがある前記供給マニホールド側面にドレン排出用口を設けたことを特徴とする。
【００３３】
ドレン受けに溜った水を手動で、あるいは自動的に供給マニホールド側面に設けたドレン排出用口から外部に容易に排出できる。
【００３４】
本発明の請求項１２記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記ドレン受けが前記ガス流路に向いている裏面に保水テープを貼り付けたことを特徴とする。
【００３５】
ドレン受けがガス流路に向いている裏面に保水テープを貼り付けておくと、万一ドレン受けの裏面に結露したりして水滴が付着するようなことがあっても、その水滴を保水テープが吸水してくれるので、水滴がガス流路内に滴下せず、ガス流路が閉塞されたり、流路抵抗が増大するのをより防止できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（１）図１は、本発明の固体高分子形燃料電池の供給マニホールドおよび仕切板の１実施の形態を模式的に示す断面説明図である。
図１において、図３〜６に示した構成部分と同じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した説明を省略する。
本発明の固体高分子形燃料電池２０は、図３、４に示したような空気極２と固体高分子電解質膜１と燃料極３で構成されたセルを、反応ガスが固体高分子形燃料電池２０の天面２１側から下方にガス流路８中を流れる構成の一組のセパレータ１０を介して多数積層することで図４に示したような積層体（スタック）を形成し、この積層体に反応ガスをセルに分配する外部マニホールドＩが設けられている。
そして外部マニホールドＩ内に、ガス流路８全体を覆うことができる大きさの仕切板２２がガス流路８の上方に設けてあり、さらに、仕切板２２の下方に仕切板２２で結露してその端部から落下する水滴２３や外部マニホールドＩの内壁面で結露して落下する水滴２３を受けるドレン受け２４が設けられている。
【００３７】
２５はドレン受け２４がある外部マニホールドＩの側面に設けたドレン排出用口であり、ドレン受け２４に溜った水を手動で、あるいは自動的にドレン排出用口２５から外部に容易に排出できる。
【００３８】
２６はドレン受け２４の開口部周辺上に設けた凸状土手でであり、ドレン受け２４内に水を蓄えその水がガス流路８に落下するのを防止する。
【００３９】
仕切板２２の表面や外部マニホールドＩの内壁面は水が流れてドレン受け２４に入り易いように平坦、平滑にすることが望ましい。
【００４０】
あるいは逆に仕切板２２の表面や外部マニホールドＩの内壁面に微細な凹凸を施すか、微細な凹凸を持った別部品を仕切板２２の表面や外部マニホールドＩの内壁面に取り付けて水が流れてドレン受け２４に入り易いようにしてもよい。
【００４１】
２７は、ドレン受け２４がガス流路８に向いている裏面に貼り付けた保水テープである。保水テープ２７を貼り付けておくと、万一ドレン受け２４の裏面に結露したりして水滴が付着するようなことがあっても、その水滴を保水テープ２７が吸水してくれるので、水滴がガス流路８内に滴下せず、ガス流路８が閉塞されたり、流路抵抗が増大するのをより防止できる。
【００４２】
保水テープ２７を貼り付ける替わりに温水を使用した配管などの保温手段をドレン受け２４の裏面などに設けて、裏面やその近傍が露点以下にならないようにしてもよい。
【００４３】
また、図示しないが、外部マニホールドＩ周囲あるいはその近傍に温水を使用した保温手段を設けて、外部マニホールドＩの内壁面が露点以下にならないようにしてもよい。
【００４４】
また、図示しないが、外部マニホールドＩ内部に温水を使用した保温手段を設けて、外部マニホールドＩの内壁面が露点以下にならないようにすることもできる。
【００４５】
仕切板２２の上方に設けたガス供給口Ｊから反応ガスは外部マニホールドＩ内に流入し、仕切板２２の上表面側を流れその端部を回って仕切板２２の下表面側を流れた後、各ガス流路８内を流れて図示しないガス排出用マニホールドＫ内に流入し、このガス排出用マニホールドＫからガス排出口Ｌを経て外部に排出されるようになっている。
【００４６】
外部マニホールドＩ内に供給された反応ガス中の水蒸気は、特に起動時や停止時などには仕切板２２の上表面や下表面で結露したり、運転時などには外部マニホールドＩの内壁面で結露するが、仕切板２２の上表面や下表面で結露した水滴はその端部から落下してドレン受け２４に入り、外部マニホールドＩの内壁面で結露した水滴は落下してやはりドレン受け２４に入り、また反応ガス配管内などで結露した水滴も供給マニホールドＩの内壁面を経て落下してやはりドレン受け２４に入り、これらの水滴が直接各ガス流路８に滴下することがなく、また仕切板２２を設けたので反応ガスがガス流路８の反応ガス入口近傍に直接吹き付けることがなくなり、そして、結露して露点が少し下がった反応ガスが矢印で示したように仕切板２２周辺を経て各ガス流路８に流入する。したがって、水滴がガス流路８内に入って流路が閉塞されたり、流路抵抗が増大するのを防止でき、反応ガスの流れを均一にして、各単セルで均一な発電ができ、均一な起電力が得られる。
【００４７】
このように外部マニホールドＩ内に供給された反応ガスは仕切板２２の上表面側を流れその端部を回って仕切板２２の下表面側を流れた後、各ガス流路８に流入するので、仕切板２２の上表面側を流れる反応ガスの流れ方向と、仕切板２２の下表面側を流れる反応ガスの流れ方向とが対流することになり、これにより各ガス流路８に流入する反応ガスの分流を改善でき、反応ガスを均一に各ガス流路８に流入させることができる。
【００４８】
上記の実施態様では、供給マニホールドが外部マニホールドＩである場合を説明したが、供給マニホールドが内部マニホールドとすることもでき、セパレータ１０作成時に内部マニホールドを形成しておけばコストダウンができ、構造も簡単で、小型化できる。
【００４９】
仕切板２２が外部マニホールドＩに一体的に形成された一体型であると、部品数が減りコストダウンができ、構造も簡単で、小型化できる。
【００５０】
仕切板２２は外部マニホールドＩとは別に形成された別体型とすることも可能であり、別体型であると、各種のセパレータを用いた積層体に取り付けて適用でき、簡便である。
【００５１】
外部マニホールドＩへのガス供給口Ｊの形成位置は、仕切板２２や外部マニホールドＩの形態などに合わせて、外部マニホールドＩの天面２１、長辺側側面、短辺側側面のいずれかの中央あるいは中央からずれた位置に設けることができる。
【００５２】
上記の実施態様では、仕切板２２は外部マニホールドＩの長辺方向に傾斜している例を示したが、仕切板２２や外部マニホールドＩの形態などに合わせて、外部マニホールドＩの短辺方向に傾斜していてもよく、また外部マニホールドＩの四辺方向に傾斜していてもよい。いずれにしても適正な角度で傾斜させると、仕切板２２の上表面や下表面で結露した水滴が各ガス流路８に滴下することなくドレン受２４けに流れて入る。
【００５３】
上記の実施態様では、仕切板２２は上方に凸のヘの字の形状でドレン受け２４の方向に傾斜しているものを例示したが、仕切板２２の上表面や下表面で結露した水滴がガス流路８内に滴下することなくドレン受け２４に流れて入るものであればよく、仕切板２２は上方に凸の曲面、または片流れ形状を有し、ドレン受け２４の方向に傾斜しているものや、仕切板２２の上面中央は平らで端部がドレン受け２４の方向に傾斜して折れ曲がっているものなどであってもよい。
【００５４】
仕切板２２やドレン受け２４の材質は、金属、ガラス、セラミック、プラスチックなど、あるいはこれらの２つ以上を組み合わせた複合材料などいずれでもよく、特に限定されるものではないが、断熱性が大きく、熱膨張率が小さく、イオンや不純物などが溶け出したりして電極反応を損なわず、圧縮成型や射出成型などの成型加工性や寸法精度や安定性に優れるプラスチックやエンジニアリングプラスチック材料は本発明において好ましく使用できる。
【００５５】
（２）図２は、本発明の固体高分子形燃料電池の供給マニホールドおよび仕切板の他の実施の形態を模式的に示す断面説明図である。
図２において、図１に示した構成部分と同じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した説明を省略する。
【００５６】
図２（ａ）の本発明の固体高分子形燃料電池２０Ａは、仕切板２２が上方に凸の曲面形状を有し、ドレン受け２４の方向に曲面が傾斜していること以外は図１に示した本発明の固体高分子形燃料電池２０とほぼ同様になっており、同様の作用効果を有する。
【００５７】
図２（ｂ）の本発明の固体高分子形燃料電池２０Ｂは、仕切板２２が供給マニホールドＩの一方の長辺方向に向かって適正な角度でドレン受け２４の方向に傾斜させてある以外は図１に示した本発明の固体高分子形燃料電池２０とほぼ同様になっており、同様の作用効果を有する。
【００５８】
図２（ｃ）の本発明の固体高分子形燃料電池２０Ｃは、仕切板２２の上面中央が平らで供給マニホールドＩの両長辺方向に沿った両端部がドレン受け２４の方向に傾斜して折れ曲がって構成されている以外は図１に示した本発明の固体高分子形燃料電池２０とほぼ同様になっており、同様の作用効果を有する。
【００５９】
図２（ｄ）の本発明の固体高分子形燃料電池２０Ｄは、仕切板２２が供給マニホールドＩの両短辺方向に向かって適正な角度で図示しないドレン受け２４の方向に傾斜させてある以外は図１に示した本発明の固体高分子形燃料電池２０とほぼ同様になっており、同様の作用効果を有する。
【００６０】
図２（ｅ）の本発明の固体高分子形燃料電池２０Ｅは、仕切板２２が供給マニホールドＩの両長辺方向に向かって適正な角度で図示しないドレン受け２４の方向に傾斜させてある以外は図１に示した本発明の固体高分子形燃料電池２０とほぼ同様になっており、同様の作用効果を有する。
【００６１】
図２（ｆ）の本発明の固体高分子形燃料電池２０Ｆは、仕切板２２が供給マニホールドＩの四辺方向に向かって適正な角度で図示しないドレン受け２４の方向に傾斜させてある以外は図１に示した本発明の固体高分子形燃料電池２０とほぼ同様になっており、同様の作用効果を有する。
【００６２】
上記実施の形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の固体高分子形燃料電池は、空気極と固体高分子電解質膜と燃料極で構成されたセルを、反応ガスが天面側から下方にガス流路中を流れる構成の一組のセパレータを介して多数積層することで積層体を形成し、この積層体に反応ガスをセルに分配する供給マニホールドを設けてなる燃料電池において、前記供給マニホールド内に、前記ガス流路全体を覆うことができる大きさの仕切板を前記ガス流路の上方に設けるとともに、前記仕切板の下方に前記仕切板で結露してその端部から落下する水滴や前記供給マニホールド内壁面で結露して落下する水滴を受けるドレン受けを設け、かつ前記供給マニホールドへのガス供給口を前記仕切板の上方に設けたことを特徴とするものであり、
構造が簡単で安価で、小型化可能な固体高分子形燃料電池であり、仕切板の上方に設けたガス供給口から供給マニホールド内に供給された反応ガス中の水蒸気は、特に起動時や停止時などには仕切板の上表面や下表面で結露したり、運転時などには供給マニホールド内壁面で結露するが、仕切板の上表面や下表面で結露した水滴はその端部から落下してドレン受けに入り、供給マニホールド内壁面で結露した水滴は落下してやはりドレン受けに入り、また反応ガス配管内などで結露した水滴も供給マニホールド内壁面を経て落下してやはりドレン受けに入り、これらの水滴が直接ガス流路に滴下することがなく、また仕切板を設けたので反応ガスが反応ガス入口近傍に直接吹き付けることがなくなり、そして結露して露点が少し下がった反応ガスが仕切板周辺を経てガス流路に流入するので、水滴がガス流路内に入って流路が閉塞されたり、流路抵抗が増大するのを防止でき、反応ガスの流れを均一にして、各単セルで均一な発電ができ、均一な起電力が得られるという顕著な効果を奏する。
また、本発明の請求項１記載の固体高分子形燃料電池は、仕切板の上方に設けたガス供給口から供給マニホールド内に供給された反応ガスが仕切板の上表面側を流れその端部を回って仕切板の下表面側を流れた後、各ガス流路に流入するので、仕切板の上表面側を流れる反応ガスの流れ方向と、仕切板の下表面側を流れる反応ガスの流れ方向とが対流することになり、これにより各ガス流路に流入する反応ガスの分流を改善でき、反応ガスを均一に各ガス流路に流入させることができるという顕著な効果を奏する。
【００６４】
本発明の請求項２記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池において、前記供給マニホールドが内部マニホールドであることを特徴とするものであり、セパレータ作成時に内部マニホールドを容易に形成できるのでコストダウンができ、構造も簡単で、小型化できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００６５】
本発明の請求項３記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１記載の固体高分子形燃料電池において、前記供給マニホールドが外部マニホールドであることを特徴とするものであり、セパレータ作成時とは別に外部マニホールドを作成しておけば、各種のセパレータを用いた積層体に取り付けて適用でき、簡便であるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００６６】
本発明の請求項４記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記仕切板は供給マニホールドに一体的に形成された一体型であることを特徴とするものであり、仕切板が供給マニホールドに一体的に形成された一体型であると、部品数が減りコストダウンができ、構造も簡単で、小型化できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００６７】
本発明の請求項５記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記仕切板は供給マニホールドとは別に形成された別体型であることを特徴とするものであり、仕切板が供給マニホールドとは別に形成された別体型であると、各種のセパレータを用いた積層体に取り付けて適用でき、簡便であるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００６８】
本発明の請求項６記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記供給マニホールドへのガス供給口が供給マニホールドの天面、長辺側側面、短辺側側面のいずれかの中央あるいは中央からずれた位置に設けられていることを特徴とするものであり、仕切板や外部マニホールドの形態などに合わせて、ガス供給口を供給マニホールドの天面、長辺側側面、短辺側側面のいずれかの中央あるいは中央からずれた位置に設けることができ、ガス供給口から反応ガスを仕切板に向けて導入すると、仕切板の温度が露点以下となる起動時や停止時などには仕切板の上表面や下表面で結露し易くなり、また運転時などには仕切板の温度が露点以上となるので仕切板の上表面や下表面で結露しないが、供給マニホールド内壁面で結露し、結露した水滴はドレン受けに入り、結露して露点が少し下がった反応ガスが仕切板周辺を経てガス流路に流入するので仕切板の下表面に反応ガスが回り込んでも仕切板の下表面に結露が発生せず、水滴が反応ガス流通用ガス流路内に入って流路が閉塞されたり、流路抵抗が増大するのをより防止できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００６９】
本発明の請求項７記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記仕切板は前記供給マニホールドの長辺方向に傾斜していることを特徴とするものであり、仕切板を供給マニホールドの長辺方向に適正な角度で傾斜させると、仕切板の上表面や下表面で結露した水滴がガス流路に滴下することなくドレン受けに流れて入るというさらなる顕著な効果を奏する。
【００７０】
本発明の請求項８記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記仕切板は前記供給マニホールドの短辺方向に傾斜していることを特徴とするものであり、仕切板や供給マニホールドの形態あるいは供給マニホールドへのガス供給口の位置などに合わせて、仕切板を供給マニホールドの短辺方向に適正な角度で傾斜させると、仕切板の上表面や下表面で結露した水滴がガス流路に滴下することなくドレン受けに流れて入るというさらなる顕著な効果を奏する。
【００７１】
本発明の請求項９記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記仕切板は前記供給マニホールドの四辺方向に傾斜していることを特徴とするものであり、仕切板や供給マニホールドの形態あるいは供給マニホールドへのガス供給口の位置などに合わせて、仕切板を供給マニホールドの四辺方向に適正な角度で傾斜させると、仕切板の上表面や下表面で結露した水滴がガス流路に滴下することなくドレン受けに流れて入るというさらなる顕著な効果を奏する。
【００７２】
本発明の請求項１０記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記仕切板は上方に凸のヘの字、曲面、または片流れ形状を有し、前記ドレン受けの方向に傾斜していることを特徴とするものであり、このようにすると、仕切板の上表面や下表面で結露した水滴がガス流路に滴下することなくドレン受けに流れて入るというさらなる顕著な効果を奏する。
【００７３】
本発明の請求項１１記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において前記ドレン受けがある前記供給マニホールド側面にドレン排出用口を設けたことを特徴とするものであり、ドレン受けに溜った水を手動あるいは自動的に供給マニホールド側面に設けたドレン排出用口から外部に容易に排出できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００７４】
本発明の請求項１２記載の固体高分子形燃料電池は、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池において、前記ドレン受けが前記ガス流路に向いている裏面に保水テープを貼り付けたことを特徴とするものであり、万一ドレン受けの裏面に結露したりして水滴が付着するようなことがあっても、その水滴を保水テープが吸水してくれるので、水滴がガス流路内に滴下せず、ガス流路が閉塞されたり、流路抵抗が増大するのをより防止できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体高分子形燃料電池の供給マニホールドおよび仕切板の１実施の形態を模式的に示す断面説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の固体高分子形燃料電池の供給マニホールドおよび仕切板の他の実施の形態を模式的に示す断面説明図である。
【図３】従来の燃料電池の１形態である固体高分子形燃料電池の電極（単セル）の基本構成を示す分解断面図である。
【図４】固体高分子形燃料電池スタック（積層体）の基本構成を示す断面図である。
【図５】内部マニホールドを有するセパレータの断面説明図である。
【図６】外部マニホールドを有するセパレータの断面説明図である。
【符号の説明】
１  固体高分子電解質膜
２  空気極（カソード）側触媒層
３  燃料極（アノード）側触媒層
４  空気極側ガス拡散層
５  燃料極側ガス拡散層
６  空気極
７  燃料極
８  反応ガス流通用ガス流路
９  冷却水流路
１０  セパレータ
１１  燃料電池用電極（単セル）
２０、２０Ａ〜２０Ｆ  本発明の固体高分子形燃料電池
２１  天面
２２  仕切板
２３  水滴
２４  ドレン受け
２５  ドレン排出用口
２６  凸状土手
２７  保水テープ
Ｉ  供給マニホールド
Ｊ  ガス供給口
【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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