(57)【要約】【課題】本発明は、固体高分子型燃料電池に関するものであり、出口マニホールドの静圧を低くし、生成した水をガスの状態で流路溝を流して排出する事で、完全にフラッディングの防止を図る。【解決手段】燃料ガスまたは酸化ガスの入口マニホールド１５，１７の静圧より出口マニホールド１６，１８の静圧を低くして構成したことにより、生成した水をガスの状態で流路溝１４を流して排出することにより、フラッディングを防止して信頼性を高めた固体高分子型燃料電池とすることが出来る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜を挟持する一対のガス拡散電極と、前記ガス拡散電極のおのおのの面に燃料ガスと酸化ガスをそれぞれの入口マニホールドから出口マニホールドに導く流路溝を形成したセパレータより構成し、前記燃料ガスと酸化ガスの少なくとも一方の前記入口マニホールドの静圧より前記出口マニホールドの静圧を低くしたことを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
酸化ガスの入口マニホールドの静圧より出口マニホールドの静圧を低くしたことを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池燃料電池。
【請求項３】
送風機を出口マニホールドに連結して構成したことを特徴とする請求項１〜２記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
入口マニホールド又は、流路溝の入口は、流路溝の断面積より狭い極狭部を構成したことを特徴とする請求項１〜３記載の固体高分子型燃料電池燃料電池。
【請求項５】
入口マニホールド又は、流路溝の入口は、流路溝の断面積より狭い極狭部を構成し、この極狭部を可動としたことを特徴とする請求項４記載の固体高分子型燃料電池燃料電池。
【請求項６】
流路溝の経路途中は、流路溝の他の部分の断面積より狭い極狭部を構成したことを特徴とする請求項１〜３記載の固体高分子型燃料電池燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃料電池は、イオン導電性が付与された固体高分子電解質膜の両面に触媒を担持したガス拡散電極を両面に重ね合わせて発電セルを構成している。そして、この発電セルは複数個を接続して所定の電圧を得る。このため、発電セル間にセパレータを介在させ発電セルを積層してスタック化する。そして、セパレータの両側にそれぞれ燃料ガス及び酸化ガスを供給してそれぞれのガス拡散電極に燃料ガス及び酸化ガスを供給すると、固体高分子電解質膜でのイオン導電と各ガス拡散電極の化学反応が進行して一対のガス拡散電極間に電圧が発生し、集電電極の機能を持つ両端側の一対のセパレータを介して外部回路に給電する。この様な発電においては、供給ガスを出来るだけ均等にガス拡散電極の電極面に供給することがガス利用率を高め、発電効率と出力性能を良くする。
【０００３】
しかし、ガス拡散電極の全面に供給ガスが供給されるようにすると、セパレータとガス拡散電極との接触面積が無くなり、発生した電流の効率的な集電やガス拡散電極で発生する熱の除去が難しくなる。このため、セパレータとガス拡散電極の境界部分に、供給ガスの通流方向を規制する流路溝が設けられ、セパレータとガス拡散電極とをある割合に接触面積を保っている。セパレータ側に形成したこの流路溝は、蛇行したサーペンタイン構成、あるいは複数本構成が記載されている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００４】
そして、固体高分子電解質型燃料電池は、固体高分子電解質膜のイオン導電性を十分に発揮させて発電効率を高く維持するためには、供給するガスを加湿して供給ガス中の水蒸気濃度を高める必要があり、さらに、水素と酸素から水を生成する電気化学反応のエネルギーを電気量に変換するものであるため、カソード側において水が生成する。
【０００５】
このため、供給ガスの流路溝には、反応上生成される水が下流側、特に出口側に多量に含有し、液体状態となって流路溝を塞いでしまうおそれがある（この現象をフラッディングという）。このフラッディングを防止する技術がある（例えば、特許文献３参照）。図５は従来の固体高分子型燃料電池の酸化ガスセパレータを示す。セパレータ１の溝部材２は、ガス拡散電極に対応した方形状でガス不透過性と導電性を有して構成される。入口マニホールド３から酸化ガスが流入され、流路溝材２の溝を経た酸化ガスを出口マニホールド４より導出する。燃料ガスのセパレータ１も酸化ガスの入口マニホールド３および出口マニホールド４と互違いの位置に形成された入口マニホールド５及び出力マニホールド６より燃料ガスの流入と導出が行われる。流路溝材２の溝は、入口マニホールド３に直接に連通した入口側流路溝７と、上記出口マニホールド４に直接に連通した出口側流路溝８と、上記入口側流路溝７及び出口側流路溝８とを連通した中間流路溝９とから構成されている。入口側流路溝７と出口側流路溝８とは格子状に形成され、中間流路溝９は、複数回折返した曲折形態に形成され、複数本の直線状に延びる独立流路群９Ａ〜９Ｅと、折返し部に形成された格子状溝１０Ａ〜１０Ｄとから構成されている。すなわち、入口側流路溝７と出口側流路溝８は、縦横に整列して形成された孤立突起ａ以外の領域がガス流路溝であり、独立流路群９Ａ〜９Ｅは長延突起ｂ以外の領域がガス流路溝である。また、折返し部の格子状溝１０Ａ〜１０Ｄは、孤立突起ｃ以外の領域がガス流路溝である。
【０００６】
反応生成水によるフラッディングにより供給ガスの停滞を防止するため、過去より種々のガス流路溝が工夫され、ガス流路が格子状となるタイプと、入口から出口まで１本の流路とするタイプがあるが、格子状タイプは、フラッディングに達するような水溜まりは生じないが、全体に均一となるガス拡散性能、一部が閉塞するなど排水性能に劣る。また、１本流路タイプは、拡散性が良いが、流れ抵抗が増えてガス供給装置側の元圧を高くする必要を生じ補機動力が増加してシステム効率が低下する。
【０００７】
そして、特許文献３に記載されたものは、供給ガスの入口側流路溝及び出口側流路溝が縦横に整列して形成された孤立突起ａ以外の領域がガス流路溝であり格子状をなすため、電極へのガスの接触面積が広くなると共に、ガスが自由に移動でき、時間的に速く電極と接触する。従って、入口側流路溝では供給ガスと電極との接触効率（面積的に広く及び時間的に速く接触）が高く入口側におけるガス拡散性の損失を回避し得る。また、出口側流路溝では、入口側と同様のガス拡散性の損失を回避し、かつ流路断面積が広くなるため排水性を確保してフラッディングを防止することができると記述してある。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭５０−８７７７号公報
【特許文献２】
特開平７−２６３００３号公報
【特許文献３】
特開平１０−１０６５９４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの従来構成においては、入口側流路溝ではガス拡散性を高め、この部分の反応を促進して全体の電気変換エネルギー効率を高めたため、入口側流路溝での反応が集中し固体高分子電解質膜やガス拡散電極の触媒層の劣化が進み耐久性に課題が残った。また、出口側流路溝では、流路断面積が広くして排水性を確保してフラッディングを防止してあるが、流路断面積が広いためガスの流れが偏在し一様でなく、流速の遅い部分では生成水が流路溝の一部を閉塞した状態を発生し、この部分にはガスが供給できなく完全にフラッディングを防止できなかった。
【００１０】
これら、従来例は、水素と酸素から水を生成する電気化学反応のエネルギーを電気量に変換する時、カソード側に生成した水を流路溝内を速やかに流す構成で、フラッディングを防止する手段であるため、生成した水が増加すると遂には通路を閉塞しフラッディングを完全に防止して動作の信頼性を確保できなかった。本発明は、前記従来の課題を解決するもので、燃料ガス、酸化ガスの入口マニホールドの静圧より出口マニホールドの静圧を低くして流路溝内の静圧を低くし、生成した水をガスの状態で流路溝を流して排出する事により、フラッディングを防止して信頼性を高めた固体高分子型燃料電池を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜を挟持する一対のガス拡散電極と、ガス拡散電極のおのおのの面に燃料ガスと酸化ガスをそれぞれの入口マニホールドから出口マニホールドに導く流路溝を形成したセパレータより構成し、燃料ガスと酸化ガス少なくとも一方の入口マニホールドの静圧より出口マニホールドの静圧を低くして構成してある。
【００１２】
これによって、燃料ガス、酸化ガスの入口マニホールドの静圧より出口マニホールドの静圧を低くして流路溝内の静圧を低くし、生成した水をガスの状態で流路溝を流して排出する事ができる。すなわち、水素と酸素から水を生成する電気化学反応のエネルギーを電気量に変換する時、カソード側に生成した水は、固体高分子電解質膜でガスの状態で発生し、拡散層を移動する中で飽和蒸気圧以上になると、この余分な水蒸気は熱を放散しながら液化する。この液の状態の水が流路溝に流れガスと混合してスタックの外へ放出する。ところが、流路溝内の静圧を低くすると、この低くなった静圧の分に相当する水蒸気圧の水分がガスの状態で流路溝を流れる。このため、流路溝内の液の状態である水量が減らすことが可能となる。このことにより、フラッディングを防止して信頼性を高めた固体高分子型燃料電池とすることが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、固体高分子電解質膜を挟持する一対のガス拡散電極と、ガス拡散電極のおのおのの面に燃料ガスと酸化ガスをそれぞれの入口マニホールドから出口マニホールドに導く流路溝を形成したセパレータより構成し、燃料ガスと酸化ガス少なくとも一方の入口マニホールドの静圧より出口マニホールドの静圧を低くして構成してある。
【００１４】
これによって、燃料ガス、酸化ガスの入口マニホールドの静圧より出口マニホールドの静圧を低くして流路溝内の静圧を低くし、生成した水をガスの状態で流路溝を流して排出する事ができる。すなわち、水素と酸素から水を生成する電気化学反応のエネルギーを電気量に変換する時、カソード側に生成した水は、固体高分子電解質膜でガスの状態で発生し、拡散層を移動する中で飽和蒸気圧以上になると、この余分な水蒸気は熱を放散しながら液化する。固体高分子型燃料電池が動作温度の８０℃における水の飽和水蒸気圧は、３５５．２６ｍｍＨｇである。通常の流路溝の静圧は７６０ｍｍＨｇとガスを流す為の加圧の和となるが、流路溝内の静圧を低くすると、この低くなった静圧の分に相当する水蒸気圧の水分がガスの状態で流路溝を流れ、残りの水は液の状態で流路溝に流れガスと混合してスタックの外へ放出する。このため、流路溝内の液の状態である水量が減らすことが可能となる。さらに、流路溝内の静圧を低くして、流路溝の静圧が水の飽和水蒸気圧である３５５．２６ｍｍＨｇと同じになると、生成した水は液化する事無く全てがガスの状態で流路溝を流れフラッディングを発生することはない。このことにより、フラッディングを防止して信頼性を高めた固体高分子型燃料電池とすることが出来る。
【００１５】
また、生成した水が液化せずにガスの状態で排出することは、液化時熱を放出することが無く、排出する水のエンタルピーが大きいため燃料電池を冷却できる。燃料電池は水素と酸素から水を生成する電気化学反応のエネルギーを電気量に変換するが、効率が１００％でなく一部は熱エネルギーとして発生する。固体高分子電解質膜は高温になると電気変換率の低下や材料劣化による信頼性の低下を生じ、これを防止するため、空気や水を流して冷却している。流路溝の静圧を低下して水をガスの状態で多くの熱をともに排出する事により、冷却能力が少なくて済み、冷却に必要な補機の動力が低減できシステム全体の効率が向上できる。また、固体高分子電解質膜は発生した水の液化で加熱されることが無く、熱放散がスムーズとなり、過熱されることが無く、耐久信頼性の向上と全体の電気変換エネルギー効率を高めることができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、特に請求項１記載の固体高分子型燃料電池を酸化ガスの入口マニホールドの静圧より出口マニホールドの静圧を低くしたことにより、生成した水をガスの状態で流路溝を流して排出する事ができる。すなわち、水素と酸素から水を生成する電気化学反応のエネルギーを電気量に変換する時、生成した水はカソード側に発生する。このカソード側すなわち、酸化ガス側の静圧を低くして生成した水を気体の状態で放出できるため、フラッディングを発生せず安定した運転を確保できる。また、酸化ガスの入口マニホールドの静圧より出口マニホールドの静圧を低くしたことにより、流路溝の静圧は低く設定したことになり、同じ露点温度の酸化ガスを導入しても、水分がより蒸気化するため相対湿度は高くなり、固体高分子電解質膜の加湿をより確実に確保でき、固体高分子電解質膜のプロトン伝導性能の向上による高効率化と、固体高分子電解質膜の渇きによる劣化を防止し耐久性が向上する。
【００１７】
請求項３記載の発明は、特に請求項１〜２記載の固体高分子型燃料電池を送風機は出口マニホールドに連結して構成したことにより、送風機の動力によって、燃料ガスまたは酸化ガスをそれぞれの入口マニホールドから出口マニホールドに導き流路溝を形成したセパレータを流すとき、各流れ圧損抵抗により、出口マニホールドの静圧が最も低くなる。そのため、流路溝から出口マニホールドでは水分が蒸気となる分が多く出来、フラッディングを生じなく運転範囲が広く使用性能が向上する。
【００１８】
請求項４記載の発明は、特に請求項１〜３記載の固体高分子型燃料電池の入口マニホールド又は、流路溝の入口は、流路溝の断面積より狭い極狭部を構成したことにより、流路溝から出口マニホールドの静圧をさらに低く設定できるため、水分が蒸気となる分を自由に調節設定でき、このため、流路が水により閉塞するフラッディングを防止し正常な運転を維持することが可能となり使用性能が向上できる。
【００１９】
請求項５記載の発明は、特に請求項４記載の入口マニホールド又は、流路溝の入口は、流路溝の断面積より狭い極狭部を構成し、この極狭部を可動としたことにより、フラッディングの程度に合わせて流路溝から出口マニホールドの静圧を増減する設定を自由にできるため、水分が蒸気となる分を自由に調節設定でき、このため、流路が水により閉塞するフラッディングを防止し正常な運転を維持することが可能となり使用性能が向上できる。また、運転中、拡散層の濡れ性の変化等特性が変化した場合も、スタックを分解することなく、極狭部を可動してフラッディングを防止でき、耐久信頼性が向上できる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、特に請求項１〜３記載の流路溝の経路途中は、流路溝の他の部分の断面積より狭い極狭部Ｂを構成したことにより、水分が多くフラッディングの発生する域であるこの極狭部Ｂから後流の流路溝と出口マニホールドの静圧をさらに低く設定できるため、水分が蒸気となる分を自由に調節設定でき、このため、流路が水により閉塞するフラッディングを防止し正常な運転を維持することが可能となり使用性能が向上できる。また、ガス量を流路絞部で自由に設定できるため、実使用条件に合わせて最適に調節が可能であり、システムの信頼性が向上するものである。
【００２１】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における固体高分子型燃料電池の全体構成図、図２は燃料電池のセパレータの構成図、図３は燃料電池の断面図を示す。図３において、固体高分子型燃料電池は、イオン伝導性が付与された固体高分子電解質の膜１１の両面に触媒を担持したガス拡散電極１２を両面に重ね合わせて発電セルを構成している。そして、この発電セルは複数個を接続して所定の電圧を得る。このため、発電セル間にセパレータ１３を介在させ発電セルを積層してスタック化する。そして、セパレータの両側にそれぞれ燃料ガス及び酸化ガスを供給してそれぞれのガス拡散電極１２に燃料ガス及び酸化ガスを供給すると、固体高分子電解質膜１１でのイオン導電と各ガス拡散電極１２の電気化学反応が進行して一対のガス拡散電極１２間に電圧が発生し、集電電極の機能を持つ両端側の一対のセパレータ１３を介して外部回路（図示せず）に給電する。この様な発電においては、供給ガスを出来るだけ均等にガス拡散電極１２の電極面に供給することがガス利用率を高め、発電効率と出力性能を良くする。
【００２３】
図２に示すセパレータ１３は、セパレータ１３の流路溝１４は、ガス拡散電極１２に対応した形状としガス不透過性と導電性有するカーボン、表面処理をした金属を用いて構成する。酸化ガス入口マニホールド１５から酸化ガスが流入され、流路溝１４の溝を経たガスを酸化ガス出口マニホールド１６より流出する。他方燃料ガスのセパレータ１３はこのセパレータ１３の背面側に同様の流れる構成を設け燃料ガス入口マニホールド１７及び燃料ガス出口マニホールド１８よりガスの流入と導出が行われる。これにより、固体高分子電解質膜１１を挟持する一対のガス拡散電極１２のおのおのの面に燃料ガスと酸化ガスをそれぞれの入口側から出口側に導く流路溝１４を形成したセパレータ１３を構成している。
【００２４】
そして、図１に示す燃料電池は、積層発電セル１９は、図３に示した固体高分子電解質膜１１の両面に触媒を担持したガス拡散電極１２を両面に重ね合わせて発電セル間にセパレータ１３を介在させ発電セルを積層してスタック化してあり、端板２０により締結してある（電力の取り出し用電極や回路は図示せず）。酸化ガスは、フィルターや湿度調整部等と接続した酸化ガス入口管２１により酸化ガス入口マニホールド１５に接続し、酸化ガス出口マニホールド１６には酸化ガス出口管２２により酸化ガス送風機２３に接続してある。また、燃料ガスは、燃料タンク、改資器や湿度調整部等と接続した燃料ガス入口管２４により燃料ガス入口マニホールド１７に接続し、燃料ガス出口マニホールド１８には燃料ガス出口管２５により燃料ガス送風機２６に接続してある。
【００２５】
以上のように構成された固体高分子型燃料電池について、以下その動作、作用を説明する。酸化ガスは、酸化ガス送風機２３を動作させることにより、フィルターや湿度調整部等で調整された後、酸化ガス入口管２１から積層発電セル１９の酸化ガス入口マニホールド１５からはいりセパレータ１３の流路溝１４を流れた後、酸化ガス出口マニホールド１６から酸化ガス出口管２２を通り酸化ガス送風機２３から外部に流れる。同時に、燃料ガス送風機２６を動作させることにより、燃料ガスは、燃料タンク、改資器や湿度調整部等から燃料ガス入口管２４を通り、積層発電セル１９の燃料ガス入口マニホールド１７からはいりセパレータ１３の流路溝１４を流れた後、燃料ガス出口マニホールド１８から燃料ガス出口管２５を通り燃料ガス送風機２６から外部に放出する。放出する酸化ガス、燃料ガスは、熱交換器、加湿交換器等に連結して、その熱、湿度、未分解ガス等再度利用しても良い。燃料ガスが流路溝１４を流れる時、ガス拡散電極に拡散して電気化学反応を行い、水となり順次質量を減じながら酸化ガス出口マニホールド１６に至り排出される。
【００２６】
そして、酸化ガス送風機２３と燃料ガス送風機２６は、セパレータ１３に対してガス流れの後流に位置しているため、セパレータ１３の流れ圧損を生じ入口マニホールド１５，１７の静圧より出口マニホールド１６，１８の静圧を低くして構成する。これによって、燃料ガス、酸化ガスの入口マニホールド１５，１７の静圧より出口マニホールド１６，１８の静圧を低くして流路溝内の静圧を低くし、生成した水をガスの状態で流路溝を流して排出する事ができる。
【００２７】
すなわち、水素と酸素から水を生成する電気化学反応のエネルギーを電気量に変換する時、カソード側に生成した水は、固体高分子電解質膜１１で気体の状態で発生し、拡散層１２を移動する中で飽和蒸気圧以上になると、この余分な水蒸気は熱を放散しながら液化する。固体高分子型燃料電池が動作温度の８０℃における水の飽和水蒸気圧は、３５５．２６ｍｍＨｇである。通常の流路溝の静圧は７６０ｍｍＨｇとガスを流す為の加圧の和となるが、流路溝１４内の静圧を低くすると、この低くなった静圧の分に相当する水蒸気圧の水分がガスの状態で流路溝１４を流れ、残りの水は液の状態で流路溝に流れガスと混合してスタックの外へ放出する。このため、流路溝１４内の液の状態である水量が減らすことが可能となる。さらに、流路溝１４内の静圧を低くして、流路溝１４の静圧が水の飽和水蒸気圧は、３５５．２６ｍｍＨｇと同じになると、生成した水は液化する事無く全てがガスの状態で流路溝１４を流れフラッディングを発生することはない。このことにより、フラッディングを防止して信頼性を高めた固体高分子型燃料電池とすることが出来る。
【００２８】
また、生成した水が液化せずにガスの状態で排出することは、液化時熱を放出することが無く、排出する水のエンタルピが大きいため燃料電池を冷却できる。燃料電池は水素と酸素から水を生成する電気化学反応のエネルギーを電気量に変換するが、効率が１００％でなく一部は熱エネルギーとして発生する。固体高分子電解質膜１１は高温になると電気変換率の低下や材料劣化による信頼性の低下を生じ、これを防止するため、空気や水を流して冷却している。流路溝１４の静圧を低下して水をガスの状態で多くの熱をともに排出する事により、冷却能力が少なくて済み、冷却に必要な補機の動力が低減できシステム全体の効率が向上できる。また、固体高分子電解質膜１１は発生した水の液化で加熱されることが無く、熱放散がスムーズとなり、過熱されることが無く、耐久信頼性の向上と全体の電気変換エネルギー効率を高めることができる。
【００２９】
そして、酸化ガスの酸化ガス入口マニホールド１５の静圧より酸化ガス出口マニホールド１６の静圧を低くしたことにより、生成した水を気体ガスの状態で流路溝１４を流して排出する事ができる。すなわち、水素と酸素から水を生成する電気化学反応のエネルギーを電気量に変換する時、生成した水はカソード側に発生する。このカソード側すなわち、酸化ガス側の静圧を低くして生成した水を気体の状態で放出できるため、フラッディングを発生せず安定した運転を確保できる。また、酸化ガスの酸化ガス入口マニホールド１５の静圧より酸化ガス出口マニホールド１６の静圧を低くしたことにより、流路溝１４の静圧は低く設定したことになり、同じ露点温度の酸化ガスを導入しても、水分がより蒸気化するため相対湿度は高くなり、固体高分子電解質膜１１の加湿をより確実に確保でき、固体高分子電解質膜１１のプロトン伝導性能の向上による高効率化と、固体高分子電解質膜１１の渇きによる劣化を防止し耐久性が向上する。
【００３０】
また、固体高分子型燃料電池の燃料ガスまたは酸化ガスを流す動力となる酸化ガス送風機２３または燃料ガス送風機２６は出口マニホールド１６，１８に酸化ガス出口管２２または燃料ガス出口管２５で連結して構成したことにより、酸化ガス送風機２３または燃料ガス送風機２６の動力によって、酸化ガスまたは燃料ガスをそれぞれの入口マニホールド１５，１７から出口マニホールド１６，１８に導き流路溝１４を形成したセパレータ１３を流すとき、各流れ圧損抵抗により、出口マニホールド１６，１８の静圧が最も低くなる。そのため、流路溝１４から出口マニホールド１６，１８では水分が蒸気となる分が多く出来、フラッディングを生じなく運転範囲が広く使用性能が向上する。
【００３１】
（実施例２）
図４は、本発明の第２の実施例における固体高分子型燃料電池のセパレータの構成を示す。実施例１と異なるところは、セパレータ１３の酸化ガス入口マニホールド１５から流路溝１４の入口には、流路溝１４の断面積より狭い極狭部２７を構成してある。このことにより、流路溝１４から酸化ガス出口マニホールド１６に至る部分の静圧をさらに低く設定できる。このため、水分が蒸気となる分を自由に調節設定でき、流路溝１４が水により閉塞するフラッディングを防止し正常な運転を維持することが可能となり使用性能が向上できる。
【００３２】
そして、酸化ガス入口マニホールド１５から流路溝１４の入口に設けた流路溝１４の断面積より狭い極狭部２７を可動としたことにより（図に示していないが、極狭部２１をセパレータ１３と別体可動とする構成はいろいろ容易に考えられる。例えば外部からネジ形状で気密を保ちながら回転で上下する）、フラッディングの程度に合わせて流路溝から出口マニホールド１６，１８の静圧を増減する設定を自由にできるため、水分が蒸気となる分を自由に調節設定でき、このため、流路が水により閉塞するフラッディングを防止し正常な運転を維持することが可能となり使用性能が向上できる。また、運転中、拡散層１２の濡れ性の変化等特性が変化した場合も、スタックを分解することなく、この極狭部２７を可動してフラッディングを防止でき、耐久信頼性が向上できる。
【００３３】
また、流路溝１４の経路途中に、流路溝１４の他の部分の断面積より狭い極狭部Ｂ２８を構成してある。このことにより、水分が多くフラッディングの発生する域であるこの極狭部Ｂ２８から後流の流路溝１４と酸化ガス出口マニホールド１６の静圧をさらに低く設定できるため、水分が蒸気となる分を自由に調節設定でき、このため、流路が水により閉塞するフラッディングを防止し正常な運転を維持することが可能となり使用性能が向上できる。また、ガス量を極狭部Ｂ２８で自由に設定できるため、実使用条件に合わせて最適に調節が可能であり、システムの信頼性が向上し、耐久信頼性の向上と全体の電気変換エネルギー効率を高めることができ、流路の設計自由度が向上し、加工も容易で安価となる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、固体高分子型燃料電池において、固体高分子電解質膜を挟持する一対のガス拡散電極と、ガス拡散電極のおのおのの面に燃料ガスと酸化ガスをそれぞれの入口マニホールドから出口マニホールドに導く流路溝を形成したセパレータより構成し、燃料ガスと酸化ガス少なくとも一方の入口マニホールドの静圧より出口マニホールドの静圧を低くして構成したことにより、生成した水をガスの状態で流路溝を流して排出する事ができる。このことにより、フラッディングを防止して信頼性を高めた固体高分子型燃料電池とすることが出来る。
【００３５】
また、生成した水が液化せずにガスの状態で排出することは、液化時熱を放出することが無く、排出する水のエンタルピーが大きいため燃料電池を冷却できため、冷却能力が少なくて済み、冷却に必要な補機の動力が低減できシステム全体の効率が向上できる。また、固体高分子電解質膜は、熱放散がスムーズとなり、過熱されることが無く、耐久信頼性の向上と全体の電気変換エネルギー効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における固体高分子型燃料電池を示す全体構成図
【図２】本発明の第１の実施例における固体高分子型燃料電池のセパレータの構成図
【図３】本発明の第１の実施例における固体高分子型燃料電池の断面図
【図４】本発明の第２の実施例における固体高分子型燃料電池のセパレータの構成図
【図５】従来の固体高分子型燃料電池を示す全体構成図
【符号の説明】
１１  固体高分子電解質膜
１２  拡散層
１３  セパレータ
１４  流路溝
１５  酸化ガス入口マニホールド（入口マニホールド）
１６  酸化ガス出口マニホールド（出口マニホールド）
１７  燃料ガス入口マニホールド（入口マニホールド）
１８  燃料ガス出口マニホールド（出口マニホールド）
２３  酸化ガス送風機（送風機）
２６  燃料ガス送風機（送風機）
２７  極狭部
２８  極狭部Ｂ
【図１】
2004265815.tif 000003
【図２】
2004265815.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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