(57)【要約】【課題】各セパレータから単位燃料電池セルの燃料極及び酸化剤極で発生した生成物をより効果的に排出することができる燃料電池用マニホールド構造体及びこの燃料電池用マニホールド構造体を備えた燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池１０は、燃料電池スタック２０を、電極板２１，２１を介して、一対のエンドプレート２２Ａ，２２Ｂで挟持するように構成されており、エンドプレート２２Ａ，２２Ｂには、燃料電池１０の外部から燃料が供給される燃料供給通路２５、セパレータ４０から生成物及び燃料が排出される燃料排出通路２６、燃料電池１０の外部から酸化剤が供給される酸化剤供給通路２７、セパレータ４０から生成物及び酸化剤が排出される酸化剤排出通路２８が形成されている。そして、燃料電池スタック２０に含まれる各セパレータ４０には、各通路２５〜２８にそれぞれ連通して接続されるインナーチューブ（燃料電池用マニホールド構造体）３０が取り付けられている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して複数個積層させた単位燃料電池セルを、一対のエンドプレートで挟持して構成される燃料電池であって、
前記エンドプレートの挟持面には、外部から燃料が供給される燃料供給通路、外部から酸化剤が供給される酸化剤供給通路、燃料電池から生成物と燃料を排出する燃料排出通路及び燃料電池から生成物と酸化剤を排出する酸化剤排出通路が形成され、
前記セパレータにおける前記単位燃料電池セルの燃料極側の表面には、前記燃料供給通路及び前記燃料排出通路にそれぞれ連通して接続される燃料供給管及び燃料排出管が取り付けられ、
前記セパレータにおける前記単位燃料電池セルの酸化剤極側の表面には、前記酸化剤供給通路及び前記酸化剤排出通路にそれぞれ連通して接続される酸化剤供給管及び酸化剤排出管が取り付けられ、
前記燃料供給管及び前記燃料排出管によって前記セパレータ毎に燃料の供給と、生成物及び燃料の排出を行い、前記酸化剤供給管及び前記酸化剤排出管によって前記セパレータ毎に酸化剤の供給と、生成物及び酸化剤の排出を行うように構成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料供給管、前記燃料排出管、前記酸化剤供給管及び前記酸化剤排出管の一端には、その一部が前記各供給排出管の内部に形成された供給排出孔と連続するように切欠された鍔部が形成されており、前記セパレータの表面には、前記鍔部の形状に形成された嵌合溝が、前記セパレータの表面に形成される燃料供給流路又は酸化剤供給流路と連続して形成されており、前記鍔部を前記嵌合溝に嵌合させることによって前記各供給排出管を前記セパレータの表面に取り付けることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記嵌合溝には、前記セパレータの一方の表面側に取り付けられた前記各供給排出管の本体部を前記セパレータの他方の表面側に挿通させるための挿通孔が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記嵌合溝は、他のセパレータの嵌合溝と位置が重ならないように、セパレータ毎に互いに位置をずらして形成されており、前記セパレータの表面には、他のセパレータに取り付けられた前記各供給排出管の本体部を貫通させるための貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に係り、特に、燃料及び酸化剤を供給又は排出するマニホールド構造が内部に設けられた内部マニホールド型のマニホールド構造を備え、液体燃料を各単位セルの燃料極に直接供給するように構成された燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発電技術の分野では、燃料と酸化剤との化学反応による化学反応エネルギーを電気化学エネルギーとして直接的に取り出す装置である燃料電池の開発が活発になっている。燃料電池は、外部より供給される水素を含有する燃料と、酸素を含有する酸化剤とを触媒作用によって反応させて発電を行うものである。この燃料電池は、従来の他の発電システムと比較して、（１）発電効率（エネルギー変換効率）が高く、生成されるエネルギーに対する二酸化炭素の排出量が少ない、（２）内燃機関のように大気汚染の原因となるＮＯｘやＳＯｘを排出しない、（３）内燃機関と比較して振動や騒音などが少ない、等の利点を有している。
【０００３】
前記燃料電池には、電解質の種類により様々なタイプのものがあるが、最近では、電解質として導電性の固体高分子膜を用いる高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）の開発が進められている。この高分子電解質形燃料電池は、高出力密度を具現化でき、また、小型軽量化を可能にするため、コジェネレーションシステムや自動車等の動力源への適用が期待されている。
【０００４】
以下、図９及び図１０を参照して、従来の燃料電池を説明する。参照する図面において、図９は、従来の一例の高分子電解質形燃料電池に含まれる単位燃料電池セル（以下、単に「単位セル」という）５０の構成を分解して示す斜視図である。また、図１０は、図９に示す単位セル５０を、ガスケット６０及びセパレータ７０を介して複数個積層させて構成される燃料電池スタック８０を示す斜視図である。
【０００５】
図９に示すように、高分子電解質形燃料電池の単位セル５０は、水素イオンを選択的に通過させる電解質膜５１の両側の反応面５１ａ，５１ｂに、触媒層である燃料極５２，酸化剤極５３をそれぞれ形成し、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ）として構成されており、単位セル５０の両側の面には、ガスケット６０を介して、複数の単位セル５０を電気的に直列接続するための導電性材料から形成されるセパレータ７０がそれぞれ配置されている。このセパレータ７０は、各単位セル５０に燃料及び酸化剤を供給又は排出する役割を兼ねており、単位セル５０の燃料極５２側の表面には外部から供給された燃料を燃料極５２に供給するための溝状の燃料供給流路７１が形成されており、単位セル５０の酸化剤極５３側の表面には外部から供給された酸化剤を酸化剤極５３に供給するための溝状の酸化剤供給流路（図示せず）が形成されている。
【０００６】
以上のように構成された単位セル５０は、外部から供給された燃料を燃料極５２でイオン化し、燃料極５２で生じた電子を外部に接続された回路を通して酸化剤極５３に受け渡すことにより発電を行う。燃料極５２でイオン化された水素イオンは、電解質膜５１を通過して酸化剤極５３に到達し、酸化剤極５３で酸素と反応して水を生成する。
【０００７】
そして、図１０に示すように、一対のエンドプレート８１，８１間に、膜・電極接合体（ＭＥＡ）である単位セル５０を、ガスケット６０及びセパレータ７０を介して交互に積層することによって、燃料電池スタック８０が構成される。このように、複数個の単位セル５０を直列に接続することにより、高い出力（電圧）を得ることができる。
【０００８】
ここでは、図１０のように構成された燃料電池スタック８０の各セパレータ７０に燃料及び酸化剤を供給又は排出する流路を有する構造をマニホールド構造という。このマニホールド構造には、前記流路を各単位セル５０、ガスケット６０及びセパレータ７０を貫通するように形成した内部マニホールド型と、各セパレータ７０の側面に箱状の流路を取り付けた外部マニホールド型とがある。なお、例えば、燃料にメタノール（ＣＨ３ＯＨ）を用いる場合は、メタノールを燃料電池スタック８０の外部に設けた図示しない改質器において水素リッチなガスに改質した後に、この水素リッチなガスを、前記マニホールド構造からセパレータ７０を介して各単位セル５０に供給している。
【０００９】
図１１は、内部マニホールド型のマニホールド構造９０の構造を分解して示す斜視図である。図１１に示すように、内部マニホールド型のマニホールド構造９０は、単位セル５０、ガスケット６０及びセパレータ７０の周縁部に、燃料供給孔９１、酸化剤供給孔９２、燃料排出孔９３及び酸化剤排出孔９４がそれぞれ設けられており、単位セル５０とセパレータ７０を、ガスケット６０を介して積層した際に、前記燃料供給孔９１、酸化剤供給孔９２、燃料排出孔９３及び酸化剤排出孔９４で、燃料供給通路９５、酸化剤供給通路９６、燃料排出通路９７及び酸化剤排出通路９８をそれぞれ形成している。
【００１０】
そして、発電時には、燃料は燃料供給通路９５から各セパレータ７０に分配して供給され、酸化剤は酸化剤供給通路９６から各セパレータ７０に分配して供給される。また、燃料極５２で発生した生成物及び各セパレータ７０に過剰に供給された燃料は、燃料排出通路９７から集合されて排出され、酸化剤極５３で発生した生成物及び各セパレータ７０に過剰に供給された酸化剤は、酸化剤排出通路９８から集合させて排出される。
【００１１】
そして、近年では、燃料を前記改質器で水素に改質することなく、メタノール、エタノール、水素化ホウ素錯化合物等の液体燃料を、各単位セルの燃料極に直接供給するように構成した燃料電池の開発が進められている。このように構成された燃料電池（以下、「ダイレクト形燃料電池」という）は、前記改質器を必要としないため、（１）エネルギー変換効率を高めることができる、（２）この燃料電池を用いた装置全体の小型化を図ることができる、等の利点を有している。
【００１２】
このダイレクト形燃料電池は、燃料を液体で燃料極に直接供給すること以外は、前記従来の一例の高分子電解質形燃料電池とほぼ同様に構成することができる。例えば、燃料に、水素化ホウ素錯化合物である水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を用いる場合は、燃料極では、外部から燃料として水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）が溶解した水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液が供給されると、下記の式（１）に示すように、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とが触媒作用により反応して、酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、電子（ｅ−）が生成する。燃料極で生成したナトリウムイオン（Ｎａ＋）は、電解質膜を透過して酸化剤極に移動し、電子は外部に接続された回路を通して酸化剤極に受け渡される。
【００１３】
ＮａＢＨ４＋８ＮａＯＨ→ＮａＢＯ２＋６Ｈ２Ｏ＋８Ｎａ＋＋８ｅ−……（１）
【００１４】
そして、酸化剤極では、下記の式（２）に示すように、外部に接続された回路を通して電子が受け渡され、外部から酸化剤として供給された酸素（Ｏ２）及び水（Ｈ２Ｏ）と、燃料極から移動してきたナトリウムイオン（Ｎａ＋）とが触媒作用により反応して水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を生成する。
【００１５】
２Ｏ２＋４Ｈ２Ｏ＋８Ｎａ＋＋８ｅ−→８ＮａＯＨ……（２）
【００１６】
したがって、ダイレクト形燃料電池の全体の反応としては、下記の式（３）に示すように、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）が酸素（Ｏ２）と反応して、酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）が生成する反応が生じる。
【００１７】
ＮａＢＨ４＋２Ｏ２→ＮａＢＯ２＋２Ｈ２Ｏ……（３）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したようなダイレクト形燃料電池では、例えば、燃料に水素化ホウ素錯化合物である水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を用いた場合は、燃料極で酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）が発生するため、その酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）が燃料極の機能を阻害し、出力電圧が低下するという問題があった。特に、マニホールド構造を前記内部マニホールド型とする場合は、単位セルの燃料極で発生した酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）が各セパレータの内部に滞留すると燃料電池の出力電圧が低下しやすくなる。
【００１９】
前記問題点を解決するために、本発明は、内部マニホールド型のマニホールド構造を備え、液体燃料を各単位セルの燃料極に直接供給するように構成された燃料電池において、各セパレータから燃料極及び酸化剤極で発生した生成物をより効果的に排出することができる燃料電池を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の燃料電池は、セパレータを介して複数個積層させた単位燃料電池セルを、一対のエンドプレートで挟持して構成される燃料電池であって、前記エンドプレートの挟持面には、外部から燃料が供給される燃料供給通路、外部から酸化剤が供給される酸化剤供給通路、燃料電池から生成物と燃料を排出する燃料排出通路及び燃料電池から生成物と酸化剤を排出する酸化剤排出通路が形成され、前記セパレータにおける前記単位燃料電池セルの燃料極側の表面には、前記燃料供給通路及び前記燃料排出通路にそれぞれ連通して接続される燃料供給管及び燃料排出管が取り付けられ、前記セパレータにおける前記単位燃料電池セルの酸化剤極側の表面には、前記酸化剤供給通路及び前記酸化剤排出通路にそれぞれ連通して接続される酸化剤供給管及び酸化剤排出管が取り付けられ、前記燃料供給管及び前記燃料排出管によって前記セパレータ毎に燃料の供給と、生成物及び燃料の排出を行い、前記酸化剤供給管及び前記酸化剤排出管によって前記セパレータ毎に酸化剤の供給と、生成物及び酸化剤の排出を行うように構成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１に記載の燃料電池によれば、セパレータにおける単位燃料電池セルの燃料極側の表面に取り付けられた燃料供給管及び燃料排出管によって、セパレータ毎に燃料の供給と、生成物及び燃料の排出を行うことができる。また、セパレータにおける単位燃料電池セルの酸化剤極側の表面に取り付けられた酸化剤供給管及び酸化剤排出管によって、セパレータ毎に酸化剤の供給と、生成物及び酸化剤の排出を行うことができる。
【００２２】
また、請求項２に記載の燃料電池は、請求項１に記載の燃料電池において、前記燃料供給管、前記燃料排出管、前記酸化剤供給管及び前記酸化剤排出管の一端には、その一部が前記各供給排出管の内部に形成された供給排出孔と連続するように切欠された鍔部が形成されており、前記セパレータの表面には、前記鍔部の形状に形成された嵌合溝が、前記セパレータの表面に形成される燃料供給流路又は酸化剤供給流路と連続して形成されており、前記鍔部を前記嵌合溝に嵌合させることによって前記各供給排出管を前記セパレータの表面に取り付けることを特徴とする。
【００２３】
請求項２に記載の燃料電池によれば、各供給排出管の鍔部を、セパレータの嵌合溝に嵌合させることによって、供給排出管をセパレータの表面に取り付けることができる。したがって、セパレータの表面への各供給排出管の取り付けが容易になる。
【００２４】
また、請求項３に記載の燃料電池は、請求項２に記載の燃料電池において、前記嵌合溝には、前記セパレータの一方の表面側に取り付けられた前記各供給排出管の本体部を前記セパレータの他方の表面側に挿通させるための挿通孔が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項３に記載の燃料電池によれば、セパレータ毎に、一方の側から燃料の供給と、生成物及び燃料の排出を行うことができる。また、セパレータ毎に、一方の側から酸化剤の供給と、生成物及び酸化剤の排出を行うことができる。したがって、セパレータへの燃料及び酸化剤の供給と、生成物、燃料及び酸化剤の排出を、１つのエンドプレートによって行うことができるので、燃料電池の小型化を実現することができる。
【００２６】
また、請求項４に記載の燃料電池は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記嵌合溝は、他のセパレータの嵌合溝と位置が重ならないように、セパレータ毎に互いに位置をずらして形成されており、前記セパレータの表面には、他のセパレータに取り付けられた前記各供給排出管の本体部を貫通させるための貫通孔が形成されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項４に記載の燃料電池によれば、セパレータの表面に形成された貫通孔によって、他のセパレータに取り付けられた各供給排出管の本体部を貫通させることができる。したがって、各セパレータに各供給排出管が取り付けられた状態で複数のセパレータを積層させて単位燃料電池セルを構成することができるので、燃料電池の小型化を実現することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施の形態では、各単位セルの燃料極に直接供給される液体燃料に、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）が溶解した水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液（以下、単に「水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液」という）を用いる場合を想定している。液体燃料に水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液を用いる場合は、［従来の技術］の欄で説明したように、各単位セルの燃料極では酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）と水が生成し、酸化剤極では水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が生成する。
【００２９】
まず、本発明に係る燃料電池１０の構成を、図１〜図３を参照しながら説明する。参照する図面において、図１は、本発明に係る燃料電池１０の構成を分解して示す斜視図である。また、図２は、本発明に係る燃料電池１０の外観を示す斜視図である。また、図３は、本発明に係る燃料電池１０に含まれる燃料電池セル２０の構成を分解して示す斜視図である。なお、図３では、２個のセパレータ４０Ａ，４０Ｂ間に配置された単位セル５０及びガスケット２３，２３を図示している。
【００３０】
図１及び図２に示すように、本発明に係る燃料電池１０は、燃料電池セル２０を、電極板２１，２１を介して、一対のエンドプレート２２Ａ，２２Ｂで挟持するように構成されている。そして、燃料電池セル２０は、単位セル５０をガスケット２３（図３参照）及びセパレータ４０を介して複数個積層させて構成されている。また、図３に示すように、この燃料電池セル２０に含まれる各セパレータ４０の表面には、複数のインナーチューブ３０Ａ〜３０Ｄが取り付けられている。なお、単位セル５０の各部の構成は、［従来の技術］の欄で説明した従来の燃料電池の単位セル５０と同様とすることができるので、ここではその説明を省略する。
【００３１】
エンドプレート２２Ａ，２２Ｂには、燃料電池１０の外部から燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）が供給される燃料供給通路２５、セパレータ４０から生成物及び燃料が排出される燃料排出通路２６、燃料電池１０の外部から酸化剤（酸素、水）が供給される酸化剤供給通路２７、セパレータ４０から生成物及び酸化剤が排出される酸化剤排出通路２８がそれぞれ５つづつ形成されている。なお、図１及び図２では、各通路２６〜２８における燃料電池１０の外部側に継手を取り付けた状態を示している。
【００３２】
本実施の形態では、燃料電池セル２０は、１０個の単位セル５０と、１１個のセパレータ４０を含んで構成されており、エンドプレート２２Ａ側に配置された５個のセパレータ４０にはエンドプレート２２Ａに形成された各通路２６〜２８によって燃料又は酸化剤の供給又は排出が行われ、エンドプレート２２Ｂ側に配置される５個のセパレータ４０にはエンドプレート２２Ｂに形成された各通路２６〜２８によって燃料又は酸化剤の供給又は排出が行われる。また、エンドプレート２２Ａとエンドプレート２２Ｂの中間に配置されたセパレータ４０には、一方のエンドプレート２２によって燃料の供給又は排出が行われ、他方のエンドプレート２２によって酸化剤の供給又は排出が行われる。
【００３３】
インナーチューブ３０は、［特許請求の範囲］の欄における各供給排出管（燃料供給管、燃料排出管、酸化剤供給管、酸化剤排出管）に相当する。インナーチューブ３０は、発電時に、エンドプレート２２に形成された燃料供給通路２５又は酸化剤供給通路２７（図１参照）から各セパレータ４０に燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）又は酸化剤（酸素、水）を供給するためのものである。また、インナーチューブ３０は、発電時に、各セパレータ４０から単位セル５０の燃料極５２（図３参照）で生成した生成物（酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）、水）、単位セル５０の酸化剤極５３（図３参照）で生成した生成物（水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））及びセパレータ４０に過剰に供給された燃料又は酸化剤をエンドプレート２２に形成された燃料排出通路２６又は酸化剤排出通路２８（図１参照）に排出するためのものである。
【００３４】
また、燃料電池セル２０をエンドプレート２２Ａ，２２Ｂで挟持する際は、燃料電池セル２０に含まれる単位セル５０、セパレータ４０及びガスケット２３は、それぞれの４隅に形成された貫通孔５０ａ、４０ａ、２３ａ（図３参照）に挿通されるボルト２４（図２参照）によって、エンドプレート２２Ａ，２２Ｂに適当な面圧で締め付けて固定される。
【００３５】
なお、詳細については後述するが、燃料電池セル２０は、複数の種類のセパレータ４０を備えて構成されており、セパレータ４０に取り付けられるインナーチューブ３０の種類、セパレータ４０に取り付けられるインナーチューブ３０の数及びインナーチューブ３０がセパレータ４０に取り付けられる位置は、セパレータ４０の種類によってそれぞれ異なる。
【００３６】
次に、本発明に係る燃料電池１０に含まれるインナーチューブ３０の構成を、図４及び図５を参照しながら説明する。参照する図面において、図４は、本発明に係る燃料電池１０に含まれるインナーチューブ３０の外観を示す斜視図であり、（ａ）は本体部３１の先端３１ａ側から見た図であり、（ｂ）は本体部３１の後端３１ｂ側から見た図である。また、図５は、インナーチューブ３０の鍔部３３とセパレータ４０の嵌合溝４３との嵌合を説明するための斜視図である。なお、図５では、インナーチューブ３０を、セパレータ４０における単位セルの燃料極側の表面４０ｂに取り付ける場合を示している。
【００３７】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、インナーチューブ３０の本体部３１は円筒状に形成されており、本体部３１の内部には、セパレータ４０に燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）又は酸化剤（酸素、水）を供給又は排出するための供給排出孔３２が形成されている。そして、本体部３１の後端３１ｂには、インナーチューブ３０をセパレータ４０に取り付けるための鍔部３３が形成されている。
【００３８】
また、鍔部３３の一部には、供給排出孔３２と連続するように切欠された切欠部３４が形成されており、図５に示すように、鍔部３３をセパレータ４０の嵌合溝４３に嵌合させてインナーチューブ３０をセパレータ４０に取り付けた際は、インナーチューブ３０の供給排出孔３２は切欠部３４によってセパレータ４０の燃料供給流路４１又は酸化剤供給流路４２に連通される。なお、鍔部３３は接着等により嵌合溝４３に固定される。
【００３９】
また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、鍔部３３の切欠部３４と反対側の側部３５は平坦状に形成されており、鍔部３３をセパレータ４０の嵌合溝４３に嵌合させた際は（図５参照）、その平坦状に形成された側部３５が嵌合溝４３の平坦状に形成された側部４３ａと係合することによって嵌合溝４３におけるインナーチューブ３０の鍔部３３の向き、即ち、切欠部３４の向きを決める。
【００４０】
なお、インナーチューブ３０の本体部３１の長さＬは、そのインナーチューブ３０が取り付けられるセパレータ４０の種類によってそれぞれ異なり、エンドプレート２２に形成された各通路（燃料供給通路２５、酸化剤供給通路２７、燃料排出通路２６、酸化剤排出通路２８（図１参照））と接続することができる長さにそれぞれ設定されている。
【００４１】
また、セパレータ４０に取り付けられるインナーチューブ３０の数はセパレータ４０の種類によってそれぞれ異なり、最も外側、即ち、最もエンドプレート２２Ａ，２２Ｂ（図１参照）の側に配置されるセパレータ４０には、インナーチューブ３０は２つ取り付けられ、他のセパレータ４０には、インナーチューブ３０は４つ取り付けられる。
【００４２】
次に、本発明に係る燃料電池１０に含まれるセパレータ４０の構成を、図６を参照しながら説明する。参照する図面において、図６は、本発明に係る燃料電池１０に含まれるセパレータ４０の外観を示す斜視図であり、（ａ）は単位セルの燃料極側から見た図であり、（ｂ）は単位セルの酸化剤極側から見た図である。
【００４３】
図６（ａ）に示すように、セパレータ４０における単位セルの燃料極側の表面４０ｂには、インナーチューブ３０の供給排出孔３２（図４（ａ），（ｂ）参照）から供給された燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）を、セパレータ４０の表面４０ｂ上に分散させて流す溝状の細長い燃料供給流路４１が形成されている。この燃料供給流路４１は、連続してコの字状に折り曲げた形状に形成されており、燃料供給流路４１上を流れる燃料を、単位セル５０の燃料極５２（図３参照）に接触させて供給している。
【００４４】
また、図６（ｂ）に示すように、セパレータ４０における単位セルの酸化剤極側の表面４０ｃには、インナーチューブ３０の供給排出孔３２（図４（ａ），（ｂ）参照）から供給された酸化剤（酸素、水）を、セパレータ４０の表面４０ｃ上に分散させて流す溝状の細長い酸化剤供給流路４２が形成されている。この酸化剤供給流路４２は、前記した燃料供給流路４１と同様に、連続してコの字状に折り曲げた形状に形成されており、酸化剤供給流路４２上を流れる酸化剤を、単位セル５０の酸化剤極５３（図３参照）に接触させて供給している。
【００４５】
なお、表面４０ｂに形成される燃料供給流路４１（図６（ａ）参照）と、表面４０ｃに形成される酸化剤供給流路４２（図６（ｂ）参照）は、互いに直交する方向に形成されている。また、燃料電池セル２０の最も外側、即ち、最もエンドプレート２２Ａ，２２Ｂ（図１参照）の側に配置されるセパレータ４０では、エンドプレート２２Ａ，２２Ｂ側の面には燃料供給流路４１又は酸化剤供給流路４２は形成されない。
【００４６】
そして、図６（ａ），（ｂ）に示すように、セパレータ４０の表面４０ｂ及び表面４０ｃの周縁部には、インナーチューブ３０の鍔部３３（図４（ａ），（ｂ）参照）が嵌合される嵌合溝４３が複数形成されている。図６（ａ），（ｂ）に示すセパレータ４０では、単位セルの燃料極側の表面４０ｂに嵌合溝４３Ａ，４３Ｂが形成されており、単位セルの酸化剤極側の表面４０ｃに嵌合溝４３Ｃ，４３Ｄが形成されている。
【００４７】
嵌合溝４３Ａ〜４３Ｄは、インナーチューブ３０の鍔部３３（図４参照）の形状に形成されており、表面４０ｂでは、嵌合溝４３Ａは燃料供給流路４１の始端４１ａと連続して形成されており、嵌合溝４３Ｂは燃料供給流路４１の終端４１ｂと連続して形成されている。また、表面４０ｃでは、嵌合溝４３Ｃは酸化剤供給流路４２の始端４２ａと連続して形成されており、嵌合溝４３Ｄは酸化剤供給流路４２の終端４２ｂと連続して形成されている。また、嵌合溝４３Ｃ，４３Ｄには、インナーチューブ３０の本体部３１（図４参照）を表面４０ｂ側に挿通させるための挿通孔４３ｂが形成されている。
【００４８】
なお、嵌合溝４３の数及び形成される位置は、セパレータ４０の種類によってそれぞれ異なる。具体的には、そのセパレータ４０にインナーチューブ３０が４つ取り付けられる場合は、嵌合溝４３は、表面４０ｂ及び表面４０ｃの周縁部に２つづつ形成される。また、そのセパレータ４０にインナーチューブ３０が２つ取り付けられる場合は、嵌合溝４３は、表面４０ｂ又は表面４０ｃの周縁部に２つ形成される。また、嵌合溝４３は、他のセパレータ４０における嵌合溝４３と位置が重ならないように、セパレータ４０毎に互いに位置を適宜ずらして形成される。
【００４９】
また、図６（ａ），（ｂ）に示すように、セパレータ４０の四方の周縁部には、他のセパレータ４０に取り付けられたインナーチューブ３０の本体部３１を貫通させるための貫通孔４４が複数形成されている。図６（ａ），（ｂ）に示すセパレータ４０では、貫通孔４４は、セパレータ４０の幅方向（図中の左右方向）に５つづつ、高さ方向（図中の上下方向）に４つづつの計１８個が形成されている。なお、貫通孔４４が形成される位置は、セパレータ４０の種類に応じて適宜設定される。また、貫通孔４４は、他のセパレータ４０に取り付けられるインナーチューブ３０の数だけ設けられる。
【００５０】
次に、図４に示すインナーチューブ３０を図６に示すセパレータ４０に取り付けた状態を、図７を参照しながら説明する。参照する図面において、図７は、インナーチューブ３０をセパレータ４０に取り付けた状態を示す斜視図であり、（ａ）は単位セルの燃料極側から見た図であり、（ｂ）は単位セルの酸化剤極側から見た図である。
【００５１】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、インナーチューブ３０Ａ〜３０Ｄは、それぞれの鍔部３３をセパレータ４０の表面４０ｂ及び表面４０ｃに形成された嵌合溝４３Ａ〜４３Ｄに嵌合させることによってセパレータ４０に取り付けられる。なお、インナーチューブ３０Ｃ，３０Ｄを、表面４０ｃに形成された嵌合溝４３Ｃ，４３Ｄに取り付ける際は、インナーチューブ３０の本体部３１（図４（ａ），（ｂ）参照）を嵌合溝４３Ｃ，４３Ｄに形成された挿通孔４３ｂ，４３ｂに挿通させてから、鍔部３３を嵌合溝４３Ｃ，４３Ｄに嵌合させる。
【００５２】
次に、インナーチューブ３０によってセパレータ４０に燃料又は酸化剤を供給又は排出する方法を、図８を参照しながら説明する。参照する図面において、図８は、セパレータ４０Ａ，４０Ｂにインナーチューブ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを取り付けた状態を模式的に示す断面図である。なお、図８は、単位セル５０の燃料極側５０ａに配置されるセパレータ４０Ｂと、単位セル５０の酸化剤極側５０ｂに配置されるセパレータ４０Ａに、燃料又は酸化剤を供給又は排出する状態を示したものである。また、図８では、単位セル５０の燃料極側５０ａ及び酸化剤極側５０ｂに配置されるガスケット２３，２３（図３参照）の表示は省略している。
【００５３】
図８に示すように、セパレータ４０Ｂにおける単位セル５０の燃料極側５０ａの表面４０ｂには、燃料供給用のインナーチューブ３０Ａと、燃料排出用のインナーチューブ３０Ｂが取り付けられている。また、セパレータ４０Ａにおける単位セル５０の酸化剤極側５０ｂの表面４０ｃには、酸化剤供給用のインナーチューブ３０Ｃと、酸化剤排出用のインナーチューブ３０Ｄが取り付けられている。なお、図８では、図示していないが、インナーチューブ３０Ａ〜３０Ｄの本体部３１の先端３１ａ（図４参照）は、エンドプレート２２に形成された燃料供給通路２５、燃料排出通路２６、酸化剤供給通路２７、酸化剤排出通路２８（図１参照）にそれぞれ接続されている。
【００５４】
セパレータ４０Ｂに燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）を供給する際は、セパレータ４０Ｂの表面４０ｂに取り付けられたインナーチューブ３０Ａによって、燃料がエンドプレート２２に形成された燃料供給通路２５（図１参照）からセパレータ４０Ｂの表面４０ｂに形成された燃料供給流路４１に供給される。そして、単位セル５０の燃料極５２（図３参照）で生成された生成物（酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）、水）と、燃料供給流路４１に過剰に供給された燃料は、セパレータ４０Ｂの表面４０ｂに取り付けられたインナーチューブ３０Ｂによって、燃料供給流路４１からエンドプレート２２に形成された燃料排出通路２６（図１参照）に排出される。
【００５５】
また、セパレータ４０Ａに酸化剤（酸素、水）を供給する際は、セパレータ４０Ａの表面４０ｃに取り付けられたインナーチューブ３０Ｃによって、酸化剤がエンドプレート２２に形成された酸化剤供給通路２７（図１参照）からセパレータ４０Ａの表面４０ｃに形成された酸化剤供給流路４２に供給される。そして、単位セル５０の酸化剤極５３（図３参照）で生成された生成物（水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））と、酸化剤供給流路４２に過剰に供給された酸化剤は、セパレータ４０Ａの表面４０ｃに取り付けられたインナーチューブ３０Ｄによって、酸化剤供給流路４２からエンドプレート２２に形成された酸化剤排出通路２８（図１参照）に排出される。
【００５６】
以上のようにして、インナーチューブ３０Ａ，３０Ｃによって、セパレータ４０Ａ，４０Ｂに燃料又酸化剤を供給することができる。また、インナーチューブ３０Ｂ，３０Ｄによって、セパレータ４０Ａ，４０Ｂから単位セル５０の燃料極５２（図３参照）及び酸化剤極５３（図３参照）で生成された生成物と、セパレータ４０Ａ，４０Ｂに過剰に供給された燃料又は酸化剤を排出することができる。
【００５７】
次に、以上のように構成された燃料電池１０の動作について、主に図８を参照して説明する。なお、ここでは、一例として、図８に示すセパレータ４０Ａ，４０Ｂ間に配置された単位セル５０で発電が行われる場合について説明するが、他のセパレータ４０間に位置された単位セル５０で発電が行われる場合についても、図８の場合と同様である。
【００５８】
まず、発電時には、エンドプレート２２に形成された燃料供給通路２５（図１参照）からインナーチューブ３０Ａの供給排出孔３２に、燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）が供給される。また、エンドプレート２２に形成された酸化剤供給通路２７（図１参照）から、インナーチューブ３０Ｃの供給排出孔３２に、酸化剤（酸素、水）が供給される。
【００５９】
続いて、インナーチューブ３０Ａの供給排出孔３２に供給された燃料は、供給排出孔３２からセパレータ４０Ｂの燃料供給流路４１に供給される。また、インナーチューブ３０Ｃの供給排出孔３２に供給された酸化剤は、供給排出孔３２からセパレータ４０Ａの酸化剤供給流路４２に供給される。
【００６０】
セパレータ４０Ｂの燃料供給流路４１から単位セル５０の燃料極５２（図３参照）に燃料として水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）が溶解した水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）が供給されると、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とが触媒作用により反応して、酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）、水、ナトリウムイオン、電子が生成する。燃料極５２（図３参照）で生成したナトリウムイオンは、電解質膜５１（図１３参照）を透過して酸化剤極に移動し、電子は外部に接続された回路（図示せず）を通して酸化剤極５３（図３参照）に受け渡される。
【００６１】
また、単位セル５０の酸化剤極５３（図３参照）では、セパレータ４０から酸化剤として供給された酸素及び水と、燃料極５２（図３参照）から移動してきたナトリウムイオンとが触媒作用により反応して水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を生成する。
【００６２】
そして、単位セル５０の燃料極５２で生成された生成物（酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）、水）と、燃料極５２に過剰に供給された燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）は、セパレータ４０Ｂの燃料供給流路４１から、インナーチューブ３０Ｂの供給排出孔３２を通ってエンドプレート２２に形成された燃料排出通路２６（図１参照）に排出される。
【００６３】
また、単位セル５０の酸化剤極５３（図３参照）で生成された生成物（水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））と、酸化剤極５３に過剰に供給された酸化剤（酸素、水）は、セパレータ４０Ａの酸化剤供給流路４２から、インナーチューブ３０Ｄの供給排出孔３２を通ってエンドプレート２２に形成された酸化剤排出通路２８に排出される。
【００６４】
以上のようにして、本発明に係る燃料電池１０によれば、発電時に、燃料電池セル２０に含まれるセパレータ４０毎に、燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）及び酸化剤（酸素、水）を供給することができる。また、セパレータ４０毎に、単位セル５０の燃料極５２（図３参照）及び酸化剤極（図３参照）で生成された生成物（酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）、水、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））と、セパレータ４０の燃料供給流路４１又は酸化剤供給流路４２に過剰に供給された燃料又は酸化剤を排出することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて、種々の変形が可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、内部マニホールド型のマニホールド構造を備え、液体燃料を燃料極に直接供給するように構成された燃料電池において、各セパレータから燃料極及び酸化剤極で発生した生成物をより効果的に排出することができる燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池１０の構成を分解して示す斜視図である。
【図２】本発明に係る燃料電池１０の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る燃料電池１０に含まれる燃料電池セル２０の構成を分解して示す斜視図である。
【図４】本発明に係る燃料電池１０に含まれるインナーチューブ３０の外観を示す斜視図であり、（ａ）は本体部３１の先端３１ａ側から見た図であり、（ｂ）は本体部３１の後端３１ｂ側から見た図である。
【図５】インナーチューブ３０の鍔部３３とセパレータ４０の嵌合溝４３との嵌合を説明するための斜視図である。
【図６】本発明に係る燃料電池１０に含まれるセパレータ４０の外観を示す斜視図であり、（ａ）は単位セルの燃料極側から見た図であり、（ｂ）は単位セルの酸化剤極側から見た図である。
【図７】インナーチューブ３０をセパレータ４０に取り付けた状態を示す斜視図であり、（ａ）は単位セルの燃料極側から見た図であり、（ｂ）は単位セルの酸化剤極側から見た図である。
【図８】セパレータ４０Ａ，４０Ｂにインナーチューブ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを取り付けた状態を模式的に示す断面図である。
【図９】従来の一例の高分子電解質形燃料電池に含まれる単位燃料電池セル（単位セル）５０の構成を分解して示す斜視図である。
【図１０】単位セル５０を、ガスケット６０及びセパレータ７０を介して複数個積層させて構成される燃料電池スタック８０を示す斜視図である。
【図１１】内部マニホールド型のマニホールド構造９０の構造を分解して示す斜視図である。
【符号の説明】
１０　　燃料電池
２０　　燃料電池スタック
２１　　電極板
２２Ａ，２２Ｂ　　エンドプレート
２５　　燃料供給通路
２６　　燃料排出通路
２７　　酸化剤供給通路
２８　　酸化剤排出通路
３０　　インナーチューブ
４０　　セパレータ
５０　　単位燃料電池セル（単位セル）
【図１】
2004071415.tif 000003
【図２】
2004071415.tif 000004
【図３】
2004071415.tif 000005
【図４】
2004071415.tif 000006
【図５】
2004071415.tif 000007
【図６】
2004071415.tif 000008
【図７】
2004071415.tif 000009
【図８】
2004071415.tif 000010
【図９】
2004071415.tif 000011
【図１０】
2004071415.tif 000012
【図１１】
2004071415.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成14年9月10日(2002.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【特許請求の範囲】
【請求項１】高分子電解質膜を燃料極と酸化剤極とで挟んで構成される単位燃料電池セルを、セパレータを介して複数個積層させた燃料電池セルの内部に、前記単位燃料電池セル及び前記セパレータを貫通するように設置され、前記セパレータ毎に燃料及び酸化剤を供給し、前記セパレータ毎に廃液を排出するための燃料電池用マニホールド構造体であって、
前記セパレータの前記燃料極側の面には、前記セパレータの表面に形成されている燃料供給流路に燃料を供給する燃料供給管と、前記燃料供給流路から廃液を排出する燃料排出管とが取り付けられ、
前記セパレータの前記酸化剤極側の面には、前記セパレータの表面に形成されている酸化剤供給流路に酸化剤を供給する酸化剤供給管と、前記酸化剤供給流路から廃液を排出する酸化剤排出管とが取り付けられることを特徴とする燃料電池用マニホールド構造体。
【請求項２】前記燃料供給管、前記燃料排出管、前記酸化剤供給管及び前記酸化剤排出管の一端には、その一部が前記各供給排出管の内部に形成された供給排出孔と連続するように切欠された鍔部が形成されており、
前記セパレータの表面には、前記鍔部の形状に形成された嵌合溝が、前記燃料供給流路又は前記酸化剤供給流路と連続して形成されており、
前記鍔部を前記嵌合溝に嵌合させることによって前記各供給排出管を前記セパレータの表面に取り付けることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用マニホールド構造体。
【請求項３】前記嵌合溝には、前記セパレータの一方の表面側に取り付けられた前記各供給排出管の本体部を前記セパレータの他方の表面側に挿通させるための挿通孔が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用マニホールド構造体。
【請求項４】前記嵌合溝は、他のセパレータの嵌合溝と位置が重ならないように、セパレータ毎に互いに位置をずらして形成されており、前記セパレータの表面には、他のセパレータに取り付けられた前記各供給排出管の本体部を貫通させるための貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の燃料電池用マニホールド構造体。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池用マニホールド構造体を備えた燃料電池であって、
前記燃料電池セルを挟持するエンドプレートの挟持面には、外部から燃料が供給される燃料供給通路、外部から酸化剤が供給される酸化剤供給通路、前記燃料電池セルから廃液を排出する燃料排出通路及び前記燃料電池セルから廃液を排出する酸化剤排出通路が形成されており、
前記燃料供給通路は、前記燃料供給管と連通して接続され、
前記酸化剤供給通路は、前記酸化剤供給管と連通して接続され、
前記燃料排出通路は、前記燃料排出管と連通して接続され、
前記酸化剤排出通路は、前記酸化剤排出管と連通して接続されることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用マニホールド構造体及び燃料電池に係り、特に、液体燃料を各単位セルの燃料極に直接供給するように構成された燃料電池に適用される内部マニホールド型の燃料電池用マニホールド構造体及びこの燃料電池用マニホールド構造体を備えた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発電技術の分野では、燃料と酸化剤との化学反応による化学反応エネルギーを電気化学エネルギーとして直接的に取り出す装置である燃料電池の開発が活発になっている。燃料電池は、外部より供給される水素を含有する燃料と、酸素を含有する酸化剤とを触媒作用によって反応させて発電を行うものである。この燃料電池は、従来の他の発電システムと比較して、（１）発電効率（エネルギー変換効率）が高く、生成されるエネルギーに対する二酸化炭素の排出量が少ない、（２）内燃機関のように大気汚染の原因となるＮＯｘやＳＯｘを排出しない、（３）内燃機関と比較して振動や騒音などが少ない、等の利点を有している。
【０００３】
前記燃料電池には、電解質の種類により様々なタイプのものがあるが、最近では、電解質として導電性の固体高分子膜を用いる高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）の開発が進められている。この高分子電解質形燃料電池は、高出力密度を具現化でき、また、小型軽量化を可能にするため、コジェネレーションシステムや自動車等の動力源への適用が期待されている。
【０００４】
以下、図９及び図１０を参照して、従来の燃料電池を説明する。参照する図面において、図９は、従来の一例の高分子電解質形燃料電池に含まれる単位燃料電池セル（以下、単に「単位セル」という）５０の構成を分解して示す斜視図である。また、図１０は、図９に示す単位セル５０を、ガスケット６０及びセパレータ７０を介して複数個積層させて構成される燃料電池スタック８０を示す斜視図である。
【０００５】
図９に示すように、高分子電解質形燃料電池の単位セル５０は、水素イオンを選択的に通過させる電解質膜５１の両側の反応面５１ａ，５１ｂに、触媒層である燃料極５２，酸化剤極５３をそれぞれ形成し、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ）として構成されており、単位セル５０の両側の面には、ガスケット６０を介して、複数の単位セル５０を電気的に直列接続するための導電性材料から形成されるセパレータ７０がそれぞれ配置されている。このセパレータ７０は、各単位セル５０に燃料及び酸化剤を供給又は排出する役割を兼ねており、単位セル５０の燃料極５２側の表面には外部から供給された燃料を燃料極５２に供給するための溝状の燃料供給流路７１が形成されており、単位セル５０の酸化剤極５３側の表面には外部から供給された酸化剤を酸化剤極５３に供給するための溝状の酸化剤供給流路（図示せず）が形成されている。
【０００６】
以上のように構成された単位セル５０は、外部から供給された燃料を燃料極５２でイオン化し、燃料極５２で生じた電子を外部に接続された回路を通して酸化剤極５３に受け渡すことにより発電を行う。燃料極５２でイオン化された水素イオンは、電解質膜５１を通過して酸化剤極５３に到達し、酸化剤極５３で酸素と反応して水を生成する。
【０００７】
そして、図１０に示すように、一対のエンドプレート８１，８１間に、膜・電極接合体（ＭＥＡ）である単位セル５０を、ガスケット６０及びセパレータ７０を介して交互に積層することによって、燃料電池スタック８０が構成される。このように、複数個の単位セル５０を直列に接続することにより、高い出力（電圧）を得ることができる。
【０００８】
ここでは、図１０のように構成された燃料電池スタック８０の各セパレータ７０に燃料及び酸化剤を供給又は排出する流路を有する構造をマニホールド構造という。このマニホールド構造には、前記流路を各単位セル５０、ガスケット６０及びセパレータ７０を貫通するように形成した内部マニホールド型と、各セパレータ７０の側面に箱状の流路を取り付けた外部マニホールド型とがある。なお、例えば、燃料にメタノール（ＣＨ３ＯＨ）を用いる場合は、メタノールを燃料電池スタック８０の外部に設けた図示しない改質器において水素リッチなガスに改質した後に、この水素リッチなガスを、前記マニホールド構造からセパレータ７０を介して各単位セル５０に供給している。
【０００９】
図１１は、内部マニホールド型のマニホールド構造９０の構造を分解して示す斜視図である。図１１に示すように、内部マニホールド型のマニホールド構造９０は、単位セル５０、ガスケット６０及びセパレータ７０の周縁部に、燃料供給孔９１、酸化剤供給孔９２、燃料排出孔９３及び酸化剤排出孔９４がそれぞれ設けられており、単位セル５０とセパレータ７０を、ガスケット６０を介して積層した際に、前記燃料供給孔９１、酸化剤供給孔９２、燃料排出孔９３及び酸化剤排出孔９４で、燃料供給通路９５、酸化剤供給通路９６、燃料排出通路９７及び酸化剤排出通路９８をそれぞれ形成している。
【００１０】
そして、発電時には、燃料は燃料供給通路９５から各セパレータ７０に分配して供給され、酸化剤は酸化剤供給通路９６から各セパレータ７０に分配して供給される。また、燃料極５２で発生した生成物及び各セパレータ７０に過剰に供給された燃料は、燃料排出通路９７から集合されて排出され、酸化剤極５３で発生した生成物及び各セパレータ７０に過剰に供給された酸化剤は、酸化剤排出通路９８から集合させて排出される。
【００１１】
そして、近年では、燃料を前記改質器で水素に改質することなく、メタノール、エタノール、水素化ホウ素錯化合物等の液体燃料を、各単位セルの燃料極に直接供給するように構成した燃料電池の開発が進められている。このように構成された燃料電池（以下、「ダイレクト形燃料電池」という）は、前記改質器を必要としないため、（１）エネルギー変換効率を高めることができる、（２）この燃料電池を用いた装置全体の小型化を図ることができる、等の利点を有している。
【００１２】
このダイレクト形燃料電池は、燃料を液体で燃料極に直接供給すること以外は、前記従来の一例の高分子電解質形燃料電池とほぼ同様に構成することができる。例えば、燃料に、水素化ホウ素錯化合物である水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を用いる場合は、燃料極では、外部から燃料として水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）が溶解した水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液が供給されると、下記の式（１）に示すように、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とが触媒作用により反応して、酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、電子（ｅ−）が生成する。燃料極で生成したナトリウムイオン（Ｎａ＋）は、電解質膜を透過して酸化剤極に移動し、電子は外部に接続された回路を通して酸化剤極に受け渡される。
【００１３】
ＮａＢＨ４＋８ＮａＯＨ→ＮａＢＯ２＋６Ｈ２Ｏ＋８Ｎａ＋＋８ｅ−……（１）
【００１４】
そして、酸化剤極では、下記の式（２）に示すように、外部に接続された回路を通して電子が受け渡され、外部から酸化剤として供給された酸素（Ｏ２）及び水（Ｈ２Ｏ）と、燃料極から移動してきたナトリウムイオン（Ｎａ＋）とが触媒作用により反応して水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を生成する。
【００１５】
２Ｏ２＋４Ｈ２Ｏ＋８Ｎａ＋＋８ｅ−→８ＮａＯＨ……（２）
【００１６】
したがって、ダイレクト形燃料電池の全体の反応としては、下記の式（３）に示すように、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）が酸素（Ｏ２）と反応して、酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）が生成する反応が生じる。
【００１７】
ＮａＢＨ４＋２Ｏ２→ＮａＢＯ２＋２Ｈ２Ｏ……（３）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したようなダイレクト形燃料電池では、例えば、燃料に水素化ホウ素錯化合物である水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を用いた場合は、燃料極で酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）が発生するため、その酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）が燃料極の機能を阻害し、出力電圧が低下するという問題があった。特に、マニホールド構造を前記内部マニホールド型とする場合は、単位セルの燃料極で発生した酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）が各セパレータの内部に滞留すると燃料電池の出力電圧が低下しやすくなる。
【００１９】
前記問題点を解決するために、本発明は、各セパレータから単位燃料電池セルの燃料極及び酸化剤極で発生した生成物をより効果的に排出することができる燃料電池用マニホールド構造体及びこの燃料電池用マニホールド構造体を備えた燃料電池を提供することを目的とする。また、本発明の燃料電池用マニホールド構造体は、液体燃料を各単位セルの燃料極に直接供給するように構成された燃料電池に適用されることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の燃料電池用マニホールド構造体は、高分子電解質膜を燃料極と酸化剤極とで挟んで構成される単位燃料電池セルを、セパレータを介して複数個積層させた燃料電池セルの内部に、前記単位燃料電池セル及び前記セパレータを貫通するように設置され、前記セパレータ毎に燃料及び酸化剤を供給し、前記セパレータ毎に廃液を排出するための燃料電池用マニホールド構造体であって、前記セパレータの前記燃料極側の面には、前記セパレータの表面に形成されている燃料供給流路に燃料を供給する燃料供給管と、前記燃料供給流路から廃液を排出する燃料排出管とが取り付けられ、前記セパレータの前記酸化剤極側の面には、前記セパレータの表面に形成されている酸化剤供給流路に酸化剤を供給する酸化剤供給管と、前記酸化剤供給流路から廃液を排出する酸化剤排出管とが取り付けられることを特徴とする。
【００２１】
請求項１に記載の燃料電池用マニホールド構造体によれば、セパレータの燃料極側の表面に取り付けられた燃料供給管と燃料排出管とによって、セパレータ毎に燃料の供給と廃液（燃料極で発生した生成物と燃料極に過剰に供給された燃料）の排出を行うことができる。また、セパレータの酸化剤極側の表面に取り付けられた酸化剤供給管と酸化剤排出管とによって、セパレータ毎に酸化剤の供給と廃液（酸化剤極で発生した生成物と酸化剤極に過剰に供給された酸化剤）の排出を行うことができる。
【００２２】
また、請求項２に記載の燃料電池用マニホールド構造体は、請求項１に記載の燃料電池用マニホールド構造体において、前記燃料供給管、前記燃料排出管、前記酸化剤供給管及び前記酸化剤排出管の一端には、その一部が前記各供給排出管の内部に形成された供給排出孔と連続するように切欠された鍔部が形成されており、前記セパレータの表面には、前記鍔部の形状に形成された嵌合溝が、前記燃料供給流路又は前記酸化剤供給流路と連続して形成されており、前記鍔部を前記嵌合溝に嵌合させることによって前記各供給排出管を前記セパレータの表面に取り付けることを特徴とする。
【００２３】
請求項２に記載の燃料電池用マニホールド構造体によれば、各供給排出管の鍔部を、セパレータの嵌合溝に嵌合させることによって、各供給排出管をセパレータの表面に取り付けることができる。したがって、セパレータの表面への各供給排出管の取り付けが容易になる。
【００２４】
また、請求項３に記載の燃料電池用マニホールド構造体は、請求項２に記載の燃料電池用マニホールド構造体において、前記嵌合溝には、前記セパレータの一方の表面側に取り付けられた前記各供給排出管の本体部を前記セパレータの他方の表面側に挿通させるための挿通孔が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項３に記載の燃料電池用マニホールド構造体によれば、燃料電池セルの一方の側から各セパレータに燃料及び酸化剤の供給と廃液の排出を行うことができる。したがって、この燃料電池用マニホールド構造体が内部に設置された燃料電池セルの小型化を実現することができる。
【００２６】
また、請求項４に記載の燃料電池用マニホールド構造体は、請求項２又は請求項３に記載の燃料電池用マニホールド構造体において、前記嵌合溝は、他のセパレータの嵌合溝と位置が重ならないように、セパレータ毎に互いに位置をずらして形成されており、前記セパレータの表面には、他のセパレータに取り付けられた前記各供給排出管の本体部を貫通させるための貫通孔が形成されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項４に記載の燃料電池用マニホールド構造体によれば、セパレータの表面に形成された貫通孔によって、他のセパレータに取り付けられた各供給排出管の本体部を貫通させることができる。したがって、この燃料電池用マニホールド構造体が内部に設置された燃料電池セルの小型化を実現することができる。
【００２８】
また、請求項５に記載の燃料電池は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池用マニホールド構造体を備えた燃料電池であって、前記燃料電池セルを挟持するエンドプレートの挟持面には、外部から燃料が供給される燃料供給通路、外部から酸化剤が供給される酸化剤供給通路、前記燃料電池セルから廃液を排出する燃料排出通路及び前記燃料電池セルから廃液を排出する酸化剤排出通路が形成されており、前記燃料供給通路は、前記燃料供給管と連通して接続され、前記酸化剤供給通路は、前記酸化剤供給管と連通して接続され、前記燃料排出通路は、前記燃料排出管と連通して接続され、前記酸化剤排出通路は、前記酸化剤排出管と連通して接続されることを特徴とする。
【００２９】
請求項５に記載の燃料電池によれば、セパレータにおける単位燃料電池セルの燃料極側の表面に取り付けられた燃料供給管及び燃料排出管によって、セパレータ毎に燃料の供給と廃液（燃料極で発生した生成物と燃料極に過剰に供給された燃料）の排出を行うことができる。また、セパレータにおける単位燃料電池セルの酸化剤極側の表面に取り付けられた酸化剤供給管及び酸化剤排出管によって、セパレータ毎に酸化剤の供給と廃液（酸化剤極で発生した生成物と酸化剤極に過剰に供給された酸化剤）の排出を行うことができる。したがって、各セパレータから単位燃料電池セルの燃料極及び酸化剤極で発生した生成物をより効果的に排出することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施の形態では、各単位セルの燃料極に直接供給される液体燃料に、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）が溶解した水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液（以下、単に「水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液」という）を用いる場合を想定している。液体燃料に水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液を用いる場合は、［従来の技術］の欄で説明したように、各単位セルの燃料極では酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）と水が生成し、酸化剤極では水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が生成する。
【００３１】
まず、本発明に係る燃料電池１０の構成を、図１〜図３を参照しながら説明する。参照する図面において、図１は、本発明に係る燃料電池１０の構成を分解して示す斜視図である。また、図２は、本発明に係る燃料電池１０の外観を示す斜視図である。また、図３は、本発明に係る燃料電池１０に含まれる燃料電池セル２０の構成を分解して示す斜視図である。なお、図３では、２個のセパレータ４０Ａ，４０Ｂ間に配置された単位セル５０及びガスケット２３，２３を図示している。
【００３２】
図１及び図２に示すように、本発明に係る燃料電池１０は、燃料電池セル２０を、電極板２１，２１を介して、一対のエンドプレート２２Ａ，２２Ｂで挟持するように構成されている。そして、燃料電池セル２０は、単位セル５０をガスケット２３（図３参照）及びセパレータ４０を介して複数個積層させて構成されている。また、図３に示すように、この燃料電池セル２０に含まれる各セパレータ４０の表面には、複数のインナーチューブ３０Ａ〜３０Ｄが取り付けられている。なお、単位セル５０の各部の構成は、［従来の技術］の欄で説明した従来の燃料電池の単位セル５０と同様とすることができるので、ここではその説明を省略する。
【００３３】
エンドプレート２２Ａ，２２Ｂには、燃料電池１０の外部から燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）が供給される燃料供給通路２５、セパレータ４０から生成物及び燃料が排出される燃料排出通路２６、燃料電池１０の外部から酸化剤（酸素、水）が供給される酸化剤供給通路２７、セパレータ４０から生成物及び酸化剤が排出される酸化剤排出通路２８がそれぞれ５つづつ形成されている。なお、図１及び図２では、各通路２６〜２８における燃料電池１０の外部側に継手を取り付けた状態を示している。
【００３４】
本実施の形態では、燃料電池セル２０は、１０個の単位セル５０と、１１個のセパレータ４０を含んで構成されており、エンドプレート２２Ａ側に配置された５個のセパレータ４０にはエンドプレート２２Ａに形成された各通路２６〜２８によって燃料又は酸化剤の供給又は排出が行われ、エンドプレート２２Ｂ側に配置される５個のセパレータ４０にはエンドプレート２２Ｂに形成された各通路２６〜２８によって燃料又は酸化剤の供給又は排出が行われる。また、エンドプレート２２Ａとエンドプレート２２Ｂの中間に配置されたセパレータ４０には、一方のエンドプレート２２によって燃料の供給又は排出が行われ、他方のエンドプレート２２によって酸化剤の供給又は排出が行われる。
【００３５】
インナーチューブ３０は、［特許請求の範囲］の欄における燃料電池用マニホールド構造体に相当する。インナーチューブ３０は、発電時に、エンドプレート２２に形成された燃料供給通路２５又は酸化剤供給通路２７（図１参照）から各セパレータ４０に燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）又は酸化剤（酸素、水）を供給するためのものである。また、インナーチューブ３０は、発電時に、各セパレータ４０から単位セル５０の燃料極５２（図３参照）で生成した生成物（酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）、水）、単位セル５０の酸化剤極５３（図３参照）で生成した生成物（水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））及びセパレータ４０に過剰に供給された燃料又は酸化剤をエンドプレート２２に形成された燃料排出通路２６又は酸化剤排出通路２８（図１参照）に排出するためのものである。
【００３６】
また、燃料電池セル２０をエンドプレート２２Ａ，２２Ｂで挟持する際は、燃料電池セル２０に含まれる単位セル５０、セパレータ４０及びガスケット２３は、それぞれの４隅に形成された貫通孔５０ａ、４０ａ、２３ａ（図３参照）に挿通されるボルト２４（図２参照）によって、エンドプレート２２Ａ，２２Ｂに適当な面圧で締め付けて固定される。
【００３７】
なお、詳細については後述するが、燃料電池セル２０は、複数の種類のセパレータ４０を備えて構成されており、セパレータ４０に取り付けられるインナーチューブ３０の種類、セパレータ４０に取り付けられるインナーチューブ３０の数及びインナーチューブ３０がセパレータ４０に取り付けられる位置は、セパレータ４０の種類によってそれぞれ異なる。
【００３８】
次に、本発明に係る燃料電池用マニホールド構造体であるインナーチューブ３０の構成を、図４及び図５を参照しながら説明する。このインナーチューブ３０は、［特許請求の範囲］の欄における各供給排出管（燃料供給管、燃料排出管、酸化剤供給管、酸化剤排出管）に相当する。参照する図面において、図４は、本発明に係る燃料電池用マニホールド構造体であるインナーチューブ３０の外観を示す斜視図であり、（ａ）は本体部３１の先端３１ａ側から見た図であり、（ｂ）は本体部３１の後端３１ｂ側から見た図である。また、図５は、インナーチューブ３０の鍔部３３とセパレータ４０の嵌合溝４３との嵌合を説明するための斜視図である。なお、図５では、インナーチューブ３０を、セパレータ４０における単位セルの燃料極側の表面４０ｂに取り付ける場合を示している。
【００３９】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、インナーチューブ３０の本体部３１は円筒状に形成されており、本体部３１の内部には、セパレータ４０に燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）又は酸化剤（酸素、水）を供給又は排出するための供給排出孔３２が形成されている。そして、本体部３１の後端３１ｂには、インナーチューブ３０をセパレータ４０に取り付けるための鍔部３３が形成されている。
【００４０】
また、鍔部３３の一部には、供給排出孔３２と連続するように切欠された切欠部３４が形成されており、図５に示すように、鍔部３３をセパレータ４０の嵌合溝４３に嵌合させてインナーチューブ３０をセパレータ４０に取り付けた際は、インナーチューブ３０の供給排出孔３２は切欠部３４によってセパレータ４０の燃料供給流路４１又は酸化剤供給流路４２に連通される。なお、鍔部３３は接着等により嵌合溝４３に固定される。
【００４１】
また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、鍔部３３の切欠部３４と反対側の側部３５は平坦状に形成されており、鍔部３３をセパレータ４０の嵌合溝４３に嵌合させた際は（図５参照）、その平坦状に形成された側部３５が嵌合溝４３の平坦状に形成された側部４３ａと係合することによって嵌合溝４３におけるインナーチューブ３０の鍔部３３の向き、即ち、切欠部３４の向きを決める。
【００４２】
なお、インナーチューブ３０の本体部３１の長さＬは、そのインナーチューブ３０が取り付けられるセパレータ４０の種類によってそれぞれ異なり、エンドプレート２２に形成された各通路（燃料供給通路２５、酸化剤供給通路２７、燃料排出通路２６、酸化剤排出通路２８（図１参照））と接続することができる長さにそれぞれ設定されている。
【００４３】
また、セパレータ４０に取り付けられるインナーチューブ３０の数はセパレータ４０の種類によってそれぞれ異なり、最も外側、即ち、最もエンドプレート２２Ａ，２２Ｂ（図１参照）の側に配置されるセパレータ４０には、インナーチューブ３０は２つ取り付けられ、他のセパレータ４０には、インナーチューブ３０は４つ取り付けられる。
【００４４】
次に、本発明に係る燃料電池１０に含まれるセパレータ４０の構成を、図６を参照しながら説明する。参照する図面において、図６は、本発明に係る燃料電池１０に含まれるセパレータ４０の外観を示す斜視図であり、（ａ）は単位セルの燃料極側から見た図であり、（ｂ）は単位セルの酸化剤極側から見た図である。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、セパレータ４０における単位セルの燃料極側の表面４０ｂには、インナーチューブ３０の供給排出孔３２（図４（ａ），（ｂ）参照）から供給された燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）を、セパレータ４０の表面４０ｂ上に分散させて流す溝状の細長い燃料供給流路４１が形成されている。この燃料供給流路４１は、連続してコの字状に折り曲げた形状に形成されており、燃料供給流路４１上を流れる燃料を、単位セル５０の燃料極５２（図３参照）に接触させて供給している。
【００４６】
また、図６（ｂ）に示すように、セパレータ４０における単位セルの酸化剤極側の表面４０ｃには、インナーチューブ３０の供給排出孔３２（図４（ａ），（ｂ）参照）から供給された酸化剤（酸素、水）を、セパレータ４０の表面４０ｃ上に分散させて流す溝状の細長い酸化剤供給流路４２が形成されている。この酸化剤供給流路４２は、前記した燃料供給流路４１と同様に、連続してコの字状に折り曲げた形状に形成されており、酸化剤供給流路４２上を流れる酸化剤を、単位セル５０の酸化剤極５３（図３参照）に接触させて供給している。
【００４７】
なお、表面４０ｂに形成される燃料供給流路４１（図６（ａ）参照）と、表面４０ｃに形成される酸化剤供給流路４２（図６（ｂ）参照）は、互いに直交する方向に形成されている。また、燃料電池セル２０の最も外側、即ち、最もエンドプレート２２Ａ，２２Ｂ（図１参照）の側に配置されるセパレータ４０では、エンドプレート２２Ａ，２２Ｂ側の面には燃料供給流路４１又は酸化剤供給流路４２は形成されない。
【００４８】
そして、図６（ａ），（ｂ）に示すように、セパレータ４０の表面４０ｂ及び表面４０ｃの周縁部には、インナーチューブ３０の鍔部３３（図４（ａ），（ｂ）参照）が嵌合される嵌合溝４３が複数形成されている。図６（ａ），（ｂ）に示すセパレータ４０では、単位セルの燃料極側の表面４０ｂに嵌合溝４３Ａ，４３Ｂが形成されており、単位セルの酸化剤極側の表面４０ｃに嵌合溝４３Ｃ，４３Ｄが形成されている。
【００４９】
嵌合溝４３Ａ〜４３Ｄは、インナーチューブ３０の鍔部３３（図４参照）の形状に形成されており、表面４０ｂでは、嵌合溝４３Ａは燃料供給流路４１の始端４１ａと連続して形成されており、嵌合溝４３Ｂは燃料供給流路４１の終端４１ｂと連続して形成されている。また、表面４０ｃでは、嵌合溝４３Ｃは酸化剤供給流路４２の始端４２ａと連続して形成されており、嵌合溝４３Ｄは酸化剤供給流路４２の終端４２ｂと連続して形成されている。また、嵌合溝４３Ｃ，４３Ｄには、インナーチューブ３０の本体部３１（図４参照）を表面４０ｂ側に挿通させるための挿通孔４３ｂが形成されている。
【００５０】
なお、嵌合溝４３の数及び形成される位置は、セパレータ４０の種類によってそれぞれ異なる。具体的には、そのセパレータ４０にインナーチューブ３０が４つ取り付けられる場合は、嵌合溝４３は、表面４０ｂ及び表面４０ｃの周縁部に２つづつ形成される。また、そのセパレータ４０にインナーチューブ３０が２つ取り付けられる場合は、嵌合溝４３は、表面４０ｂ又は表面４０ｃの周縁部に２つ形成される。また、嵌合溝４３は、他のセパレータ４０における嵌合溝４３と位置が重ならないように、セパレータ４０毎に互いに位置を適宜ずらして形成される。
【００５１】
また、図６（ａ），（ｂ）に示すように、セパレータ４０の四方の周縁部には、他のセパレータ４０に取り付けられたインナーチューブ３０の本体部３１を貫通させるための貫通孔４４が複数形成されている。図６（ａ），（ｂ）に示すセパレータ４０では、貫通孔４４は、セパレータ４０の幅方向（図中の左右方向）に５つづつ、高さ方向（図中の上下方向）に４つづつの計１８個が形成されている。なお、貫通孔４４が形成される位置は、セパレータ４０の種類に応じて適宜設定される。また、貫通孔４４は、他のセパレータ４０に取り付けられるインナーチューブ３０の数だけ設けられる。
【００５２】
次に、図４に示すインナーチューブ３０を図６に示すセパレータ４０に取り付けた状態を、図７を参照しながら説明する。参照する図面において、図７は、インナーチューブ３０をセパレータ４０に取り付けた状態を示す斜視図であり、（ａ）は単位セルの燃料極側から見た図であり、（ｂ）は単位セルの酸化剤極側から見た図である。
【００５３】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、インナーチューブ３０Ａ〜３０Ｄは、それぞれの鍔部３３をセパレータ４０の表面４０ｂ及び表面４０ｃに形成された嵌合溝４３Ａ〜４３Ｄに嵌合させることによってセパレータ４０に取り付けられる。なお、インナーチューブ３０Ｃ，３０Ｄを、表面４０ｃに形成された嵌合溝４３Ｃ，４３Ｄに取り付ける際は、インナーチューブ３０の本体部３１（図４（ａ），（ｂ）参照）を嵌合溝４３Ｃ，４３Ｄに形成された挿通孔４３ｂ，４３ｂに挿通させてから、鍔部３３を嵌合溝４３Ｃ，４３Ｄに嵌合させる。
【００５４】
次に、インナーチューブ３０によってセパレータ４０に燃料又は酸化剤を供給又は排出する方法を、図８を参照しながら説明する。参照する図面において、図８は、セパレータ４０Ａ，４０Ｂにインナーチューブ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを取り付けた状態を模式的に示す断面図である。なお、図８は、単位セル５０の燃料極側５０ａに配置されるセパレータ４０Ｂと、単位セル５０の酸化剤極側５０ｂに配置されるセパレータ４０Ａに、燃料又は酸化剤を供給又は排出する状態を示したものである。また、図８では、単位セル５０の燃料極側５０ａ及び酸化剤極側５０ｂに配置されるガスケット２３，２３（図３参照）の表示は省略している。
【００５５】
図８に示すように、セパレータ４０Ｂにおける単位セル５０の燃料極側５０ａの表面４０ｂには、燃料供給用のインナーチューブ３０Ａと、燃料排出用のインナーチューブ３０Ｂが取り付けられている。また、セパレータ４０Ａにおける単位セル５０の酸化剤極側５０ｂの表面４０ｃには、酸化剤供給用のインナーチューブ３０Ｃと、酸化剤排出用のインナーチューブ３０Ｄが取り付けられている。なお、図８では、図示していないが、インナーチューブ３０Ａ〜３０Ｄの本体部３１の先端３１ａ（図４参照）は、エンドプレート２２に形成された燃料供給通路２５、燃料排出通路２６、酸化剤供給通路２７、酸化剤排出通路２８（図１参照）にそれぞれ接続されている。
【００５６】
セパレータ４０Ｂに燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）を供給する際は、セパレータ４０Ｂの表面４０ｂに取り付けられたインナーチューブ３０Ａによって、燃料がエンドプレート２２に形成された燃料供給通路２５（図１参照）からセパレータ４０Ｂの表面４０ｂに形成された燃料供給流路４１に供給される。そして、単位セル５０の燃料極５２（図３参照）で生成された生成物（酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）、水）と、燃料供給流路４１に過剰に供給された燃料は、セパレータ４０Ｂの表面４０ｂに取り付けられたインナーチューブ３０Ｂによって、燃料供給流路４１からエンドプレート２２に形成された燃料排出通路２６（図１参照）に排出される。
【００５７】
また、セパレータ４０Ａに酸化剤（酸素、水）を供給する際は、セパレータ４０Ａの表面４０ｃに取り付けられたインナーチューブ３０Ｃによって、酸化剤がエンドプレート２２に形成された酸化剤供給通路２７（図１参照）からセパレータ４０Ａの表面４０ｃに形成された酸化剤供給流路４２に供給される。そして、単位セル５０の酸化剤極５３（図３参照）で生成された生成物（水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））と、酸化剤供給流路４２に過剰に供給された酸化剤は、セパレータ４０Ａの表面４０ｃに取り付けられたインナーチューブ３０Ｄによって、酸化剤供給流路４２からエンドプレート２２に形成された酸化剤排出通路２８（図１参照）に排出される。
【００５８】
以上のようにして、インナーチューブ３０Ａ，３０Ｃによって、セパレータ４０Ａ，４０Ｂに燃料又酸化剤を供給することができる。また、インナーチューブ３０Ｂ，３０Ｄによって、セパレータ４０Ａ，４０Ｂから単位セル５０の燃料極５２（図３参照）及び酸化剤極５３（図３参照）で生成された生成物と、セパレータ４０Ａ，４０Ｂに過剰に供給された燃料又は酸化剤を排出することができる。
【００５９】
次に、以上のように構成された燃料電池１０の動作について、主に図８を参照して説明する。なお、ここでは、一例として、図８に示すセパレータ４０Ａ，４０Ｂ間に配置された単位セル５０で発電が行われる場合について説明するが、他のセパレータ４０間に位置された単位セル５０で発電が行われる場合についても、図８の場合と同様である。
【００６０】
まず、発電時には、エンドプレート２２に形成された燃料供給通路２５（図１参照）からインナーチューブ３０Ａの供給排出孔３２に、燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）が供給される。また、エンドプレート２２に形成された酸化剤供給通路２７（図１参照）から、インナーチューブ３０Ｃの供給排出孔３２に、酸化剤（酸素、水）が供給される。
【００６１】
続いて、インナーチューブ３０Ａの供給排出孔３２に供給された燃料は、供給排出孔３２からセパレータ４０Ｂの燃料供給流路４１に供給される。また、インナーチューブ３０Ｃの供給排出孔３２に供給された酸化剤は、供給排出孔３２からセパレータ４０Ａの酸化剤供給流路４２に供給される。
【００６２】
セパレータ４０Ｂの燃料供給流路４１から単位セル５０の燃料極５２（図３参照）に燃料として水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）が溶解した水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）が供給されると、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とが触媒作用により反応して、酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）、水、ナトリウムイオン、電子が生成する。燃料極５２（図３参照）で生成したナトリウムイオンは、電解質膜５１（図１３参照）を透過して酸化剤極に移動し、電子は外部に接続された回路（図示せず）を通して酸化剤極５３（図３参照）に受け渡される。
【００６３】
また、単位セル５０の酸化剤極５３（図３参照）では、セパレータ４０から酸化剤として供給された酸素及び水と、燃料極５２（図３参照）から移動してきたナトリウムイオンとが触媒作用により反応して水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を生成する。
【００６４】
そして、単位セル５０の燃料極５２で生成された生成物（酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）、水）と、燃料極５２に過剰に供給された燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）は、セパレータ４０Ｂの燃料供給流路４１から、インナーチューブ３０Ｂの供給排出孔３２を通ってエンドプレート２２に形成された燃料排出通路２６（図１参照）に排出される。
【００６５】
また、単位セル５０の酸化剤極５３（図３参照）で生成された生成物（水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））と、酸化剤極５３に過剰に供給された酸化剤（酸素、水）は、セパレータ４０Ａの酸化剤供給流路４２から、インナーチューブ３０Ｄの供給排出孔３２を通ってエンドプレート２２に形成された酸化剤排出通路２８に排出される。
【００６６】
以上のようにして、本発明に係る燃料電池１０によれば、発電時に、燃料電池セル２０に含まれるセパレータ４０毎に、燃料（水素化ホウ素ナトリウム含有水溶液）及び酸化剤（酸素、水）を供給することができる。また、セパレータ４０毎に、単位セル５０の燃料極５２（図３参照）及び酸化剤極（図３参照）で生成された生成物（酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＯ２）、水、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））と、セパレータ４０の燃料供給流路４１又は酸化剤供給流路４２に過剰に供給された燃料又は酸化剤を排出することができる。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて、種々の変形が可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、各セパレータから単位燃料電池セルの燃料極及び酸化剤極で発生した生成物をより効果的に排出することができる燃料電池用マニホールド構造体及びこの燃料電池用マニホールド構造体を備えた燃料電池を提供することができる。また、本発明の燃料電池用マニホールド構造体を、液体燃料を各単位セルの燃料極に直接供給するように構成された燃料電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池１０の構成を分解して示す斜視図である。
【図２】本発明に係る燃料電池１０の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る燃料電池１０に含まれる燃料電池セル２０の構成を分解して示す斜視図である。
【図４】本発明に係る燃料電池用マニホールド構造体であるインナーチューブ３０の外観を示す斜視図であり、（ａ）は本体部３１の先端３１ａ側から見た図であり、（ｂ）は本体部３１の後端３１ｂ側から見た図である。
【図５】インナーチューブ３０の鍔部３３とセパレータ４０の嵌合溝４３との嵌合を説明するための斜視図である。
【図６】本発明に係る燃料電池１０に含まれるセパレータ４０の外観を示す斜視図であり、（ａ）は単位セルの燃料極側から見た図であり、（ｂ）は単位セルの酸化剤極側から見た図である。
【図７】インナーチューブ３０をセパレータ４０に取り付けた状態を示す斜視図であり、（ａ）は単位セルの燃料極側から見た図であり、（ｂ）は単位セルの酸化剤極側から見た図である。
【図８】セパレータ４０Ａ，４０Ｂにインナーチューブ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを取り付けた状態を模式的に示す断面図である。
【図９】従来の一例の高分子電解質形燃料電池に含まれる単位燃料電池セル（単位セル）５０の構成を分解して示す斜視図である。
【図１０】単位セル５０を、ガスケット６０及びセパレータ７０を介して複数個積層させて構成される燃料電池スタック８０を示す斜視図である。
【図１１】内部マニホールド型のマニホールド構造９０の構造を分解して示す斜視図である。
【符号の説明】
１０　　燃料電池
２０　　燃料電池スタック
２１　　電極板
２２Ａ，２２Ｂ　　エンドプレート
２５　　燃料供給通路
２６　　燃料排出通路
２７　　酸化剤供給通路
２８　　酸化剤排出通路
３０　　インナーチューブ（燃料電池用マニホールド構造体）
４０　　セパレータ
５０　　単位燃料電池セル（単位セル）