(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質を挟んで一側に燃料電極を配置し、他側に酸化剤電極を配置するとともに、各電極の外側にセパレータを配置した単位セルを軸方向に沿って列状に配置して単位セル積層体に構成した燃料電池積層構造体において、前記単位セル積層体を上流側単位セル積層体と下流側単位セル積層体とに区分けし、区分けした前記上流側単位セル積層体と前記下流側単位セル積層体とのそれぞれを筒状のケーシングに収容して区画する隔離板を備えるとともに、前記上流側単位セル積層体および下流側単位セル積層体のそれぞれの縁端側の両側に前記ケーシングの軸線と平行に入口側マニホールドと出口側マニホールドとを備え、
隔離板は、上流側単位セル積層体の出口側マニホールドと下流側単位セル積層体の入口側マニホールドとを連通させる通路孔を備え、カーボン材およびカーボン粉末に樹脂を加えた混合材のうち、いずれか一方で作製したことを特徴とする燃料電池積層構造体。
【請求項２】
固体高分子電解質を挟んで一側に燃料電極を配置し、他側に酸化剤電極を配置するとともに、各電極の外側にセパレータを配置した単位セルを軸方向に沿って列状に配置して単位セル積層体に構成した燃料電池積層構造体において、前記単位セル積層体を上流側単位セル積層体と下流側単位セル積層体とに区分けし、区分けした前記上流側単位セル積層体と前記下流側単位セル積層体とのそれぞれを筒状のケーシングに収容して区画する隔離板を備えるとともに、前記上流側単位セル積層体および下流側単位セル積層体のそれぞれの縁端側の両側に前記ケーシングの軸線と平行に入口側マニホールドと出口側マニホールドとを備え、
隔離板は、上流側単位セル積層体の出口側マニホールドと下流側単位セル積層体の入口側マニホールドとを連通させる通路孔を備え、
上流側単位セル積層体の出口側マニホールド、隔離板の通路孔および下流側単位セル積層体の入口側マニホールドのうち、少なくとも一方には多孔質体を収容したことを特徴とする燃料電池積層構造体。
【請求項３】
固体高分子電解質を挟んで一側に燃料電極を配置し、他側に酸化剤電極を配置するとともに、各電極の外側にセパレータを配置した単位セルを軸方向に沿って列状に配置して単位セル積層体に構成した燃料電池積層構造体において、前記単位セル積層体を上流側単位セル積層体と下流側単位セル積層体とに区分けし、区分けした前記上流側単位セル積層体と前記下流側単位セル積層体とのそれぞれを筒状のケーシングに収容して区画する隔離板を備えるとともに、前記上流側単位セル積層体および下流側単位セル積層体のそれぞれの縁端側の両側に前記ケーシングの軸線と平行に入口側マニホールドと出口側マニホールドとを備え、
隔離板は、上流側単位セル積層体の出口側マニホールドと下流側単位セル積層体の入口側マニホールドとを連通させる通路孔を備え、
下流側単位セル積層体の入口側マニホールドは、貯水タンクを備えたことを特徴とする燃料電池積層構造体。
【請求項４】
上流側単位セル積層体は、下流側単位セル積層体に較べて単位セルの枚数を多くしたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池積層構造体。
【請求項５】
固体高分子電解質を挟んで一側に燃料電極を配置し、他側に酸化剤電極を配置するとともに、各電極の外側にセパレータを配置した単位セルを軸方向に沿って列状に配置して単位セル積層体に構成した燃料電池積層構造体において、前記単位セル積層体を上流側単位セル積層体と下流側単位セル積層体とに区分けし、区分けした前記上流側単位セル積層体と前記下流側単位セル積層体とのそれぞれを筒状のケーシングに収容して区画する隔離板を備えるとともに、前記上流側単位セル積層体および下流側単位セル積層体のそれぞれの縁端側の両側に前記ケーシングの軸線と平行に入口側マニホールドと出口側マニホールドとを備える一方、前記上流側単位セル積層体の上流側に配置した反応ガス案内プレートの外側に反応ガス通路室と乾燥ガス通路室とを区画する水蒸気透過膜を備え、前記反応ガス通路室で反応ガスに含まれる水蒸気を少なくとも一部分以上を取り除いた後の反応ガスを前記隔離板を介して下流側単位セル積層体の入口側マニホールドに供給する連絡管を備えたことを特徴とする燃料電池積層構造体。
【請求項６】
固体高分子電解質を挟んで一側に燃料電極を配置し、他側に酸化剤電極を配置するとともに、各電極の外側にセパレータを配置した単位セルを軸方向に沿って列状に配置して単位セル積層体に構成した燃料電池積層構造体において、前記単位セル積層体を上流側単位セル積層体と下流側単位セル積層体とに区分けし、区分けした前記上流側単位セル積層体と前記下流側単位セル積層体とのそれぞれを筒状のケーシングに収容して区画する隔離板を備えるとともに、前記上流側単位セル積層体および下流側単位セル積層体のそれぞれの縁端側の両側に前記ケーシングの軸線と平行に入口側マニホールドと出口側マニホールドとを備える一方、前記上流側単位セル積層体の上流側に配置した反応ガス案内プレートの外側に反応ガス通路室と温水通路室とを区画する伝熱プレートを備え、前記反応ガス通路室で反応ガスに含まれる水蒸気を少なくとも一部分以上を取り除いた後の反応ガスを前記隔離板を介して下流側単位セル積層体の入口側マニホールドに供給する連絡管を備えたことを特徴とする燃料電池積層構造体。
【請求項７】
反応ガス案内プレートは、上流側単位セル積層体の入口側マニホールドに接続する供給口と、上流側単位セル積層体の出口側マニホールドと反応ガス通路室とを互いに連通させる連絡通路とを備えたことを特徴とする請求項５または６記載の燃料電池積層構造体。
【請求項８】
隔離板は、連絡管を下流側単位セル積層体の入口側マニホールドに接続させる通路を備えたことを特徴とする請求項５または６記載の燃料電池積層構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質層を挟んで外側に燃料電極および酸化剤電極を配置するとともに、各電極の外側にセパレータを配置して単位セルを構成し、単位セルを軸方向に沿って列状に配置し、一つの列状体としてまとめたスタックとしての燃料電池積層構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料の持つエネルギを電気エネルギに変換する装置として燃料電池がよく知られている。燃料電池には、幾つかのタイプのものが稼動または開発中であるが、その中でも構造がコンパクトで高出力密度が得られ、かつ簡易な運転システムの固体高分子電解質型燃料電池が、最近、注目されている。
【０００３】
固体高分子電解質型燃料電池は、固体高分子電解質層を挟み、それぞれに触媒を被着させた燃料電極および酸化剤電極を備え、燃料電極に水素を含む燃料ガスを、また、酸化剤電極に例えば空気等の酸化剤ガスをそれぞれ供給して発電を行う発電機である。
【０００４】
その際、水素は、燃料電極で酸化され、また水素イオンは固体高分子電解質を通って酸化剤電極に移動する。そして、酸化剤電極は、供給された酸化剤ガスと移動してきた水素イオンが反応して水を生成する。
【０００５】
また、その際に発生した電子は、外部回路を流れる間に電気エネルギとなって発電を行う。なお、固体高分子電解質型燃料電池では、燃料電極に燃料ガスを、また、酸化剤電極に酸化剤ガスをそれぞれ供給するとき、各ガスを電池の作動温度に近い露点に加湿し、固体高分子電解質の伝導性を高く維持させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、固体高分子電解質型燃料電池も含めて従来の燃料電池プラントでは、原燃料として、例えばクロルアルカリ製造や化学工業での副生物として生成される純水素の使用も検討されているが、長期供給の安定化、コストの低価格を維持することができないため、天然ガスやプロパンに専ら依存している。このため、燃料電池プラントでは、改質器や一酸化炭素変成器等を備え、燃料に含まれる水素をリッチに改質させて発電出力密度を高めるとともに、改質器の加熱源として電池内で未反応の水素ガスを利用している。
【０００７】
しかし、未反応の水素ガスを改質器の加熱源に使用し、エネルギの有効活用を図るにしろ、本来、発電に直接寄与すべき水素ガスが利用されていないことを考えると水素ガスの利用率が悪く発電効率の低下の要因になっていた。
【０００８】
また、未反応の水素ガスを電池に供給する際、例えば特開平９−２５９９１２号公報、特開平１−２６０３８６号公報等に示されたポンプ、コンプレッサ、エジェクタを用いてリサイクルを図っているように、一見みえるけれども、消費動力を考えると熱効率の向上に寄与していない。
【０００９】
一方、反応ガスの利用率を向上させる技術として、例えば特公昭６２−２３４３４号公報等がある。この技術は、列状に配置した単位セルを一つにまとめた積層構造体を第１積層構造体と第２積層構造体とに区分けし、第１積層構造体の単位セルの数を第２積層構造体の単位セルの数よりも１つ以上多くする一方、各積層構造体の反応ガスの流路幅を、その入口側よりも出口側を狭くしたものである。
【００１０】
この技術は、各積層構造体の出口側の流路幅を狭くし、反応ガスの濃度を高くしているので、反応ガスの利用率を向上させることができ、発電にとって好都合である。
【００１１】
しかし、この構造の燃料電池では、積層構造体に反応ガスを供給するマニホールドの構造が複雑であり、また、反応ガス流路を形成するセパレータの構造も複雑になり、コスト高を招き、さらにマニホールドのシール性を充分に確保できない等の種々の問題があった。
【００１２】
本発明は、このような背景技術に照らしてなされたものであり、構造をシンプルにして反応ガスの流れを単純化させ、かつ反応ガスの利用率をより一層向上させた燃料電池積層構造体を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池積層構造体は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、固体高分子電解質を挟んで一側に燃料電極を配置し、他側に酸化剤電極を配置するとともに、各電極の外側にセパレータを配置した単位セルを軸方向に沿って列状に配置して単位セル積層体に構成した燃料電池積層構造体において、前記単位セル積層体を上流側単位セル積層体と下流側単位セル積層体とに区分けし、区分けした前記上流側単位セル積層体と前記下流側単位セル積層体とのそれぞれを筒状のケーシングに収容して区画する隔離板を備えるとともに、前記上流側単位セル積層体および下流側単位セル積層体のそれぞれの縁端側の両側に前記ケーシングの軸線と平行に入口側マニホールドと出口側マニホールドとを備え、隔離板は、上流側単位セル積層体の出口側マニホールドと下流側単位セル積層体の入口側マニホールドとを連通させる通路孔を備え、カーボン材およびカーボン粉末に樹脂を加えた混合材のうち、いずれか一方で作製したものである。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池積層構造体は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、固体高分子電解質を挟んで一側に燃料電極を配置し、他側に酸化剤電極を配置するとともに、各電極の外側にセパレータを配置した単位セルを軸方向に沿って列状に配置して単位セル積層体に構成した燃料電池積層構造体において、前記単位セル積層体を上流側単位セル積層体と下流側単位セル積層体とに区分けし、区分けした前記上流側単位セル積層体と前記下流側単位セル積層体とのそれぞれを筒状のケーシングに収容して区画する隔離板を備えるとともに、前記上流側単位セル積層体および下流側単位セル積層体のそれぞれの縁端側の両側に前記ケーシングの軸線と平行に入口側マニホールドと出口側マニホールドとを備え、隔離板は、上流側単位セル積層体の出口側マニホールドと下流側単位セル積層体の入口側マニホールドとを連通させる通路孔を備え、上流側単位セル積層体の出口側マニホールド、隔離板の通路孔および下流側単位セル積層体の入口側マニホールドのうち、少なくとも一方には多孔質体を収容したものである。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池積層構造体は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、固体高分子電解質を挟んで一側に燃料電極を配置し、他側に酸化剤電極を配置するとともに、各電極の外側にセパレータを配置した単位セルを軸方向に沿って列状に配置して単位セル積層体に構成した燃料電池積層構造体において、前記単位セル積層体を上流側単位セル積層体と下流側単位セル積層体とに区分けし、区分けした前記上流側単位セル積層体と前記下流側単位セル積層体とのそれぞれを筒状のケーシングに収容して区画する隔離板を備えるとともに、前記上流側単位セル積層体および下流側単位セル積層体のそれぞれの縁端側の両側に前記ケーシングの軸線と平行に入口側マニホールドと出口側マニホールドとを備え、隔離板は、上流側単位セル積層体の出口側マニホールドと下流側単位セル積層体の入口側マニホールドとを連通させる通路孔を備え、下流側単位セル積層体の入口側マニホールドは、貯水タンクを備えたものである。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池積層構造体は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、上流側単位セル積層体は、下流側単位セル積層体に較べて単位セルの枚数を多くしたものである。
【００１９】
また、本発明に係る燃料電池積層構造体は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、固体高分子電解質を挟んで一側に燃料電極を配置し、他側に酸化剤電極を配置するとともに、各電極の外側にセパレータを配置した単位セルを軸方向に沿って列状に配置して単位セル積層体に構成した燃料電池積層構造体において、前記単位セル積層体を上流側単位セル積層体と下流側単位セル積層体とに区分けし、区分けした前記上流側単位セル積層体と前記下流側単位セル積層体とのそれぞれを筒状のケーシングに収容して区画する隔離板を備えるとともに、前記上流側単位セル積層体および下流側単位セル積層体のそれぞれの縁端側の両側に前記ケーシングの軸線と平行に入口側マニホールドと出口側マニホールドとを備える一方、前記上流側単位セル積層体の上流側に配置した反応ガス案内プレートの外側に反応ガス通路室と乾燥ガス通路室とを区画する水蒸気透過膜を備え、前記反応ガス通路室で反応ガスに含まれる水蒸気を少なくとも一部分以上を取り除いた後の反応ガスを前記隔離板を介して下流側単位セル積層体の入口側マニホールドに供給する連絡管を備えたものである。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池積層構造体は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、固体高分子電解質を挟んで一側に燃料電極を配置し、他側に酸化剤電極を配置するとともに、各電極の外側にセパレータを配置した単位セルを軸方向に沿って列状に配置して単位セル積層体に構成した燃料電池積層構造体において、前記単位セル積層体を上流側単位セル積層体と下流側単位セル積層体とに区分けし、区分けした前記上流側単位セル積層体と前記下流側単位セル積層体とのそれぞれを筒状のケーシングに収容して区画する隔離板を備えるとともに、前記上流側単位セル積層体および下流側単位セル積層体のそれぞれの縁端側の両側に前記ケーシングの軸線と平行に入口側マニホールドと出口側マニホールドとを備える一方、前記上流側単位セル積層体の上流側に配置した反応ガス案内プレートの外側に反応ガス通路室と温水通路室とを区画する伝熱プレートを備え、前記反応ガス通路室で反応ガスに含まれる水蒸気を少なくとも一部分以上を取り除いた後の反応ガスを前記隔離板を介して下流側単位セル積層体の入口側マニホールドに供給する連絡管を備えたものである。
【００２１】
また、本発明に係る燃料電池積層構造体は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、反応ガス案内プレートは、上流側単位セル積層体の入口側マニホールドに接続する供給口と、上流側単位セル積層体の出口側マニホールドと反応ガス通路室とを互いに連通させる連絡通路とを備えたものである。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池積層構造体は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、隔離板は、連絡管を下流側単位セル積層体の入口側マニホールドに接続させる通路を備えたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料電池積層構造体の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係る燃料電池積層構造体の第１実施形態を示す概念図である。
【００２７】
本実施形態に係る燃料電池積層構造体は、両端を上流側エンドプレート１と下流側エンドプレート２とで塞ぐとともに、各エンドプレート１，２を例えばスプリング等の弾性体３を介装させてスタッドボルト４で固定保持する筒状のケーシング５と、この筒状のケーシング５に収容し、例えば水素ガス等の反応ガスを上流側エンドプレート１の入口６から下流側エンドプレート２の出口７に向って蛇行させながら直列に流す単位セル積層体８を備えた構成になっている。
【００２８】
また、燃料電池積層構造体は、単位セル積層体８を上流側単位セル積層体８ａと下流側単位セル積層体８ｂとに区分けするとともに、区分けした上流側単位セル積層体８ａと下流側単位セル積層体８ｂとをケーシング５に収容して区画する隔離板９を備えた構成になっている。
【００２９】
また、上流側単位セル積層体８ａと下流側単位セル積層体８ｂとは、ともに単位セル１０をケーシング５の軸ＣＬに沿って列状に配置して一つのブロックとしてまとめたものである。
【００３０】
また、上流側単位セル積層体８ａと下流側単位セル積層体８ｂは、ともに縁端側の両側にケーシング５の軸線ＣＬに沿って平行に入口側マニホールド１１ａ，１１ｂと出口側マニホールド１２ａ，１２ｂとを備えるとともに、隔離板９に設けた通路孔１３を介して上流側単位セル積層体８ａの出口側マニホールド１２ａと下流側単位セル積層体８ｂの入口側マニホールド１１ｂとを互いに連通させる構成になっている。
【００３１】
なお、上流側単位セル積層体８ａは、下流側単位セル積層体８ｂに較べて単位セル１０の枚数を多くしている。
【００３２】
単位セル１０は、固体高分子電解質層を挟んで両側に触媒を被覆する燃料電極および酸化剤電極をそれぞれ配置するとともに、各電極の外側に反応ガスを流す通路溝を形成するセパレータ（ともに図示せず）を備えた構成になっている。
【００３３】
一方、上流側単位セル積層体８ａと下流側単位セル積層体８ｂとをケーシング５内で区画する隔離板９は、カーボン粉末と樹脂との混合材、カーボン材単独、膨張黒鉛などの導電性材で作製するとともに、ケーシング５との間にＯリング等のシール材を用いて反応ガスの漏洩を防止している。また、上流側単位セル積層体８ａおよび下流側単位セル積層体８ｂのそれぞれを形成する単位セル１８は、隣りの単位セル１０との間に導電性のカーボン材を用いて反応ガスの漏洩を防止している。
【００３４】
このような構成を備えた燃料電池積層構造体において、上流側エンドプレート１の入口６に供給された例えば水素ガス等の反応ガスは、上流側単位セル積層体８ａの入口側マニホールド１１ａからケーシング５の軸線ＣＬに交差して単位セル１０に流れる間に化学反応して電気エネルギを発生させ、上流側単位セル積層体８ａの出口側のマニホールド１２ａに集められる。
【００３５】
出口側マニホールド１２ａに集められた反応ガスは、その濃度を比較的高く維持させ、隔離板９の通路孔１３を介して下流側単位セル積層体８ｂの入口側マニホールド１１ｂに供給され、ここから再びケーシング５の軸線ＣＬに交差して単位セル１０に流れる間に電気エネルギを発生させ、下流側単位セル積層体８ｂの出口側マニホールド１２ｂに集められた後、下流側エンドプレート２の出口７から他の機器に供給される。
【００３６】
なお、上流側単位セル積層体８ａおよび下流側単位セル積層体８ｂは、単位セル１０，１０間にシール構造を備えるとともに、隔離板９や上流側、下流側各エンドプレート１，２との入出口の各マニホールド１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの接続部分にシール構造を備えているので、反応ガスの漏洩を確実に防止することができる。
【００３７】
このように、本実施形態は、単位セル積層体８を上流側単位セル積層体８ａと下流側単位セル積層体８ｂとに区分けし、区分けした単位セル１０の枚数の多い上流側単位セル積層体８ａと単位セル１０の枚数の少ない下流側単位セル積層体８ｂとのそれぞれを収容する室を区画する隔離板９をケーシング５に設けるとともに、各単位セル積層体８ａ，８ｂの縁端側の両側に入、出口側マニホールド１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを備え、入口側マニホールド１１ａ，１１ｂのそれぞれから出口側マニホールド１２ａ，１２ｂのそれぞれに向って反応ガスを単純化して流す構成にしたので、隔離板９を介して上流側単位セル積層体８ａおよび下流側単位セル積層体８ｂのそれぞれを流れる反応ガスの濃度をより一層高く維持させることができ、反応ガスの利用率をより一層高めて効果的な発電運転を行うことができる。
【００３８】
また、本実施形態は、単位セル１０，１０間、各マニホールド１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂと隔離板９、各エンドプレート１，２との接続部分にシール構造を備えているので、反応ガスの漏洩を確実に防止して効果的な発電運転を行うことができる。
【００３９】
図２は、本発明に係る燃料電池積層構造体の第２実施形態を示す概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００４０】
本実施形態に係る燃料電池積層構造体は、単位セル積層体８から区分けした上流側単位セル積層体８ａ、下流側単位セル積層体８ｂのうち、上流側単位セル積層体８ａの出口側マニホールド１２ｂおよび隔離板９の通路孔１３等に孔径０．１μｍ〜１００μｍの多孔質体１４を収容するとともに、下流側単位セル積層体８ｂの入口側マニホールド１１ｂに接続させて貯水タンク１５を設けたものである。なお、他の構成部分は、第１実施形態の構成部分と同一なので、その説明を省略する。
【００４１】
このように、本実施形態は、上流側単位セル積層体８ａの出口側マニホールド１２ａに多孔質体１４を収容し、反応中、反応ガスから生成される凝縮水を吸収させる一方、下流側単位セル積層体８ｂの入口側マニホールド１１ｂに貯水タンク１５を接続させて残った凝縮水を吸収させるので、いわゆるフラッティングと称する凝縮水の滞留を少なくさせて反応ガスの流れを良好にさせることができ、反応ガス濃度を高く維持させて反応ガスの利用率をより一層高めることができる。
【００４２】
図３は、本発明に係る燃料電池積層構造体の第３実施形態を示す概念図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００４３】
本実施形態に係る燃料電池積層構造体は、単位セル積層体８を上流側単位セル積層体８ａと下流側単位セル積層体８ｂとに区分けし、区分けした上流側単位セル積層体８ａと下流側単位セル積層体８ｂとを収容する室を区画する隔離板９をケーシング５に設けるとともに、上流側単位セル積層体８ａの上流側に、例えば水素ガス等の反応ガスの供給口１６を備えた反応ガス案内プレート１７と、この反応ガス案内プレート１７の外側に設けられた反応ガス通路室１８と乾燥ガス通路室１９とを区画する水蒸気透過膜２０を備えたものである。なお、水蒸気透過膜２０は、イオン交換膜または多孔質の高分子膜であってもよい。
【００４４】
また、本実施形態に係る燃料電池積層構造体は、第１実施形態と同様に、上流側単位セル積層体８ａおよび下流側単位セル積層体８ｂの縁端側の両側にケーシング５の軸線ＣＬに沿って平行な入口側マニホールド１１ａ，１１ｂと出口側マニホールド１２ａ，１２ｂとをそれぞれ設けたものである。なお、他の構成部分は、第１実施形態の構成部分と同一なので、説明を省略する。
【００４５】
このような構成を備えた燃料電池積層構造体において、供給口１６を介して反応ガス案内プレート１７に案内された例えば水素ガス等の反応ガスは、上流側単位セル積層体８ａの入口側マニホールド１１ａからケーシング５の軸線ＣＬに交差して単位セル１０に流れる間に化学反応させて電気エネルギを発生させ、上流側単位セル積層体８ａの出口側マニホールド１２ａに集められる。
【００４６】
出口側マニホールド１２ａに集められた反応ガスは、反応ガス案内プレート１７の連絡通路２１を介して反応ガス通路室１８に集められ、ここで水蒸気の一部ほ水蒸気透過膜２０を介して乾燥ガス室１９に供給し、例えば空気等の乾燥ガスに混合させ、系外ブローさせる。
【００４７】
一部の水蒸気を分離させた反応ガスは、連絡管２１ａおよび隔離板９の通路２２を介して下流側単位セル積層体８ｂの入口側マニホールド１１ｂに集められた後、ここから再びケーシング５の軸線ＣＬに交差して単位セル１０に流れる間に電気エネルギを発生させ、下流側単位セル積層体８ｂの出口側マニホールド１２ｂに集められた後、下流側エンドプレート２の出口７から他の機器に供給される。
【００４８】
このように、本実施形態は、第１実施形態と同様に、単位セル積層体８を上流側単位セル積層体８ａと下流側単位セル積層体８ｂとに区分けし、区分けした単位セル１０の枚数の多い上流側単位セル積層体８ａと単位セル１０の枚数の少ない下流側単位セル積層体８ｂとのそれぞれを収容する室を区画する隔離板９をケーシング５に設けるとともに、各単位セル積層体８ａ，８ｂの縁端側の両側に入・出口側マニホールド１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを備え、入口側マニホールド１１ａ，１１ｂのそれぞれから出口側マニホールド１２ａ，１２ｂのそれぞれに向って反応ガスを単純化して流す一方、上流側単位セル積層体８ａの上流側に反応ガス案内プレート１７を設け、この反応ガス案内プレート１７の外側に反応ガス通路室１８と乾燥ガス通路室１９とを区画する水蒸気透過膜２０を設け、乾燥ガス通路室１９を流れる乾燥ガスで上流側単位セル積層体８ａの出口側マニホールド１２ａからの反応ガス通路室１８に流れる反応ガスを乾燥させ、反応ガスの含まれる水蒸気の一部を取り除くので、フラッティングを防止して反応ガスを良好に流すことができ、反応ガスの利用率をより一層高めて効果的な発電運転を行うことができる。
【００４９】
なお、本実施形態は、上流側単位セル積層体８ａの上流側に設けた反応ガス案内プレート１７の外側に、水蒸気透過膜２０を介装させて反応ガス通路室１８と乾燥ガス通路室１９とを設けたが、この例に限らず、例えば、図４に示すように、反応ガス案内プレート１７の上流側に、伝熱プレート２３を介装させて反応ガス通路室１８と温水通路室２４とを設け、温水通路室２４を流れる温水で反応ガス通路室１８を流れる反応ガスに含まれる水蒸気の一部を蒸発させてもよい。
【００５０】
図５は、本発明に係る燃料電池積層構造体に適用する水供給装置の実施形態を示す概略系統図である。
【００５１】
従来、燃料電池は、燃料電極に供給する燃料ガスと酸化剤電極に供給する酸化剤ガスとの両方を加湿させて化学反応を促進させていた。
【００５２】
しかし、燃料ガスに含まれる水素ガスの利用率を高めると、燃料電極の出口側の水素ガス濃度が低くなり、いわゆるフラッティング現象が発生し、燃料電極に供給する燃料ガスの流れが悪くなり、発電効率を低下させる要因になっていた。
【００５３】
本実施形態は、このような点を考慮してなされたもので、図５に示すように、固体高分子電解質２５を挟んで両側に燃料電極２６と酸化剤電極２７とを配置するとともに、これらの外側にセパレータ（図示せず）を配置した単位セルを列状に配置した単位セル積層体８のうち、酸化剤用セパレータに供給する、例えば空気等の酸化剤ガスのみを加湿させる水循環系２８を設けたものである。
【００５４】
この水循環系２８は、加湿水用タンク２９、ポンプ３０を備え、酸化剤電極２７に供給する酸化剤ガスに水を加えて加湿させるようになっている。なお、燃料電極２６には、燃料供給装置３１から減圧弁３２を介して燃料ガスが供給される。
【００５５】
酸化剤ガスが加湿されると、酸素ガスは充分に湿分を含んだまま固体高分子電解質２５を経て燃料電極２６に移動し、ここで水素ガスと反応し、その際に生成した電子で発電を行う。
【００５６】
このように、本実施形態は、酸化剤電極２７に水循環系２８からの水を供給して酸化剤ガスのみを加湿させ、燃料電極２６側の燃料ガスと反応させて発電を行うので、フラッティングの発生を防止して燃料ガスに含まれる水素ガス濃度を高く維持することができ、水素ガスの利用率を高くした効率の高い発電を行うことができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る燃料電池積層構造体は、反応ガスの流れを単純化させる手段を設けるとともに、反応ガスに含まれる湿分を取り除いて反応ガス中に含まれる水素ガスの濃度を高く維持させる手段を備えたので、反応ガスの利用率をより一層向上させて効率のよい発電を行うことができる。
【００５８】
また、本発明に係る燃料電池積層構造体は、酸化剤電極側に水供給手段を備え、酸化剤ガスにのみ加湿しているので、燃料ガスとの反応の際、生成する凝縮水を少なくしてフラッティングの発生を防止することができ、反応ガスの流れを良好にさせて効率のよい発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池積層構造体の第１実施形態を示す概念図。
【図２】本発明に係る燃料電池積層構造体の第２実施形態を示す概念図。
【図３】本発明に係る燃料電池積層構造体の第３実施形態を示す概念図。
【図４】本発明に係る燃料電池積層構造体の第４実施形態を示す概念図。
【図５】本発明に係る燃料電池積層構造体に適用する水供給装置の実施形態を示す概略系統図。
【符号の説明】
１  上流側エンドプレート
２  下流側エンドプレート
３  弾性体
４  スタッドボルト
５  ケーシング
６  入口
７  出口
８  単位セル積層体
８ａ  上流側単位セル積層体
８ｂ  下流側単位セル積層体
９  隔離板
１０  単位セル
１１ａ，１１ｂ  入口側マニホールド
１２ａ，１２ｂ  出口側マニホールド
１３  通路孔
１４  多孔質体
１５  貯水タンク
１６  供給口
１７  反応ガス案内プレート
１８  反応ガス通路室
１９  乾燥ガス通路室
２０  水蒸気透過膜
２１  連絡通路
２１ａ  連絡管
２２  通路
２３  伝熱プレート
２４  温水通路室
２５  固体高分子電解質
２６  燃料電極
２７  酸化剤電極
２８  水循環系
２９  加湿用タンク
３０  ポンプ
３１  燃料供給装置
３２  減圧弁
【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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