(57)【要約】【課題】燃料電池スタックケース内を効率よく換気して残水素を排出する。【解決手段】燃料電池セルを複数積層した一対の燃料電池スタック４と、該一対の燃料電池スタック４を内部に収納するスタックケース２と、を有する燃料電池において、前記一対の燃料電池スタック４は、並列、かつ上方の間隔が下方の間隔に比べて大きくなるように傾斜して配置し、前記スタックケース２は、前記燃料電池セルの積層方向の両端面５ｂのうち、一方の端面の最上部付近に空気導入部８ａを、他方の端面の最上部付近に空気排出部８ｂを有することを特徴とする燃料電池。【選択図】      図１
2005158339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルを複数積層した一対の燃料電池スタックと、
該一対の燃料電池スタックを内部に収納するスタックケースと、を有する燃料電池において、
前記一対の燃料電池スタックは、並列、かつ上方の間隔が下方の間隔に比べて大きくなるように傾斜して配置し、
前記スタックケースは、前記燃料電池セルの積層方向の両端面のうち、一方の端面の最上部付近に空気導入部を、他方の端面の最上部付近に空気排出部を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記スタックケースの底部両端部に、前記燃料電池セル積層方向に延在する溝を設けた請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記一対の燃料電池スタックの上面および側面と前記スタックケースの内面との間には、前記燃料電池スタックの上方ならびに側面の一部を覆う電気絶縁材を設けた請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記スタックケースの底部は、前記一対の燃料電池スタックの底面と略平行となるように傾斜して形成されている請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタックケースに収めた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックは金属等のケースに収めて用いられる。また、発電時には燃料電池スタックから反応に使用されなかった未反応の水素（残水素）や、高温多湿の排空気が排出される。
【０００３】
したがって、ケース内の未反応の水素濃度が高くなることによる爆発の危険性を低減するためにケース内の換気を行う必要がある。特許文献１には、ケース内に送風機を設けてケース内の換気を行う技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１８５７８１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、送風機による換気流の圧力損失、残水素の流れを考慮していないため、水素を希釈するために必要な換気を行うためには送風機の大型化、送風機駆動用の電力の増加が必要となり、結果として装置全体の大型化、電池システムの出力減といった問題があった。
【０００５】
そこで、本発明では圧力損失が低いまま効率的にケース内を換気することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料電池は、燃料電池セルを複数積層した一対の燃料電池スタックと、該一対の燃料電池スタックを内部に収納するスタックケースと、を有する燃料電池において、前記一対の燃料電池スタックは、並列、かつ上方の間隔が下方の間隔に比べて大きくなるように傾斜して配置し、前記スタックケースは、前記燃料電池セルの積層方向の両端面のうち、一方の端面の最上部付近に空気導入部を、他方の端面の最上部付近に空気排出部を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池スタックから漏れた水素ガスは、比重が軽くスタックケースの上部中央付近に集積するので、例えば、送風手段を用いて、燃料電池セル積層方向のスタックケース端面のうち、一方の端面の上部中央付近に設けた導入部から空気を導入し、他方の端面の上部中央付近に設けた排出部から排出することによって、上部中央付近に集積している水素ガスは換気用空気とともにケース外部へと排出される。
【０００８】
つまり、複雑な空気通路を設けることなく、効率的に内部の換気を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本実施形態のスタックケースの断面図を表しており、４は複数の燃料電池セルを積層することによって構成する燃料電池本体（以下、スタックという）、５は上部が開口しており、内部にスタック４を収めるスタックケース容器、１はスタックケース５の開口部を塞ぐスタックケース蓋、３はスタック４とスタックケース容器５とを電気的絶縁するための絶縁材である。
【００１１】
スタックケース容器５には、２つのスタック４が燃料電池セル積層方向が略平行で、かつスタック間の距離は上方にいくほど大きくなる、いわゆるＶ字形を形成するように傾斜して収められる。また、スタック４の外側の側面および上面を覆うように絶縁材３が配置され、開口部はスタックケース蓋１で塞がれる。
【００１２】
なお、スタックケース容器５とスタックケース蓋１とを組み合わせた状態のものをスタックケース２という。また、スタックケース２の外郭を形成する面のうち、スタックケース蓋１に塞がれる面を上面１３、上面に対抗する面を底面１４、燃料電池セル積層方向に平行な面を側面５ａ、燃料電池積層方向に直交する面を端面５ｂとする。
【００１３】
スタックケース２は、全体的には、燃料電池セル積層方向から見てＶ字形に配置した一対のスタック４を、その周囲と一定の間隔をもって覆うように形成されており、スタックケース２の天井部１３は、中央部分を頂点としてスタック４の上面とほぼ同等の角度で傾斜する斜面をもつ凸形状に形成され、また、底面１４についても、同様に中央部を頂点とした凹形状に形成される。
【００１４】
並列に配置される２つのスタック４の間には、スタックケース２の中心線Ｚに沿って、上方にいくほど幅が拡がる空間１２が形成される。
【００１５】
前記絶縁材３は、スタックケース２を上側から見たときにスタック４が完全に見えないように覆い、かつスタック４およびスタックケース２の内壁面との間に隙間を設けて配置する。
【００１６】
スタックケース２の底面１４の燃料電池セル積層方向に略平行な端部、つまりスタックケース２の側面５ａと底面１４とが交わる部分には、ケース前後方向に延びる溝を設け、これを排水溝７とする。なお、排水溝７は、底面１４の一部を金型成型等により張り出させて形成してもよいし、底面１４の一部を溝状に削り取ることによって形成してもよい。
【００１７】
図２はスタックケース２の正面図（料電池セル積層方向から見た図）、図３は同じく側面図（積層方向に対して略直交する方向から見た図）である。
【００１８】
スタックケース２の上部中央付近のいずれか一方の端面５ｂには換気導入穴８ａ、他方には換気排出穴８ｂを設け、換気導入穴８ａから換気排出穴８ｂに向けて図示しない送風機等により空気を流すことにより換気を行う。換気導入穴８ａと換気排出穴８ｂとの間にはスタック４等といった通気抵抗になるものがないので、換気導入穴８ａから導入された空気の多くは、そのまま換気排出穴８ｂに向かって流れて排出される。
【００１９】
また、スタックケース２のいずれか一方の端面の最下部付近には排水溝７と外部とを連通する排水ドレン穴９を設ける。１１はスタック４へ発電反応用の水素、空気を送る配管、および給排気用の配管のマニホールドである。
【００２０】
以上のような構成により、スタック４から漏れ出た水素ガスは比重が軽いため図１中の矢印ａ、ｂのようにスタックケース２内を上方に向かって移動し、空間１２の上部に集まる。空間１２の上部は、換気導入穴８ａから換気排出穴８ｂに向けて流す空気が多く流れるので、漏れ出た水素ガスは空気とともに換気排出穴８ｂから外部へ放出される。
【００２１】
つまり、スタックケース２最上部付近の通気抵抗の少ない部分に真っ直ぐに空気を流すだけで、スタックケース２内の水素ガスを確実に排出することができる。
【００２２】
これにより、例えばスタックケース２内に換気用の複雑な経路を設けて換気する場合に比べて、換気用空気流の圧力損失も低く抑えることができ、送風機は小さなもので済む。
【００２３】
また、スタックケース２の上面１３および底面１４は傾斜しているので、スタックケース２の内外の温度差等により上面１３の内壁面に結露した水滴６ａ、６ｃは、傾斜にしたがって内壁面を伝って排水溝７に集積する。仮に、内壁面を伝っている途中で滴下しても、
絶縁材３がスタック４を覆っているので、水滴がスタック４にかかることはない。そして、絶縁材３の上に落ちた水滴は絶縁材３の上面を伝って排水溝７に集められる。
【００２４】
上記のように、スタックケース２内で結露した水のほとんどが排水溝７に集積することになるので、排水溝７に排水ドレン穴９を設けるだけで、結露した水滴のほぼ全てを外部に放出することができる。
【００２５】
以上により、本実施形態では、スタックケース２の上面１３および下面１４を上方に凸形状とし、その中に一対のスタック４を、並列かつ両スタック間の間隔が上方に行くほど大きくなるよう傾斜させて配置したので、スタック４から漏れた水素ガスは比重が軽いためスタックケース２内で最も高い位置となる凸形状の頂点付近に集まる。これにより、それぞれスタックケース２の一方の端面５ｂの上端付近に設けた換気導入穴８ａから、他方の端面５ｂの上端付近に設けた換気排出穴８ｂへ向けて空気を流すだけで、内部の水素ガスを効率よく換気排出穴８ｂから排出できる。したがって換気用送風機の大型化や、使用電力量の増加、燃料電池システムとしての出力の減少等を防止することができる。
【００２６】
絶縁材３とスタックケース２の内壁面との間に隙間を持たせたので、スタックケース２の内面で結露しても漏電することがない。
【００２７】
また、スタックケース２上方から見たときにスタック４の上面を完全に覆うように絶縁材３を配置するので、スタックケース２の内壁面に結露した水滴が滴下してもスタック４にはかからず、漏電することはない。
【００２８】
スタックケース２の上面１３および底面１４は上方に凸な形状であるため、結露した水滴は傾斜面に沿って流れ、スタックケース２の底面１３に設けた排水溝７に集まるので、排水溝７に連通する排水ドレン穴９を設けるだけでスムーズに排水することが可能である。
【００２９】
なお、スタックケース２の側面５ａは、必ずしも図１に示したようにスタック４の側面と略平行である必要はなく、鉛直下向きであっても構わない。
【００３０】
また、スタックケース２の上面１３は水平面であってもよい。上面１３が水平面であっても、スタック４と絶縁材３の隙間や、スタック４と底面１４の隙間が前述したようにスタック中央上部向きに傾斜していれば、スタック４から発生した水素ガスはスタックケース２の中央上部付近に集積する。したがって、水素ガスが集積する部分に換気導入穴８ａ、換気排気口８ｂを設ければ、効率のよい換気を行うことが可能となる。
【００３１】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、燃料電池発電システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態のスタックケースの断面図である。
【図２】本実施形態のスタックケースの構造を表す図である。
【図３】本実施形態のスタックケースの側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    スタックケース蓋
３    電機絶縁材
４    スタック
５    スタックケース容器
７    排水溝
８ａ  換気導入穴
８ｂ  換気排出穴
９    排水ドレン穴
１３  天井部
１４  底部
【図１】
2005158339.tif 000003
【図２】
2005158339.tif 000004
【図３】
2005158339.tif 000005