(57)【要約】【課題】緻密質プレートにインターディジデント形状のガス流路を形成して発電効率を向上するとともに、ガス流路内のフラッディングを抑制できる燃料電池を提供する。【解決手段】上流端１６ｕがカソード入口マニホールド６に連通し、下流端１６ｄが行き止まりより成る供給ガス流路１６と、下流端１７ｄがカソード出口マニホールド７に連通し、上流端１７ｕが行き止まりよりなる排出ガス流路１７と、を交互に配置することにより形成したカソードガス流路１２を設けた緻密質のカソード側セパレータ３を備える。また、カソードガス流路１２から供給されたカソードガスを用いて発電を行うガス拡散電極層５と、供給ガス流路１６の下流端１６ｄ近傍と、燃料電池１外部とを連通する排水経路と、排水経路の経路断面を閉塞するように配置した多孔質体１０と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流端が供給マニホールドに連通し、下流端が行き止まりよりなる供給ガス流路と、
下流端が排出マニホールドに連通し、上流端が行き止まりよりなる排出ガス流路と、を交互に配置することにより形成した反応ガス流路を設けた緻密質セパレータと、
前記反応ガス流路から供給された反応ガスを用いて発電反応を生じるガス拡散電極と、
前記供給ガス流路の下流端近傍と外部とを連通する排水経路と、
前記排水経路の少なくとも一部の経路断面を閉塞する多孔質体と、を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記排水経路として、少なくとも、前記供給ガス流路に連通し、前記緻密質セパレータを厚み方向に貫通する貫通孔を備える請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記緻密質セパレータと前記ガス拡散電極とを積層することにより構成した単位セルを複数積層することにより燃料電池を構成し、
前記排水経路として、前記単位セルの積層方向について前記燃料電池を貫通し、各単位セルに形成した前記供給ガス流路から、少なくとも前記貫通孔を介して除去した液水を外部に排出する排水マニホールドを備え、
前記多孔質体を、前記排水マニホールドの一部を閉塞するように配置する請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記多孔質体として、前記ガス拡散電極の一部が前記排水マニホールドの流路断面を閉塞するように構成する請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記ガス拡散電極の前記排水マニホールド内に配された領域の空隙が、前記ガス拡散電極の発電領域の空隙より小さくなるように構成する請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記ガス拡散電極の前記排水マニホールド内に配された領域が、親水性を有するように構成する請求項４または５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記ガス流路内の圧力を調整する圧力調整手段を備え、
前記圧力調整手段により前記多孔質体の両面間の圧力差を調整する請求項１から６のいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記圧力調整手段により、前記多孔質体の両面間の圧力差が１０ｋＰａ以上になるように調整する請求項７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、燃料電池に関する。特に、セパレータにインターディジデント形状の反応ガス流路を備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池として、集電体セパレータにガス供給用流路とガス排出用流路を分離して形成し、ガス供給用流路の全てのガスが電極層や触媒層をくぐり抜けてガス排出用ガス流路へ排出されるように構成したものが知られている。このように、反応ガスをガス拡散電極に強制的に通過させることで、ガス拡散電極内に溜まった水を排出することができ、フラッディングを防止している。また、この流路を用いることで、ガス流量を通常より小さくすることができ、ブロアの小型化を図ることができる（例えば、特許文献１、参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１６５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記背景技術に示した従来の燃料電池においては、ガス流路の行き止まりとなっている部分に凝縮した水が溜まってしまい、その量が増えると、その部分に反応ガスが拡散しなくなり発電効率が低下する、いわゆるフラッディングが生じるという問題がある。そこで、燃料電池のセパレータを多孔質体で構成し、水の排出を行うという技術が提案されているが、その場合には、燃料電池の全てのセパレータを多孔質で作らなければならず、緻密質プレートを用いた場合に比べてコストがかかるという問題がある。これは、プレートの値段だけでなく、通常多孔質プレートは緻密質プレートに比べて脆弱であるため、スタッキングにおけるシール構造、スタッキング部品などにおいてもより複雑で高価な物になってしまう。
【０００４】
また、多孔質内部には常に水が存在することになり、燃料電池を０℃以下の環境に置く場合は水が凍ってしまい、多孔質内部の水を溶かすためのエネルギをロスして、起動するのに時間がかかってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、上記の問題を鑑みて、緻密質プレートにインターディジデント形状のガス流路を形成して発電効率を向上するとともに、ガス流路内のフラッディングを抑制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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上流端が供給マニホールドに連通し、下流端が行き止まりより成る供給ガス流路と、下流端が排出マニホールドに連通し、上流端が行き止まりよりなる排出ガス流路と、を交互に配置することにより形成した反応ガス流路を設けた緻密質セパレータを備える。また、前記反応ガス流路から供給された反応ガスを用いて発電反応を生じるガス拡散電極と、前記供給ガス流路の下流端近傍と外部とを連通する排水経路と、前記排水経路の少なくとも一部の経路断面を閉塞する多孔質体と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
供給ガス流路の下流端近傍と外部とを連通する排水経路と、排水経路の少なくとも一部の経路断面を閉塞する多孔質体を備える。これにより、供給ガス流路下流端近傍の液水を除去できるとともに、多孔質体に水分が含まれることにより供給ガス流路内の反応ガスをシールすることができる。その結果、緻密質プレートにインターディジデント形状のガス流路を形成して発電効率を向上するとともに、ガス流路内のフラッディングを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の実施形態に用いる燃料電池１の概略構成を図１に示す。図１（ａ）に、反応面に沿った平面図、特に後述するカソード側セパレータ３の平面図を、（ｂ）に後述する供給ガス流路１６に沿った積層方向の断面図を示す。
【０００９】
図１（ｂ）に示すように、燃料電池１を、複数の単位セル２を積層することにより構成する。単位セル２を、電解質および触媒を有するガス拡散電極層５を、カソード側セパレータ３とアノード側セパレータ４で狭持することにより構成する。カソード側セパレータ３、アノード側セパレータ４はそれぞれ緻密材により、ガス拡散電極層５は多孔質材により構成する。
【００１０】
アノード側セパレータ４のガス拡散電極層５に接触する面４ａに、アノードガス流路１３を構成する溝を設ける。ここではアノードガス流路１３の形状は詳しく説明しないが、例えば、後述するようなカソードガス流路１２と同様、インターディジデント形状とする。または、ストレート形状や蛇行形状の流路としてもよい。また、図１（ａ）に示すように、燃料電池１を積層方向に貫通するアノード入口マニホールド１４、アノード出口マニホールド１５を備える。燃料電池１の外部からアノード入口マニホールド１４に供給されたアノードガスを、各単位セル２のアノードガス流路１３に分配して発電反応を生じる。発電後のアノードガスは、アノード出口マニホールド１５に回収され、燃料電池１の外部に排出される。
【００１１】
また、アノード側セパレータ４のガス拡散電極層５に接触する面４ａと反対側の面４ｂには、単位セル２の温度を調整するための冷媒が流通するクーラント流路１１を構成する溝を設ける。クーラント流路１１は、このアノード側セパレータ４の面４ｂに形成した溝と、隣接する単位セル２のカソード側セパレータ３の面３ｂとから形成される。
【００１２】
一方、カソード側セパレータ３のガス拡散電極層５に接触する面３ａには、図１（ａ）に示すようなカソードガス流路１２を構成する溝を設ける。カソードガス流路１２を、供給ガス流路１６と、排出ガス流路１７とから構成する。供給ガス流路１６を、上流端１６ｕが燃料電池１を積層方向に貫通して構成されるカソード入口マニホールド６に連通し、下流端１６ｄが行き止まりとなるように構成する。一方、排出ガス流路１７を、上流端１７ｕが行き止まりとなり、下流端１７ｄが燃料電池１を積層方向に貫通して構成されるカソード出口マニホールド７に連通するように構成する。供給ガス流路１６と排出ガス流路１７とは連通させず、互いに平行に、かつ、交互に配置することによりカソードガス流路１２に構成する。
【００１３】
さらに、カソードガス流路１２から液水を除去するための排水経路を構成する。ここでは、排水経路を、図１（ｂ）に示すような貫通孔１８、排水流路９、排水マニホールド８から構成する。
【００１４】
貫通孔１８を、供給ガス流路１６の下流端１６ｄに形成した行き止まり近傍に連通し、カソード側セパレータ３を厚さ方向に貫通するように構成する。ここでは、貫通孔１８を、カソード側セパレータ３の反応面に対して垂直に構成する。例えば、通常運転時に、燃料電池１を反応面が水平となるように設置することにより、貫通孔１８は垂直方向に伸びる孔となる。このとき、重力により下流端１６ｄ近傍の液水が貫通孔１８に移動し易くなるので、後述するように、貫通孔１８を介して供給ガス流路１６から水を排出する際に、その排水機能を向上することができる。
【００１５】
また、排水マニホールド８を、燃料電池１を積層方向に貫通するように構成する。さらに、排水流路９を、貫通孔１８と排水マニホールド８を連通するように構成することで、貫通孔１８を介して供給ガス流路１６から除去した液水を排水マニホールド８を介して燃料電池１の外部に排出可能とする。ここでは、排水流路９を、アノード側セパレータ４のカソード側セパレータ３に接触する面４ｂに設けた溝により構成する。または、カソード側セパレータ３のアノード側セパレータ４に接触する面３ｂに設けた溝により構成してもよい。
【００１６】
さらに、貫通孔１８、排水流路９、排水マニホールド８により構成した排水経路の、少なくと一部の経路断面を閉塞する多孔質体１０を備える。ここでは、貫通孔１８の一部を閉塞するように多孔質体１０を配置する。図１（ｂ）に示すように、カソード側セパレータ３のアノード側セパレータ４の接触する面３ｂ側に、貫通孔１８に重なるように多孔質体１０を埋め込むことにより、貫通孔１８の一部を閉塞する。なお、多孔質体１０の配置はこの限りではない。例えば、供給ガス流路１６内の貫通孔１８に重なる位置に配置してもよい。なお、多孔質体１０は、カソードガス流路１２側に向かう面１０ａからその反対側の面１０ｂにかけて連通して形成される空隙を有する多孔質材により構成する。
【００１７】
通常運転時には、カソードガスが燃料電池１の外部からカソード入口マニホールド６に供給され、さらに各単位セル２に分配される。各単位セル２では、カソードガスがまず供給ガス流路１６に供給される。供給ガス流路１６の下流端１６ｄは行き止まりとなっているので、供給ガス流路１６に供給されたカソードガスは、強制的に隣接するガス拡散電極層５内に拡散される。ガス拡散電極層５内では、触媒にカソードガスが接触することにより発電反応（２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ・・・（１））が生じる。発電後のカソードガスは、排出ガス流路１７側に排出され、さらに燃料電池１を積層方向に貫通するカソード出口マニホールド７に回収されて、燃料電池１の外部に排出される。
【００１８】
ここで、カソード側では、（１）式に示すように発電に伴って水が生成される。このとき、カソードガス流路１２の行き止まり部分ではカソードガスの流れが少なく、生成水が滞留してフラッディングが生じる可能性がある。特に、供給ガス流路１６の下流端１６ｄの行き止まりでは、生成水が滞留してフラッディングが生じ易い。
【００１９】
そこで、上述したように、供給ガス流路１６から水を排出する排水経路を形成し、その途中の少なくとも一部を多孔質体１０で閉塞する。ここでは、排水経路を、貫通孔１８、排水流路９、排水マニホールド８により形成し、貫通孔１８の一部を多孔質体１０により閉塞する。
【００２０】
通常運転時に、カソード側で生じた生成水が多孔質体１０の空隙に入り込むと、図２（ａ）に示すように、水と多孔質体１０が接触するＢの部分に表面張力が働く。そのため、多孔質体１０の面１０ａと面１０ｂの差圧が、いわゆるバブルプレッシャーになるまではガスを封止することができ、供給ガス流路１６内のカソードガスが排水経路を介して外部に漏洩するのを防ぐことができる。バブルプレッシャーＰは、多孔質体１０の細孔径をｄ、水の表面張力をσ、多孔質内部の接触角をθとすると、次の式で表される。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
一方、供給ガス流路１６内で多くの凝縮水が生じ、多孔質体１０の表面１０ａ側に水が溜まった状態となった場合には、図２（ｂ）に示すように細孔内部に働く表面張力がなくなる。そのため、多孔質体１０の面１０ａ、１０ｂの間の差圧ΔＰが、細孔内の水の粘性抵抗による圧力損失を上回っていれば、水は多孔質体１０を透過することができる。
【００２３】
そこで、多孔質体１０を構成する材料の物性を調整し、（２）式に示すバブルプレッシャーＰが、細孔内の粘性抵抗による圧力損失より大きくなるようにする。通常運転時には、多孔質体１０の面１０ａと面１０ｂ側の圧力差ΔＰが、細孔内の粘性抵抗による圧力損失より大きく、またバブルプレッシャーより小さくなるように制御する。その結果、多孔質体１０は、面１０ａから面１０ｂに向かってカソードガスが透過するのを封止し、水のみを排出する機能を実現することができる。
【００２４】
次に、本実施形態の効果を説明する。
【００２５】
上流端１６ｕがカソード入口マニホールド６に連通し、下流端１６ｄが行き止まりより成る供給ガス流路１６と、下流端１７ｄがカソード出口マニホールド７に連通し、上流端１７ｕが行き止まりよりなる排出ガス流路１７と、を交互に配置することにより形成したカソードガス流路１２を設けた緻密質のカソード側セパレータ３を備える。また、カソードガス流路１２から供給されたカソードガスを用いて発電を行うガス拡散電極層５と、供給ガス流路１６の下流端１６ｄ近傍と外部とを連通する排水経路と、排水経路の少なくとも一部の経路断面を閉塞する多孔質体１０と、を備える。これにより、多孔質体１０の表面１０ａに到達した水は裏面１０ｂ側に透過するので、フラッディングを防止することができる。かつ、多孔質体１０の細孔に水が含浸されている場合には、その表面張力によってバブルプレッシャーまでガスを封止することができるので、ガスを封止し、カソードガスの減少による発電性能の低下も防止することができる。
【００２６】
排水経路として、少なくとも、供給ガス流路１６に連通し、緻密質なカソード側セパレータ３を厚み方向に貫通する貫通孔１８を備える。これにより、液水を貫通孔１８を介して供給ガス流路１６内から除去することができる。ここでは、排水経路を、カソード側セパレータ３を厚み方向に貫通する貫通孔１８と、燃料電池１を貫通する排水マニホールド８と、貫通孔１８と排水マニホールド８を連通する排水流路９とから構成する。このように構成することで、供給ガス流路１６内の液水を貫通孔１８に除去し、さらに排水マニホールド８を通って燃料電池１の外部に排出することができる。
【００２７】
多孔質体１０を、貫通孔１８の少なくとも一部を閉塞するように配置する。排水経路内でカソードガスが存在する可能性がある領域は、多孔質体１０の上流側の領域となる。多孔質体１０を貫通孔１８に配置することにより、この領域を小さく設定することができる。その結果、反応に用いられないカソードガスを少なくすることができ、特に運転と停止が頻繁に繰り返される移動体用の燃料電池として用いる場合の発電効率が低下するのを抑制することができる。
【００２８】
次に、第２の実施形態について説明する。燃料電池１の構成を図３に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００２９】
多孔質体１０を、供給ガス流路１６の下流端１６ｄ近傍に連通する排水経路の少なくとも一部の経路断面を閉塞するように配置する。ここでは、排水経路を構成する排水流路９の一部の流路断面を閉塞するように多孔質体１０を配置する。排水流路９は、アノード側セパレータ４の表面４ｂに設けた溝により構成されているため、組み立ての際に多孔質体１０を容易に設置することができる。また、排水流路９内に配置することで、カソードガスの圧力により流路軸方向に多孔質体１０が多少ずれても、水のみを排出してカソードガスをシールする機能を維持することができる。
【００３０】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００３１】
排水経路の一部として、カソード側セパレータ３のカソードガス流路１２を形成した面３ａの裏面３ｂ、または、それに隣接するプレートに排水流路９を構成する。多孔質体１０を、排水流路９の少なくとも一部を閉塞するように配置する。これにより、組み立て時、または通常運転時の、多孔質体１０の排水流路９内での設置位置に幅を持たせることができる。その結果、多孔質体１０の設置を容易に行うことができるとともに、多孔質体１０が排水流路９内で流路軸方向にずれた場合にも、排水機能とガスのシール機能を維持することができる。
【００３２】
次に、第３の実施形態について説明する。燃料電池１の構成を図４に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３３】
多孔質体１０を、供給ガス流路１６の下流端１６ｄ近傍に連通する排水経路の少なくとも一部の経路断面を閉塞するように配置する。ここでは、排水経路の一部を構成する排水マニホールド８内に、排水経路の流路断面を閉塞するように多孔質１０を配置する。図４（ｂ）に示すように、排水マニホールド８内の、排水流路９の出口部９ｏに重なる部分が多孔質体１０によって閉塞されるように多孔質体１０を配置する。
【００３４】
排水マニホールド８のＣ−Ｃ断面を図４（ｃ）に示す。
【００３５】
排水マニホールド８を略円筒形状に構成し、排水マニホールド８の内壁面の一部に沿って多孔質体１０を配置する。このとき、貫通孔１８を介して各供給ガス流路１６に連通する排水流路９の一端が、排水マニホールド８の多孔質体１０を配置した部分に接続されるように構成する。これにより、排水流路９内のカソードガスと水の混合流体のうち水のみを、多孔質体１０を介して排水マニホールド８側に排出することができる。その結果、カソードガスをシールして発電効率を維持するとともに、供給ガス流路１６の下流端１６ｄで生じ易いフラッディングを抑制することができる。
【００３６】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００３７】
多孔質体１０を、排水マニホールド８内の一部に配置する。ここでは、排水流路９の出口部９ｏを塞ぐように、多孔質体１０を排水マニホールド８内に配置する。連続する一つの多孔質体１０により、複数の単位セル２に構成した排水流路９の出口部９ｏを閉塞することができる。これにより、各単位セル２毎に多孔質体１０を設置する必要がないので、燃料電池１の組み立てる際の工程を簡単にすることができる。
【００３８】
次に、第４の実施形態について説明する。燃料電池１の構成を図５に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３９】
多孔質体１０を、供給ガス流路１６の下流端１６ｄ近傍に連通する排水経路の少なくとも一部の経路断面を閉塞するように配置する。ここでは、排水経路を構成する排水マニホールド８の出口部８ｏを閉塞するように多孔質体１０を配置する。つまり、多孔質体１０を、複数の積層した単位セル２のうち、排水マニホールド８の出口部８ｏ側の端部に位置する単位セル２ｈに配置する。これにより、燃料電池１から水を排出することができるとともに、カソードガスを燃料電池１内部にシールすることができる。
【００４０】
または、図６に示すように、積層した単位セル２の端部にエンドプレート１９を備える場合には、エンドプレート１９内部に形成された排水マニホールド８の一部、例えば出口部８ｏを閉塞するように、多孔質体１０を配置してもよい。このように配置した際にも、燃料電池１から水を排出することができるとともに、カソードガスを燃料電池１内部にシールすることができる。
【００４１】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる部分を中心に説明する。
【００４２】
カソード側セパレータ３とガス拡散電極層５とを積層することにより構成した単位セル２を複数積層することにより燃料電池１を構成する。排水経路として、単位セル２の積層方向について燃料電池１を貫通し、各単位セル２に形成した供給ガス流路１６から、少なくとも貫通孔１８を介して除去した液水を外部に排出する排水マニホールド８を備える。多孔質体１０を、排水マニホールド８の一部を閉塞するように配置する。これにより、単位セル２毎に多孔質体１０を設置する必要がないので、燃料電池１の組み立て工程を簡単にすることができる。特に、排水マニホールド８の出口８ｏを閉塞するように多孔質体１０を配置することで、一つの多孔質体１０によって燃料電池１全体のカソードガスをシールすることができるとともに、フラッディングを抑制することができる。このとき、多孔質体１０は、排水マニホールド８を閉塞するのに十分な大きさであればよいので、第３の実施形態に比較して少ない多孔質材料により多孔質体１０を形成することができる。
【００４３】
次に、第５の実施形態について説明する。燃料電池１の構成を図７に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４４】
ガス拡散電極層５を排水マニホールド８の内部まで延長して構成することにより、排水ガスマニホールド８の断面を閉塞する。ガス拡散電極層５は多孔質材により構成しているので、ガス拡散電極層５に水が含まれることにより、カソードガスを封止し、水のみを排出することができる。つまり、排水マニホールド８内に存在するガス拡散電極層５の一部（以下、多孔質部２０）が、多孔質体１０の機能を果たしている。
【００４５】
また、ガス拡散電極層５内の細孔径ｄを、反応領域に比較して多孔質部２０で小さくなるように構成する。これにより、（２）式のバブルプレッシャーＰが大きくなるので、ガス封止機能をより高めることができる。さらに、通常、反応領域ではガス拡散電極層５は撥水性を有しているが、多孔質部２０を形成する延長部分については、親水性を有するように形成する。これにより、多孔質内の接触角θが小さくなるので、バブルプレッシャーが大きくなり、ガス封止能力をより高めることができる。
【００４６】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００４７】
ガス拡散電極層５の一部が排水マニホールド８の流路断面を閉塞するように構成する。これにより、従来用いていた構成部品の一つにより多孔質部２０を構成することができるので、燃料電池１の組み立て工程を複雑にすることなく、排水経路の一部の経路断面を多孔質材により閉塞することができる。また、ガス拡散電極層５は、カソード側セパレータ３とアノード側セパレータ４によって狭持され、固定されているので、ガス拡散電極層５の一部で構成される多孔質部２０も排水マニホールド８内に固定される。そのため、多孔質部２０がずれる等によるカソードガスの漏れを確実に防ぐことができる。また、ガス拡散電極層５内で生じた液水についても、反応領域から排水マニホールド８側に移動させることができ、燃料電池１の外部に排出することができる。
【００４８】
また、ガス拡散電極層５の一部である、排水マニホールド８内に配された多孔質部２０の空隙が、ガス拡散電極層５の発電領域の空隙より小さくなるように構成する。ここでは、ガス拡散電極層５内で、多孔質部２０の細孔径ｄが反応領域の細孔径ｄに比較して小さくなるように構成する。これにより、多孔質部２０のバブルプレッシャーＰを大きくすることができるので、ガスの封止能力を向上することができる。
【００４９】
また、ガス拡散電極層５の一部である、排水マニホールド８内に配された多孔質部２０が、親水性を有するように構成する。これにより、新たな構成を付け加えることなく、バブルプレッシャーＰを大きくすることができるので、ガスの封止能力を向上することができる。
【００５０】
次に、第６の実施形態について説明する。燃料電池１の構成を図８に示す。図８（ａ）にはカソード側セパレータ３の反応面に沿った構成を、図８（ｂ）には、図８（ａ）のＤ−Ｄ断面を示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５１】
図８（ｂ）に、燃料電池１の排出ガス流路１７の流路軸に沿った断面構成を示す。カソード出口マニホールド７の下流側に、圧力調整機構２１を備えることにより、カソードガス流路１２内の圧力を調整可能に構成する。ここでは、圧力調整機構２１として圧力調整バルブ２１ａを用いる。カソードガス流路１２内の圧力を調整することにより、図１（ｂ）に示すような多孔質体１０の面１０ａ側と面１０ｂ側の圧力差ΔＰを調整することができる。圧力差ΔＰを、バブルプレッシャーを超えないで、多孔質体１０を水のみが通過するように制御する。
【００５２】
例えば、面１０ａ、１０ｂの間の圧力差ΔＰを、１０ｋＰａ以上、バブルプレッシャー未満となるように調整する。これにより、容易に手に入れることができる多孔質材を用いて多孔質体１０を形成した際に、多孔質体１０を介した排水機能を維持するとともに、カソードガスのシール機能を維持することができる。なお、圧力調整バルブ２１ａの調整は、図示しない圧力センサを用いて圧力差ΔＰが所定値となるように制御する。または、運転負荷、カソードガス流量に応じて、圧力差ΔＰが所定圧力となるように圧力調整バルブ２１ａの開度を設定しておいてもよい。
【００５３】
なお、ここでは、第１の実施形態に用いた燃料電池１のカソード出口マニホールド７の下流側に圧力調整機構２１を設けたがこの限りではなく、第１〜第５の実施形態における何れの燃料電池１にも適用することができる。
【００５４】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００５５】
カソードガス流路１２内の圧力を調整する圧力調整機構２１を備える。ここでは、圧力調整機構２１として圧力調整バルブ２１ａを用いる。圧力調整バルブ２１ａにより多孔質体１０の両面１０ａ、１０ｂ間の圧力差ΔＰを調整する。これにより、多孔質体１０のバブルプレッシャーを超えることなく、圧力差を確保することができる。
【００５６】
このとき、圧力調整バルブ２１ａにより、多孔質体１０の両面１０ａ、１０ｂ間の圧力差ΔＰが１０ｋＰａ以上になるように調整する。これにより、容易に手に入れることができる多孔質材を用いて多孔質体１０を形成した際に、水の排水に十分な圧力差を確保することができる。
【００５７】
なお、上記実施形態においては、カソードガス流路１２についてインターディジデント形状とし、排水経路を設けたが、アノードガス流路１３についても同様の構成とすることで、アノードガス流路１３におけるフラッディングを抑制することができる。
【００５８】
また、各流路を溝により形成したが、この限りではなく、例えばセパレータを平板により形成し、各流路を平板の成形により形成してもよい。
【００５９】
このように、本発明は上記発明を実施するための最良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思想の範囲内で様々な変更が為し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、緻密質セパレータにインターディジデント形状のガス流路を有する燃料電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の実施形態に用いる燃料電池の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態における多孔質体のシール機能の説明図である。
【図３】第２の実施形態に用いる燃料電池の概略構成図である。
【図４】第３の実施形態に用いる燃料電池の概略構成図である。
【図５】第４の実施形態に用いる燃料電池の概略構成図である。
【図６】第４の実施形態に用いる別の例の燃料電池の概略図である。
【図７】第５の実施形態に用いる燃料電池の概略構成図である。
【図８】第６の実施形態に用いる燃料電池の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    燃料電池
２    単位セル
３    カソード側セパレータ（セパレータ）
５    ガス拡散電極層（ガス拡散電極）
６    カソード入口マニホールド（供給マニホールド）
７    カソード出口マニホールド（排出マニホールド）
８    排水マニホールド
９    排水流路
１０  多孔質体
１２  カソードガス流路（ガス流路）
１６  供給ガス流路
１７  排出ガス流路
１８  貫通孔
２０  多孔質部（多孔質体）
２１  圧力調整機構（圧力調整手段）
【図１】
2005166545.tif 000004
【図２】
2005166545.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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