(57)【要約】【課題】  ガス流路溝内の水を排出して固体高分子形燃料電池を安定的に動作させる。【解決手段】  アノード側プレート２０には、アノード７２に対向するアノードガス流路が形成されている。カソード側プレート８０には、カソード７４に対向するカソードガス流路が形成されている。セルは、主にＭＥＡ７０をアノード側プレート２０とカソード側プレート８０とで挟持して構成される。アノード側プレート２０およびカソード側プレート８０には、積層体１０Ａを貫通するガス排出マニホールド孔４２、４６が形成されている。アノードガス流路またはカソードガス流路の少なくとも一方の下流には、吸水部材６０Ａが配置される。吸水部材６０Ａは、ガス排出マニホールド孔４２、４６内まで延在する延在部を有しており、これによって水が出口ヘッダ４８に滞留することなくマニホールドに排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の一方の面にアノードを配し他方の面にカソードを配した膜電極接合体と、前記アノードに対向するアノードガス流路が形成されたアノード側プレートと、前記カソードに対向するカソードガス流路が形成されたカソード側プレートと、から構成されるセルを複数積層した積層体を備え、前記アノード側プレートおよびカソード側プレートに前記積層体を貫通するガス排出マニホールドが形成されている燃料電池スタックであって、
前記セルは前記アノードガス流路またはカソードガス流路の少なくとも一方の下流に配置された吸水部材をさらに備え、該吸水部材が前記ガス排出マニホールド内まで延在する延在部を有していることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
電解質膜の一方の面にアノードを配し他方の面にカソードを配した膜電極接合体と、前記アノードに対向するアノードガス流路が形成されたアノード側プレートと、前記カソードに対向するカソードガス流路が形成されたカソード側プレートと、から構成されるセルを複数積層した積層体を備え、前記アノード側プレートおよびカソード側プレートに前記積層体を貫通するガス排出マニホールドが形成されている燃料電池スタックであって、
前記セルは、前記アノードガス流路またはカソードガス流路の少なくとも一方を流路底と対向するように覆い、各ガス流路に対応して開口部が設けられているトンネル流路形成プレートと、該トンネル流路形成プレート上に配置され前記開口部を覆う吸水部材と、をさらに備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
前記吸水部材が前記ガス排出マニホールド内まで延在する延在部を有していることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
各セルの吸水部材の延在部が前記ガス排出マニホールド内において相互に連結していることを特徴とする請求項１または３に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記延在部が前記ガス排出マニホールド内で屈曲しており、この屈曲部分が隣接するセルの吸水部材の延在部と接触していることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記延在部が前記ガス排出マニホールド内で屈曲しており、
前記ガス排出マニホールドの積層方向に延び各セルの吸水部材の延在部と接触する連結用吸水部材をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記吸水部材が前記アノード側プレートまたはカソード側プレートのガス出口部分の形状に合わせて形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関する。より具体的には、本発明はガス流路の閉塞を抑制する燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体高分子形燃料電池スタックでは、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード、他方の面にカソードを接合して膜電極接合体（以下、「ＭＥＡ」と表記する）を構成し、このＭＥＡのアノードに対向して燃料流路を設けたアノード側プレートと、ＭＥＡのカソードに対向して酸化剤流路を設けたカソード側プレートとでＭＥＡを挟んでセルを構成する。このような構造のセルを複数積層して積層体を形成し、この積層体の両端に端板を添えて締め付けることにより燃料電池が構成される。
【０００３】
固体高分子形燃料電池は、アノード側プレートに改質ガス等の燃料ガスを流通させるとともに、カソード側プレートに空気等の酸化剤ガスを流通させ、電解質膜を介して電気化学反応を生じさせることにより直流電力を発電する。
【０００４】
固体高分子形燃料電池は、運転中に固体高分子電解質膜のイオン導電性を確保するために電解質膜を保湿する必要があるため、従来から燃料ガスや空気を加湿して供給する方式が多く用いられている。また、アノード側ガス流路に燃料ガスと液体の水を分配してともに流通させることによって、アノードに対する燃料ガスの供給と電解質膜の保湿を効率よく行うとともに、電池の冷却も行うことのできる固体高分子形燃料電池も開発されている。
【０００５】
燃料電池において優れた電池特性を得るためには、アノードまたはカソードの全体に燃料ガスや酸化剤ガスを行き渡らせることが必要である。そのためには、アノード側およびカソード側のガス流路溝が水で閉塞して燃料ガスや酸化剤ガスの流れを妨げることのないようにする必要がある。
【０００６】
このため、従来、燃料ガス流路溝を鉛直方向に向けて燃料ガスを下方向に流通させることで水を排出し易くし、さらにガス流路溝出口に吸水材を配したものが知られている（たとえば、特許文献１）。これによると、燃料ガス流路で生成された水は吸水材を介してマニホールドに排出されるため、燃料ガス流路溝出口付近から速やかに水を除去することができるので、燃料ガス流路溝の閉塞が少なくなる。
【特許文献１】特開２００１−１７６５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、通常、燃料ガス流路溝や酸化剤ガス流路溝の出口に設けられる出口ヘッダは非常に浅いため、水がこの出口ヘッダに滞留しやすい。この滞留水の量はセルによって異なり、滞留水の多いセルではセルへの燃料ガスや酸化剤ガスの供給量が低下して、電圧低下を招くことになる。
【０００８】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス流路溝で生成される水を速やかにマニホールドに排出して、燃料電池を安定的に動作させることのできる燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は、電解質膜の一方の面にアノードを配し他方の面にカソードを配した膜電極接合体と、前記アノードに対向するアノードガス流路が形成されたアノード側プレートと、前記カソードに対向するカソードガス流路が形成されたカソード側プレートと、から構成されるセルを複数積層した積層体を備え、前記アノード側プレートおよびカソード側プレートに前記積層体を貫通するガス排出マニホールドが形成されている燃料電池スタックに関する。前記セルは前記アノードガス流路またはカソードガス流路の少なくとも一方の下流に配置された吸水部材をさらに備え、該吸水部材が前記ガス排出マニホールド内まで延在する延在部を有している。
【００１０】
この態様によれば、アノードガス流路またはカソードガス流路の下端で吸水部材に吸収された水が吸水部材によりガス排出マニホールドまで速やかに排水されるため、アノード側プレートまたはカソード側プレートの出口ヘッダに水が滞留することがなくなるので、水詰まりによるガス流路の閉塞が抑制される。したがって、各セルの電圧の低下のばらつきが減少し、燃料電池を安定的に動作させることができる。なお、ガス流路から水を効果的に排出するには、ガス流路の下流がプレートの鉛直方向下側にあることが好ましい。
【００１１】
本発明の別の態様は、電解質膜の一方の面にアノードを配し他方の面にカソードを配した膜電極接合体と、前記アノードに対向するアノードガス流路が形成されたアノード側プレートと、前記カソードに対向するカソードガス流路が形成されたカソード側プレートと、から構成されるセルを複数積層した積層体を備え、前記アノード側プレートおよびカソード側プレートに前記積層体を貫通するガス排出マニホールドが形成されている燃料電池スタックに関する。前記セルは、前記アノードガス流路またはカソードガス流路の少なくとも一方を流路底と対向するように覆い、各ガス流路に対応して開口部が設けられているトンネル流路形成プレートと、該トンネル流路形成プレート上に配置され前記開口部を覆う吸水部材と、をさらに備える。
【００１２】
この態様によれば、トンネル流路形成用プレートのガス流路溝側を伝わる水が当該プレートに開けられた開口部に浸入し、開口部上面に置かれた吸水部材により吸収されるので、ガス流路溝下端部での水詰まりによる閉塞が抑制される。なお、開口部は種々の形状を取ることができ、例えば貫通孔やスリットを含む。前記吸水部材は、前記ガス排出マニホールド内まで延在する延在部を有していてもよい。これにより、開口部から吸水された水をガス排出マニホールドまで導くことができる。なお、吸水部材は単一の部材であっても二部材以上の重ねあわせにより構成されていてもよい。
【００１３】
各セルの吸水部材の延在部が前記ガス排出マニホールド内において相互に連結していてもよい。これによると、各セルから排出される水がガス排出マニホールド内の吸水部材を次々と伝わるので、燃料電池スタックの外部に水を排出することができる。なお、「相互に連結」とは、延在部が一方向に向かって隣接するセルと連結する場合と、両側のセルと連結する場合を含む。
【００１４】
前記延在部が前記ガス排出マニホールド内で屈曲しており、この屈曲部分が隣接するセルの吸水部材の延在部と接触するように燃料電池スタックを構成してもよい。または、前記延在部が前記ガス排出マニホールド内で屈曲しており、前記ガス排出マニホールドの積層方向に延び各セルの吸水部材の延在部と接触するような連結用吸水部材をさらに備えるようにしてもよい。これによると、各セルから排出される水がガス排出マニホールド内の吸水部材を次々と伝わるので、燃料電池スタックの外部に水を排出することができる。なお、「屈曲」とは、吸水部材が折り曲げられている場合と、滑らかに曲げられている場合の両方を含む。また、「接触」とは、吸水部材同士が単に接している場合と、重ねあわされている場合の両方を含む。
【００１５】
前記吸水部材が前記アノード側プレートまたはカソード側プレートのガス流路出口部分の形状に合わせて形成されていてもよい。例えば、アノード側プレートのアノードガス流路またはカソード側プレートのカソードガス流路の下流に出口ヘッダが設けられているような燃料電池スタックの場合は、出口ヘッダの形状と吸水部材の形状をほぼ同じにし、出口ヘッダの全体にわたって吸水部材を配するようにすれば、出口ヘッダに水が滞留することがなくなる。また、出口ヘッダが設けられておらず、アノードガス流路またはカソードガス流路が直接ガス排出マニホールド孔に開口しているような形状のアノード側プレートまたはカソード側プレートを備える燃料電池スタックの場合は、ガス流路の下端からガス排出マニホールド孔に突出するような吸水部材を各ガス流路に備えるようにしてもよい。
【００１６】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池スタックによれば、水によるガス流路溝の閉塞が抑制されるので、固体高分子形燃料電池を安定的に動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１（ａ）、（ｂ）を参照して、実施の形態１に係る固体高分子形燃料電池の構成を説明する。図１（ａ）は、アノード側プレート２０の平面図であり、図１（ｂ）は、固体高分子形燃料電池スタックの積層体１０Ａの一部分を図１（ａ）のＡ−Ａ'断面で切り出した断面図である。
【００１９】
ＭＥＡ７０は、固体高分子電解質膜７６にアノード７２およびカソード７４を配して構成されている。アノード側プレート２０には、ＭＥＡ７０のアノード７２に対向して複数の燃料ガス流路溝２２を設けてあり、カソード側プレート８０には、ＭＥＡ７０のカソード７４に対向して酸化剤ガス流路溝８２を設けてある。主に、ＭＥＡ７０を、アノード側プレート２０とカソード側プレート８０とで挟持することで単位セルが構成され、このセルを所定枚数積層することで、積層体１０Ａが構成される。積層体１０Ａの両端には、当該積層体を締め付ける一対の端板（図示せず）が配されており、これによって固体高分子形燃料電池スタックの一部を構成している。
【００２０】
アノード側プレート２０の上部には、燃料ガス供給マニホールド孔３２と、冷却水供給マニホールド孔３４と、酸化剤ガス供給マニホールド孔３６とが開設されている。アノード側プレート２０の燃料ガス供給マニホールド孔３２の下部には入口ヘッダ３８が設けられ、入口ヘッダ３８からは、鉛直方向下方に延びる複数の燃料ガス流路溝２２が設けられている。このようにアノード側プレート２０を配置することによって、重力の効果により水詰まりの影響を低減することができる。燃料ガス流路溝２２のサイズは、例えば、幅０．５ｍｍ、深さ０．３ｍｍである。燃料ガス流路溝２２は、ＭＥＡ７０のアノード７２に対向している。燃料ガス流路溝２２の下側には、複数の燃料ガス流路溝２２と連通する空間である出口ヘッダ４８が設けられている。
【００２１】
アノード側プレート２０の下側には、燃料ガス排出マニホールド孔４２と、冷却水排出マニホールド孔４４と、酸化剤ガス排出マニホールド孔４６とが開設されている。図１（ｂ）の断面図からわかるように、燃料ガス供給マニホールド孔３２は入口ヘッダ３８と連通し、燃料ガス排出マニホールド孔４２は出口ヘッダ４８と連通している。
【００２２】
入口ヘッダ３８と燃料ガス流路溝２２の上部に面して、トンネル流路を形成するためのプレート３０が配設されている。同様に、出口ヘッダ４８と燃料ガス流路溝２２の下部に面して、トンネル流路を形成するためのプレート４０が配設されている。
【００２３】
アノード側プレート２０と同様に、カソード側プレート８０にも供給マニホールド孔３２、３４、３６および排出マニホールド孔４２、４４、４６が開設されている。カソード側プレート８０には、それぞれ酸化剤ガス供給マニホールド孔３６に連通する図示しない入口ヘッダと、酸化剤ガス排出マニホールド孔４６に連通する図示しない出口ヘッダが設けられている。入口ヘッダと出口ヘッダの間には、燃料ガス流路溝２２のような酸化剤ガス流路溝８２（図１（ｂ）参照）が設けられ、この酸化剤ガス流路溝８２がＭＥＡ７０のカソード７４に対向するようになっている。
【００２４】
また、アノード側プレート２０およびカソード側プレート８０のそれぞれの背面側、つまりＭＥＡ７０に対向する面と反対側の面には凹部が形成されている。アノード側プレート２０とカソード側プレート８０の背面を重ね合わせることで、凹部が組み合わされて冷却水流路５８が形成される。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、アノード側プレート２０およびカソード側プレート８０が積層されることで、供給マニホールド孔３２、３４、３６、および排出マニホールド孔４２、４４、４６が連結され、積層体１０Ａの積層方向に連通するマニホールドが形成される。アノード側プレート２０とカソード側プレート８０の間にはガスケット５４が挟まれており、これによって、ＭＥＡ７０の四辺をシールするとともにマニホールドをシールしている。
【００２６】
燃料ガス流路溝２２の終端部に接して、燃料ガス流路溝２２内で生成する水を速やかに吸水し排水するべく、吸水部材６０Ａが配設されている。この吸水部材６０Ａは、図１（ａ）および図１（ｂ）に、ドットを付して示されている。図１（ｂ）に示すように、吸水部材６０Ａは、アノード側プレート２０に形成された凹部に填め込まれ、出口ヘッダ４８のほぼ全面に広がるようになっている。
【００２７】
この実施の形態では、吸水部材６０Ａは燃料ガス排出マニホールド孔４２まで突出し、吸水部材６０Ａのマニホールド側先端が、マニホールド内に滞留する水の水面より高い位置にあるようにされる。
【００２８】
吸水部材６０Ａは、例えばポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、レーヨン、レーヨン／ポリエチレンテレフタレート、ナイロン／ポリエチレンテレフタレート、レーヨン／ポリクラールのいずれかを主成分とする織布、不織布またはフェルト等の材料、または、多孔質カーボン等の多孔質材料を用いて形成することができる。
【００２９】
次に、積層体１０Ａ内の反応ガスの流れについて説明する。
【００３０】
燃料ガスは、積層体１０Ａの積層方向に連通する燃料ガス供給マニホールド孔３２を通って各セルに分配供給される。燃料ガスは、水中にバブリングして加湿されたものを使用する。各セルに供給された燃料ガスは、入口ヘッダ３８を通過して燃料ガス流路溝２２を流通し、アノードに水素を供給するとともに、固体高分子電解質膜を加湿する。燃料ガスとして、水素ガスあるいは水素を主成分とする天然ガス、プロパン、ブタン、メタノールなどの改質ガスを用いることができる。
【００３１】
一方、空気等の酸化剤ガスは、積層体１０Ａの積層方向に連通する酸化剤ガス供給マニホールド孔３６を通って各セルに分配供給される。各セルに供給された酸化剤ガスは、入口ヘッダを通過して酸化剤ガス流路溝８２を流通し、カソードに酸素を供給する。
【００３２】
燃料ガスおよび酸化剤ガスが流通する各セルでは、固体高分子電解質膜７６を介して電気化学反応が生じることにより発電が行われる。各セルから排出される未反応の燃料ガスは、出口ヘッダ４８において合流し、積層体１０Ａの積層方向に連通する燃料ガス排出マニホールド孔４２を通って積層体１０Ａの外部に排出される。排出された未反応燃料ガスは、図示しない燃料改質装置の改質器バーナに導入されて燃焼するのが一般的である。
【００３３】
また、発電後に各セルから排出される未反応の酸化剤ガスは、出口ヘッダにおいて合流し、積層体１０Ａの積層方向に連通する酸化剤ガス排出マニホールド孔４６を通って積層体１０Ａの外部に排出される。
【００３４】
冷却水は、積層体１０Ａの積層方向に連通する冷却水供給マニホールド孔３４を通って各冷却水流路５８に分配供給される。各冷却水流路５８を流通する冷却水は、各セルを冷却して適正運転温度（たとえば、約７０〜８０[℃]）に保持する。冷却水は、積層体１０Ａの積層方向に連通する冷却水排出マニホールド孔４４を通って積層体１０Ａの外部に排出される。
【００３５】
アノード側プレート２０の燃料ガス流路溝２２で生成された水は、出口ヘッダ４８に排出される。出口ヘッダ４８は燃料ガス排出マニホールド孔４２に向かって傾斜しているので、水は燃料ガス排出マニホールド孔４２に排出される。しかしながら、燃料ガスと水の混合物が狭い燃料ガス流路溝内を流れるので、流路溝途中で水が滞留してしまい、これにより流路に水詰まりが生じてガスの流通が阻害されてしまう。また、出口ヘッダ４８は非常に浅いため、出口ヘッダ４８に排出された水は出口ヘッダ内に滞留しやすい。この滞留水の量はセルによって異なり、滞留水の多いセルでは、アノードに対する燃料ガスの供給が不均一になり、電圧低下を招来してしまう。
【００３６】
この実施形態では、燃料ガス流路溝２２の最下流部に滞留する水は、燃料ガス流路溝２２の片側の壁面に埋め込まれた吸水部材により吸水され、かつ、吸水部材が出口ヘッダ４８の形状に合わせて成形されているので、吸水部材中の水勾配にしたがって水が滞留せずに速やかに燃料ガス排出マニホールド孔４２に排出される。
【００３７】
以上説明した実施の形態により、以下のような効果が得られる。すなわち、燃料ガス供給溝の下端に接するように出口ヘッダ内に吸水部材を設け、かつ吸水部材の端部が出口ヘッダの最下端よりも低い位置にあると、出口ヘッダ内の滞留水はこの吸水部材に吸い取られ、燃料ガス排出マニホールド内に排出される。これによって、電解質膜を加湿するための水分により生じるガス流路の水詰まりを軽減できるとともに、出口ヘッダ内の滞留水を速やかに除去することができる。また、出口ヘッダ内の滞留水が速やかに排除されることで燃料ガスの通路が確保され、各燃料ガス流路溝に流通するガスの流れを均一なものとなるので、電池特性を向上させることができる。また、発電電圧の経時的な低下を抑制できるため、長時間の運転後であっても高い電圧を得ることができる。なお、燃料ガス供給溝の下端と吸水部材との間に微小な隙間、例えば０．５ｍｍ程度の隙間を空けるように出口ヘッダ内に吸水部材を設けても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
実施の形態２．
図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態２に係る固体高分子形燃料電池スタックの構成を説明する図である。図２（ａ）は、アノード側プレート２０の平面図であり、図２（ｂ）は、固体高分子形燃料電池スタックの積層体１０Ｂの一部分を図２（ａ）のＡ−Ａ'断面で切り出した断面図である。実施の形態２は、吸水部材６０Ｂの形状以外は実施の形態１と同様の構成をとる。したがって、同一部材に同一の符号を付することによって詳しい説明を省略する。
【００３９】
図３は、実施の形態２に係る吸水部材６０Ｂの形状を示す。図示するように、吸水部材６０Ｂは、台形部分６２以外に、燃料ガス排出マニホールド孔４２内まで延びる延在部６４を有する。この延在部６４は、燃料ガス排出マニホールド孔４２の底面に接する手前で屈曲しており、屈曲した部分から先は、隣のセルのアノード側プレート２０から延びている吸水部材６０Ｂの延在部６４に接するだけの長さを有している。これによって、図２（ｂ）の断面図に示すように、隣接するセルそれぞれのアノード側プレート２０から延びる吸水部材６０Ｂを次々に接触させることで、吸水部材を積層体１０Ｂの積層方向に連結することができる。
【００４０】
この構成をとることによって、出口ヘッダ４８から燃料ガス排出マニホールド孔４２内に吸水部材を介して伝わってきた水分は、吸水部材６０Ｂの水勾配により次々に隣接する吸水部材６０Ｂに移動することで燃料ガス排出マニホールド孔４２内を移動し、速やかに積層体１０Ｂ外に排出される。
【００４１】
実施の形態３．
図４（ａ）、（ｂ）は、実施の形態３に係る固体高分子形燃料電池スタックの構成を説明する図である。図４（ａ）は、アノード側プレート２０の平面図であり、図４（ｂ）は、固体高分子形燃料電池スタックの積層体１０Ｃの一部分を図４（ａ）のＡ−Ａ'断面で切り出した断面図である。実施の形態３は、吸水部材６０Ｃの延在部が燃料ガス排出マニホールド孔４２内まで伸びている点では、実施の形態２と共通する。ただし、実施の形態３では、吸水部材６０Ｃ以外にも別の連結用吸水部材が燃料ガス排出マニホールド孔４２内に設けられている点で、実施の形態２と相違する。この相違点を、図５を参照して説明する。
【００４２】
図５は、実施の形態３に係る吸水部材６０Ｃの形状を示す。図示するように、吸水部材６０Ｃは、台形部分６２以外に、燃料ガス排出マニホールド孔４２内まで延びる延在部６６を有する。この延在部６６は、燃料ガス排出マニホールド孔４２の底面に接して広がる平面部分６７を有している。そして、連結用吸水部材６８が、各セルのアノード側プレート部分にあるこの平面部分６７の上に重なるように配置される。これによって、図４（ｂ）の断面図に示すように、各セルのアノード側プレート２０から延びる吸水部材６０Ｃを、積層体１０Ｃの積層方向に連結することができる。なお、連結用吸水部材６８は、平面部分６７の下側に置くようにしてもよい。
【００４３】
この構成をとることによって、出口ヘッダ４８から燃料ガス排出マニホールド孔４２内に吸水部材を介して伝わってきた水分は、吸水部材６０Ｂの水勾配により次々に隣接する吸水部材６０Ｂに移動することで燃料ガス排出マニホールド孔４２内を移動し、速やかに積層体１０Ｂ外に排出される。
【００４４】
以上説明した実施の形態１ないし３は、燃料ガス流路溝２２の下端に接するように吸水部材６０Ａ〜Ｃを配するようにした形態である。次に、実施の形態１ないし３とは異なる構成を持つ形態について説明する。
【００４５】
実施の形態４．
図６（ａ）、（ｂ）は、実施の形態４に係る固体高分子形燃料電池スタックの構成を説明する図である。図６（ａ）は、アノード側プレート２０の平面図であり、図６（ｂ）は、固体高分子形燃料電池スタックの積層体１０Ｄの一部分を図６（ａ）のＡ−Ａ'断面で切り出した断面図である。積層体１０Ｄの基本的な構成は、実施の形態１の積層体１０Ａと同様であるので、同一部材に同一の符号を付することによって詳しい説明を省略する。
【００４６】
この実施の形態４では、トンネル流路形成用プレート９０に、燃料ガス流路溝ごとに小さい貫通孔９２が設けられている。また、トンネル流路形成用プレート９０には台形状の窓が開設されており、そこに第２吸水部材６０Ｄの台形部分がはめ込まれる。第１吸水部材９４は、トンネル流路形成用プレート９０の貫通孔９２を覆い、かつ、第２吸水部材６０Ｄと重なるように配置される（図７参照）。この第２吸水部材６０Ｄの形状は、実施の形態１における吸水部材６０Ａと同じである。なお、トンネル流路形成用プレート９０には、貫通孔の代わりに燃料ガス流路溝２２ごとにスリットを設けてもよい。
【００４７】
上記の構成において、燃料ガス流路溝２２内で生成された水は、トンネル流路形成用プレート９０を伝わって鉛直方向下向きに移動し、トンネル流路形成用プレート９０に開設された貫通孔９２を通って、まず第１吸水部材９４に吸収される。次に、第１吸水部材９４と接触している第２吸水部材６０Ｄに吸収される。そして、吸水部材６０Ｄの水勾配により水が流動して、燃料ガス排出マニホールド孔４２内に水が排出される。
【００４８】
トンネル流路形成用プレートの上側に吸水部材を配する形態は、実施の形態４の構成に限られない。以下で説明する実施の形態５および実施の形態６は、吸水部材の形状が異なる以外は、実施の形態４と同様の構成をとる。したがって、同一部材に同一の符号を付することによって詳しい説明を省略する。
【００４９】
実施の形態５．
図８（ａ）、（ｂ）は、実施の形態５に係る固体高分子形燃料電池スタックの構成を説明する図である。図８（ａ）は、アノード側プレート２０の平面図であり、図８（ｂ）は、固体高分子形燃料電池スタックの積層体１０Ｅの一部分を図８（ａ）のＡ−Ａ'断面で切り出した断面図である。実施の形態５では、第２吸水部材６０Ｅは、図３に示した吸水部材６０Ｂと同様の形状をなす。すなわち、第２吸水部材６０Ｅは、台形部分６２以外に、燃料ガス排出マニホールド孔４２内まで延びる延在部６４を有する。この延在部６４は、燃料ガス排出マニホールド孔４２の底面に接する手前で屈曲しており、屈曲した部分から先は、隣のセルのアノード側プレート２０から延びている吸水部材６０Ｅの延在部６４に接するだけの長さを有している。これによって、図８（ｂ）の断面図に示すように、隣接するセルそれぞれのアノード側プレート２０から延びる吸水部材６０Ｅを次々に接触させることで、吸水部材を積層体１０Ｅの積層方向に連結することができる。燃料ガス流路溝２２内で生成された水の移動については、上述の実施の形態２の場合と同様である。
【００５０】
実施の形態６．
図９（ａ）、（ｂ）は、実施の形態２に係る固体高分子形燃料電池スタックの構成を説明する図である。図９（ａ）は、アノード側プレート２０の平面図であり、図９（ｂ）は、固体高分子形燃料電池スタックの積層体１０Ｆの一部分を図９（ａ）のＡ−Ａ'断面で切り出した断面図である。実施の形態６では、第２吸水部材６０Ｆは、図５に示した吸水部材６０Ｃと同様の形状をなす。すなわち、吸水部材６０Ｆは、台形部分６２以外に、燃料ガス排出マニホールド孔４２内まで延びる延在部６６を有する。この延在部６６は、燃料ガス排出マニホールド孔４２の底面に接して広がる平面部分６７を有している。そして、連結用吸水部材６８が、各セルのアノード側プレート部分にあるこの平面部分６７の上に重なるように配置される。これによって、図９（ｂ）の断面図に示すように、各セルのアノード側プレート２０から延びる吸水部材６０Ｆを、積層体１０Ｆの積層方向に連結することができる。燃料ガス流路溝２２内で生成された水の移動については、上述の実施の形態３の場合と同様である。
【００５１】
以上、いくつかの実施の形態をもとに本発明を説明した。本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００５２】
実施の形態では、アノード側プレートを例にして説明したが、カソード側プレートに酸化剤ガスとともに水分を供給する場合にも同様に、本発明を適用することができる。
【００５３】
また、電解質体として固体高分子電解質膜以外のほかの電解質体を用いた燃料電池においても、上記説明した吸水部材をカソード側プレートに適用することで、燃料電池内の反応によって生じる反応生成水による水詰まりの影響を低減することができる。
【００５４】
実施の形態では、アノード側プレートに形成された燃料ガス流路溝が、ガス流れ方向を鉛直方向下方側として配置されているものとして説明したが、必ずしも燃料ガス流路溝が鉛直方向に配設される必要はなく、斜め方向に配設されていてもよい。また、実施の形態では、燃料ガス流路溝または酸化剤ガス流路溝の下端部に出口ヘッダが設けられているものについて説明したが、出口ヘッダが設けられておらず、燃料ガス流路溝または酸化剤ガス流路溝が直接ガス排出マニホールド孔に開口しているような形状のアノード側プレートまたはカソード側プレートを備える燃料電池スタックにおいても、ガス流路溝の下端からガス排出マニホールド孔に突出するような吸水部材を備えることで、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（ａ）は実施の形態１に係るアノード側プレートの平面図であり、（ｂ）は実施の形態１に係る燃料電池スタックの断面図である。
【図２】（ａ）は実施の形態２に係るアノード側プレートの平面図であり、（ｂ）は実施の形態２に係る燃料電池スタックの断面図である。
【図３】実施の形態２に係る吸水部材の形状を示す図である。
【図４】（ａ）は実施の形態３に係るアノード側プレートの平面図であり、（ｂ）は実施の形態３に係る燃料電池スタックの断面図である。
【図５】（ａ）は実施の形態３に係る吸水部材の形状を示す図であり、（ｂ）は吸水部材の重ねあわせを説明する図である。
【図６】（ａ）は実施の形態４に係るアノード側プレートの平面図であり、（ｂ）は実施の形態４に係る燃料電池スタックの断面図である。
【図７】実施の形態４に係る吸水部材の形状を示す図である。
【図８】（ａ）は実施の形態５に係るアノード側プレートの平面図であり、（ｂ）は実施の形態５に係る燃料電池スタックの断面図である。
【図９】（ａ）は実施の形態６に係るアノード側プレートの平面図であり、（ｂ）は実施の形態６に係る燃料電池スタックの断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０Ａ〜１０Ｆ  燃料電池スタック、  ２０  アノード側プレート、  ２２  燃料ガス流路溝、  ３０  トンネル流路形成用プレート、  ３２  燃料ガス供給マニホールド孔、  ３４  冷却水供給マニホールド孔、  ３６  酸化剤ガス供給マニホールド孔、  ３８  入口ヘッダ、  ４０  トンネル流路形成用プレート、  ４２  燃料ガス排出マニホールド孔、  ４４  冷却水排出マニホールド孔、  ４６  酸化剤ガス排出マニホールド孔、  ４８  出口ヘッダ、  ５４  ガスケット、  ５８  冷却水流路、  ６０Ａ〜６０Ｃ  吸水部材、  ６０Ｄ〜６０Ｆ  第２吸水部材、  ６２  ヘッダ部、  ６４、６６  延在部、  ６７  平面部分、  ６８  連結用吸水部材、  ７０  ＭＥＡ、  ７２  アノード、  ７４  カソード、  ７６  固体高分子電解質膜、  ８０  カソード側プレート、  ８２  酸化剤ガス流路溝、  ９０  トンネル流路形成用プレート、  ９２  貫通孔、  ９４  第１吸水部材。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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