(57)【要約】【課題】生成水に含まれる腐食性イオンの拡散を防止する固体高分子電解質型燃料電池を提供する。【解決手段】固体高分子電解質型燃料電池は、セルを通過した燃料ガスが流れる燃料ガス排出通路と、当該燃料ガス排出通路を流れる燃料ガスに含まれる水を分離するための気液分離機構と、上記燃料ガスから分離された水に含まれるイオンを回収するイオン交換器とを内部に備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルを通過した燃料ガスが流れる燃料ガス排出通路と、
前記燃料ガス排出通路を流れる燃料ガスに含まれる水を分離するための気液分離機構と、
前記燃料ガスから分離された水に含まれるイオンを回収するイオン交換器と、
を内部に備える固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項２】
前記気液分離機構は、
前記燃料ガス排出通路内を冷却するための冷却媒体が流れる冷却媒体流路、
を更に備える請求項１に記載の固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項３】
前記気液分離機構は、
前記燃料ガス排出通路に流入された燃料ガスと当接する当接部、
を更に備える請求項１又は２に記載の固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項４】
前記燃料ガス排出通路、前記気液分離機構、及び前記イオン交換器は、前記固体高分子電解質型燃料電池を構成する非金属製部品内に設けられる請求項１から３のいずれか１つに記載の固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項５】
前記非金属部品は、インシュレータである請求項４に記載の固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項６】
前記燃料ガス排出通路と前記固体高分子電解質型燃料電池の外部とを連通する、前記水の排出路を更に備える、
請求項１から５のいずれか１つに記載の固体高分子電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質型燃料電池に関し、特に、生成水に含まれるイオンを除去するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質型燃料電池(ＰＥＦＣ)は、電解質膜として水素イオン導電性の高いフッ素樹脂系高分子膜を用いる。ＰＥＦＣは、このような固体高分子電解質膜を燃料ガス電極（アノード）と酸化剤ガス電極（カソード）とで挟み、更にそれら電極の両側をガス供給路の設けられたセパレータで挟むように形成されるセルが所定数積層されたセルスタックを備える。セルスタックでは、アノードに接合されるセパレータの供給路に燃料ガスが供給され、カソードに接合されるセパレータの供給路に酸化剤ガスが供給される。ＰＥＦＣは、このように供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを固体高分子電解質膜を介して反応させることにより発電を行う。
【０００３】
このとき、カソードの触媒層では化学反応により水が生成される。この生成水は、固体高分子電解質膜を通じてアノードに到達する。このアノードへ到達した水は、燃料ガスとともにセルスタックの外部に排出される。
【０００４】
ところが、この生成水中には、固体高分子電解質膜から溶出されたフッ素化合物やフッ素イオンが含有される場合がある。このような場合、当該フッ素化合物やフッ素イオンは配管等を構成する金属と反応し、結果として配管等を腐食させるおそれがある。特に、発電に供されなかった燃料ガスを循環させて再度燃料電池に供給するような構成（図６における燃料ガス循環系２００参照）を有する燃料電池システムでは、生成水に含まれる腐食性のイオンが当該循環系の配管等の金属と反応することで金属イオンを含み、その金属イオンが燃料電池へ侵入する場合も考えられる。このような場合には、燃料電池内部が腐食されることが考えられる。
【０００５】
このような配管等の腐食を防止する手法として、生成水の排出を担う燃料電池のガス排出管にイオン除去ユニットを設け、このイオン除去ユニットによりフッ素イオン等の腐食イオンを回収する手法が開示されている（下記特許文献１参照）。
【０００６】
その他、本発明に関連する先行技術として、セパレータや配管等の腐食により生じる金属イオンの拡散を防止するために、セパレータのガス流路部に陽イオン交換樹脂を設ける手法が開示されている（下記特許文献２参照）。また、燃料電池スタック内に気液分離機能を有する部位を設ける手法が開示されている（下記特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−３１３４０４号公報
【特許文献２】特開２００２−２３１２６２号公報
【特許文献３】特開２００５−７１７６５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、燃料電池のガス排出管にイオン除去ユニットを設ける手法では、当該イオン除去ユニットはガス排出管に設けられた気液分離器等にイオン交換樹脂を配置したものであるため、燃料電池スタックから当該イオン交換樹脂までの間の配管で腐食が起こるおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、生成水に含まれる腐食性イオンの拡散を防止する固体高分子電解質型
燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するために以下の手段を採用する。即ち、本発明は、セルを通過した燃料ガスが流れる燃料ガス排出通路と、当該燃料ガス排出通路を流れる燃料ガスに含まれる水を分離するための気液分離機構と、当該燃料ガスから分離された水に含まれるイオンを回収するイオン交換器とを内部に備える固体高分子電解質型燃料電池についてのものである。
【００１０】
本発明では、固体高分子電解質型燃料電池の内部に、燃料ガス排出通路を流れる燃料ガスから生成水を分離させる気液分離機構と、その分離された生成水から更にイオンを回収するイオン交換器が設けられる。すなわち、発電時に生成される水（生成水）であって燃料ガス排出通路に排ガスと共に出される生成水は、当該気液分離機構により液化される。当該イオン交換器は、この液化された生成水から所定のイオンを回収する。
【００１１】
ここで、回収されるイオンとしては、例えば、発電時に生成された水が固体高分子電解質膜を通過する際に溶出されるフッ素化合物やフッ素イオンであり、また、当該フッ素イオン等が金属から溶出させた金属イオン等であってもよい。また、上記イオン交換器とは、例えば、イオン交換樹脂である。
【００１２】
これにより、本発明によれば、燃料電池内部において生成水に含まれる腐食性のイオン等を回収することができるため、燃料電池から発電に供されなかった燃料ガスが循環する配管等に当該生成水が流れ出る前に腐食性イオンを除去することができる。このように、本発明によれば、腐食性イオンの拡散を防ぐことができるため、燃料電池に繋がる配管等の腐食を防止することができる。また、燃料ガスの循環系を有する燃料電池システムでは、その循環系を通り再度燃料電池に腐食性イオンが流入することを防止できる。
【００１３】
また、上記気液分離機構は、当該燃料ガス排出通路内を冷却するための冷却媒体が流れる冷却媒体流路を更に備えるようにしてもよい。
【００１４】
このようにすれば、本発明では、燃料ガス排出通路内を通る排ガスに水蒸気として含まれる生成水の液化を促進させることができる。よって、このように取得した生成水からも腐食性イオンを回収することができる。
【００１５】
また、上記気液分離機構は、当該燃料ガス排出通路に導入された燃料ガスと当接する当接部を更に備えるようにしてもよい。
【００１６】
このようにすれば、本発明では、燃料ガス排出通路内を通る排ガスに水蒸気として含まれる生成水がこの当接部に付着しやすくなるため、生成水を取得しやすくなる。
【００１７】
また、当該燃料ガス排出通路、気液分離機構、及びイオン交換器は、上記固体高分子電解質型燃料電池を構成する非金属製部品内に設けられるようにしてもよい。この非金属性部品としては、例えば、インシュレータである。
【００１８】
このようにすれば、本発明では、上記気液分離機構及びイオン交換器が非金属製の部品内に設けられることにより、腐食性イオン回収時に当該気液分離機構自身が腐食されるのを防ぐことができる。
【００１９】
また、本発明では、上記燃料ガス排出通路と固体高分子電解質型燃料電池の外部とを連通する、上記水の排出路を更に備えるようにしてもよい。
【００２０】
このような構成により生成水の取得率を上げれば、それに応じて、拡散される腐食性イオンの回収率も上がるため、生成水に含まれる腐食イオンの拡散をより防止することができる。ひいては、燃料電池及び燃料電池に繋がる配管等の腐食を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、生成水に含まれる腐食性イオンの拡散を防止する固体高分子電解質型燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、それぞれ本発明の実施形態における固体高分子電解質型燃料電池（以下、単に燃料電池と表記する）について説明する。なお、以下に述べる実施形態の構成は例示であり、本発明は以下の実施形態の構成に限定されない。
【００２３】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態における燃料電池について、以下に説明する。
【００２４】
〔燃料電池構成〕
第一実施形態における燃料電池の構成について、図１及び２を用いて説明する。図１は、第一実施形態としての燃料電池の構成を示す側面模式図である。図２は、第一実施形態としての燃料電池の斜視図である。第一実施形態における燃料電池１０は、積層された複数のセル１３（セルスタック）、燃料電池１０の両端部で複数のセル１３を挟むように配置されるエンドプレート１１及び１２、エンドプレート１１とセル１３との間に配置されるインシュレータ１５等を備える。
【００２５】
各セル１３は、固体高分子電解質膜を燃料ガス電極（以降、アノードとも表記する）と酸化剤ガス電極（以降、カソードとも表記する）とで挟み、更にそれら電極の両側をセパレータで挟むように構成される。セパレータは、アノードに接する面及びカソードに接する面それぞれに溝を有しており、各溝にはそれぞれ燃料ガス若しくは酸化剤ガスが供給される。以降、このセパレータに設けられた溝のうち燃料ガスが供給される溝を燃料ガス供給溝（例えば図２に示す１８）と酸化剤ガスが供給される溝を酸化剤ガス供給溝と表記する。エンドプレート１１及び１２は、積層された複数のセル１３を両側から押圧し固定する。
【００２６】
エンドプレート１１、インシュレータ１５及び各セル１３はそれぞれ、正面に、図２に示すような矩形状の端面を有する。各端面には、それぞれ左右両端に縦に並ぶ３つずつの貫通孔（以降、マニホールドと表記する）が開いている。エンドプレート１１、インシュレータ１５及び各セル１３のそれぞれにおける各マニホールドは、セル１３の積層方向に互いに繋がることによりそれぞれ通路を形成する。これら通路のうち、各端面の左上部のマニホールドが繋がった通路には、燃料電池１０の外部から供給される水素ガス等の燃料ガス１０１が図１の右方向に向かって流れる。以降、この通路を燃料ガス供給通路１６と表記する。
【００２７】
一方、この燃料ガス供給通路１６を形成するマニホールドの対角線上（端面右下）に位置するマニホールドが繋がることで形成される通路には、燃料ガス１０１のうち発電に供しなかったもの（以降、アノードオフガス１０２と表記する）が燃料ガス１０１とは逆方向（図１の左方向）に流れる。以降、この通路をアノードオフガス排出通路１７と表記する。
【００２８】
また、各端面の右上部のマニホールドが繋がった通路には、燃料電池１０の外部から供
給される空気等の酸化剤ガス１０３が図１の右方向に向かって流れる。以降、この通路を酸化剤ガス供給通路と表記する。この酸化剤ガス供給通路を形成するマニホールドの対角線上（端面左下）に位置するマニホールドが繋がることで形成される通路には、酸化剤ガス１０３のうち発電に供しなかったもの（以降、カソードオフガス１０４と表記する）が酸化剤ガス１０３とは逆方向（図１の左方向）に流れる。以降、この通路をカソードオフガス排出通路と表記する。
【００２９】
各セル１３では、燃料ガス供給通路１６により供給される燃料ガス１０１がセパレータの燃料ガス供給溝１８に送り出され、酸化剤ガス供給通路により供給される酸化剤ガス１０３がセパレータの酸化剤ガス供給溝に送り出される。各セル１３では、このように供給される燃料ガスと酸化剤ガスとが固体高分子電解質膜を介して反応することにより発電が行われる。この化学反応により、カソードに設けられた触媒層では水（以下、生成水と表記する）が生成される。この生成水は、固体高分子電解質膜を通じてアノードに到達する。このアノードへ到達した生成水は、アノードオフガスとともにアノードオフガス排出通路１７に出る。
【００３０】
各セル１３の固体高分子電解質膜にはフッ素系樹脂系高分子膜が適用されている。このため、アノードへ到達した生成水中には、腐食性のフッ素化合物(例えばフッ酸)やフッ素イオンが溶出している場合がある。本発明では、この生成水中に含有される腐食性のイオンが拡散されないように、当該腐食性のイオンの回収を行う。この腐食性イオンの回収を行うための機構が本実施形態では以下に述べるインシュレータ１５に設けられる。
【００３１】
ところで、燃料電池１０には当該燃料電池を適温で動作させるために冷却媒体も供給される。この冷却媒体１０５は、各端面の左中部のマニホールドが繋がった通路（以降、冷却媒体供給通路と表記する）を図１の右方向に向かって流れる。冷却媒体は、所定の間隔でセル１３とセル１３との間に設けられる冷却板（図示せず）を通り、セルの発する熱を奪いながら、端面逆端の右中部に設けられたマニホールドが繋がった通路（以降、冷却媒体排出通路と表記する）に出る。当該冷却媒体排出通路に出た冷却媒体１０６は、図１の左方向に向かって流れ、燃料電池１０の外部に出される。冷却媒体としては、例えば、外部の冷却器（図示せず）等により冷却される不凍液が用いられる。
【００３２】
インシュレータ１５は、エンドプレート１１とセル１３との間の絶縁を目的として設置されるものであり、ガラスエポキシ等の非金属製の材質で形成される。以下、インシュレータ１５の構成について図３を用いて説明する。図３は、インシュレータ１５の断面図、すなわち、図２においてインシュレータ１５をＸ−Ｘ線で切断した場合の断面図である。インシュレータ１５は、図３に示すように、酸化剤ガス供給通路用マニホールド２８、冷却媒体排出通路用マニホールド２９、アノードオフガス排出通路１７用のマニホールド３０等を有する。インシュレータ１５は、これらマニホールドの他、先に述べたように、図示されていない燃料ガス供給通路１６用のマニホールド、冷却媒体供給通路用マニホールド、酸化剤ガス排出通路用マニホールドをも備えている。
【００３３】
マニホールド３０は、その底面に貯水部２０を有する。マニホールド３０は、本発明の燃料ガス排出通路に相当する。貯水部２０は、マニホールド３０の底面の一部に設けられた四角柱の形状を有する溝であり、当該マニホールド３０と繋がるセル１３及びエンドプレート１１のマニホールドの底面より下方にその底面を有する。なお、貯水部２０は、このようなマニホールド３０の底面の一部に設けられた溝ではなく、マニホールド３０の底面全体をセル１３及びエンドプレート１１のマニホールドの底面より下方になるようにし、そのマニホールド３０の底面部を指すものとしてもよい。貯水部２０は、更にその底面に排出管２４に繋がる排出孔を備える。当該排出孔は、インシュレータ１５を下方向に貫通し配水管２４に繋がる。この排出孔は本発明の排出路に相当する。排水管２４には、圧
力センサ２２及び排水弁２３等が設置されている。
【００３４】
また、マニホールド３０の周辺部には、図示されていない冷却媒体供給通路用マニホールドから分岐された冷却媒体分岐通路２７がらせん状にマニホールド３０を取り巻くように配置されている。この冷却媒体分岐通路２７は本発明の気液分離機構及び冷却媒体流路に相当する。冷却媒体供給通路を通る冷却媒体は、インシュレータ１５内でこの冷却媒体分岐通路２７で分岐され、分岐された冷却媒体がこの冷却媒体分岐通路２７を通り、再度冷却媒体供給通路に戻る仕組みとなっている。このような仕組みにより、マニホールド３０内は冷却される。なお、このマニホールド３０内を冷却する仕組みとして、当該冷却媒体分岐通路２７を設けることなく、マニホールド３０の上側に位置するマニホールド２９を冷却媒体供給通路として用いる（冷却媒体の供給通路と排出通路を逆にする）ことにより、マニホールド３０の周辺部が冷却されるようにしてもよい。
【００３５】
これにより、アノードオフガスに過飽和水蒸気として含まれる生成水は、冷却された当該マニホールド３０通過時に熱を奪われることにより液化され、液化された生成水が貯水部２０に貯まるようになる。すなわち、マニホールド３０は気液分離機能を有することになる。
【００３６】
また、マニホールド３０は、アノードオフガス排出通路１７を形成するエンドプレート１１及びセル１３のマニホールドに較べ、孔の容積が大きくなるように設けられてもよい。生成水は、セルにおける発電により過飽和水蒸気の状態となっており、この過飽和水蒸気を含んだ状態のアノードオフガスがマニホールド３０に到達する。マニホールド３０の容積を大きくすることでマニホールド３０内でアノードオフガスが長く滞留し、マニホールド３０の壁面等に結露した生成水が付着しやすくなる。
【００３７】
更に、マニホールド３０内の所定の壁面に当接部材を設けるようにしてもよい。当該当接部材は、マニホールド３０の端面横方向に所定の面積を有し、隣接するセル１３のマニホールドから侵入してきたアノードオフガスの通過経路を遮るように設けるようにする。これにより、マニホールド３０に到達したアノードオフガスがこの当接部材に当接することで、過飽和水蒸気として含まれる生成水がこの当接部材に付着しやすくなる。この当接部材は本発明の気液分離機構及び当接部に相当する。この当接部材やマニホールド３０の壁面等に付着した生成水は、壁面をつたい、貯水部２０に貯まる。
【００３８】
また、当該生成水であって液相でアノードオフガス排出通路１７に出たもの、若しくは水蒸気としてアノードオフガスに含まれた状態でアノードオフガス排出通路１７に出たがインシュレータ１５に到達する前に結露水として当該アノードオフガス排出通路１７に付着されたもの等についても、アノードオフガス排出通路１７の傾斜又はアノードオフガス排出圧等によって、当該貯水部２０に貯まる。
【００３９】
このように、マニホールド３０に気液分離機能を持たせる仕組みとしては、マニホールド３０内が冷却される構造を採るようにしてもよいし、マニホールド３０内に当接部材等を設けるようにしてもよいし、これらを組み合わせた構造としてもよい。更に、マニホールド３０の容積を隣接する他のエンドプレート及びセルのそれよりも大きくなるような構造とすれば、上記気液分離機能をより促進させることができる。
【００４０】
このような気液分離機能により分離された生成水を貯める貯水部２０は、その底面が当該マニホールド３０と繋がるセル１３及びエンドプレート１１のマニホールドの底面より下方にくるように構成されている。これにより、貯水部２０は、貯水部２０に貯まった生成水がセル１３のマニホールド方向に逆流すること、及びエンドプレート１１のマニホールド方向に流出することを防ぎ、インシュレータ１５内部で留め置く働きをする。
【００４１】
また、貯水部２０は、その底面にイオン交換樹脂２１が配置されている。このイオン交換樹脂２１は本発明のイオン交換器に相当する。イオン交換樹脂２１には例えばアニオン交換樹脂が用いられる。イオン交換樹脂２１は、貯水部２０に貯まった生成水からフッ素イオン等の腐食性イオンを回収する。このイオン交換樹脂２１が本実施形態において上述の腐食性イオン回収を行うための機構である。腐食性イオンは配管等を構成する金属と反応することで腐食を引き起こすため、本実施形態における燃料電池１０は、当該腐食性イオンの回収機構（イオン交換樹脂２１）を非金属製の材質で形成されるインシュレータ１５に設けた。なお、イオン交換樹脂２１としては、フッ素イオン等により金属から溶出された金属イオン（陽イオン）がアノードオフガス中に含まれ得る場合においてはこれを回収するべくアニオン交換樹脂と共にカチオン交換樹脂をも用いるようにしてもよい。
【００４２】
腐食性のイオンが回収された生成水は、排水弁２３を介して排水管２４に送り出される。排水管２４に送り出された生成水は、冷却媒体等として再利用されるようにしてもよいし、更に不純物等が取り除かれ排出されるようにしてもよい。なお、排水弁２３の開閉は、圧力センサ２２からの出力に基づいてＥＣＵ(Electric Control Unit)（図示せず）等
によって制御される。圧力センサ２２は、貯水部２０に貯まった生成水の設置地点における水圧を測定する。ＥＣＵは、例えば、この圧力センサ２２により測定された水圧が所定値となった場合に排水弁２３を開くよう制御する。
【００４３】
なお、インシュレータ１５に接続される排水管２４を設けない構成としてもよい。貯水部２０に貯まり腐食性のイオンが回収された生成水は、マニホールド３０に流入するアノードオフガスの排出圧等によりアノードオフガスとともに排出されるようにしても良い。
【００４４】
〔動作例〕
以下、上述した第一実施形態の燃料電池の発電時における当該燃料電池の動作（作用）例を図１から３を用いて説明する。
【００４５】
燃料ガス１０１は、配管等を通り、エンドプレート１１における端面左上部のマニホールドから燃料電池１０内に供給される。燃料ガス１０１は、燃料ガス供給通路１６を通り、エンドプレート１１、インシュレータ１５、各セル１３へと供給される。酸化剤ガス１０３についても同様に、エンドプレート１１における端面右上部のマニホールドから燃料電池１０内に供給され、酸化剤ガス供給通路を通り、エンドプレート１１、インシュレータ１５、各セル１３へと供給される。
【００４６】
各セル１３に到達した燃料ガス１０１は、セパレータの燃料ガス供給溝１８に送り出される。同様に、各セル１３に到達した酸化剤ガス１０３は、セパレータの酸化剤ガス供給溝に送り出される。送り出された燃料ガス１０１及び酸化剤ガスは、固体高分子電解質膜を介して反応することにより発電が行われる。この発電時の化学反応により、カソードに設けられた触媒層では水が生成される。生成水は、固体高分子電解質膜を通じてアノードに到達する。アノードへ到達した生成水は、過飽和水蒸気としてアノードオフガスに含まれ、アノードオフガスとともにアノードオフガス排出通路１７に出る。一方、カソードオフガス１０４は、カソードオフガス排出通路を通り、燃料電池１０の外部に送出される。
【００４７】
生成水を含んだアノードオフガスは、アノードオフガス排出通路１７を通り、インシュレータ１５のマニホールド３０に到達する。アノードオフガスは、マニホールド３０がセル３０のマニホールドよりも大径に構成されていることで流速を落としつつ出口へ向かう。そして、当該アノードオフガスに含まれる生成水（過飽和水蒸気）は、例えば、冷却媒体の循環により冷却されているマニホールド３０内において熱が奪われ、結露しマニホールド３０の壁面等に付着する。また、当該生成水は、マニホールド３０内の壁面やこの内
部に設けられた当接部材等に当接することにより液相となり、マニホールド３０の壁面等に結露して付着する。
【００４８】
このとき、燃料電池１０で構成される燃料電池システムでは、冷却器及び冷却媒体を循環させるポンプ等を動作させ、燃料電池１０へ冷却媒体を供給する。供給された冷却媒体は、燃料電池１０のエンドプレートのマニホールドから燃料電池１０内部に流入し、冷却媒体供給通路を流れ、冷却板を流れる際に各セルを冷却する。冷却板を通り各セルの熱を奪った冷却水は、冷却媒体排出通路から燃料電池１０の外に送出され、冷却器方向へ循環される。更に、燃料電池１０内に流入された冷却水は、インシュレータ１５においてマニホールド３０周辺をらせん状に取り巻く冷却媒体分岐通路２７で分岐される。分岐された冷却媒体は、この冷却媒体分岐通路２７を流れることでマニホールド３０内を冷却する。
【００４９】
マニホールド３０の壁面等に付着した生成水は、壁面等をつたい、貯水部２０に貯まる。貯水部２０に貯まった生成水に含まれる腐食性イオンは、貯水部２０底面に設置されたイオン交換樹脂２１により析出（回収）される。腐食性イオンが回収された生成水は、貯水部２０底面の排出孔から排出管２４に出て、燃料電池１０外部に排出される。
【００５０】
〈第一実施形態の作用及び効果〉
以下、上述した第一実施形態における燃料電池１０の作用及び効果について述べる。
【００５１】
第一実施形態の燃料電池１０では、燃料電池１０を構成する非金属製のインシュレータ１５内部のアノードオフガス排出通路１７用のマニホールド３０が気液分離機能を有する。マニホールド３０の気液分離機能は、マニホールド３０周辺をらせん状に取り巻く冷却媒体分岐通路２７を冷却媒体が通りマニホールド３０内が冷却されることにより実現される。また、マニホールド３０の気液分離機能は、マニホールド３０内の壁面に当接部材を設けることにより実現されるようにしてもよい。更に、マニホールド３０と繋がるエンドプレート１１及びセル１３におけるマニホールドの容積（孔の大きさ）よりも当該マニホールド３０のそれを大きくすることにより、上記マニホールド３０の気液分離機能を促進させるようにしてもよい。
【００５２】
マニホールド３０は、このような気液分離機能により、アノードオフガス排出通路１７を通りインシュレータ１５に到達したアノードオフガスから過飽和水蒸気状態で含まれる生成水を分離させる。
【００５３】
マニホールド３０の気液分離機能により分離された生成水は、マニホールド３０内の壁面等に付着し、最終的にその底面に設けられた貯水部２０に貯まる。貯水部２０に貯まった生成水は、その中から貯水部２０の底面に設けられたイオン交換樹脂２１により腐食性イオンが回収される。最終的に、腐食性イオンが回収された生成水が燃料電池１０の外部に排出されることとなる。
【００５４】
また、貯水部２０は、その底面をエンドプレート１１及びセル１３のマニホールドの底面よりも下方に有することにより、貯水部２０に貯まった生成水のインシュレータ１５からの逆流及び流出を防止することができる。
【００５５】
このように、本発明の実施形態では、燃料電池の内部部品（インシュレータ１５）に気液分離機能を有するアノードオフガス排出通路（インシュレータ１５のマニホールド３０）とイオン回収機能を有する貯水部が設けられることにより、燃料電池の外部に腐食性イオンが拡散される前に当該腐食イオンを除去することができる。これにより、腐食イオンの拡散を防止することができ、ひいては、燃料電池１０に接続されるアノードオフガス排出用の配管等の腐食、及びアノードオフガス循環系を有する場合に腐食性イオンの燃料電
池への再侵入を防止することができる。
【００５６】
［第二実施形態］
本発明の第二実施形態における燃料電池について以下に説明する。先に説明した第一実施形態における燃料電池は、インシュレータ内のアノードオフガス排出通路用マニホールドを冷却媒体により冷却すること、若しくは当該マニホールドの内部に当接部材を設けることで気液分離機能を持たせ、当該マニホールドの底面に設けられた貯水部に貯まる生成水からイオン交換樹脂により腐食性イオンを回収していた。第二実施形態における燃料電池は、当該マニホールドに気液分離室を設け、更にその内部を板状仕切り材により区分けすることにより気液分離を促進させるようにしたものである。その他の構成については、図１に示す第一実施形態と同様とする。以下に説明する第二実施形態の構成は例示であり、本発明は以下の構成に限定されなるものではない。
【００５７】
〔燃料電池構成〕
第二実施形態における燃料電池の構成について、図４及び５を用いて説明する。図４は、第二実施形態における燃料電池のインシュレータ１５の断面図、すなわち、図２においてインシュレータ１５をＸ−Ｘ線で切断した場合の断面図である。図５は、図４に示すインシュレータ１５をＹ−Ｙ線で切断した場合の正面方向の断面図である。第二実施形態におけるインシュレータ１５は、アノードオフガス排出通路１７を形成するマニホールド以外の構成については第一実施形態と同様である。
【００５８】
第二実施形態では、図４に示すように、アノードオフガス排出通路１７を形成するマニホールドが流入孔３１、気液分離室３３、及び排出孔３２により構成される。気液分離室３３は本発明の気液分離機構に相当する。気液分離室３３は、インシュレータ１５内部の四角柱の空間であり、その正面左上部に設けられた排出孔３２によりインシュレータ１５正面に貫通し、その背面右下部（背面方向から見た場合にはその面の左下部）に設けられた流入孔３１によりインシュレータ１５背面に貫通する。流入孔３１及び排出孔３２は、それぞれ隣接するセル１３若しくはエンドプレート１１の同じくアノードオフガス排出通路１７を形成するマニホールドと繋がるよう配置され、それぞれ隣接するセル１３若しくはエンドプレート１１のマニホールドと同じ大きさの断面を持つ。
【００５９】
また、気液分離室３３の底面は、流入孔３１よりも低い位置に、排水管２４に接続される孔に向かって傾斜するように形成されている。この気液分離室３３の床面部には、気液分離室３３で分離された生成水が貯まる。以降、この気液分離室３３の床面部を貯水部３４と表記する。上述の貯水部３４の底面の形態は、貯水部３４に貯まった生成水が流入孔３１へ逆流するのを防ぐ。また、貯水部３４の床面部には、イオン交換樹脂２１が設けられる。このイオン交換樹脂２１は、貯水部３４に貯まった生成水から腐食性イオンを回収する。
【００６０】
なお、流入孔３１が排出孔３２よりも低い位置に配置されるのは、流入孔３１から流入するアノードオフガスの流速を落とし、気液分離室３３内で長く滞留させることにより、気液分離を促進させるためである。アノードオフガスに含まれる生成水は、過飽和水蒸気として含まれるため、アノードオフガスが当該気液分離室３３で滞留させられることにより当該気液分離室３３の壁面等に結露しやすくなる。
【００６１】
同様に気液分離を促進させるため、気液分離室３３は、図５に示すように、その内部が互いちがいに設けられた４つの非金属製の板状仕切り板３５により区切られる構造となっている。これにより、流入孔３１から流入するアノードオフガスは、この板状仕切り板３５で区切られた壁面に順次当接しながら排出孔３２に向かうため、それに含まれる過飽和水蒸気状態の生成水が当接した壁面に付着しやすくなる。このような板状仕切り板３５及
び当該アノードオフガスが当接する気液分離室３３の各壁面は本発明の気液分離機構及び当接部に相当する。また、このような構成により、気液分離室３３内のアノードオフガス流路長が長くなるためアノードオフガスの滞留時間が長くなり、気液分離が促進される。更に、気液分離室３３内の表面積が大きくなるため、過飽和水蒸気として含まれる生成水が結露しやすくなる。なお、これら板状仕切り板３５は、気液分離室３３の正面と背面、若しくは正面、背面及び天井面にて固着される。
【００６２】
更に、気液分離室３３の内部は、第一実施形態と同様、その周辺部に冷却媒体分岐通路２７等を設け、循環する冷却媒体により冷却されるようにしてもよい。このようにすることで、当該気液分離室３３は、上述のような構造による気液分離に加えて、室内冷却による気液分離をも併せて行うことが可能となる。
【００６３】
なお、本発明は、気液分離室３３の板状仕切り板３５の数及び配置を限定するものではなく、板状仕切り板３５はアノードオフガスの流路長が長くなり、かつ気液分離室３３の表面積が大きくなるように設けられていればよい。また、当該気液分離室３３は、板状仕切り板３５を持たない構成としてもよいし、冷却機能を持たない構成としてもよい。
【００６４】
〔動作例〕
以下、上述した第二実施形態の燃料電池の発電時における当該燃料電池の動作（作用）例を図４及び５を用いて説明する。
【００６５】
第一実施形態と同様に、各セル１３における化学反応により生成された生成水は、過飽和水蒸気としてアノードオフガスに含まれ、アノードオフガスとともにアノードオフガス排出通路１７に出る。
【００６６】
生成水を含んだアノードオフガスは、アノードオフガス排出通路１７を通り、インシュレータ１５の流入孔３１に到達する。当該アノードオフガスは、流入孔３１から気液分離室３３に入る。気液分離室３３に入ったアノードオフガスは、板状仕切り板３５で区切られた気液分離室３３の各壁面に随時衝突しながら排出孔３２に到達する（矢印４０）。この流入孔３１から排出孔３２に到達するまでの間、当該アノードオフガスは、気液分離室３３で流速が落とされ滞留し、板状仕切り板３５により表面積が拡大された壁面に多く接触しながら流動する。これにより、アノードオフガスに含まれる生成水は、気液分離室３３の壁面に結露し付着しやすくなる。
【００６７】
また、気液分離室３３内部が冷却される構造を有する場合には、この冷却により気液分離が更に促進される。このとき、燃料電池１０で構成される燃料電池システムでは、冷却器及び冷却媒体を循環させるポンプ等を動作させ、当該冷却媒体分岐通路２７に冷却媒体を循環させる。これにより、この冷却媒体分岐通路２７を流れる冷却媒体により気液分離室３３の内部は冷却される。
【００６８】
このように気液分離室３３の壁面に付着した生成水は、壁面をつたい、貯水部３４に貯まる。貯水部３４に貯まった生成水は、貯水部３４底面に設置されるイオン交換樹脂２１によりそれに含まれる腐食性イオンが回収される。腐食性イオンが回収された生成水は、貯水部３４底面の排出孔から排出管２４に出て、燃料電池１０外部に排出される。
【００６９】
〈第二実施形態の作用及び効果〉
上述した第二実施形態における燃料電池１０の作用及び効果について述べる。
【００７０】
第二実施形態の燃料電池１０では、インシュレータ１５内部に四角柱の空間となる気液分離室３３を備え、その気液分離室３３の正面左上部に設けられインシュレータ１５正面
に貫ける排出孔３２とその背面右下部に設けられインシュレータ１５背面に貫ける流入孔３１とにより、インシュレータ１５のアノードオフガス排出通路１７用のマニホールドを形成する。
【００７１】
気液分離室３３は、流入孔３１及び排出孔３２よりも容積が大きい空間であり、更に正面、背面及び天井面等に固着される複数の板状仕切り板３５により区切られている。また、流入孔３１及び排出孔３２は、相互に、高さが異なるように配置される。更に、気液分離室３３内部は、その周辺部に設けられた冷却媒体分岐通路２７等を通る冷却媒体等により冷却される。
【００７２】
このような構造を有することにより、気液分離室３３は、アノードオフガスに含まれる生成水の気液分離を促進させる。すなわち、気液分離室３３は、アノードオフガスの流路長を延ばし、アノードオフガスが接触する表面積を増やす構造、若しくはそれに加えて室内を冷却する構造を有することにより、アノードオフガスに含まれる生成水の回収効率を上げている。
【００７３】
これにより当該気液分離室３３では、壁面にアノードオフガスに含まれる生成水が結露水として付着しやすくなる。このように液化された生成水は貯水部３４に貯まり、この貯まった生成水中から貯水部３４の底面に設けられたイオン交換樹脂２１が腐食性イオンを回収する。
【００７４】
このように、第二実施形態では上述のような構造を有することにより、第一実施形態に比べアノードオフガス中からより多くの生成水を取得することができ、ひいては、生成水中に含まれる腐食イオンの拡散をより防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第一実施形態としての燃料電池の構成を示す側面模式図である。
【図２】第一実施形態としての燃料電池の一部を分解して斜視した場合を示す図である。
【図３】第一実施形態におけるインシュレータ１５の断面図である。
【図４】第二実施形態におけるインシュレータ１５の断面図である。
【図５】図４に示すインシュレータ１５をＹ−Ｙ線で切断した場合の正面方向の断面図である。
【図６】燃料ガス循環経路を有する燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  燃料電池
１１、１２  エンドプレート
１３  セル
１５  インシュレータ
１６  燃料ガス供給通路
１７  アノードオフガス排出通路
１８  燃料ガス供給溝
１０１  燃料ガス
１０２  アノードオフガス
１０３  酸化剤ガス
１０４  カソードオフガス
１０５、１０６  冷却媒体
２０、３４  貯水部
２１  イオン交換樹脂
２２  圧力センサ
２３  排水弁
２４  排水管
２７  冷却媒体分岐通路
２８  酸化剤ガス供給通路用マニホールド
２９  冷却媒体排出通路用マニホールド
３０  アノードオフガス排出通路用マニホールド
３１  流入孔
３２  排出孔
３３  気液分離室
３５  板状仕切り板
４０  アノードオフガス通過経路
２００  燃料ガス循環系
【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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