(57)【要約】【課題】燃料電池停止時に内部マニホールドに滞留する凝縮水がガス流路へ吸い戻されることを防止して氷点下の状態でも燃料電池を迅速に起動できるようにする。【解決手段】  本発明の燃料電池スタックは、ＭＥＡ（２）に第１の孔を、セパレータ（１）に第１の孔と異なる大きさの第２の孔をそれぞれ設け、ＭＥＡ（２）及びセパレータ（１）を積層して第１の孔及び第２の孔が重なることで、積層方向に内部マニホールド（４）を形成するとともに、内部マニホールド（４）の内壁面に内部マニホールド（４）の周方向に延びる溝（８）を積層方向にわたって複数形成する。【選択図】図２
2007042538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を燃料極及び酸化剤極によって挟持して構成されるＭＥＡと、
前記ＭＥＡと隣接するように設けられ、前記ＭＥＡとの接触面に反応ガスを流通するガス流路を有するセパレータと、
前記ＭＥＡに貫設される第１の孔と、
前記セパレータに前記第１の孔と異なる大きさに貫設され、前記ガス流路から反応ガスが排出される第２の孔と、
を備え、
前記ＭＥＡ及び前記セパレータを積層して前記第１の孔及び前記第２の孔が重なることで、積層方向に内部マニホールドが形成されるとともに、前記内部マニホールドの内壁面に前記内部マニホールドの周方向に延びる溝が前記積層方向にわたって複数形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記ガス流路と前記内部マニホールドとの境界部周辺及び前記境界部より上流側の少なくとも一部は撥水処理が施されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記ガス流路と前記内部マニホールドとの境界部より下流側の少なくとも一部は親水処理が施されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記燃料電池スタックを前記積層方向に貫通する貫通流路を前記複数の溝と連通するように形成したことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記貫通流路の壁面は下流へ行くほどより親水性が強い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】
前記貫通流路を加熱する加熱手段をさらに備え、
前記貫通流路の内壁面は前記加熱手段によって加熱され、前記貫通流路の上流へ行くほど温度が高いことを特徴とする請求項４または５に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記加熱手段は前記燃料電池スタックの低温起動時に前記貫通流路を加熱することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
反応ガスを前記燃料電池スタックの外部へ導出する、前記内部マニホールドの下流端に接続される外部マニホールドをさらに備え、
前記貫通流路は前記外部マニホールドに開口することを特徴とする請求項４から７までのいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記外部マニホールドは径が他の部分よりも小さくなる縮径部を有し、
前記貫通流路は前記縮径部に開口することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記外部マニホールドは屈曲部を備え、
前記貫通流路は前記屈曲部より下流であって前記屈曲部の内側に開口することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
前記貫通流路の内部には前記積層方向にわたって細管が設けられ、
前記細管の管壁には前記貫通流路と連通する複数の細孔が設けられることを特徴とする請求項４から１０までのいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１２】
前記貫通流路の断面形状及び大きさは前記細管と等しいことを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池スタック。
【請求項１３】
前記貫通流路には前記積層方向にわたって多孔材が設けられることを特徴とする請求項４から１２までのいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１４】
前記貫通流路の内部であって、前記貫通流路の最下流部近傍には前記貫通流路の他の部分の多孔材よりも孔径の大きな多孔材を設けることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池スタック。
【請求項１５】
前記貫通流路には前記貫通流路の下流に向かうほど孔径の小さな多孔材を設け、前記貫通流路の最下流部近傍には前記貫通流路の他の部分の多孔材よりも孔径の大きな多孔材を設けることを特徴とする請求項１３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おいて運転中に生成される液体の水が発電部に逆流することを防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは燃料極と酸化剤極とによって電解質膜を挟み、これをセパレータによって挟持したセルを複数枚積層することにより構成される。燃料極及び酸化剤極とセパレータとの各接触面におけるセパレータ表面にはそれぞれ反応ガスを流通するためのガス流路が凹設されており、燃料電池運転中に反応ガスがガス流路内を流通しながら燃料極及び酸化剤極と化学反応することで電力が発生する。
【０００３】
反応に供されたガスは燃料電池内部に形成される内部マニホールドを介して排出される。内部マニホールドは、例えば特許文献１に記載されているように非発電部において積層方向に貫通した孔を有するセパレータを積層することによって形成される。
【特許文献１】特開２００３−２８２１３３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
反応ガスには水分が含まれており、また反応によっても水分が生成されるので、これらの水分が凝縮した凝縮水が燃料電池内のあらゆる配管内に存在することとなる。
【０００５】
ここで、発電部のガス流路は流路集合部を介して内部マニホールドへと連通しており、内部マニホールドの断面積は流路集合部の断面積よりも非常に大きいので、ガスの流速は流路集合部と内部マニホールドとの境界部において急激に低下する。これにより、凝縮水が内部マニホールドにおける流路集合部出口付近に溜まりやすくなる。
【０００６】
また、流路集合部はセパレータ間における例えば０．５ｍｍ程度の間隙によって構成されるので、燃料電池停止時に内部マニホールドに滞留する凝縮水が毛細管現象によって流路集合部へと吸い戻され、外気温が氷点下となったときには凝縮水が凍結して反応ガスの流路を閉塞するおそれがある。
【０００７】
よって、外気温が氷点下の状態で燃料電池を始動した場合、迅速に起動できなくなる可能性がある。
【０００８】
本発明は、燃料電池停止時に内部マニホールドに滞留する凝縮水がガス流路へ吸い戻されることを防止して氷点下の状態でも燃料電池を迅速に起動できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃料電池スタックは、電解質膜を燃料極及び酸化剤極によって挟持して構成されるＭＥＡに第１の孔を設け、セパレータに第１の孔と異なる大きさの第２の孔を設け、ＭＥＡ及びセパレータを積層して第１の孔及び第２の孔が重なることで、積層方向に内部マニホールドを形成するとともに、内部マニホールドの内壁面に内部マニホールドの周方向に延びる溝を積層方向にわたって複数形成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、内部マニホールドの内壁面に多数の溝が形成されるので、ガス流路から内部マニホールドへ排出された凝縮水を毛細管現象によって溝に引き込み、燃料電池停止時に凝縮水がガス流路へ逆流することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では図面等を参照して本発明の実施形態について詳しく説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態における燃料電池スタックを示す構成図である。図２は、図１の燃料電池スタックにおけるＡ−Ａ断面図である。図３は、本実施形態における燃料電池スタックのセパレータ及びＭＥＡのそれぞれの孔を重ね合わせた状態を示す構成図である。
【００１３】
燃料電池スタック１６は、電解質膜を燃料極及び酸化剤極で挟持した構造体（以下「ＭＥＡ」という）とセパレータ１とを交互に積層して構成される。セパレータ１には、ＭＥＡ２との接触面において反応ガスを流通するガス流路３が両面に設けられる。さらにセパレータ１には、ガス流路３を流通した反応ガスを集合して内部マニホールド４へと排出する流路集合部５が設けられる。
【００１４】
内部マニホールド４はセパレータ１の端部に設けられた孔６及びＭＥＡ２の端部に設けられた孔７によって構成され、セパレータ１及びＭＥＡ２を積層することで積層方向に形成される。内部マニホールド４は、流路集合部５から排出される反応ガスをスタック１６の外部へ排出できるように外部と連通している。
【００１５】
ここで、流路集合部５の断面積よりも内部マニホールド４の断面積の方が大きいので、流路集合部５を流通する反応ガスの流速は内部マニホールド４との境界部１１において急激に低下する。これにより、反応ガスに含まれる水分や反応によって生じた水分が凝縮した凝縮水が内部マニホールド４の流路集合部付近に滞留する。その後、燃料電池の運転を停止させると反応ガスの流動は停止し、流路集合部５に生じる毛細管現象によって凝縮水が流路集合部５へと吸い戻される。この状態で外気温が氷点下になると、凝縮水が凍結して流路集合部５が閉塞されることになる。
【００１６】
そこで、本実施形態ではセパレータに設けられる孔６をＭＥＡ２に設けられる孔７より大きく形成した。これにより、２つのＭＥＡ２に挟まれたセパレータ１において、セパレータ１の厚みを溝幅とする溝８を形成し、このような溝８が内部マニホールド４の内周面においてセパレータ１及びＭＥＡ２の１つおきに形成される。内部マニホールド４を流通する凝縮水は毛細管現象によってこの溝８に吸い込まれ、燃料電池停止後であって反応ガスの流動停止後も溝８の内部に保持される。
【００１７】
よって、燃料電池停止時に凝縮水が流路集合部５へと吸い戻されることを防止できるので溝８の内部で凝縮水が凍結しても反応ガス流路３は閉塞されず、またマニホールド４の内部も閉塞されず、低温時の燃料電池の起動性を向上させることができる。
【００１８】
ここで、孔６と孔７との大きさを逆にしてセパレータ１の孔６を小さく、ＭＥＡ２の孔７を大きく形成しても同様の作用効果を得ることができる。
【００１９】
（第２実施形態）
次に図４を参照しながら第２実施形態について説明する。図４は、本実施形態における燃料電池スタックのセパレータ及びＭＥＡのそれぞれの孔を重ね合わせた状態を示す構成図である。なお、以下の実施形態において同一の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。
【００２０】
本実施形態ではセパレータ１及びＭＥＡ２の形状は第１実施形態の図３と同一である。本実施形態では流路集合部５と内部マニホールド４との境界部１１の近傍及び境界部１１の上流側を撥水性としている。すなわち、流路集合部５（図４のセパレータにおける斜線部分）、内部マニホールド４の流路集合部出口付近（図４のセパレータ及びＭＥＡにおける点線部分）及びＭＥＡ２において溝８の壁面を形成する部分のうち流路集合部側の一部（図４のＭＥＡにおける斜線部分）９を撥水性としている。なお、撥水性は凝縮水の接触角が通常の流路壁面よりも大きくなるような処理を施すことで得られる。ここで、接触角とは流路壁面２３に付着する液滴２４の盛り上がり角度であり、図５のθによって示される角度である。接触角が大きいほど撥水性が強く、接触角が小さいほど親水性が強いことになる。
【００２１】
これにより、流路集合部５から溝８の壁面の流路集合部側９にわたって撥水性となるので、流路集合部５から内部マニホールド４への凝縮水の排出を促進しながら、溝８の内部に保持された凝縮水を流路集合部５から遠ざけて保持することにより、燃料電池の運転停止後に凝縮水が流路集合部５へ逆流することを防止できる。よって、低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００２２】
なお、本実施形態では図４に示すように流路集合部５の全体に撥水処理を施しているが、例えば図６に示すように流路集合部５の一部（図６の斜線部分）又はその他の部分の一部のみに撥水処理を施してもよい。
【００２３】
（第３実施形態）
次に図７を参照しながら第３実施形態について説明する。図７は、本実施形態における燃料電池スタックのセパレータ及びＭＥＡのそれぞれの孔を重ね合わせた状態を示す構成図である。
【００２４】
本実施形態ではセパレータ１及びＭＥＡ２の形状は第１実施形態の図３と同一である。本実施形態では流路集合部５と内部マニホールド４との境界部１１より下流側を親水性としている。すなわち、内部マニホールド４の内壁面のうち流路集合部出口以外の部分（図７のセパレータ及びＭＥＡにおける点線部分）及びＭＥＡ２において溝８の壁面を形成する部分（図７のＭＥＡにおける斜線部分）を親水性としている。なお、親水性は凝縮水の接触角が通常の流路壁面よりも小さくなるような処理、例えば酸化チタン材料などによってコーティングを施すことで得られる。
【００２５】
これにより、内部マニホールド４の内壁面のうち流路集合部出口以外の部分及び溝８の壁面は親水性となるので、凝縮水の流路集合部５から内部マニホールド４への排出性、さらに溝８への吸い込みをさらに促進しながら、燃料電池の運転停止後に凝縮水が流路集合部５へ逆流することを防止できる。よって、低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００２６】
なお、本実施形態においても親水処理を施す部分はその一部であってもよい。
【００２７】
（第４実施形態）
次に図８を参照しながら第４実施形態について説明する。図８は、本実施形態における燃料電池スタックのセパレータ及びＭＥＡのそれぞれの孔を重ね合わせた状態を示す構成図である。
【００２８】
本実施形態ではセパレータ１及びＭＥＡ２の形状は第１実施形態の図３と同一である。本実施形態では第２実施形態の撥水処理と第３実施形態の親水処理とを両方施す。撥水処理及び親水処理を施す部分は各実施形態と同一である。すなわち、流路集合部５（図８のセパレータにおける斜線部分）、内部マニホールド４の流路集合部出口付近（図８のセパレータ及びＭＥＡにおける小さな点線部分）及びＭＥＡ２において溝８の壁面を形成する部分のうち流路集合部側の一部（図８のＭＥＡにおける右肩上がりの斜線部分）９を撥水性とし、内部マニホールド４の内壁面のうち流路集合部出口以外の部分（図８のセパレータ及びＭＥＡにおける大きな点線部分）及びＭＥＡ２において溝８の壁面を形成する部分（図８のＭＥＡにおける右肩下がりの斜線部分）を親水性としている。
【００２９】
これにより、第２及び第３実施形態の効果に加えて流路集合部５から内部マニホールド４へと排出された凝縮水をより確実に溝８の内部へ引き込むことができる。よって、燃料電池の運転停止後に凝縮水が流路集合部５へ逆流することをさらに確実に防止して、低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００３０】
（第５実施形態）
次に図９を参照しながら第５実施形態について説明する。図９は、本実施形態における燃料電池スタックのセパレータ及びＭＥＡを示す構成図である。図１０は、本実施形態における燃料電池スタックの断面図である。
【００３１】
本実施形態ではセパレータ１及びＭＥＡ２の形状はＭＥＡ２の孔７の近傍に第２の孔１２を設けている点において第１実施形態と異なる。第２の孔１２はセパレータ１及びＭＥＡ２を積層したときに隣り合う両側のセパレータ１の孔６にそれぞれ開口するような位置に設けられる。
【００３２】
これにより、セパレータ１及びＭＥＡ２を積層すると第２の孔１２は各溝間を連通する連通孔となり、溝８と第２の孔１２とによって燃料電池スタック１６を積層方向に貫通する内部マニホールド４と平行な排水流路（貫通流路）１３が形成される。排水流路１３は全ての溝８と連通しており、毛細管現象によって溝８から引き込まれ排水流路１３に保持される凝縮水は反応ガスの流動によって溝８から隣接する溝８へと順々に排水流路１３を流通する。
【００３３】
よって、溝８が凝縮水を保持できる容量を超えるほど凝縮水の発生量が多くても凝縮水を確実に溝８の内部に保持して流路集合部５への逆流を防止することができる。よって、低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００３４】
なお、第２の孔１２は必ずしも図９に示す位置に設ける必要はなく、図１１又は図１２に示すような位置もしくはその他の位置に設けてもよい。
【００３５】
（第６実施形態）
次に図１３を参照しながら第６実施形態について説明する。図１３は、本実施形態における燃料電池スタックのセパレータ積層方向の濡れ性の変化を説明したスタック１６の断面図である。
【００３６】
本実施形態ではセパレータ１及びＭＥＡ２の形状は第５実施形態と同一である。内部マニホールド４及び排水流路１３は積層方向の一方が閉じられており、他方がスタック１６の外部と連通している。排水流路１３の壁面は閉じられている方向、すなわちガスの流動方向に対して上流へ行くに従って撥水性（接触角大）となり、下流へ行くに従って親水性（接触角小）となるように撥水処理及び親水処理が施されている。
【００３７】
これにより、排水流路内の凝縮水は流路壁面の濡れ性がより親水性である下流へと引き寄せられるので、溝８に保持される凝縮水は反応ガスの流動によってより下流へと流通される。よって、第５実施形態の効果に加えて凝縮水の排水性をさらに向上させて凝縮水の流路集合部５への逆流をさらに防止することができ、低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００３８】
（第７実施形態）
次に図１４、図１５を参照しながら第７実施形態について説明する。図１４は、本実施形態における燃料電池スタックのセパレータ積層方向の温度と表面張力との関係を説明したスタックの断面図である。図１５は、内部マニホールド及び排水流路の断面図である。
【００３９】
本実施形態ではセパレータ１及びＭＥＡ２の形状は第５実施形態と同一である。内部マニホールド４及び排水流路１３は積層方向の一方が閉じられており、他方がスタック１６の外部と連通している。排水流路１３には積層方向に亘って被覆熱線（加熱手段）１４が設けられており、排水流路１３の上流付近で集中的に発熱する。これにより、排水流路１３を流れる凝縮水の温度が下流へ行くに従って低くなるような温度勾配を生じる。
【００４０】
ここで、図１６及び図１７を参照しながら水の温度と水に作用する力との関係を説明する。図１６は、水の温度と水に作用する表面張力との関係を示した図である。図１６に示すように水の表面張力は温度が高いほど小さくなる。
【００４１】
図１７はマランゴニ対流を模式的に説明した図である。図１７では水が円筒形状の容器に入っており、一方の端部（図中右側）が高温、すなわち表面張力が小さく、他方の端部（図中左側）が低温、すなわち表面張力が大きくなっている。水の表面は表面張力のより大きい方へと引っ張られて図中左側へと流れ、その結果として容器内底部の水は図中右側へ流れ、容器内に対流が生じる。マランゴニ対流とはこの表面張力の差によって生じる水の対流である。
【００４２】
以上のように、本実施形態では排水流路１３の上流側から下流側へ行くに従って凝縮水の温度が低下するような温度勾配によって、排水流路１３の上流側から下流側へ行くに従って凝縮水の表面張力は増大し、凝縮水は表面張力の小さい方から大きい方へ、すなわち上流側から下流側へ引き寄せられる。
【００４３】
これにより、溝８に保持される凝縮水が反応ガスの流動によってより外部へと排出されやすくなる。よって、凝縮水の流路集合部５への逆流を防止して、低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００４４】
ここで、燃料電池の低温起動時に被覆熱線１４を発熱させるようにしてもよい。これにより、仮に凝縮水の一部が流路集合部５へ逆流して凍結していたとしても被覆熱線１４から伝達される熱によって迅速に解凍され、さらに解凍された凝縮水を温度勾配に起因する表面張力差によって下流側へと流通させることで、反応ガスの流動の妨げとなる凝縮水を迅速に排水して起動時間を短縮させることができる。
【００４５】
（第８実施形態）
次に図１８を参照しながら第８実施形態について説明する。図１８は、本実施形態における燃料電池スタックの断面図である。
【００４６】
本実施形態ではセパレータ１及びＭＥＡ２の形状は第５実施形態と同一である。エンドプレート１５はスタック１６の両端からスタック１６を支持するように設けられ、図示される一方のエンドプレート１５には反応ガスを流通可能に外部マニホールド１７が形成される。さらに、排水流路１３は外部マニホールド１７に開口するようにエンドプレート１５の内部に延設される。
【００４７】
これにより、エンドプレート１５の内部の排水流路１３の出口付近は外部マニホールド１７の高流速によって排水流路１３に対して相対的に負圧となるので、排水流路内の凝縮水が排水流路１３の出口から外部マニホールド１７へと排出される。よって、溝８に引き込んだ凝縮水を負圧によって下流側へと流通させることができるので、凝縮水の流路集合部５への逆流を防止して、低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００４８】
また、図１９に示すようにエンドプレート１５に内設される外部マニホールド１７に内径が他の部分よりも小さくなる縮径部を設けて、排水流路１３が縮径部に開口するように構成してもよい。これにより、排水流路１３の出口付近における外部マニホールド１７の流速をさらに高めることができる。よって、さらに大きな負圧によって凝縮水を下流側へと流通させるので、低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００４９】
さらに、図２０に示すようにエンドプレート１５の長手方向に外部マニホールド１７を形成し、この外部マニホールド１７を屈曲させてエンドプレートから外部へと延設し、さらに排水流路１３が外部マニホールド１７の屈曲部１８の内側であって屈曲部１８より下流側に開口するように構成してもよい。これにより、外部マニホールド１７の内部を流通する反応ガスは、排水流路１３の出口付近で剥離を生じるので、外部マニホールド１７が排水流路に対して相対的に負圧となる。よって、溝８に引き込んだ凝縮水を負圧によって下流側へと流通させることができるので、凝縮水の流路集合部５への逆流を防止して、低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００５０】
（第９実施形態）
次に図２１、図２２を参照しながら第９実施形態について説明する。図２１は、本実施形態における燃料電池スタックの構成図である。図２１（ａ）はスタックの断面図であり、図２１（ｂ）は細管の拡大図である。図２２は、内部マニホールド及び排水流路の断面図である。
【００５１】
本実施形態ではセパレータ１及びＭＥＡ２の形状は第５実施形態とほぼ同一である。細管１９は排水流路１３の内部に上流から下流に亘って設けられ、さらに細管１９には排水流路１３と連通する多数の細孔２０が設けられている。
【００５２】
これにより、排水流路１３に取り込まれた凝縮水は多数の細孔２０を有する細管１９に毛細管現象によって吸着されるので、凝縮水は重力の影響をほとんど受けることなく細管１９の内部に保持される。よって、凝縮水の流路集合部５への逆流を防止して、低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００５３】
また、図２３の内部マニホールド４の断面図に示すように第２の孔１２と細管１９との断面形状及び大きさをほぼ同一としてもよい。これにより、排水流路１３を下流へと流通する凝縮水は全て細管１９の内部を流通することになるので、凝縮水をさらに確実に細管１９の内部に保持して凝縮水の流路集合部５への逆流を防止できる。よって、低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００５４】
さらに、図２４の内部マニホールド４の断面図に示すように図２３の細管１９を設ける代わりに排水流路１３を形成する第２の孔１２及び溝８の内部に中空糸、綿又はフェルトなどの多孔材２１を配置してもよい。これにより、溝８に取り込まれた凝縮水は多孔材２１に吸着され、第２の孔１２を通して凝縮水を排水流路１３の下流へと流通することができるので凝縮水の流路集合部５への逆流をさらに防止できる。よって、低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００５５】
さらにまた、図２５のスタック１６の断面図に示すように、細管１９の内部に設けられる多孔材２１を細管１９の最下流部付近のみ孔径の大きい、すなわち吸着力の弱い多孔材２１としてもよい。これにより、細管８の内部マニホールド４への開口部付近において細管内の多孔材２１の表面張力の影響を弱めて内部マニホールド４の高流速により発生する負圧によって細管内の凝縮水を効率よく排出することができる。よって、凝縮水の流路集合部５への逆流をさらに防止して低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００５６】
さらにまた、図２６のスタック１６の断面図で示すように、細管１９の内部に設けられる多孔材２１を細管１９の上流から下流に向かって孔径が小さくなる、すなわち吸着力が強くなるように配置し、細管１９の最下流部付近のみ孔径の大きい、すなわち吸着力の弱い多孔材２１を使用してもよい。これにより、多孔材２１の表面張力の差によって凝縮水が細管１９の上流から下流に向けて流通しやすくなり、さらに細管８の内部マニホールド４への開口部付近において細管内の多孔材２１の表面張力の影響を弱めて内部マニホールド４の高流速により発生する負圧によって細管内の凝縮水を効率よく排出することができる。よって、凝縮水の流路集合部５への逆流をさらに防止して低温時の燃料電池の起動性をさらに向上させることができる。
【００５７】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１実施形態における燃料電池スタックを示す構成図である。
【図２】図１の燃料電池スタックにおけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１実施形態における燃料電池スタックのセパレータ及びＭＥＡを示す構成図である。
【図４】第２実施形態における燃料電池スタックのセパレータ及びＭＥＡを示す構成図である。
【図５】凝縮水の流路壁面との接触角を説明した図である。
【図６】第２実施形態における燃料電池スタックのセパレータを示す構成図である。
【図７】第３実施形態における燃料電池スタックのセパレータ及びＭＥＡを示す構成図である。
【図８】第４実施形態における燃料電池スタックのセパレータ及びＭＥＡを示す構成図である。
【図９】第５実施形態における燃料電池スタックのセパレータ及びＭＥＡを示す構成図である。
【図１０】第５実施形態における燃料電池スタックの断面図である。
【図１１】第５実施形態における燃料電池スタックのセパレータ及びＭＥＡを示す構成図である。
【図１２】第５実施形態における燃料電池スタックのセパレータ及びＭＥＡを示す構成図である。
【図１３】第６実施形態における燃料電池スタックのセパレータ積層方向の濡れ性の変化を説明したスタックの断面図である。
【図１４】第７実施形態における燃料電池スタックのセパレータ積層方向の温度と表面張力との関係を説明したスタックの断面図である。
【図１５】第７実施形態における燃料電池スタックの内部マニホールド及び排水流路の断面図である。
【図１６】水の温度と表面張力との関係を示したテーブルである。
【図１７】表面張力の差によって水が対流する様子を示した図である。
【図１８】第８実施形態における燃料電池スタックの断面図である。
【図１９】第８実施形態における燃料電池スタックの断面図である。
【図２０】第８実施形態における燃料電池スタックを示した構成図である。
【図２１】第９実施形態における燃料電池スタックの構成図である。
【図２２】第９実施形態における燃料電池スタックの内部マニホールド及び排水流路の断面図である。
【図２３】第９実施形態における燃料電池スタックの内部マニホールド及び排水流路の断面図である。
【図２４】第９実施形態における燃料電池スタックの内部マニホールド及び排水流路の断面図である。
【図２５】第９実施形態における燃料電池スタックの断面図である。
【図２６】第９実施形態における燃料電池スタックの断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  セパレータ
２  ＭＥＡ
３  ガス流路
４  内部マニホールド
５  流路集合部
６  孔
７  孔
８  溝
９  溝の壁面を形成する部分の一部
１０  発電部
１１  流路集合部と内部マニホールドとの境界部
１２  第２の孔
１３  排水流路
１４  被覆熱線
１５  エンドプレート
１６  スタック
１７  外部マニホールド
１８  屈曲部
１９  細管
２０  細孔
２１  多孔材
２３  流路壁面
２４  液滴
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２１】
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【図２５】
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【図２６】
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