(57)【要約】【課題】燃料電池内で発生する凝縮水によるガス流路の閉塞を防止して発電効率の低下を防止することを目的とする。【解決手段】  本発明の燃料電池スタックでは、反応ガスを導入する供給内部マニホールド（７）の下流端が集電板（４）を貫通して水溜り部（９）に接続し、水溜り部（９）と反応ガスを排出する排出内部マニホールド（８）または排出内部マニホールド（８）より下流側と連通する排水流路（１０）を備える。【選択図】図１
2007026856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体の両側にセパレータが配置されるように、膜電極接合体とセパレータとを複数積層したものを両側から集電板を介してエンドプレートによって挟持して構成される燃料電池スタックにおいて、
内部を流通する反応ガスが前記膜電極接合体に接触するように前記セパレータの接合面に凹設されるガス流路と、
前記燃料電池スタックの積層方向に設けられ、一端から導入された反応ガスを複数の前記ガス流路へ配分する、他端が少なくとも前記集電板を貫通する供給内部マニホールドと、
前記燃料電池スタックの積層方向に設けられ、複数の前記ガス流路において反応に供された反応ガスを集約して排出する排出内部マニホールドと、
前記供給内部マニホールドの下流端に接続して前記供給内部マニホールドから流入する凝縮水を貯留する水溜り部と、
前記水溜り部と前記排出内部マニホールドまたは前記排出内部マニホールドより下流側とを連通して凝縮水を排水する排水流路と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記水溜り部は前記エンドプレートに凹設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】
前記水溜り部の前記排水流路入口に設けられ、反応ガスと凝縮水を分離して凝縮水のみを透過する汽水分離手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記排水流路に介装され、反応ガスと凝縮水を分離して凝縮水のみを透過する汽水分離手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２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凝縮水による発電効率の低下を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
セパレータと固体高分子膜を交互に所定枚数積層し、その両端に電流を取り出すための金属製の集電板を配置し、更にその外側から絶縁処理された金属もしくは樹脂材料によって形成されるエンドプレートによってセパレータ、固体高分子膜、集電板が加圧挟持される燃料電池スタックが知られている。
【０００３】
反応ガスは、セパレータ、固体高分子膜に設けられた孔が積層されることによって形成される内部マニホールドを流通して、内部マニホールドから各セルのセパレータに設けられたガス流路へと分流する。ここで、反応ガスは加湿供給されるので内部マニホールドで生じた凝縮水がガス流路へ流れ込み、流路を閉塞して発電効率が低下する可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような発電効率の低下を防止する技術として、反応ガスを供給する内部マニホールドの最下流側に、発電機能を持たないダミーセルを設け、内部マニホールド内の凝縮水をダミーセルへ流入させる技術がある。
【０００５】
しかしこのような技術では、ダミーセルのガス流路がセル末端から電流を集約するために設けられる集電板と接触するので、ダミーセルと集電板の接触面が水滴によって腐食し、セル部と集電板との電気的な接触抵抗が増加して燃料電池の発電性能が低下する可能性がある。
【０００６】
本発明では、燃料電池内で発生する凝縮水によるガス流路の閉塞を防止して発電効率の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池スタックでは、反応ガスを導入する供給内部マニホールドの下流端が集電板を貫通して水溜り部に接続し、水溜り部と反応ガスを排出する排出内部マニホールドまたは排出内部マニホールドより下流側と連通する排水流路を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、供給内部マニホールドで発生した凝縮水を水溜り部から排水流路を通してセパレータのガス流路より下流側へと排水するので、凝縮水がガス流路へ流れ込みガス流路を閉塞することを防止できる。よって、ガス流量の低下による発電効率の低下を防止できる。
【０００９】
また、排水流路は集電板を貫通してその外側からガス流路より下流側までを連通しているので、凝縮水によって排水流路が腐食してもセルと集電板との間の電気抵抗が増加することはなく、燃料電池スタックの出力電力の低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
（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上部から見た断面図である。燃料電池スタック１は、セパレータ２とＭＥＡ３とを交互に多数積層し、その両端に集電板４を設けてエンドプレート５よって挟持することで構成される。単位セル６は一つのＭＥＡ３とその両側に配置されるセパレータ２とによって構成される。セパレータ２には一方の接触面に燃料ガスを流通させる燃料ガス流路が凹設され、他方の接触面に酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流路が凹設される。燃料電池スタック１は、各セル６に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給することで発電する。
【００１２】
供給内部マニホールド７及び排出内部マニホールド８は、燃料電池スタック１を積層方向に貫通するように燃料電池スタック１の内部に画成される。供給内部マニホールド７及び排出内部マニホールド８は、各セパレータ２、ＭＥＡ３及び集電板４に設けられた孔が積層されることで画成される。供給内部マニホールド７は、一端が集電板を貫通してエンドプレート５に設けられた水溜り部９に連通しており、他端から供給されるアノードガスを各セル６へと分流させる。排出内部マニホールド８は、一端がエンドプレート５によって塞がれており、各セル６で反応に供されたガスを集約して他端から排出する。
【００１３】
水溜り部９は、供給内部マニホールド７の下流端に接続するようにエンドプレート５に凹設され、供給内部マニホールド内で発生した凝縮水を貯留する。排水管１０（排水流路）は、水溜り部９から排出内部マニホールド８の最下流部付近までを連通する流路である。汽水分離器１１（汽水分離手段）は、水溜り部９の排水管入口に設けられ、アノードガスの透過を抑制して水溜り部９に貯留される凝縮水のみを選択的に透過させる。汽水分離器１１は、例えばセラミックス、樹脂及び金属などによって構成される多孔体やオリフィスなどであり、その形状及び構造は供給内部マニホールド７を流通するアノードガスの圧力レンジと排水量とを考慮して設定される。
【００１４】
以下、本実施形態における燃料電池スタック１の作用について説明する。アノードガスは供給内部マニホールド７を流通して各セル６へと供給される。アノードガスは水分を含み、また加湿して供給するので供給内部マニホールド内で水分が凝縮して凝縮水が発生する。この凝縮水はアノードガスのガス流動によって供給内部マニホールド７の最下流部にある水溜り部９まで押し流され、汽水分離器１１を透過する凝縮水のみが排水管１０を流通して排出内部マニホールド８へと排出される。アノードガスの大部分は汽水分離器１１を透過できないので各セル６へと流通する。
【００１５】
このように本実施形態では、供給内部マニホールド７で発生した凝縮水を排水管１０によって排出内部マニホールド８へと排水するので、各セル６に凝縮水が流れ込んでガス流路を閉塞することを防止できる。よって、セル６に流入するガス流量の低下を防止して発電効率の低下を防止できる。
【００１６】
また、水溜り部９はエンドプレート５に凹設され、汽水分離器１１がその中に収装されるので、構成部品を増やすことなく簡易な構成で凝縮水のみを排水することができる。
【００１７】
さらに、排水管１０は供給内部マニホールド７の集電板４より下流側、すなわち外側から排出内部マニホールド８までを連通しているので、凝縮水によって排水管１０が腐食しても供給内部マニホールド７の最下流側のセパレータ２と集電板４との間の電気抵抗が増加することはなく、燃料電池スタック１の出力電力の低下を防止できる。
【００１８】
さらに、汽水分離器１１によって凝縮水のみを排水管１０へと流すので、アノードガスがセル６のガス流路を通過することなく排出内部マニホールド８へ排出されることを抑制できる。よって、未反応ガスの増加による発電効率の低下を防止できる。
【００１９】
（第２実施形態）
次に図２を参照しながら第２実施形態について説明する。図２は、本実施形態における燃料電池スタックを上部から見た断面図である。なお、第１実施形態と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、汽水分離器１１を水溜り部９ではなく排水管１０の途中に設けている。汽水分離器１１は、水溜り部９に収容する必要がないのでサイズの制約はほとんどなく、例えばサイクロン式、水位式などを用いることができる。凝縮水は第１実施形態と同様に汽水分離器１１を透過して排出内部マニホールド８へ排出される。アノードガスは汽水分離器１１までは排水管１０を流通するが、汽水分離器１１を透過することはできないので未反応ガスが排出内部マニホールド８へ排出されることはほとんどない。
【００２１】
以下、本実施形態における燃料電池スタック１の作用について説明する。供給内部マニホールド内で発生した凝縮水はアノードガスのガス流動によって供給内部マニホールド７の最下流部にある水溜り部９まで押し流される。さらに、凝縮水はアノードガスと共に排水管１０を流通して、汽水分離器１１を透過する凝縮水のみが排水管１０から排出内部マニホールド８へと排出される。アノードガスの大部分は汽水分離器１１を透過できないので各セル６のガス流路へと流通し、未反応ガスが排出内部マニホールド８へ排出されることはない。
【００２２】
このように本実施形態では、第１実施形態の効果に加えて、汽水分離器１１を水溜り部９の大きさにかかわらず自由に選定できるので、コストを低減することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
本実施形態では、アノードガスについて説明したがこれに限定されることなくカソードガスについても同様の作用効果を得ることができる。
【００２５】
また、本実施形態では水溜り部９をエンドプレート５に凹設したが、その他の位置に設けてもよい。
【００２６】
さらに、本実施形態では排水管１０の出口を排出内部マニホールド８に開口させたが、排出内部マニホールド８より下流側に開口させてもよい。
【００２７】
さらに、本実施形態では排水管１０は別部材として構成したが、例えばエンドプレート５に内設してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態における燃料電池スタックを上部から見た断面図である。
【図２】第２実施形態における燃料電池スタックを上部から見た断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  燃料電池スタック
２  セパレータ
３  ＭＥＡ
４  集電板
５  エンドプレート
６  セル
７  供給内部マニホールド
８  排出内部マニホールド
９  水溜り部
１０  排水管
１１  汽水分離器
【図１】
2007026856.tif 000003
【図２】
2007026856.tif 000004