(57)【要約】【課題】反応ガス連通孔の下方に滞留する液状水を円滑且つ確実に排出することができ、発電性能の低下を抑制することを可能にする。【解決手段】燃料電池１０を構成する発電ユニット１２は、枠付き電解質膜・電極構造体１４を第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ１８で挟持する。第２金属セパレータ１８は、燃料ガス流路３６と冷却媒体流路３４とを有する。燃料ガス流路３６に連通する燃料ガス入口連通孔２４ａの重力方向下方には、冷却媒体流路３４に連通する孔部４２ａ、４２ｂが設けられる。孔部４２ａ、４２ｂは、液状水を透過させるとともに、燃料ガスの透過を遮断する膜部材４８ｂにより覆われる。【選択図】図１
2016024873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極が配設される電解質膜・電極構造体が、一対のセパレータに挟持され、セパレータ面が重力方向に沿って配置されるとともに、前記セパレータは、前記電極に対向する面に沿って反応ガスを流通させる反応ガス流路と、前記反応ガス流路に連通し、前記セパレータ面を貫通して前記反応ガスを流通させる反応ガス連通孔と、を有する燃料電池であって、
少なくとも一方の前記セパレータは、前記電極に対向する前記面とは反対の面に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路を有し、且つ、前記反応ガス連通孔の重力方向下方に該反応ガス連通孔と前記冷却媒体流路とを連通させる開口部を設け、
前記開口部は、液状水を透過させるとともに、前記反応ガスの透過を遮断する膜部材により覆われることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、前記開口部の下方には、前記液状水を貯留する貯留部が設けられるとともに、前記貯留部の最上位水位位置は、前記開口部よりも上方に設定されることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池において、前記反応ガス流路に供給される前記反応ガスの供給圧力は、前記冷却媒体流路に供給される前記冷却媒体の供給圧力よりも大きな圧力に設定されることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極が配設される電解質膜・電極構造体が、一対のセパレータに挟持されるとともに、セパレータ面が重力方向に沿って配置される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、燃料電池が構成されている。この燃料電池は、所定の数だけ積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車に搭載されている。
【０００３】
燃料電池では、セパレータ面内に、アノード電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。一方、互いに隣接するセパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路がセパレータ面方向に沿って設けられている。
【０００４】
燃料電池としては、燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔と、酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、冷却媒体を流通させる冷却媒体連通孔とが、積層方向に貫通して設けられた内部マニホールド型燃料電池が採用されている。反応ガス連通孔である燃料ガス連通孔は、燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔を有している。同様に、反応ガス連通孔である酸化剤ガス連通孔は、酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔を有し、冷却媒体連通孔は、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔を有している。
【０００５】
この場合、反応ガス（少なくとも酸化剤ガス又は燃料ガス）は、予め加湿された加湿反応ガスとして燃料電池に供給されている。固体高分子電解質膜は、所望の機能を発揮させるために、湿潤状態に保持する必要があるからである。従って、酸化剤ガス供給連通孔や燃料ガス供給連通孔には、水分が凝縮した凝縮水が滞留し易く、酸化剤ガスや燃料ガスの流れが阻害されるおそれがある。
【０００６】
さらに、燃料電池の発電反応時には、カソード側に生成水が生成されるため、特に酸化剤ガス排出連通孔に滞留水が存在し易い。一方、アノード側には、カソード側から生成水が逆拡散するとともに、結露等により、特に燃料ガス排出連通孔に滞留水が存在するおそれがある。
【０００７】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池が知られている。この固体高分子型燃料電池では、電池プレートに垂直方向に設ける反応ガス排出マニホールドを、反応ガス流路出口より下方に延長して形成している。このため、凝縮水は、反応ガス排出マニホールドの下方に移動している。
【０００８】
また、反応ガス排出マニホールドは、反応ガス流路の出口より下方に燃料電池スタック外へ導く反応ガス排出口を備えている。従って、反応ガス排出口の下部に凝縮水が溜まっても、反応ガス流路出口を狭めることはなく、反応ガスの流れを阻害することがない、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２２３９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の特許文献１では、発電時間が長くなると、反応ガス排出口の下部に滞留する凝縮水が増加し、前記反応ガス排出口が狭められる場合がある。これにより、反応ガス排出口からの反応ガスの排出が抑制され、燃料電池の発電性能が低下するという問題がある。
【００１１】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、反応ガス連通孔の下方に滞留する液状水を円滑且つ確実に排出することができ、発電性能の低下を抑制することが可能な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】
【００１２】
本発明に係る燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極が配設される電解質膜・電極構造体が、一対のセパレータに挟持され、セパレータ面が重力方向に沿って配置されている。セパレータは、電極に対向する面に沿って反応ガスを流通させる反応ガス流路と、前記反応ガス流路に連通し、セパレータ面を貫通して前記反応ガスを流通させる反応ガス連通孔と、を有している。
【００１３】
そして、少なくとも一方のセパレータは、電極に対向する面とは反対の面に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路を有し、且つ、反応ガス連通孔の重力方向下方に前記反応ガス連通孔と前記冷却媒体流路とを連通させる開口部を設けている。開口部は、液状水を透過させるとともに、反応ガスの透過を遮断する膜部材により覆われている。
【００１４】
また、この燃料電池では、開口部の下方には、液状水を貯留する貯留部が設けられるとともに、前記貯留部の最上位水位位置は、前記開口部よりも上方に設定されることが好ましい。
【００１５】
さらに、この燃料電池では、反応ガス流路に供給される反応ガスの供給圧力は、冷却媒体流路に供給される冷却媒体の供給圧力よりも大きな圧力に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、反応ガス連通孔の下方に、前記反応ガス連通孔と冷却媒体流路とを連通させる開口部が設けられるとともに、前記開口部は、水透過性且つ反応ガス不透過性の膜部材により覆われている。このため、反応ガス連通孔に滞留する液状水は、開口部に設けられた膜部材を透過して冷却媒体流路に排出されるとともに、反応ガスは、前記膜部材の透過が遮断されて前記冷却媒体流路側に移動することがない。
【００１７】
従って、反応ガス連通孔の下方に滞留する液状水のみを円滑且つ確実に排出することができ、発電性能の低下を良好に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの分解斜視説明図である。
【図２】前記発電ユニットの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】前記発電ユニットを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図４】前記第１金属セパレータの、図３中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】前記発電ユニットを構成する第２金属セパレータの正面説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの分解斜視説明図である。
【図７】前記発電ユニットを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、複数の発電ユニット１２を矢印Ａ方向（水平方向）に積層して構成される。燃料電池１０は、例えば、車載用燃料電池スタックを構成し、図示しない燃料電池車両に搭載される。
【００２０】
図１及び図２に示すように、発電ユニット１２は、枠付き電解質膜・電極構造体１４を第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ１８で挟持する。第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ１８は、横長（又は縦長）の長方形状を有し、セパレータ面が重力方向（矢印Ｃ方向）に沿って配置される。なお、枠付き電解質膜・電極構造体１４に代えて、後述する樹脂枠部材５０を用いない電解質膜・電極構造体を採用してもよい。
【００２１】
第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ１８は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した薄板状金属プレートにより構成される。金属プレートは、平面が矩形状を有するとともに、波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。
【００２２】
図１に示すように、第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ１８の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部に、酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）２２ａ及び燃料ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）２４ｂが上下に設けられる。酸化剤ガス入口連通孔２２ａは、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス（反応ガス）、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス出口連通孔２４ｂは、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガス（反応ガス）、例えば、水素含有ガスを排出する。
【００２３】
第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ１８の長辺方向（矢印Ｂ方向）の他端縁部に、燃料ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）２４ａ及び酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）２２ｂが上下に設けられる。燃料ガス入口連通孔２４ａは、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給する一方、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂは、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出する。
【００２４】
第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ１８の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ側に近接し、矢印Ａ方向に互いに連通して冷却媒体を供給する上下一対の冷却媒体入口連通孔２６ａが設けられる。第１金属セパレータ１６及び第２金属セパレータ１８の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部には、燃料ガス入口連通孔２４ａ側に近接し、冷却媒体を排出する上下一対の冷却媒体出口連通孔２６ｂが設けられる。
【００２５】
図３に示すように、第１金属セパレータ１６の枠付き電解質膜・電極構造体１４に向かう面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとに連通する酸化剤ガス流路２８が形成される。酸化剤ガス流路２８は、矢印Ｂ方向に延在する複数の直線状流路溝部（波状流路溝部でもよい）を有する。
【００２６】
酸化剤ガス流路２８の入口近傍と出口近傍とには、発電領域の外方に位置して、入口バッファ部３０ａと出口バッファ部３０ｂとが設けられる。入口バッファ部３０ａ及び出口バッファ部３０ｂは、それぞれ複数のエンボスを有する。入口バッファ部３０ａと酸化剤ガス入口連通孔２２ａとの間には、複数本の入口連結溝３１ａが形成される。出口バッファ部３０ｂと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとの間には、複数本の出口連結溝３１ｂが形成される。
【００２７】
酸化剤ガス入口連通孔２２ａの重力方向下方には、前記酸化剤ガス入口連通孔２２ａと後述する冷却媒体流路３４とを連通させる孔部（開口部）３２ａ、３２ｂが貫通形成される（図３及び図４参照）。酸化剤ガス入口連通孔２２ａと孔部３２ａ、３２ｂとは、重力方向に延在する連結溝３３ａ、３３ｂにより連通する。なお、第１の実施形態では、２つの孔部３２ａ、３２ｂを設けているが、これに限定されるものではなく、単一の孔部や３つ以上の孔部を設けてもよい。以下に説明する孔部４２ａ、４２ｂも、同様である。
【００２８】
図１に示すように、第１金属セパレータ１６の面１６ｂには、上下一対の冷却媒体入口連通孔２６ａと上下一対の冷却媒体出口連通孔２６ｂとを連通する冷却媒体流路３４の一部が形成される。冷却媒体流路３４は、酸化剤ガス流路２８の裏面形状と後述する燃料ガス流路３６の裏面形状とが重なり合って形成される。
【００２９】
第２金属セパレータ１８の枠付き電解質膜・電極構造体１４に向かう面１８ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとを連通する燃料ガス流路３６が形成される。燃料ガス流路３６は、矢印Ｂ方向に延在する複数の直線状流路溝部（波状流路溝部でもよい）を有する。
【００３０】
燃料ガス流路３６の入口近傍と出口近傍とには、発電領域の外方に位置して、入口バッファ部３８ａと出口バッファ部３８ｂとが設けられる。入口バッファ部３８ａ及び出口バッファ部３８ｂは、それぞれ複数のエンボスを有する。
【００３１】
入口バッファ部３８ａと燃料ガス入口連通孔２４ａとの間には、複数本の供給連結路３９ａが形成される。出口バッファ部３８ｂと燃料ガス出口連通孔２４ｂとの間には、複数本の排出連結路３９ｂが形成される。複数の供給連結路３９ａは、蓋部材４０ａにより覆われる一方、複数の排出連結路３９ｂは、蓋部材４０ｂにより覆われる。
【００３２】
燃料ガス入口連通孔２４ａの重力方向下方には、前記燃料ガス入口連通孔２４ａと冷却媒体流路３４とを連通させる孔部（開口部）４２ａ、４２ｂが貫通形成される。燃料ガス入口連通孔２４ａと孔部４２ａ、４２ｂとは、重力方向に延在する連結溝４３ａ、４３ｂにより連通する。
【００３３】
第１金属セパレータ１６の面１６ａ、１６ｂには、この第１金属セパレータ１６の外周端縁部を周回して第１シール部材４４が一体成形される。第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２金属セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材４６が一体成形される。
【００３４】
第１シール部材４４及び第２シール部材４６としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール材が用いられる。
【００３５】
図２及び図３に示すように、第１シール部材４４は、第１金属セパレータ１６の面方向に沿って均一な厚さを有する平面シール部（シールベース）４４ｆを有する。第１シール部材４４の平面シール部４４ｆには、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体を気密及び液密にシールする凸状シール部４４ａが一体に膨出形成される。
【００３６】
図３に示すように、凸状シール部４４ａは、第１金属セパレータ１６の面１６ａ側に孔部３２ａ、３２ｂの下方に位置して液状水を貯留する貯留部４７ａ１を形成する貯留部用凸状シール４４ａｔ１を有する。貯留部４７ａ１の最上位水位ＷＳの位置は、孔部３２ａ、３２ｂの上端位置よりも上方に設定される。
【００３７】
貯留部４７ａ１には、図３及び図４に示すように、孔部３２ａ、３２ｂを覆って膜部材４８ａが塗布される。膜部材４８ａは、液状水を透過させるとともに、酸化剤ガス（反応ガス）の透過を遮断する機能を有し、例えば、フッ素樹脂の共重合体（デュポン社製のナフィオン等）とカーボンとの混合物により構成される。膜部材４８ａは、貯留部４７ａ１とは反対の面に設けてもよく、又は、両面に設けてもよい。
【００３８】
図１に示すように、凸状シール部４４ａは、第１金属セパレータ１６の面１６ｂ側に孔部３２ａ、３２ｂを周回し、一部が冷却媒体流路３４に開放される貯留部用凸状シール４４ａｔ２を有する。貯留部用凸状シール４４ａｔ２は、貯留部４７ａ２を形成する。
【００３９】
図１及び図２に示すように、第２シール部材４６は、第２金属セパレータ１８の面方向に沿って均一な厚さを有する平面シール部（シールベース）４６ｆを有する。第２シール部材４６の平面シール部４６ｆには、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体を気密及び液密にシールする凸状シール部４６ａが一体に膨出形成される。
【００４０】
図１に示すように、凸状シール部４６ａは、第２金属セパレータ１８の面１８ａ側に孔部４２ａ、４２ｂの下方に位置して液状水を貯留する貯留部４７ｂ１を形成する貯留部用凸状シール４６ａｔ１を有する。貯留部４７ｂ１の最上位水位ＷＳの位置は、孔部４２ａ、４２ｂの上端位置よりも上方に設定される。
【００４１】
貯留部４７ｂ１には、孔部４２ａ、４２ｂを覆って膜部材４８ｂが塗布される。膜部材４８ｂは、液状水を透過させるとともに、燃料ガス（反応ガス）の透過を遮断する機能を有し、例えば、フッ素樹脂の共重合体（デュポン社製のナフィオン等）とカーボンとの混合物により構成される。膜部材４８ｂは、貯留部４７ｂ１とは反対の面に設けてもよく、又は、両面に設けてもよい。
【００４２】
図５に示すように、凸状シール部４６ａは、第２金属セパレータ１８の面１８ｂ側に孔部４２ａ、４２ｂを周回し、一部が冷却媒体流路３４に開放される貯留部用凸状シール４６ａｔ２を有する。貯留部用凸状シール４６ａｔ２は、貯留部４７ｂ２を形成する。
【００４３】
図１及び図２に示すように、枠付き電解質膜・電極構造体１４は、電解質膜・電極構造体４９と、前記電解質膜・電極構造体４９の外周を周回して設けられる樹脂枠部材５０とを備える。図２に示すように、電解質膜・電極構造体４９は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）５２を備える。固体高分子電解質膜５２は、カソード電極５４及びアノード電極５６により挟持される。
【００４４】
カソード電極５４は、アノード電極５６及び固体高分子電解質膜５２の平面寸法よりも小さな平面寸法を有する、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。なお、カソード電極５４、アノード電極５６及び固体高分子電解質膜５２は、同一の平面寸法に設定してもよい。また、アノード電極５６は、カソード電極５４及び固体高分子電解質膜５２の平面寸法よりも小さな平面寸法を有してもよい。
【００４５】
カソード電極５４及びアノード電極５６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、例えば、固体高分子電解質膜５２の両面に形成される。
【００４６】
図１及び図２に示すように、電解質膜・電極構造体４９は、カソード電極５４の終端部外方に位置して、固体高分子電解質膜５２の外周縁部に樹脂枠部材５０が一体化される。樹脂枠部材５０を構成する樹脂材としては、例えば、電気的絶縁性を有する汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック等が採用される。樹脂枠部材５０は、例えば、フィルム等により構成してもよい。
【００４７】
樹脂枠部材５０は、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ、燃料ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体入口連通孔２６ａ、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ及び冷却媒体出口連通孔２６ｂの内側に配置される寸法に設定される。樹脂枠部材５０の外形形状は、酸化剤ガス流路２８及び燃料ガス流路３６の形状並びにバッファ部形状等に対応して設定されることが好ましい。
【００４８】
このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。
【００４９】
先ず、酸化剤ガス流路２８に供給される酸化剤ガスの供給圧力は、冷却媒体流路３４に供給される冷却媒体の供給圧力よりも大きな圧力に設定される。一方、燃料ガス流路３６に供給される燃料ガスの供給圧力は、冷却媒体流路３４に供給される冷却媒体の供給圧力よりも大きな圧力に設定される。
【００５０】
そこで、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２２ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔２４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、上下一対の冷却媒体入口連通孔２６ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００５１】
酸化剤ガスは、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２２ａから第１金属セパレータ１６の酸化剤ガス流路２８に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路２８に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、電解質膜・電極構造体４９のカソード電極５４に供給される。
【００５２】
一方、燃料ガスは、図１に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａから第２金属セパレータ１８の燃料ガス流路３６に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３６に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）に移動し、電解質膜・電極構造体４９のアノード電極５６に供給される。
【００５３】
従って、電解質膜・電極構造体４９では、カソード電極５４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極５６に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００５４】
次いで、電解質膜・電極構造体４９のカソード電極５４に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。電解質膜・電極構造体４９のアノード電極５６に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔２４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５５】
一方、上下一対の冷却媒体入口連通孔２６ａに供給された冷却媒体は、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ１６と、他方の発電ユニット１２を構成する第２金属セパレータ１８との間に形成された冷却媒体流路３４に導入される。
【００５６】
各冷却媒体入口連通孔２６ａから冷却媒体流路３４に供給される冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向（重力方向）内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向（水平方向）に移動して電解質膜・電極構造体４９を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、上下一対の冷却媒体出口連通孔２６ｂに排出される。
【００５７】
この場合、第１の実施形態では、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２２ａの重力方向下方には、前記酸化剤ガス入口連通孔２２ａと冷却媒体流路３４とを連通させる孔部３２ａ、３２ｂが貫通形成されている。そして、図３及び図４に示すように、孔部３２ａ、３２ｂは、水透過性且つ反応ガス不透過性を有する膜部材４８ａにより覆われている。
【００５８】
このため、予め加湿された酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス入口連通孔２２ａには、前記酸化剤ガス入口連通孔２２ａの下部に凝縮水が発生し、前記凝縮水は、主に連結溝３３ａ、３３ｂを通って貯留部４７ａ１に滞留する。貯留部４７ａ１に滞留する液状水は、膜部材４８ａを透過して孔部３２ａ、３２ｂから冷却媒体流路３４側に排出される。
【００５９】
図１に示すように、冷却媒体流路３４側では、孔部３２ａ、３２ｂから排出された液状水は、貯留部用凸状シール４４ａｔ２により構成される貯留部４７ａ２に貯留される。液状水は、貯留部用凸状シール４４ａｔ２の一部が開放する入口バッファ部３０ａから冷却媒体流路３４に導入される。一方、酸化剤ガスは、膜部材４８ａを透過することが遮断されて、冷却媒体流路３４側に移動することがない。
【００６０】
従って、酸化剤ガス入口連通孔２２ａの下方に滞留する液状水のみを円滑且つ確実に排出することができ、燃料電池１０の発電性能が低下することを良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００６１】
また、第１の実施形態では、図１に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａの重力方向下方には、前記燃料ガス入口連通孔２４ａと冷却媒体流路３４とを連通させる孔部４２ａ、４２ｂが貫通形成されている。そして、孔部４２ａ、４２ｂは、水透過性且つ反応ガス不透過性を有する膜部材４８ｂにより覆われている。
【００６２】
これにより、予め加湿された燃料ガスが供給される燃料ガス入口連通孔２４ａには、前記燃料ガス入口連通孔２４ａの下部に凝縮水が発生し、前記凝縮水は、主に連結溝４３ａ、４３ｂを通って貯留部４７ｂ１に滞留する。貯留部４７ｂ１に滞留する液状水は、膜部材４８ｂを透過して孔部４２ａ、４２ｂから冷却媒体流路３４側に排出される。
【００６３】
図５に示すように、冷却媒体流路３４側では、孔部４２ａ、４２ｂから排出された液状水は、貯留部用凸状シール４６ａｔ２により構成される貯留部４７ｂ２に貯留される。液状水は、貯留部用凸状シール４６ａｔ２の一部が開放する出口バッファ部３０ｂから冷却媒体流路３４に導入される。一方、燃料ガスは、膜部材４８ｂを透過することが遮断されて、冷却媒体流路３４側に移動することがない。
【００６４】
このため、燃料ガス入口連通孔２４ａの下方に滞留する液状水のみを円滑且つ確実に排出することができ、燃料電池１０の発電性能が低下することを良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００６５】
なお、第１の実施形態では、酸化剤ガス入口連通孔２２ａの下方に孔部３２ａ、３２ｂを設ける一方、燃料ガス入口連通孔２４ａの下方に孔部４２ａ、４２ｂを設けているが、これに限定されるものではない。例えば、孔部３２ａ、３２ｂのみを設けてもよく、また、孔部４２ａ、４２ｂのみを設けてもよい。以下の第２の実施形態においても、同様である。
【００６６】
図６に示すように、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池７０は、複数の発電ユニット７２を矢印Ａ方向（水平方向）に積層して構成される。発電ユニット７２は、枠付き電解質膜・電極構造体１４を第１金属セパレータ７４及び第２金属セパレータ７６で挟持する。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
発電ユニット７２では、酸化剤ガス入口連通孔２２ａが燃料ガス出口連通孔２４ｂの下方に配置されるとともに、燃料ガス入口連通孔２４ａが酸化剤ガス出口連通孔２２ｂの下方に配置される。
【００６８】
図６及び図７に示すように、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂの重力方向下方には、前記酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと冷却媒体流路３４とを連通させる孔部３２ａ、３２ｂが貫通形成される。孔部３２ａ、３２ｂは、水透過性且つ反応ガス不透過性を有する膜部材４８ａにより覆われている。
【００６９】
図６に示すように、燃料ガス出口連通孔２４ｂの重力方向下方には、前記燃料ガス出口連通孔２４ｂと冷却媒体流路３４とを連通させる孔部４２ａ、４２ｂが貫通形成される。孔部４２ａ、４２ｂは、水透過性且つ反応ガス不透過性を有する膜部材４８ｂにより覆われている。
【００７０】
このように構成される第２の実施形態では、発電反応により生成される生成水が、酸化剤ガス流路２８の流れに沿って移動し、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂの底部に滞留する。この生成水は、貯留部４７ａ１に貯留されるとともに、膜部材４８ａを透過して孔部３２ａ、３２ｂから冷却媒体流路３４側に排出される。このため、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂの下方に滞留する液状水のみを円滑且つ確実に排出することができ、燃料電池７０の発電性能が低下することを良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００７１】
また、第２の実施形態では、酸化剤ガス流路２８から燃料ガス流路３６に逆拡散した生成水は、前記燃料ガス流路３６の流れに沿って移動し、燃料ガス出口連通孔２４ｂの底部に滞留する。この生成水は、貯留部４７ｂ１に貯留されるとともに、膜部材４８ｂを透過して孔部４２ａ、４２ｂから冷却媒体流路３４側に排出される。従って、燃料ガス出口連通孔２４ｂの下方に滞留する液状水のみを円滑且つ確実に排出することができ、燃料電池７０の発電性能が低下することを良好に抑制することが可能になる。
【００７２】
なお、第１及び第２の実施形態では、１つの枠付きＭＥＡを一対のセパレータで挟持する発電ユニットを採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、第１セパレータ、第１枠付きＭＥＡ、第２セパレータ、第２枠付きＭＥＡ及び第３セパレータが積層された発電ユニットを用い、各発電ユニット間にのみ冷却媒体流路が形成される燃料電池を採用してもよい。また、孔部３２ａ、３２ｂ及び孔部４２ａ、４２ｂは、冷却媒体流路３４に連通していればよく、前記冷却媒体流路３４の形状は、特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７３】
１０、７０…燃料電池                １２、７２…発電ユニット
１４…枠付き電解質膜・電極構造体
１６、１８、７４、７６…金属セパレータ
２２ａ…酸化剤ガス入口連通孔        ２２ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２４ａ…燃料ガス入口連通孔          ２４ｂ…燃料ガス出口連通孔
２６ａ…冷却媒体入口連通孔          ２６ｂ…冷却媒体出口連通孔
２８…酸化剤ガス流路                ３４…冷却媒体流路
３６…燃料ガス流路                  ４４、４６…シール部材
４７ａ１、４７ａ２、４７ｂ１、４７ｂ２…貯留部
４８ａ、４８ｂ…膜部材              ４９…電解質膜・電極構造体
５０…樹脂枠部材                    ５２…固体高分子電解質膜
５４…カソード電極                  ５６…アノード電極
【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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