JP2001093545A - 燃料電池からの水分除去方法および燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池を構成するプレートの酸素ガス供
給用溝部に滞留した水を、エネルギ的に有利に除去でき
るようにする。 【解決手段】 水素ガスを水素イオンと電子に解離する
負極部４２と、水素イオン、電子および酸素ガスを反応
させて水を生成する正極部４１と、負極部４２と正極部
４１との間に配置されるとともに水素イオンの移動を許
容する電解部４３と、負極部４２に隣接配置され、一面
に負極部４２に水素ガスを供給する水素ガス供給用溝部
４４Ａが設けられた第１のプレート４４と、正極部４１
に隣接配置され、一面に正極部４１に酸素ガスを供給す
る酸素ガス供給用溝部４４Ｂが設けられた第２のプレー
ト４４と、を備えた燃料電池４０から、正極部４１にお
いて生成し、酸素ガス供給用溝部４４Ｂに滞留した不用
な水を除去する方法において、酸素ガス供給用溝部４４
Ｂに供給する酸素ガスの圧力を、断続的に高めるように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素ガスと酸素ガ
スとの反応により電気エネルギを生じる燃料電池から、
正極において生じた不用な水を除去する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、化学的エネルギ変化を直接
的に電気エネルギに変換できるため、他の発電方式に比
べて極めてエネルギ効率が高い。このことは、カルノー
サイクルに基づく内燃機関に比べて燃料電池はエネルギ
ロスが少なく、内燃機関の代替手段である電気自動車用
のモータの電力源としても有用であることを意味してい
る。そして、燃料電池では、排気ガスが主として水蒸気
であり、内燃機関のように窒素化合物、炭化水素、一酸
化炭素といった有害ガスが排出されることもないため、
環境保護の観点からも燃料電池を電力源とした電気自動
車の実用化が望まれている。

【０００３】ここで、従来より採用されている燃料電池
の一例を、図２を参考にして説明する。同図に示した燃
料電池４０は、電解質として固体高分子膜が採用され
た、いわゆる固体高分子型のものである。具体的には、
一対のプレート４４の間に、固体高分子膜としてのイオ
ン交換膜４３が、その両面に正極触媒層４１ｂおよび負
極触媒層４２ｂがそれぞれ形成された状態で介在させら
れている。そして、このイオン交換膜４３と各プレート
４４との間にはさらに、正極集電体４１ａおよび負極集
電体４１ｂがそれぞれ配置されている。

【０００４】一対のプレート４４には、負極触媒層４２
ｂに負極活物質である水素ガスを供給する際の流路とな
る水素ガス供給用溝部４４Ａが設けられており、他方の
プレート４４には、正極触媒層４１ｂに正極活物質であ
る酸素ガスを供給する際の流路となる酸素ガス供給用溝
部４４Ｂが設けられている。各集電体４１ａ，４２ａ
は、多孔質に形成されており、水素ガスや酸素ガスの透
過が可能とされている。すなわち、水素ガス供給用溝部
４４Ａからの水素ガスは、負極集電体４２ａを透過して
負極触媒層４２ｂに達し、酸素ガス供給用溝部４４Ｂか
らの酸素ガスは、正極集電体４１ａを透過して正極触媒
層４１ｂに達する。負極触媒層４２ｂは、炭素粉末にパ
ラジウムなどの触媒を担持させたものであり、この負極
触媒層４２ｂにおいては、水素ガスが水素イオンと電子
に解離される。水素イオンはイオン交換膜４３を通過し
て正極触媒層４１ｂに達し、たとえば電子は負極集電体
４２ａから外部回路（図示略）を経由して、正極触媒層
４１ｂに達する。このとき、電子の移動による電気エネ
ルギが外部回路において取り出される。正極触媒層４１
ｂは、たとえば炭素粉末にパラジウムとロジウムを共存
担持させたものであり、この正極触媒層４１ｂにおいて
は、水素イオン、電子および酸素ガスが反応して水が生
成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の燃料電池４
０では、正極触媒層４１ｂにおいて生成した水を処理す
る必要がある。つまり、生成した水が他方のプレート４
４の酸素ガス供給用溝部４４Ｂに滞留したならば、正極
への酸素ガスの供給の妨げとなる。また、正極触媒層４
１ｂや正極集電体４１ａにおいて滞留したならば、正極
での酸素ガスの透過やその反応の妨げとなり、燃料電池
４０の出力ダウンの原因となってしまう。とくに、正極
触媒層４１ｂに対して均一に酸素ガスを供給すべく、酸
素ガス供給用溝部４４Ｂの流路長が大きくされ、それが
複雑に引き回された構成の他方のプレート４４を有する
燃料電池４０では、反応により生じた水が酸素ガス供給
用溝部４４Ｂに溜まりやすくなる。

【０００６】このため、他方のプレート４４の酸素ガス
供給用溝部４４Ｂに溜まった水を取り除くべく、酸素ガ
ス供給用溝部４４Ｂに供給する酸素ガスに対して、継続
的に大きな圧力を付与する必要がある。つまり、酸素ガ
スの供給圧を大きくする必要があるが、これでは燃料電
池を含むシステム全体としてのエネルギ効率的に不利で
ある。また、燃料電池４０は、一個を単独で使用するよ
りもむしろ、複数個を積層して燃料電池スタックとして
使用するのが一般的である。そして、燃料電池スタック
では、１つの酸素ガス供給源から、燃料電池スタックを
構成する各燃料電池４０に対して同時に酸素ガスを供給
するのが通常である。このため、積層すべき燃料電池４
０の個数が大きくなれば、それに応じて高圧の酸素ガス
の供給量はより大きくなり、燃料電池システムとしての
エネルギ効率がさらに悪化する。

【０００７】本発明は、上記した事情のもとで考え出さ
れたものであって、燃料電池を構成するプレートの酸素
ガス供給用溝部に滞留した水を、エネルギ効率的に有利
に除去できるようにすることをその課題としている。

【０００８】

【発明の開示】上記の課題を解決するため、本発明で
は、次の技術的手段を講じている。

【０００９】すなわち、本発明の第１の側面により提供
される燃料電池からの水分除去方法は、水素ガスを水素
イオンと電子に解離する負極部と、水素イオン、電子お
よび酸素ガスを反応させて水を生成する正極部と、上記
負極部と上記正極部との間に配置されるとともに水素イ
オンの移動を許容する電解部と、上記負極部に隣接して
配置され、かつ一面に上記負極部に水素ガスを供給する
ための水素ガス供給用溝部が設けられた第１のプレート
と、上記正極部に隣接して配置され、かつ一面に上記正
極部に酸素ガスを供給するための酸素ガス供給用溝部が
設けられた第２のプレートと、を備えた燃料電池から、
上記正極部において生成し、上記酸素ガス供給用溝部に
達した不用な水を除去する方法であって、上記酸素ガス
供給用溝部に供給する酸素ガスの圧力を、断続的に変化
させることを特徴としている。

【００１０】上記水分除去方法のように、断続的に圧力
を変化させる方法では、断続的に高圧の酸素ガスが供給
される。断続的に高圧の酸素ガスを供給する場合のほう
が、圧力一定に保って酸素ガスを継続的に供給する場合
に比べて、圧力が変動する分だけ、酸素ガス供給用溝部
に滞留した水（以下、場合によっては単に「滞留水」と
いう）が移動するきっかけが与えられる回数が多くな
る。このため、滞留水に付与される圧力を変動させれ
ば、酸素ガス供給用溝部における滞留水の移動が促進さ
れ、滞留水を効果的に除去することができる。

【００１１】しかも、本発明の水分除去方法は、高い圧
力を有する酸素ガスを継続的に供給するのではなく、断
続的に高圧の酸素ガスを供給する方法であるため、酸素
ガスに付与すべきエネルギが少なくて済む。したがっ
て、本発明の水分除去方法を採用すれば、燃料電池を含
むシステム全体としてのエネルギ効率をさほど低下させ
ることなく、滞留水に起因する燃料電池の出力ダウンを
効果的に回避することができる。

【００１２】先にも触れたように、本発明の水分除去方
法では酸素ガス供給用溝部に供給すべき酸素ガスの圧力
は断続的に高められるが、ここでいう「断続的」という
意味には、酸素ガスの圧力値が周期的に変化する場合ば
かりでなく、非周期的に変化する場合も含む。非周期的
に酸素ガスの圧力を変化せる一例としては、たとえば燃
料電池の電力的な出力を監視し、その出力値が所定値を
下回ったときに、酸素ガスの圧力値を高める方法が挙げ
られる。また、断続的に酸素ガスが変化する例として
は、圧力値の経時的変化を示す波形が正弦波となる場合
や、圧力値が瞬間的に高められて、その波形にインパル
スとして現れる場合が挙げられる。ただし、エネルギ効
率の観点からは、酸素ガスの圧力が高められる時間が短
いほうがよく、この観点からは圧力値が瞬間的に高める
方法が好ましい。

【００１３】本発明の第２の側面においては、水素ガス
を水素イオンと電子に解離する負極部と、水素イオン、
電子および酸素ガスを反応させて水を生成する正極部
と、上記負極部と上記正極部との間に配置されるととも
に水素イオンの移動を許容する電解部と、上記負極部に
隣接して配置され、かつ一面に上記負極部に水素ガスを
供給するための水素ガス供給用溝部が設けられた第１の
プレートと、上記正極部に隣接して配置され、かつ一面
に上記正極部に酸素ガスを供給するための酸素ガス供給
用溝部が設けられた第２のプレートと、を備えた燃料電
池から、上記正極部において生成し、上記酸素ガス供給
用溝部に滞留するた不用な水を除去する方法であって、
上記酸素ガス供給用溝部に滞留した水に、超音波を付与
することを特徴とする、燃料電池からの水分除去方法が
提供される。

【００１４】ところで、水滴に超音波を付与した場合、
接触面での水滴の滑り（水滑り）が良くなるとは一般に
知られている。このため、本発明の水分除去方法のよう
に、滞留水に超音波を付与すれば、その酸素ガス供給用
溝部での水滑りが良くなり、酸素ガスを酸素ガス供給用
溝部に行き渡らせることができる程度の圧力であって
も、滞留水を除去することができるようになる。

【００１５】なお、滞留水への超音波付与は、燃料電池
が作動している間中継続的に行ってもよいし、断続的に
行ってもよい。また、断続的に超音波を付与する場合に
は、一定間隔毎に超音波を付与してもよく、また燃料電
池の出力値に変動に応じて不定期的に超音波付与を行っ
てもよい。

【００１６】本発明の第３の側面においては、燃料電池
と、この燃料電池に水素ガスを供給するための水素供給
源と、上記燃料電池に酸素ガスを供給するための酸素ガ
ス供給源と、を備え、かつ、上記燃料電池は、水素ガス
を水素イオンと電子に解離する負極部と、水素イオン、
電子および酸素ガスを反応させて水を生成する正極部
と、上記負極部と上記正極部との間に配置されるととも
に水素イオンの移動を許容する電解部と、上記負極部に
隣接して配置され、かつ一面に上記負極部に水素ガスを
供給するための水素ガス供給用溝部が設けられた第１の
プレートと、上記正極部に隣接して配置され、かつ一面
に上記正極部に酸素ガスを供給するための酸素ガス供給
用溝部が設けられた第２のプレートと、を有している燃
料電池システムであって、上記正極部において生成して
上記酸素ガス供給用溝部に滞留した水に対して、その動
きを断続的に促進して除去する水分除去手段が設けられ
ていることを特徴とする、燃料電池システムが提供され
る。

【００１７】上記燃料電池システムでは、酸素ガス供給
用溝部の滞留水に対して、水分除去手段により断続的に
その動きが促進されるため、上述した本発明の第１の側
面の水分除去方法と同様に、滞留水が移動するきっかけ
が与えられる回数が多くなる。このため、上記燃料電池
システムでは、滞留水を効果的に除去することができ、
しかも、滞留水に対して継続的に大きな推進力を付与す
るのではないため、滞留水に付与すべきエネルギが少な
くて済む。したがって、本発明の燃料電池システムで
は、システム全体としてのエネルギ効率をさほど低下さ
せることなく、滞留水に起因する出力ダウンを効果的に
回避することができる。

【００１８】ここで、水分除去手段としては、酸素ガス
供給源と燃料電池とを繋ぐ流路の途中に設けられた電磁
弁もしくは脈動ポンプ、または超音波発生装置が挙げら
れる。なお、超音波発生装置は、酸素ガス供給源と燃料
電池とを繋ぐ流路の途中に設けてもよく、また燃料電池
内を流通する酸素ガスに対して直接的に超音波を付与す
るように配置してもよい。

【００１９】電磁弁を設けた燃料電池システムでは、電
磁弁を閉じれば、酸素ガスの供給が一旦停止されるが、
再び電磁弁を開けて酸素ガスを供給する場合、電磁弁を
開けた瞬間の酸素ガスに付与される圧力は、定常的に酸
素ガスを供給しているときの圧力よりも大きい。このた
め、電磁弁の開閉を断続的に行えば、酸素ガスに対して
断続的に大きな圧力が付与され、これが水素ガス供給用
溝部の滞留水に推進力として付与される。また、脈動ポ
ンプでは、周期的にその圧力を変化させつつ酸素ガスが
供給されるため、滞留水に対しては、断続的に推進力が
付与される。さらに、滞留水に超音波を付与すれば、先
にも触れたように、酸素ガス供給用溝部での滞留水の滑
りが良くなり、滞留水がない場合に酸素ガス供給用溝部
に酸素ガスを行き渡らせることができる程度の酸素ガス
供給圧により、滞留水を容易に除去することができる。

【００２０】なお、水分除去手段として電磁弁または超
音波発生装置を採用する場合には、燃料電池の電力的な
出力を監視し、その出力値に応じて電磁弁をオフ・オン
し、あるいは超音波を発生して高い推進力を滞留水に対
して付与するように構成してもよい。

【００２１】好ましくは、上記第２のプレートには、厚
み方向に貫通するとともに、上記水素ガス供給用溝部ま
たは上記酸素ガス供給用溝部に繋がる水素ガスまたは酸
素ガスを流路としての貫通孔が設けられており、上記水
素ガス供給用溝部または上記酸素ガス供給用溝部におけ
る上記貫通孔の近傍には、上記負極部または上記正極部
に対する面圧を確保するための面圧確保手段が設けられ
ている。

【００２２】水素ガス供給用溝部や酸素ガス供給用溝部
は上部が開放していることから、第１および第２のプレ
ートが燃料電池を構成する場合に、十分に面圧を確保す
ることができずに微小な隙間が生じることがあり、とく
に貫通孔の周りにおいては、酸素ガスや水素ガスが漏洩
してしまうことがある。このような事態が生じたなら
ば、燃料電池システムの出力がダウンするなどして、燃
料電池の動作に支障をきたすことがある。これに対して
本発明では、水素ガス供給用溝部または酸素ガス供給用
溝部における貫通孔の近傍に、負極部や正極部に対する
面圧を確保するための面圧確保手段が設けられている。
このため、水素ガス供給用溝部または酸素ガス供給用溝
部における貫通孔の近傍において、負極部や正極部に対
して十分に面圧を確保することができ、水素ガスや酸素
ガスの漏洩を適切に防止することができる。

【００２３】ここで、面圧確保手段としては、１または
複数の中空状部材により構成され、水素ガス供給用溝部
または酸素ガス供給用溝部の深さに相当する厚みを有し
ているもの、あるいは通気性の高い多孔質体により構成
され、水素ガス供給用溝部または酸素ガス供給用溝部の
深さに相当する厚みを有しているものが挙げられる。ま
た、水素ガス供給用溝部または酸素ガス供給用溝部にお
ける貫通孔の近傍の断面形状を、水素ガス供給用溝部ま
たは酸素ガス供給用溝部を閉塞する蓋板を取り付け可能
なように段状とし、蓋板により面圧確保手段を構成して
もよい。

【００２４】本発明のその他の特徴および利点は、以下
に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を、図１なしい図５を参照して具体的に説明する。な
お、図１は本発明に係る燃料電池システムの一例を表す
図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は燃料電
池の分解斜視図、図４は燃料電池を構成するセパレータ
の要部拡大図、図５は面圧確保部材としてのパイプに配
置状態を説明するための要部拡大図である。

【００２６】図１に示した燃料電池システム１は、水素
ガス供給源２、空気供給源３、燃料電池スタック４、電
磁弁５を備えて大略構成されている。

【００２７】水素ガス供給源２は、燃料電池スタック４
に燃料としての水素ガスを供給するためのものであり、
たとえば液化水素ガスを充填した水素ボンベ、水素ガス
を吸蔵した水素吸蔵合金などにより構成される。また、
メタノールなどの炭化水素系の化合物を、水蒸気改質す
るなどして水素ガスを生成させる装置を構成し、これを
水素ガス供給源としてもよい。

【００２８】空気供給源３は、空気として酸素ガスを燃
料電池スタック４に供給するためのものであり、たとえ
ば公知のエアコンプレッサなどにより構成される。

【００２９】燃料電池スタック４は、図１に示したよう
に、複数の燃料電池４０を直列的に積層した状態で、ボ
ルトＢおよびナットＮを用いて、一対のエンドプレート
４ａ，４ｂの間に挟持された構成とされている。

【００３０】各燃料電池４０は、図２および図３に示し
たように正極部４１、負極部４２、および電解部４３
が、一対のプレート４４，４４の間に挟持された構成と
なっている。そして、隣り合う燃料電池４０どうしは、
１枚のプレート４４を共用するとともに、このプレート
４４により実質的に仕切られている。

【００３１】正極部４１および負極部４２は、集電体４
１ａ，４２ａと触媒層４１ｂ，４２ｂとからなる。各集
電体４１ａ，４２ａは、たとえば導体粒を固めた多孔質
体として形成されており、触媒層４１ｂ，４２ｂは、た
とえば炭素粒からなる多孔質マトリクスに、プラチナな
どの適宜の触媒粉末を担持させたものとして形成されて
いる。そして、正極部４１および負極部４２は、その周
縁部をガスケット４５に囲まれた状態で燃料電池４０を
構成している。これらのガスケット４５は、四隅部のそ
れぞれに貫通孔４５ａ，４５ｂが形成されている。

【００３２】電解部４３は、プロトン導電性を示し、プ
ロトンとしての水素イオンを選択的に透過させるイオン
交換膜により構成されており、その四隅部のそれぞれ
に、ガスケット４５の貫通孔４５ａ，４５ｂに対応して
貫通孔４３ａ，４３ｂが形成されている。

【００３３】各プレート４４は、たとえばステンレス鋼
やチタン合金などの導体により形成されている。各プレ
ート４４の一面側には、水素ガス供給用溝部４４Ａを構
成するとともに、一連に延びる複数の溝部４４ａが形成
されており、他面側には空気（酸素ガス）供給用溝部４
４Ｂを構成するとともに、一連に延びる複数の溝部４４
ｂが設けられている。そして、各プレートの四隅部のそ
れぞれには、ガスケット４５Ａ，４５Ｂの貫通孔４５
ａ，４５ｂに対応して貫通孔４４ｃ，４４ｄが設けられ
ている。これらの貫通孔４４ｃ，４４ｄのうち、対角配
置された２つの貫通孔４４ｃは、図面上には明確に表れ
ていないが、水素ガス供給用溝部４４Ａを構成する各溝
部４４ａの端部に連通しているとともに、残りの貫通孔
４４ｄは、図３に表れているように空気供給用溝部４４
Ｂを構成する各溝部４４ｂの端部に連通している。各溝
部４４ｂの端部には、図４に示したように面圧確保部材
としての２本の円筒パイプ４６が配置されている。これ
らの円筒パイプ４６は、たとえばステンレス鋼やチタン
などにより形成されており、図５に示したように、その
外径が各溝部４４ｂの深さに相当している。また、図面
上には表れていないが、各溝部４４ａの端部にも、面圧
確保部材としての２本のパイプが設けられいる。

【００３４】各エンドプレート４ａ，４ｂは、プレート
４４よりも一回り大きな形状とされており、それぞれの
エンドプレート４ａ，４ｂの四隅部どうしがボルトＢお
よびナットＮを介して繋げられている。そして、図面上
には表れていないが、各プレート４４の貫通孔４４ｃ，
４４ｄに対応して、４つの貫通孔が形成されている。

【００３５】このように各燃料電池４０が構成された燃
料電池スタック４では、図２に表れているように各部材
の四隅部に形成された貫通孔どうしが連通し、空気用流
路４６ａまたは水素ガス用流路４６ｂが形成されてい
る。そして、エンドプレート４ａ，４ｂの貫通孔は、空
気供給源３からの空気の出入口となり、あるいは水素供
給源２からの水素の出入口となる。

【００３６】電磁弁５は、電磁力で弁が開閉するバルブ
であり、たとえばコイルに電気を流したときに励起され
る磁力により弁が開放し、逆にコイルに電流を流さない
状態では弁が閉鎖されるようになされている。

【００３７】以上のように構成された燃料電池システム
１では、電磁弁５を開放することにより空気供給源３か
ら配管３０を介して燃料電池スタック４の空気供給流路
４６ａに空気が供給される。そして、各プレート４４の
貫通孔４４ｄからは、各プレートの空気供給用溝部４４
Ｂに空気が供給される。一方、水素ガス供給源２からの
水素ガスは、配管２０を介して、燃料電池スタック４の
水素ガス用流路４６ｂに供給され、各プレート４４の貫
通孔４４ｃから水素ガス供給用溝部４４Ａに供給され
る。

【００３８】水素ガス供給用溝部４４Ａに達した水素ガ
スは、負極部４２の集電体４２ａを通過して触媒層４２
ｂに達する。そして、触媒層４２ｂに達した水素ガス
は、水素イオンと電子に解離され、水素イオンは電解部
４３を透過して正極部４１の触媒層４１ｂに達し、電子
は再び集電体４２ａを通過してプレート４４に達し、隣
合う燃料電池４０の正極部４１の触媒層４１ｂに達す
る。

【００３９】一方、空気供給用溝部４４Ｂに達した空気
は、正極部４１の集電体４１ａを通過して触媒層４１ｂ
に達する。そして、触媒層４１ｂに達した空気中の酸素
ガスは、電解部４３を透過した水素イオンと、隣の燃料
電池４０からの電子と反応して水を生成する。この水の
一部は、空気供給流路４６ａ中の空気流れに乗って燃料
電池スタック４の外部に排出され、その一部はプレート
４４の空気供給用溝部４４Ｂに凝縮して滞留する。ま
た、水素ガス用流路４６ｂに供給された水素ガスのう
ち、酸素ガスと反応しなかった水素ガスは、一旦燃料電
池スタック４から排出されるが、この水素ガスは、配管
２１を介して配管２０に導入され、再び燃料電池スタッ
ク４に供給される。

【００４０】上記構成の燃料電池スタック４では、プレ
ート４４に形成された水素ガス供給用溝部４４Ａおよび
空気供給用溝部４４Ｂを構成する各々の溝部４４ａ，４
４ｂの端部に、各溝部４４ａ，４４ｂに深さに対応した
外径を有するパイプ４６が配置されている。このため、
溝部４４ａ，４４ｂを除いたプレート４４の表面とパイ
プ４６の周面の頂部とが略面一となり、プレート４４の
貫通孔４４ｃ，４４ｄの近傍において、ガスケット４５
は、各セパレータ４４に対して十分に密着することとな
る。したがって、上記構成の燃料電池スタック４では、
セパレータ４４の貫通孔４４ｃ，４４ｄ近傍でのガス漏
れを適切に回避し、燃料電池スタック４を安定して動作
させることができる。

【００４１】また、本実施形態の燃料電池システム１で
は、プレート４４の空気供給用溝部４４Ｂに滞留した水
は、電磁弁５の開閉により行われる。その手法を以下に
説明する。

【００４２】上記燃料電池システム１では、図１に示し
たように空気供給源３と燃料電池スタック４とを繋ぐ配
管３０の途中に電磁弁５が設けられている。そして、こ
の電磁弁５を開けば、燃料電池スタック４に空気が供給
され、電磁弁５を閉じれば、燃料電池スタック４への空
気の供給が停止される。この場合、電磁弁５を開けた瞬
間に空気に付与される圧力は、定常的に空気を供給して
いる間の圧力よりも大きい。このため、断続的に電磁弁
５の開閉を繰り返せば、燃料電池スタック４に供給され
る空気には、断続的に高い圧力が付与されることとな
る。たとえば、電磁弁５を定期的かつ瞬間的に閉じれ
ば、空気に付与される圧力の経時的変化は、たとえば図
６に示すような波形となる。したがって、プレート４４
の空気供給用溝部４４Ｂに水が滞留している場合には、
この滞留水に対して断続的に高い力（推進力）が付与さ
れ、滞留水が移動するきっかけが与えられる回数が多く
なる。このため、上記燃料電池システム１では、滞留水
を効果的に除去することができ、しかも、滞留水に対し
て継続的に推進力を付与するのではないため、滞留水に
付与すべきエネルギが少なくて済む。したがって、本発
明の燃料電池システムでは、システム全体としてのエネ
ルギ効率をさほど低下させることなく、滞留水に起因す
る出力ダウンを効果的に回避することができる。

【００４３】なお、電磁弁５の開閉は、周期的に行って
もよいし、燃料電池スタック４の電力的な出力を監視
し、その出力値に応じて電磁弁５を開閉するように構成
してもよい。

【００４４】また、面圧確保部材として、図７から図１
１に示すものを採用しても、先に説明した実施例の面圧
確保部材と同様の効果を得ることができる。図７に示し
た面圧確保部材は、複数の円筒パイプ４６ａを二段に積
み上げることにより構成されている。もちろん、三段以
上に円筒パイプを積み上げて面圧確保部材を構成しても
よいし、各段に配置されるパイプ４６ａの個数や形状も
図７に例示したものには限定されず、種々に設計変更可
能である。たとえば図８に示したように、一本の角筒パ
イプ４６ｂにより面圧確保部材を構成してもよい。角筒
パイプにより面圧確保部材を構成する場合にも、複数の
角筒パイプを横並びに配置してもよいし、複数の角筒パ
イプを積み上げてもよい。また、図９に示した面圧確保
部材は、多孔質体４６ｃにより構成されている。多孔質
体４６ｃとしては、たとえば金属、セラミック、あるい
は合成樹脂などの連続気泡体が挙げられる。図１０およ
び図１１に示した面圧確保部材のように、プレート４４
の貫通孔４４ｃ，４４ｄの近傍における各溝部４４ｂ
（４４ａ）の端部の断面形状を段付形状とし、その上段
に配置された溝部を閉塞する蓋板４６ｄとして構成して
もよい。

【００４５】もちろん、燃料電池スタックに供給される
空気の圧力を断続的に高める手段としては、たとえば脈
動ポンプを採用することもできる。すなわち、空気供給
源からの空気を、燃料電池スタックに対して、脈動ポン
プにより圧送するように構成してもよい。

【００４６】また、プレートに滞留した水に、推進力を
付与する方法としては、断続的に供給すべき空気（酸
素）の圧力を高める方法の他、滞留水に対して、超音波
を付与する方法であってもよい。この場合、空気供給源
と燃料電池スタックとを繋ぐ配管の途中に超音波発生装
置を配置して、燃料電池スタックに供給される空気（酸
素）に超音波を付与してもよく、また燃料電池スタック
に対して超音波を付与してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料電池システムの一例を表す図
である。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】燃料電池の分解斜視図である。

【図４】燃料電池を構成するセパレータの要部拡大図で
ある。

【図５】面圧確保部材を構成するパイプに配置状態を説
明するための要部拡大図である。

【図６】空気（酸素ガス）に付与される圧力の経時的変
化の一例を示すグラフである。

【図７】パイプを図５とは異なる状態で配置し、面圧確
保部材を構成している状態を表す要部拡大図である。

【図８】他の面圧確保部材を説明するための要部拡大図
である。

【図９】他の面圧確保部材を説明するための要部拡大図
である。

【図１０】他の面圧確保部材を説明するための要部拡大
図である。

【図１１】図１０の面圧確保部材を取り外した状態を表
す要部拡大図である。

【符号の説明】

１ 燃料電池システム ２ 水素ガス供給源 ３ 空気供給源 ４ 燃料電池スタック ４０ 燃料電池 ４１ 正極部 ４１ａ 集電体（正極部の） ４１ｂ 触媒層（正極部の） ４２ 負極部 ４２ａ 集電体（負極部の） ４２ｂ 触媒層（負極部の） ４３ 電解部 ４４ プレート ４４Ａ 水素ガス供給用溝部 ４４Ｂ 空気（酸素ガス）供給用溝部

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素ガスを水素イオンと電子に解離する
   負極部と、水素イオン、電子および酸素ガスを反応させ
   て水を生成する正極部と、上記負極部と上記正極部との
   間に配置されるとともに水素イオンの移動を許容する電
   解部と、上記負極部に隣接して配置され、かつ一面に上
   記負極部に水素ガスを供給するための水素ガス供給用溝
   部が設けられた第１のプレートと、上記正極部に隣接し
   て配置され、かつ一面に上記正極部に酸素ガスを供給す
   るための酸素ガス供給用溝部が設けられた第２のプレー
   トと、を備えた燃料電池から、上記正極部において生成
   し、上記酸素ガス供給用溝部に滞留した不用な水を除去
   する方法であって、 上記酸素ガス供給用溝部に供給する酸素ガスの圧力を、
   断続的に変化させることを特徴とする、燃料電池からの
   水分除去方法。
2. 【請求項２】 上記酸素ガスの圧力は、瞬間的に高めら
   れる、請求項１に記載の燃料電池からの水分除去方法。
3. 【請求項３】 水素ガスを水素イオンと電子に解離する
   負極部と、水素イオン、電子および酸素ガスを反応させ
   て水を生成する正極部と、上記負極部と上記正極部との
   間に配置されるとともに水素イオンの移動を許容する電
   解部と、上記負極部に隣接して配置され、かつ一面に上
   記負極部に水素ガスを供給するための水素ガス供給用溝
   部が設けられた第１のプレートと、上記正極部に隣接し
   て配置され、かつ一面に上記正極部に酸素ガスを供給す
   るための酸素ガス供給用溝部が設けられた第２のプレー
   トと、を備えた燃料電池から、上記正極部において生成
   し、上記酸素ガス供給用溝部に滞留した不用な水を除去
   する方法であって、 上記酸素ガス供給用溝部に滞留した水に、超音波を付与
   することを特徴とする、燃料電池における水分除去方
   法。
4. 【請求項４】 燃料電池と、この燃料電池に水素ガスを
   供給するための水素供給源と、上記燃料電池に酸素ガス
   を供給するための酸素ガス供給源と、を備え、かつ、 上記燃料電池は、水素ガスを水素イオンと電子に解離す
   る負極部と、水素イオン、電子および酸素ガスを反応さ
   せて水を生成する正極部と、上記負極部と上記正極部と
   の間に配置されるとともに水素イオンの移動を許容する
   電解部と、上記負極部に隣接して配置され、かつ一面に
   上記負極部に水素ガスを供給するための水素ガス供給用
   溝部が設けられた第１のプレートと、上記正極部に隣接
   して配置され、かつ一面に上記正極部に酸素ガスを供給
   するための酸素ガス供給用溝部が設けられた第２のプレ
   ートと、を有している燃料電池システムであって、 上記正極部において生成して上記酸素ガス供給用溝部に
   滞留した水に対して、その動きを断続的に促進して除去
   する水分除去手段が設けられていることを特徴とする、
   燃料電池システム。
5. 【請求項５】 上記水分除去手段は、上記酸素ガス供給
   源と上記燃料電池とを繋ぐ流路の途中に設けられた電磁
   弁である、請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 【請求項６】 上記水分除去手段は、上記酸素ガス供給
   源と上記燃料電池とを繋ぐ流路の途中に設けられた脈動
   ポンプである、請求項４に記載の燃料電池システム。
7. 【請求項７】 上記水分除去手段は、超音波発生装置で
   ある、請求項４に記載の燃料電池システム。
8. 【請求項８】 上記第２のプレートには、厚み方向に貫
   通するとともに、上記水素ガス供給用溝部または上記酸
   素ガス供給用溝部に繋がる水素ガスまたは酸素ガスを流
   路としての貫通孔が設けられているとともに、 上記水素ガス供給用溝部または上記酸素ガス供給用溝部
   における上記貫通孔の近傍には、上記負極部または上記
   正極部に対する面圧を確保するための面圧確保手段が設
   けられている、請求項４ないし７のいずれか１つに記載
   の燃料電池システム。
9. 【請求項９】 上記面圧確保手段は、１または複数の中
   空状部材により構成されているとともに、上記水素ガス
   供給用溝部または上記酸素ガス供給用溝部の深さに相当
   する厚みを有している、請求項８に記載の燃料電池シス
   テム。
10. 【請求項１０】 上記面圧確保手段は、通気性の高い多
    孔質体により構成されているとともに、上記水素ガス供
    給用溝部または上記酸素ガス供給用溝部の深さに相当す
    る厚みを有している、請求項８に記載の燃料電池システ
    ム。
11. 【請求項１１】 上記水素ガス供給用溝部または上記酸
    素ガス供給用溝部における上記貫通孔の近傍の断面形状
    は、上記水素ガス供給用溝部または上記酸素ガス供給用
    溝部を閉塞する蓋板が取り付け可能なように段状とされ
    ており、上記面圧確保手段は、上記蓋板により構成され
    ている、請求項８に記載の燃料電池システム。