JP2001118596A - 燃料電池スタック - Google Patents

燃料電池スタック

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JP2001118596A
JP2001118596A JP29735599A JP29735599A JP2001118596A JP 2001118596 A JP2001118596 A JP 2001118596A JP 29735599 A JP29735599 A JP 29735599A JP 29735599 A JP29735599 A JP 29735599A JP 2001118596 A JP2001118596 A JP 2001118596A
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隆 鴻村
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】有効に小型化して車載用に適するとともに、連
通孔に導入される水を円滑かつ確実に排出することを可
能にする。 【解決手段】燃料電池スタック10には、出口側酸化剤
ガス連通孔38bが設けられており、第1セパレータ1
4の面14aには、第1および第2酸化剤ガス流路溝4
2、44が水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって
設けられ、前記第2酸化剤ガス流路溝44が第2酸化剤
ガス連結流路48を介して出口側酸化剤ガス連通孔38
bに連通する。この出口側酸化剤ガス連通孔38bに
は、水を毛細管現象および空気の圧力差によって燃料電
池スタック10の外部に排出するための多孔質吸水管体
86が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成さ
れる単位燃料電池セルと、前記単位燃料電池セルを挟持
するセパレータとを水平方向に積層して構成された、特
に車載用に適した燃料電池スタックに関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、固体高分子型燃料電池は、高分
子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質の両
側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対
設して構成される単位燃料電池セルを、セパレータによ
って挟持することにより構成されており、通常、この単
位燃料電池セルを所定数だけ積層して燃料電池スタック
として使用されている。
【0003】この種の燃料電池スタックにおいて、アノ
ード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を
含有するガス(以下、水素含有ガスという)は、触媒電
極上で水素がイオン化され、適度に加湿された電解質を
介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた
電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとし
て利用される。カソード側電極には、酸化剤ガス、例え
ば、主に酸素を含有するガス(以下、酸素含有ガスとい
う)あるいは空気が供給されているために、このカソー
ド側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応
して水が生成される。
【0004】上記の燃料電池スタックでは、積層されて
いる各単位燃料電池セルのアノード側電極およびカソー
ド側電極に、それぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガス(反応
ガス)を供給するために、内部マニホールドを構成する
ことが行われている。この内部マニホールドは、具体的
には、積層されている各単位燃料電池セルおよびセパレ
ータに一体的に連通して設けられた複数の連通孔を備え
ており、供給用の連通孔に反応ガスが供給されると、前
記反応ガスが各単位燃料電池セル毎に分散供給される一
方、使用済みの反応ガスが排出用の連通孔に一体的に排
出されるように構成されている。
【0005】ところで、特に、酸化剤ガスが流れる連通
孔内には、電極発電面で生成された反応生成水が導入さ
れ易く、この連通孔内に滞留水が存在する場合が多い。
一方、燃料ガスが流される連通孔内には、結露等による
滞留水が発生するおそれがある。このため、連通孔が滞
留水によって縮小または閉塞されてしまい、反応ガスの
流れが妨げられて発電性能が低下するという不具合が指
摘されている。
【0006】そこで、例えば、特開平8−138692
号公報に開示されているように、集電極の積層面に形成
された燃料ガス流路および酸化ガス流路に親水性被膜が
設けられた燃料電池が知られている。具体的には、図1
5に示すように、集電極1の両側部に燃料ガスの給排流
路2a、2bが貫通形成されるとともに、この集電極1
の上下には、酸化ガスの給排流路3a、3bが貫通形成
されている。集電極1の発電面側には、上下方向に沿っ
て複数本の酸化ガス流路4が互いに平行しかつ直線上に
設けられるとともに、前記酸化ガス流路4に親水性被膜
5が形成されている。さらに、酸化ガスの給排流路3b
には、多孔質部材6が配置されている。
【0007】このような構成において、燃料電池の運転
に伴って発電面側で生成された水が、酸化ガス流路4に
導入されると、この生成水は、前記酸化ガス流路4に形
成された親水性被膜5を湿潤状態にする。この生成水
は、自重により親水性被膜5およびその表面を伝って鉛
直下方向に流れ、酸化ガス流路4から排出される。さら
に、生成水が酸化ガスの給排流路3bに配置された多孔
質部材6により吸収されるため、この生成水を酸化ガス
流路4からより確実に排出することができるとしてい
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の従来
技術では、集電極1の上下に酸化ガスの給排流路3a、
3bが形成されるため、燃料電池全体の高さ方向の寸法
を短尺化することが困難なものとなってしまう。特に、
車載用燃料電池スタックとして使用する際には、自動車
車体の床下等のスペースを有効活用する必要があり、燃
料電池全体の高さ方向を可及的に短尺化したいとう要請
がある。しかしながら、上記の従来技術では、この種の
要請に効果的に対応することができないという問題があ
る。
【0009】しかも、酸化ガスの給排流路3a、3b
は、集電極1の上下に横方向に長尺に構成されている。
これにより、集電極1の剛性を確保するためには、この
集電極1の厚さを比較的大きく設定する必要があり、燃
料電池スタック全体の積層方向の寸法が長尺化してしま
うという問題が指摘されている。
【0010】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、円滑かつ確実な排水機能を有するとともに、高さ方
向の寸法を可及的に短尺化し、かつセパレータの厚さを
有効に薄肉化することが可能な燃料電池スタックを提供
することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
燃料電池スタックでは、セパレータの側部、外周縁部に
貫通して燃料ガスまたは酸化剤ガスを含む反応ガスを流
すための連通孔が設けられるとともに、この連通孔に
は、前記セパレータの電極発電面内に水平方向に蛇行し
て反応ガスを流すためのガス流路が連通している。この
ため、セパレータの高さ方向の寸法を有効に短尺化する
ことができ、車載用に適する燃料電池スタックを構成す
ることが可能になる。
【0012】そこで、車両の姿勢等によって燃料電池ス
タックが傾斜すると、連通孔に滞留する反応生成水の結
露水がガス流路に逆流して発電性能が低下するおそれが
ある。その際、連通孔内には、生成水を排出するための
多孔質吸水管体が配設されている。従って、連通孔に導
入された水は、毛細管現象によって多孔質吸水管体内に
浸透するとともに、前記連通孔内における反応ガスの圧
力差によって前記水が該連通孔の出口側に向かって押し
出される。
【0013】これにより、連通孔内の水は、毛細管現象
と反応ガスの上下流における圧力差とによって、前記連
通孔から確実に排出され、前記水がガス流路に逆流する
ことを阻止して発電性能を有効に維持することが可能に
なる。
【0014】また、本発明の請求項2に係る燃料電池ス
タックでは、ガス流路が水平方向に蛇行しながら重力方
向に向かって設けられるとともに、多孔質吸水管体の出
口が反応ガスの排出用連通孔よりも上方に設定されてい
る。このため、燃料電池スタックの側部に各種の配管を
有効に集約することができ、燃料電池スタック全体の高
さ方向の寸法が大きくなることがなく、しかも、配管レ
イアウトの自由度が向上する。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施形態
に係る燃料電池スタック10の概略縦断面説明図であ
り、図2は、前記燃料電池スタック10の要部分解斜視
図である。
【0016】燃料電池スタック10は、単位燃料電池セ
ル12と、この単位燃料電池セル12を挟持する第1お
よび第2セパレータ14、16とを備え、これらが複数
組だけ積層されている。単位燃料電池セル12は、固体
高分子電解質膜18と、この電解質膜18を挟んで配設
されるカソード側電極20およびアノード側電極22と
を有するとともに、前記カソード側電極20および前記
アノード側電極22には、例えば、多孔質層である多孔
質カーボンペーパ等からなる第1および第2ガス拡散層
24、26が配設される。
【0017】単位燃料電池セル12の両側には、第1お
よび第2ガスケット28、30が設けられ、前記第1ガ
スケット28は、カソード側電極20および第1ガス拡
散層24を収納するための大きな開口部32を有する一
方、前記第2ガスケット30は、アノード側電極22お
よび第2ガス拡散層26を収納するための大きな開口部
34を有する。単位燃料電池セル12と第1および第2
ガスケット28、30とが、第1および第2セパレータ
14、16によって挟持されるとともに、この第2セパ
レータ16には第3ガスケット35が配設される。
【0018】第1セパレータ14は、その横方向両端上
部側に水素含有ガス等の燃料ガスを通過させるための入
口側燃料ガス連通孔36aと、酸素含有ガスまたは空気
である酸化剤ガスを通過させるための入口側酸化剤ガス
連通孔38aとを設ける。
【0019】第1セパレータ14の横方向両端中央側に
は、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体を
通過させるための入口側冷却媒体連通孔40aと、使用
後の前記冷却媒体を通過させるための出口側冷却媒体連
通孔40bとが設けられる。第1セパレータ14の横方
向両端下部側には、燃料ガスを通過させるための出口側
燃料ガス連通孔36bと、酸化剤ガスを通過させるため
の出口側酸化剤ガス連通孔38bとが、入口側燃料ガス
連通孔36aおよび入口側酸化剤ガス連通孔38aと対
角位置になるように設けられている。
【0020】第1セパレータ14のカソード側電極20
に対向する面14aには、入口側酸化剤ガス連通孔38
aに近接して複数本、例えば、6本のそれぞれ独立した
第1酸化剤ガス流路溝(ガス流路)42が、水平方向に
蛇行しながら重力方向に向かって設けられる。第1酸化
剤ガス流路溝42は、3本の第2酸化剤ガス流路溝(ガ
ス流路)44に合流し、この第2酸化剤ガス流路溝44
が出口側酸化剤ガス連通孔38bに近接して終端する。
【0021】図2〜図4に示すように、第1セパレータ
14には、この第1セパレータ14を貫通するととも
に、一端が面14aとは反対側の面14bで入口側酸化
剤ガス連通孔38aに連通する一方、他端が前記面14
a側で第1酸化剤ガス流路溝42に連通する第1酸化剤
ガス連結流路46と、一端が前記面14b側で出口側酸
化剤ガス連通孔38bに連通する一方、他端が前記面1
4a側で第2酸化剤ガス流路溝44に連通する第2酸化
剤ガス連結流路48とが、前記第1セパレータ14を貫
通して設けられる。
【0022】図2に示すように、第2セパレータ16の
横方向両端側には、第1セパレータ14と同様に、入口
側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38
a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通
孔40b、出口側燃料ガス連通孔36bおよび出口側酸
化剤ガス連通孔38bが形成されている。
【0023】図5に示すように、第2セパレータ16の
面16aには、入口側燃料ガス連通孔36aに近接して
複数本、例えば、6本の第1燃料ガス流路溝(ガス流
路)60が形成される。この第1燃料ガス流路溝60
は、水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって延在
し、3本の第2燃料ガス流路溝(ガス流路)62に合流
してこの第2燃料ガス流路溝62が出口側燃料ガス連通
孔36bの近傍で終端する。
【0024】第2セパレータ16には、入口側燃料ガス
連通孔36aを面16b側から第1燃料ガス流路溝60
に連通する第1燃料ガス連結流路64と、出口側燃料ガ
ス連通孔36bを前記面16b側から第2燃料ガス流路
溝62に連通する第2燃料ガス連結流路66とが、前記
第2セパレータ16を貫通して設けられる。
【0025】図3および図6に示すように、第2セパレ
ータ16の面16bには、第3ガスケット35の開口部
68に対応する段差部70が形成され、段差部70内に
は、入口側冷却媒体連通孔40aおよび出口側冷却媒体
連通孔40bに近接して冷却媒体流路を構成する複数本
の主流路溝72a、72bが形成される。主流路溝72
a、72b間には、それぞれ複数本に分岐する分岐流路
溝74が水平方向に延在して設けられている。
【0026】第2セパレータ16には、入口側冷却媒体
連通孔40aと主流路溝72aとを連通する第1冷却媒
体連結流路76と、出口側冷却媒体連通孔40bと主流
路溝72bとを連通する第2冷却媒体連結流路78と
が、前記第2セパレータ16を貫通して設けられる。
【0027】図2に示すように、第1、第2および第3
ガスケット28、30および35の横方向両端部には、
入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔
38a、入口側冷却媒体貫通孔40a、出口側冷却媒体
連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36bおよび出口
側酸化剤ガス連通孔38bが設けられる。
【0028】図1に示すように、単位燃料電池セル12
と第1および第2セパレータ14、16の積層方向両端
部には、第1および第2エンドプレート80、82が配
置され、タイロッド84を介して前記第1および第2エ
ンドプレート80、82が一体的に締め付け固定されて
いる。
【0029】燃料電池スタック10内には、少なくとも
出口側酸化剤ガス連通孔38bおよび必要に応じて出口
側燃料ガス連通孔36bに、それぞれ多孔質吸水管体8
6が積層方向に延在して配設される。図1および図7に
示すように、多孔質吸水管体86は、金属、例えば、S
US(ステンレス鋼)製のパイプ状芯材88と、この芯
材88の外周部に巻き付けられる複数の線材90とを備
える。
【0030】図8に示すように、線材90は表面に凹凸
状を有しており、各線材90が束ねられることによって
空間92が形成される。この空間92は、芯材88の長
手方向(燃料電池スタック10の積層方向)に沿って延
在している。芯材88は、その両端を閉塞して構成して
もよく、この芯材88が燃料電池スタック10内に図示
しない固定手段を介して固定されている。
【0031】図4および図5に示すように、多孔質吸水
管体86は、出口側酸化剤ガス連通孔38b内および出
口側燃料ガス連通孔36b内において、重力方向下側に
かつ第2酸化剤ガス連結流路48および第2燃料ガス連
結流路66から離間する位置に設置されている。
【0032】図1に示すように、第1エンドプレート8
0には、出口側酸化剤ガス連通孔38bに連通する孔部
94が形成されるとともに、前記第1エンドプレート8
0に継手96を介して前記孔部94に連通するマニホー
ルド管体98が接続される。マニホールド管体98は、
継手96から上方に湾曲される外側管体100を備え、
この外側管体100内には、多孔質吸水管体86に接続
され、または前記多孔質吸水管体86から延長された多
孔質吸水管体102が配置されている。この多孔質吸水
管体102は、例えば、ガス加湿用や改質用に使用可能
な水を貯留する貯水タンク(図示せず)に接続される。
【0033】なお、第1エンドプレート80には、出口
側燃料ガス連通孔36bに連通する孔部104が形成さ
れ、この孔部104には、上述したマニホールド管体9
8と同様に構成されるマニホールド管体106が連結さ
れており、その詳細な説明は省略する。
【0034】このように構成される第1の実施形態に係
る燃料電池スタック10の動作について、以下に説明す
る。
【0035】燃料電池スタック10内には、燃料ガス、
例えば、炭化水素を改質した水素を含むガスが供給され
るとともに、酸化剤ガスとして空気または酸素含有ガス
(以下、単に空気ともいう)が供給され、さらに単位燃
料電池セル12の発電面を冷却するために、冷却媒体が
供給される。燃料電池スタック10内の入口側燃料ガス
連通孔36aに供給された燃料ガスは、図3および図5
に示すように、第1燃料ガス連結流路64を介して面1
6b側から面16a側に移動し、この面16a側に形成
されている第1燃料ガス流路溝60に供給される。
【0036】第1燃料ガス流路溝60に供給された燃料
ガスは、第2セパレータ16の面16aに沿って水平方
向に蛇行しながら重力方向に移動する。その際、燃料ガ
ス中の水素含有ガスは、第2ガス拡散層26を通って単
位燃料電池セル12のアノード側電極22に供給され
る。そして、未使用の燃料ガスは、第1燃料ガス流路溝
60に沿って移動しながらアノード側電極22に供給さ
れる一方、未使用の燃料ガスが第2燃料ガス流路溝62
を介して第2燃料ガス連結流路66に導入され、面16
b側に移動した後に出口側燃料ガス連通孔36bに排出
される。
【0037】また、燃料電池スタック10内の入口側酸
化剤ガス連通孔38aに供給された空気は、図3に示す
ように、第1セパレータ14の入口側酸化剤ガス連通孔
38aに連通する第1酸化剤ガス連結流路46を介して
第1酸化剤ガス流路溝42に導入される。図2に示すよ
うに、第1酸化剤ガス流路溝42に供給された空気は、
水平方向に蛇行しながら重力方向に移動する間、この空
気中の酸素含有ガスが第1ガス拡散層24からカソード
側電極20に供給される。一方、未使用の空気は、第2
酸化剤ガス流路溝44を介して第2酸化剤ガス連結流路
48から出口側酸化剤ガス連通孔38bに排出される。
これにより、単位燃料電池セル12で発電が行われ、例
えば、図示しないモータに電力が供給されることにな
る。
【0038】さらにまた、燃料電池スタック10内に供
給された冷却媒体は、入口側冷却媒体連通孔40aに導
入された後、図6に示すように、第2セパレータ16の
第1冷却媒体連結流路76を介して面16b側の主流路
溝72aに供給される。冷却媒体は、主流路溝72aか
ら分岐する複数本の分岐流路溝74を通って単位燃料電
池セル12の発電面を冷却した後、主流路溝72bに合
流する。そして、使用後の冷却媒体は、第2冷却媒体連
結流路78を通って出口側冷却媒体連通孔40bから排
出される。
【0039】ところで、上記のように燃料電池スタック
10が運転されている際、特にカソード側電極20側で
比較的多くの水が生成されており、この水が第1および
第2酸化剤ガス流路溝42、44を介して出口側酸化剤
ガス連通孔38bに導出される。
【0040】この場合、第1の実施形態では、出口側酸
化剤ガス連通孔38bに多孔質吸水管体86が配置され
ており、この出口側酸化剤ガス連通孔38bに導入され
た水が、前記多孔質吸水管体86を構成する複数の線材
90を毛細管現象によって透過し、前記線材90間に形
成されている空間92に導かれる。ここで、燃料電池ス
タック10では、酸化剤ガスおよび燃料ガスが、図9に
示すような静圧分布を有している。このため、出口側酸
化剤ガス連通孔38bの出口側の圧力が内部側の圧力よ
りも低くなり、空気の上下流の圧力差によって多孔質吸
水管体86の空間92に導入された水は、図1中、矢印
A方向に示すように、第1エンドプレート80側、すな
わち、マニホールド管体98側に押し出される。
【0041】これにより、第1の実施形態では、出口側
酸化剤ガス連通孔38bに導入された水は、多孔質吸水
管体86の毛細管現象とこの出口側酸化剤ガス連通孔3
8b内の空気の圧力差とによって、マニホールド管体9
8内の多孔質吸水管体102側に円滑かつ確実に排出さ
れ、簡単な構成で滞留する生成水等の結露水の排水性が
有効に向上するという効果が得られる。
【0042】特に、燃料電池スタック10が車両に搭載
される際には、走行路の傾き等によって前記燃料電池ス
タック10が傾斜しても、出口側酸化剤ガス連通孔38
bに導入された水が第2酸化剤ガス流路溝44側に逆流
することがない。従って、燃料電池スタック10内で電
極発電面が生成水で覆われることを防止し、発電性能の
低下を確実に阻止することが可能になるという利点があ
る。
【0043】さらに、多孔質吸水管体86は、図4に示
すように、出口側酸化剤ガス連通孔38bの重力方向下
側でかつ第2酸化剤ガス連結流路48から離間する位置
に配置されている。このため、生成水の吸水性が向上す
るとともに、第1セパレータ14の電極発電面側での空
気の流れ分布を乱すことを阻止することができる。しか
も、出口側酸化剤ガス連通孔38b内での空気の圧損を
増加させることがない。
【0044】さらにまた、図1に示すように、マニホー
ルド管体98は上方に湾曲しており、このマニホールド
管体98内に配置されている多孔質吸水管体102が、
出口側酸化剤ガス連通孔38bよりも上方に配置され
る。これにより、第1エンドプレート80の面内でマニ
ホールド管体98をレイアウトすることが可能になり、
燃料電池スタック10全体の高さ方向の寸法が大きくな
ることがない。従って、配管レイアウトの自由度が向上
するとともに、燃料電池スタック10全体の高さ方向を
有効に短尺化し、特に車載用に優れるという利点が得ら
れる。
【0045】また、第1の実施形態では、図2に示すよ
うに、入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス
連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷
却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36bおよ
び出口側酸化剤ガス連通孔38bが、燃料電池スタック
10の横方向両端部に設けられている。このため、燃料
電池スタック10の上部および下部に、横方向に長尺な
連通孔を設ける必要がなく、前記燃料電池スタック10
全体の高さ方向を可及的に短尺化し得るとともに、強度
の向上が図られ、前記燃料電池スタック10全体の積層
方向を有効に薄型化することができる。
【0046】なお、第1の実施形態では、出口側酸化剤
ガス連通孔38b側についてのみ説明したが、出口側燃
料ガス連通孔36b側においても同様に凝縮水が発生し
ており、多孔質吸水管体86を用いることによって効率
的かつ確実な排水機能を有することが可能になる。ま
た、多孔質吸水管体86がパイプ状の芯材88を有して
いるが、これに代替して棒状部材を用いてもよい。
【0047】さらにまた、第1の実施形態では、第1セ
パレータ14の面14aにガス流路である第1および第
2酸化剤ガス流路溝42、44が水平方向に蛇行しなが
ら重力方向に向かって設けられる一方、第2セパレータ
16の面16aにガス流路である第1および第2燃料ガ
ス流路溝60、62が水平方向に蛇行しながら重力方向
に向かって設けられているが、これに代替して、前記第
1および第2セパレータ14、16の面14a、16a
に、それそれのガス流路を水平方向に蛇行しながら反重
力方向に向かって設けることができる。その際、多孔質
吸水管体86は、第1および第2セパレータ14、16
の上部側に配設されることになるが、前記多孔質吸水管
体86の毛細管現象と空気等の圧力差とによって、滞留
する結露水の排水性が有効に向上する等、同様の効果が
得られる。なお、以下に示す第2の実施形態以降でも、
同様である。
【0048】図10は、第2の実施形態に係る燃料電池
スタックを構成する多孔質吸水管体120および第1セ
パレータ14の斜視説明図である。なお、第1の実施形
態に係る燃料電池スタック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。
【0049】多孔質吸水管体120は、金属、例えば、
SUS製のパイプ122と、このパイプ122内に収容
される複数本の線材124とを備えている。このパイプ
122は、外周部に複数の孔部126を有しており、水
がこの孔部126から前記パイプ122内に透過し得る
ように構成されている。線材124は、線材90と同様
に表面形状が凹凸状を有している。
【0050】図11は、本発明の第3の実施形態に係る
燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体130の一
部斜視説明図であり、図12は、本発明の第4の実施形
態に係る燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体1
40の一部斜視説明図である。
【0051】多孔質吸水管体130は、多数の孔部13
2を有し、断面四角形状の角パイプ134と、この角パ
イプ134内に配置される複数本の線材136とを備え
る一方、多孔質吸水管体140は、複数の孔部142を
有し、断面三角形状の三角パイプ144と、この三角パ
イプ144内に収容される複数本の線材146とを備え
る。角パイプ134および三角パイプ144は、出口側
酸化剤ガス連通孔38bおよび出口側燃料ガス連通孔3
6bの角部形状に沿って配置される。
【0052】このように構成される多孔質吸水管体12
0、130および140では、それぞれの孔部126、
132および142から水が浸透し、複数本の線材12
4、136および146の毛細管現象と空気の圧力差と
によって水を円滑かつ確実に排出することができる等、
第1の実施形態と同様の効果が得られる。
【0053】図13は、本発明の第5の実施形態に係る
燃料電池スタック160の縦断面説明図である。この燃
料電池スタック160では、出口側酸化剤ガス連通孔3
8bと出口側燃料ガス連通孔36bに多孔質吸水管体1
62が配置されており、前記多孔質吸水管体162は、
パイプ部材164と、このパイプ部材164内に配置さ
れる複数本の線材166とを備える。
【0054】パイプ部材164は、出口側酸化剤ガス連
通孔38bおよび出口側燃料ガス連通孔36bに配置さ
れる部分に複数の孔部168を設けており、水の透過を
可能にする一方、燃料電池スタック160の外部に露呈
する部分には、孔部が設けられていない。なお、パイプ
部材164は一体的に構成されているが、孔部168を
設ける管体と孔部を有しない管体とを個別に設け、それ
らを継手等によって固定するように構成してもよい。ま
た、線材166に代替して各種の吸水材を用いてもよ
い。
【0055】図14は、本発明の第6の実施形態に係る
燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体180の縦
断面説明図である。この多孔質吸水管体180は、出口
側酸化剤ガス連通孔38bおよび出口側燃料ガス連通孔
36bの重力方向下側に埋め込まれた断面固形状の吸水
材182を備えており、この吸水材182は、例えば、
スポンジ等によって構成されている。吸水材182の上
面は、第2酸化剤ガス連結流路48および第2燃料ガス
連結流路66から所定の隙間Sを設ける位置に設定され
ており、水の逆流を阻止することが可能になる。
【0056】
【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、セ
パレータの側部外周縁部に反応ガスを流すための連通孔
を設けることにより、高さ方向の寸法を可及的に短尺化
するとともに、薄型化が容易に図られる。さらに、連通
孔内に配設される多孔質吸水管体を介し、毛細管現象と
反応ガスの圧力差とによって前記連通孔内の水を円滑か
つ確実に排出することが可能になる。これにより、車両
の傾斜等によって燃料電池スタックが傾いて配置されて
も、ガス流路への水の逆流を有効に阻止し、発電性能を
確保するとともに、簡単な構成で排水性を大幅に向上さ
せることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの概略縦断面説明図である。
【図2】図1に示す燃料電池スタックの要部分解斜視図
である。
【図3】図1に示す燃料電池スタックの概略断面説明図
である。
【図4】図1に示す燃料電池スタックを構成する第1セ
パレータの正面説明図である。
【図5】図1に示す燃料電池スタックを構成する第2セ
パレータの一方の面の正面説明図である。
【図6】前記第2セパレータの他方の面の正面説明図で
ある。
【図7】図1に示す燃料電池スタックを構成する多孔質
吸水管体および第1セパレータの斜視説明図である。
【図8】前記多孔質吸水管体を構成する線材の一部断面
斜視説明図である。
【図9】図1に示す燃料電池スタック内の静圧分布説明
図である。
【図10】本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタ
ックを構成する多孔質吸水管体および第1セパレータの
斜視説明図である。
【図11】本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタ
ックを構成する多孔質吸水管体の一部斜視説明図であ
る。
【図12】本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタ
ックを構成する多孔質吸水管体の一部斜視説明図であ
る。
【図13】本発明の第5の実施形態に係る燃料電池スタ
ックの縦断面説明図である。
【図14】本発明の第6の実施形態に係る燃料電池スタ
ックを構成を構成する多孔質吸水管体の縦断面説明図で
ある。
【図15】従来技術に係る集電極の斜視説明図である。
【符号の説明】
10、160…燃料電池スタック 12…単位燃料電
池セル 14、16…セパレータ 18…電解質膜 20…カソード側電極 22…アノード側
電極 36a…入口側燃料ガス連通孔 36b…出口側燃
料ガス連通孔 38a…入口側酸化剤ガス連通孔 38b…出口側酸
化剤ガス連通孔 40a…入口側冷却媒体連通孔 40b…出口側冷
却媒体連通孔 42、44…酸化剤ガス流路溝 46、48…酸化
剤ガス連結流路 60、62…燃料ガス流路溝 64、66…燃料
ガス連結流路 80、82…エンドプレート 86、102、120、130、140、162、18
0…多孔質吸水管体 88…芯材 90、124、136、146、166…線材 92…空間 98、106…マ
ニホールド管体 100…外側管体 122…パイプ 126、132、142、168…孔部 134…角パイプ 144…三角パイ
プ 164…パイプ部材 182…吸水材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固体高分子電解質膜をアノード側電極とカ
    ソード側電極とで挟んで構成される単位燃料電池セル
    と、前記単位燃料電池セルを挟持するセパレータとを水
    平方向に積層して構成される燃料電池スタックであっ
    て、 前記セパレータの側部外周縁部に貫通して設けられ、燃
    料ガスまたは酸化剤ガスを含む反応ガスを流すための連
    通孔と、 前記連通孔に連通するとともに、前記セパレータの電極
    発電面内に水平方向に蛇行して設けられ、前記反応ガス
    を前記アノード側電極または前記カソード側電極に供給
    するためのガス流路と、 前記連通孔内に配設され、水を排出するための多孔質吸
    水管体と、 を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
  2. 【請求項2】請求項1記載の燃料電池スタックにおい
    て、前記ガス流路が水平方向に蛇行しながら重力方向に
    向かって設けられるとともに、 前記多孔質吸水管体の出口は、前記反応ガスの排出用連
    通孔よりも上方に設定されることを特徴とする燃料電池
    スタック。
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