JP2001266925A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部に貯留す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】 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持して構成される単位燃料電池セ
ル１２を、第１セパレータ１４、第２セパレータ１６を
介して水平方向に複数個積層した燃料電池スタックにお
いて、前記両セパレータ１４、１６の平面内に、入口側
燃焼ガス連通孔、入口側酸化剤ガス連通孔と、これら両
反応ガスに対応する反応済みガスを排出するための出口
側燃料ガス連通孔３６ｂ、出口側酸化剤ガス連通孔３８
ｂとを貫通して設け、両入口側連通孔又は両出口側連通
孔３６ｂ、３８ｂの内部に、貯留した水を吸引する吸引
孔を有する排水パイプ８８を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、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持して構
成される単位燃料電池セルをセパレータを介して水平方
向に複数個積層した燃料電池スタックに係り、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なわ
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
留水によって縮小又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
０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が互いに平行でかつ直線上に
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、酸化ガスの給排流路３ｂに多孔質部材６が配
置されているため、その分酸化ガスの給排流路３ｂの断
面積が小さくなり、排出ガスの圧力損失が大きくなると
いう問題がある。また、圧力損失を減少させるためには
断面積の大きな給排流路３ｂを設ける必要があり、その
ため、装置が大型化するという問題がある。また、特開
平１０−２８４０９６号公報には、連通孔のガス入口か
ら下方へ延びるガス分岐溝を設けることにより、水滴が
発電面に入らないようにした技術が開示されているが、
発電面にガス分岐溝を設けると、発電に寄与しないで排
出されるガスが増え、反応ガスの利用率が低下しシステ
ム全体の効率低下につながるという問題がある。

【０００９】また、米国特許４９６８５６６号公報には
燃料電池の下側４隅にそれぞれ水の排出口を設け、傾斜
センサの信号によって排出口を切り換える技術が開示さ
れているが、装置構造が複雑化するという問題がある。
そこで、この発明は、簡単な構造でありながら円滑かつ
確実に生成水を排出することができる燃料電池スタック
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、固体高分子電解質膜
（例えば、実施形態における実施形態における固体高分
子電解質膜１８）をアノード側電極（例えば、実施形態
におけるアノード側電極２２）とカソード側電極（例え
ば、実施形態におけるカソード側電極２０）とで挟持し
て構成される単位燃料電池セル（例えば、実施形態にお
ける単位燃料電池セル１２）を、セパレータ（例えば、
実施形態における第１セパレータ１４、第２セパレータ
１６）を介して水平方向に複数個積層した燃料電池スタ
ックにおいて、前記セパレータの平面内に、燃料ガスと
酸化剤ガスを供給するための２つの入口側連通孔（例え
ば、実施形態における入口側燃焼ガス連通孔３６ａ、入
口側酸化剤ガス連通孔３８ａ）と、これら両反応ガスに
対応する反応済みガスを排出するための２つの出口側連
通孔（例えば、実施形態における出口側燃料ガス連通孔
３６ｂ、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ）とを貫通して
設け、前記入口側連通孔又は前記出口側連通孔の内部
に、貯留した水を吸引する開口部（例えば、実施形態に
おける吸引孔９２）を有する吸引部材（例えば、実施形
態における排水パイプ８８）を設けたことを特徴とす
る。このように構成することで、生成水等が、前記入口
側連通孔又は前記出口側連通孔の中に溜まっていた場合
には、吸引部材の開口部から吸引して外部に排出するこ
とが可能となる。

【００１１】請求項２に記載した発明は、前記吸引部材
が設けられた入口側連通孔又は出口側連通孔をセパレー
タの平面内で重力方向の下側に設けたことを特徴とす
る。このように構成することで、重力により下側に滞留
しやすい生成水等を重力方向の下側に設けられた入口側
連通孔又は出口側連通孔から吸引部材により吸引除去す
ることが可能となる。

【００１２】請求項３に記載した発明は、前記吸引部材
の出口側流路（例えば、実施形態におけるバイパス管１
０３）は前記出口側連通孔から排出されるガスの流路
（例えば、実施形態における外側管体１００）に設けら
れた背圧バルブ（例えば、実施形態における背圧バルブ
８６）の下流側に接続されていることを特徴とする。こ
のように構成することで、前記ガスの流路に設けられた
背圧バルブの上流側と下流側との間に生ずる差圧を有効
利用して吸引力を発生させ、吸引部材の開口部から入口
側連通孔又は出口側連通孔に貯留した生成水を吸引除去
することが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の第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、前記燃料スタック１０の要部分解斜視図で
ある。尚、図１は図示都合上、燃料電池スタック１０の
積層方向の長さを短くして記載している。

【００１４】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（セパレータ）１４、１６とを備
え、これらが複数組積層されている。単位燃料電池セル
１２は、固体高分子電解質膜１８と、この固体高分子電
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が配設されている。

【００１５】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を有している。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が配設されてい
る。

【００１６】第１セパレータ１４は、その平面内であっ
て外周縁部に位置する横方向両端上部側に、水素含有ガ
ス等の燃料ガス（反応ガス）を通過させるための入口側
燃料ガス連通孔（入口側連通孔）３６ａと、酸素含有ガ
ス又は空気である酸化剤ガス（反応ガス）を通過させる
ための入口側酸化剤ガス連通孔（入口側連通孔）３８ａ
とを備えている。

【００１７】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とが設けられている。第１セパレータ１４の
平面内であって外周縁部に位置する横方向両端下部側
に、燃料ガス（反応済みガス）を通過させるための出口
側燃料ガス連通孔（出口側連通孔）３６ｂと、酸化剤ガ
ス（反応済みガス）を通過させるための出口側酸化剤ガ
ス連通孔（出口側連通孔）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。

【００１８】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ている。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に近接して終端している。

【００１９】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
通して設けられている。

【００２０】図２に示すように、第２セパレータ１６の
平面内であって外周縁部に位置する横方向両端側には、
第１セパレータ１４と同様に、入口側燃料ガス連通孔３
６ａ、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３８
ｂが形成されている。

【００２１】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の近傍で終端している。

【００２２】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ている。

【００２３】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が形成されている。主流路溝
７２ａ、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。

【００２４】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てい
る。

【００２５】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が設けられている。

【００２６】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
側には、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。

【００２７】ここで、１１２はターミナルプレート、１
１３はインシュレータプレートを示している。そして、
このターミナルプレート１１２とインシュレータプレー
ト１１３は第１エンドプレート８０側では第２セパレー
タ１６にターミナルプレート１１２、インシュレータプ
レート１１３の順に重合され第１エンドプレート８０と
ともにタイロッド８４により締め付け固定されている。
また、第２エンドプレート８２側では第１セパレータ１
４にターミナルプレート１１２、インシュレータプレー
ト１１３の順に重合され第２エンドプレート８２ととも
にタイロッド８４により締め付け固定されている。

【００２８】ここで、上記第１エンドプレート８０側の
ターミナルプレート１１２、インシュレータプレート１
１３にも、横方向両端部に、入口側燃料ガス連通孔３６
ａ、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
が設けられている。そして、第１エンドプレート８０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８０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が接続されている。

【００２９】マニホールド管体９８は、継手９６から延
出する外側管体（ガスの流路）１００を備え、この外側
管体１００は上方に立ち上がり大気に開放されている。
この外側管１００の途中には燃料電池スタック１０内の
圧力を調整する背圧バルブ８６が設けられている。そし
て、前記出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ、および、第１
エンドプレート８０の孔部９４内に、排水パイプ（吸引
部材）８８が周囲に接触しない状態で挿入されている。

【００３０】図７〜図９に示すように、前記排水パイプ
８８は、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの内壁に対して
絶縁性を確保するために外周部に樹脂コーティングを施
され、かつ挿入側の端部には同じく絶縁性を確保するた
めに、樹脂エンドキャップ９０が取り付けられ、前記第
２エンドプレート８２側のターミナルプレート１１２に
形成された嵌合孔１１２ａに挿入した状態で支持されて
いる。

【００３１】また、排水パイプ８８の挿入側の端部の下
壁、つまり重力方向に向かって下側には出口側酸化剤ガ
ス連通孔３８ｂ内で開口する吸入孔（開口部）９２が設
けられている。一方、排水パイプ８８の第１エンドプレ
ート８０側の端部外周にはステイプレート１０２が取り
付けられ、このステイプレート１０２は第１エンドプレ
ート８０に対して位置決めされ、前記継手９６と共締め
されるものである。したがって、ステイプレート１０２
により排水パイプ８８を正確に出口側酸化剤ガス連通孔
３８ｂ内にセットできるメリットがある。尚、この排水
パイプ８８の第１エンドプレート８０側の端部は第１エ
ンドプレート８０からやや突出している。

【００３２】そして、このように形成された排水パイプ
８８に後述するバイパス管（出口側流路）１０３が接続
されている。前記バイパス管１０３は、図１に示すよう
に、一端が前記排水パイプ８８に接続されるとともに、
他端が前記背圧バルブ８６の下流側に接続されるもので
ある。前記バイパス管１０３の一端側には、図７に示す
ように雌コネクタ１０３ａが取り付けられ、この雌コネ
クタ１０３ａに排水パイプ８８が嵌合して接続されるよ
うになっている。雌コネクタ１０３ａは前記継手９６を
貫通した状態で該継手９６に挿入固定されている。雌コ
ネクタ１０３ａの内周面には排水パイプ８８をシールす
るシールリングＳが設けられている。

【００３３】また、バイパス管１０３の雌コネクタ１０
３ａの取り付け部位の近傍にはシールリングＳを外周面
に備えたリング部材１０８が取り付けられ、外側管体１
００の挿入部の周囲に設けられたリング状のパイプ支持
ホルダ１０９の内周面にシールした状態で挿入されてい
る。このように構成された、マニホールド管体９８の継
手９６がボルトＢにより第１エンドプレート８０に前記
ステイプレート１０２とともに締め付け固定されてい
る。

【００３４】また、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
れている。この孔部１０４に、上述したマニホールド管
体９８と同様に構成されるマニホールド管体１０６が連
結されるとともに排水パイプ８８が挿入され、該排水パ
イプ８８に連通してバイパス管１０３が接続されている
点等の構成は前記出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂと同様
であるので同一部分に同一符号を付してその詳細な説明
は省略する。

【００３５】ここで、図１に鎖線で示すよように、背圧
バルブ８６の下流側に接続されたバイパス管１０３の接
続部分において、外側管体１００の内部に絞り部１１０
を設けることにより、バイパス管１０３とこの絞り部１
１０とによりエジェクタ部１１４を形成することもでき
る。

【００３６】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の動作について説明する。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
剤ガスとして空気又は酸素含有ガス（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１６ｂ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。

【００３７】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。

【００３８】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
気中の酸素が第１ガス拡散層２４からカソード側電極２
０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で発電が行なわれ、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。

【００３９】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。

【００４０】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。とりわけ、この実施形
態では前記入口側燃料ガス連通孔３６ａ、前記出口側燃
料ガス連通孔３６ｂ、前記入口側酸化剤ガス連通孔３８
ａおよび前記出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂが、第１セ
パレータ１４、第２セパレータ１６の外周部側、つまり
燃料電池スタック１０の外周側に設けられているため、
外気温の影響を受けやすく、生成水が結露しやすいので
ある。

【００４１】このように、出口側酸化剤ガス連通孔３８
ｂに生成水等が導出されると、この生成水は結露して出
口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに滞留する場合がある。と
ころで、燃料電池スタック１０を運転している際には背
圧バルブ８６により系内の圧力を一定に調製している。
したがって、背圧バルブ８６の上流側と下流側には差圧
が生じている。この差圧によりバイパス管１０３の背圧
バルブ８６側と第１エンドプレート８０側に圧力差が生
じ、その結果、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ内の生成
水は排水パイプ８８の吸入孔９２から吸引され、バイパ
ス管１０３を経てマニホールド管体９８から反応済みガ
スとともに系外に排出される。同様にして、出口側燃料
ガス連通孔３６ｂ内に貯留した燃料ガスの加湿成分が凝
結した生成水等も排水パイプ８８の吸入孔９２から吸引
され、バイパス管１０３を経てマニホールド管体１０６
から反応済みガスとともに系外に排出される。

【００４２】したがって、生成水等が前記出口側酸化剤
ガス連通孔３８ｂおよび出口側燃料ガス連通孔３６ｂの
中に溜まった場合には、この生成水を排水パイプ８８の
吸入孔９２から吸引して外部に排出することが可能とな
るため、前記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に滞留した生成水等の排水性を
向上させ、発電面内への水滴の逆流による発電性能の低
下を防止できる。つまり、多孔質体に比較して速やかに
排水でき、かつ、重力によらず差圧による吸引排水であ
るので迅速かつ確実に排水を行なうことができる。その
結果、第１エンドプレート８０側とは反対側に位置する
前記出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ、および前記出口側
燃料ガス連通孔３６ｂの奥側に水が滞留した場合であっ
ても、確実に排出することができるため、燃料電池スタ
ック１０が傾斜した状態で使用される車両用として用い
る場合に好適である。

【００４３】また、重力により下側に滞留しやすい生成
水を重力方向の下側に設けられた出口側酸化剤ガス連通
孔３８ｂ、出口側燃料ガス連通孔３６ｂから排水パイプ
８８により吸引除去することが可能となるため、発電面
への逆流が生じやすく多くの生成水等が貯留している重
力方向の下側から効率よく排水できる。このとき、重力
方向下側に形成された吸入孔９２により出口側酸化剤ガ
ス連通孔３８ｂ、出口側燃料ガス連通孔３６ｂから確実
に水を排水できる。

【００４４】そして、前記出口側酸化剤ガス連通孔３８
ｂ、および出口側燃料ガス連通孔３６ｂに設けられた背
圧バルブ８６を有効利用して、排水パイプ８８の吸引孔
９２から前記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に滞留した生成水を吸引除去
することが可能となるため、余分なポンプ等が不要とな
り、構造の簡素化を図ることができる。尚、前述したよ
うにエジェクタ部１１４を設けた場合には、エジェクタ
作用により排水パイプ８８による水の引き込み力が増加
するため、より一層効果的に排水を行なうことができ
る。また、上記燃料電池スタック１０はエンドプレート
の片側のみに配管を取り付けるようにしているため、配
管スペースを小さくできるとともに集合配管を使用する
ことができ、配管構造がシンプルになるという効果があ
る。

【００４５】尚、この発明は上記実施形態に限られるも
のではなく、例えば、前記入口側燃料ガス連通孔３６
ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａにも前述した排水パ
イプ８８を設けることもできる。この場合には前記入口
側燃料ガス連通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８
ａから発電面内への水滴の侵入を防止できる。また、上
記実施形態では出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂと出口側
燃料ガス連通孔３６ｂとに排水パイプ８８を設ける場合
について説明したが、例えば、生成水が多く貯留される
出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ側にのみ設けるようにし
てもよい。そして、排水パイプ８８に形成される吸入孔
９２の位置は第２エンドプレート８２側の端部に限られ
ず、第１エンドプレート８０側の端部にも設けてもよ
い。この場合には、燃料電池スタック１０が第１エンド
プレート８０、あるいは、第２エンドプレート８２のい
ずれの側に傾斜しても、いずれかの吸入孔９２から確実
に排水を行なうことができる。勿論、前記排水パイプ８
８の挿入部の全域に渡って複数の吸入孔を設けるように
してもよい。そして、入口側燃料ガス連通孔３６ａ、入
口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、出口側燃料ガス連通孔３
６ｂ、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂは、第１，第２セ
パレータ１４，１６の平面内に形成されていれば、形成
部位は外周縁部に限定されない。

【００４６】

【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、生成
水等が、前記入口側連通孔又は前記出口側連通孔の中に
溜まった場合には、この生成水を吸引部材の開口部から
吸引して外部に排出することが可能となるため、前記入
口側連通孔又は前記出口側連通孔に滞留した生成水等の
排水性を向上させ、前記入口側連通孔においては発電面
内への水滴の侵入を防止でき、前記出口側連通孔におい
ては発電面内への水滴の逆流を防止でき、発電性能の低
下を防止できる効果がある。

【００４７】請求項２に記載した発明によれば、重力に
より下側に滞留しやすい生成水を重力方向の下側に設け
られた入口側連通孔又は出口側連通孔から吸引部材によ
り吸引除去することが可能となるため、大量に貯留しや
すい場所から水滴を効率よく排出できるという効果があ
る。

【００４８】請求項３に記載した発明によれば、前記ガ
スの流路に設けられた背圧バルブの上流側と下流側との
間に生じる差圧を有効利用して吸引力を発生させ、吸引
部材の開口部から前記入口側連通孔又は前記出口側連通
孔に貯留した生成水を吸引除去することが可能となるた
め、余分なポンプ等が不要となり、構造の簡素化を図る
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第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】 マニホールド管体と排水パイプとの取り付け
状態を示す断面説明図である。

【図８】 排水パイプの挿入状況を示す断面説明図であ
る。

【図９】 図８の排水パイプの正面図である。

【図１０】 従来技術の斜視図である。

【符号の説明】

１０ 燃料電池スタック １２ 単位燃料電池セル １４ 第１セパレータ（セパレータ） １６ 第２セパレータ（セパレータ） １８ 固体高分子電解質膜 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（入口側連通孔） ３６ｂ 出口側燃料ガス連通孔（出口側連通孔） ３８ａ 入口側酸化剤ガス連通孔（入口側連通孔） ３８ｂ 出口側酸化剤ガス連通孔（出口側連通孔） ８６ 背圧バルブ ８８ 排水パイプ（吸引部材） ９２ 吸入孔（開口部） １００ 外側管体（ガスの流路） １０３ バイパス管（出口側流路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲井 滋 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC06 CC08 CX06 5H027 AA06

Claims (3)

【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持して構成される単位燃料電池セ
   ルを、セパレータを介して水平方向に複数個積層した燃
   料電池スタックにおいて、前記セパレータの平面内に、
   燃料ガスと酸化剤ガスを供給するための２つの入口側連
   通孔と、これら両反応ガスに対応する反応済みガスを排
   出するための２つの出口側連通孔とを貫通して設け、前
   記入口側連通孔又は前記出口側連通孔の内部に、貯留し
   た水を吸引する開口部を有する吸引部材を設けたことを
   特徴とする燃料電池スタック。
2. 【請求項２】 前記吸引部材が設けられた入口側連通孔
   又は出口側連通孔をセパレータの平面内で重力方向の下
   側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池
   スタック。
3. 【請求項３】 前記吸引部材の出口側流路は前記出口側
   連通孔から排出されるガスの流路に設けられた背圧バル
   ブの下流側に接続されていることを特徴とする請求項１
   又は請求項２に記載の燃料電池スタック。