JP2002151113A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池のガス系統の容量及び強度の大幅な
強化を必要とすることなく、また電池反応に寄与せずに
排出される燃料ガスを増加させることなく、ガス流路を
塞いだ水滴の排出性能を向上させる。 【解決手段】 燃料ガス又は酸化ガスを供給するガス入
口マニホールド２と各単セルの発電部４とを接続するガ
ス入口流路３と、前記ガスを排出するガス出口マニホー
ルド６と各単セルの発電部４とを接続するガス出口流路
５と、単セル毎にガス入口流路３とガス出口流路５とを
連通するバイパス流路１０と、バイパス流路１０内に設
けられバイパス流路１０の入口圧力に応じてバイパス流
路１０を開閉する圧力調整弁１１とを備える。水滴が発
電部４のガス流路を塞ぐと、圧力調整弁１１がバイパス
流路１０を開閉し、ガス入口流路３の圧力を繰り返し増
減することで、ガス流路を塞いでいた水滴を排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池に関し、詳
しくは、水滴の排出性能を改良した燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、燃料が有する化学エネルギ
を熱エネルギや機械エネルギを経由することなく直接電
気エネルギに変換するため、高いエネルギ変換効率が実
現可能な発電装置として知られている。

【０００３】この燃料電池は、陽極（空気極）に酸素を
含有する酸化ガスの供給を受け、陰極（燃料極）に水素
を含有する燃料ガスの供給を受ける。陰極では（１）式
に示す電気化学反応により水素が電離して水素イオンと
電子になる。電子は外部回路を通じて陽極に到達し、水
素イオンは陽極まで電解質中を移動する。陽極では、
（２）式に示す電気化学反応により水が生じる。燃料電
池全体としては、（３）式の化学反応が生じたことにな
る。

【０００４】

【数１】 Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ …（１） （１／２）Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ …（２） Ｈ_２＋（１／２）Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ …（３）

【０００５】このように、燃料電池における電気化学反
応では、水素と酸素から水が生じる。また燃料電池の電
解質層の乾燥を防ぐ目的で、燃料ガスや酸化ガスには水
蒸気が加えられることがあり、燃料電池内部では水蒸気
や生成水が水滴を成してガス流路を塞いでしまうという
不都合を生じることがある。以下に固体高分子型の燃料
電池を例に挙げて、燃料電池内の各部で生じる水滴の問
題について説明する。

【０００６】水の凝縮が起こって不都合が生じる箇所
は、電極とガス流路である。さらにガス流路を詳しく説
明すると、（ａ）各単セル内部のガス流路、（ｂ）各単
セル内部のガス流路から燃料電池スタックを貫通するガ
ス流路への出口部分、（ｃ）燃料電池スタックを貫通す
るガス流路（ガス出口マニホールド）である。

【０００７】これらの箇所における水蒸気の凝縮は、次
のようにして起こると考えられる。まず陽極側では上記
（２）式の反応が起こり、電解質膜を移動してきた水素
イオンと酸化ガス中の酸素分子が反応して水が生成す
る。電解質膜を移動する水素イオンは、その周囲の水分
子とともに陽極側へ移動するので、これらの水分子と上
記生成水とによって、陽極のガス拡散電極内部では水分
が過剰な状態となり、水膜が生じることがある。また、
ガス拡散電極内部で凝縮しなくても、セル内ガス流路で
凝縮することもある。

【０００８】さらに、このセル内ガス流路で凝縮した水
は、セル内ガス流路に水滴として留まるだけでなく、水
滴がある程度の大きさになると、セル内ガス流路からガ
ス排出マニホールドへの出口部分まで流れ出すこともあ
る。ガス排出マニホールドへの出口付近では水滴はその
表面張力によって保持されるが、水滴がある程度大きく
なると、さらにガス排出マニホールド内に流れ込むよう
になる。

【０００９】ガス排出マニホールド内の水滴は、上記の
セル内ガス流路から流れてきたものの他に、燃料ガスや
酸化ガス中に含まれる水蒸気が凝縮したものも含まれ
る。既述したように水素イオンの移動にともない、電解
質膜中の水分子も陽極側に向かって移動し、電解質膜が
陰極側から乾燥してしまう。電解質膜は乾燥すると、電
気抵抗が高くなり、電解質として機能しなくなるため、
陰極側に供給される燃料ガスには、所定量の水蒸気が加
えられ電解質膜の乾燥を防いでいる。この燃料ガスに加
えられる水蒸気量が通常は過剰なため、各セルから排出
された燃料ガスにも、電解質膜に吸収されなかった水蒸
気が残っている。

【００１０】酸化ガスには、陽極側の反応のために水蒸
気を加える必要はないが、陽極側に加圧した酸化ガスを
供給する場合など、電解質膜の乾燥が心配される場合に
は、酸化ガスにも水蒸気を加える場合がある。また、各
セルから排出された酸化ガスには、陽極側の反応で生じ
た水や電解質膜を移動してきた水が蒸発して加わるた
め、その蒸気圧は略飽和水蒸気圧に達している。

【００１１】このような水蒸気を含んだガスが内部を流
れる燃料電池において、たとえばこの燃料電池の外部の
温度が低下したときには、ガスマニホールドの壁面の温
度も低下してしまい、温度が低下した領域で、酸化ガス
中の水蒸気が凝縮してしまうことがある。また、スタッ
クの運転温度が低下したときや、燃料電池の起動時にま
だスタック内部が充分に昇温していないとき等にも、飽
和水蒸気圧が下がることによって水蒸気の凝縮が起こ
る。スタックの運転温度の低下時や燃料電池の起動時に
見られるガス中の水蒸気の凝縮は、ガスマニホールドだ
けでなく、各セル内ガス流路などスタック内部に形成さ
れたガス流路全体で起こり得る。

【００１２】このような水蒸気の凝縮がガス拡散電極内
部で起こった場合、電極内でのガスの拡散が阻害される
ため、ガス拡散電極においてガスの供給を受けられない
領域が生じ、電極抵抗の増加や出力電流の低下を引き起
こす。また、セル内ガス流路で凝縮が起こった場合に
は、水滴によってセル内ガス流路が塞がれるため、やは
りガス拡散電極においてガスの供給を受けられない領域
が生じる。

【００１３】セル内ガス流路からガス排出マニホールド
への出口部分に水滴が生じた場合には、出口を塞がれた
セル内ガス流路へのガスの供給が滞ってしまう。さら
に、ガスマニホールドに水滴が生じた場合には、この水
滴が各セル内ガス流路との接続部を塞いでしまうおそれ
がある。このように、スタック内のどこで凝縮が起こっ
た場合にも、発電効率を悪化させる原因となるため、ス
タック内に生じた水滴は速やかに排出されなければなら
ない。

【００１４】従来、このような凝縮した水滴を除去する
技術としては、ガス供給マニホールド内に可動式のスリ
ット構造を設け、このスリットを移動させて一部のセル
のガス流路を塞ぐことで、残りのセルに供給されるガス
流量や圧力を一時的に増大させ、ガス流路を塞いでいた
水滴を吹き飛ばして除去する方法が提案されていた（例
えば特開平９−３１２１６８号公報参照）。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、ガスマニホールド内の水滴は容易に吹き
飛ばすことができても、ガス拡散電極内や単セル内のガ
ス流路及び単セル内ガス流路からガスマニホールドへの
出口付近で凝縮した水滴に対しては、排出効果が得にく
いという問題点があった。

【００１６】これは、燃料電池に供給するガスの流量や
圧力をガス供給装置側で変化させても、実際に水滴が生
じている箇所に達するガスの流量や圧力はさほど変化し
ないことによる。燃料電池は単セルを複数積層したスタ
ック構造としているため、各単セルにガスが分配される
ときには、燃料電池のセル数に応じてガス供給量の変化
分もまた分割されてしまう。このため、水滴が生じた箇
所に供給されるガスの流量や圧力の変化量は不十分とな
り、燃料電池に供給するガスの流量や圧力を変化させて
も結果的に水滴の除去が行われないことがあった。

【００１７】これとは逆に、水滴の除去が効果的に行わ
れる程度まで水滴発生箇所のガス流量や圧力を変化させ
ようとすると、燃料電池に供給するガスの流量や圧力を
極度に変化させねばならず、燃料電池のガス系統の容量
及び強度の大幅な強化を必要とするので、機構的に採用
が困難であるという問題点があった。

【００１８】また、燃料ガスの流量または圧力を変化さ
せて水滴を除去する場合、電池反応に寄与することなく
排出される燃料ガスが増加し、発電効率を低下させると
いう問題点があった。この問題点は、燃料電池を電源と
た燃料電池車両において、所定量の燃料で走行可能な距
離を短縮させ、燃費性能を低下させるという問題点に繋
がる。

【００１９】以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、燃
料電池のガス系統の容量及び強度の大幅な強化を必要と
することなく、また電池反応に寄与せずに排出される燃
料ガスを増加させることなく、ガス流路を塞いだ水滴の
排出性能を向上させた燃料電池を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、上記目的を達成するため、単セルを複数積層したス
タック構造を備え、前記単セルにそれぞれ燃料ガス及び
酸化ガスを供給して電気化学反応により発電する燃料電
池において、燃料ガスまたは酸化ガスを供給するガス入
口マニホールドと前記各単セルの発電部とを接続する単
セル毎のガス入口流路と、燃料ガスまたは酸化ガスを排
出するガス出口マニホールドと前記各単セルの発電部と
を接続する単セル毎のガス出口流路と、単セル毎に前記
ガス入口流路と前記ガス出口流路とを連通するバイパス
流路と、該バイパス流路内に設けられ該バイパス流路の
入口圧力に応じて該バイパス流路を開閉する圧力調整機
構と、を備えたことを要旨とする。

【００２１】請求項２記載の本発明は、上記目的を達成
するため、請求項１記載の燃料電池において、前記バイ
パス流路の入口部にオリフィスを備え、該オリフィスの
内径が前記バイパス流路の内径の１／１０以下であるこ
とを要旨とする。

【００２２】請求項３記載の本発明は、上記目的を達成
するため、請求項１記載の燃料電池において、前記圧力
調整機構から上流側の前記バイパス流路の容積が、前記
圧力調整機構から下流側の前記バイパス流路の容積より
も小さいことを要旨とする。

【００２３】請求項４記載の本発明は、上記目的を達成
するため、請求項１記載の燃料電池において、前記圧力
調整機構から上流側の前記バイパス流路の断面積が、前
記圧力調整機構から下流側の前記バイパス流路の断面積
よりも小さいことを要旨とする。

【００２４】

【発明の効果】請求項１の本発明によれば、単セルを複
数積層したスタック構造を備え、前記単セルにそれぞれ
燃料ガス及び酸化ガスを供給して電気化学反応により発
電する燃料電池において、燃料ガスまたは酸化ガスを供
給するガス入口マニホールドと前記各単セルの発電部と
を接続する単セル毎のガス入口流路と、燃料ガスまたは
酸化ガスを排出するガス出口マニホールドと前記各単セ
ルの発電部とを接続する単セル毎のガス出口流路と、単
セル毎に前記ガス入口流路と前記ガス出口流路とを連通
するバイパス流路と、該バイパス流路内に設けられ該バ
イパス流路の入口圧力に応じて該バイパス流路を開閉す
る圧力調整機構と、を備えたので、水滴によりガス流路
が塞がれた単セルのガス入口流路の圧力が上昇し、この
圧力によって圧力調整機構がバイパス流路を繰り返し開
閉して生じる圧力波により確実に水滴を除去することが
できるという効果がある。

【００２５】さらに圧力調整機構は、単セル毎に設けら
れて動作可能となっているので、水滴排出を必要とする
単セルのみバイパス流路を開閉するので、発電に利用さ
れずに排出されるガスを低減し、燃費悪化を防止すると
いう効果がある。

【００２６】請求項２の本発明によれば、請求項１の発
明の効果に加えて、バイパス流路入口部にオリフィスを
備え、このオリフィスの内径がバイパス流路の内径の１
／１０以下としたので、圧力調整機構が作動しない通常
時にバイパス流路をリークするガス量を低減し、燃料消
費率の悪化をさらに抑制することができるという効果が
ある。

【００２７】請求項３の本発明によれば、請求項１の発
明の効果に加えて、圧力調整機構から上流側のバイパス
流路の容積が、圧力調整機構から下流側のバイパス流路
の容積よりも小さくしたので、圧力調整機構の開時間を
短くして開閉周期を短縮し、速やかに水滴を除去するこ
とができるという効果がある。

【００２８】請求項４の本発明によれば、請求項１の発
明の効果に加えて、圧力調整機構から上流側のバイパス
流路の断面積が、圧力調整機構から下流側のバイパス流
路の断面積よりも小さくしたので、圧力調整機構の開時
間を短くして開閉周期を短縮し、速やかに水滴を除去す
ることができるという効果がある。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明の
実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃料
電池の第１の実施形態におけるガス流路を説明する模式
図である。ガス流路は、燃料ガス用と酸化ガス用と同一
構成であるので、以下の説明では、区別しない。

【００３０】燃料電池スタックを構成するセル間に挟ま
れるセパレータ１に、このセパレータ１をそれぞれ貫通
するガス入口マニホールド２と、ガス出口マニホールド
６とを設ける。セパレータ１に埋め込まれた各セルの発
電部４と、ガス入口マニホールド２及びガス出口マニホ
ールド６との間は、それぞれガス入口流路３及びガス出
口流路５により連通されている。

【００３１】そして、セル毎にガス入口流路３及びガス
出口流路５とを連通するバイパス流路１０を設ける。バ
イパス流路１０の内部には、バイパス流路１０の入口圧
力によりバイパス流路１０を開閉する圧力調整機構とし
て圧力調整弁１１が設けられている。

【００３２】圧力調整弁１１は、バイパス流路１０の内
径を細く絞るバルブシート部１３と、球形の弁体１４
と、弁体１４をバルブシート部１３に押しつけるコイル
バネ１５と、コイルバネ１５の弁体１４とは逆の端部を
係止する突起部１６により構成されている。この圧力調
整弁１１は、加湿されたガスまたは酸化ガスを対象とし
ているので、その構成部材としては、ステンレス等の耐
食性の金属またはプラスチックが好ましい。

【００３３】圧力調整弁１１の弁体１４には、バイパス
流路１０の入口側圧力と出口側圧力との圧力差による力
と、コイルバネ１５による力とが掛かっている。そし
て、発電部４またはバイパス流路接続部より上流のガス
出口流路５が水滴で閉塞されて、入口側圧力が高まる
と、圧力調整弁１１が開くようになっている。

【００３４】また、バイパス流路１０の入口には、入口
開口部の面積を小さくするためにオリフィス１２が設け
られている。

【００３５】次に、図１に示した第１の実施形態の動作
を説明する。通常運転中には、供給ガスはガス入口マニ
ホールド２からガス入口流路３を通って発電部４の内部
に供給され、発電による電気化学反応で消費される。消
費されなかった供給ガスの成分は、ガス出口流路５を通
ってガス排出マニホールド６へと排出される。

【００３６】圧力調整弁１１は、通常のガス供給圧力で
は閉じており、発電部４の内部に設けられたガス流路が
水滴によって塞がれ、ガス入口流路３の圧力上昇があっ
た場合に開くよう設計されている。

【００３７】発電部４のガス流路に水滴の凝結等がなけ
れば、ガス入口流路３とガス出口流路５との圧力差は小
さいので圧力調整弁１１は閉じているが、水滴が発電部
４のガス流路を塞ぐと、ガス入口流路３の圧力とガス出
口流路５の圧力との圧力差による力がコイルバネ１５の
力を上回って圧力調整弁１１が開く。

【００３８】圧力調整弁１１が開くと、ガス入口流路３
からバイパス流路１０を経てガス出口流路５へガスが流
れるため、ガス入口流路３とガス出口流路５の圧力差が
小さくなり、再び圧力調整弁１１が閉じる。圧力調整弁
１１が閉じたとき、まだ発電部４の内部ガス流路が塞が
れていると、再びガス入口流路３の圧力が高まり、再度
圧力調整弁１１が開くことになる。

【００３９】圧力調整弁１１によるこの開閉動作が繰り
返されることによって、発電部４に供給されるガス圧力
が変化し、発電部４内部のガス流路を塞いだ水滴を排出
することができる。さらに、圧力調整弁１１はガス流路
を塞いだ水滴が排出されるまで、何度も開閉動作を繰り
返すため、ガス流路を塞いだ水滴を確実に排出すること
ができる。

【００４０】図２は、水滴がガス流路を塞いだ際の単セ
ルの発電電圧とセル内ガス流路圧力の時間変化である。
凝結した水滴がセル内ガス流路を塞ぐと、急激に当該セ
ルの発電電圧が低下するとともに、ガス入口流路の圧力
が上昇する。ここで、水滴による電圧低下分の設計上の
許容値を例えば、０．４Ｖとすると、発電電圧が通常時
から０．４Ｖ低下したときのガス入口圧力で圧力調整弁
１１が開くようにコイルバネ１５のバネ定数を定めれば
よい。

【００４１】また、このバイパス流路１０の設計にあた
り、図３に示すように、バイパス流路１０入口から圧力
調整弁１１までの領域及びその容積を「Ａ」、圧力調整
弁１１からバイパス流路１０出口までの領域及びその容
積を「Ｂ」とする。これら２つの領域の容積比〔Ａ／
Ｂ〕が大きくなるにしたがって、圧力変動による水滴除
去効果が低下する。また、容積比〔Ａ／Ｂ〕が大きくな
るにしたがって、圧力調整弁１１の動作時にバイパス流
路１０を流れるガス流量が増加し、燃料消費率も悪化す
る。これに関して、領域Ａと領域Ｂの圧力変化を検討し
たところ図４のようになった。なお図４は圧力調整弁１
１の開閉による領域Ａと領域Ｂの圧力の時間変化を示し
たもので、発電部４内部のガス流路が塞がれた状態の継
続を想定している。

【００４２】領域Ａの圧力は、発電部４内部が塞がれる
と徐々に上昇していき、圧力調整弁１１の開放圧力に達
して、この圧力調整弁１１が開放された瞬間から下降し
始める。一方、領域Ｂの圧力は圧力調整弁１１の開放し
た瞬間から上昇を始める。この圧力調整弁１１が開いた
時刻をｔ１とする。しばらくすると領域Ａと領域Ｂの圧
力（より詳しくは、領域Ｂの圧力＋圧力調整弁１１のバ
ネ圧＋領域Ｂをガスが流れるときの圧力損失）がほぼ等
しくなり、圧力調整弁１１が再び閉じる。この圧力調整
弁１１が閉じた時刻をｔ２とする。このあと再度、領域
Ａの圧力が上昇し、圧力調整弁１１が再び開放される時
刻をｔ３とする。

【００４３】バイパス流路でこの動作を繰り返すとき、
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間、すなわち弁が開放し
ている時間をｔｏ、時刻ｔ２から時刻ｔ３までに時間、
すなわち弁が閉じている時間をｔｃとする。領域Ａの容
積が大きいときには圧力調整弁１１を通過するガスの量
が多いのでｔｏは長くなり、逆に領域Ａの容積が小さい
ときには圧力調整弁１１を通過するガス量が少ないので
ｔｏは短くなる。

【００４４】発電部４に緩慢なガス圧力変化を与えても
水滴の排出は期待できないので、水滴除去効果を高める
ためには、ｔｏを短くして短周期で圧力変動を与えなけ
ればならず、そのためには領域Ａの容積を領域Ｂの容積
よりも充分小さくする必要がある。図５の検討結果から
容積比〔Ａ／Ｂ〕が小さいほど、この水滴除去効果は高
くなり、特に容積比〔Ａ／Ｂ〕が１以下ならば、ｔｏが
ｔｃよりも短くなり、より高い水滴除去効果を得られる
ことがわかる。

【００４５】また、圧力調整弁１１の開放によってガス
をバイパスすることは、供給ガスが電極で消費されずに
排出されることなので、損失ガスになるが、図６の検討
結果から容積比〔Ａ／Ｂ〕を１以下にすることで、バイ
パスされるガス流量を電極に供給されるガス流量の１／
１００以下に抑えられることがわかる。

【００４６】さらに、圧力調整弁１１は、ガス流路を水
滴が塞ぐことによって開放するようにバネ圧が設定され
ており、このバネ圧があまり大きな値ではないため、水
滴にガス流路が塞がれていない通常時にも、圧力調整弁
１１から供給ガスがリークすることがあるが、バイパス
流路１０の入口付近にオリフィス１２を設けることで、
ガスの漏れ量を低減できる。

【００４７】オリフィス１２を設けると、バイパス流路
１０の入口に近接するガス入口流路３を流れる高速のガ
スの流れにより、オリフィス１２部分に低圧領域が発生
していわゆるイジェクタ効果を生じ、領域Ａの圧力が低
下して圧力調整弁１１からの不必要なガスのリークを抑
えることができる。

【００４８】オリフィス１２の設定にあたり、オリフィ
ス１２の直径とバイパス流路１０をリークするガス量の
関係をガス圧力やオリフィス１２のバイパス流路１０の
流路方向の長さを変えて検討した結果の一例を図７に示
す。この図７の例では、オリフィス１２を設けない場合
に比べてオリフィス１２を設けた場合、バイパス流路１
０をリークするガス量を最大約１／８に低減できること
がわかる。

【００４９】図８に示すバイパス流路１０の入口部にお
いて、バイパス流路１０の内径をＲｂ、それに近接する
ガス入口流路３の内径をＲｍとすると、ガス入口マニホ
ールド２から入ってきたガスは、ガス入口流路３でバイ
パス流路１０に流れるものと発電部４に流れるものに分
かれるが、その流量は断面積の比に比例して分配され
る。

【００５０】よって、バイパス流路１０とガス入口流路
３との内径比〔Ｒｂ／Ｒｍ〕と、ガス入口マニホールド
２から流入してきたガスのうちバイパス流路１０に流れ
込む流量の比との関係を示すと、図９になる。この図９
からオリフィス１２の直径を、ガス入口流路３の内径の
１／１０以下にすることで、通常運転時にバイパス流路
１０をリークするガス量をオリフィス１２を設けない場
合の１／１００以下に低減できることがわかる。

【００５１】図１０は、本発明に係る燃料電池の第２の
実施形態におけるガス流路を説明する模式図である。ガ
ス流路は、燃料ガス用と酸化ガス用と同一構成である。

【００５２】本実施形態においては、バイパス流路１０
の入口から圧力調整弁１１までのバイパス流路１０ａの
内径を細くし、第１実施形態のバルブシート部１３を兼
ねていることである。これにより、バイパス流路１０の
圧力調整弁１１より上流側の領域Ａの容積を小さくし、
バイパス流路１０をリークするガス量を極力小さくする
という第１実施形態と同様の効果が得られる。

【００５３】なお、以上説明した実施形態は、本発明を
容易に理解するために記載されたものであり、本発明を
限定するものではない。したがって、上記実施形態に開
示された各要素は、本発明の技術範囲に属する全ての設
計上の選択事項を含む趣旨である。

【００５４】たとえば、圧力調整機構としてリードバル
ブを使用するなど、圧力調整機構の種類や、設置位置
等、あるいはバイパス流路の形状等は、ガス流路を水滴
が塞いだときに圧力調整機構が機能するように設計され
ていれば、上記各実施形態に何ら限定されるものではな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料電池の第１の実施形態におけ
るガス流路を説明する模式図である。

【図２】水滴がガス流路を塞いだ際の単セルの発電電圧
と、セル内ガス流路圧力の時間変化を示す図である。

【図３】圧力調整弁上流領域Ａと圧力調整弁下流領域Ｂ
の位置関係を示す図である。

【図４】圧力調整弁の開閉による圧力調整弁上流領域Ａ
と圧力調整弁下流領域Ｂの圧力時間変化を示す図であ
る。

【図５】圧力調整弁上流領域Ａと圧力調整弁下流領域Ｂ
との容積比〔Ａ／Ｂ〕と水滴除去効果との相関関係を示
す図である。

【図６】容積比〔Ａ／Ｂ〕と損失流量との相関関係を示
す図である。

【図７】オリフィスの有無で、供給ガス圧力とリーク流
量との相関関係を示す図である。

【図８】ガス入口流路の内径Ｒｍとオリフィスの内径Ｒ
ｂとによるガス流量の分割を説明する図である。

【図９】オリフィスの内径Ｒｂとガス入口流路の内径Ｒ
ｍによる内径比〔Ｒｂ／Ｒｍ〕と、ガス入口マニホール
ドから流入してきたガスのうちバイパス流路に流れ込む
流量の比との相関関係を示す図である。

【図１０】本発明に係る燃料電池の第２の実施形態にお
けるガス流路を説明する模式図である。

【符号の説明】

１ セパレータ ２ ガス入口マニホールド ３ ガス入口流路 ４ 発電部 ５ ガス出口流路 ６ ガス出口マニホールド １０ バイパス流路 １１ 圧力調整弁 １２ オリフィス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単セルを複数積層したスタック構造を備
   え、前記単セルにそれぞれ燃料ガス及び酸化ガスを供給
   して電気化学反応により発電する燃料電池において、 燃料ガスまたは酸化ガスを供給するガス入口マニホール
   ドと前記各単セルの発電部とを接続する単セル毎のガス
   入口流路と、 燃料ガスまたは酸化ガスを排出するガス出口マニホール
   ドと前記各単セルの発電部とを接続する単セル毎のガス
   出口流路と、 単セル毎に前記ガス入口流路と前記ガス出口流路とを連
   通するバイパス流路と、 該バイパス流路内に設けられ該バイパス流路の入口圧力
   に応じて該バイパス流路を開閉する圧力調整機構と、 を備えたことを特徴とする燃料電池。
2. 【請求項２】 前記バイパス流路の入口部にオリフィス
   を備え、 該オリフィスの内径が前記バイパス流路の内径の１／１
   ０以下であることを特徴とする請求項１記載の燃料電
   池。
3. 【請求項３】 前記圧力調整機構から上流側の前記バイ
   パス流路の容積が、前記圧力調整機構から下流側の前記
   バイパス流路の容積よりも小さいことを特徴とする請求
   項１記載の燃料電池。
4. 【請求項４】 前記圧力調整機構から上流側の前記バイ
   パス流路の断面積が、前記圧力調整機構から下流側の前
   記バイパス流路の断面積よりも小さいことを特徴とする
   請求項１記載の燃料電池。