JP2006164774A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】 反応によって生成した液水を停留・逆流させることなく排出させるに好適な燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】 セパレータに形成された酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを燃料電池スタック２の表面に開口させると共に前記燃料電池スタック２の外周を覆って気密構造体３に収容し、前記酸化ガス流路５Ｃを経由して排気される酸化ガスを前記気密構造体３内に導入すると共に気密構造体３内に開口させた出口配管８を介して外部に排気するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、固体高分子電解質膜を一組の電極で挟んで構成される電解質膜・電極構造体をガス流路が設けられた一対のセパレータで挟持したものを１セルとして、このセルを所定数だけ積層して使用される燃料電池スタックに関するものである。

一般に固体高分子型燃料電池は、燃料電極に水素ガスを酸化電極に酸素ガスを加湿させて供給すると水素と酸素が反応して電気エネルギを取り出すことができる。また、上記反応によって水が生成される。

上述の反応によって発生した生成水や加湿ガス中にある水蒸気の凝縮水が反応ガス経路にある程度残留することは避けがたく、特に積層方向に延在してある、各セルに反応ガスを供給・排出する内部マニホールドに溜まると、反応ガスの供給に支障が生じ、反応ガスの電極触媒層への拡散性が低下し、セル性能が著しく悪化する問題がある。しかも、通常内部マニホールドは積層方向に断面積一定であるが、流量は配管部から奥にいくにつれて小さくなるため、流速の遅い奥のほうに液水が溜まった場合、非常に排出しがたい。内部マニホールド断面積を小さくして流速を上げると圧力損失の増大を引き起こして、燃費を悪化させるうえ、各セルへのガスの分配が不均一になる恐れもある。

また、このように水が残留した状態で燃料電池を搭載した車両が運転を停止したまま、外気温が氷点下であるような場所に長時間放置されると、残留した水が凍結して反応ガス経路の閉塞を引き起こし燃料電池の起動が出来なくなる問題もある。

特許文献１においては、燃料電池から下方に傾斜して延在する出口配管を有し、出口内部マニホールド両端から出口配管に排水用のバイパス管を設けて、液水およびガスの排出部を増やして内部マニホールドの排水性を向上させようとしている。
特開２００４−１３４１３０号公報

しかしながら、上記従来例では、内部マニホールド内の最奥に停留した水はバイパス管によって排水されるが、内部マニホールドの中央部付近の排水には効果が薄いという不具合が懸念される。内部マニホールドは積層方向に等断面であるため、ガス流速によって液水を速やかに排除することも困難である。

また、液水が溜まってもガスの供給を妨げないように内部マニホールドを電極部流路下端よりも低い位置に設けること(最も良いのは電極部流路と内部マニホールドの連通流路が垂直になっている)が必要であるが、流路パターンなどスタックの構成によっては著しくデッドボリュームが増大するという不具合も懸念される。

さらに、ガスによって出口内部マニホールドまで押し出された液水もガスの供給を止めると毛細管現象で流路内へ引き込まれて、流路を閉塞し、零下等の低温起動時に凍結してガスの供給ができなくなる虞がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、反応によって生成した液水を停留・逆流させることなく排出させるに好適な燃料電池スタックを提供することをことを目的とする。

本発明は、固体高分子電解質膜を一組の電極で挟んで構成される電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体とセパレータを交互に積層するとともに、前記セパレータには前記電解質膜・電極構造体に燃料ガスまたは酸化ガスを供給する流路が設けられた燃料電池スタックを備え、前記セパレータに形成された酸化ガス流路の出口を前記燃料電池スタックの表面に開口させると共に燃料電池スタックの外周を覆って気密構造体に収容し、前記酸化ガス流路を経由して排気される酸化ガスを前記気密構造体内に導入すると共に気密構造体内に開口させた出口配管を介して外部に排気するようにした。

したがって、本発明では、セパレータに形成された酸化ガス流路の出口を燃料電池スタックの表面に開口させると共に燃料電池スタックの外周を覆って気密構造体に収容し、前記酸化ガス流路を経由して排気される酸化ガスを前記気密構造体内に導入すると共に気密構造体内に開口させた出口配管を介して外部に排気するようにしたため、反応によって生成した反応生成水を酸化ガス流路の下流端である出口より直接排出させることができ、反応生成した液水が酸化ガス流路内に停留したり、出口マニホールドから酸化ガス流路に逆流するなどして酸化ガス流路を閉塞することがなく、安定した燃料電池発電出力を得ることができる。

以下、本発明の燃料電池スタックを各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１および図２は、本発明を適用した燃料電池スタックの第１実施形態を示し、図１は燃料電池スタックの概略斜視図、図２は酸化ガス流路面の概略説明図である。

図１において、燃料電池１は、複数の燃料電池の単セル１Ａを積層するとともに、積層方向両端には、夫々図示しないターミナル端子板およびインシュレータを介在させてエンドプレート１Ｂを順次配設する。そして、両端のエンドプレート１Ｂ同士を互いに接近させる方向に図示しないタイロッドにより締付けて構成した燃料電池スタック２を備える。前記燃料電池スタック２は、反応ガスの運転圧に耐えうる気密構造に形成した燃料電池ケース３に収容して、例えば、車両に搭載する場合には、床下等に搭載される。

前記スタック２には、積層方向と直交する方向の両端において、積層方向にスタック２を貫通させて燃料ガス、酸化ガスおよび冷却媒体の入口マニホールド４Ａ、５Ａ、６Ａおよび出口マニホールド４Ｂ、６Ｂを形成している。入口マニホールド４Ａ、５Ａから供給した燃料ガスおよび酸化ガスは、入口マニホールド４Ａ、５Ａから積層した燃料電池１の単セル１Ａの夫々の燃料ガス流路または酸化ガス流路を流通して燃料電極または酸化電極に供給され、水素と酸素の反応により電気エネルギに変換される。反応に消費されなかった燃料排ガスおよび酸化排ガスは流路中に生成した液水とともに出口マニホールド４Ｂに至り、出口マニホールド４Ｂを経由してスタック２外に至り、図示しない排気ダクト等を経由して燃料電池ケース３の外に排出される。

本実施形態では、前記入口・出口マニホールド４Ａ、５Ａ、４Ｂ、５Ｂの中の酸化ガスの出口マニホールド５Ｂは、スタック２を積層方向に貫通させて配置することなく、燃料電池１の単セル１Ａ個々に酸化ガス流路の出口を燃料電池ケース３内の空間に直接開口させて形成している。酸化ガス流路の出口はセパレータ下面に設けているので酸化排ガスおよび生成水は燃料電池ケース３内に排出される。このため、前記入口・出口マニホールドは、図示例では、手前のエンドプレート１Ｂの右側端部に酸化ガスの入口マニホールド５Ａ、冷却媒体の入口マニホールド６Ａおよび燃料ガスの出口マニホールド４Ｂを開口させ、左側端部には燃料ガスの入口マニホールド４Ａおよび冷却媒体の出口マニホールド６Ｂを開口させている。

図２は、酸化ガス流路面でのスタック断面を示す概略説明図である。積層された単位スタック２Ａは、スタック固定台７によって燃料電池ケース３の底部に直接接触させることなく若干のスペースを空けて固定されている。酸化ガスの入口マニホールド５Ａから各単セルの酸化ガス流路５Ｃに供給された酸化ガスは、酸化ガス流路５Ｃを通って生成水と共に酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄからセパレータ下面の燃料電池ケース３内に流出し、酸化ガスの出口配管８へと排出される。酸化ガスの入口マニホールド５Ａは、燃料電池スタック２の上方側に配置されているため、上方位置から酸化ガス流路５Ｃに流入し、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄは燃料電池スタック２の下方に配置されているため、酸化ガス流路５Ｃから反応生成水と共に下方に流出される。燃料電池ケース３下面に排出された液水は、前記スタック固定台７により単位スタック２Ａが底面から持上げられているため、セパレータ下面まで届かないようになっている。

以上のように構成される燃料電池スタックの動作について、以下に説明する。まず、図１に示すように、燃料電池スタック２には、水素を含有する燃料ガス、酸素を含有する空気等の酸化ガス、および純水、エチレングリコール等の冷却媒体が供給される。

前記燃料ガスは、入口マニホールド４Ａから夫々の燃料電池単セル１Ａの燃料ガス流路に導入され、固体高分子型電解質膜の一方の燃料電極に沿って流動する。また、酸化ガスは、入口マニホールド５Ａから夫々の燃料電池単セルの酸化ガス流路５Ｃに導入され、固体高分子型電解質膜の他方の酸化電極に沿って流動する。このため、固体高分子型電解質膜では、酸化電極に供給された酸化ガスと、燃料電極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、発電が行われる。

燃料電極に供給されて消費された燃料ガスは、出口マニホールド４Ｂに至り、出口マニホールド４Ｂから排出される。酸化電極に供給されて消費された酸化ガスは、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄから燃料電池ケース３内に直接排出される。前記電気化学反応により生成された反応生成水は、酸化ガス流路５Ｃに沿って上流側から下流側に向かって、重力方向である上方から下方に向かって流れる。さらに、冷却媒体は入口マニホールド６Ａから燃料電池単セル１Ａ同士の間に適宜間隔で形成された図示しない冷却媒体流路に導入され、燃料電池スタック２を冷却して出口マニホールド６Ｂに至り、図示しない配管を介して燃料電池ケース３の外に排出される。

この実施形態によれば、酸化ガスの出口マニホールド５Ｂを、スタック２外周を覆う構造体である燃料電池ケース３により構成しているので、反応によって生成した反応生成水を酸化ガス流路５Ｃの下端である出口５Ｄより下に直接排出させることができ、反応生成した液水が酸化ガス流路５Ｃ内に停留したり、出口マニホールド５Ｂから酸化ガス流路５Ｃに逆流するなどして酸化ガス流路５Ｃを閉塞することがなく、安定した燃料電池発電出力を得ることができる。

また、一般に燃料電池スタック２から燃料ガスが漏れ出すことを完全に防ぐことは困難であり、燃料電池ケース３内をベンチレーションする換気システムも設けて、漏れた燃料ガスを希釈して排出処理するが、本実施形態では、燃料電池ケース３の内部は常に酸化ガスでパージしていることになり、燃料電池ケース３にベンチレーションシステムを設ける必要が無く、部品点数などを減らすことができる。

さらに、上記に関連して、車載する燃料電池１はさまざまな要求から加圧して運転することが望ましく、そのためにシールには気密を保持できるような面圧を必要とする。当然、面圧に対する反力を維持できるだけの強度をセパレータや締結構造体に持たせる必要がある。しかしながら、本実施形態では、燃料電池スタック２を覆う燃料電池ケース３は常に酸化ガス出口圧に保持されているため、加圧運転時でもセパレータ内の流路と外部圧である燃料電池ケース３内との圧力差は小さいので、燃料電池スタック２のシール面圧を小さくすることができ、スタック２の積層締結力も小さくなり締結構造部材を簡素化することができ、重量とコストを低減することができる。

また、本実施形態においては、セパレータに設けた酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄが燃料電池スタック２の下面に設けられているので、反応によって生成した水は酸化ガス流路５Ｃを通って出口５Ｄからスタック２外の気密構造体である燃料電池ケース３内に排出され、特定のセルの酸化ガス流路５Ｃが閉塞することが避けられ、安定した燃料電池出力を得ることができる。

さらに、所定の燃料電池出力を得るためには、電解質膜・電極構造体とセパレータとよりなる燃料電池単セル１Ａの積層数を増やせばよいが、積層数が増えると各セル１Ａへ均一に反応ガスを供給することが難しくなり、また流路パターンによっては多く積層すると車両搭載に不向きな外形寸法になることがあるため、複数の単位スタック２Ａに分けて構成することがある。この場合、単位スタック２Ａを縦方向に積層する場合、セパレータ下側に酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを設けると酸化ガス出口５Ｄを下方の単位スタック２Ａにより塞がないように単位スタック２Ａの積層の間隔を空ける必要があり、燃料電池ケース３内にデッドボリュームを生じて燃料電池ケース３の容積を増大させるが、左右にずらして酸化ガス出口５Ｄを塞がないようにするとデッドボリュームを小さくすることができる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）固体高分子電解質膜を一組の電極で挟んで構成される電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体とセパレータを交互に積層するとともに、前記セパレータには前記電解質膜・電極構造体に燃料ガスまたは酸化ガスを供給する流路５Ｃが設けられた燃料電池スタック２を備え、前記セパレータに形成された酸化ガス流路５Ｃ出口５Ｄを燃料電池スタック２の表面に開口させると共に前記燃料電池スタック２の外周を覆って気密構造体３に収容し、前記酸化ガス流路５Ｃを経由して排気される酸化ガスを前記気密構造体３内に導入すると共に気密構造体３内に開口させた出口配管８を介して外部に排気するようにした。このため、反応によって生成した反応生成水を酸化ガス流路５Ｃの下流端である出口５Ｄより直接排出させることができ、反応生成した液水が酸化ガス流路５Ｃ内に停留したり、出口マニホールド５Ｂから酸化ガス流路５Ｃに逆流するなどして酸化ガス流路５Ｃを閉塞することがなく、安定した燃料電池発電出力を得ることができる。

また、燃料電池ケース３の内部は常に酸化ガスでパージしていることになり、ベンチレーションシステムを設ける必要が無く、部品点数などを減らすことができる。さらに、燃料電池スタック２を覆う燃料電池ケース３は常に酸化ガス出口圧に保持されているため、加圧運転時でもセパレータ内ガス流路とスタック２外部圧との圧力差は小さく、シール面圧を小さくすることができ、スタック２の積層締結力も小さくなり締結構造部材を簡素化することができ、重量とコストを低減することができる。

（イ）酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄは、燃料電池スタック２の下面に開口しているので、反応によって生成した水は流路５Ｃを通ってスタック２外の気密構造体である燃料電池ケース３内に排出され、特定のセルの酸化ガス流路５Ｃが閉塞さけることが避けられ、安定した出力を得ることができる。

（ウ）燃料電池スタック２は、複数の単位スタック２Ａに分けて構成され、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを下方の単位スタック２Ａにより塞がないように積層位置を横方向にずらせて積層すると、単位スタック２Ａ同士を間隔を空けることなく積層することができ、燃料電池ケース３内のデッドボリュームを小さくすることができる。

（第２実施形態）
図３および図４は、本発明を適用した燃料電池スタックの第２実施形態を示し、図３は第１実施例を示す燃料電池スタックの断面図、図４は第２実施例を示す燃料電池スタックの断面図である。本実施形態においては、燃料電池スタックを複数の単位スタックに分けて構成して縦方向に単位スタックを積層するようにしたものである。なお、図１および図２と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図３に示す第１実施例の燃料電池スタック２は、複数の単位スタック２Ａに分けて構成し、縦方向に単位スタック２Ａを積層している。前記単位スタック２Ａの中の最下段の単位スタック２Ａは、第１実施形態における燃料電池スタック２と同様に構成され、中段および最上段の単位スタック２Ａは、概略では、最下段の単位スタック２Ａと同様に構成されているが、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄが単位スタック２Ａの側面に開口するよう形成している。

最下段の単位スタック２Ａから排出される酸化排ガスおよび反応生成水は、第１実施形態と同様に燃料電池ケース３内に排出される。中段および最上段の単位スタック２Ａから排出される酸化排ガスおよび反応生成水は、単位スタック２Ａの側面の出口５Ｄから排出され、自由落下により燃料電池ケース３底面まで落ちるようにしている。このため、最下段の単位スタック２Ａの上方に間隔を空けずに中段および最上段の単位スタック２Ａを直接積層しても、中段および最上段の単位スタック２Ａの酸化排ガスの出口５Ｄを閉塞することがなく、燃料電池ケース３内にデッドスペースを生じることなくコンパクトに収容することができる。

図４に示す第２実施例の燃料電池１においては、積層するいずれの単位スタック２Ａにおいても、スタック２Ａ側面に酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを開口するよう形成している。また、最下段の単位スタック２Ａを燃料電池ケース３の底面から浮かせて位置決めしていたスタック固定台７が省略され、最下段の単位スタック２Ａは燃料電池ケース３の底面に直接接触させて配置している。そして、燃料電池ケース３から酸化排ガスを排出する酸化ガス出口配管８は、燃料電池ケース３の底面から下方に傾斜させて配置させるようにしている。

この実施例においても、最下段の単位スタック２Ａの上方に間隔を空けずに中段および最上段の単位スタック２Ａを直接積層しても、中段および最上段の単位スタック２Ａの酸化排ガスの出口５Ｄを閉塞することがなく、燃料電池ケース３内にデッドスペースを生じることなくコンパクトに収容することができる。

また、最下段の単位スタック２Ａを中段および最上段の単位スタック２Ａと同様に構成すると単位スタック２Ａを構成する部品（セパレータ）を共通化することができ、単位スタック２Ａを低コストで形成することができる。

しかも、燃料電池ケース３から酸化排ガスを排出する酸化ガス出口配管８を燃料電池ケース３の底面から下方に傾斜させて配置させることが可能な場合には、燃料電池ケース３の底面に反応生成水が溜まることがないため、最下段の単位スタック２Ａを燃料電池ケース３の底面から固定台７により浮かせる必要がなく、最下段の単位スタック２Ａを燃料電池ケース３の底面に直接接触させて配置することができ、燃料電池ケース３の容積をより一層コンパクトにすることができる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）、（イ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（エ）図３に示すように、燃料電池スタック２を、複数の単位スタック２Ａに分けて構成され且つ積層位置を横方向にずらすことなく積層され、最下段の単位スタック２Ａは、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを単位スタック２Ａの下面に開口させて備え、その上に積層する単位スタック２Ａは、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを単位スタックの側面に開口させて備えるようにすると、最下段の単位スタック２Ａの上方に間隔を空けずに中段および最上段の単位スタック２Ａを直接積層しても、中段および最上段の単位スタック２Ａの酸化排ガスの出口５Ｄを閉塞することがなく、燃料電池ケース３内にデッドスペースを生じることなくコンパクトに収容することができる。また、側面出口５Ｄから排出された水も気密構造体３の下に落ちるのでガス停止後も逆流の心配がなく、零下での低温起動時にも確実にガスを供給することができる。

（オ）図４に示すように、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを燃料電池スタック２の側面に開口させると、最下段の単位スタック２Ａの上方に間隔を空けずに中段および最上段の単位スタック２Ａを直接積層しても、中段および最上段の単位スタック２Ａの酸化排ガスの出口５Ｄを閉塞することがなく、燃料電池ケース３内にデッドスペースを生じることなくコンパクトに収容することができる。また、側面出口５Ｄから排出された水も気密構造体３の下に落ちるのでガス停止後も逆流の心配がなく、零下での低温起動時にも確実にガスを供給することができる。さらに、最下段の単位スタック２Ａを中段および最上段の単位スタック２Ａと同様に構成すると単位スタック２Ａを構成する部品（セパレータ）を共通化することができ、単位スタック２Ａを低コストで形成することができる。

（カ）気密構造体３内に開口する出口配管８は、気密構造体３の底面より下方若しくは斜め下方に延在させて配置すると、燃料電池ケース３の底面に反応生成水が溜まることがないため、最下段の単位スタック２Ａを燃料電池ケース３の底面から固定台７により浮かせる必要がなく、最下段の単位スタック２Ａを燃料電池ケース３の底面に直接接触させて配置することができ、燃料電池ケース３の容積をより一層コンパクトにすることができる。

（第３実施形態）
図５および図６は、本発明を適用した燃料電池スタックの第３実施形態を示し、図５は第１実施例を示す燃料電池スタックの断面図、図６は第２実施例を示す燃料電池スタックの断面図である。本実施形態においては、積層する単位スタックの酸化ガス流路の出口を単位スタックの隅部を窪ませた窪み部に開口させるようにしたものである。なお、図１〜図４と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

本実施形態の燃料電池スタック２は、図５および図６に示すように、複数の単位スタック２Ａに分けて構成し、縦方向に単位スタック２Ａを積層している。積層するいずれの単位スタック２Ａにおいても、スタック２Ａ側面部と下面部との隅部を矩形に窪ませた窪み部９を備え、この窪み部９の下面および側面に酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄが開口するようにしている。その他の構成は、第１および第２実施形態の単位スタック２Ａと同様としている。

前記した単位スタック２Ａにおいては、単位スタック２Ａの隅部の窪み部９に酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを開口させているため、単位スタック２Ａ同士を密着させて積層させても、燃料電池ケース３の内壁に接触させて配置しても、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを閉塞することがない。また、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄは、単位スタック２Ａの隅部を窪ませて形成した窪み部９に開口するため、単位スタック２Ａの下面を下方に隣接して積層する単位スタック２Ａに直接密着させて積層しても、また、燃料電池ケース３の底面に直接密着させて配置しても、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを閉塞することがない。しかも、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄは、これら積層する面（燃料電池ケース３の底面も含む）からスタック２Ａを構成するセパレータの周壁の厚さ分だけ上方に配置されるため、積層面に溜まる反応生成水が酸化ガス流路５Ｃへ逆流することを抑制できる。

図５に示す第１実施例の燃料電池スタック２においては、中段に積層する単位スタック２Ａを最下段と最上段とに積層する単位スタック２Ａとは酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄが燃料電池ケース３内で反対側となるように単位スタック２Ａを積層して収容している。即ち、燃料電池ケース３の一方の側壁には、最下段および最上段の単位スタック２Ａの酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄが配置された側面が近接させて配置され、他方の側壁には、中段の単位スタック２Ａの酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄが配置された側面が近接させて配置されている。このように酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを交互に配置することにより、酸化排ガスおよび反応生成水の燃料電池ケース３内での排出通路面積を大きくすることができる。

図６に示す第２実施例の燃料電池スタック２においては、積層する単位スタック２Ａはいずれも酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを燃料電池ケース３内の一方側へ整列させて積層している。このように酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを一方側に整列させて配置すると、収容する燃料電池ケース３の容積をより一層コンパクトにすることができる。また、燃料電池ケース３から酸化排ガスを排出する酸化ガス出口配管８を燃料電池ケース３の底面から下方に傾斜させて配置させることが可能な場合には、燃料電池ケース３の底面に反応生成水が溜まることがないため、最下段の単位スタック２Ａを燃料電池ケース３の底面から固定台７により浮かせる必要がなく、最下段の単位スタック２Ａを燃料電池ケース３の底面に直接接触させて配置することができ、燃料電池ケース３の容積をより一層コンパクトにすることができる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）、（イ）および第２実施形態における効果（オ）、（カ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。

（キ）酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄは、燃料電池スタック２の側面と下面との間の隅部を窪ませた窪み９内面に開口しているため、単位スタック２Ａ同士を密着させて積層させても、燃料電池ケース３の内壁に接触させて配置しても、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを閉塞することがない。また、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄは、単位スタック２Ａの隅部を窪ませて形成した窪み部９に開口するため、単位スタック２Ａの下面を下方に隣接して積層する単位スタック２Ａに直接密着させて積層しても、また、燃料電池ケース３の底面に直接密着させて配置しても、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄを閉塞することがない。しかも、酸化ガス流路５Ｃの出口５Ｄは、これら積層する面（燃料電池ケース３の底面も含む）からスタック２Ａを構成するセパレータの周壁の厚さ分だけ上方に配置されるため、積層面に溜まる反応生成水が酸化ガス流路５Ｃへ逆流することを抑制できる。

本発明の一実施形態を示す燃料電池スタックの概略構成図。 同じく酸化ガス流路面の概略説明図。 本発明の第２実施形態における第１実施例の燃料電池スタックの概略構成図。 本発明の第２実施形態における第２実施例の燃料電池スタックの概略構成図。 本発明の第３実施形態における第１実施例の燃料電池スタックの概略構成図。 本発明の第３実施形態における第２実施例の燃料電池スタックの概略構成図。

符号の説明

１ 燃料電池
１Ａ 単位セル、単セル
２、２Ａ 燃料電池スタック、単位スタック
３ 気密構造体としての燃料電池ケース
４Ａ、５Ａ、６Ａ 入口マニホールド
４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ 出口マニホールド
５Ｃ 酸化ガス流路
５Ｄ 出口
７ 固定台
８ 出口配管
９ 窪み部

Claims (8)

1. 固体高分子電解質膜を一組の電極で挟んで構成される電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体とセパレータを交互に積層するとともに、前記セパレータには前記電解質膜・電極構造体に燃料ガスまたは酸化ガスを供給する流路が設けられた燃料電池スタックであり、
   前記セパレータに形成された酸化ガス流路の出口を前記燃料電池スタックの表面に開口させると共に燃料電池スタックの外周を覆って気密構造体に収容し、
   前記酸化ガス流路を経由して排気される酸化ガスを前記気密構造体内に導入すると共に気密構造体内に開口させた出口配管を介して外部に排気するようにしたことを特徴とする燃料電池スタック。
2. 前記酸化ガス流路の出口は、燃料電池スタックの下面に開口している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. 前記燃料電池スタックは、複数の単位スタックに分けて構成され、酸化ガス流路の出口を下方の単位スタックにより塞がないように積層位置を横方向にずらせて積層されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池スタック。
4. 前記酸化ガス流路の出口は、燃料電池スタックの側面に開口していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
5. 前記酸化ガス流路の出口は、燃料電池スタックの側面と下面との間の隅部を窪ませた窪み内面に開口していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
6. 前記燃料電池スタックは、複数の単位スタックに分けて構成され、積層位置を横方向にずらすことなく積層されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の燃料電池スタック。
7. 前記燃料電池スタックは、複数の単位スタックに分けて構成され且つ積層位置を横方向にずらすことなく積層され、
   最下段の単位スタックは、酸化ガス流路の出口を単位スタックの下面に開口させて備え、その上に積層する単位スタックは、酸化ガス流路の出口を単位スタックの側面に開口させて備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
8. 前記気密構造体内に開口する出口配管は、気密構造体の底面より下方若しくは斜め下方に延在させて配置していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の燃料電池スタック。

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