JP2009259772A - 燃料電池スタック - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池スタック内に液水が溜まるのを抑制する。
【解決手段】本発明は、電解質膜と、電解質膜の表裏両面に設けられた電極と、電解質膜外縁部に配置するように電解質膜の表裏両面に設けられた補強材１４ａと、電極及び補強材１４ａの表面に設けられ、各電極に供給する反応ガスが流れる反応ガス流路２１を含むセパレータ２０と、を備えた単位セルを水平方向に立設して構成する燃料電池スタックであって、反応ガス流路２１と連通するように単位セルの立設方向に形成され、その反応ガス流路２１と連通する外周部の一部に水平部１００ａを有するマニホールド４２ａを備えることを特徴とする。
【選択図】図４
【解決手段】本発明は、電解質膜と、電解質膜の表裏両面に設けられた電極と、電解質膜外縁部に配置するように電解質膜の表裏両面に設けられた補強材１４ａと、電極及び補強材１４ａの表面に設けられ、各電極に供給する反応ガスが流れる反応ガス流路２１を含むセパレータ２０と、を備えた単位セルを水平方向に立設して構成する燃料電池スタックであって、反応ガス流路２１と連通するように単位セルの立設方向に形成され、その反応ガス流路２１と連通する外周部の一部に水平部１００ａを有するマニホールド４２ａを備えることを特徴とする。
【選択図】図４
Description
本発明は燃料電池スタックに関する。
従来の燃料電池スタックは、燃料電池を水平方向に積層して、カソードガス導入マニホールドを燃料電池スタックの一端部上側に配置していた。そして、燃料電池スタックの構成部品であるカソードセパレータに対して、カソードガス導入マニホールドからガス流路へ向かって流路幅が広がっていくバッファ部を設けていた。
また、カソードガス排出マニホールドを燃料電池スタックの他端部下側に配置していた。そして、カソードセパレータに対して、ガス流路からカソードガス排出マニホールドへ向かって流路幅が狭くなっていくバッファ部を設けていた。
これにより、カソードガス導入マニホールドからカソードガス排出マニホールドまでの間をカソードガスが円滑に流れるようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２３６６１２号公報
しかしながら、前述した従来の燃料電池スタックでは、発電停止後に燃料電池スタック内で凝縮水が発生すると、その凝縮水がセパレータのガス流路に溜まるという問題点があった。
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、発電停止後に燃料電池スタック内に発生した凝縮水が、セパレータのガス流路に溜まることを抑制することを目的とする。
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
本発明は、電解質膜と、電解質膜の表裏両面に電解質膜外縁部が露出するように設けられた電極と、電解質膜外縁部に配置するように前記電解質膜の表裏両面に設けられた補強材と、電極及び補強材に重ねられ各電極に供給する反応ガスが流れる反応ガス流路を含むセパレータと、を備えた単位セルを水平方向に立設して構成する燃料電池スタックである。そして、反応ガス流路と連通するように単位セルの立設方向に形成され、その反応ガス流路と連通する外周部の一部に水平部を有するマニホールドを備えることを特徴とする。
本発明によれば、反応ガス流路と連通する外周部の一部に水平部を有するマニホールドを形成した。これにより、従来では反応ガス流路と連通するマニホールドの外周部を上側に沿って流れて溜まっていた液水を、反応ガス流路と連通するマニホールド外周部の水平部に導くことができる。ここで、液水の表面張力は、液水が反応ガス流路と連通するマニホールド外周部の水平部に到達したときに、重力の影響を最も強く受ける。そのため、自重によって表面張力を上回る力が重力方向にかかり、液水をマニホールド内へ排出できる。
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
燃料電池は電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。
燃料電池は電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。
アノード電極 ： ２Ｈ2→４Ｈ+ ＋４ｅ- …(１)
カソード電極 ： ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ …(２)
この（１）（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。
カソード電極 ： ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ …(２)
この（１）（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。
このような燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。
図１は、このような燃料電池システムとして、自動車などの移動車両に用いられる燃料電池スタック１の斜視図である。
燃料電池スタック１０は、水平方向に立設された複数の単セル１と、一対の集電板２ａ，２ｂと、一対の絶縁板３ａ，３ｂと、一対のエンドプレート４ａ，４ｂと、図示しない４本のテンションロッドに螺合するナット５とを有する。
単セル１は、起電力を生じる固体高分子型燃料電池の単位セルである。単セル１は、１ボルト程度の起電圧を生じる。単セル１の構成の詳細については後述する。
一対の集電板２ａ，２ｂは、積層された複数の単セル１の外側にそれぞれ配置される。集電板２ａ，２ｂは、ガス不透過性の導電性部材で形成され、例えば、緻密質カーボンによって形成される。集電板２ａ，２ｂは、上辺の一部に出力端子６を備える。燃料電池スタック１０は、出力端子６によって、各単セル１で生じた電子ｅ−を取り出して出力する。
一対の絶縁板３ａ，３ｂは、集電板２ａ，２ｂの外側にそれぞれ配置される。絶縁板３ａ，３ｂは、絶縁性の部材で形成され、例えばゴムなどで形成される。
一対のエンドプレート４ａ，４ｂは、絶縁板３ａ，３ｂの外側にそれぞれ配置される。エンドプレート４ａ，４ｂは、剛性を備える金属性の材料で形成され、例えば鋼などで形成される。
一対のエンドプレート４ａ，４ｂのうち、一方のエンドプレート４ａには、冷却水導入マニホールド４１ａ及び冷却水排出マニホールド４１ｂと、アノードガス導入マニホールド４２ａ及びアノードガス排出マニホールド４２ｂと、カソードガス導入マニホールド４３ａ及びカソードガス排出マニホールド４３ｂとが形成される。
これらの各マニホールドは、燃料電池スタック１０の内部に向かって、単セル１の積層方向に延設されている。
また、カソードガス導入マニホールド４３ａ及びカソードガス排出マニホールド４３ｂは、アノードガス導入マニホールド４２ａ及びアノードガス排出マニホールド４２ｂよりも大きい。これは、燃料電池の発電時において、アノードガスの使用量よりもカソードガスの使用量の方が多くなるためである。
なお、冷却水導入マニホールド４１ａ、アノードガス排出マニホールド４２ｂ及びカソードガス導入マニホールド４３ａは、エンドプレート４ａの一端側（図中右側）に形成される。一方で、冷却水排出マニホールド４１ｂ、アノードガス導入マニホールド４２ａ及びカソードガス排出マニホールド４３ｂは、他端側（図中左側）に形成される。
ここで、アノードガス導入マニホールド４２ａに燃料ガスとしての水素を供給する方法としては、例えば水素ガスを水素貯蔵装置から直接供給する方法又は水素を含有する燃料を改質して改質した水素含有ガスを供給する方法がある。なお、水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等がある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。また、カソードガス導入マニホールド４３ａに供給する酸化剤ガスとしては、一般的に空気が利用される。
ナット５は、燃料電池スタック１０の内部を貫通する図示しない４本のテンションロッドの両端部に形成された雄ねじ部に螺合する。テンションロッドにナット５を螺合締結することで、燃料電池スタック１０を積層方向に締め付ける。テンションロッドは、剛性を備えた金属材料で形成され、例えば鋼などで形成される。テンションロッドの表面には絶縁処理が施され、単セル１同士の電気短絡を防止している。
以下では、図２及び図３を参照して、単セル１の構成の詳細について説明する。
図２は、単セル１の分解斜視図である。図３は、単セル１の断面図である。
単セル１は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly；以下「ＭＥＡ」という）１１の表裏両面に、アノードセパレータ２０とカソードセパレータ３０とが配置されて構成される。
ＭＥＡ１１は、電解質膜１２と、アノード電極１３ａと、カソード電極１３ｂと、一対の補強材１４ａ，１４ｂと、を有する。ＭＥＡ１１は、電解質膜１２の一方の面に補強材１４ａ及びアノード電極１３ａを有し、他方の面に補強材１４ｂ及びカソード電極１３ｂを有する。
電解質膜１２は、固体高分子材料（例えばフッ素系樹脂）により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。電解質膜１２の外縁部の一端側には、冷却水導入マニホールド４１ａ、アノードガス排出マニホールド４２ｂ及びカソードガス導入マニホールド４３ａが形成される。一方、他端側には、冷却水排出マニホールド４１ｂ、アノードガス導入マニホールド４２ａ及びカソードガス排出マニホールド４３ｂが形成される。電解質膜１１の四隅には、テンションロッドを挿通するための挿通孔５１が形成される。
電解質膜１２は、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。そのため、電解質膜１２の性能を引き出して発電効率を向上させるためには、電解質膜１２の水分状態を最適に保つ必要がある。そこで、本実施形態では、燃料電池スタック１０に導入するアノードガスやカソードガスを加湿している。なお、電解質膜１２の水分状態を最適に保つための水には純水を用いる必要がある。これは不純物が混入した水を燃料電池スタック１０に導入した場合には電解質膜１２に不純物が蓄積し、発電効率が低下するためである。
アノード電極１３ａ及びカソード電極１３ｂは、電解質膜１２に接するように、それぞれ電解質膜１２の両面に配置される。アノード電極１３ａ及びカソード電極１３ｂは、触媒層１３１及びガス拡散層１３２から構成される。触媒層１３１は、各電極１３ａ，１３ｂの電解質膜側に形成される。ガス拡散層１３２は、各電極１３ａ，１３ｂのセパレータ側に形成される。触媒層１３１は、白金が担持されたカーボンブラック粒子から形成される。ガス拡散層１３２は、充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって形成され、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスで形成される。
補強材１４ａ，１４ｂは、アノード電極１３ａ及びカソード電極１３ｂが配置されていない電解質膜１２の外縁部に接するように、それぞれ電解質膜１２の両面に配置される。補強材１４ａ，１４ｂによって、厚さが数十ミクロン程度しかないＭＥＡ１１の機械的強度を保っている。
補強材１４ａ，１４ｂの一端側には、冷却水導入マニホールド４１ａ、アノードガス排出マニホールド４２ｂ及びカソードガス導入マニホールド４３ａが形成される。一方、他端側には、冷却水排出マニホールド４１ｂ、アノードガス導入マニホールド４２ａ及びカソードガス排出マニホールド４３ｂが形成される。補強材１４ａ，１４ｂの四隅には、テンションロッドを挿通するための挿通孔５１が形成される。
アノードセパレータ２０は、外枠部２０ａと、流路部２０ｂと、を有する。
外枠部２０ａは、ガスケット１５ａを介して補強材１４ａと接する。外枠部２０ａの一端側には、冷却水導入マニホールド４１ａ、アノードガス排出マニホールド４２ｂ及びカソードガス導入マニホールド４３ａが形成される。一方、他端側には、冷却水排出マニホールド４１ｂ、アノードガス導入マニホールド４２ａ及びカソードガス排出マニホールド４３ｂが形成される。外枠部２０ａの四隅には、テンションロッドを挿通するための挿通孔５１が形成される。
流路部２０ｂは、アノード電極１３ａと接する。流路部２０ｂは、アノード電極１３ａと接する側に、アノード電極１３ａにアノードガスを供給するためのガス流路２１を有する（図３参照）。また、アノード電極１３ａと接する面の反対面に、発電により暖められた燃料電池スタックを冷却する冷却水が流れる冷却水流路６１を有する（図３参照）。なお、流路部２０ｂの詳細については、図４を参照して後述する。
カソードセパレータ３０も同様に、外枠部３０ａと、流路部３０ｂと、を有する。
外枠部３０ａは、ガスケット１５ｂを介して補強材１４ｂと接する。外枠部３０ａの一端側には、冷却水導入マニホールド４１ａ、アノードガス排出マニホールド４２ｂ及びカソードガス導入マニホールド４３ａが形成される。一方、他端側には、冷却水排出マニホールド４１ｂ、アノードガス導入マニホールド４２ａ及びカソードガス排出マニホールド４３ｂが形成される。外枠部３０ａの四隅には、テンションロッドを挿通するための挿通孔５１が形成される。
流路部３０ｂは、カソード電極１３ｂと接する。流路部３０ｂは、カソード電極１３ｂと接する側に、カソード電極１３ｂにカソードガスを供給するためのガス流路３１を有し、カソード電極１３ｂと接する面の反対面に冷却水流路６２を有する（図３参照）。
なお、隣接するアノードセパレータ２０とカソードセパレータ３０とに設けられたそれぞれの冷却水流路６１，６２は、互いに向き合うように形成されており、この冷却水流路によって１つの冷却水流路６０が形成される（図３参照）。
アノードセパレータ２０及びカソードセパレータ３０は、金属又はカーボンを材料としたセパレータである。
ところで、燃料電池を自動車の動力源として使用する場合、要求電力が大きく、数百枚の単セルが必要となるため、発電の際には大量の水分が排出される。
また、供給・排出されるアノードガス及びカソードガスは、飽和水蒸気圧を越える水分量を保持することはできない。そのため、発電時の温度・湿度条件によっては、燃料電池スタック内で結露が起こり、大量の液水がセパレータのガス流路に残留することがある。
自動車の場合、周囲環境温度がいかなる温度であっても、システム起動が要求される。しかしながら、ガス流路に液水が残留していると、周囲環境温度が氷点下を下回ったときに、その液水が凍結してアノード電極及びカソード電極へのガス供給を妨げ、発電性能を低下させる原因となる。
さらに、燃料電池スタックにおける各単セルのガス流路内の残留液水の多少によっては、ガス供給が十分な単セルとガス供給が不十分な単セルが混在することがある。そうすると、ガス供給が不十分な単セルでは、前述した（１）式及び（２）式の反応が阻害されて電圧が負電圧に転じ、単セルを劣化させる原因となる。
そこで本実施形態では、ガス流路内の残留液水を減少させるべく、補強材１４ａ，１４ｂの所定の場所に切欠き１００を設けた。以下、切欠き１００の形成場所について説明する。
図４は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとをアノード電極側から見た平面図である。図４（Ａ）は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを積層した状態の図である。図４（Ｂ）は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを分解した状態の図である。
まずアノードセパレータ２０の構成について説明する。
図４（Ｂ）に示すように、アノードセパレータ２０の外枠部２０ａの一端には、上から順にカソードガス排出マニホールド４３ｂ、冷却水排出マニホールド４１ｂ及びアノードガス導入マニホールド４２ａが形成される。
また、流路部２０ｂの表面には、複数の溝状のガス流路２１と、ガス拡散部２２と、が形成される。
ガス流路２１は、ガス流路底面２１ａからアノード電極側へ突出してアノード電極と接する複数のリブ２３の間に形成される流路である。なお、リブ２３の背面が、前述した冷却水流路６１となっている。
ガス拡散部２２は、アノードガス導入マニホールド４２ａから導入されたアノードガスを、ガス流路２１へと均等に分配する複数のディフューザ２４を備える。
次に補強材１４ａに形成される切欠き１００の場所について説明する。
切欠き１００は、単セルを積層して燃料電池スタックとして車両に搭載したときに、下側（重力方向側）に位置することになるアノードガス導入マニホールド４２ａに形成される。
また、切欠き１００は、図４（Ａ）に示すように、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを重ね合わせたときに、アノードセパレータ２０のガス拡散部２２と重なるように形成される。これにより、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを重ね合わせたときに、アノードガス導入マニホールド４２ａとガス拡散部２２との連通部に空間１０１が形成される。
このとき、本実施形態では、空間１０１の上底面１０１ａが重力方向に対して略垂直となるように形成する。これにより、切欠き１００の外周の一部に水平部１００ａが形成される。
図５は、図４のV-V線に沿う断面図である。
図５に示すように、補強材１４ａのアノードガス導入マニホールド４２ａに切欠き１００を形成することで、アノードガス導入マニホールド４２ａの手前に、空間１０１が形成される。積層時において、この空間１０１の幅（ガス拡散部２２の底面からアノード電極１３ａまでの高さ）は、ガス拡散部２２の幅（ガス拡散部２２の底面から補強材１４ａまでの高さ）より広い。
以下では、この切欠き１００を形成したことによる効果を説明する。
図６は、切欠き１００を形成したときの液水の流れについて説明する図である。図１２は、切欠き１００を形成しなかったときの液水の流れについて説明する図である。
まず発明の理解を容易にするため、図１２を参照して切欠き１００を形成しなかったときの液水の流れについて説明する。
図１２に示すように、発電反応などによってガス流路内に発生した液水は、重力によってアノードセパレータ２０のガス拡散部２２の下側に集まってくる。
このとき、アノードガス導入マニホールド４２ａへと流れてくる液水は、表面張力の影響によって、アノードガス導入マニホールド４２ａへと流れ込まずにアノードガス導入マニホールド４２ａの外周部を上側に沿って流れる。このアノードガス導入マニホールド４２ａの外周部に沿って存在する液水が凍結すると、アノードガス導入マニホールド４２ａからガス拡散部２２へ流入するアノードガスの流れが阻害される。
これに対して、図６に示すように、切欠き１００を形成したときは、アノードガス導入マニホールド４２ａへと流れてくる液水が次のような挙動をとる。
すなわち、図６（Ａ）に示すように、最初は図１２で説明したのと同様に、液水は切欠き１００の外周に沿って流れる。ここで、本実施形態では、空間１０１の上底面１０１ａを重力方向に対して略垂直となるように形成し、切欠き１００に水平部１００ａを形成した。表面張力は切欠き１００の外周に対して垂直に作用するため、液水が水平部１００ａに到達したときに表面張力に対する重力の影響が最も大きくなり、液水が重力による影響を最も受ける。したがって、液水が水平部１００ａに到達すると、液水の自重によって、液水に対して表面張力を上回る力が重力方向にかかる。そのため、液水が空間１０１に流れ込む。
液水が空間１０１に流れ込み、表面張力が無くなったあとは、図６（Ｂ）に示すように、液水がアノードガス導入マニホールド４２ａへと排出される。その結果、液水がアノードガス導入マニホールド４２ａの端部を上側に沿って移動するのを抑制できる。
これにより、液水によってアノードガス導入マニホールド４２ａからガス拡散部２２へ流入する反応ガスの流れが阻害されなくなる。
以上説明した本実施形態によれば、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを重ね合わせたときに、アノードセパレータ２０のガス拡散部２２と重なるように、補強材１４ａのアノードガス導入マニホールド４２ａに切欠き１００を形成した。そして、切欠き１００によって形成される空間１０１の上底面１０１ａを重力方向に対して略垂直となるように形成し、切欠き１００の外周の重力方向上側の一部に水平部１００ａを設けた。
これにより、液水が水平部１００ａに到達したときに、液水の自重によって、液水に対して表面張力を上回る力を重力方向にかけることができる。そのため、従来では表面張力の影響によって、アノードセパレータ２０のアノードガス導入マニホールド４２ａの端部を上側に沿って流れていた液水を、切欠き１００の水平部１０１ａから空間１０１へ流すことができる。したがって、アノードガス導入マニホールド４２ａの端部が、凍結した液水によって塞がれるのを抑制できる。よって、アノードガス導入マニホールド４２ａからガス拡散部２２へ流入する反応ガスの流れが阻害されず、アノード電極１３ａへのガス供給を良好に保つことができる。
なお、本実施形態では、補強材１４ａのアノードガス導入マニホールド４２ａに切欠き１００を設けた場合について説明してきたが、もちろん補強材１４ｂのカソードガス導入マニホールド４３ａに切欠きを設けても良い。アノードガス導入マニホールド４２ａは、カソードガス導入マニホールド４３ａよりも小さいので、アノードガス導入マニホールド４２ａの方が残留液水の凍結によって塞がれる可能性が高い。したがって、特にアノードガス導入マニホールド４２ａに切欠き１００を設けると効果的である。
（第２実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、切欠き１００の形成場所を変更した点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、切欠き１００の形成場所を変更した点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
図７は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとをアノード電極側から見た平面図である。図７（Ａ）は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを積層した状態の図である。図７（Ｂ）は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを分解した状態の図である。
図７（Ａ）に示すように、本実施形態では、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを重ね合わせたときに、切欠き１００とガス拡散部２２のディフューザ２４とが重ならないように、切欠き１００を形成する。
残留液水は、隣接するディフューザ２４の間を流れてくる。したがって、切欠き１００とディフューザ２４とが重ならないようにすることで、より効果的に液水を切欠き１００によって形成される空間１０１に流すことができる。
なお、本実施形態では、切欠き１００の重力方向と反対側の頂点近傍が、水平部１００ａとなる。
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、ディフューザ２４と重ならないように切欠き１００を形成したので、より効果的に液水を空間１０１に流すことができる。
（第３実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、切欠き１００の形成場所を変更した点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
次に、図８を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、切欠き１００の形成場所を変更した点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
図８は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとをアノード電極側から見た平面図である。図８（Ａ）は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを積層した状態の図である。図８（Ｂ）は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを分解した状態の図である。
図８（Ａ）に示すように、本実施形態では、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを重ね合わせたときに、切欠き１００とディフューザ２４とが重ならないように、切欠き１００を形成する。また、アノードガス導入マニホールド４２ａとディフューザ２４との間に位置するように、切欠き１００を形成する。切欠き１００には、第１実施形態と同様に水平部１００ａが形成される。
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、ディフューザ２４と重ならないように切欠き１００を形成したので、より効果的に液水を空間１０１に流すことができる。
また、アノードガス導入マニホールド４２ａとディフューザ２４との間に位置するように切欠き１００を形成したので、切欠き１００の大きさが第１実施形態と比べて小さい。そのため、第１実施形態と比べて、ＭＥＡ１１の機械的強度を向上させることができる。
（第４実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、切欠き１００の形成場所を変更した点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
次に、図９を参照して、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、切欠き１００の形成場所を変更した点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
図９は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとをアノード電極側から見た平面図である。図９（Ａ）は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを積層した状態の図である。図９（Ｂ）は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを分解した状態の図である。
前述したように、発電反応などによってガス流路内に発生した液水は、重力によってアノードセパレータ２０のガス拡散部２２の下側（重力方向側）に集まって、アノードガス導入マニホールド４２ａの方へ移動する。そこで本実施形態では、図９（Ａ）に示すように、補強材１４ａのアノードガス導入マニホールド４２ａの最も下側に切欠き１００を形成した。切欠き１００には、第１実施形態と同様に水平部１００ａが形成される。
以上説明した本実施形態によれば、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを重ね合わせたときに、液水が集まるガス拡散部２２の下側に位置するように切欠き１００を形成したので、第１実施形態の効果に加えて、より効果的に液水を空間１０１に流すことができる。
（第５実施形態）
次に、図１０を参照して、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、アノードセパレータ２０のアノードガス導入マニホールド４２ａに切欠きを形成した点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
次に、図１０を参照して、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、アノードセパレータ２０のアノードガス導入マニホールド４２ａに切欠きを形成した点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
図１０は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとをアノード電極側から見た平面図である。図１０（Ａ）は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを積層した状態の図である。図１０（Ｂ）は、アノードセパレータ２０と補強材１４ａとを分解した状態の図である。
図１０に示すように、本実施形態では、アノードセパレータ２０のアノードガス導入マニホールド４２ａに切欠き１００を形成する。この切欠き１００は、ガス拡散部２２に形成される。
図１１は、図１０のXI-XI線に沿う断面図である。
図１１に示すように、アノードセパレータ２０のアノードガス導入マニホールド４２ａに切欠き１００を形成することで、第１実施形態と同様に、ガス拡散部２２の幅より広い幅を有する空間１０１を形成する。
そして、この空間１０１の上底面１０１ａが重力方向に対して略垂直となるように形成し、切欠き１００の外周の一部に水平部１００ａを形成する（図１０参照）。
このような構成であっても、切欠き１００の水平部１００ａに到達した液水が、自重によって、空間１０１に流れ込む。そのため、第１実施形態と同様に、液水をアノードガス導入マニホールド４２ａへと排出することができる。
以上説明した本実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
例えば、アノードガス排出マニホールド４２ｂ及びカソードガス排出マニホールド４３ｂに切欠き１００を設けても良い。
１ 単位セル
１０ 燃料電池スタック
１２ 電解質膜
１３ａ アノード電極（電極）
１３ｂ カソード電極（電極）
１４ａ 補強材
１４ｂ 補強材
２０ アノードセパレータ（セパレータ）
２０ｂ 流路部（ガス流路）
２１ ガス流路（ガス流路部）
２２ ガス拡散部
２４ ディフューザ
３０ カソードセパレータ（セパレータ）
４２ａ アノードガス導入マニホールド（マニホールド、アノードガスマニホールド）
４２ｂ アノードガス排出マニホールド（マニホールド、アノードガスマニホールド）
４３ａ カソードガス導入マニホールド（マニホールド）
４３ｂ カソードガス排出マニホールド（マニホールド）
１００ 切欠き
１０ 燃料電池スタック
１２ 電解質膜
１３ａ アノード電極（電極）
１３ｂ カソード電極（電極）
１４ａ 補強材
１４ｂ 補強材
２０ アノードセパレータ（セパレータ）
２０ｂ 流路部（ガス流路）
２１ ガス流路（ガス流路部）
２２ ガス拡散部
２４ ディフューザ
３０ カソードセパレータ（セパレータ）
４２ａ アノードガス導入マニホールド（マニホールド、アノードガスマニホールド）
４２ｂ アノードガス排出マニホールド（マニホールド、アノードガスマニホールド）
４３ａ カソードガス導入マニホールド（マニホールド）
４３ｂ カソードガス排出マニホールド（マニホールド）
１００ 切欠き
Claims (9)
- 電解質膜と、
前記電解質膜の表裏両面に、電解質膜外縁部が露出するように設けられた電極と、
前記電解質膜外縁部に配置するように前記電解質膜の表裏両面に設けられた補強材と、
前記電極及び前記補強材に重ねられ、各電極に供給する反応ガスが流れる反応ガス流路を含むセパレータと、
を備えた単位セルを水平方向に立設して構成する燃料電池スタックであって、
前記反応ガス流路と連通するように前記単位セルの立設方向に形成され、その反応ガス流路と連通する外周部の一部に水平部を有するマニホールドを備える
ことを特徴とする燃料電池スタック。 - 前記水平部は、前記補強材の前記マニホールドに形成された切欠きの上辺部である
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。 - 前記反応ガス流路は、複数の溝上のガス流路部と、そのガス流路部と前記セパレータに設けられた前記マニホールドとの間に形成されたガス拡散部と、を含み、
前記切欠きは、前記セパレータが前記補強材に重ねられた状態のときに、前記ガス拡散部上に位置するように形成される
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池スタック。 - 前記水平部は、前記セパレータの前記マニホールドに形成された切欠きの上辺部である
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。 - 前記反応ガス流路は、複数の溝上のガス流路部と、そのガス流路部と前記セパレータに設けられた前記マニホールドとの間に形成されたガス拡散部と、を含み、
前記切欠きは、前記ガス拡散部に突出するように形成される
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。 - 前記ガス拡散部は、前記マニホールドから供給・排出される反応ガスを拡散・収束させる複数のディフューザを備え、
前記切欠きは、前記セパレータが前記補強材に重ねられた状態のときに、隣接する前記ディフューザ間に形成される
ことを特徴とする請求項３又は５に記載の燃料電池スタック。 - 前記ガス拡散部は、前記マニホールドから供給・排出される反応ガスを拡散・収束させる複数のディフューザを備え、
前記切欠きは、前記セパレータが前記補強材に重ねられた状態のときに、前記マニホールドと前記ディフューザとの間に形成される
ことを特徴とする請求項３又は５に記載の燃料電池スタック。 - 前記マニホールドは、垂直方向下側に設けられる
ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１つに記載の燃料電池スタック。 - 前記マニホールドは、アノードガスが流れる前記反応ガス流路に連通するアノードガスマニホールドである
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１つに記載の燃料電池スタック。
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