JP2010267495A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率及び発電性能を向上することができる燃料電池を提供する。
【解決手段】膜電極接合体３１の周囲にシールガスケット３２を配設してなるシールガスケット一体型ＭＥＡ３０のカソード側金属多孔体層３３にカソード側セパレータ３９を接触する。ＭＥＡ３０のアノード側にアノード側セパレータ５０を接触する。カソード側セパレータ３９に空気供給用貫通孔３５ｉに連通し、かつカソードオフガス排出用貫通孔３５ｏに連通するガス供給路３９ａを形成する。ガス供給路３９ａに多数のノズル４６を備えた空気供給パイプ４５を収容する。コンプレッサ２５から配管２４に送られた空気を、分流弁４７から分岐配管４８を通して前記空気供給パイプ４５に圧送し、ノズル４６から空気をカソード側金属多孔体層３３のガス流路に吹き付ける。発電によって前記ガス流路に生成された生成水の水滴を、吹付け空気によって排出用貫通孔３５ｏ側に移動させて排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電気自動車等に使用される燃料電池に関するものである。

燃料電池は、水素と酸素との電気化学反応によって発電するようになっており、例えば、プロトン伝導性を有する所定の電解質膜の両面に、それぞれガス拡散電極を接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。

この種の燃料電池として、特許文献１に開示されたものが提案されている。この燃料電池を図９に基づいて説明する。シールガスケット一体型ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ・Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ・Ａｓｓｅｍｂｌｅ）３０は、膜電極接合体３１の周囲にシールガスケット３２を配設して構成されている。膜電極接合体３１は、電解質膜３１ａと、該電解質膜３１ａの両面に接合されたカソード側金属多孔体層３３及びアノード側金属多孔体層３４とにより構成されている。前記膜電極接合体３１の両面にはカソード側セパレータ３９及びアノード側セパレータ５０が接合されている。前記カソード側セパレータ３９は、第１のセパレータ板６１と、ガスケット６２と、第２のセパレータ板６３とを、この順に重ね合わせて接合することによって構成されている。前記第２のセパレータ板６３には多数箇所に空気供給口６４が設けられ、各空気供給口６４と連通するパイプ状の突出部６５が設けられ、各突出部６５の先端が前記カソード側金属多孔体層３３の表面に接触されている。前記カソード側セパレータ３９の一端部には、空気を供給するためのマニホールド６６が設けられ、他端部にはカソードオフガスを排出するためのマニホールド６７が設けられている。そして、前記マニホールド６６から空気を、第１のセパレータ板６１と第２のセパレータ板６３の間のガス供給路６８に供給した後、前記空気供給口６４及び突出部６５から前記カソード側金属多孔体層３３のガス流路に多数箇所で分散して均一に供給するようになっている。電池反応に供された後のカソードオフガスは、前記マニホールド６７から外部に排出されるようになっている。

一方、前記アノード側セパレータ５０には、前記アノード側金属多孔体層３４に水素ガスを供給するための分岐供給路５５が形成され、水素ガス供給用のマニホールド（図示略）から前記分岐供給路５５に水素ガスが供給され、アノード側金属多孔体層３４のガス流路に水素が供給されるようになっている。電池反応に供された後のアノードオフガスは、発電セルの外周部に設けられたアノードオフガス排出用のマニホールド（図示略）から外部に排出されるようになっている。

特開２００８−１４０７２１号公報

上記従来の燃料電池においては、前記第１のセパレータ板６１とガスケット６２の間のガス供給路６８から前記空気供給口６４及び突出部６５を通して空気が前記カソード側金属多孔体層３３のガス流路に供給される。しかし、前記突出部６５から前記カソード側金属多孔体層３３のガス流路に供給される空気の流速は、それほど速いものではないため、燃料電池の発電によってカソード側金属多孔体層３３のガス流路に生成された生成水が該ガス流路の内面に表面張力によって付着して、外部に排出されないので、次のような問題があった。即ち、前記カソード側金属多孔体層３３のガス流路に生成水が水滴となって残留していると、水滴によって空気の供給が妨げられるので、水素と空気中の酸素との電気化学反応が不十分となって発電効率が低下する。又、水滴がガス流路の一部を閉塞してガスの流れを不均一にし、発電性能を低下させるフラッティングと呼ばれる現象が発生する。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発電効率及び発電性能を向上することができる燃料電池を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、電解質膜の両面にそれぞれアノード側及びカソード側のガス拡散電極を接合してなる膜電極接合体を、アノード側及びカソード側のセパレータによって挟持した燃料電池において、アノード側及びカソード側の前記セパレータのうち少なくともカソード側のセパレータの内部に、前記ガス拡散電極のガス流路に供給する反応ガスを流すための反応ガス供給路を設け、該反応ガス供給路にガス供給パイプを収容し、該ガス供給パイプにガスの吹付孔を設け、前記ガス供給パイプの上流側の開口に前記反応ガス供給路内のガスの圧力よりも高圧力の排水用ガスを供給する排水用ガス供給手段を設け、前記吹付孔から高圧力の排水用ガスを前記ガス拡散電極に向かって吹付けるように構成したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記排水用ガス供給手段は、反応ガスとしての空気を前記反応ガス供給路に供給するためのコンプレッサと、該コンプレッサに接続された配管に接続され、かつ前記ガス供給パイプに高圧の空気を分岐して供給するようにした圧力調整可能な分流弁とにより構成されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記ガス供給パイプの上流側の開口には、排水用ガスを供給する専用のコンプレッサ又はガス供給用タンクが接続されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記セパレータには、前記反応ガス供給路を複数の分岐供給路に区画するための複数の突条が設けられ、前記ガス供給パイプは、前記各分岐供給路に収容されていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記吹付孔は前記ガス供給パイプに接続した複数の吹付ノズルによって形成されていることを要旨とする。
（作用）
この発明は、排水用ガス供給手段によって排水用ガスがガス供給パイプに供給され、該パイプに設けられた吹付孔から排水用ガスがカソード側のガス拡散電極に吹付けられる。このためガス拡散電極のガス流路の内面に付着した水滴を吹付けられたガスによってガス流路の下流側に流動させることができる。このため水滴の残留によってカソード側のガス拡散電極のガス流路への反応ガスの供給が妨げられることはなく、発電効率が向上する。又、水滴がガス流路の一部を閉塞してガスの流れを不均一にすることはなく、発電性能を低下させるフラッティングを抑制することができる。

この発明によれば、発電効率及び発電性能を向上することができる。

この発明の燃料電池の一実施形態を示すセルの縦断面図。 ＭＥＡユニットの一部省略斜視図。 カソード側セパレータをカソード側から見た斜視図。 カソード側セパレータを背面側から見た斜視図。 アノード側セパレータをアノード側から見た斜視図。 燃料電池システムのブロック回路図。 この発明の別の実施形態を示す要部拡大縦断面図。 この発明の別の実施形態を示す要部拡大縦断面図。 従来の燃料電池を示す縦断面図。

以下、本発明を具体化した燃料電池の一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図６に示す燃料電池システムの燃料電池スタック１１は、水素と酸素との電気化学反応によって発電するセル１２を複数積層させたスタック構造を有している。積層されたセル１２の両端部には、集電板１３ａ，１３ｂ、絶縁板１４ａ，１４ｂ及びエンドプレート１５ａ，１５ｂが積層されている。

前記燃料電池スタック１１のアノード側の吸気マニホールドには配管１６を介して、高圧の水素を貯蔵した水素タンク１７が接続され、該水素タンク１７から燃料ガスとしての水素が燃料電池スタック１１に供給される。前記配管１６の上流端には水素ガスの圧力を調整するバルブ１８が設けられ、中間部には水素ガスの供給量を調整するレギュレータ１９が設けられている。前記燃料電池スタック１１のアノード側の排気マニホールドには、排出配管２０及び排気バルブ２１が接続され、発電に供された後のアノードオフガスを排気するようになっている。前記配管１６及び排出配管２０には、循環配管２２及びポンプ２３が接続され、前記排気バルブ２１を所定時間だけ閉鎖した状態で前記ポンプ２３によって、アノードオフガスを前記配管１６に循環させることによって、アノードオフガス中に含まれる未反応の水素を効率よく利用できるようにもなっている。

前記燃料電池スタック１１のカソード側の吸気マニホールドには、配管２４を介してコンプレッサ２５が接続されている。該コンプレッサ２５によって圧縮空気が酸素を含有した酸化剤ガスとしてカソード側に供給される。前記燃料電池スタック１１のカソード側の排気マニホールドには、排出配管２６が接続され、発電に供された後のカソードオフガスを外部に排出するようになっている。前記排出配管２６によって、カソードオフガスとともに、燃料電池スタック１１において水素と酸素との電気化学反応によってカソード側に生成された生成水も排出される。

前記燃料電池スタック１１の冷却水の吸入マニホールド及び排出マニホールドには、配管２７、ラジエータ２８及びポンプ２９が接続されている。そして、前記ポンプ２９を作動することによって、後述するように冷却水を燃料電池スタック１１の内部の冷却水の流路に供給し、発電によって生じた熱を吸収して、燃料電池スタック１１を冷却するようになっている。

前記燃料電池スタック１１の運転は、マイクロコンピュータを備えた制御ユニットＵから制御信号を、前記レギュレータ１９、ポンプ２３、コンプレッサ２５及びポンプ２９等に送信することによって制御される。

図１に示すように、前記発電セル１２は、膜電極接合体３１（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ・Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ・Ａｓｓｅｍｂｌｅ）の周囲にシールガスケット３２を配置したシールガスケット一体型ＭＥＡ３０と、該シールガスケット一体型ＭＥＡ３０の両面を挟持するカソード側セパレータ３９及びアノード側セパレータ５０とによって構成されている。以下、シールガスケット一体型ＭＥＡ３０、カソード側セパレータ３９及びアノード側セパレータ５０について順次説明する。
（シールガスケット一体型ＭＥＡ３０）
図２に示すように、シールガスケット一体型ＭＥＡ３０は、矩形形状をなす膜電極接合体３１の周囲にシリコーンゴム製のシールガスケット３２を配置したものである。図１に示すように、膜電極接合体３１を構成するフッ素系の高分子膜よりなる固体電解質膜３１ａの両面には、導電性を有し、かつガス拡散電極として機能するカソード側金属多孔体層３３及びアノード側金属多孔体層３４がそれぞれ配設されている。カソード側金属多孔体層３３及びアノード側金属多孔体層３４には、カソード側セパレータ３９及びアノード側セパレータ５０からそれぞれ供給された空気及び水素を拡散させつつ、カソード及びアノードに供給するガス流路（図示略）が形成されている。前記ガス流路を形成する部材として、例えばラスカットメタル等よりなる金属多孔体がある。これに代えて、カーボンクロス等の導電性及びガス拡散性を有する他の部材を用いてもよい。

図２に示すように、シールガスケット３２の図示上側の長辺部には、空気供給用マニホールドを構成する複数（実施形態では三つ）の空気供給用貫通孔３５ｉが形成され、図示下側の長辺部には、カソードオフガス排出用マニホールドを構成する複数（実施形態では三つ）のカソードオフガス排出用貫通孔３５ｏが形成されている。シールガスケット３２の図示左側の短辺部には、冷却水供給用マニホールドを構成する冷却水供給用貫通孔３７ｉと、水素供給用マニホールドを構成する水素供給用貫通孔３８ｉとが上下に位置するように形成されている。又、シールガスケット３２の図示右側の短辺部には、アノードオフガス排出用マニホールドを構成するアノードオフガス排出用貫通孔３８ｏと、冷却水排出用マニホールドを構成する冷却水排出用貫通孔３７ｏとが上下に位置するように形成されている。
（カソード側セパレータ３９）
図３に示すように、カソード側セパレータ３９は、導電性を有する金属材料により形成されている。前記シールガスケット一体型ＭＥＡ３０のシールガスケット３２及びカソード側金属多孔体層３３と接触される表面には、該多孔体層３３のガス流路に空気（酸素）を酸化剤ガスとして供給するためのガス供給路３９ａが矩形形状に形成されている。前記カソード側セパレータ３９の図示上側の長辺部には、空気供給用マニホールドを構成する複数（前記空気供給用貫通孔３５ｉと対応して三つ）の空気供給用貫通孔４０ｉが前記ガス供給路３９ａの上部と連通するように形成されている。カソード側セパレータ３９の図示下側の長辺部には、図４に示すようにカソードオフガス排出用マニホールドを構成する複数（前記カソードオフガス排出用貫通孔３５ｏと対応して三つ）のカソードオフガス排出用貫通孔４０ｏが前記ガス供給路３９ａの下部と連通するように形成されている。図３に示すように、カソード側セパレータ３９の図示右側の短辺部には、冷却水供給用マニホールドを構成する一つ（前記冷却水供給用貫通孔３７ｉと対応して一つ）の冷却水供給用貫通孔４１ｉと、水素供給用マニホールドを構成する一つ（前記冷却水排出用貫通孔３７ｏと対応して一つ）の水素供給用貫通孔４２ｉとが上下に位置するように形成されている。又、カソード側セパレータ３９の図示左側の短辺部には、アノードオフガス排出用マニホールドを構成する一つ（前記アノードオフガス排出用貫通孔３８ｏと対応して一つ）のアノードオフガス排出用貫通孔４２ｏと、冷却水排出マニホールドを構成する一つ（前記冷却水排出用貫通孔３７ｏと対応して一つ）の冷却水排出用貫通孔４１ｏとが上下に位置するように形成されている。

図３に示すように、前記ガス供給路３９ａの内部には、該ガス供給路３９ａの底面３９ｂから前記カソード側金属多孔体層３３の表面に接触するように、かつ上下方向に指向するように複数（実施形態では６）条の突条４３が互いに平行に一体に形成されている。各突条４３の上端縁は、前記空気供給用貫通孔４０ｉの下側面と対応する位置まで延在され、下端縁はカソードオフガス排出用貫通孔４０ｏの上側面と対応する位置に延在されている。各突条４３の間及び突条４３とガス供給路３９ａの左右端の内側面との間には、複数（実施形態では７つ）の分岐供給路４４が互いに平行に形成されている。このように、前記ガス供給路３９ａは、前記各分岐供給路４４によって複数に分流され、酸化剤ガスが前記カソード側金属多孔体層３３のガス流路に均一に供給されるようにしている。

図３に示すように、前記各分岐供給路４４の内部には、円筒状の空気供給パイプ４５がそれぞれ突条４３と平行に延びた状態で収容されている。前記各空気供給パイプ４５は、カソード側セパレータ３９に図示しないブラケットを介して所定位置に装着されている。各空気供給パイプ４５にはノズル４６が所定のピッチで複数箇所に接続されている。各ノズル４６は分岐供給路４４の内部のガスの流路方向Ｐに関して、先端ほど下流側になるように、かつカソード側金属多孔体層３３を指向するように傾斜されている。空気供給パイプ４５の下端は閉塞されている。前記空気供給パイプ４５は図３の部分拡大断面図に示すように、分岐供給路４４の内壁面の間に隙間ｇが形成されるように配設されている。

図１、図３及び図６に示すように、前記配管２４には、コンプレッサ２５から圧送された空気を前記空気供給用貫通孔４０ｉに供給するとともに、前記各空気供給パイプ４５に分岐して供給するための圧力調整可能な分流弁４７が接続されている。図３に示す前記分流弁４７よりも下流側の配管２４は、三つの前記空気供給用貫通孔４０ｉに空気を供給するために三本に分岐（図示略）されている。前記分流弁４７には前記各空気供給パイプ４５の開口４５ａに接続された複数本の分岐配管４８の上流端が接続されている。そして、前記分流弁４７によって該分流弁４７の下流側の配管２４内の空気の圧力よりも高い圧力に調整された排水用ガスとしての空気が分岐配管４８を通して各空気供給パイプ４５に供給される。従って、ガス供給路３９ａ内の空気の圧力よりも高圧力の空気が空気供給パイプ４５に供給され、前記ノズル４６から高圧力の空気が前記カソード側金属多孔体層３３に向かって吹付けられるようにしている。

この実施形態では、前記空気供給パイプ４５、ノズル４６、配管２４、コンプレッサ２５、分流弁４７及び分岐配管４８等によって、カソード側金属多孔体層３３のガス流路の水滴を排出するための排水用ガス供給手段が構成されている。

図４に示すように、前記カソード側セパレータ３９のシールガスケット一体型ＭＥＡ３０と反対側の表面には、冷却水が流れる冷却水流路３９ｃが形成されている。前記冷却水流路３９ｃと前記冷却水供給用貫通孔４１ｉ及び冷却水排出用貫通孔４１ｏは、連通用の凹部３９ｄによって連通されている。前記冷却水流路３９ｃの底面には、突条３９ｅが水平に、かつ上下方向に複数（実施形態では６）箇所に形成され、各突条３９ｅの間に冷却水を分散して均一に流す冷却水の流路３９ｆが形成されている。そして、流路３９ｆを流れる冷却水により発電セル１２を冷却するようにしている。
（アノード側セパレータ５０）
図５に示すように、前記アノード側セパレータ５０の図示上側の長辺部には、空気供給マニホールドを構成する複数（実施形態では図２に示す空気供給用貫通孔３５ｉと対応して三つ）の空気供給用貫通孔５１ｉが形成されている。アノード側セパレータ５０の図示下側の長辺部には、カソードオフガス排出用マニホールドを構成する複数（実施形態では図２に示すカソードオフガス排出用貫通孔３５ｏと対応して三つ）のカソードオフガス排出用貫通孔５１ｏが形成されている。前記アノード側セパレータ５０の前記ＭＥＡ３０と接触される表面には、前記アノード側金属多孔体層３４のガス流路に空気（酸素）を燃料ガスとして供給するためのガス供給路５０ａが矩形形状に形成されている。アノード側セパレータ５０の図示左側の短辺部には、冷却水供給用マニホールドを構成する一つ（前記冷却水供給用貫通孔３７ｉと対応して一つ）の冷却水供給用貫通孔５３ｉと、水素供給用マニホールドを構成する一つ（前記水素供給用貫通孔３８ｉと対応して一つ）の水素供給用貫通孔５２ｉとが上下に位置するように形成されている。又、アノード側セパレータ５０の図示右側の短辺部には、アノードオフガス排出用マニホールドを構成する一つのアノードオフガス排出用貫通孔５２ｏと、冷却水排出マニホールドを構成する一つの冷却水排出用貫通孔５３ｏとが上下に位置するように形成されている。

前記ガス供給路５０ａの図示左端の下部と前記水素供給用貫通孔５２ｉは、連通用の凹部５０ｂによって連通され、ガス供給路５０ａの図示右端の上部と、前記アノードオフガス排出用貫通孔５２ｏは連通用の凹部５０ｃによって連通されている。

図５に示すように、前記ガス供給路５０ａの内部には、該ガス供給路５０ａの底面５０ｄから前記アノード側金属多孔体層３４の表面に指向するように、かつ左右方向に指向するように複数条の突条５４が互いに平行に一体に形成されている。各突条５４の左端面は、前記水素供給用貫通孔５２ｉから離隔した位置まで延在され、右端面はアノードオフガス排出用貫通孔５２ｏから離隔した位置に延在されている。各突条５４の間及び突条５４とガス供給路５０ａの上下の内側面との間には、互いに平行な複数（実施形態では７つ）の分岐供給路５５が形成されている。このように、ガス供給路５０ａは、前記各分岐供給路５５によって複数に分流され、燃料ガスが前記アノード側金属多孔体層３４のガス流路に均一に供給されるようにしている。

アノード側セパレータ５０のＭＥＡ３０と反対側の表面は、図４に示す冷却水流路３９ｃ、凹部３９ｄ、突条３９ｅ及び流路３９ｆと同様に構成されている。図１には、前記突条３９ｅ及び冷却水の流路３９ｆと同様な機能を有する突条５０ｅ及び流路５０ｆのみを図示して、説明を省略する。

図１に示すように、前記セル１２の空気供給用貫通孔４０ｉ、３５ｉ、５１ｉによって形成された吸気マニホールドには、前記配管２４及びコンプレッサ２５から空気が供給されるようになっている。前記セル１２のカソードオフガス排出用貫通孔４０ｏ、３５ｏ、５１ｏによって形成された排気マニホールドには、前記排出配管２６が接続されている。
（作用）
次に、前記のように構成された燃料電池システムの作用について説明する。

図６に示す燃料電池システムにおいて、制御ユニットＵからの制御信号によって、燃料電池スタック１１が作動される。そして、前記レギュレータ１９が作動されて、前記水素タンク１７から水素ガスが配管１６を通して燃料電池スタック１１の水素ガス供給用のマニホールドに供給されると、この水素ガスは、図１に示すセル１２の分岐供給路５５に供給される。一方、図６に示すコンプレッサ２５が作動されて、配管２４を通して空気が図１に示すセル１２の吸気マニホールドに供給されると、この空気は、カソード側セパレータ３９のガス供給路３９ａに供給される。前記分岐供給路５５に供給された水素は、前記アノード側金属多孔体層３４のガス流路に供給される。前記カソード側セパレータ３９のガス供給路３９ａに供給された空気は、各分岐供給路４４を通して前記カソード側金属多孔体層３３のガス流路に供給される。そして、前記ＭＥＡ３０の電解質膜３１ａを介して、前記水素と空気に含まれる酸化剤ガスとしての酸素とが電気化学反応により反応されて発電が行われる。

上記の電気化学反応に供された水素は、アノードオフガスとして、燃料電池スタック１１に形成された排気マニホールドから排出配管２０を通して外部に排出される。一方、電気化学反応に供された後の酸素は、カソードオフガスとして排出配管２６から外部に排出される。

前述した燃料電池スタック１１による発電によってセル１２のカソード側金属多孔体層３３のガス流路に生成水が生成される。コンプレッサ２５によって配管２４内に圧送された空気は、分流弁４７から分岐配管４８を通して前記各空気供給パイプ４５の上流側の開口４５ａから該パイプ４５の内部に供給される。そして、複数のノズル４６から前記カソード側金属多孔体層３３に向かって吹付けられる。この吹付けられた空気により、カソード側金属多孔体層３３のガス流路の内面に表面張力によって付着された生成水の水滴がカソードオフガス排出用貫通孔４０ｏ側に移動され、排気マニホールドから排出配管２６（図６参照）を通して外部に排出される。生成水の一部は前記電解質膜３１ａを透過してアノード側金属多孔体層３４のガス流路に浸透水として進入する。この浸透水の水滴は、燃料電池スタック１１に形成された排気マニホールドから排出配管２０（図６参照）を通してアノードオフガスとともに外部に排出される。

図６に示すポンプ２９が作動されると、ラジエータ２８によって冷却された冷却水が配管２７及び燃料電池スタック１１の冷却水供給用のマニホールドから各セル１２のカソード側セパレータ３９の冷却水の流路３９ｆ及びアノード側セパレータ５０の冷却水の流路に供給され、発電により生じた熱が冷却水によって吸収され、セル１２が冷却される。冷却水は燃料電池スタック１１の冷却水排出用のマニホールドから配管２７を通してラジエータ２８に流れ、ここで冷却されて、燃料電池スタック１１の冷却に再利用される。

上記実施形態の燃料電池スタック１１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記カソード側セパレータ３９の内部に形成されたガス供給路３９ａを突条４３によって複数の分岐供給路４４とし、各分岐供給路４４の内部に空気供給パイプ４５を収容した。又、空気供給パイプ４５に複数のノズル４６を接続し、空気供給パイプ４５の開口４５ａに分流弁４７から分岐配管４８を通して圧縮空気を供給するようにした。そして、前記ノズル４６から前記カソード側金属多孔体層３３のガス流路に向かって空気を吹付けるようにした。このため、セル１２の発電によって前記カソード側金属多孔体層３３のガス流路の内部に生成された生成水の水滴がガス流路の内面に表面張力により付着されていても、前記吹付け空気によってカソードオフガスとともに排気マニオールドに排出することができる。従って、水滴によって、カソード側金属多孔体層３３のガス流路に酸化剤ガスとしての空気を適正に供給することができ、ガス不足による発電効率の低下を未然に防止することができる。

（２）上記実施形態では、カソード側金属多孔体層３３のガス流路に水滴が残留するのを防止できるので、水滴がガス流路の一部を閉塞してガスの流れを不均一にすることはなく、発電性能を低下させるフラッティングを抑制することができる。

（３）上記実施形態では、図３に示すように、分岐供給路４４に空気供給パイプ４５を、隙間ｇをもって収容したので、該分岐供給路４４と空気供給パイプ４５との隙間ｇを通る空気（酸素）が発電の際の電気化学反応に有効に利用される。
（変更例）
なお、前記各実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。

・図７に示すように、前記空気供給パイプ４５の上流側の開口４５ａに空気供給用配管５６を接続し、該空気供給用配管５６に排水用ガスの専用のコンプレッサ５７を接続するようにしても良い。この実施形態においては、コンプレッサ５７が作動されると、空気供給用配管５６を介して空気供給パイプ４５の内部に高い圧力の圧縮空気が強制的に供給されるので、複数のノズル４６から圧縮空気が前記カソード側金属多孔体層３３に向かって高流速で供給される。このため、前記カソード側金属多孔体層３３のガス流の内部に付着した水滴を効率よく排出することができ、発電効率及び発電性能を向上することができる。

・図８に示すように、前記空気供給パイプ４５の上流側の開口４５ａに配管５８を接続し、該配管５８に例えばドライ窒素を貯蔵した窒素ガスタンク５９を接続する。そして、前記空気供給用配管５６に接続した開閉弁６０を開放することによりドライ窒素を空気供給パイプ４５に供給するようにしてもよい。

・図示しないが、アノード側セパレータ５０の前記分岐供給路５５の内部に前記空気供給パイプ４５及びノズル４６を収容するとともに、空気供給パイプ４５に例えば空気供給用配管５６及びコンプレッサ５７を接続するようにしてもよい。

上記の実施形態においては、前記アノード側金属多孔体層３４のガス流路の内面に付着した水滴（浸透水）を効率よくアノードオフガス排出用のマニホールドに排出することができる。このため、水滴によって、アノード側金属多孔体層３４のガス流路への水素ガスの供給が適正に行われ、発電効率及び発電性能をさらに向上することができる。

・図１に示す空気供給パイプ４５の複数のノズル４６のうちカソード側金属多孔体層３３のガス流路の下流側（図示下側）と対応する例えば２つのノズル４６のみを残し、他のノズル４６を省略してもよい。この場合には、カソード側金属多孔体層３３の下流側が下方に位置する状態において、ガス流路内の水滴がその自重によって下流（下方）側のガス流路に移動し、ガス流路の下部に水滴が多く残留する傾向となるので、この多量の水滴をノズル４６によって排水することにより、発電効率及び発電性能を向上することができる。

・前記空気供給パイプ４５のノズル４６を省略し、空気供給パイプ４５の外周面に吹付孔を形成するようにしてもよい。
・図示しないが、前記膜電極接合体３１を構成する前記電解質膜３１ａと、カソード側金属多孔体層３３及びアノード側金属多孔体層３４との間に、電気化学反応を促進する白金等の触媒を担持した電極触媒層をそれぞれ介在するようにしてもよい。

・前述した各実施形態を可能な範囲で、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

１６，２４，２７，５８…配管、２５，５７…コンプレッサ、３１…膜電極接合体、３９ｅ，４３，５０ｅ，５４…突条、４４，５５…分岐供給路、４５ａ…開口、４７…分流弁。

Claims (5)

1. 電解質膜の両面にそれぞれアノード側及びカソード側のガス拡散電極を接合してなる膜電極接合体を、アノード側及びカソード側のセパレータによって挟持した燃料電池において、
   アノード側及びカソード側の前記セパレータのうち少なくともカソード側のセパレータの内部に、前記ガス拡散電極のガス流路に供給する反応ガスを流すための反応ガス供給路を設け、該反応ガス供給路にガス供給パイプを収容し、該ガス供給パイプにガスの吹付孔を設け、前記ガス供給パイプの上流側の開口に前記反応ガス供給路内のガスの圧力よりも高圧力の排水用ガスを供給する排水用ガス供給手段を設け、前記吹付孔から高圧力の排水用ガスを前記ガス拡散電極に向かって吹付けるように構成したことを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１において、前記排水用ガス供給手段は、反応ガスとしての空気を前記反応ガス供給路に供給するためのコンプレッサと、該コンプレッサに接続された配管に接続され、かつ前記ガス供給パイプに高圧の空気を分岐して供給するようにした圧力調整可能な分流弁とにより構成されていることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１において、前記ガス供給パイプの上流側の開口には、排水用ガスを供給する専用のコンプレッサ又はガス供給用タンクが接続されていることを特徴とする燃料電池。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、前記セパレータには、前記反応ガス供給路を複数の分岐供給路に区画するための複数の突条が設けられ、前記ガス供給パイプは、前記各分岐供給路に収容されていることを特徴とする燃料電池。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、前記吹付孔は前記ガス供給パイプに接続した複数の吹付ノズルによって形成されていることを特徴とする燃料電池。

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