JP2011082040A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料ガス流路から生成水を効率的に排出するとともに、燃料ガスが不要に排出されることを確実に阻止することを可能にする。
【解決手段】燃料電池１０を構成する発電ユニット１２は、第１セパレータ１４、電解質膜・電極構造体１６及び第２セパレータ１８を備える。第１セパレータ１４には、燃料ガス入口連通孔３２ａから燃料ガス出口連通孔３２ｂに連なる燃料ガス流路３６が形成される。燃料ガス流路３６の下流側、すなわち、出口バッファ部４０に、第１セパレータ１４を貫通する複数の貫通孔５０が設けられる。バッファ形状部４８ａには、それぞれ複数の貫通孔５０を一体に覆って水透過膜５２が貼り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され、反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔と、電極面に沿って反応ガスを供給するとともに、前記反応ガス入口連通孔から前記反応ガス出口連通孔に連なる反応ガス流路が形成される燃料電池に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（反応ガス流路）とが設けられている。また、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が、前記セパレータの面方向に沿って設けられている。

燃料電池では、セパレータの積層方向に貫通する反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が前記燃料電池の内部に設けられる、所謂、内部マニホールドを構成する場合がある。

例えば、特許文献１に開示されている燃料電池は、図１１に示すように、高分子膜電解質層と、その両面に触媒金属を担持した触媒層とからなる膜電極接合体（ＭＥＡ）１ａと、このＭＥＡ１ａを挟持する一対のガス拡散層１ｂと、前記ガス拡散層１ｂの外側に配置されるセパレータ２、３とを備えている。

セパレータ２には、一方のガス拡散層１ｂに面して燃料ガスが流通する燃料ガス流路４が形成される一方、セパレータ３には、他方のガス拡散層１ｂに面して空気が流通する酸化剤ガス流路５が形成されている。セパレータ２の外側には、燃料電池スタックを冷却するためのＬＬＣを流通する流路が形成されたＬＬＣプレート６が設置されている。

セパレータ３は、気液透過性の多孔質材が用いられており、ＬＬＣプレート６に面する面３ａには、前記セパレータ３内に純水を充填するための純水流路７が形成されている。純水流路７は、空気入口マニホールド及び空気出口マニホールド近傍の酸化剤ガス流路５に対する位置に構成されている。

これにより、気液透過性のセパレータ３では、空気入口マニホールドから酸化剤ガス流路５に流入した湿度の低い空気が、面３ａに形成された純水流路７からの純水により加湿されて、加湿された空気により膜電極接合体１ａに水分を補給することができる。また、酸化剤ガス流路５の下流側では、燃料電池内での電気化学反応により生成された生成水が凝縮した場合においても、凝縮水は多孔質材を通して、純水流路７に吸引されて、純水出口マニホールドから排出される、としている。

特開２００５−１４９８２７号公報

しかしながら、上記の燃料電池では、燃料ガス流路４には、酸化剤ガス流路５の生成水が逆拡散し易く、前記燃料ガス流路４の下流側に凝縮水が滞留するおそれがある。このため、燃料ガス流路４の下流側が閉塞され、燃料ガスの供給不良が惹起して発電性能が低下するという問題がある。

そこで、燃料ガス流路４側に、上記の酸化剤ガス流路５と同様の構成を採用することが考えられる。ところが、燃料ガス流路４の凝縮水が、多孔質材を通して純水流路に吸引される際、前記燃料ガス流路４の燃料ガスも、前記多孔質材を通して前記純水流路に吸引されてしまう。

これにより、未使用の燃料ガスを含む燃料排ガスが、純水流路に吸引されてしまい、前記燃料ガスを効率的且つ経済的に活用することができないという問題がある。特に、燃料ガス流路４から排出される燃料排ガスを、前記燃料ガス流路４に循環供給するシステムでは、不要に廃棄される燃料ガス量が増大し、極めて不経済であるという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料ガス流路から生成水を効率的に排出するとともに、燃料ガスが不要に排出されることを確実に阻止することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され、反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔と、電極面に沿って反応ガスを供給するとともに、前記反応ガス入口連通孔から前記反応ガス出口連通孔に連なる反応ガス流路が形成される燃料電池に関するものである。

セパレータには、反応ガス流路である燃料ガス流路の下流側に前記セパレータを貫通する貫通孔が設けられるとともに、前記貫通孔には、水透過膜が設けられている。

また、セパレータには、貫通孔に通路部を介して連通し、積層方向に貫通するドレイン連通孔が設けられることが好ましい。

さらに、水透過膜は、毛管凝縮材で構成されることが好ましい。

本発明によれば、燃料ガス流路の下流側に生じた生成水は、水透過膜を透過してセパレータの反対の面側に排出されるため、前記燃料ガス流路の下流側に凝縮水が滞留することを阻止することができる。しかも、セパレータの貫通孔には、水透過膜が設けられており、燃料ガス流路から前記貫通孔を通って燃料ガスが排出されることがない。

これにより、燃料ガス流路から生成水を効率的に排出するとともに、燃料ガスが不要に排出されることを確実に阻止することが可能になる。従って、燃料電池は、良好な発電性能を維持するとともに、燃料ガスの消費量が削減されて経済的な運転が遂行される。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。 前記発電ユニットを構成する第１セパレータの正面説明図である。 前記第１セパレータに設けられる出口バッファ部４０の拡大説明図である。 前記発電ユニットを構成する第２セパレータの正面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータの解斜視説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記発電ユニットを構成する中間セパレータの正面説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記発電ユニットを構成する第１カーボンセパレータの正面説明図である。 従来の燃料電池の説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、発電ユニット１２を備え、複数の前記発電ユニット１２が、例えば、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層されてスタック（例えば、車載用燃料電池スタック）を構成する。なお、発電ユニット１２は、重力方向（鉛直方向）に積層されてもよい。

発電ユニット１２は、図１及び図２に示すように、第１セパレータ（アノード側セパレータ）１４、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６及び第２セパレータ（カソード側セパレータ）１８を備える。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１８は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した縦長形状の金属板により構成される。

第１セパレータ１４及び第２セパレータ１８は、平面が矩形状を有し縦長形状に構成されるとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１８は、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。

電解質膜・電極構造体１６は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード側電極２４及びカソード側電極２６とを備える。アノード側電極２４は、カソード側電極２６よりも小さな表面積を有する、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。

アノード側電極２４及びカソード側電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。

図１に示すように、発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス入口連通孔）３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（反応ガス入口連通孔）３２ａが設けられる。

発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔（反応ガス出口連通孔）３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス出口連通孔）３０ｂが設けられる。

発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３４ａが設けられるとともに、前記発電ユニット１２の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。

第１セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１６に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａから燃料ガス出口連通孔３２ｂに連なる燃料ガス流路（反応ガス流路）３６が形成される。燃料ガス流路３６は、発電面に沿って矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部３６ａと、前記燃料ガス流路３６の入口近傍及び出口近傍に設けられ、それぞれ複数のエンボス３８ａ、４０ａを有する入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０とを備える。

第１セパレータ１４の面１４ｂには、図３に示すように、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部である複数の流路溝部４４ａが形成される。流路溝部４４ａの上下近傍には、それぞれ複数のエンボス３８ａ、４０ａを有するバッファ形状部４６ａ及びバッファ形状部４８ａが設けられる。バッファ形状部４６ａ、４８ａは、後述するように、プレスラインＰＬによって冷却媒体流路４４から遮断される。

第１セパレータ１４は、燃料ガス流路３６の下流側、すなわち、出口バッファ部４０に、前記第１セパレータ１４を貫通する複数の貫通孔５０が設けられる。バッファ形状部４８ａ（又は出口バッファ部４０）には、それぞれ複数の貫通孔５０を一体に覆って一対の水透過膜５２が貼り付けられる。

水透過膜５２は、水分のみを透過して燃料ガス（水素ガス）の透過を阻止するものであり、例えば、毛管凝縮膜（ポリエーテルイミド、アラミド、ポリフェニレンスルホン等）により構成される。この毛管凝縮膜には、１ｎｍ程度の孔が多数設けられており、孔に水分を凝縮させて前記孔を水のみが移動し、凝縮した水が燃料ガスの透過を阻止する。なお、水透過膜５２は、毛管凝縮膜を貼り付けることにより構成されるが、毛管凝縮材を塗布して構成してもよい。

図３に示すように、第１セパレータ１４の面１４ｂには、バッファ形状部４８ａに連通する通路部５４が形成される。通路部５４は、バッファ形状部４８ａの下方に延在してドレイン連通孔５６に連通する。ドレイン連通孔５６は、第１セパレータ１４を貫通するとともに、第２セパレータ１８にも積層方向に貫通して設けられる。ドレイン連通孔５６は、燃料電池１０の外部に配設される希釈器（図示せず）に連通する。

第２セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１６に向かう面１８ａには、図５に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）６０が形成される。酸化剤ガス流路６０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部６０ａと、前記酸化剤ガス流路６０の入口近傍及び出口近傍に設けられる入口バッファ部６２及び出口バッファ部６４とを備える。

第２セパレータ１８の面１８ｂには、図１に示すように、冷却媒体流路４４の一部である複数の流路溝部４４ｂが形成される。流路溝部４４ｂの上下近傍には、それぞれ複数のエンボスを有するバッファ形状部４６ｂ及びバッファ形状部４８ｂが設けられる。

図２に示すように、バッファ形状部４６ａ、４６ｂ及びバッファ形状部４８ａ、４８ｂは、第１セパレータ１４と第２セパレータ１８とが直接積層されてそれぞれのプレスラインＰＬが当接することにより、冷却媒体流路４４から遮断され、冷却媒体の流れが規制される。

図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材６６が、個別に又は一体に設けられる。第２セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材６８が、個別に又は一体に設けられる。

第１セパレータ１４は、燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス流路３６を連通する複数の供給孔部７０ａと、燃料ガス出口連通孔３２ｂ及び前記燃料ガス流路３６を連通する複数の排出孔部７０ｂとを有する。

図５に示すように、第２セパレータ１８は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと酸化剤ガス流路６０との連通部分は、複数の入口側連結流路７２ａ及び複数の出口側連結流路７２ｂを形成する複数の受け部７４ａ、７４ｂを設ける。

発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第２セパレータ１８との間には、冷却媒体流路４４が形成される。

このように構成される燃料電池１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３２ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３４ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１８の酸化剤ガス流路６０に導入される。この酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路６０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１６のカソード側電極２６に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３２ａから供給孔部７０ａを通って第１セパレータ１４の面１４ａ側に移動する。燃料ガスは、燃料ガス流路３６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１６のアノード側電極２４に供給される（図１及び図３参照）。

従って、電解質膜・電極構造体１６では、カソード側電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４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て発電が行われる。

次いで、電解質膜・電極構造体１６のカソード側電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体１６のアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部７０ｂを通って第１セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

また、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、一方の発電ユニット１２を構成する第１セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第２セパレータ１８との間に形成された冷却媒体流路４４に導入される。

このため、冷却媒体入口連通孔３４ａから冷却媒体流路４４に供給される冷却媒体は、矢印Ｂ方向に移動して発電ユニット１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。

ところで、燃料ガス流路３６には、酸化剤ガス流路６０で生成された生成水が電解質膜・電極構造体１６を透過して逆拡散する。このため、燃料ガス流路３６の下流側である出口バッファ部４０には、生成水が凝縮して滞留し易い。

この場合、第１の実施形態では、出口バッファ部４０に、第１セパレータ１４を貫通する複数の貫通孔５０が設けられるとともに、前記貫通孔５０を一体に覆って水透過膜５２が設けられている。

このため、燃料ガス流路３６の下流側に生じた凝縮水は、水透過膜５２を透過して第１セパレータ１４の反対の面１４ｂ側のバッファ形状部４８ａに移動する。図３に示すように、バッファ形状部４８ａには、通路部５４が連通しており、凝縮水は、前記通路部５４を通ってドレイン連通孔５６に排出される。従って、燃料ガス流路３６の下流側に凝縮水が滞留することによる燃料ガスの供給不良を阻止することができる。

しかも、第１セパレータ１４の貫通孔５０には、例えば、毛管凝縮膜により構成される水透過膜５２が設けられ、凝縮水が燃料ガスの透過を阻止している。これにより、燃料ガス流路３６から貫通孔５０を通ってバッファ形状部４８ａに燃料ガスが排出されることを良好に抑制することが可能になる。

このため、第１の実施形態では、燃料ガス流路３６から生成水を効率的に排出するとともに、燃料ガスが不要に廃棄されることを確実に阻止することが可能になる。従って、燃料電池１０は、燃料ガスの供給不良を阻止して良好な発電性能を維持するとともに、燃料ガスの消費量が削減されて経済的な運転が遂行されるという効果が得られる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成する第１セパレータ８０の要部斜視説明図である。

なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。

第１セパレータ８０のバッファ形状部４８ａには、複数の貫通孔５０を一体に覆って水透過膜８２が貼り付けられる。水透過膜８２は、バッファ形状部４８ａと略同一の形状を有するとともに、複数のエンボス４０ａに対応する複数の孔部８４が形成される。

このように構成される第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、水透過膜８２にエンボス４０ａに対応する孔部８４が形成されている。これにより、孔部８４にエンボス４０ａを挿入するだけで、水透過膜８２の位置決めが容易且つ正確に遂行されるという利点がある。

図７に示すように、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池９０は、複数の発電ユニット９２を水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層して構成される。発電ユニット９２は、第１セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６ａ、中間セパレータ９４、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第２セパレータ１８を設ける。

図８に示すように、中間セパレータ９４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面９４ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）９６が形成される。酸化剤ガス流路９６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部９６ａと、前記酸化剤ガス流路９６の入口近傍及び出口近傍に設けられ、それぞれ複数のエンボス９８ａ、１００ａを有する入口バッファ部９８及び出口バッファ部１００とを備える。

図７に示すように、中間セパレータ９４の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面９４ｂには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する燃料ガス流路（反応ガス流路）１０２が形成される。燃料ガス流路１０２は、発電面に沿って矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部１０２ａと、前記燃料ガス流路１０２の入口近傍及び出口近傍に設けられ、それぞれ複数のエンボス９８ａ、１００ａを有する入口バッファ部１０４及び出口バッファ部１０６とを備える。

中間セパレータ９４は、出口バッファ部１０６に、前記中間セパレータ９４を貫通する複数の貫通孔１０８が設けられる。出口バッファ部１００（又は出口バッファ部１０６）には、複数の貫通孔１０８を一体に覆って水透過膜１１０が貼り付けられる。

中間セパレータ９４の面９４ａ、９４ｂには、この中間セパレータ９４の外周端縁部を周回してシール部材１１２が、個別又は一体に設けられる。図８に示すように、シール部材１１２は、出口バッファ部１００に水透過膜１１０を囲繞してこの水透過膜１１０が配置される領域、すなわち、複数の貫通孔１０８が配置される領域を、出口バッファ部１００から隔離するためのシール部１１２ａを有する。

中間セパレータ９４は、燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス流路１０２を連通する複数の供給孔部１１４ａと、燃料ガス出口連通孔３２ｂ及び前記燃料ガス流路１０２を連通する複数の排出孔部１１４ｂとを有する。

このように構成される第３の実施形態では、図７に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから中間セパレータ９４の酸化剤ガス流路９６及び第２セパレータ１８の酸化剤ガス流路６０に導入される。この酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路９６に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード側電極２６に供給されるとともに、酸化剤ガス流路６０に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード側電極２６に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３２ａから第１セパレータ１４の貫通孔７０ａを通って面１４ａ側に移動する。このため、燃料ガスは、貫通孔７０ａに連通する燃料ガス流路３６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給される。

また、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３２ａから中間セパレータ９４の貫通孔１１４ａを通って面９４ｂ側に移動する。従って、燃料ガスは、貫通孔１１４ａに連通する燃料ガス流路１０２に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給される。

これにより、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂでは、カソード側電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４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て発電が行われる。

次いで、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂの各カソード側電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、貫通孔７０ｂを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

また、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、貫通孔１１４ｂを通って中間セパレータ９４の面９４ａ側に導出される。面９４ａ側に導出された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

この場合、第３の実施形態では、燃料ガス流路１０２を構成する出口バッファ部１０６に複数の貫通孔１０８が形成されるとともに、前記複数の貫通孔１０８は、水透過膜１１０に一体に覆われている。このため、燃料ガス流路１０２の下流側に滞留する生成水は、水透過膜１１０を透過して複数の貫通孔１０８を通って酸化剤ガス流路９６側に移動する。

図８に示すように、酸化剤ガス流路９６を構成する出口バッファ部１００側では、水透過膜１１０を囲繞してシール部１１２ａが設けられている。従って、水透過膜１１０を透過した凝縮水は、出口バッファ部１００に導入されることがなく、通路部５４を通ってドレイン連通孔５６に排出される。これにより、第３の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図９に示すように、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池１２０は、複数の発電ユニット１２２を水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層して構成される。発電ユニット１２２は、第１カーボンセパレータ１２４、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１２６及び第２カーボンセパレータ１２８を設ける。

電解質膜・電極構造体１２６は、表面積の大きな固体高分子電解質膜２２の両面に、それぞれ同一表面積を有するカソード側電極２６とアノード側電極２４とが配設される。

第１カーボンセパレータ１２４の電解質膜・電極構造体１２６側の面１２４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する燃料ガス流路（反応ガス流路）１３０が形成される。燃料ガス流路１３０は、発電面に沿って矢印Ｃ方向に延在する複数の直線状流路溝部１３０ａを有する。

第１カーボンセパレータ１２４の面１２４ｂには、図１０に示すように、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路１３２の一部である複数の直線状流路溝部１３２ａが形成される。流路溝部１３２ａは、矢印Ｂ方向に延在する。

燃料ガス流路１３０の下流側には、第１カーボンセパレータ１２４を貫通する複数の貫通孔１３４が形成される。面１２４ｂには、冷却媒体流路１３２の下方に位置し、複数の貫通孔１３４を一体に覆って水透過膜１３６が貼り付けられる。面１２４ｂには、複数の貫通孔１３４に連通する通路部５４が形成されるとともに、前記通路部５４は、下方に延在してドレイン連通孔５６に連通する。なお、水透過膜１３６は、燃料ガス流路１３０の下流側に貼り付けてもよい。

図９に示すように、第２カーボンセパレータ１２８の電解質膜・電極構造体１２６に向かう面１２８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）１３８が形成される。酸化剤ガス流路１３８は、矢印Ｃ方向に延在する複数の直線状流路溝部１３８ａを有する。第２カーボンセパレータ１２８の面１２８ｂには、冷却媒体流路１３２の一部である複数の直線状流路溝部１３２ｂが矢印Ｂ方向に延在して設けられる。

第１カーボンセパレータ１２４の両面には、第１シール部材１４０が個別に又は一体に設けられる一方、第２カーボンセパレータ１２８の両面には、第２シール部材１４２が個別に又は一体に設けられる。図１０に示すように、第１シール部材１４０は、水透過膜１３６を囲繞するシール部１４０ａを有する。

このように構成される第４の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

１０…燃料電池 １２、９２、１２２…発電ユニット
１４、１８、８０…セパレータ
１６、１６ａ、１６ｂ、１２６…電解質膜・電極構造体
２２…固体高分子電解質膜 ２４…アノード側電極
２６…カソード側電極 ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３２ａ…燃料ガス入口連通孔
３２ｂ…燃料ガス出口連通孔 ３４ａ…冷却媒体入口連通孔
３４ｂ…冷却媒体出口連通孔 ３６、１０２、１３０…燃料ガス流路
３６ａ、６０ａ、９６ａ、１０２ａ…波状流路溝部
３８、６２、９８、１０４…入口バッファ部
３８ａ、４０ａ、９８ａ、１００ａ…エンボス
４０、６４、１００、１０６…出口バッファ部
４４ａ、４４ｂ、１３０ａ、１３２ａ、１３２ｂ、１３８ａ…流路溝部
４６ａ、４６ｂ、４８ａ、４８ｂ…バッファ形状部
５０、１０８、１３４…貫通孔
５２、８２、１１０、１３６…水透過膜
５４…通路部 ５６…ドレイン連通孔
６０、９６、１３８…酸化剤ガス流路
９０、１２０…燃料電池 ９２、１２２…発電ユニット
９４…中間セパレータ
１２４、１２８…カーボンセパレータ

Claims (3)

1. 電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層され、反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔と、電極面に沿って反応ガスを供給するとともに、前記反応ガス入口連通孔から前記反応ガス出口連通孔に連なる反応ガス流路が形成される燃料電池であって、
   前記セパレータには、前記反応ガス流路である燃料ガス流路の下流側に該セパレータを貫通する貫通孔が設けられるとともに、
   前記貫通孔には、水透過膜が設けられることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１記載の燃料電池において、前記セパレータには、前記貫通孔に通路部を介して連通し、前記積層方向に貫通するドレイン連通孔が設けられることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池において、前記水透過膜は、毛管凝縮材で構成されることを特徴とする燃料電池。

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