JP2012146524A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、反応面内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記反応面から排出することを可能にする。
【解決手段】燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体２８とカソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２とを備える。カソード側セパレータ３０には、酸化剤ガスを反応面の長手方向に沿って流通させる酸化剤ガス流路３４が設けられるとともに、アノード側セパレータ３２には、燃料ガスを前記反応面の長手方向に沿って流通させる燃料ガス流路３６が設けられる。カソード側セパレータ３０には、反応面の重力方向下方に、電解質膜・電極構造体２８と前記カソード側セパレータ３０との間に位置し、酸化剤ガス流路３４から生成水を排出するためのカソード側排水溝４６が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが水平方向に沿って積層されるとともに、反応面が鉛直姿勢で且つ水平方向に長尺な横長形状を有し、酸化剤ガス又は燃料ガスである反応ガスを前記反応面の長手方向に沿って流通させる反応ガス流路が設けら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、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持している。燃料電池は、通常、複数積層されて燃料電池スタックを構成するとともに、定置用の他、車載用として燃料電池車両に組み込まれることにより、車載用燃料電池システム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、アノード電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路（以下、反応ガス流路ともいう）と、カソード電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（以下、反応ガス流路ともいう）とが設けられている。さらに、各発電セル毎又は複数の発電セル毎に、冷却媒体を流すための冷却媒体流路がセパレータの面方向に沿って設けられている。

この種の燃料電池では、良好なイオン伝導性を確保するために、電解質膜を保湿する必要がある。このため、反応ガスである酸化剤ガス（例えば、空気）や燃料ガス（例えば、水素ガス）を加湿して燃料電池に供給する方式が採用されている。

その際、加湿用の水分が、電解質膜に吸収されずに液状化され、反応ガス流路に滞留する場合がある。一方、燃料電池では、発電反応によりカソード電極に生成水が発生するとともに、アノード電極には、前記生成水が電解質膜を介して逆拡散している。このため、反応ガス流路の重力方向下端側には、重力の作用により水分が凝縮して滞留し易く、凝縮水によるフラッディングが惹起するおそれがある。

そこで、ガスを効果的に排出しながら、排水も効率よく行うことを目的とする燃料電池として、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池が知られている。この燃料電池は、図１１に示すように、枠体１を備えており、この枠体１の一方の面側には、セル２とカソード側流路基板３とが嵌め込まれるとともに、前記枠体１の他方の面側には、アノード側流路基板４が嵌め込まれている。

セル２は、固体高分子電解質２ａにカソード２ｂ及びアノード２ｃを配して構成されている。カソード側流路基板３には、複数のカソード側流路３ａが形成される一方、アノード側流路基板４には、複数のアノード側流路４ａが形成されている。

枠体１の上流部には、一対の水導入マニホールド孔５ａと、前記水導入マニホールド孔５ａをアノード側流路４ａに連通する溝孔５ｂと、一対の燃料ガス導入マニホールド孔６ａと、前記燃料ガス導入マニホールド孔６ａを前記アノード側流路４ａに連通する溝孔６ｂとが形成されている。枠体１の下流部には、一対の燃料ガス導出マニホールド孔７ａと、前記燃料ガス導出マニホールド孔７ａをアノード側流路４ａに連通する溝孔７ｂと、一対の水導出マニホールド孔８ａと、前記水導出マニホールド孔８ａをアノード側流路４ａに連通する溝孔８ｂとが形成されている。

そして、アノード側流路４ａを通過した未反応の燃料ガスは、溝孔７ｂから燃料ガス導出マニホールド孔７ａを通って電池外に排出されるとともに、前記アノード側流路４ａを通過した水は、溝孔８ｂから水導出マニホールド孔８ａを通って電池外に排出されている。

特許第３１２３９９２号公報

しかしながら、上記の特許文献１では、枠体１が燃料ガス流れ方向に沿って相当に長尺化されている。このため、カソード側流路３ａが水平に向くように配置されると、燃料電池全体の高さ方向の寸法が大きくなり、前記燃料電池を車両に搭載する場合の搭載スペースが限定されるという問題がある。

しかも、カソード側流路３ａでは、発電による生成水が発生している。この生成水は、重力方向（矢印Ｇ方向）下方に移動して滞留するおそれがあり、酸化剤ガスの供給不足が惹起され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、簡単な構成で、反応面内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記反応面から排出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が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが水平方向に沿って積層されるとともに、反応面が重力方向に沿った鉛直姿勢で且つ水平方向に長尺な横長形状を有し、酸化剤ガス又は燃料ガスである反応ガスを前記反応面の長手方向に沿って流通させる反応ガス流路が設けられる燃料電池に関するものである。

この燃料電池では、反応面の重力方向下方には、電解質膜・電極構造体とセパレータとの間に位置し、反応ガス流路から生成水を排出するための排水溝が設けられている。

また、この燃料電池では、一方のセパレータと電解質膜・電極構造体の一方の面との間には、酸化剤ガスを反応面の長手方向に沿って流通させる反応ガス流路である酸化剤ガス流路と、前記酸化剤ガス流路の重力方向下方に位置し、前記酸化剤ガス流路から生成水を排出するための一方の排水溝とが形成されるとともに、他方のセパレータと前記電解質膜・電極構造体の他方の面との間には、燃料ガスを前記反応面の長手方向に沿って流通させる前記反応ガス流路である燃料ガス流路と、前記燃料ガス流路の重力方向下方に位置し、前記燃料ガス流路から生成水を排出するための他方の排水溝とが形成されることが好ましい。

さらに、この燃料電池では、電解質膜・電極構造体は、電極の外周を周回する額縁状の枠部材を備え、前記枠部材の前記電極側の端部は、反応ガス流路の下端部と排水溝との連結部位に配置されるとともに、セパレータには、前記連結部位を切り欠いて前記反応ガス流路と前記排水溝とを連通させる連通溝が形成されることが好ましい。

さらにまた、この燃料電池では、反応ガス流路の出口側に連通し、電解質膜・電極構造体とセパレータとの積層方向に貫通する反応ガス出口連通孔を備えるとともに、排水溝と前記反応ガス出口連通孔とを連結する排水路が設けられることが好ましい。

また、この燃料電池では、反応ガス流路の出口側に連通し、電解質膜・電極構造体とセパレータとの積層方向に貫通する反応ガス出口連通孔を備えるとともに、前記反応ガス出口連通孔の下方に隣接し、積層方向に貫通して排水溝に連結される排水連通孔が設けられることが好ましい。

本発明では、水平方向に長尺な反応面に沿って反応ガスが流通されると、反応により水が生成されるとともに、この水は、前記反応面の重力方向下方に滞留し易い。その際、反応面の重力方向下方には、排水溝が設けられており、前記反応面の重力方向下方に移動した水は、前記排水溝に収容されて燃料電池の外部に排出される。

このため、簡単な構成で、反応面内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記反応面から排出することが可能になる。従って、燃料電池は、最適な発電環境を良好に維持することができる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池が組み込まれる燃料電池システムの概略説明図である。 前記燃料電池の分解斜視説明図である。 前記燃料電池の要部断面説明図である。 前記燃料電池を構成するカソード側セパレータの正面説明図である。 前記燃料電池を構成するアノード側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の分解斜視説明図である。 前記燃料電池を構成するカソード側セパレータの正面説明図である。 前記燃料電池を構成するアノード側セパレータの正面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の分解斜視説明図である。 前記燃料電池の要部断面説明図である。 特許文献１に開示された燃料電池の分解斜視説明図である。

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が組み込まれる燃料電池システム１２は、燃料電池スタック１４と、前記燃料電池スタック１４に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１６と、前記燃料電池スタック１４に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１８と、前記燃料電池スタック１４に冷却媒体を供給するための冷却媒体供給装置２０とを備える。燃料電池システム１２は、例えば、車載用燃料電池システムを構成し、図示しない燃料電池車両（燃料電池自動車）に搭載される。

燃料電池スタック１４は、複数の燃料電池１０を積層して構成される。図２及び図３に示すように、各燃料電池１０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をカソード電極２４とアノード電極２６とで挟持した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２８を備える。

カソード電極２４及びアノード電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金（又はＲｕ等）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た電極触媒層とを有する。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。

電解質膜・電極構造体２８は、カソード電極２４及びアノード電極２６の外周を周回する額縁状の枠部材２９を備える。図３に示すように、枠部材２９は、例えば、樹脂枠で構成されるとともに、カソード電極２４及びアノード電極２６の外周から突出する固体高分子電解質膜２２の端縁部を埋設し且つ前記カソード電極２４及び前記アノード電極２６に連続する同一表面を構成する厚さに設定される。すなわち、固体高分子電解質膜２２をカソード電極２４及びアノード電極２６で挟んだＭＥＡ全体の厚さと枠部材２９の厚さとは、同一に設定される。

電解質膜・電極構造体２８は、鉛直方向（矢印Ｃ方向）に面方向を向けて立位姿勢で配置されるとともに、カソード電極２４及びアノード電極２６は、反応面が鉛直姿勢で且つ水平方向（矢印Ｂ方向）に長尺な横長形状を有する。

電解質膜・電極構造体２８は、長尺な横長形状のカソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２で挟持され、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って積層される。カソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２は、例えば、カーボンセパレータ又は金属セパレータで構成される。

カソード側セパレータ３０と電解質膜・電極構造体２８との間には、酸化剤ガス流路（反応ガス流路）３４が設けられるとともに、アノード側セパレータ３２と前記電解質膜・電極構造体２８との間には、燃料ガス流路（反応ガス流路）３６が設けられる。カソード側セパレータ３０とアノード側セパレータ３２との間には、冷却媒体流路３８が設けられる。

図２及び図４に示すように、酸化剤ガス流路３４は、反応面の長手方向（矢印Ｂ方向）に沿って酸化剤ガスを流通させる複数本の流路溝３４ａを有する。流路溝３４ａの流れ方向両端には、バッファ部３４ｂが設けられる。図５に示すように、燃料ガス流路３６は、同様に反応面の長手方向（矢印Ｂ方向）に沿って燃料ガスを流通させる複数本の流路溝３６ａを有する。流路溝３６ａの流れ方向両端には、バッファ部３６ｂが設けられる。

図２に示すように、燃料電池１０には、各燃料電池１０の積層方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス（以下、空気ともいう）を供給する酸化剤ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）４０ａ、燃料ガス、例えば、水素含有ガス（以下、水素ガスともいう）を供給する燃料ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）４２ａ、冷却媒体を供給する冷却媒体供給連通孔４４ａ、前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出連通孔（反応ガス排出連通孔）４０ｂ、前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出連通孔（反応ガス排出連通孔）４２ｂ、及び前記冷却媒体を排出する冷却媒体排出連通孔４４ｂが設けられる。

酸化剤ガス供給連通孔４０ａは、燃料電池１０の長手方向（矢印Ｂ方向）一端側の上方角部に設けられ、燃料ガス供給連通孔４２ａは、前記燃料電池１０の長手方向他端側の上方角部に設けられる。酸化剤ガス排出連通孔４０ｂは、燃料電池１０の長手方向他端側の下方角部に設けられるとともに、燃料ガス排出連通孔４２ｂは、前記燃料電池１０の長手方向一端側の下方角部に設けられる。冷却媒体供給連通孔４４ａは、燃料電池１０の長手方向他端側の中央に設けられる一方、冷却媒体排出連通孔４４ｂは、前記燃料電池１０の長手方向一端の中央に設けられる。

図３及び図４に示すように、カソード側セパレータ３０には、反応面の重力方向下方に位置し、すなわち、酸化剤ガス流路３４の下端よりも下方に位置し、電解質膜・電極構造体２８と前記カソード側セパレータ３０との間に、前記酸化剤ガス流路３４から生成水を排出するためのカソード側排水溝（一方の排水溝）４６が設けられる。

カソード側排水溝４６は、カソード側セパレータ３０の面内を長尺方向（矢印Ｂ方向）に延在して設けられ、前記カソード側排水溝４６と酸化剤ガス排出連通孔４０ｂとは、排水路４８を介して連結される。酸化剤ガス排出連通孔４０ｂの底面は、カソード側排水溝４６よりも距離ｈだけ下方に配置される。なお、カソード側排水溝４６の底面は、排水路４８に向かって水平方向下方に傾斜することにより（図４中、二点鎖線参照）、排水性を一層向上させることができる。

カソード側セパレータ３０には、重力方向の最下位に配置される流路溝３４ａとカソード側排水溝４６との連結部位４９に、該連結部位４９を切り欠いて複数の連通溝５０が形成される。電解質膜・電極構造体２８は、枠部材２９が連結部位４９の少なくとも一部に配置される。

図３及び図５に示すように、アノード側セパレータ３２には、反応面の重力方向下方に位置し、すなわち、燃料ガス流路３６の下端よりも下方に位置し、電解質膜・電極構造体２８と前記アノード側セパレータ３２との間に、前記燃料ガス流路３６から生成水を排出するためのアノード側排水溝（他方の排水溝）５２が設けられる。

アノード側排水溝５２は、アノード側セパレータ３２の面内を長尺方向（矢印Ｂ方向）に延在して設けられ、前記アノード側排水溝５２と燃料ガス排出連通孔４２ｂとは、排水路５４を介して連結される。なお、アノード側排水溝５２は、排水路５４に向かった水平方向下方に傾斜することにより（図５中、二点鎖線参照）、排水性を一層向上させることができる。

アノード側セパレータ３２には、重力方向の最下位に配置される流路溝３６ａとアノード側排水溝５２との連結部位５５に、該連結部位５５を切り欠いて複数の連通溝５６が形成される。電解質膜・電極構造体２８は、枠部材２９が連結部位５５の少なくとも一部に配置される。

図２に示すように、カソード側セパレータ３０には、第１シール部材６０が、一体的又は個別に設けられるとともに、アノード側セパレータ３２には、第２シール部材６２が、一体的に又は個別に設けられる。第１シール部材６０及び第２シール部材６２は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。

図１に示すように、酸化剤ガス供給装置１６は、大気からの空気を圧縮して供給するエアポンプ６４を備え、前記エアポンプ６４が空気供給流路６６に配設される。空気供給流路６６には、供給ガス（供給空気）と排出ガス（排出空気）との間で水分と熱を交換する加湿器６８が配設されるとともに、前記空気供給流路６６は、燃料電池スタック１４の酸化剤ガス供給連通孔４０ａに連通する。

酸化剤ガス供給装置１６は、酸化剤ガス排出連通孔４０ｂに連通する空気排出流路７０を備える。空気排出流路７０は、加湿器６８の加湿媒体通路（図示せず）に連通するとともに、この空気排出流路７０には、エアポンプ６４から空気供給流路６６を通って燃料電池スタック１４に供給される空気の圧力を調整するための開度調整可能な背圧制御弁７２が設けられる。

燃料ガス供給装置１８は、図示しないが、高圧水素を貯留する水素タンクを備える。燃料ガス供給装置１８では、水素タンクから供給される水素ガスを、燃料電池スタック１４に供給し、前記燃料電池スタック１４で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを循環させて、再度、前記燃料電池スタック１４に燃料ガスとして供給する。

冷却媒体供給装置２０は、図示しないが、冷却媒体を燃料電池スタック１４に循環させるために、冷媒ポンプ及びラジエータを備える。

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。

図１に示すように、酸化剤ガス供給装置１６を構成するエアポンプ６４を介して、空気供給流路６６に空気が送られる。この空気は、加湿器６８を通って加湿された後、燃料電池スタック１４の酸化剤ガス供給連通孔４０ａに供給される。加湿された空気は、図２に示すように、燃料電池スタック１４内の各燃料電池１０に設けられている酸化剤ガス流路３４に沿って水平方向に移動することにより、カソード電極２４に供給される。

使用済みの空気は、図１に示すように、酸化剤ガス排出連通孔４０ｂから空気排出流路７０に排出されて加湿器６８に送られる。これにより、使用済みの空気は、加湿媒体として新たに供給される空気を加湿した後、背圧制御弁７２を介して外部に排出される。

一方、燃料ガス供給装置１８から供給される水素ガスは、燃料電池スタック１４の燃料ガス供給連通孔４２ａに供給される。燃料電池スタック１４内に供給された水素ガスは、各燃料電池１０の燃料ガス流路３６に沿って水平方向に移動することにより、アノード電極２６に供給される（図２参照）。

使用済みの水素ガスは、燃料ガス排出連通孔４２ｂから排出されるとともに、カソード電極２４側からの水分が固体高分子電解質膜２２を介してアノード電極２６側に移動し、この水分によって加湿された燃料ガスとして、再度、燃料電池スタック１４に供給される。従って、カソード電極２４に供給される空気とアノード電極２６に供給される水素ガスとが電気化学的に反応して発電が行われる。

また、冷却媒体供給装置２０では、燃料電池スタック１４内に冷却媒体が導入される。冷却媒体は、冷却媒体流路３８に沿って水平方向に移動することにより、燃料電池１０を冷却した後、冷却媒体排出連通孔４４ｂから戻される。

上記のように、燃料電池スタック１４内の各燃料電池１０が発電されると、発電反応により酸化剤ガス流路３４に生成水が発生する。酸化剤ガス流路３４は、水平方向に長尺に形成されており、生成水は、前記酸化剤ガス流路３４の途上から重力下方向に移動して反応面の重力方向下方に滞留し易い。

この場合、第１の実施形態では、図３及び図４に示すように、カソード側セパレータ３０には、酸化剤ガス流路３４の下端よりも下方に位置し、電解質膜・電極構造体２８と前記カソード側セパレータ３０との間に、カソード側排水溝４６が設けられている。このため、酸化剤ガス流路３４の下端側に移動した生成水は、複数の連通溝５０を通ってカソード側排水溝４６に収容された後、排水路４８を介して酸化剤ガス排出連通孔４０ｂに排出される。さらに、生成水は、排出空気と同様に、燃料電池スタック１４の外部である空気排出流路７０に排出される。

これにより、第１の実施形態では、簡単な構成で、反応面内の重力方向下方に滞留し易い生成水を、容易且つ確実に前記反応面から排出することが可能になる。従って、燃料電池１０は、最適な発電環境を良好に維持することができるという効果が得られる。

一方、燃料ガス流路３６には、酸化剤ガス流路３４から固体高分子電解質膜２２を逆拡散した生成水が存在している。この生成水は、燃料ガス流路３６の途上から重力下方向に移動して反応面の重力方向下方に滞留し易い。

ここで、図３及び図５に示すように、アノード側セパレータ３２には、燃料ガス流路３６の下端よりも下方に位置し、電解質膜・電極構造体２８と前記アノード側セパレータ３２との間に、アノード側排水溝５２が設けられている。このため、燃料ガス流路３６の下端側に移動した生成水は、複数の連通溝５６を通ってアノード側排水溝５２に収容された後、排水路５４を介して燃料ガス排出連通孔４２ｂに排出される。さらに、生成水は、排出水素ガスと同様に、燃料電池スタック１４の外部に排出される。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池８０の分解斜視説明図である。

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の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池８０は、電解質膜・電極構造体８２をカソード側セパレータ８４とアノード側セパレータ８６とで挟持する。燃料電池８０には、酸化剤ガス排出連通孔４０ｂの下方に隣接し、積層方向（矢印Ａ方向）に貫通するカソード側排水連通孔８８が設けられるとともに、燃料ガス排出連通孔４２ｂに下方に隣接し、前記積層方向に貫通するアノード側排水連通孔９０が設けられる。

図７に示すように、カソード側セパレータ８４には、カソード側排水溝４６が設けられるとともに、前記カソード側排水溝４６とカソード側排水連通孔８８とは、排水路９２を介して連通する。

図８に示すように、アノード側セパレータ８６には、アノード側排水溝５２が設けられるとともに、前記アノード側排水溝５２とアノード側排水連通孔９０とは、排水路９４を介して連通する。カソード側排水連通孔８８の底面は、カソード側排水溝４６よりも下方に位置することが好ましく、アノード側排水連通孔９０の底面は、アノード側排水溝５２よりも下方に位置することが好ましい。なお、底面位置は、カソード側排水連通孔８８又はアノード側排水連通孔９０のいずれか一方のみが下方に配置されていてもよい。

このように構成される第２の実施形態では、酸化剤ガス流路３４から排水するための専用のカソード側排水連通孔８８と、燃料ガス流路３６から排水するための専用のアノード側排水連通孔９０とが設けられている。これにより、排水処理が個別に遂行される他、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池１００の分解斜視説明図である。

燃料電池１００は、電解質膜・電極構造体１０２をカソード側セパレータ１０４とアノード側セパレータ１０６とで挟持する。電解質膜・電極構造体１０２は、図１０に示すように、固体高分子電解質膜２２ａを備えるとともに、前記固体高分子電解質膜２２ａは、カソード側セパレータ１０４及びアノード側セパレータ１０６と同等の外形寸法を有する。固体高分子電解質膜２２ａの外周縁部には、カソード側セパレータ１０４及びアノード側セパレータ１０６の外周縁部の一部を重ね合わせて保護フイルム（枠部材）１０８が設けられる。

カソード側セパレータ１０４及びアノード側セパレータ１０６には、連結部位４９、５５が設けられるとともに、前記連結部位４９、５５には、連通溝が設けられていない。電解質膜・電極構造体１０２は、多孔質であるガス拡散層を備えるカソード電極２４及びアノード電極２６が、連結部位４９、５５に配置されるため、連通溝を設けなくても、多孔質であるガス拡散層を介して生成水を排出することができる。

このように構成される第３の実施形態では、連結部位４９、５５に連通溝が設けられないため、構成が一層簡素化する他、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

１０、８０、１００…燃料電池 １２…燃料電池システム
１４…燃料電池スタック １６…酸化剤ガス供給装置
１８…燃料ガス供給装置 ２０…冷却媒体供給装置
２２…固体高分子電解質膜 ２４…カソード電極
２６…アノード電極
２８、８２、１０２…電解質膜・電極構造体
２９…枠部材
３０、８４、１０４…カソード側セパレータ
３２、８６、１０６…アノード側セパレータ
３４…酸化剤ガス流路 ３６…燃料ガス流路
３８…冷却媒体流路 ４０ａ…酸化剤ガス供給連通孔
４０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔 ４２ａ…燃料ガス供給連通孔
４２ｂ…燃料ガス排出連通孔 ４４ａ…冷却媒体供給連通孔
４４ｂ…冷却媒体排出連通孔 ４６…カソード側排水溝
４８、５４、９２、９４…排水路 ４９、５５…連結部位
５０、５６…連通溝 ５２…アノード側排水溝
６０、６２…シール部材 ６４…エアポンプ
６８…加湿器 ８８…カソード側排水連通孔
９０…アノード側排水連通孔 １０８…保護フイルム

Claims (5)

1. 電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが水平方向に沿って積層されるとともに、反応面が重力方向に沿った鉛直姿勢で且つ水平方向に長尺な横長形状を有し、酸化剤ガス又は燃料ガスである反応ガスを前記反応面の長手方向に沿って流通させる反応ガス流路が設けられる燃料電池であって、
   前記反応面の重力方向下方には、前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとの間に位置し、前記反応ガス流路から生成水を排出するための排水溝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、一方のセパレータと前記電解質膜・電極構造体の一方の面との間には、前記酸化剤ガスを前記反応面の長手方向に沿って流通させる前記反応ガス流路である酸化剤ガス流路と、
   前記酸化剤ガス流路の重力方向下方に位置し、前記酸化剤ガス流路から生成水を排出するための一方の排水溝と、
   が形成されるとともに、
   他方のセパレータと前記電解質膜・電極構造体の他方の面との間には、前記燃料ガスを前記反応面の長手方向に沿って流通させる前記反応ガス流路である燃料ガス流路と、
   前記燃料ガス流路の重力方向下方に位置し、前記燃料ガス流路から生成水を排出するための他方の排水溝と、
   が形成さ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、前記電解質膜・電極構造体は、前記電極の外周を周回する額縁状の枠部材を備え、
   前記枠部材の前記電極側の端部は、前記反応ガス流路の下端部と前記排水溝との連結部位に配置されるとともに、
   前記セパレータには、前記連結部位を切り欠いて前記反応ガス流路と前記排水溝とを連通させる連通溝が形成されることを特徴とする燃料電池。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記反応ガス流路の出口側に連通し、前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとの積層方向に貫通する反応ガス出口連通孔を備えるとともに、
   前記排水溝と前記反応ガス出口連通孔とを連結する排水路が設けられることを特徴とする燃料電池。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記反応ガス流路の出口側に連通し、前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとの積層方向に貫通する反応ガス出口連通孔を備えるとともに、
   前記反応ガス出口連通孔の下方に隣接し、前記積層方向に貫通して前記排水溝に連結される排水連通孔が設けられることを特徴とする燃料電池。

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