JP2016149320A - 燃料電池単セル - Google Patents

Abstract

【課題】シール性能の低下を抑制する。
【解決手段】板状の発電体２と、発電体２の一方の表面に配置された第１セパレータと、発電体２の他方の表面に配置された第２セパレータと、膜電極接合体５の一方の表面と第１セパレータの背面とによって形成された第１反応ガス用のガス流通路と、ガス供給マニホールドに供給された第１反応ガスをガス流通路に導入するための導入通路１７と、ガス流通路に導入された第１反応ガスをガス排出マニホールドに排出するための排出通路１８と、を備える燃料電池単セル１において、排出通路１８上の第１セパレータには第２セパレータの表面と当接する第１反応ガス用の弾性変形可能なシール用突出部３５の少なくとも一部が形成されており、排出通路１８と連通して毛細管現象によりシール用突出部３５の背面に位置する部分の排出通路１８内の残水を吸水するための吸水通路２１が形成されている。
【選択図】図７

Description

本発明は燃料電池単セルに関する。

従来の燃料電池単セルとして、セパレータのガス排出マニホールド孔の周囲に弾性変形可能なシール用突出部（リブ）を形成し、燃料電池単セルを積層して燃料電池スタックを形成したときに、当該シール用突出部を隣接する単セルのセパレータに当接させることでガスケットにかえてガス排出マニホールドの周囲をシールするように構成されたものがある（特許文献１参照）。

特開２００４−３４２４９３号公報

前述した従来の燃料電池単セルのように、燃料電池スタックを形成したときにセパレータに形成した弾性変形可能なシール用突出部によってガス排出マニホールドの周囲をシールする場合、シール用突出部の背面側の一部の空間が、ガス流通路とガス排出マニホールドとを連通させる排出通路の一部となる。そのため、排出通路内に水が溜まった状態で燃料電池スタックが放置されると、氷点下時に排出通路内の残水が凍結、膨張し、凍結した水によってシール用突出部が内部（背面側）から圧迫されて、シール用突出部が長期間変形した状態のままとなる場合がある。その結果、従来の燃料電池単セルでは、シール用突出部が塑性変形してシール性能が低下するおそれがあった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、燃料電池スタックの放置期間中に排出通路内に残水が溜まるのを抑制できる燃料電池単セルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、第１反応ガス及び第２反応ガスの電気化学反応により起電力を発生し、積層すると積層方向に延びる第１反応ガス用のガス供給マニホールド及びガス排出マニホールドが形成される燃料電池単セルが、膜電極接合体及び膜電極接合体の周囲を保持する枠体を含む板状の発電体と、発電体の一方の表面に配置された第１セパレータと、発電体の他方の表面に配置された第２セパレータと、膜電極接合体の一方の表面と第１セパレータの背面とによって形成された第１反応ガス用のガス流通路と、枠体の一方の表面と第１セパレータの背面とによって形成され、燃料電池単セルを積層したときにガス供給マニホールド及びガス流通路と連通してガス供給マニホールドに供給された第１反応ガスをガス流通路に導入するための導入通路と、枠体の一方の表面と第１セパレータの背面とによって形成され、燃料電池単セルを積層したときにガス流通路及びガス排出マニホールドと連通してガス流通路に導入された第１反応ガスをガス排出マニホールドに排出するための排出通路と、を備え、排出通路上の第１セパレータには、燃料電池単セルを積層したときに第２セパレータの表面と当接する第１反応ガス用の弾性変形可能なシール用突出部の少なくとも一部が形成されており、排出通路と連通して毛細管現象によりシール用突出部の背面に位置する部分の排出通路内の残水を吸水するための吸水通路が、枠体の一方の表面と第１セパレータの背面とによって形成されている。

本発明のこの態様によれば、燃料電池スタックの放置期間中において、排出通路内の残水を当該排出通路と連通する吸水通路に毛細管現象によって引き込み、吸水通路内に保持しておくことができる。よって、燃料電池スタックの放置期間中に排出通路、特にシール用突出部の背面に位置する部分の排出通路内に残水が溜まるのを抑制できる。

図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池単セルの平面図である。 図２は、本発明の第１実施形態による燃料電池単セルの分解平面図である。 図３は、本発明の第１実施形態による燃料電池単セルを積層して燃料電池スタックを形成した場合における図１のIII-III線に対応する箇所の断面図である。 図４は、本発明の第１実施形態による燃料電池単セルを積層して燃料電池スタックを形成した場合における図１のIV-IV線に対応する箇所の断面図である。 図５は、本発明の第１実施形態による燃料電池単セルを積層して燃料電池スタックを形成した場合における図１のV-V線に対応する箇所の断面図である。 図６は、本発明の第１実施形態による燃料電池単セルを積層して燃料電池スタックを形成した場合における図１のVI-VI線に対応する箇所の断面図である。 図７は、燃料電池スタックが車両等に搭載された状態での本発明の第１実施形態による燃料電池単セルの発電体のみを示した図である。 図８は、本発明の第２実施形態による燃料電池単セルの発電体の平面図である。 図９は、燃料電池スタックが車両等に搭載された状態での本発明の第３実施形態による燃料電池単セルの発電体のみを示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施形態）
図１から図７を参照して本発明の第１実施形態による燃料電池単セル（以下「単セル」という。）１の構成について説明する。

まず、図１から図３を参照して本実施形態による単セル１の構成について説明する。図１は、単セル１の平面図である。図２は、単セル１の分解平面図である。図３は、単セル１を積層して燃料電池スタック１００を形成した場合における図１のIII-III線に対応する箇所の断面図である。

単セル１は、酸化剤ガスとしての空気と、燃料ガスとしての水素と、の電気化学反応により起電力を発生する固体高分子型燃料電池であって、図１及び図２に示すように、板状の発電体２と、発電体２の一方の表面に配置される第１セパレータ３と、発電体２の他方の表面に配置される第２セパレータ４と、を備える。図２において、第１セパレータ３に関してはその表面が図示され、第２セパレータ４に関してはその背面が図示されている。

発電体２は、膜電極接合体５と、膜電極接合体５の周囲を保持する枠体６と、を備える。

膜電極接合体５は、固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜（電解質膜）の両面に、白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材で形成された電極をそれぞれ配置して一体化したものである。この電極の一方に空気が供給され、他方に水素が供給されると、膜電極接合体５内で電気化学反応が生じて起電力が生じる。

枠体６は、膜電極接合体５と一体化されており、その厚みは膜電極接合体５の厚みと略同等である。

枠体６には、その長手方向一端側（図２の右側）に、図１に示す単セル１の空気供給孔１１ｉ、冷却水排出孔１２ｏ及び水素排出孔１３ｏに対応する３つの貫通孔６１ｉ，６２ｏ，６３ｏが形成され、その長手方向他端側（図２の左側）に、図１に示す単セル１の水素供給孔１３ｉ、冷却水供給孔１２ｉ及び空気排出孔１１ｏに対応する３つの貫通孔６３ｉ，６２ｉ，６１ｏが形成される。

また、枠体６の一方の表面には、図２に実線で示す通り、貫通孔６１ｉから膜電極接合体５の長手方向一端部に向かって短手方向の幅が徐々に拡がる凹部６４と、膜電極接合体５の長手方向他端部から貫通孔６１ｏに向かって短手方向の幅が徐々に狭くなる凹部６５と、が形成される。そして枠体６の一方の表面には、さらに凹部６５と連通する溝状の凹部６６が形成されている。

一方、枠体６の他方の表面には、図２に破線で示す通り、貫通孔６３ｉから膜電極接合体５の長手方向他端部に向かって短手方向の幅が徐々に拡がる凹部６７と、膜電極接合体５の長手方向一端部から貫通孔６３ｏに向かって短手方向の幅が徐々に狭くなる凹部６８と、が形成されている。

第１セパレータ３は、ステンレス等の金属やカーボン樹脂等の導電性及びガス不透過性に優れた材料からなる板状の部材であって、その背面が発電体２の一方の表面と当接する。

第１セパレータ３には、膜電極接合体５と対面する中央の領域に、長手方向に沿う溝３４が短手方向に所定の間隔を空けて複数形成されている。各溝３４は、図３にも示すように、第１セパレータ３を発電体２の一方の表面に配置したときに、膜電極接合体５の一方の表面と、溝３４が形成された部分の第１セパレータ３の背面と、の間に空気流通路１４としての空間が生じるように、例えば第１セパレータ３に対してプレス加工を施すことによって、第１セパレータ３が膜電極接合体５と当接している当接面から第１セパレータ３を部分的に突出させることで形成される。すなわち、単セル１の空気流通路１４は、膜電極接合体５の一方の表面と、溝３４が形成された部分の第１セパレータ３の背面と、によって形成される。

また、第１セパレータ３には、その長手方向一端側に、単セル１の空気供給孔１１ｉ、冷却水排出孔１２ｏ及び水素排出孔１３ｏに対応する３つの貫通孔３１ｉ，３２ｏ，３３ｏが形成され、その長手方向他端側に、単セル１の水素供給孔１３ｉ、冷却水供給孔１２ｉ及び空気排出孔１１ｏに対応する３つの貫通孔３３ｉ，３２ｉ，３１ｏが形成される。

さらに、第１セパレータ３には、貫通孔３１ｉ，３１ｏ，３３ｉ，３３ｏの周囲と、貫通孔３２ｉ、膜電極接合体５と対面する中央の領域及び貫通孔３２ｏを一まとめにした領域の周囲と、をそれぞれ取り囲む弾性変形可能なシール用突出部３５が形成される。以下では、この第１セパレータ３に形成されたシール用突出部３５のことを「第１シール用突出部３５」という。第１シール用突出部３５の断面形状は全て同じであり、図３には貫通孔３２ｉ、膜電極接合体５と対面する中央の領域及び貫通孔３２ｏを一まとめにした領域の周囲を取り囲む第１シール用突出部３５の断面が示されている。

図３にも示すように、第１シール用突出部３５は、第１セパレータ３を発電体２の一方の表面に配置したときに、枠体６の一方の表面と、第１シール用突出部３５が形成された部分の第１セパレータ３の背面と、の間に空間が生じるように、例えば第１セパレータ３に対してプレス加工を施すことによって、第１セパレータ３が枠体６と当接している当接面から第１セパレータ３を部分的に突出させることで形成される。

そして第１シール用突出部３５は、第１セパレータ３が枠体６と当接している当接面と略平行な平坦部３５１と、平坦部の中央を部分的に突出させることで形成された突起部３５２と、を備える。突起部３５２は、第１セパレータ３を表面から見たときに、第１シール用突出部３５の平坦部中央に連続した線状となるように形成されている。

第２セパレータ４は、ステンレス等の金属やカーボン樹脂等の導電性及びガス不透過性に優れた材料からなる板状の部材であって、その背面が発電体２の他方の表面と当接する。

第２セパレータ４には、膜電極接合体５と対面する中央の領域に、長手方向に沿う溝４４が短手方向に所定の間隔を空けて複数形成されている。各溝４４は、図３にも示すように、第２セパレータ４を発電体２の他方の表面に配置したときに、膜電極接合体５の他方の表面と、溝が形成された部分の第２セパレータ４の背面と、の間に水素流通路１５としての空間が生じるように、例えば第２セパレータ４に対してプレス加工を施すことによって、第２セパレータ４が膜電極接合体５と当接している当接面から第２セパレータ４を部分的に突出させることで形成される。すなわち、単セル１の水素流通路１５は、膜電極接合体５の他方の表面と、溝が形成された部分の第２セパレータ４の背面と、によって形成される。

そして、燃料電池スタック１００を形成するときは、図３に示すように、溝３４が形成された部分の第１セパレータ３の表面と、溝４４が形成された部分の第２セパレータ４の表面と、が当接するように各単セル１が積層される。これにより、第１セパレータ３の表面と第２セパレータ４の表面とによって区画された冷却水流通路１６が形成される。

また、第２セパレータ４には、その長手方向一端側に、単セル１の空気供給孔１１ｉ、冷却水排出孔１２ｏ及び水素排出孔１３ｏに対応する３つの貫通孔４１ｉ，４２ｏ，４３ｏが形成され、その長手方向他端側に、単セル１の水素供給孔１３ｉ、冷却水供給孔１２ｉ及び空気排出孔１１ｏに対応する３つの貫通孔４３ｉ，４２ｉ，４１ｏが形成される。

さらに、第２セパレータ４には、各貫通孔４１ｉ，４１ｏ，４３ｉ，４３ｏの周囲と、貫通孔４２ｉ、膜電極接合体５と対面する中央の領域及び貫通孔４２ｏを一まとめにした領域の周囲と、をそれぞれ取り囲む弾性変形可能なシール用突出部４５が形成される。以下では、この第２セパレータ４に形成されたシール用突出部４５のことを「第２シール用突出部４５」という。第２シール用突出部４５の断面形状は全て同じであり、図３には貫通孔４２ｉ、膜電極接合体５と対面する中央の領域及び貫通孔４２ｏを一まとめにした領域の周囲を取り囲む第２シール用突出部４５の断面が示されている。

図３にも示すように、第２シール用突出部４５は、第２セパレータ４を発電体２の他方の表面に配置したときに、枠体６の他方の表面と、第２シール用突出部４５が形成された部分の第２セパレータ４の背面と、の間に空間が生じるように、例えば第２セパレータ４に対してプレス加工を施すことによって、第２セパレータ４が発電体２の枠体６と当接している当接面から第２セパレータ４を部分的に突出させることで形成される。

そして第２シール用突出部４５は、第２セパレータ４が発電体２の枠体６と当接している当接面と略平行な平坦部４５１を備える。燃料電池スタック１００を形成するときは、この第２シール用突出部４５の平坦部４５１と、第１シール用突出部３５の突起部３５２と、が当接するように各単セル１が積層される。

各単セル１が積層されると、各単セル１には隣接する単セル１から積層方向の荷重が加わるため、第１シール用突出部３５の突起部３５２と第２シール用突出部４５の平坦部４５１とが互いに当接した状態で、第１シール用突出部３５と第２シール用突出部４５とがそれぞれ弾性変形しながら互いに押し付け合う。これにより、第１シール用突出部３５の突起部３５２と第２シール用突出部４５の平坦部４５１とが互いに当接した状態が保持され、第１シール用突出部３５の突起部３５２と第２シール用突出部４５の平坦部４５１とで線シールがなされることになる。

続いて、図１から図３に加えて図４から図７も参照して本実施形態による単セル１の構成についてさらに説明する。

図４は、単セル１を積層して燃料電池スタック１００を形成した場合における図１のIV-IV線に対応する箇所の断面図である。

図４に示すように、単セル１が積層されると、単セル１の空気供給孔１１ｉの周囲が第１シール用突出部３５と第２シール用突出部４５とによって線シールされ、単セル積層方向に延びる空気供給マニホールド１０１が形成される。同様に、単セル１の空気排出孔１１ｏの周囲が第１シール用突出部３５と第２シール用突出部４５とによって線シールされ、単セル積層方向に延びる空気排出マニホールド１０２が形成される。

そして本実施形態では、第１セパレータ３が配置される枠体６の一方の表面に、空気供給孔１１ｉ（貫通孔６１ｉ）から膜電極接合体５の長手方向一端部に向かう凹部６４を形成しているため、枠体６に形成された凹部６４の表面と、第１セパレータ３の背面と、の間に空気導入通路１７としての空間が生じる。空気導入通路１７は、図４に示すように空気供給マニホールド１０１及び空気流通路１４に連通しているため、空気供給マニホールド１０１に供給された空気は、空気導入通路１７を介して空気流通路１４に導入される。

このように空気導入通路１７は、枠体６に形成された凹部６４の表面と、第１セパレータ３の背面と、によって形成され、各単セル１を積層して燃料電池スタック１００を形成したときに、空気供給マニホールド１０１及び空気流通路１４と連通して空気供給マニホールド１０１に供給された空気を吸気流通路１４に導入するための通路である。

また本実施形態では、第１セパレータ３が配置される枠体６の一方の表面に、膜電極接合体５の他端部から空気排出孔１１ｏ（貫通孔６１ｏ）に向かう凹部６５を形成しているため、枠体６に形成された凹部６５の表面と、第１セパレータ３の背面と、の間に空気排出通路１８としての空間が生じる。空気排出通路１８は、図４に示すように空気流通路１４及び空気排出マニホールド１０２に連通しているため、空気流通路１４に導入された空気は、水分を含むカソードオフガスとなって空気排出通路１８から空気排出マニホールド１０２に排出される。

このように空気排出通路１８は、枠体６に形成された凹部６５の表面と、第１セパレータ３の背面と、によって形成され、各単セル１を積層して燃料電池スタック１００を形成したときに、空気流通路１４及び空気排出マニホールド１０２と連通して空気流通路１４に導入された空気を空気排出マニホールド１０２に排出するための通路である。

図５は、単セル１を積層して燃料電池スタック１００を形成した場合における図１のV-V線に対応する断面図である。

図５に示すように、単セル１が積層されると、単セル１の水素供給孔１３ｉの周囲が第１シール用突出部３５と第２シール用突出部４５とによって線シールされ、単セル積層方向に延びる水素供給マニホールド１０３が形成される。同様に、単セル１の水素排出孔１３ｏの周囲が第１シール用突出部３５と第２シール用突出部４５とによって線シールされ、単セル積層方向に延びる水素排出マニホールド１０４が形成される。

そして本実施形態では、第２セパレータ４が配置される枠体６の他方の表面に、水素供給孔１３ｉ（貫通孔６３ｉ）から膜電極接合体５の長手方向他端部に向かう凹部６７を形成しているため、枠体６に形成された凹部６７の表面と、第２セパレータ４の背面と、の間に水素導入通路１９としての空間が生じる。水素導入通路１９は、図５に示すように水素供給マニホールド１０３及び水素流通路１５に連通しているため、水素供給マニホールド１０３に供給された水素は、水素導入通路１９を介して水素流通路１５に導入される。

また本実施形態では、第２セパレータ４が配置される枠体６の他方の表面に、膜電極接合体５の長手方向一端部から水素排出孔１３ｏ（貫通孔６３ｏ）に向かう凹部６８を形成しているため、枠体６に形成された凹部６８の表面と、第２セパレータ４の背面と、の間に水素排出通路２０としての空間が生じる。水素排出通路２０は、図５に示すように水素流通路１５及び水素排出マニホールド１０４に連通しているため、水素流通路１５に導入された水素は、アノードオフガスとなって水素排出通路２０から水素排出マニホールド１０４に排出される。

図６は、単セル１を積層して燃料電池スタック１００を形成した場合における図１のVI-VI線に対応する断面図である。

図６に示すように、単セル１が積層されると、単セル１の冷却水供給孔１２ｉの周囲が第１シール用突出部３５と第２シール用突出部４５とによって線シールされ、単セル積層方向に延びる冷却水供給マニホールド１０５が形成される。同様に、単セル１の冷却水排出孔１２ｏの周囲が第１シール用突出部３５と第２シール用突出部４５とによって線シールされ、単セル積層方向に延びる冷却水排出マニホールド１０６が形成される。

そして冷却水供給マニホールド１０５及び冷却水排出マニホールド１０６は、それぞれ第１セパレータ３の表面と第２セパレータ４の表面とによって区画形成された冷却水流通路１６と連通しているため、冷却水供給マニホールド１０５から冷却水流通路１６に導入された冷却水は、冷却水流通路１６を流れて冷却水排出マニホールド１０６から排出される。

ここで図４に示すように、本実施形態では、燃料電池スタック１００を形成したときに、ガスケット等を使用せずに第１セパレータ３に形成した第１シール用突出部３５と第２セパレータ４に形成した第２シール用突出部４５とによって空気排出孔１１ｏの周囲をシールしている。そのため、第１シール用突出部３５の背面側の一部の空間が、空気排出通路１８の一部となる。

空気排出通路１８には、電気化学反応によって生じた生成水が空気流通路１４から排出される。そのため、空気排出通路１８には水が溜まりやすく、空気排出通路１８内に水が溜まった状態で燃料電池スタック１００の発電が停止され、そのまま長時間放置される場合がある。また、放置中に結露した水が空気排出通路１８内に溜まる場合もある。

空気排出通路１８内に水が溜まった状態で燃料電池スタック１００が放置されると、氷点下時に空気排出通路１８内の残水が凍結、膨張し、第１セパレータ３が背面側から圧迫される。このとき、第１シール用突出部３５の背面に位置する部分の空気排出通路１８内で残水が凍結すると、凍結した残水によって第１シール用突出部３５が内部（背面側）から圧迫されて、第１シール用突出部３５が長期間変形した状態のままとなる。その結果、第１シール用突出部３５が塑性変形してシール性能が低下するおそれがある。

したがって、シール性能の低下を抑制するには、空気排出通路１８、特に第１シール用突出部３５の背面に位置する部分の空気排出通路１８内に水が溜まった状態で燃料電池スタック１００が放置されるのを抑制する必要がある。

そこで本実施形態では、図２に示すように、枠体６の一方の表面に、燃料電池スタック１００を形成したときに凹部６５と連通する溝状の凹部６６を形成したのである。これにより、図３に示すように、第１セパレータ３を発電体２の一方の表面に配置したときに、枠体６に形成された溝状の凹部６６の表面と、第１セパレータ３の背面と、によって吸水通路２１が形成される。

この吸水通路２１は、燃料電池スタック１００の発電が停止されて放置されているときに、毛細管現象により第１シール用突出部３５の背面側の空気排出通路１８内の残水を吸水通路２１に吸い込むことができるように、凹部６５に対する接続位置や、深さ及び幅が設定されている。具体的には以下の通り設定されている。

図７は、燃料電池スタック１００が例えば車両等に搭載された状態での本実施形態による単セル１の発電体２のみを示した図である。図７に示すように、本実施形態では、単セル１の積層方向が水平方向と平行となるように、かつ、空気排出マニホールド１０２が空気供給マニホールド１０１よりも重力方向下側となるように燃料電池スタック１００が車両等に搭載されている。なお、図７の破線は、第１シール用突出部３５が形成されている位置を示したものである。

図７に示すように、本実施形態による吸水通路２１は、第１シール用突出部３５の背面に位置する部分の空気排出通路１８から重力方向下側に延び、その後、長手方向に沿って延びる溝状の通路となっており、その幅は空気流通路１４の幅以下に設定されている。また、吸水通路２１の断面積が同じでもアスペクト比に応じて毛細管現象の効果が異なるので、吸水通路２１の深さは、設定した幅に応じて毛細管現象が強く生じる深さに設定されている。

これにより、燃料電池スタック１００の発電が停止されて放置されている間に、第１シール用突出部３５の背面に位置する部分の空気排出通路１８内の残水を重力によって吸水通路２１に導入でき、さらに毛細管現象によって残水を吸水通路２１の奥側へ吸い込んで吸水通路２１に残水を保持しておくことができる。よって、燃料電池スタック１００の放置期間中に、空気排出通路１８内、特に第１シール用突出部３５の背面に位置する部分の空気排出通路１８内に残水が溜まるのを抑制できるので、残水の凍結に起因するシール性能の低下を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図８を参照して本発明の第２実施形態による単セル１について説明する。本実施形態による単セル１は、吸水通路２１が空気供給マニホールド１０１と連通している点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。

図８は、本実施形態による単セル１の発電体２の平面図である。

図８に示すように、本実施形態による単セル１の発電体２の枠体６の一方の表面には、空気排出通路１８用の凹部６５から、単セル１の空気供給孔１１ｉに対応する貫通孔６１ｉに至るまで吸水通路２１用の溝状の凹部６６が形成されている。これにより、一端が空気用排出通路１８に連通し、他端が空気供給マニホールド１０１に連通する吸水通路２１が形成される。このように吸水通路２１の他端を空気供給マニホールド１０１と連通させることで以下の効果が得られる。

すなわち、前述した第１実施形態では、吸水通路２１の他端が閉口端となっているので、燃料電池スタック１００の放置中に吸水通路２１に吸い込まれて保持された残水を吸水通路２１から排出するには、燃料電池スタック１００の発電中の熱や、外部から供給した熱を利用して吸水通路２１内の残水を蒸発させる必要がある。そのため、燃料電池スタック１００の発電を停止した場合に、前回の放置中に吸水通路２１に吸い込まれた残水が吸水通路２１に残ったままになっている場合がある。この場合、吸水通路２１に吸い込むことのできる空気排出通路１８内の残水量が減少してしまう。

これに対して本実施形態によれば、吸水通路２１の他端が空気供給マニホールド１０１に連通しているので、燃料電池スタック１００の発電中に空気供給マニホールド１０１から吸水通路２１に空気を導入し、吸水通路２１内の残水を空気排出通路１８から空気排出マニホールド１０２に排出することができる。そのため、燃料電池スタック１００の放置中に、空気排出通路１８内の残水を確実に吸水通路２１に吸い込むことができるので、空気排出通路１８内で残水が凍結することに起因するシール性能の低下を確実に抑制することができる。

なお、本実施形態においては、空気供給マニホールド１０１から吸水通路２１に導入される吸気流量を調整するために、例えば吸水通路２１の幅の一部を狭くしても良い。これにより、燃料電池スタック１００の発電中に吸水通路２１に必要以上の空気が導入されるのを抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、図９を参照して本発明の第３実施形態による単セル１について説明する。本実施形態による単セル１は、２本の吸水通路２１ａ，２１ｂを備える点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。

図９は、燃料電池スタック１００が例えば車両等に搭載された状態での本実施形態による単セル１の発電体２のみを示した図である。

前述した第１実施形態では、単セル１の積層方向が水平方向と平行となるように燃料電池スタック１００を車両等に搭載していた。

これに対して本実施形態では、単セル１の積層方向が重力方向と平行となるように燃料電池スタック１００が車両等に搭載されている。この場合、車両が停止された場所に応じて燃料電池スタック１００の傾きが変化するので、単セル１の短手方向一端側が他端側よりも重力方向下側となったり上側となったりする。

そこで本実施形態では、第１実施形態と同様の吸水通路、すなわち、空気排出通路１８から短手方向一端側に延び、その後、長手方向に沿って延びる溝状の第１吸水通路２１ａに加えて、空気排出通路１８から短手方向他端側に延び、その後、長手方向に沿って延びる溝状の第２吸水通路２１ｂを形成する。

これにより、車両が停止された場所、すなわち燃料電池スタック１００の傾きによらず、第１吸水通路２１ａ又は第２吸水通路２１ｂのいずれかが、第１シール用突出部３５の背面に位置する部分の空気排出通路１８から重力方向下側に延び、その後、長手方向に沿って延びる溝状の通路となる。

したがって本実施形態によれば、単セル１の積層方向が重力方向と平行となるように燃料電池スタック１００が車両等に搭載された場合であっても、第１吸水通路２１ａ又は第２吸水通路２１ｂのいずれかに空気排出通路１８内の残水を吸い込ませることができるので、残水の凍結に起因するシール性能の低下を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば上記の各実施形態では、第１セパレータ側に空気を導入し、第２セパレータ側に水素を導入していたが、第１セパレータ側に水素を導入し、第２セパレータ側に空気を導入しても良い。

また上記の各実施形態において、空気排出通路１８と連通する吸水通路２１に加えて、水素排出通路２０と連通する吸水通路を設けても良い。

また上記の各実施形態では、枠体６に凹部６５，６６を形成していたが、枠体６に凹部６５，６６を設けずに、第１セパレータ３側に凹部６５、６６と同様の凹部を設けて吸水通路２１を形成するようにしても良い。また、枠体６及び第１セパレータ３の双方に凹部６５，６６に対応する凹部を設けて吸水通路２１を形成するようにしても良い。

１ 燃料電池単セル
２ 発電体
３ 第１セパレータ
４ 第２セパレータ
５ 膜電極接合体
６ 枠体
１４ 空気流通路（ガス流通路）
１５ 水素流通路（ガス流通路）
１７ 空気導入通路（導入通路）
１８ 空気排出通路（排出通路）
１９ 水素導入通路（導入通路）
２０ 水素排出通路（排出通路）
２１ 吸水通路
３５ シール用突出部
１０１ 空気供給マニホールド（ガス供給マニホールド）
１０２ 空気排出マニホールド（ガス排出マニホールド）
１０３ 水素供給マニホールド（ガス供給マニホールド）
１０４ 水素排出マニホールド（ガス排出マニホールド）

Claims (1)

1. 第１反応ガス及び第２反応ガスの電気化学反応により起電力を発生し、積層すると積層方向に延びる第１反応ガス用のガス供給マニホールド及びガス排出マニホールドが形成される燃料電池単セルであって、
   膜電極接合体と、膜電極接合体の周囲を保持する枠体と、を含む板状の発電体と、
   前記発電体の一方の表面に配置された第１セパレータと、
   前記発電体の他方の表面に配置された第２セパレータと、
   前記膜電極接合体の一方の表面と前記第１セパレータの背面とによって形成された第１反応ガス用のガス流通路と、
   前記枠体の一方の表面と前記第１セパレータの背面とによって形成され、前記燃料電池単セルを積層したときに前記ガス供給マニホールド及び前記ガス流通路と連通して前記ガス供給マニホールドに供給された第１反応ガスを前記ガス流通路に導入するための導入通路と、
   前記枠体の一方の表面と前記第１セパレータの背面とによって形成され、前記燃料電池単セルを積層したときに前記ガス流通路及び前記ガス排出マニホールドと連通して前記ガス流通路に導入された第１反応ガスを前記ガス排出マニホールドに排出するための排出通路と、を備え、
   前記排出通路上の前記第１セパレータには、前記燃料電池単セルを積層したときに前記第２セパレータの表面と当接する第１反応ガス用の弾性変形可能なシール用突出部の少なくとも一部が形成されており、
   前記排出通路と連通して毛細管現象により前記シール用突出部の背面に位置する部分の
   前記排出通路内の残水を吸水するための吸水通路が、前記枠体の一方の表面と前記第１セパレータの背面とによって形成されている、
   ことを特徴とする燃料電池単セル。

Images