JP2018133287A

JP2018133287A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2018133287A
Application number: JP2017027740A
Authority: JP
Inventors: 将矢小林; Masaya Kobayashi; 順朗野々山; Junro Nonoyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: US20180241069A1; JP6690574B2; US10840534B2

Abstract

【課題】滞留水または滞留気体の排出が阻害されないように排出マニホールド内に排出管を配置すること。【解決手段】燃料電池ＦＣは、燃料電池の内部のアノード排ガスを燃料電池の外部に排出するための排出マニホールドを備える。排出マニホールドには、排出管４５が配置され、排出管４５を支持する１または複数の支持部４１と、排出管４５の先端部４５ａを排出マニホールドの閉鎖端Ｅ２から離間した位置に配置する係止部４３を含む支持機構４００が備えられている。【選択図】図５

Description

本開示は燃料電池に関する。

燃料電池における出口側燃料ガス連通孔および出口側酸化ガス連通孔の奥側に滞留する水を燃料電池の外部に排出するために、出口側燃料ガス連通孔内にステイプレートを介して排水パイプを配置する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。なお、出口側燃料ガス連通孔および出口側酸化ガス連通孔が積層されて形成される連通路は、一般的にマニホールドとも呼ばれている。

特開２００１−２６６９２５号公報

しかしながら、従来の技術においては、出口側燃料ガス連通孔の奥側における排水パイプの先端は絶縁性確保のため樹脂製キャップで塞がれていた。また、排水パイプの先端が樹脂製キャップで塞がれていない場合であっても、排水パイプの先端が出口側燃料ガス連通孔の奥側に位置するターミナルプレートやインシュレータプレートによって塞がれ、滞留する水を排出できない可能性が有る。また、ステイプレートによって出口側燃料ガス連通孔の流路面積が削減されるという問題もあった。なお、冷却液を連通する冷却液マニホールド内における滞留気体の排出においても同様の問題がある。

したがって、燃料電池において、滞留水または滞留気体の排出が阻害されないように排出マニホールド内に排出管を配置すること、排出マニホールドの流路面積の削減を低減するように排出管を配置することが望まれている。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の態様として実現することが可能である。

第１の態様は、燃料電池を提供する。第１の態様に係る燃料電池は、前記燃料電池の内部の反応排ガスまたは冷却液を前記燃料電池の外部に排出するための排出マニホールドであって、開放端と閉鎖端とを有する排出マニホールドと、前記排出マニホールド内に配置されている排出管であって、前記開放端の側に位置する第１の端部と前記閉鎖端の側に位置する第２の端部とを有する排出管と、前記排出マニホールド内において前記排出管を支持する支持機構であって、前記排出管を支持する１または複数の支持部と、前記排出管の第２の端部を前記排出マニホールドの前記閉鎖端から離間した位置に配置する係止部を含む支持機構と、を備える。

第１の態様に係る燃料電池によれば、排出マニホールド内において排出管を支持する支持機構が、排出管を支持する１または複数の支持部と、排出管の第２の端部を排出マニホールドの閉鎖端から離間した位置に配置する係止部を含むので、滞留水または滞留気体の排出が阻害されないように排出マニホールド内に排出管を配置すること、排出マニホールドの流路面積の削減を低減するように排出管を配置することができる。

第１の態様に係る燃料電池において、前記支持機構はさらに、前記排出管を保持する保持部を含んでも良い。この場合には、排出管の位置ずれを抑制または防止することができる。

第１の態様に係る燃料電池において、前記排出マニホールドは、前記反応排ガスを排出するためのガス排出マニホールドであり、前記排出管および前記支持機構は、前記排出マニホールドにおいて前記燃料電池の配置時に鉛直方向下側となる位置に備えられていても良い。この場合には、ガス排出マニホールドにおける滞留水を円滑に燃料電池の外部に排出させることができる。

第１の態様に係る燃料電池において、前記排出マニホールドは、前記冷却液を排出するための液体排出マニホールドであり、前記排出管および前記支持機構は、前記排出マニホールドにおいて前記燃料電池の配置時に鉛直方向上側となる位置に備えられていても良い。この場合には、液体排出マニホールドにおける滞留気体を円滑に燃料電池の外部に排出させることができる。

第１の態様に係る燃料電池において、前記保持部は前記開放端の側に配置され、前記支持部は、前記保持部と前記係止部との間に配置されていても良い。保持部が開放端の側に配置されることによって、支持機構への排出管の挿入を容易化することができる。

第１の態様に係る燃料電池において、前記燃料電池は、１対のセパレータと、前記１対のセパレータの間に配置され、電解質膜を保持するフレームとを含む単位電池が複数積層されることによって形成され、前記１対のセパレータおよび前記フレームは積層時に前記排出マニホールドを形成する排出マニホールド形成口を備え、前記支持機構は、前記フレームが有する前記排出マニホールド形成口に形成されていても良い。排出マニホールドにおける滞留水または滞留気体を円滑に排出することによって、燃料電池内における反応ガスまたは冷却液の流動性を向上させることができる。

第１の態様に係る燃料電池において、前記支持機構はさらに、前記１対のセパレータが有する前記排出マニホールド形成口の少なくとも一方に形成されていても良い。この場合には、支持機構の剛性を向上させることができる。

第１の実施形態に係る燃料電池の全体構成を模式的に示す説明図。第１の実施形態に係る燃料電池の側面を模式的に示す説明図。第１の実施形態に係る燃料電池に用いられるフレームを示す説明図。第１の実施形態に係る燃料電池に用いられるセパレータを示す説明図。第１の実施形態に係る燃料電池におけるアノード排ガスマニホールドの縦断面図。支持部が形成されているフレームのアノード排ガスマニホールドの拡大図。保持部が形成されているフレームのアノード排ガスマニホールドの拡大図。係止部が形成されているフレームのアノード排ガスマニホールドの拡大図。第１の実施形態に係る燃料電池における排出管および支持機構の作用効果を示す説明図。第２の実施形態に係る燃料電池に用いられるセパレータを示す説明図。第３の実施形態に係る燃料電池の各マニホールドを示す説明図。

本開示に係る燃料電池について以下、図面を参照しつつ説明する。

第１の実施形態：
図１は第１の実施形態に係る燃料電池の全体構成を模式的に示す説明図である。図２は第１の実施形態に係る燃料電池の側面を模式的に示す説明図である。

第１の実施形態に係る燃料電池ＦＣは、図２に示すように、フレーム１０、アノードセパレータ２０、カソードセパレータ３０、第１のターミナルプレート５０ａおよび第２のターミナルプレート５０ｂを備えている。フレーム１０、アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０は、単位燃料電池ＦＣＵを形成し、単位燃料電池ＦＣＵが複数積層された積層体の両端部に第１のターミナルプレート５０ａおよび第２のターミナルプレート５０ｂ、第１の絶縁プレート５１ａおよび第２の絶縁プレート５１ｂ、並びに第１のエンドプレート５２ａおよび第２のエンドプレート５２ｂが配置されて、燃料電池ＦＣが形成される。なお、単位燃料電池ＦＣＵはセル、単位電池、あるいは、単に燃料電池と呼ばれ、単位燃料電池ＦＣＵまたはセルが積層されてなる燃料電池ＦＣが燃料電池スタックと呼ばれることもある。アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０は、総称して一対のセパレータと呼ぶことができる。燃料電池ＦＣは、例えば、車両、船舶といった移動体に搭載されても良く、あるいは、施設の電源として定置されても良い。

フレーム１０、アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０には、それぞれ、アノードガス供給口１１ｉ、２１ｉ、３１ｉ、アノード排ガス排出口１１ｅ、２１ｅ、３１ｅ、冷却液供給口１２ｉ、２２ｉ、３２ｉ、冷却液排出口１２ｅ、２２ｅ、３２ｅ、カソードガス供給口１３ｉ、２３ｉ、３３ｉ、カソード排ガス排出口１３ｅ、２３ｅ、３３ｅが形成されている。なお、図１においては、簡略化のため、アノードセパレータ２０におけるアノードガス供給口２１ｉを代表的に示し、フレーム１０およびカソードセパレータ３０におけるアノードガス供給口については符号１１ｉ、３１ｉを付して図示を省略している。冷却液排出口およびカソードガス排出口についても同様に符号１２ｅ、３２ｅおよび１３ｅ、３３ｅをアノードセパレータ２０における冷却液排出口２２ｅおよびアノードガス排出口２３ｅに付して図示を省略している。

フレーム１０、アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０が積層されることによって、アノードガス供給口１１ｉ、２１ｉ、３１ｉは、アノードガス供給マニホールドＡＭｉを形成し、アノード排ガス排出口１１ｅ、２１ｅ、３１ｅは、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅを形成する。アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅには、滞留水の排出を促進するための排出管４５が配置されている。冷却液供給口１２ｉ、２２ｉ、３２ｉは冷却液供給マニホールドＬＭｉを形成し、冷却液排出口１２ｅ、２２ｅ、３２ｅは冷却液排出マニホールドＬＭｅを形成する。冷却液排出マニホールドＬＭｅは液体排出マニホールドと呼ぶこともできる。カソードガス供給口１３ｉ、２３ｉ、３３ｉはカソードガス供給マニホールドＣＭｉを形成し、カソード排ガス排出口１３ｅ、２３ｅ、３３ｅはカソード排ガス排出マニホールドＣＭｅを形成する。アノード排ガス排出口１１ｅ、２１ｅ、３１ｅ、カソード排ガス排出口１３ｅ、２３ｅ、３３ｅおよび冷却液排出口１２ｅ、２２ｅ、３２ｅは、排出マニホールド形成口と呼ぶことができる。

燃料電池ＦＣに供給された燃料ガスは、アノードガス供給マニホールドＡＭｉから図示しない燃料ガス内部流路を介してアノード排ガス排出マニホールドＡＭｅに流れ、燃料オフガスとして燃料電池ＦＣから排出される。同様に、燃料電池ＦＣに供給された冷却液は、冷却液供給マニホールドＬＭｉから図示しない冷却液内部流路を介して冷却液排出マニホールドＬＭｅに流れ、燃料電池ＦＣから排出される。同様に、燃料電池ＦＣに供給された酸化ガスは、カソードガス供給マニホールドＣＭｉをから図示しない酸化ガス内部流路を介してカソード排ガス排出マニホールドＣＭｅに流れ、酸化オフガスとして燃料電池ＦＣ外部に排出される。なお、燃料ガスおよび酸化ガスは共に電気化学反応に用いられる反応ガスであるから両者を区別することなく反応ガスと呼び、電気化学反応に供した後の反応ガスを反応排ガスと呼ぶことができる。燃料ガスとしては水素ガスを、酸化ガスとしては空気を用いることができる。

第１および第２のターミナルプレート５０ａ、５０ｂは、燃料電池ＦＣにおいて電気化学反応により生成された電力を取り出すための出力電極として機能する金属製の板状部材である。第１および第２の絶縁プレート５１ａ、５１ｂは、第１および第２のエンドプレート５２ａ、５２ｂと、第１および第２のターミナルプレート５０ａ、５０ｂとを電気的に絶縁するための非導電性材料、例えば、樹脂製またはゴム製の板状部材である。第１および第２のターミナルプレート５０ａ、５０ｂは、燃料電池ＦＣを積層された状態で固定するためのベースプレートとして用いられる金属製、または高強度の樹脂製の板状部材であり、強度を持たせるために、燃料電池ＦＣを構成する他の板状部材よりも厚い板厚を有している。燃料電池ＦＣは、第１および第２のターミナルプレート５０ａ、５０ｂを、例えば、図示しないボルトおよびナットから構成される締結具で締結することによって、積層状態で固定される。

図３は第１の実施形態に係る燃料電池に用いられるフレームを示す説明図である。フレーム１０は、絶縁性を有していれば良く、例えば、樹脂製、ガラス製の基材の両面に接着層が形成された三層構造を有する板状部材またはフィルム状部材である。フレーム１０の中央には、開口部が形成されており、開口部には電解質膜６０が配置されている。電解質膜としては、例えば、固体高分子形の電解質膜の両面に触媒層が形成されている膜電極接合体が用いられ得る。

フレーム１０は、長手方向の両端部に、複数の開口部を有している。複数の開口部には、フレームアノードガス供給口１１ｉ、フレームアノード排ガス排出口１１ｅ、フレーム冷却液供給口１２ｉ、フレーム冷却液排出口１２ｅ、フレームカソードガス供給口１３ｉ、フレームカソード排ガス排出口１３ｅが含まれる。フレームアノード排ガス排出口１１ｅには、単位燃料電池ＦＣＵが積層され燃料電池ＦＣが構成された際に排出管４５が挿管、配置される。フレームアノード排ガス排出口１１ｅの鉛直方向下側には、排出管４５を支持、係止または保持するための支持機構４００が形成されている。支持機構４００の詳細については後述する。排出管４５により排出する対象は液体、すなわち水であり、重力によってアノード排ガス排出マニホールドＡＭｅに溜まりやすいので、支持機構４００は、排出効率の観点から鉛直方向下側に形成されている。なお、鉛直方向は、燃料電池ＦＣが載置対象体に載置または配置された際の鉛直方向を意味する。

図４は第１の実施形態に係る燃料電池に用いられるセパレータを示す説明図である。セパレータには、既述の通り、アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０が含まれる。アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０は、詳細な構成において異なる構成を備え得るが、それら異なる構成は、本実施形態に影響を及ぼさないので、以下ではアノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０を総括してセパレータと呼んで説明する。セパレータ２０、３０は、例えば、ステンレス鋼、チタン、チタン合金からなる金属製、あるいは、カーボン製の板状部材である。セパレータ２０、３０の一の面には、燃料電池の内部に冷却液を導くための冷却液内部流路２５、３５が形成されている。なお、冷却液内部流路２５、３５は、セパレータ２０、３０の少なくともいずれか一方に形成されていれば良い。また、図示しないアノードセパレータ２０の他の面には、燃料電池の内部に、燃料ガスを導くための燃料ガス内部流路が形成され、図示しないカソードセパレータ３０の他の面には、燃料電池の内部に、酸化ガスを導くための酸化ガス内部流路が形成されている。アノードセパレータアノードガス供給口２１ｉは、燃料ガス内部流路を介してアノードセパレータアノード排ガス排出口２１ｅと連通され、カソードセパレータカソードガス供給口３３ｉは、酸化ガス内部流路を介してカソードセパレータカソード排ガス排出口３３ｅと連通されている。

セパレータ２０、３０は、長手方向の両端部に、複数の開口部を有している。アノードセパレータ２０が有する複数の開口部には、アノードセパレータアノードガス供給口２１ｉ、アノードセパレータアノード排ガス排出口２１ｅ、アノードセパレータ冷却液供給口２２ｉ、アノードセパレータ冷却液排出口２２ｅ、アノードセパレータカソードガス供給口２３ｉ、アノードセパレータカソード排ガス排出口２３ｅが含まれる。カソードセパレータ２０ｇ有する複数の開口部には、カソードセパレータアノードガス供給口３１ｉ、カソードセパレータアノード排ガス排出口３１ｅ、カソードセパレータ冷却液供給口３２ｉ、カソードセパレータ冷却液排出口３２ｅ、カソードセパレータカソードガス供給口３３ｉ、カソードセパレータカソード排ガス排出口３３ｅが含まれる。アノードセパレータ冷却液供給口２２ｉおよびアノードセパレータ冷却液排出口２２ｅは、冷却液内部流路２５を介して連通され、カソードセパレータ冷却液供給口３２ｉおよびカソードセパレータ冷却液排出口３２ｅは、冷却液内部流路３５を介して連通されている。各セパレータアノード排ガス排出口２１ｅ、３１ｅには、単位燃料電池ＦＣＵが積層され燃料電池ＦＣが構成された際に排出管４５が挿管、配置される。

フレーム１０の一面にアノードセパレータ２０が貼り合わされ、フレーム１０の他面にカソードセパレータ３０が貼り合わされ、単位燃料電池ＦＣＵが形成される。なお、フレームの表面および裏面には、接着層が形成されているので、フレーム１０と、アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０とはそれぞれ密着し、反応ガスおよび冷却液に対するシール性能が提供される。

図５は、第１の実施形態に係る燃料電池におけるアノード排ガス排出マニホールドの縦断面図である。図５は、図１に示す５−５線によって燃料電池ＦＣを長手方向に沿って切断したアノード排ガス排出マニホールドＡＭｅを中心とする縦断面図である。アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅは、開放端Ｅ１と閉鎖端Ｅ２とを有しており、アノード排ガスは、閉鎖端Ｅ２から開放端Ｅ１に向かって流動する。なお、図５においては支持機構４００の説明を容易にするため、フレーム１０、アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０の相対寸法は実際の寸法とは異なっており、アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０の厚さは、フレーム１０の厚さよりも厚いことが多い。

第１の実施形態において、アノード排ガス排出口１１ｅに形成されている支持機構４００には、支持部４１、保持部４２および係止部４３が含まれる。アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの開放端Ｅ１側には保持部４２を有する１または複数のフレーム１０が配置され、閉鎖端Ｅ２側には係止部４３を有する１または複数のフレーム１０が配置されている。アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの開放端Ｅ１側と閉鎖端Ｅ２側の間には、支持部４１を備える１または複数のフレーム１０が配置されている。アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの開放端Ｅ１から閉鎖端Ｅ２にかけては、アノード排ガス排出口１１ｅにおける水を排出するための排出管４５が配置されている。排出管４５は、開放端Ｅ１側に位置する第１の端部としての基端部４５ｂと閉鎖端Ｅ２側に位置する第２の端部としての先端部４５ａとを有する。排出管４５は、例えば、樹脂管、ゴム管、ガラス管のいずれかであって良い。なお、燃料電池ＦＣ使用時における振動、温度変化等に起因する損傷を避けるために、排出管４５は、可撓性を有する材料であり、樹脂やゴム材によって形成されていることが望ましい。支持機構４００は、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの開放端Ｅ１から閉鎖端Ｅ２にかけて、排出管４５を所定位置に支持する。

図６は支持部が形成されているフレームのアノード排ガス排出マニホールドの拡大図である。支持部４１は、フレーム１０を平面視した際に、排出管４５が貫通する貫通口と、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの中心方向に開口部とを含む略Ｃ字状形状を有している。支持部４１は、排出管４５は、排出管４５を少なくとも予め定められた位置において支持できれば良い。支持部４１は、開口部を有する略Ｃ字状形状を有することにより、排出管４５が挿入される際に、排出管４５の先端部４５ａとの当接時に変形し、干渉を低減して、排出管４５の挿入を容易化できる。なお、支持部４１の形状は略Ｃ字状形状に限られず、アノード排ガス排出口１１ｅの鉛直方向下側において、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの中心方向に開口部を有し、排出管４５と接触し、所定位置において支持できる形状であればよい。例えば、アノード排ガス排出口１１ｅの側面から鉛直方向下側に向かって突出するＩ字状、Ｌ字状の突部であっても良い。

図７は保持部が形成されているフレームのアノード排ガス排出マニホールドの拡大図である。保持部４２は、フレーム１０を平面視した際に、排出管４５が貫通する貫通口を含む略Ｏ字状形状を有している。保持部４２は、排出管４５が貫通口から外れないように開口部を有しておらず、排出管４５を所定位置において保持している。保持部４２を備えることによって、燃料電池ＦＣの動作時における振動、縦Ｇ、横Ｇによる排出管４５の位置ずれが防止される。なお、保持部４２は、排出管４５を支持機構４００に挿入する際に排出管４５をガイドするガイド部としても機能するので、燃料電池ＦＣにおいて排出管４５の挿入が開始される開放端Ｅ１側に配置されていることが望ましい。また、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの全長にわたって配置されていると、排出管４５を挿入する際に先端部４５ａとの干渉が発生し、挿入作業の効率が低下するおそれがあるので、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの一部に配置されていることが望ましい。

図８は係止部が形成されているフレームのアノード排ガス排出マニホールドの拡大図である。係止部４３は、フレーム１０を平面視した際に、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの中心方向に開口部を有する略Ｃ字状形状を有している。また、係止部４３は、排出管４５の先端面、すなわち、排出管４５の先端部４５ａの端面部の一部と当接する当接部４３ａを有する。なお、係止部４３は、支持部４１と同一形状として排出管４５の先端部４５ａの端面部の一部と当接するようにオフセット配置されていても良い。排出管４５の先端部４５ａの端面部と当接または先端部４５ａの端面部を係止する位置に配置されることによって、係止部４３は、排出管４５の先端部４５ａの位置を所望の位置に規定することができる。具体的には、係止部４３が、ターミナルプレート５０ｂに隣接または近接するフレーム１０に形成されることによって、排出管４５の先端部４５ａと、ターミナルプレート５０ｂとの当接が防止され、ターミナルプレート５０ｂによる排出管４５の先端面の封止あるいは部分的な封止を回避することができる。この結果、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの閉鎖端Ｅ２側に存在する水の排出の阻害を防止することができる。なお、排出管４５は管状であるから、端面部は環状の面を有している。なお、係止部４３は、排出管４５の中心軸と同軸上に中心軸を有する開口部を備える略Ｏ字状形状であっても良い。係止部４３は、排出管４５の外径寸法よりも小さく内径寸法よりも大きな環状形状、あるいは、排出管４５の内径寸法よりも小さな開口部を有する板形状を有し得る。この場合、係止部４３はオフセット配置されていなくても、排出管４５の先端部４５ａを係止することができる。

図９は第１の実施形態に係る燃料電池における排出管および支持機構の作用効果を示す説明図である。燃料ガスＡＧは、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｉへ導入され、酸化ガスとの電気化学反応により生成される水Ｗは、重力および燃料ガス内部流路における燃料ガスの流れによって、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅへと流動する。図９に示すように燃料電池ＦＣが、搭載面に対して角度θをなすように傾けて搭載される搭載姿勢を有する場合には、特に、閉鎖端Ｅ２側において滞留水ＲＷが発生しやすい。第１の実施形態に係る燃料電池ＦＣにおいては、支持機構４００によって、排出管４５の先端部４５ａが閉鎖端Ｅ２から離間されて保持されるので、滞留水ＲＷは排出管４５に取り込まれ易くなり、排出管４５の基端部４５ｂ排出される滞留水ＲＷは、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの排出口１１ａから燃料排ガスＡＯＧと共に燃料電池ＦＣの外部に排出される。図９に示す例において、第１のエンドプレート５２ａは、排出口１１ａに向かってアノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの断面積が小さくなる開口部を有している。この結果、ベンチュリー効果によって、燃料排ガスＡＯＧの流速は増大し、排出口１１ａにおける圧力は低下し、閉鎖端Ｅ２と排出口１１ａとの間の圧力差が増大され、排出管４５から滞留水ＲＷが排出される。

以上説明したように、第１の実施形態に係る燃料電池ＦＣによれば、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの閉鎖端Ｅ２側に配置されるフレーム１０は、アノード排ガス排出口１１ｅに支持機構４００の１つである係止部４３を備える。係止部４３を備えない従来の態様では、挿入により配置される排出管４５の先端を正確に所定の位置に配置することは容易でなく、また、燃料電池ＦＣの搭載対象である、例えば、車両からの振動によって排出管４５の先端位置はずれてしまう。これに対して、係止部４３を備えることによって、排出管４５の先端部４５ａは係止部４３と当接し、係止され、排出管４５の先端部４５ａをアノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの閉鎖端Ｅ２から離間した所望の位置にて係止することができる。したがって、排出管４５の挿入時および燃料電池ＦＣの運用時を問わず、排出管４５の先端部４５ａの全部または一部が閉鎖端Ｅ２において塞がれる、すなわち、先端部４５ａの全部がターミナルプレート５０ｂと当接して塞がれ滞留水が排出管４５に取り込まれない、あるいは先端部４５ａの一部が塞がれ滞留水ＲＷが排出管４５に取り込まれにくくなるといった問題を解消することができる。滞留水ＲＷが円滑に排出されることによって、滞留水ＲＷによるアノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの流路断面積の減少といった問題も解決され、燃料電池ＦＣ内部における燃料ガスおよび燃料排ガスの円滑な流動を実現することができる。この結果、燃料電池ＦＣにおける発電効率を向上させることができる。燃料電池ＦＣの搭載姿勢によっては、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの閉鎖端Ｅ２には、特に滞留水ＲＷが溜まりやすくなるが、そのような搭載姿勢においても、第１の実施形態に係る燃料電池ＦＣによれば、排出管４５へ滞留水ＲＷを円滑に取り込み燃料電池ＦＣの外部へ排出させることができる。

第１の実施形態における支持機構４００は、フレーム１０におけるアノード排ガス排出口１１ｅに形成されているので、別体の支持機構をアノード排ガス排出マニホールドＡＭｅに配置する作業は不要となり、また、別体の支持機構を配置する場合と比較して、支持機構の寸法を小さくすることができる。この結果、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの流路断面に占める支持機構の専有面積を小さくすることが可能となり、アノード排ガスの排出の阻害を抑制または防止することができる。

第２の実施形態：
図１０は、第２の実施形態に係る燃料電池に用いられるセパレータを示す説明図である。第１の実施形態においては、フレーム１０にのみ支持機構４００が形成されていた。第２の実施形態においては、フレーム１０に加えて、アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０の少なくともいずれか一方に支持機構４００が形成されている。なお、アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０の少なくともいずれか一方が支持機構４００を有する点を除き、第２の実施形態に係る燃料電池の構成は、第１の実施形態に係る燃料電池ＦＣの構成と同様であるから図示を省略する。アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０の少なくともいずれか一方に形成される支持機構４００は、支持部４１、保持部４２、係止部４３の任意の組み合わせであっても良い。なお、係止部４３については、係止部４３を備えるフレーム１０と一体化されるアノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０の少なくともいずれか一方に形成されていることが望ましい。

第２の実施形態に係る燃料電池によれば、金属製のアノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０の少なくともいずれか一方に支持機構４００が形成されているので、樹脂製のフレーム１０にのみ支持部４１、保持部４２および係止部４３を形成する場合と比較して、支持部４１、保持部４２および係止部４３の剛性を向上させることができる。なお、フレーム１０に支持機構４００を備えず、アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０の少なくともいずれか一方に支持機構４００備えられても良い。

第３の実施形態：
図１１は、第３の実施形態に係る燃料電池の各マニホールドを示す説明図である。第３の実施形態に係る燃料電池ＦＣでは、冷却液排出マニホールドＬＭｅに支持機構４１０を備えている。第３の実施形態によれば、冷却液に含まれる滞留ガスの円滑な排出を実現することが可能となり、燃料電池ＦＣの冷却効率を向上させることができる。冷却液排出マニホールドＬＭｅに支持機構４１０が備えられる場合、排出対象は気体であるから、支持機構４１０は、冷却液排出マニホールドＬＭｅの鉛直方向上側に配置される。なお、支持機構４００を備えるアノード排ガス排出マニホールドＡＭｅおよびカソード排ガス排出マニホールドＣＭｅに加えて、冷却液排出マニホールドＬＭｅに支持機構４１０が備えられていても良い。

変形例：
（１）第１の変形例：第１および第２の実施形態においては、支持機構４００は保持部４２を有しているが、保持部４２は備えられていなくても良い。支持部４１の開口寸法よりも排出管４５の外径寸法が大きい場合には、支持部４１によって排出管４５を配置位置に保持することができる。また、係止部４３に排出管４５の先端部４５ａを支持する凹部を形成し、支持部４１の機能を有する係止部４３を備えても良い。この場合には、支持部４１は備えられなくて良い。

（２）第２の変形例：第１および第２の実施形態においては、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅに支持機構４００を備える実施形態について説明した。支持機構は、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅに代えて、あるいは、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅに加えて、カソード排ガス排出マニホールドＣＭｅに備えられても良い。この場合には、カソード排ガス排出マニホールドＣＭｅにおける滞留水の排出を促進させることが可能となり、燃料電池ＦＣの発電効率を向上させることができる。

（３）第３の変形例：第１および第２の実施形態における、支持部４１、保持部４２および係止部４３の位置は、説明した位置に限られず、他の位置であっても良い。例えば、保持部４２は、開放端Ｅ１側のみならず、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの中間位置に配置されていても良い。この場合であっても、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅにおいて排出管４５は保持され、また、アノード排ガス排出マニホールドＡＭｅの中間位置における排出管４５の位置ずれを防止することができる。係止部４３は、閉鎖端Ｅ２から１つ目のフレーム１０にのみ形成されていても良く、閉鎖端Ｅ２から３つ目以降のフレーム１０に形成されていても良い。すなわち、係止部４３は、排出管４５の先端部４５ａと閉鎖端Ｅ２との当接を防止することができる位置に配置されていれば良い。なお、アノードセパレータ２０およびカソードセパレータ３０に係止部４３に相当する係止部が形成される場合においても、係止部は、排出管４５の先端部４５ａと閉鎖端Ｅ２との当接を防止することができる位置に配置されていれば良い。

（４）第４の変形例：第１および第２の実施形態においては、フレーム１０と一体に形成されている支持機構４００を用いて説明したが、排出管４５の先端部４５ａと閉鎖端Ｅ２との当接を防止することができる位置に係止部を有する支持機構に対して予め排出管４５を挿入し、排出管４５と共に支持機構をアノード排ガス排出マニホールドＡＭｅに配置させても良い。この場合にも、係止部４３によって、排出管４５挿入時および燃料電池ＦＣの運用時における排出管４５の先端部４５ａと閉鎖端Ｅ２との当接は防止され、滞留水は排出管４５を介して燃料電池ＦＣの外部に円滑に排出される。

以上、実施例、変形例に基づき本開示について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定するものではない。本開示は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本開示にはその等価物が含まれる。たとえば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…フレーム、１１ａ…排出口、１１ｅ…フレームアノード排ガス排出口、１１ｉ…フレームアノードガス供給口、１２ｅ…フレーム冷却液排出口、１２ｉ…フレーム冷却液供給口、１３ｅ…フレームカソード排ガス排出口、１３ｉ…フレームカソードガス供給口、２０…アノードセパレータ、２１ｅ…アノードセパレータアノード排ガス排出口、２１ｉ…アノードセパレータアノードガス供給口、２２ｅ…アノードセパレータ冷却液排出口、２２ｉ…アノードセパレータ冷却液供給口、２３ｅ…アノードセパレータカソード排ガス排出口、２３ｉ…アノードセパレータカソードガス供給口、２５…冷却液内部流路、３０…カソードセパレータ、３１ｅ…カソードセパレータアノード排ガス排出口、３１ｉ…カソードセパレータアノードガス供給口、３２ｅ…カソードセパレータ冷却液排出口、３２ｉ…カソードセパレータ冷却液供給口、３３ｅ…カソードセパレータカソード排ガス排出口、３３ｉ…カソードセパレータカソードガス供給口、３５…冷却液内部流路、４１…支持部、４２…保持部、４３…係止部、４３ａ…当接部、４５…排出管、４５ａ…先端部、４５ｂ基端部、５０ａ…第１のターミナルプレート、５０ｂ…第２のターミナルプレート、５１ａ…第１の絶縁プレート、５１ｂ…第２の絶縁プレート、５２ａ…第１のエンドプレート、５２ｂ…第２のエンドプレート、６０…電解質膜、４００、４１０…支持機構、ＡＧ…燃料ガス、ＡＭｅ…アノード排ガス排出マニホールド、ＡＭｉ…アノードガス供給マニホールド、ＡＯＧ…燃料排ガス、ＣＭｅ…カソード排ガス排出マニホールド、ＣＭｉ…カソードガス供給マニホールド、Ｅ１…開放端、Ｅ２…閉鎖端、ＦＣ…燃料電池、ＦＣＵ…単位燃料電池、ＬＭｅ…冷却液排出マニホールド、ＬＭｉ…冷却液供給マニホールド、ＲＷ…滞留水、Ｗ…水

Claims

燃料電池であって、
前記燃料電池の内部の反応排ガスまたは冷却液を前記燃料電池の外部に排出するための排出マニホールドであって、開放端と閉鎖端とを有する排出マニホールドと、
前記排出マニホールド内に配置されている排出管であって、前記開放端の側に位置する第１の端部と前記閉鎖端の側に位置する第２の端部とを有する排出管と、
前記排出マニホールド内において前記排出管を支持する支持機構であって、前記排出管を支持する１または複数の支持部と、前記排出管の第２の端部を前記排出マニホールドの前記閉鎖端から離間した位置に配置する係止部を含む支持機構と、
を備える燃料電池。
請求項１に記載の燃料電池において、
前記支持機構はさらに、前記排出管を保持する保持部を含む、燃料電池。
請求項１または２に記載の燃料電池において、
前記排出マニホールドは、前記反応排ガスを排出するためのガス排出マニホールドであり、
前記排出管および前記支持機構は、前記排出マニホールドにおいて前記燃料電池の配置時に鉛直方向下側となる位置に備えられている、燃料電池。
請求項１または２に記載の燃料電池において、
前記排出マニホールドは、前記冷却液を排出するための液体排出マニホールドであり、
前記排出管および前記支持機構は、前記排出マニホールドにおいて前記燃料電池の配置時に鉛直方向上側となる位置に備えられている、燃料電池。
請求項２から４のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記保持部は前記開放端の側に配置され、前記支持部は、前記保持部と前記係止部との間に配置されている、燃料電池。
請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記燃料電池は、１対のセパレータと、前記１対のセパレータの間に配置され、電解質膜を保持するフレームとを含む単位電池が複数積層されることによって形成され、
前記１対のセパレータおよび前記フレームは積層時に前記排出マニホールドを形成する排出マニホールド形成口を備え、
前記支持機構は前記フレームが有する前記排出マニホールド形成口に形成されている、燃料電池。
請求項６に記載の燃料電池において、
前記支持機構はさらに、前記１対のセパレータが有する前記排出マニホールド形成口の少なくともいずれか一方に形成されている、燃料電池。