JP4553004B2

JP4553004B2 - 燃料電池スタック

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Publication number: JP4553004B2
Application number: JP2007322946A
Authority: JP
Inventors: 宗久堀口
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: JP2008171808A

Description

この発明は燃料電池システムに関し、特に燃料電池スタックの電解質膜の湿潤状態を維持するために循環される水を燃料電池スタックから効率よく排出させる構成の改良に関する。

昨今汎用されるＰＥＭ型の燃料電池本体は、燃料極と空気極との間に高分子固体電解質膜が挟持された構成である。
燃料極及び空気極はともに触媒物質を含む触媒層と、前記触媒層を支持すると共に反応ガスを供給しさらに集電体としての機能を有する電極器材からなる。
燃料極と空気極の更に外側には、反応ガスを外部より電極内に均一に供給するとともに、余剰ガスを外部に排出するためのガス流通溝を設けたセパレータ（コネクタ板）が積層される。このセパレータはガスの透過を防止するとともに発生した電流を外部へ取り出すための集電を行う。

上記燃料電池本体とセパレータとで燃料電池の単位ユニットが構成される。実際の燃料電池システムでは、かかる単位ユニットの多数個が直列に積層されてスタックが構成される。
燃料電池本体では、一般的に発生電力にほぼ相当する熱量の熱が発生する。従って、燃料電池本体が過度にヒートアップすることを防止するために、スタックに冷却板を内蔵させる。この冷却板には空気や水などの冷却媒体が流通されてスタックが冷却され、もって燃料電池本体が所望の温度に維持される。

このような構成の燃料電池の起電力は、燃料極側（アノード）に燃料ガスが供給され、空気極側に酸化ガスが供給された結果、電気化学反応の進行に伴い電子が発生し、この電子を外部回路に取り出すことにより、発生される。
即ち、燃料極（アノード）にて得られる水素イオンがプロトン（Ｈ^＋）の形態で、水分を含んだ電解質膜中を空気極（カソード）側に移動し、また燃料極（アノード）にて得られた電子が外部負荷を通って空気極（カソード）側に移動して酸化ガス（空気を含む）中の酸素と反応して水を生成する、一連の電気化学反応による電気エネルギーを取り出すことができるからである。

上記において、プロトンが燃料極より空気極に向かって電解質膜中を移動する際に水和の状態をとるため、電解質膜が乾燥してしまうと、イオン伝導率が低下し、エネルギー変換効率が低下してしまう。
よって、良好なイオン伝導を保つために固体電解質膜に水分を供給する必要があり、そのために燃料ガス及び酸化ガスを加湿して、水分を供給している。
また、アノード電極側では、電極反応を適正に継続させるために、より水素ガスの湿潤状態を維持する必要があり、燃料ガスの加湿方法については従来から様々な提案がある。

他方、プロセス空気を加湿する方法は従来から提案されているが、反応熱により昇温されている（通常８０℃程度である）空気極を確実に加湿するには、常温のプロセス空気を加湿器において予め加温しておく必要がある。飽和水蒸気量を空気極の周囲の環境と一致させるためである。そのため、加湿器は水の供給機能とプロセス空気の昇温機能とが求められる複雑な構成であった。
特開平７−１４５９９号公報に開示の燃料電池装置では、空気導入管に噴射ノズルを設けて加湿に必要な水がプロセス空気中に噴霧される。この噴射ノズルが圧縮機の上流側にある場合、噴霧された水はプロセス空気の圧縮にともなう熱で蒸発され、水蒸気の状態で空気極を加湿する。また、この装置でも、必要に応じて空気の加湿装置が更に付加される。
いずれにせよ従来の技術では空気へ水蒸気を混入させることにより電解質膜へ水分を補給していた。

更には、特開平９−２６６００４号公報に示される燃料電池装置では、排出される水素ガスの濃度を下げるため、燃料極から排出されるガス（この排気ガスには未反応の水素ガスが含まれている）を空気極側へ導入してその中の水素ガスを空気極において燃焼させている。当該燃焼において反応水（回収水）が生成されるため、このような燃料電池装置では加湿器を特に付加しなくても、電解質膜へ充分な水分を補給できることとなる。

更なる研究により以下の事項が解った。
所定値以下の厚さの電解質膜により、燃料電池を構成した場合に、プロトンが空気極において空気中の酸素と反応して生成された水が、電解質膜中を空気極から水素極へ逆浸透する。この逆浸透された水により、電解質膜を好適な湿潤状態に維持することができるため、水素極（アノード電極）側で水素（燃料ガス）を加湿する必要がない。
しかし、空気極（カソード電極）側において、導入される空気（酸化ガス）流により、電解質膜の空気極側の水分が蒸発するため、電解質膜の空気極側の水分が不足することが解った。

そこで本出願人は特願平１０―６７８８５号において、燃料電池本体の空気極に水が液体の状態で供給される、水直噴タイプの燃料電池システムを提案した。
このように構成された燃料電池システムによれば、空気極の表面に供給された水が優先的に空気から潜熱を奪うので、空気極側の電解質膜から水分の蒸発することが防止される。従って、電解質膜はその空気極側で乾燥することなく、常に均一な湿潤状態を維持する。よって、燃料電池システムの性能及び／又は耐久性が向上する。

さらには、水を液体の状態で空気極に供給すると、空気極の表面に供給された水は空気極自体からも熱を奪いこれを冷却するので、これにより燃料電池本体の温度を制御できる。即ち、燃料電池スタックへ冷却板を付加しなくても当該燃料電池本体を冷却することができる。

本発明者はこのような水直噴タイプについて鋭意検討を重ねた結果、下記の解決すべき課題を見出した。
即ち、燃料電池システムの効率を上げ、更にその小型軽量化を図るには、燃料電池スタックに供給された液体状の水をいかに効率よく燃料電池スタックから排出させ、これを循環させるかが問題となる。
このような水対策は水直噴タイプの燃料電池に限られたものではない。プロセス空気を加湿する従来タイプの燃料電池であっても、特に車輌用に適用しようと大型化した場合には、燃料電池スタックから効率よく水を排出することはその発電効率を確保する上で解決すべき課題となる。

そこで、この発明は効率よく水を排出できる燃料電池スタックおよびこれを備えた燃料電池システムを提供することを一つの目的とする。
更に他の目的は、新規な構成の燃料電池システムを提供することにある。
更に他の目的は、コンパクトな燃料電池システムを提供することにある。

この発明の第１の局面は上記目的の少なくとも一つを達成する燃料電池スタックであり、その構成は次のとおりである。
燃料電池の単位ユニットを複数枚重ね合わせて構成された燃料電池スタックであって、
前記各単位ユニットはその下縁が傾斜している、こと特徴とする燃料電池スタック。

このように構成された第１の局面の発明によれば、燃料電池の単位ユニットの下縁が傾斜しているので、単位ユニット中の水分は重力により下縁まで降下するとともに、当該単位ユニットの下縁の傾斜に応じてその下縁の一角に集合する。よってこの一角にドレインを設ければ、ここから効率よく水を排出できることとなる。

燃料電池の単位ユニットの下縁の傾斜は単位ユニットを全体的に傾斜させること、若しくは下縁のみが傾斜するように単位ユニットを設計することにより達成される。
車輌用に適したこの発明の一つの実施の形態では、各単位ユニットは車輌の幅方向に重ね合わされて燃料電池スタックを構成し、各単位ユニットは車輌の進行方向に対して傾斜している。即ち、各単位ユニットの下縁は車輌の進行方向に向いており、かつ水平線と交差している。そして、更に燃料電池スタック自体が車輌の幅方向に対して傾斜している。即ち、燃料電池スタックが三次元的に傾いており、よってその一つの角に水が集中し、そこから排出される

燃料電池スタックの下側に、単位ユニットから排出される水を受けるパン（水回収装置）を設けることが好ましい。そして、パン自体も傾斜させて水の回収を容易にする。
この発明の一つの実施の形態では、単位ユニットの複数枚を車輌幅方向に重ねあわせて燃料電池スタックを構成し、各単位ユニットの下縁を車輌の進行方向に対して傾斜させる。そして、燃料電池スタックの下側に取り付けられる水受けパンを車輌の幅方向に傾斜させた。走行時に車輌がその幅方向に傾斜する頻度は進行方向に傾斜する頻度に比べて少ない。従って、パンの傾斜に沿って水が円滑に流れ、回収されることとなる。他方、燃料電池の単位ユニットにおいては、その空気流路（空気極に供給された水はここを流れる）は狭いので、傾斜が多少変化しても、その下縁部において水の流れに殆ど影響はない。
なお、水回収装置を燃料電池スタックの下に配置すれば、燃料電池スタック内の水は自重で水回収装置まで落下する。従って、燃料電池スタックから水回収装置まで水を強制的に移動させるための補器（ポンプ等）を特に設ける必要がなくなる。よって、システムの軽量小型化を達成できる。

この発明の第２の局面の燃料電池システムは次のように構成される。
燃料電池スタックと該燃料電池スタックに水を供給し排出空気及び／又は排出燃料ガス中から水を回収する水供給系とを備え、該水供給系の水タンクが前記燃料電池スタックより下側に配置されている、ことを特徴とする燃料電池システム。

このように構成された燃料電池システムによれば、水タンクが燃料電池スタックの下側に配置されているので、燃料電池スタックから排出される液体状の水が自重で当該水タンクまで落下していく。そのため、燃料電池スタックから排出された水を水タンクまで強制的に移動させるための補器（ポンプ等）を特に設ける必要がない。よって、システムの軽量小型化を達成できる。
なお、水を燃料電池スタックから水タンクまでより円滑に流すため、両者を連絡する配管も燃料電池スタックを上側にした傾斜を常に維持しているものとすることが好ましい。
かかる第２の局面の発明は、水直噴タイプのように大量の水を燃料電池スタックから排出させる必要があるシステムにおいてより有効である。

この発明の第３の局面の燃料電池システムは次のように構成される。
燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに燃料ガスを供給し該燃料電池スタックから燃料ガスを排出させる燃料供給系とを備え、前記燃料ガスの排気バルブが前記燃料電池スタックより下側に設けられている、ことを特徴とする燃料電池システム。

燃料電池スタックでは、既述のように燃料極側においてもその湿潤状態を維持しなければならない。そのため、燃料極側で水がたまりこれが燃料ガス流路を塞いでしまうなど、不具合を引き起こす場合がある。特に、燃料ガスの完全燃焼を図るべく燃料ガスを間欠的に流通させるタイプにおいて燃料ガス流路から水を確実に排出することが要求される。
上記第２の局面の燃料電池システムによれば、燃料ガスの排気バルブが燃料電池スタックより下側に設けられている。したがって、燃料電池スタックの燃料極側の水は自重で排気バルブまで落下し、排気バルブを開放したとき、燃料排気ガスとともにこの水も排出される。
燃料極から排気バルブまでの水の落下を補助するために、両者をつなぐ配管は少なくとも燃料電池スタックから下方に向けて配設されていることが好ましい。即ち、この配管は燃料電池スタック側を上側とした傾斜を常に維持するものとする。

上記と同じ見地から、燃料電池スタックの燃料ガス排出口は燃料極より下側に配置されことが好ましい。より好ましくは、燃料電池スタックの最も下の位置にこの燃料ガス排出口を設ける。

水の排出効率を高めるために、上記のように燃料ガス排出口の位置が定められる。他方、燃料ガスの導入口は、燃料ガスが上から下に流れて水の落下を阻害しないように、燃料ガス排出口より高い位置に設けることとなる。この燃料ガス排出口は燃料極より高い位置にあることが好ましい。更に好ましくは、燃料電池スタックにおいて、最も高い位置にこの燃料ガス導入口を設ける。

（実施例）
次にこの発明の実施例を説明する。なお、以下の説明では、実施例の燃料電池システム１の全体構成を説明し、続いて各要素を詳細に説明する。
図１にこの発明の実施例の燃料電池システム１の構成を示す。図１に示すように、この燃料電池システム１は燃料電池スタック２、水素吸蔵合金１１を含む燃料供給系１０、空気供給系４０、水供給系５０及び負荷系７０から大略構成される。

燃料電池スタック２は燃料電池の単位ユニットＵを複数接続したものである。この単位ユニットＵは、図２に示すように、空気極３と燃料極４とで固体高分子電解質５を挟持した構成の燃料電池本体を、更にカーボンブラックのセパレータ６、７で挟持した構成である。この単位ユニットＵの形状は特に限定されないが、セパレータ６と空気極３との間には空気を流通させる空気流路８が上下方向に形成される。セパレータ７と燃料極４との間には水素ガスを流通させる水素ガス流路９が形成されている。

燃料供給系１０では、水素供給路２０を介して水素吸蔵合金１１から放出された水素を燃料スタック２の各単位ユニットＵの水素ガス流路９へ送る。水素供給路２０には、水素調圧弁２１が配設され、水素吸蔵合金１１から放出された水素ガスを調圧している。符号２３は水素供給電磁弁２３であって、水素供給路２０の開閉を制御している。燃料電池スタック２へ供給される直前の水素ガス圧は水素元圧センサ２５でモニタされている。

燃料供給系１０において、燃料電池スタック２から排出される水素ガスは水素排気路３０を介して大気へ放出される。水素排気路３０には逆止弁３１と電磁弁３３が設けられている。逆止弁３１は水素排気路３０を介して空気が燃料電池スタック２の燃料極に進入することを防止する。電磁弁３３は間欠的に駆動されて水素の完全燃焼を図る。

空気供給系４０は大気から空気を燃料電池スタック２の空気流路８に供給し、燃料電池スタック２から排出された空気を水凝縮器５１を通過させて排気する。
空気供給路４１にはファン４３が備えられ、大気から空気を空気マニホールド４５へ送る。空気はマニホールド４５から燃料電池スタック２の空気流路８へ流入して空気極３へ酸素を供給する。燃料電池スタック２から排出された空気は水凝縮器５１（水回収装置）で水分が凝縮・回収されて大気へ放出される。
燃料電池スタック２から排出される温度は排気温度センサ４７によりモニタされている。

この実施例では、空気マニホールド４５の側壁にノズル５５が配設されて、これより吸気中に水が液体の状態で供給される。この水の大部分は液体の状態を維持したまま水凝縮器５１に到達し、そのままタンク５３へ送られて回収される。供給された水の一部は蒸発し、水凝縮器５１において凝縮されて回収される。なお、排出空気に含まれる水蒸気には燃料電池スタック２の発電反応に伴う反応水に起因するものもあると考えられる。

水供給系５０はタンク５３の水をノズル５５から空気マニホールド４５へ供給し、この水を水凝縮器５１で回収してタンク５３に戻すという閉じられた系である。勿論、水供給系５０を完全に閉じることは不可能であるので、タンク５３の水位を水位センサ５６でモニタしてこの水位が所定の閾値を超えたら外部より水を補給する。冬季にタンク５３中の水が凍結しないようにタンク５３にはヒータ５７と凍結防止電磁バルブ５８が取り付けられている。
水凝縮器５１とタンク５３を連結する配管には電磁バルブ６０が取り付けられてタンク５３内の水が蒸発するのを防止している。

タンク５３の水はポンプ６１により空気マニホールド内に配設されたノズル５５へ圧送され、ここから空気極３の表面に対して連続的若しくは間欠的に噴出される。この水は燃料電池スタック２の空気極３に供給され、ここにおいて優先的に空気から潜熱を奪うので、空気極３側の電解質膜５からの水分の蒸発が防止される。従って、電解質膜５はその空気極３側で乾燥することなく、常に均一な湿潤状態を維持する。
また、空気極３の表面に供給された水は空気極３自体からも熱を奪いこれを冷却するので、これにより燃料電池スタック２の温度を制御できる。即ち、燃料電池スタック２へ冷却水供給系を付加しなくても当該燃料電池スタック２を充分に冷却することができる。
なお、排気温度センサ４７で検出された排出空気の温度に対応してポンプ６１の出力を制御し、燃料電池スタック２の温度を所望の温度に維持する。

負荷系７０は燃料電池スタック２の出力を外部に取り出して、モータ７７等の負荷を駆動させる。この負荷系７０にはスイッチのためのリレー７１と補助出力源となる２次電池７５が設けられ、２次電池７５とリレー７１との間に整流用のダイオード７３が介在されている。
なお、燃料電池スタック２自体の出力は電圧センサ７５で常にモニタされている。このモニタ結果に基づき、図示しない制御回路で水素排気電磁弁３３の開閉が制御される。

図３は実施例の燃料電池システム１を車輌に組み付けた状態において水供給系５０を抽出した図である。図中の符号Ｔはタイヤである。
空気マニホールド４５、燃料電池スタック２、水凝縮器（水回収装置）５１およびファン４３を図で上下に組み付けてなる組付け体１００の側面図を図４に、平面図を図５に及び底面図を図６にそれぞれ示す。図中の符号１０１は組付け体１００の基枠である。

図７は組付け体１００の構成を示す概念図である。ここで、水凝縮器５１は燃料電池スタックの排気ポート５１１と吸気ポート５１５とを上下に重ねた構成からなる。排気ポート５１１と吸気ポート５１５とは仕切り板５１３で仕切られており、この仕切り板１０３は排気ポート５１１の空気と吸気ポート５１５の空気との間で熱交換がされるよう、熱伝導性のよい材料（ステンレス鋼など）で形成されている。仕切り板５１３は傾斜しており、その最も低い部分がドレイン５１６となる。
燃料電池スタック２を通過した後の排出空気の温度は約５０℃であり、大気から導入された吸気ポート５１５内の空気に比べて排気ポート５１１内の空気はその温度が相当高い。よって、仕切り板５１３を介して排気ポート５１１内の空気は吸気ポート５１５内の空気と熱交換され、もって冷却される。このとき、排出空気の水蒸気が凝縮される。即ち、この水蒸気は仕切り板５１３において結露する。そして、傾斜している仕切り板５１３にそって流れて、ドレイン５１６より水供給系５０に戻される。
なお、ノズル５５より供給された水分のうち気化しなかったものは自重で排気ポート５１１の仕切り板５１３まで落ちてきて、同様にしてドレイン５１６から水供給系５０へ戻される。

図３及び４からわかるとおり、燃料電池スタック２は各単位ユニットＵの約１００枚を車軸方向、即ち車輌の幅方向へ重ねて構成される。そして燃料電池スタック２は車輌の進行方向に対して傾斜して配置されている。図例では前側が持ち上げられている（傾斜角度：約１５度）。

図８には、単位ユニットＵを構成するセパレータ１０６の正面図を示す。このセパレータ１０６には縦方向に空気流路１０８が形成されており、各空気流路１０８を区画する隔壁１０９には隣合う空気流路１０８を連通するバイパス１１０が形成されている。図の符号１１２はセパレータ１０６の下縁部であって、空気とともに供給された水はこの下縁部より滴下可能である。しかし実際には下縁部の通路の幅（空間）は大変狭いので、空気流路１０８の水がそのまま滴下しない場合がある。そうすると、空気流路１０８が閉塞され、その部分で空気極へ十分に空気が供給されなくなる。
ここで、単位ユニットＵが傾斜していると、水は傾斜した下縁部１１２を伝って、その最も低い部分から滴下する。更には、単位ユニットＵを傾斜させることにより、空気流路１０８内の水がバイパス１１０へ流れ込み易くなる。
このように、単位ユニットＵが傾斜していると、空気極３に供給された水が流れやすくなって最下端の角部に集合し、そこで大きな水滴となる。よって、自重により確実に燃料電池ユニットＵから排出されることとなる。

このようにして単位ユニットＵから排出された水は水凝縮器５１の仕切り板５１３に滴下する。この仕切り板５１３は、図４に示す通り、車輌の幅方向に対して傾斜している。そして、その最下点にドレイン５１６（図６参照）が取り付けられている。これにより、単位ユニットＵから滴下した水は仕切り板５１３に沿ってドレイン５１６に集められ、これからタンク５３へ送られる。このとき、図３に示すように、タンク５３はドレイン５１６、即ち燃料電池スタック２の下方に位置するので、水は自重でタンク５３まで降下する。
このタンク５３はその上側部分に配水管５２０が連結されている。配水管５２０はドレイン５１６側を常に上側とした傾斜を維持している。これにより、ドレイン５１６より排出された水が滞りなくタンク５３まで流れる。

かかる水凝縮器５１を用いない場合には、燃料電池スタック２自体を車輌の幅方向へ傾斜させることが好ましい。

図９は実施例の燃料電池システム１を車輌に組み付けた状態において燃料供給系１０を抽出した図である。燃料供給系１０を構成する各要素において図１に示したものと同一のものには同一の符号を付してある。
図９からわかるように、水素ガスを燃料電池スタック２へ導入する導入口１２０は燃料電池スタック２の最も高い位置にある。また、燃料電池スタック２から水素ガスを排出する排出口１２１は燃料電池スタック２において最も低い位置とした。これにより、水素ガスの流れに沿って水素流路６内の水を排出口１２１へ押し流すことができる。

排出口１２１まできた水はほぼ垂直に配設された配管３０に入り、この配管３０に沿って自重で水素排気電磁弁（排気バルブ）３３まで達する。この電磁弁３３は水素ガスの消費に応じて適当なタイミングで開閉される。この電磁弁３３が開放されたとき、そこに溜まった水も同時に排出される。
このように、水素ガスを排出するための水素ガス排出系３００がすべて燃料電池スタック２の水素ガス排出口１２１より下方に配置されている。従って、燃料極４周囲の水はその自重により燃料流路、排出口１２１、配管３０及び電磁弁３３を介して外部へ排出されることとなる。

逆止弁３１は電磁弁３３を開放したときに大気中の空気が水素ガス排出系３００を逆流することを防止する。空気が逆流して燃料電池スタック２の燃料極４まで達すると、次に水素ガスを燃料電池スタック２へ供給したとき、燃料極上で当該供給された水素と先に逆流してきた空気とが異常反応を引き起こすおそれがある。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

以下、次の事項を開示する。
（２０）請求項４〜５のグループ、請求項６〜８のグループ、請求項９〜１０のグループ、請求項１１〜１２のグループ、請求項１３〜１５のグループにおいて、少なくとも２つのグループからそれぞれ少なくとも１つ取り出された請求項の要件を組み合わせてなる燃料電池システム。

（１２１）前記燃料供給系は前記燃料電池スタックから前記燃料ガスを排出することを制御する排気バルブを備え、該排気バルブは前記燃料電池スタックの燃料ガスの排出口より下側に設けられている、ことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載の燃料電池システム。

（１３０）燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに燃料ガスを供給し該燃料電池スタックから燃料ガスを排出させる燃料供給系とを備え、前記燃料電池スタックの前記燃料ガスの排出口は前記燃料電池スタックの燃料極より低い位置にある、ことを特徴とする燃料電池システム。
（１３１）前記燃料供給系は前記燃料電池スタックから前記燃料ガスを排出することを制御する排気バルブを備え、該排気バルブは前記燃料ガスの排出口より下側に設けられている、ことを特徴とする（１３０）に記載の燃料電池システム。

以下の事項を開示する。
（請求項１）
燃料電池の単位ユニットを複数枚重ね合わせて構成された燃料電池スタックであって、
前記各単位ユニットはその下縁が傾斜している、ことを特徴とする燃料電池スタック。
（請求項２）
前記下縁は前記燃料電池を備えた車輌の進行方向に対して傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
（請求項３）
前記燃料電池スタックはそれ自身が前記車輌の進行方向に対する幅方向に傾斜している、ことを特徴とする燃料電池スタック。
（請求項４）
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池スタックを備える燃料電池システム。
（請求項５）
燃料電池スタックと該燃料電池スタックに取り付けられる水回収装置とを備え、前記燃料電池スタックと前記水回収装置とが実質的に箱型に組付けられて、該箱型の組付け体の１つの角が実質的に最下点となるように配置される、ことを特徴とする燃料電池システム。
（請求項６）
燃料電池スタックと該燃料電池スタックの下側に配置される水回収装置とを備えてなる燃料電池システム。
（請求項７）
前記燃料電池スタックは単位ユニットを車輌の幅方向に重ね合わせてなりかつ前記各単位ユニットの下縁が車輌の進行方向に対して傾斜しており、前記水回収装置の水受け面は前記車輌の進行方向に対する幅方向に対して傾斜している、ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
（請求項８）
前記燃料電池スタックの上側に、該燃料電池スタックの各空気極に水を液体の状態で供給する水供給手段が更に備えられる、ことを特徴とする請求項６又は７に記載の燃料電池システム。
（請求項９）
燃料電池スタックと該燃料電池スタックに水を供給し排出空気及び／又は排出燃料ガス中から水を回収する水供給系とを備え、該水供給系の水タンクが前記燃料電池スタックより下側に配置されている、ことを特徴とする燃料電池システム。
（請求項１０）
前記水供給系は前記燃料電池スタックの空気極に水を液体の状態で供給し、排出空気から水を回収する、ことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
（請求項１１）
燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに燃料ガスを供給し該燃料電池スタックから燃料ガスを排出させる燃料供給系とを備え、前記燃料ガスの排気バルブが前記燃料電池スタックより下側に設けられている、ことを特徴とする燃料電池システム。
（請求項１２）
前記燃料電池スタックの燃料ガス排出口と前記燃料ガス排気バルブとを連結する配管は前記燃料電池スタックの燃料ガス排出口より実質的に下方に向けて配設されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
（請求項１３）
燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに燃料ガスを供給し該燃料電池スタックから燃料ガスを排出させる燃料供給系とを備え、前記燃料電池スタックの燃料ガス導入口は前記燃料ガスの排出口より高い位置にある、ことを特徴とする燃料電池システム。
（請求項１４）
前記燃料ガスの導入口は前記燃料電池スタックの燃料極より高い位置にあり、前記燃料ガスの排出口は前記燃料電池スタックの燃料極より低い位置にある、ことを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池システム。
（請求項１５）
前記燃料ガスの導入口は前記燃料電池スタックの最も高い位置にあり、前記燃料ガスの排出口は前記燃料電池スタックの最も低い位置にある、ことを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池システム。

図１はこの発明の一の実施例の燃料電池システムの構成を示す概念図である。図２は同じく燃料電池の単位ユニットの構成を示す断面図である。図３は同じく実施例の燃料電池システムを車輌に実装した状態において水供給系を抽出した図である。図４は同じく空気マニホールド、燃料電池スタック、水凝縮器及び空気供給ファンの組付け体の側面図である。図５は同じく組付け体の平面図である。図６は同じく組付け体の底面図である。図７は同じく組付け体の構成を示す概念図である。図８は単位ユニットにおいて空気流路を備えたセパレータを示す正面図である。図９は同じく実施例の燃料電池システムを車輌に実装した状態において燃料供給系を抽出した図である。

符号の説明

１燃料電池システム
２燃料電池スタック
３空気極
４燃料極
８空気流路
１０燃料供給系
３３電磁弁
４０空気供給系
４５空気マニホールド
５０水供給系
５１水凝縮器
５３タンク
５５ノズル
７０負荷系
１２０水素ガス導入口
１２１水素ガス排出口

Claims

高分子固体電解質膜を燃料極と空気極とで挟持してなる燃料電池本体とセパレータとを備えてなる矩形の単位ユニットの多数個を直列に積層してなる燃料電池スタックと該燃料電池スタックの下側に配置される水回収装置とを備え、車輌用に適用される燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックの各単位ユニットはその下縁が前記車輌の進行方向に対して傾斜し、前記燃料電池スタックは前記車輌の幅方向に対して傾斜して前記燃料電池スタックとして三次元的に傾いており、
前記水回収装置の水受け面は前記車輌の幅方向に傾斜している、ことを特徴とする燃料電池システム。
前記水受け面の最下点にドレインが取り付けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記単位ユニットには前記空気極と前記セパレータとの間に上下方向の空気流路が形成され、前記燃料電池スタックの上側に空気マニホールドとその側壁に配設されたノズルとを備え、前記単位ユニットの空気流路は前記空気マニホールドに開口して前記ノズルから放出された水が液体の状態で前記空気極に供給される、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。