JP5243328B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される単位燃料電池セルと、前記単位燃料電池セルを挟持するセパレータとを水平方向に積層して構成された、特に車載用に適した燃料電池スタックに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設して構成される単位燃料電池セルを、セパレータによって挟持することにより構成されており、通常、この単位燃料電池セルを所定数だけ積層して燃料電池スタックとして使用されている。

この種の燃料電池スタックにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスという）は、触媒電極上で水素がイオン化され、適度に加湿された電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガス（以下、酸素含有ガスという）あるいは空気が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。

上記の燃料電池スタックでは、積層されている各単位燃料電池セルのアノード側電極およびカソード側電極に、それぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガス（反応ガス）を供給するために、内部マニホールドを構成することが行われている。この内部マニホールドは、具体的には、積層されている各単位燃料電池セルおよびセパレータに一体的に連通して設けられた複数の連通孔を備えており、供給用の連通孔に反応ガスが供給されると、前記反応ガスが各単位燃料電池セル毎に分散供給される一方、使用済みの反応ガスが排出用の連通孔に一体的に排出されるように構成されている。

ところで、特に、酸化剤ガスが流れる連通孔内には、電極発電面で生成された反応生成水が導入され易く、この連通孔内に滞留水が存在する場合が多い。一方、燃料ガスが流される連通孔内には、結露等による滞留水が発生するおそれがある。このため、連通孔が滞留水によって縮小または閉塞されてしまい、反応ガスの流れが妨げられて発電性能が低下するという不具合が指摘されている。

そこで、例えば、特許文献１に開示されているように、集電極の積層面に形成された燃料ガス流路および酸化ガス流路に親水性被膜が設けられた燃料電池が知られている。具体的には、図１５に示すように、集電極１の両側部に燃料ガスの給排流路２ａ、２ｂが貫通形成されるとともに、この集電極１の上下には、酸化ガスの給排流路３ａ、３ｂが貫通形成されている。集電極１の発電面側には、上下方向に沿って複数本の酸化ガス流路４が互いに平行しかつ直線上に設けられるとともに、前記酸化ガス流路４に親水性被膜５が形成されている。さらに、酸化ガスの給排流路３ｂには、多孔質部材６が配置されている。

このような構成において、燃料電池の運転に伴って発電面側で生成された水が、酸化ガス流路４に導入されると、この生成水は、前記酸化ガス流路４に形成された親水性被膜５を湿潤状態にする。この生成水は、自重により親水性被膜５およびその表面を伝って鉛直下方向に流れ、酸化ガス流路４から排出される。さらに、生成水が酸化ガスの給排流路３ｂに配置された多孔質部材６により吸収されるため、この生成水を酸化ガス流路４からより確実に排出することができるとしている。

特開平８−１３８６９２号公報

ところが、上記の従来技術では、集電極１の上下に酸化ガスの給排流路３ａ、３ｂが形成されるため、燃料電池全体の高さ方向の寸法を短尺化することが困難なものとなってしまう。特に、車載用燃料電池スタックとして使用する際には、自動車車体の床下等のスペースを有効活用する必要があり、燃料電池全体の高さ方向を可及的に短尺化したいとう要請がある。しかしながら、上記の従来技術では、この種の要請に効果的に対応することができないという問題がある。

しかも、酸化ガスの給排流路３ａ、３ｂは、集電極１の上下に横方向に長尺に構成されている。これにより、集電極１の剛性を確保するためには、この集電極１の厚さを比較的大きく設定する必要があり、燃料電池スタック全体の積層方向の寸法が長尺化してしまうという問題が指摘されている。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、円滑かつ確実な排水機能を有するとともに、高さ方向の寸法を可及的に短尺化し、かつセパレータの厚さを有効に薄肉化することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明の燃料電池スタックでは、セパレータの横方向一端縁部の上部側に貫通して設けられ、燃料ガスまたは酸化剤ガスを含む反応ガスを流すための入口側連通孔と、前記セパレータの横方向他端縁部の下部側に貫通して設けられ、前記燃料ガスまたは前記酸化剤ガスを含む前記反応ガスを流すための出口側連通孔と、前記セパレータの電極発電面内に水平方向に沿って設けられ、前記反応ガスを前記アノード側電極または前記カソード側電極に供給するとともに、入口部が前記入口側連通孔に連通し、かつ、出口部が前記出口側連通孔に連通するガス流路と、前記出口側連通孔内に配設され、水を排出するための多孔質吸水管体と、を備え、前記ガス流路の前記出口部の底部は、前記出口側連通孔の底部よりも上方に配置されている。
加えて、前記ガス流路と前記出口側連通孔との間に、複数の連結孔部が形成され、前記ガス流路は、複数の流路溝を備えるとともに、前記連結孔部の一端は、前記セパレータの一方の面側で前記流路溝に連通し、かつ、前記連結孔部の他端は、前記セパレータの他方の面側で前記出口側連通孔に連通するとともに前記出口側連通孔の前記底部よりも上方に配置される。

本発明に係る燃料電池スタックでは、高さ方向の寸法を可及的に短尺化するとともに、薄型化が容易に図られる。さらに、ガス流路への水の逆流を有効に阻止し、発電性能を確保するとともに、簡単な構成で排水性を大幅に向上させることが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの概略縦断面説明図である。 図１に示す燃料電池スタックの要部分解斜視図である。 図１に示す燃料電池スタックの概略断面説明図である。 図１に示す燃料電池スタックを構成する第１セパレータの正面説明図である。 図１に示す燃料電池スタックを構成する第２セパレータの一方の面の正面説明図である。 前記第２セパレータの他方の面の正面説明図である。 図１に示す燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体および第１セパレータの斜視説明図である。 前記多孔質吸水管体を構成する線材の一部断面斜視説明図である。 図１に示す燃料電池スタック内の静圧分布説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体および第１セパレータの斜視説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体の一部斜視説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体の一部斜視説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックの縦断面説明図である。 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体の縦断面説明図である。 従来技術に係る集電極の斜視説明図である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の概略縦断面説明図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の要部分解斜視図である。

燃料電池スタック１０は、単位燃料電池セル１２と、この単位燃料電池セル１２を挟持する第１および第２セパレータ１４、１６とを備え、これらが複数組だけ積層されている。単位燃料電池セル１２は、固体高分子電解質膜１８と、この電解質膜１８を挟んで配設されるカソード側電極２０およびアノード側電極２２とを有するとともに、前記カソード側電極２０および前記アノード側電極２２には、例えば、多孔質層である多孔質カーボンペーパ等からなる第１および第２ガス拡散層２４、２６が配設される。

単位燃料電池セル１２の両側には、第１および第２ガスケット２８、３０が設けられ、前記第１ガスケット２８は、カソード側電極２０および第１ガス拡散層２４を収納するための大きな開口部３２を有する一方、前記第２ガスケット３０は、アノード側電極２２および第２ガス拡散層２６を収納するための大きな開口部３４を有する。単位燃料電池セル１２と第１および第２ガスケット２８、３０とが、第１および第２セパレータ１４、１６によって挟持されるとともに、この第２セパレータ１６には第３ガスケット３５が配設される。

第１セパレータ１４は、その横方向両端上部側に水素含有ガス等の燃料ガスを通過させるための入口側燃料ガス連通孔３６ａと、酸素含有ガスまたは空気である酸化剤ガスを通過させるための入口側酸化剤ガス連通孔３８ａとを設ける。

第１セパレータ１４の横方向両端中央側には、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体を通過させるための入口側冷却媒体連通孔４０ａと、使用後の前記冷却媒体を通過させるための出口側冷却媒体連通孔４０ｂとが設けられる。第１セパレータ１４の横方向両端下部側には、燃料ガスを通過させるための出口側燃料ガス連通孔３６ｂと、酸化剤ガスを通過させるための出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂとが、入口側燃料ガス連通孔３６ａおよび入口側酸化剤ガス連通孔３８ａと対角位置になるように設けられている。

第１セパレータ１４のカソード側電極２０に対向する面１４ａには、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａに近接して複数本、例えば、６本のそれぞれ独立した第１酸化剤ガス流路溝（ガス流路）４２が、水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって設けられる。第１酸化剤ガス流路溝４２は、３本の第２酸化剤ガス流路溝（ガス流路）４４に合流し、この第２酸化剤ガス流路溝４４が出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに近接して終端する。

図２〜図４に示すように、第１セパレータ１４には、この第１セパレータ１４を貫通するとともに、一端が面１４ａとは反対側の面１４ｂで入口側酸化剤ガス連通孔３８ａに連通する一方、他端が前記面１４ａ側で第１酸化剤ガス流路溝４２に連通する第１酸化剤ガス連結流路４６と、一端が前記面１４ｂ側で出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに連通する一方、他端が前記面１４ａ側で第２酸化剤ガス流路溝４４に連通する第２酸化剤ガス連結流路４８とが、前記第１セパレータ１４を貫通して設けられる。

図２に示すように、第２セパレータ１６の横方向両端側には、第１セパレータ１４と同様に、入口側燃料ガス連通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口側燃料ガス連通孔３６ｂおよび出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂが形成されている。

図５に示すように、第２セパレータ１６の面１６ａには、入口側燃料ガス連通孔３６ａに近接して複数本、例えば、６本の第１燃料ガス流路溝（ガス流路）６０が形成される。この第１燃料ガス流路溝６０は、水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって延在し、３本の第２燃料ガス流路溝（ガス流路）６２に合流してこの第２燃料ガス流路溝６２が出口側燃料ガス連通孔３６ｂの近傍で終端する。

第２セパレータ１６には、入口側燃料ガス連通孔３６ａを面１６ｂ側から第１燃料ガス流路溝６０に連通する第１燃料ガス連結流路６４と、出口側燃料ガス連通孔３６ｂを前記面１６ｂ側から第２燃料ガス流路溝６２に連通する第２燃料ガス連結流路６６とが、前記第２セパレータ１６を貫通して設けられる。

図３および図６に示すように、第２セパレータ１６の面１６ｂには、第３ガスケット３５の開口部６８に対応する段差部７０が形成され、段差部７０内には、入口側冷却媒体連通孔４０ａおよび出口側冷却媒体連通孔４０ｂに近接して冷却媒体流路を構成する複数本の主流路溝７２ａ、７２ｂが形成される。主流路溝７２ａ、７２ｂ間には、それぞれ複数本に分岐する分岐流路溝７４が水平方向に延在して設けられている。

第２セパレータ１６には、入口側冷却媒体連通孔４０ａと主流路溝７２ａとを連通する第１冷却媒体連結流路７６と、出口側冷却媒体連通孔４０ｂと主流路溝７２ｂとを連通する第２冷却媒体連結流路７８とが、前記第２セパレータ１６を貫通して設けられる。

図２に示すように、第１、第２および第３ガスケット２８、３０および３５の横方向両端部には、入口側燃料ガス連通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口側燃料ガス連通孔３６ｂおよび出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂが設けられる。

図１に示すように、単位燃料電池セル１２と第１および第２セパレータ１４、１６の積層方向両端部には、第１および第２エンドプレート８０、８２が配置され、タイロッド８４を介して前記第１および第２エンドプレート８０、８２が一体的に締め付け固定されている。

燃料電池スタック１０内には、少なくとも出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂおよび必要に応じて出口側燃料ガス連通孔３６ｂに、それぞれ多孔質吸水管体８６が積層方向に延在して配設される。図１および図７に示すように、多孔質吸水管体８６は、金属、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製のパイプ状芯材８８と、この芯材８８の外周部に巻き付けられる複数の線材９０とを備える。

図８に示すように、線材９０は表面に凹凸状を有しており、各線材９０が束ねられることによって空間９２が形成される。この空間９２は、芯材８８の長手方向（燃料電池スタック１０の積層方向）に沿って延在している。芯材８８は、その両端を閉塞して構成してもよく、この芯材８８が燃料電池スタック１０内に図示しない固定手段を介して固定されている。

図４および図５に示すように、多孔質吸水管体８６は、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ内および出口側燃料ガス連通孔３６ｂ内において、重力方向下側にかつ第２酸化剤ガス連結流路４８および第２燃料ガス連結流路６６から離間する位置に設置されている。

図１に示すように、第１エンドプレート８０には、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに連通する孔部９４が形成されるとともに、前記第１エンドプレート８０に継手９６を介して前記孔部９４に連通するマニホールド管体９８が接続される。マニホールド管体９８は、継手９６から上方に湾曲される外側管体１００を備え、この外側管体１００内には、多孔質吸水管体８６に接続され、または前記多孔質吸水管体８６から延長された多孔質吸水管体１０２が配置されている。この多孔質吸水管体１０２は、例えば、ガス加湿用や改質用に使用可能な水を貯留する貯水タンク（図示せず）に接続される。

なお、第１エンドプレート８０には、出口側燃料ガス連通孔３６ｂに連通する孔部１０４が形成され、この孔部１０４には、上述したマニホールド管体９８と同様に構成されるマニホールド管体１０６が連結されており、その詳細な説明は省略する。

このように構成される第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。

燃料電池スタック１０内には、燃料ガス、例えば、炭化水素を改質した水素を含むガスが供給されるとともに、酸化剤ガスとして空気または酸素含有ガス（以下、単に空気ともいう）が供給され、さらに単位燃料電池セル１２の発電面を冷却するために、冷却媒体が供給される。燃料電池スタック１０内の入口側燃料ガス連通孔３６ａに供給された燃料ガスは、図３および図５に示すように、第１燃料ガス連結流路６４を介して面１６ｂ側から面１６ａ側に移動し、この面１６ａ側に形成されている第１燃料ガス流路溝６０に供給される。

第１燃料ガス流路溝６０に供給された燃料ガスは、第２セパレータ１６の面１６ａに沿って水平方向に蛇行しながら重力方向に移動する。その際、燃料ガス中の水素含有ガスは、第２ガス拡散層２６を通って単位燃料電池セル１２のアノード側電極２２に供給される。そして、未使用の燃料ガスは、第１燃料ガス流路溝６０に沿って移動しながらアノード側電極２２に供給される一方、未使用の燃料ガスが第２燃料ガス流路溝６２を介して第２燃料ガス連結流路６６に導入され、面１６ｂ側に移動した後に出口側燃料ガス連通孔３６ｂに排出される。

また、燃料電池スタック１０内の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａに供給された空気は、図３に示すように、第１セパレータ１４の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａに連通する第１酸化剤ガス連結流路４６を介して第１酸化剤ガス流路溝４２に導入される。図２に示すように、第１酸化剤ガス流路溝４２に供給された空気は、水平方向に蛇行しながら重力方向に移動する間、この空気中の酸素含有ガスが第１ガス拡散層２４からカソード側電極２０に供給される。一方、未使用の空気は、第２酸化剤ガス流路溝４４を介して第２酸化剤ガス連結流路４８から出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに排出される。これにより、単位燃料電池セル１２で発電が行われ、例えば、図示しないモータに電力が供給されることになる。

さらにまた、燃料電池スタック１０内に供給された冷却媒体は、入口側冷却媒体連通孔４０ａに導入された後、図６に示すように、第２セパレータ１６の第１冷却媒体連結流路７６を介して面１６ｂ側の主流路溝７２ａに供給される。冷却媒体は、主流路溝７２ａから分岐する複数本の分岐流路溝７４を通って単位燃料電池セル１２の発電面を冷却した後、主流路溝７２ｂに合流する。そして、使用後の冷却媒体は、第２冷却媒体連結流路７８を通って出口側冷却媒体連通孔４０ｂから排出される。

ところで、上記のように燃料電池スタック１０が運転されている際、特にカソード側電極２０側で比較的多くの水が生成されており、この水が第１および第２酸化剤ガス流路溝４２、４４を介して出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに導出される。

この場合、第１の実施形態では、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに多孔質吸水管体８６が配置されており、この出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに導入された水が、前記多孔質吸水管体８６を構成する複数の線材９０を毛細管現象によって透過し、前記線材９０間に形成されている空間９２に導かれる。ここで、燃料電池スタック１０では、酸化剤ガスおよび燃料ガスが、図９に示すような静圧分布を有している。このため、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの出口側の圧力が内部側の圧力よりも低くなり、空気の上下流の圧力差によって多孔質吸水管体８６の空間９２に導入された水は、図１中、矢印Ａ方向に示すように、第１エンドプレート８０側、すなわち、マニホールド管体９８側に押し出される。

これにより、第１の実施形態では、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに導入された水は、多孔質吸水管体８６の毛細管現象とこの出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ内の空気の圧力差とによって、マニホールド管体９８内の多孔質吸水管体１０２側に円滑かつ確実に排出され、簡単な構成で滞留する生成水等の結露水の排水性が有効に向上するという効果が得られる。

特に、燃料電池スタック１０が車両に搭載される際には、走行路の傾き等によって前記燃料電池スタック１０が傾斜しても、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに導入された水が第２酸化剤ガス流路溝４４側に逆流することがない。従って、燃料電池スタック１０内で電極発電面が生成水で覆われることを防止し、発電性能の低下を確実に阻止することが可能になるという利点がある。

さらに、多孔質吸水管体８６は、図４に示すように、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂの重力方向下側でかつ第２酸化剤ガス連結流路４８から離間する位置に配置されている。このため、生成水の吸水性が向上するとともに、第１セパレータ１４の電極発電面側での空気の流れ分布を乱すことを阻止することができる。しかも、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ内での空気の圧損を増加させることがない。

さらにまた、図１に示すように、マニホールド管体９８は上方に湾曲しており、このマニホールド管体９８内に配置されている多孔質吸水管体１０２が、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂよりも上方に配置される。これにより、第１エンドプレート８０の面内でマニホールド管体９８をレイアウトすることが可能になり、燃料電池スタック１０全体の高さ方向の寸法が大きくなることがない。従って、配管レイアウトの自由度が向上するとともに、燃料電池スタック１０全体の高さ方向を有効に短尺化し、特に車載用に優れるという利点が得られる。

また、第１の実施形態では、図２に示すように、入口側燃料ガス連通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口側燃料ガス連通孔３６ｂおよび出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂが、燃料電池スタック１０の横方向両端部に設けられている。このため、燃料電池スタック１０の上部および下部に、横方向に長尺な連通孔を設ける必要がなく、前記燃料電池スタック１０全体の高さ方向を可及的に短尺化し得るとともに、強度の向上が図られ、前記燃料電池スタック１０全体の積層方向を有効に薄型化することができる。

なお、第１の実施形態では、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂ側についてのみ説明したが、出口側燃料ガス連通孔３６ｂ側においても同様に凝縮水が発生しており、多孔質吸水管体８６を用いることによって効率的かつ確実な排水機能を有することが可能になる。また、多孔質吸水管体８６がパイプ状の芯材８８を有しているが、これに代替して棒状部材を用いてもよい。

さらにまた、第１の実施形態では、第１セパレータ１４の面１４ａにガス流路である第１および第２酸化剤ガス流路溝４２、４４が水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって設けられる一方、第２セパレータ１６の面１６ａにガス流路である第１および第２燃料ガス流路溝６０、６２が水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって設けられているが、これに代替して、前記第１および第２セパレータ１４、１６の面１４ａ、１６ａに、それぞれのガス流路を水平方向に蛇行しながら反重力方向に向かって設けることができる。その際、多孔質吸水管体８６は、第１および第２セパレータ１４、１６の上部側に配設されることになるが、前記多孔質吸水管体８６の毛細管現象と空気等の圧力差とによって、滞留する結露水の排水性が有効に向上する等、同様の効果が得られる。なお、以下に示す第２の実施形態以降でも、同様である。

図１０は、第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体１２０および第１セパレータ１４の斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック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。

多孔質吸水管体１２０は、金属、例えば、ＳＵＳ製のパイプ１２２と、このパイプ１２２内に収容される複数本の線材１２４とを備えている。このパイプ１２２は、外周部に複数の孔部１２６を有しており、水がこの孔部１２６から前記パイプ１２２内に透過し得るように構成されている。線材１２４は、線材９０と同様に表面形状が凹凸状を有している。

図１１は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体１３０の一部斜視説明図であり、図１２は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体１４０の一部斜視説明図である。

多孔質吸水管体１３０は、多数の孔部１３２を有し、断面四角形状の角パイプ１３４と、この角パイプ１３４内に配置される複数本の線材１３６とを備える一方、多孔質吸水管体１４０は、複数の孔部１４２を有し、断面三角形状の三角パイプ１４４と、この三角パイプ１４４内に収容される複数本の線材１４６とを備える。角パイプ１３４および三角パイプ１４４は、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂおよび出口側燃料ガス連通孔３６ｂの角部形状に沿って配置される。

このように構成される多孔質吸水管体１２０、１３０および１４０では、それぞれの孔部１２６、１３２および１４２から水が浸透し、複数本の線材１２４、１３６および１４６の毛細管現象と空気の圧力差とによって水を円滑かつ確実に排出することができる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図１３は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタック１６０の縦断面説明図である。この燃料電池スタック１６０では、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂと出口側燃料ガス連通孔３６ｂに多孔質吸水管体１６２が配置されており、前記多孔質吸水管体１６２は、パイプ部材１６４と、このパイプ部材１６４内に配置される複数本の線材１６６とを備える。

パイプ部材１６４は、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂおよび出口側燃料ガス連通孔３６ｂに配置される部分に複数の孔部１６８を設けており、水の透過を可能にする一方、燃料電池スタック１６０の外部に露呈する部分には、孔部が設けられていない。なお、パイプ部材１６４は一体的に構成されているが、孔部１６８を設ける管体と孔部を有しない管体とを個別に設け、それらを継手等によって固定するように構成してもよい。また、線材１６６に代替して各種の吸水材を用いてもよい。

図１４は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する多孔質吸水管体１８０の縦断面説明図である。この多孔質吸水管体１８０は、出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂおよび出口側燃料ガス連通孔３６ｂの重力方向下側に埋め込まれた断面固形状の吸水材１８２を備えており、この吸水材１８２は、例えば、スポンジ等によって構成されている。吸水材１８２の上面は、第２酸化剤ガス連結流路４８および第２燃料ガス連結流路６６から所定の隙間Ｓを設ける位置に設定されており、水の逆流を阻止することが可能になる。

１０、１６０…燃料電池スタック １２…単位燃料電池セル
１４、１６…セパレータ １８…電解質膜
２０…カソード側電極 ２２…アノード側電極
３６ａ…入口側燃料ガス連通孔 ３６ｂ…出口側燃料ガス連通孔
３８ａ…入口側酸化剤ガス連通孔 ３８ｂ…出口側酸化剤ガス連通孔
４０ａ…入口側冷却媒体連通孔 ４０ｂ…出口側冷却媒体連通孔
４２、４４…酸化剤ガス流路溝 ４６、４８…酸化剤ガス連結流路
６０、６２…燃料ガス流路溝 ６４、６６…燃料ガス連結流路
８０、８２…エンドプレート
８６、１０２、１２０、１３０、１４０、１６２、１８０…多孔質吸水管体
８８…芯材
９０、１２４、１３６、１４６、１６６…線材
９２…空間 ９８、１０６…マニホールド管体
１００…外側管体 １２２…パイプ
１２６、１３２、１４２、１６８…孔部
１３４…角パイプ １４４…三角パイプ
１６４…パイプ部材 １８２…吸水材

Claims (1)

1. 固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される単位燃料電池セルと、前記単位燃料電池セルを挟持するセパレータとを水平方向に積層して構成される燃料電池スタックであって、
   前記セパレータの横方向一端縁部の上部側に貫通して設けられ、燃料ガスまたは酸化剤ガスを含む反応ガスを流すための入口側連通孔と、
   前記セパレータの横方向他端縁部の下部側に貫通して設けられ、前記燃料ガスまたは前記酸化剤ガスを含む前記反応ガスを流すための出口側連通孔と、
   前記セパレータの電極発電面内に水平方向に沿って設けられ、前記反応ガスを前記アノード側電極または前記カソード側電極に供給するとともに、入口部が前記入口側連通孔に連通し、かつ、出口部が前記出口側連通孔に連通するガス流路と、
   前記出口側連通孔内に配設され、水を排出するための多孔質吸水管体と、
   を備え、
   前記ガス流路の前記出口部の底部は、前記出口側連通孔の底部よりも上方に配置され、
   前記ガス流路と前記出口側連通孔との間に、複数の連結孔部が形成され、
   前記ガス流路は、複数の流路溝を備えるとともに、
   前記連結孔部の一端は、前記セパレータの一方の面側で前記流路溝に連通し、かつ、前記連結孔部の他端は、前記セパレータの他方の面側で前記出口側連通孔に連通するとともに前記出口側連通孔の前記底部よりも上方に配置されることを特徴とする燃料電池スタック。

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