JP5385033B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが水平方向に積層される複数の発電ユニットを備え、前記セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路が設けられるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガスを流通させる反応ガス連通孔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、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した発電ユニットを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電ユニットを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。

上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。また、互いに隣接するセパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が、前記セパレータの面方向に沿って設けられている。

さらに、この種の燃料電池では、発電ユニットの積層方向に貫通して燃料ガスを流すための燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔と、冷却媒体を流すための冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔とを内部に備える、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。

内部マニホールド型燃料電池として、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。この燃料電池では、図１２に示すように、上下方向に沿って複数のアノード側流路１が形成されており、前記アノード側流路１の上流側には、水分配基板２及びガス分配基板３が配設されている。水分配基板２及びガス分配基板３には、それぞれ複数の細孔２ａ、３ａが形成され、前記細孔２ａ、３ａは、アノード側流路１に連通している。

燃料電池の上部側両側部には、それぞれ一対の水導入用のマニホールド孔４ａ、４ａと、燃料ガス導入用のマニホールド孔５ａ、５ａとが形成されている。燃料電池の下部側両側部には、それぞれ一対の燃料ガス導出用のマニホールド孔５ｂ、５ｂと、水導出用のマニホールド孔４ｂ、４ｂとが形成されている。

水導入用のマニホールド孔４ａ、４ａには、水ポンプ６から水が供給される一方、燃料ガス導入用のマニホールド孔５ａ、５ａには、水素ガスボンベ７から燃料ガスが供給されている。水導出用のマニホールド孔４ｂ、４ｂ及び燃料ガス導出用のマニホールド孔５ｂ、５ｂは、分離タンク８に連通しており、この分離タンク８に貯留される水は、冷却器９により冷却された後、水ポンプ６を介してマニホールド孔４ａ、４ａに供給されている。

特許第３１２３９９２号公報

上記の特許文献１では、アノード側流路１を流通して反応に使用された燃料ガスに含まれる水は、マニホールド孔４ｂ、４ｂに導出されて分離タンク８に送られる一方、この使用済みの燃料ガスに含まれる水は、前記分離タンク８に導入されて前記燃料ガスから分離されている。

しかしながら、アノード側流路１の下流側（下端部側）には、特に、水が滞留し易く、大量に発生した滞留水を確実に排出することが困難であるという問題がある。

しかも、燃料電池には、それぞれ一対の水導入用のマニホールド孔４ａ、４ａ、燃料ガス導入用のマニホールド孔５ａ、５ａ、水導出用のマニホールド孔４ｂ、４ｂ及び燃料ガス導出用のマニホールド孔５ｂ、５ｂが設けられている。このため、燃料電池全体の構成が複雑化し、前記燃料電池が大型化するとともに、コストが高騰す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、簡単且つコンパクトな構成で、セパレータ面内から滞留水を容易且つ確実に排出させ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、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される複数の発電ユニットを備え、前記セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路が設けられるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガスを流通させる反応ガス連通孔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、反応ガス流路の下端部位には、出口側の反応ガス連通孔に連通する出口バッファ部が設けられるとともに、出口側の前記反応ガス連通孔の内部に突出する出口を有する排水用通路部であって、前記出口バッファ部から出口側の前記反応ガス連通孔の内部まで延在し、該出口バッファ部に滞留する水を、前記排水用通路部の出口から出口側の該反応ガス連通孔に排出させる排水用通路部を備えている。

また、この燃料電池では、排水用通路部の出口は、出口側の反応ガス連通孔のガス流れ方向に対して傾斜する方向に開口する排水口を有することが好ましい。

さらに、この燃料電池では、電解質・電極構造体とセパレータとが水平方向に積層されるとともに、排水用通路部の入口は、出口バッファ部の最下位置に開口することが好ましい。

さらにまた、この燃料電池では、互いに隣接する発電ユニットに設けられる各排水用通路部は、積層方向に対して互いに千鳥状に配置されることが好ましい。

また、この燃料電池では、排水用通路部の出口は、出口側の反応ガス連通孔に向かって狭まるように構成されることが好ましい。

さらに、この燃料電池では、排水用通路部の入口は、出口バッファ部に向かって広がるように構成されることが好ましい。

さらにまた、この燃料電池では、排水用通路部は、出口バッファ部から出口側の反応ガス連通孔の内部まで延在して配設されるパイプ部材により構成されることが好ましい。

また、この燃料電池では、パイプ部材は、少なくとも出口側の反応ガス連通孔の内部に進入する部位が、反応ガスの流れ方向に長尺な楕円形状を有することが好ましい。

さらに、この燃料電池では、セパレータは、金属プレートにより構成されるとともに、排水用通路部は、互いに隣接する一方の前記セパレータの第１折り曲げ部位と他方の前記セパレータの第２折り曲げ部位とが重なり合って一体に構成されることが好ましい。

さらにまた、この燃料電池では、出口側の反応ガス連通孔の反応ガス流れ方向上流側の第１折り曲げ部位は、反応ガス流れ方向下流側の第２折り曲げ部位よりも大きな寸法に設定されることが好ましい。

本発明によれば、排水用通路部が、出口バッファ部から出口側の反応ガス連通孔の内部まで延在して設けられている。このため、排水用通路部の出口は、反応ガスの流れが速い反応ガス連通孔の内部に開口しており、前記排水用通路部の出口に負圧が発生する。

従って、出口バッファ部に流動する反応ガスによる押し出し力と、反応ガス連通孔を流通する反応ガス流速により排水用通路部の出口に発生する負圧力とを介し、前記出口バッファ部の滞留水が良好に排出される。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、セパレータ面内から滞留水を容易且つ確実に排出させることが可能になり、排水性の向上が図られる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。 前記発電ユニットを構成する第２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パイプ部材の要部拡大説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材の拡大斜視説明図である。 前記パイプ部材の動作説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材の要部拡大説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材の要部拡大説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの分解斜視説明図である。 前記燃料電池を構成するパイプ部材の拡大説明図である。 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池を構成する発電ユニットの分解斜視説明図である。 特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池の説明図である。

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は、発電ユニット１２を備え、複数の前記発電ユニット１２が、例えば、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層されてスタックを構成する。なお、発電ユニット１２は、重力方向（鉛直方向）に積層されてもよい。その際、後述するパイプ部材の出口は、下向き（重力方向）に設定される。

発電ユニット１２は、図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１６及び第２セパレータ１８を設ける。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１８は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した縦長形状の金属板により構成される。

第１セパレータ１４及び第２セパレータ１８は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１８は、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。

電解質膜・電極構造体１６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と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード側電極２４及びカソード側電極２６とを備える。アノード側電極２４は、カソード側電極２６よりも小さな表面積を有する、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。

アノード側電極２４及びカソード側電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金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る電極触媒層（図示せず）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。

図１に示すように、発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）３２ａが設けられる。

発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）３０ｂが設けられる。

発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３４ａが設けられるとともに、前記発電ユニット１２の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。

図１に示すように、第１セパレータ１４の電解質膜・電極構造体１６に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する燃料ガス流路（反応ガス流路）３６が形成される。燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部３６ａを有するとともに、前記燃料ガス流路３６の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０が設けられる。

第１セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部である複数の流路溝部４４ａが形成される。流路溝部４４ａの入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４６ａ及び出口バッファ部４８ａが設けられる。

第２セパレータ１８の電解質膜・電極構造体１６に向かう面１８ａには、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）５０が形成される。酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部５０ａを有する。酸化剤ガス流路５０の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４が設けられる。

第２セパレータ１８の面１８ｂには、図１に示すように、冷却媒体流路４４の一部である複数の流路溝部４４ｂが形成される。流路溝部４４ｂの入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４６ｂ及び出口バッファ部４８ｂが設けられる。

図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材５６が、個別に又は一体に設けられる。第２セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材５８が、個別に又は一体に設けられる。

第１セパレータ１４は、燃料ガス入口連通孔３２ａ及び燃料ガス流路３６を連通する複数の供給孔部６０ａと、燃料ガス出口連通孔３２ｂ及び前記燃料ガス流路３６を連通する複数の排出孔部６０ｂとを有する。

図３に示すように、第２セパレータ１８は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと酸化剤ガス流路５０との連通部分は、複数の入口側連結流路６２ａ及び複数の出口側連結流路６２ｂを形成する複数の受け部６４ａ、６４ｂを設ける。

第２セパレータ１８には、出口バッファ部５４から酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部まで延在し、前記出口バッファ部５４に滞留する水を前記酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出させるパイプ部材（排水用通路部）６６が設けられる。

パイプ部材６６は、出口バッファ部５４の最下位置５４ａに開口する入口６６ａを有し、前記入口６６ａは、前記出口バッファ部５４に向かって広がるように構成される。

パイプ部材６６は、略Ｌ字形状に直線的又は緩やかなＲ形状に屈曲乃至湾曲し、出口６６ｂが酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部、すなわち、流速の速い高速部位６８に開口する。この出口６６ｂは、高速部位６８に向かって狭まるように構成される。パイプ部材６６の出口６６ｂは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの酸化剤ガス流れ方向に対して傾斜する方向（略直交する方向）に開口する排出口を有する。

互いに隣接する発電ユニット１２に設けられる各パイプ部材６６は、積層方向に対して互いに千鳥状に配置される。

図１に示すように、第１セパレータ１４には、最下位置に配置される排出孔部６０ｂに入口側が連通し、且つ出口側が燃料ガス出口連通孔３２ｂの内部に開口されるパイプ部材（排水用通路部）７０が設けられる。このパイプ部材７０は、上記のパイプ部材６６と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。

発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第２セパレータ１８との間には、冷却媒体流路４４が形成される。

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。

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３２ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３４ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１８の酸化剤ガス流路５０に導入される。この酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１６のカソード側電極２６に供給される。

一方、燃料ガスは、図２に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａから供給孔部６０ａを通って第１セパレータ１４の面１４ａ側に移動する。燃料ガスは、燃料ガス流路３６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、電解質膜・電極構造体１６のアノード側電極２４に供給される（図１及び図２参照）。

従って、電解質膜・電極構造体１６では、カソード側電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

次いで、電解質膜・電極構造体１６のカソード側電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体１６のアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部６０ｂを通って第１セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

また、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、図１及び図２に示すように、一方の発電ユニット１２を構成する第１セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第２セパレータ１８との間に形成された冷却媒体流路４４に導入される。

このため、冷却媒体入口連通孔３４ａから冷却媒体流路４４に供給される冷却媒体は、矢印Ｂ方向に移動して発電ユニット１２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。

この場合、第１の実施形態では、図３に示すように、第２セパレータ１８に出口バッファ部５４から酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部（高速部位６８）まで延在して、パイプ部材６６が設けられている。すなわち、パイプ部材６６の出口６６ｂは、酸化剤ガスの流れが速い高速部位６８に対応して酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部に開口している。

従って、図４に示すように、酸化剤ガスの流れ（矢印Ｆ方向）によって、パイプ部材６６の出口６６ｂに負圧が発生している。このため、出口バッファ部５４に流動する酸化剤ガスによる押し出し力と、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂを流通する酸化剤ガス流速により出口６６ｂに発生する負圧力とを介し、前記出口バッファ部５４の滞留水が良好に排出されている。

これにより、簡単且つコンパクトな構成で、第２セパレータ１８の面内（酸化剤ガス流路５０の面内）から滞留水を容易且つ確実に排出させることが可能になるという効果が得られる。従って、酸化剤ガスの流通不良を確実に阻止し、しかも、大流量の酸化剤ガスによる掃気が不要になり、発電効率の低下を阻止して良好な発電性能を確実に維持することが可能になる。

さらに、パイプ部材６６は、出口６６ｂが酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに向かって狭められており、例えば、１０°〜４５°の傾斜角度を有している。このため、出口６６ｂからの水の吸い出しが、一層確実に遂行されるという利点がある。一方、パイプ部材６６の入口６６ａは、出口バッファ部５４に向かって広げられており（例えば、１０°〜４５°の傾斜角度）、前記入口６６ａに滞留水が円滑に導入されて排水性の向上が容易に図られる。

さらにまた、互いに隣接する発電ユニット１２の各パイプ部材６６は、積層方向に対して互いに千鳥状（オフセット）に配置されている。これにより、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの流速の速い高速部位６８を有効に活用することができ、排水性の向上が容易に図られる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材（排水用通路部）８０の拡大斜視説明図である。

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。ここで、パイプ部材８０は、酸化剤ガス出口及び燃料ガス出口のいずれにも適用可能である。また、以下に説明する第３〜第６の実施形態においても同様である。

パイプ部材８０は、入口８０ａが出口バッファ部５４に向かって広がる一方、出口８０ｂが酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに向かって狭まるように構成される。出口８０ｂは、酸化剤ガスの流れ方向（矢印Ｆ方向）に沿って長尺な楕円形状を有する（図５及び図６参照）。

このように構成される第２の実施形態では、パイプ部材８０の出口８０ｂが、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに突出する部分を楕円形状に構成している。このため、特に、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂにおける酸化剤ガスの流れを乱すことがなく、前記酸化剤ガスの円滑な流れを可能にして流路断面積を確保することができるという利点がある。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材（排水用通路部）９０の要部拡大説明図である。

パイプ部材９０は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部（高速部位６８）に突出する出口９０ｂが楕円形状を有するとともに、ガス流れ方向（矢印Ｆ方向）に対して角度θ°（例えば、３゜〜４５゜）だけ傾斜する傾斜端面９２を設ける。傾斜端面９２は、酸化剤ガス流れ方向に沿って該流れ方向から離間する方向に傾斜している。

このように構成される第３の実施形態では、パイプ部材９０の出口９０ｂに傾斜端面９２が設けられている。従って、酸化剤ガスの流れによって、出口９０ｂから水を一層円滑に排出させることが可能になるという利点がある。

図８は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池を構成するパイプ部材（排水用通路部）１００の要部拡大説明図である。

パイプ部材１００は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部（高速部位６８）に突出する出口１００ｂを有するとともに、前記出口１００ｂは、酸化剤ガス流れ方向（矢印Ｆ方向）上流側に向かって傾斜する開口端面１０２を有する。出口１００ｂのガス流れ方向下流側の側面には、吐出開口部１０４が形成される。

このように構成される第４の実施形態では、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って流通する酸化剤ガスは、パイプ部材１００の出口１００ｂに設けられる開口端面１０２の案内作用下に、この出口１００ｂ内に導入された後、吐出開口部１０４から前記酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに吐出される。このため、出口１００ｂに負圧を集中させることができ、排水性が一層良好に遂行されるという効果がある。

図９は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池１１０を構成する発電ユニット１１２の分解斜視説明図である。

発電ユニット１１２は、第１セパレータ１１４、電解質膜・電極構造体１６及び第２セパレータ１１６を備える。第１セパレータ１１４及び第２セパレータ１１６は、金属プレートにより構成されるとともに、前記第１セパレータ１１４と前記第２セパレータ１１６とにより、排水用通路部１１８が一体に構成される。

排水用通路部１１８は、第１セパレータ１１４に一体成形される第１折り曲げ部位１２０と、第２セパレータ１１６に一体成形される第２折り曲げ部位１２２とを有し、これらの下端部は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部に突出して配置される。

図１０に示すように、第１折り曲げ部位１２０は、第２折り曲げ部位１２２よりも酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの酸化剤ガス流れ方向上流側に配置されるとともに、前記第１折り曲げ部位１２０は、前記第２折り曲げ部位１２２よりも幅方向（矢印Ｇ方向）の寸法が大きく設定される。

第１折り曲げ部位１２０は、断面略コ字状を有するとともに、角部を湾曲させることにより、酸化剤ガスの流れを円滑にする機能を有する。第２折り曲げ部位１２２は、同様に断面コ字状を有し、開口側端部を第１折り曲げ部位１２０の内壁面に当接させることにより、排水用ノズル流路１２４が形成される。

このように構成される第５の実施形態では、第１セパレータ１１４及び第２セパレータ１１６は、金属プレートで構成されるとともに、プレス成形によりそれぞれ第１折り曲げ部位１２０と第２折り曲げ部位１２２とを一体成形している。

そして、第１セパレータ１１４と第２セパレータ１１６とにより、電解質膜・電極構造体１６を挟持する際に、第１折り曲げ部位１２０と第２折り曲げ部位１２２とが互いに重なり合って、排水用ノズル流路１２４が形成される。

排水用ノズル流路１２４は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部に開放されており、酸化剤ガスの流れによって発生する負圧を介し、排水用ノズル流路１２４から酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに円滑に排水することが可能になるという利点がある。

図１１は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池１３０を構成する発電ユニット１３２の分解斜視説明図である。

発電ユニット１３２は、第１セパレータ１３４、電解質膜・電極構造体１６及び第２セパレータ１３６を備える。第１セパレータ１３４及び第２セパレータ１３６は、金属プレートにより構成されるとともに、前記第１セパレータ１３４と前記第２セパレータ１３６とにより、排水用通路部１３８が一体に構成される。

排水用通路部１３８は、第１セパレータ１１４に溶着される第１折り曲げ部材１４０と、第２セパレータ１１６に溶着される第２折り曲げ部材１４２とを有し、これらの下端部は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの内部に突出して配置される。

このように構成される第６の実施形態では、第１折り曲げ部材１４０と第２折り曲げ部材１４２とにより排水用通路部１３８が構成されており、上記の第５の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第１〜第６の実施形態では、第１セパレータ１４（１１４、１３４）、電解質膜・電極構造体１６及び第２セパレータ１８（１１６、１３６）を備えているが、これに限定されるものではなく、例えば、３枚のセパレータと２枚の電解質膜・電極構造体とを備える、所謂、間引き冷却構造の発電ユニットを用いてもよい。

１０、１１０、１３０…燃料電池 １２、１１２、１３２…発電ユニット
１４、１８、１１４、１１６、１３４、１３６…セパレータ
１６…電解質膜・電極構造体 ２２…固体高分子電解質膜
２４…アノード側電極 ２６…カソード側電極
３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３２ａ…燃料ガス入口連通孔 ３２ｂ…燃料ガス出口連通孔
３４ａ…冷却媒体入口連通孔 ３４ｂ…冷却媒体出口連通孔
３６…燃料ガス流路
３８、４６ａ、４６ｂ、５２…入口バッファ部
４０、４８ａ、４８ｂ、５４…出口バッファ部
４４…冷却媒体流路 ５０…酸化剤ガス流路
６６、７０、８０、９０、１００…パイプ部材
６６ａ、８０ａ…入口
６６ｂ、８０ｂ、９０ｂ、１００ｂ…出口
６８…高速部位 ９２…傾斜端面
１０２…開口端面 １０４…吐出開口部
１１８、１３８…排水用通路部 １２０、１２２…折り曲げ部位
１２４…排水用ノズル流路 １４０、１４２…折り曲げ部材

Claims (10)

1. 電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される複数の発電ユニットを備え、前記セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路が設けられるとともに、積層方向に貫通して前記反応ガスを流通させる反応ガス連通孔が設けられる燃料電池であって、
   前記反応ガス流路の下端部位には、出口側の前記反応ガス連通孔に連通する出口バッファ部が設けられるとともに、
   出口側の前記反応ガス連通孔の内部に突出する出口を有する排水用通路部であって、前記出口バッファ部から出口側の前記反応ガス連通孔の内部まで延在し、該出口バッファ部に滞留する水を、前記排水用通路部の出口から出口側の該反応ガス連通孔に排出させる排水用通路部を備え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、前記排水用通路部の出口は、出口側の前記反応ガス連通孔のガス流れ方向に対して傾斜する方向に開口する排水口を有す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・電極構造体と前記セパレータとが水平方向に積層されるとともに、
   前記排水用通路部の入口は、前記出口バッファ部の最下位置に開口す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、互いに隣接する前記発電ユニットに設けられる各排水用通路部は、積層方向に対して互いに千鳥状に配置されることを特徴とする燃料電池。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記排水用通路部の出口は、出口側の前記反応ガス連通孔に向かって狭まるように構成されることを特徴とする燃料電池。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記排水用通路部の入口は、前記出口バッファ部に向かって広がるように構成されることを特徴とする燃料電池。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記排水用通路部は、前記出口バッファ部から出口側の前記反応ガス連通孔の内部まで延在して配設されるパイプ部材により構成されることを特徴とする燃料電池。
8. 請求項７記載の燃料電池において、前記パイプ部材は、少なくとも出口側の前記反応ガス連通孔の内部に進入する部位が、前記反応ガスの流れ方向に長尺な楕円形状を有することを特徴とする燃料電池。
9. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記セパレータは、金属プレートにより構成されるとともに、
   前記排水用通路部は、互いに隣接する一方の前記セパレータの第１折り曲げ部位と他方の前記セパレータの第２折り曲げ部位とが重なり合って一体に構成されることを特徴とする燃料電池。
10. 請求項９記載の燃料電池において、出口側の前記反応ガス連通孔の反応ガス流れ方向上流側の前記第１折り曲げ部位は、反応ガス流れ方向下流側の前記第２折り曲げ部位よりも大きな寸法に設定されることを特徴とする燃料電池。

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