燃料電池スタック
【課題】この発明は、排水性が向上された燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【解決手段】単位セル３０は、アノードガス出口３４に、撥水プレート３６、およびワイヤ３８が備えられている。多数の単位セル３０が重ねられたときにアノードガス出口３４が奥行方向にマニホールドを形成し、撥水プレート３６はこのマニホールドに挿入される。ワイヤ３８は、個々の単位セル３０に取り付けられている。撥水プレート３６は、表面に撥水加工が施されたプレートである。ワイヤ３８は、親水性の表面を有するワイヤである。多数のワイヤ３８が、マニホールド１０の奥行方向に並ぶ。
【解決手段】単位セル３０は、アノードガス出口３４に、撥水プレート３６、およびワイヤ３８が備えられている。多数の単位セル３０が重ねられたときにアノードガス出口３４が奥行方向にマニホールドを形成し、撥水プレート３６はこのマニホールドに挿入される。ワイヤ３８は、個々の単位セル３０に取り付けられている。撥水プレート３６は、表面に撥水加工が施されたプレートである。ワイヤ３８は、親水性の表面を有するワイヤである。多数のワイヤ３８が、マニホールド１０の奥行方向に並ぶ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００６−１４７５０３号公報に開示されているように、排水性向上用の構成を備えた燃料電池スタックが知られている。上記従来の燃料電池スタックは、マニホールド内に、吸水部材を備えている。この吸水部材によって、排水性の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１３８８３号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３３２４号公報
【特許文献３】特開２００１−１１８５９６号公報
【特許文献４】特開２００６−２６０７８７号公報
【特許文献５】特開２００６−１４７５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、吸水部材がその内部に吸水できる水量には限度がある。上記従来の燃料電池システムでは、吸水部材の吸水量が限界に達した場合、排水性能が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、排水性が向上された燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池スタックであって、
それぞれが反応ガス流路を備えた、複数の単位セルと
それぞれの前記単位セルの前記反応ガス流路の出口と連通するマニホールドと、
前記マニホールドの内面を覆うように備えられた撥水部と、
前記出口と前記マニホールドとの連通箇所に備えられ、前記出口から前記撥水部へと延びる親水部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、単位セル内の水が親水部を経由してマニホールドへと移動し、さらに、撥水部がマニホールド内で水をはじく。これにより、単位セル内の水を、マニホールド下流へと円滑に排水することができる。その結果、燃料電池スタックの排水性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる燃料電池スタックを構成する単位セル３０の平面図である。
【図２】図１のＸ部分を拡大した図である。
【図３】実施の形態１にかかる燃料電池スタックのマニホールドを模式的に示す斜視図である。
【図４】実施の形態１にかかる燃料電池スタックのマニホールドの内部を透視した斜視図である。
【図５】実施の形態１にかかる燃料電池スタックの製造方法を説明するための図である。
【図６】実施の形態１にかかる燃料電池スタックの製造方法を説明するための図である。
【図７】実施の形態１にかかる燃料電池スタックの製造方法を説明するための図である。
【図８】実施の形態１の変形例の構成を示す図である。
【図９】実施の形態１の変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる燃料電池スタックを構成する単位セル３０の平面図である。実施の形態１にかかる燃料電池スタックは、車両等の移動体用の燃料電池システムに好適である。単位セル３０は、アノードガス入口３２と、アノードガス出口３４と、をそれぞれ有している。単位セル３０は、アノードおよびカソードに、反応ガスつまり水素と空気の供給を受け、水素と酸素の電気化学的反応によって発電する。図１に点線矢印で模式的に示すように、単位セル３０のアノード面内を水素が流れる。なお、便宜上、カソードの空気の流れも図示した。
【００１０】
図２は、図１のＸ部分を拡大した図である。単位セル３０は、アノードガス出口３４に、コの字型にプレス加工された撥水プレート３６、およびワイヤ３８を備えている。図２に示すように、撥水プレート３６のコの字状の口が、アノード面内の水素出口側を臨む向きに開いている。実際には、多数の単位セル３０が重ねられたときにアノードガス出口３４が連通して奥行方向にマニホールドが形成され、撥水プレート３６がこのマニホールドに挿入される。ワイヤ３８は、個々の単位セル３０に取り付けられている。撥水プレート３６は、表面に撥水加工が施されたプレートである。ワイヤ３８は、親水性の表面を有するワイヤである。
【００１１】
図３は、実施の形態１にかかる燃料電池スタックのマニホールド１０を模式的に示す斜視図である。マニホールド１０は、多数の単位セル３０が重ねられたときアノードガス出口３４が奥行方向に連通することにより形成される。マニホールド１０には、既述したように、コの字状に折り曲げられた撥水プレート３６が配置されている。撥水プレート３６は、マニホールド１０の長さとほぼ同じ程度に、奥行方向に長い。これにより、マニホールド１０における、アノードオフガスが流入してくる部位（つまり単位セル３０のアノードガス流路とマニホールド１０との連通部分）を除く３面が、撥水プレート３６によって覆われる。図４は、実施の形態１にかかる燃料電池スタックのマニホールド１０の内部を透視した斜視図である。個々の単位セル３０のアノードガス出口３４に、それぞれ、ワイヤ３８が備えられている。よって、多数のワイヤ３８が、マニホールド１０の奥行方向に並ぶ。
【００１２】
［実施の形態１の作用効果］
実施の形態１によれば、単位セル３０内の水が、親水性のワイヤ３８を経由して、マニホールド１０へと積極的に排出される。さらに、マニホールド１０内で、撥水プレート３６が水をはじく。これにより、単位セル３０内の水が、アノードオフガスの流れに乗って、マニホールド１０下流へと円滑に排水される。このように、実施の形態１によれば、親水機能と撥水機能とが、マニホールド１０内で効果的に使い分けられている。その結果、燃料電池スタックの排水性を向上させることができる。
【００１３】
また、実施の形態１によれば、単位セル３０内の水がマニホールド１０へと排出され、撥水プレート３６を経由してそのまま排出されていく。従って、例えば、特開２００６−１４７５０３号公報のように吸水部材を用いる場合に比して、燃料電池スタック内の水量を少なく抑えることができる。水量が増えれば、燃料電池スタックの重量も増加する。燃料電池車両等の移動体にとっては、こういった重量増は避けたい。また、氷点下時の凍結のおそれがあることを考えると、燃料電池スタック内部の水量（特に停止時の残存水量）が多くなることは好ましくない。実施の形態１によれば、燃料電池スタックの重量増や凍結のおそれを回避しつつ、排水性を向上することができる。
【００１４】
また、実施の形態１によれば、図２に示すように、マニホールド１０内面全域をほぼ覆うように撥水プレート３６が位置している。これにより、排水性向上とともに、マニホールド１０の管摩擦係数を低くすることができる。その結果、システム効率の向上という効果もある。
【００１５】
［実施の形態１の製造方法］
図５乃至７は、実施の形態１にかかる燃料電池スタックの製造方法を説明するための図である。先ず、図５に示すように、ワイヤ３８を単位セル３０に接着する。ワイヤ３８を接着した単位セル３０を、燃料電池スタックに必要な枚数だけ準備する。一方、図６（ａ）に示すように、表面を撥水加工した撥水プレート３６を準備し、図６（ｂ）に示すようにプレス加工により撥水プレート３６をコの字状にする。次いで、図７に示すように、ワイヤ３８を接着した単位セル３０を複数枚重ねて燃料電池スタックを構成し、コの字状の撥水プレート３６を挿入する。以上により、実施の形態１にかかる燃料電池スタックを製造することができる。
【００１６】
尚、上述した実施の形態１では、単位セル３０が、前記第１の発明における「単位セル」に、マニホールド１０が、前記第１の発明における「マニホールド」に、撥水プレート３６が、前記第１の発明における「撥水部」に、ワイヤ３８が、前記第１の発明における「親水部」に、それぞれ相当している。
【００１７】
［実施の形態１の変形例］
図８は、実施の形態１の第１変形例の構成を示す図である。第１変形例では、ワイヤ５６が、単位セル３０のアノードガス流路の内部まで侵入する程度に長い。
【００１８】
図９は、実施の形態１の第２変形例の構成を示す図である。ワイヤ７０は、一端７０ａは親水度が相対的に高く、他端７０ｂの側にいくほど親水度が低くなっている。ワイヤ７０をワイヤ３８のように単位セル３０に取り付けて用いることにより、毛細管現象によって単位セル３０からの排水性が促進される。
【００１９】
なお、実施の形態１では、親水性を有する部材であるワイヤを使って、単位セル３０からの水排出を促進した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。ワイヤ以外にも、親水性を有するように構成された糸を使ってもよい。
【００２０】
また、必ずしも、親水性を有する部材を別に準備しなくともよい。単位セル３０のアノードガス出口３４近傍部位に、表面処理を施すことにより、親水性を付与しても良い。
【符号の説明】
【００２１】
１０ マニホールド
３０ 単位セル
３２ アノードガス入口
３４ アノードガス出口
３６ 撥水プレート
３８ ワイヤ
５６ ワイヤ
７０ ワイヤ
７０ａ ワイヤの一端
７０ｂ ワイヤの他端
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００６−１４７５０３号公報に開示されているように、排水性向上用の構成を備えた燃料電池スタックが知られている。上記従来の燃料電池スタックは、マニホールド内に、吸水部材を備えている。この吸水部材によって、排水性の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１３８８３号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３３２４号公報
【特許文献３】特開２００１−１１８５９６号公報
【特許文献４】特開２００６−２６０７８７号公報
【特許文献５】特開２００６−１４７５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、吸水部材がその内部に吸水できる水量には限度がある。上記従来の燃料電池システムでは、吸水部材の吸水量が限界に達した場合、排水性能が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、排水性が向上された燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池スタックであって、
それぞれが反応ガス流路を備えた、複数の単位セルと
それぞれの前記単位セルの前記反応ガス流路の出口と連通するマニホールドと、
前記マニホールドの内面を覆うように備えられた撥水部と、
前記出口と前記マニホールドとの連通箇所に備えられ、前記出口から前記撥水部へと延びる親水部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、単位セル内の水が親水部を経由してマニホールドへと移動し、さらに、撥水部がマニホールド内で水をはじく。これにより、単位セル内の水を、マニホールド下流へと円滑に排水することができる。その結果、燃料電池スタックの排水性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる燃料電池スタックを構成する単位セル３０の平面図である。
【図２】図１のＸ部分を拡大した図である。
【図３】実施の形態１にかかる燃料電池スタックのマニホールドを模式的に示す斜視図である。
【図４】実施の形態１にかかる燃料電池スタックのマニホールドの内部を透視した斜視図である。
【図５】実施の形態１にかかる燃料電池スタックの製造方法を説明するための図である。
【図６】実施の形態１にかかる燃料電池スタックの製造方法を説明するための図である。
【図７】実施の形態１にかかる燃料電池スタックの製造方法を説明するための図である。
【図８】実施の形態１の変形例の構成を示す図である。
【図９】実施の形態１の変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる燃料電池スタックを構成する単位セル３０の平面図である。実施の形態１にかかる燃料電池スタックは、車両等の移動体用の燃料電池システムに好適である。単位セル３０は、アノードガス入口３２と、アノードガス出口３４と、をそれぞれ有している。単位セル３０は、アノードおよびカソードに、反応ガスつまり水素と空気の供給を受け、水素と酸素の電気化学的反応によって発電する。図１に点線矢印で模式的に示すように、単位セル３０のアノード面内を水素が流れる。なお、便宜上、カソードの空気の流れも図示した。
【００１０】
図２は、図１のＸ部分を拡大した図である。単位セル３０は、アノードガス出口３４に、コの字型にプレス加工された撥水プレート３６、およびワイヤ３８を備えている。図２に示すように、撥水プレート３６のコの字状の口が、アノード面内の水素出口側を臨む向きに開いている。実際には、多数の単位セル３０が重ねられたときにアノードガス出口３４が連通して奥行方向にマニホールドが形成され、撥水プレート３６がこのマニホールドに挿入される。ワイヤ３８は、個々の単位セル３０に取り付けられている。撥水プレート３６は、表面に撥水加工が施されたプレートである。ワイヤ３８は、親水性の表面を有するワイヤである。
【００１１】
図３は、実施の形態１にかかる燃料電池スタックのマニホールド１０を模式的に示す斜視図である。マニホールド１０は、多数の単位セル３０が重ねられたときアノードガス出口３４が奥行方向に連通することにより形成される。マニホールド１０には、既述したように、コの字状に折り曲げられた撥水プレート３６が配置されている。撥水プレート３６は、マニホールド１０の長さとほぼ同じ程度に、奥行方向に長い。これにより、マニホールド１０における、アノードオフガスが流入してくる部位（つまり単位セル３０のアノードガス流路とマニホールド１０との連通部分）を除く３面が、撥水プレート３６によって覆われる。図４は、実施の形態１にかかる燃料電池スタックのマニホールド１０の内部を透視した斜視図である。個々の単位セル３０のアノードガス出口３４に、それぞれ、ワイヤ３８が備えられている。よって、多数のワイヤ３８が、マニホールド１０の奥行方向に並ぶ。
【００１２】
［実施の形態１の作用効果］
実施の形態１によれば、単位セル３０内の水が、親水性のワイヤ３８を経由して、マニホールド１０へと積極的に排出される。さらに、マニホールド１０内で、撥水プレート３６が水をはじく。これにより、単位セル３０内の水が、アノードオフガスの流れに乗って、マニホールド１０下流へと円滑に排水される。このように、実施の形態１によれば、親水機能と撥水機能とが、マニホールド１０内で効果的に使い分けられている。その結果、燃料電池スタックの排水性を向上させることができる。
【００１３】
また、実施の形態１によれば、単位セル３０内の水がマニホールド１０へと排出され、撥水プレート３６を経由してそのまま排出されていく。従って、例えば、特開２００６−１４７５０３号公報のように吸水部材を用いる場合に比して、燃料電池スタック内の水量を少なく抑えることができる。水量が増えれば、燃料電池スタックの重量も増加する。燃料電池車両等の移動体にとっては、こういった重量増は避けたい。また、氷点下時の凍結のおそれがあることを考えると、燃料電池スタック内部の水量（特に停止時の残存水量）が多くなることは好ましくない。実施の形態１によれば、燃料電池スタックの重量増や凍結のおそれを回避しつつ、排水性を向上することができる。
【００１４】
また、実施の形態１によれば、図２に示すように、マニホールド１０内面全域をほぼ覆うように撥水プレート３６が位置している。これにより、排水性向上とともに、マニホールド１０の管摩擦係数を低くすることができる。その結果、システム効率の向上という効果もある。
【００１５】
［実施の形態１の製造方法］
図５乃至７は、実施の形態１にかかる燃料電池スタックの製造方法を説明するための図である。先ず、図５に示すように、ワイヤ３８を単位セル３０に接着する。ワイヤ３８を接着した単位セル３０を、燃料電池スタックに必要な枚数だけ準備する。一方、図６（ａ）に示すように、表面を撥水加工した撥水プレート３６を準備し、図６（ｂ）に示すようにプレス加工により撥水プレート３６をコの字状にする。次いで、図７に示すように、ワイヤ３８を接着した単位セル３０を複数枚重ねて燃料電池スタックを構成し、コの字状の撥水プレート３６を挿入する。以上により、実施の形態１にかかる燃料電池スタックを製造することができる。
【００１６】
尚、上述した実施の形態１では、単位セル３０が、前記第１の発明における「単位セル」に、マニホールド１０が、前記第１の発明における「マニホールド」に、撥水プレート３６が、前記第１の発明における「撥水部」に、ワイヤ３８が、前記第１の発明における「親水部」に、それぞれ相当している。
【００１７】
［実施の形態１の変形例］
図８は、実施の形態１の第１変形例の構成を示す図である。第１変形例では、ワイヤ５６が、単位セル３０のアノードガス流路の内部まで侵入する程度に長い。
【００１８】
図９は、実施の形態１の第２変形例の構成を示す図である。ワイヤ７０は、一端７０ａは親水度が相対的に高く、他端７０ｂの側にいくほど親水度が低くなっている。ワイヤ７０をワイヤ３８のように単位セル３０に取り付けて用いることにより、毛細管現象によって単位セル３０からの排水性が促進される。
【００１９】
なお、実施の形態１では、親水性を有する部材であるワイヤを使って、単位セル３０からの水排出を促進した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。ワイヤ以外にも、親水性を有するように構成された糸を使ってもよい。
【００２０】
また、必ずしも、親水性を有する部材を別に準備しなくともよい。単位セル３０のアノードガス出口３４近傍部位に、表面処理を施すことにより、親水性を付与しても良い。
【符号の説明】
【００２１】
１０ マニホールド
３０ 単位セル
３２ アノードガス入口
３４ アノードガス出口
３６ 撥水プレート
３８ ワイヤ
５６ ワイヤ
７０ ワイヤ
７０ａ ワイヤの一端
７０ｂ ワイヤの他端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが反応ガス流路を備えた、複数の単位セルと
それぞれの前記単位セルの前記反応ガス流路の出口と連通するマニホールドと、
前記マニホールドの内面を覆うように備えられた撥水部と、
前記出口と前記マニホールドとの連通箇所に備えられ、前記出口から前記撥水部へと延びる親水部と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１】
それぞれが反応ガス流路を備えた、複数の単位セルと
それぞれの前記単位セルの前記反応ガス流路の出口と連通するマニホールドと、
前記マニホールドの内面を覆うように備えられた撥水部と、
前記出口と前記マニホールドとの連通箇所に備えられ、前記出口から前記撥水部へと延びる親水部と、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２５１１１２（Ｐ２０１０−２５１１１２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９９１３５（Ｐ２００９−９９１３５）
【出願日】平成２１年４月１５日（２００９．４．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１５日（２００９．４．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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