JP2007200698A

JP2007200698A - Solid polymer electrolyte fuel cell

Info

Publication number: JP2007200698A
Application number: JP2006017511A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Iso; 好博井漕
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer electrolyte fuel cell preventing diffusion of corrosive ions contained in product water. <P>SOLUTION: The solid polymer electrolyte fuel cell is equipped inside it with a fuel gas evacuation channel where fuel gas passing through cells flow, a gas-liquid separation mechanism to separate water contained in the fuel gas flowing in the fuel gas evacuation channel, and an ion exchanger collecting ions contained in the water separated from the fuel gas. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体高分子電解質型燃料電池に関し、特に、生成水に含まれるイオンを除去するための技術に関する。 The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell, and more particularly to a technique for removing ions contained in generated water.

固体高分子電解質型燃料電池(ＰＥＦＣ)は、電解質膜として水素イオン導電性の高いフッ素樹脂系高分子膜を用いる。ＰＥＦＣは、このような固体高分子電解質膜を燃料ガス電極（アノード）と酸化剤ガス電極（カソード）とで挟み、更にそれら電極の両側をガス供給路の設けられたセパレータで挟むように形成されるセルが所定数積層されたセルスタックを備える。セルスタックでは、アノードに接合されるセパレータの供給路に燃料ガスが供給され、カソードに接合されるセパレータの供給路に酸化剤ガスが供給される。ＰＥＦＣは、このように供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを固体高分子電解質膜を介して反応させることにより発電を行う。 A solid polymer electrolyte fuel cell (PEFC) uses a fluororesin-based polymer membrane having high hydrogen ion conductivity as an electrolyte membrane. The PEFC is formed such that such a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel gas electrode (anode) and an oxidant gas electrode (cathode), and further, both sides of these electrodes are sandwiched by a separator provided with a gas supply path. A cell stack in which a predetermined number of cells are stacked. In the cell stack, the fuel gas is supplied to the separator supply path joined to the anode, and the oxidant gas is supplied to the separator supply path joined to the cathode. The PEFC generates power by reacting the fuel gas and the oxidant gas supplied in this way through a solid polymer electrolyte membrane.

このとき、カソードの触媒層では化学反応により水が生成される。この生成水は、固体高分子電解質膜を通じてアノードに到達する。このアノードへ到達した水は、燃料ガスとともにセルスタックの外部に排出される。 At this time, water is generated by a chemical reaction in the catalyst layer of the cathode. This generated water reaches the anode through the solid polymer electrolyte membrane. The water reaching the anode is discharged out of the cell stack together with the fuel gas.

ところが、この生成水中には、固体高分子電解質膜から溶出されたフッ素化合物やフッ素イオンが含有される場合がある。このような場合、当該フッ素化合物やフッ素イオンは配管等を構成する金属と反応し、結果として配管等を腐食させるおそれがある。特に、発電に供されなかった燃料ガスを循環させて再度燃料電池に供給するような構成（図６における燃料ガス循環系２００参照）を有する燃料電池システムでは、生成水に含まれる腐食性のイオンが当該循環系の配管等の金属と反応することで金属イオンを含み、その金属イオンが燃料電池へ侵入する場合も考えられる。このような場合には、燃料電池内部が腐食されることが考えられる。 However, the generated water may contain a fluorine compound or fluorine ions eluted from the solid polymer electrolyte membrane. In such a case, the fluorine compound or fluorine ion may react with the metal constituting the pipe and the like, and as a result, the pipe or the like may be corroded. In particular, in a fuel cell system having a configuration (see the fuel gas circulation system 200 in FIG. 6) in which fuel gas that has not been used for power generation is circulated and supplied to the fuel cell again, corrosive ions contained in the generated water. May react with a metal such as a pipe of the circulation system to contain a metal ion, and the metal ion may enter the fuel cell. In such a case, the inside of the fuel cell may be corroded.

このような配管等の腐食を防止する手法として、生成水の排出を担う燃料電池のガス排出管にイオン除去ユニットを設け、このイオン除去ユニットによりフッ素イオン等の腐食イオンを回収する手法が開示されている（下記特許文献１参照）。 As a technique for preventing such corrosion of piping and the like, a technique is disclosed in which an ion removal unit is provided in a gas discharge pipe of a fuel cell that is responsible for discharging generated water, and corrosion ions such as fluorine ions are collected by this ion removal unit. (See Patent Document 1 below).

その他、本発明に関連する先行技術として、セパレータや配管等の腐食により生じる金属イオンの拡散を防止するために、セパレータのガス流路部に陽イオン交換樹脂を設ける手法が開示されている（下記特許文献２参照）。また、燃料電池スタック内に気液分離機能を有する部位を設ける手法が開示されている（下記特許文献３参照）。
特開２００２−３１３４０４号公報特開２００２−２３１２６２号公報特開２００５−７１７６５号公報 In addition, as a prior art related to the present invention, a method of providing a cation exchange resin in the gas flow path portion of the separator is disclosed in order to prevent diffusion of metal ions caused by corrosion of the separator or piping (the following). Patent Document 2). In addition, a method of providing a portion having a gas-liquid separation function in the fuel cell stack is disclosed (see Patent Document 3 below).
JP 2002-313404 A JP 2002-231262 A Japanese Patent Laid-Open No. 2005-71765

しかしながら、燃料電池のガス排出管にイオン除去ユニットを設ける手法では、当該イオン除去ユニットはガス排出管に設けられた気液分離器等にイオン交換樹脂を配置したものであるため、燃料電池スタックから当該イオン交換樹脂までの間の配管で腐食が起こるおそれがある。 However, in the method of providing an ion removal unit in the gas discharge pipe of the fuel cell, the ion removal unit is a gas-liquid separator or the like provided in the gas discharge pipe. Corrosion may occur in the piping between the ion exchange resin.

本発明の目的は、生成水に含まれる腐食性イオンの拡散を防止する固体高分子電解質型
燃料電池を提供することである。 An object of the present invention is to provide a solid polymer electrolyte fuel cell that prevents the diffusion of corrosive ions contained in produced water.

本発明は、上述した課題を解決するために以下の手段を採用する。即ち、本発明は、セルを通過した燃料ガスが流れる燃料ガス排出通路と、当該燃料ガス排出通路を流れる燃料ガスに含まれる水を分離するための気液分離機構と、当該燃料ガスから分離された水に含まれるイオンを回収するイオン交換器とを内部に備える固体高分子電解質型燃料電池についてのものである。 The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, the present invention is a fuel gas discharge passage through which fuel gas that has passed through a cell flows, a gas-liquid separation mechanism for separating water contained in the fuel gas flowing through the fuel gas discharge passage, and the fuel gas. Further, the present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell that includes therein an ion exchanger that collects ions contained in water.

本発明では、固体高分子電解質型燃料電池の内部に、燃料ガス排出通路を流れる燃料ガスから生成水を分離させる気液分離機構と、その分離された生成水から更にイオンを回収するイオン交換器が設けられる。すなわち、発電時に生成される水（生成水）であって燃料ガス排出通路に排ガスと共に出される生成水は、当該気液分離機構により液化される。当該イオン交換器は、この液化された生成水から所定のイオンを回収する。 In the present invention, a gas-liquid separation mechanism that separates produced water from fuel gas flowing through a fuel gas discharge passage inside a solid polymer electrolyte fuel cell, and an ion exchanger that further collects ions from the separated produced water Is provided. That is, generated water that is generated during power generation (generated water) and discharged together with exhaust gas into the fuel gas discharge passage is liquefied by the gas-liquid separation mechanism. The ion exchanger collects predetermined ions from the liquefied product water.

ここで、回収されるイオンとしては、例えば、発電時に生成された水が固体高分子電解質膜を通過する際に溶出されるフッ素化合物やフッ素イオンであり、また、当該フッ素イオン等が金属から溶出させた金属イオン等であってもよい。また、上記イオン交換器とは、例えば、イオン交換樹脂である。 Here, the recovered ions are, for example, fluorine compounds and fluorine ions eluted when water generated during power generation passes through the solid polymer electrolyte membrane, and the fluorine ions and the like are eluted from the metal. It may be a metal ion or the like. The ion exchanger is, for example, an ion exchange resin.

これにより、本発明によれば、燃料電池内部において生成水に含まれる腐食性のイオン等を回収することができるため、燃料電池から発電に供されなかった燃料ガスが循環する配管等に当該生成水が流れ出る前に腐食性イオンを除去することができる。このように、本発明によれば、腐食性イオンの拡散を防ぐことができるため、燃料電池に繋がる配管等の腐食を防止することができる。また、燃料ガスの循環系を有する燃料電池システムでは、その循環系を通り再度燃料電池に腐食性イオンが流入することを防止できる。 As a result, according to the present invention, corrosive ions and the like contained in the generated water can be recovered inside the fuel cell, so that the generated fuel gas from the fuel cell is circulated in the piping through which the fuel gas that has not been generated is circulated. Corrosive ions can be removed before water flows out. As described above, according to the present invention, since the diffusion of corrosive ions can be prevented, the corrosion of piping and the like connected to the fuel cell can be prevented. Further, in a fuel cell system having a fuel gas circulation system, corrosive ions can be prevented from flowing into the fuel cell again through the circulation system.

また、上記気液分離機構は、当該燃料ガス排出通路内を冷却するための冷却媒体が流れる冷却媒体流路を更に備えるようにしてもよい。 The gas-liquid separation mechanism may further include a cooling medium flow path through which a cooling medium for cooling the fuel gas discharge passage flows.

このようにすれば、本発明では、燃料ガス排出通路内を通る排ガスに水蒸気として含まれる生成水の液化を促進させることができる。よって、このように取得した生成水からも腐食性イオンを回収することができる。 If it does in this way, in this invention, the liquefaction of the produced | generated water contained as water vapor | steam in the waste gas which passes through the inside of a fuel gas discharge channel can be accelerated | stimulated. Therefore, corrosive ions can be recovered from the generated water thus obtained.

また、上記気液分離機構は、当該燃料ガス排出通路に導入された燃料ガスと当接する当接部を更に備えるようにしてもよい。 The gas-liquid separation mechanism may further include a contact portion that contacts the fuel gas introduced into the fuel gas discharge passage.

このようにすれば、本発明では、燃料ガス排出通路内を通る排ガスに水蒸気として含まれる生成水がこの当接部に付着しやすくなるため、生成水を取得しやすくなる。 If it does in this way, in this invention, since the produced water contained as water vapor | steam in the waste gas which passes through the inside of a fuel gas discharge channel will adhere easily to this contact part, it will become easy to acquire produced water.

また、当該燃料ガス排出通路、気液分離機構、及びイオン交換器は、上記固体高分子電解質型燃料電池を構成する非金属製部品内に設けられるようにしてもよい。この非金属性部品としては、例えば、インシュレータである。 In addition, the fuel gas discharge passage, the gas-liquid separation mechanism, and the ion exchanger may be provided in a non-metallic part that constitutes the solid polymer electrolyte fuel cell. An example of this non-metallic component is an insulator.

このようにすれば、本発明では、上記気液分離機構及びイオン交換器が非金属製の部品内に設けられることにより、腐食性イオン回収時に当該気液分離機構自身が腐食されるのを防ぐことができる。 In this way, in the present invention, the gas-liquid separation mechanism and the ion exchanger are provided in the non-metallic parts, thereby preventing the gas-liquid separation mechanism itself from being corroded during the recovery of the corrosive ions. be able to.

また、本発明では、上記燃料ガス排出通路と固体高分子電解質型燃料電池の外部とを連通する、上記水の排出路を更に備えるようにしてもよい。 Moreover, in this invention, you may make it further provide the said water discharge path which connects the said fuel gas discharge path and the exterior of a solid polymer electrolyte fuel cell.

このような構成により生成水の取得率を上げれば、それに応じて、拡散される腐食性イオンの回収率も上がるため、生成水に含まれる腐食イオンの拡散をより防止することができる。ひいては、燃料電池及び燃料電池に繋がる配管等の腐食を防ぐことができる。 If the acquisition rate of generated water is increased by such a configuration, the recovery rate of the corrosive ions diffused is increased accordingly, so that the diffusion of the corrosive ions contained in the generated water can be further prevented. As a result, corrosion of the fuel cell and piping connected to the fuel cell can be prevented.

本発明によれば、生成水に含まれる腐食性イオンの拡散を防止する固体高分子電解質型燃料電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid polymer electrolyte type fuel cell which prevents the spreading | diffusion of the corrosive ion contained in produced | generated water can be provided.

以下、図面を参照して、それぞれ本発明の実施形態における固体高分子電解質型燃料電池（以下、単に燃料電池と表記する）について説明する。なお、以下に述べる実施形態の構成は例示であり、本発明は以下の実施形態の構成に限定されない。 Hereinafter, a solid polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as a fuel cell) in an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the embodiment described below is an exemplification, and the present invention is not limited to the configuration of the following embodiment.

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態における燃料電池について、以下に説明する。 [First embodiment]
The fuel cell in the first embodiment of the present invention will be described below.

〔燃料電池構成〕
第一実施形態における燃料電池の構成について、図１及び２を用いて説明する。図１は、第一実施形態としての燃料電池の構成を示す側面模式図である。図２は、第一実施形態としての燃料電池の斜視図である。第一実施形態における燃料電池１０は、積層された複数のセル１３（セルスタック）、燃料電池１０の両端部で複数のセル１３を挟むように配置されるエンドプレート１１及び１２、エンドプレート１１とセル１３との間に配置されるインシュレータ１５等を備える。 [Fuel cell configuration]
The configuration of the fuel cell in the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic side view showing a configuration of a fuel cell as a first embodiment. FIG. 2 is a perspective view of the fuel cell as the first embodiment. The fuel cell 10 according to the first embodiment includes a plurality of stacked cells 13 (cell stack), end plates 11 and 12 disposed so as to sandwich the plurality of cells 13 at both ends of the fuel cell 10, An insulator 15 or the like disposed between the cell 13 and the like is provided.

各セル１３は、固体高分子電解質膜を燃料ガス電極（以降、アノードとも表記する）と酸化剤ガス電極（以降、カソードとも表記する）とで挟み、更にそれら電極の両側をセパレータで挟むように構成される。セパレータは、アノードに接する面及びカソードに接する面それぞれに溝を有しており、各溝にはそれぞれ燃料ガス若しくは酸化剤ガスが供給される。以降、このセパレータに設けられた溝のうち燃料ガスが供給される溝を燃料ガス供給溝（例えば図２に示す１８）と酸化剤ガスが供給される溝を酸化剤ガス供給溝と表記する。エンドプレート１１及び１２は、積層された複数のセル１３を両側から押圧し固定する。 In each cell 13, a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel gas electrode (hereinafter also referred to as an anode) and an oxidant gas electrode (hereinafter also referred to as a cathode), and both sides of these electrodes are sandwiched between separators. Composed. The separator has a groove on each of the surface in contact with the anode and the surface in contact with the cathode, and a fuel gas or an oxidant gas is supplied to each groove. Hereinafter, of the grooves provided in the separator, a groove to which fuel gas is supplied is referred to as a fuel gas supply groove (for example, 18 shown in FIG. 2), and a groove to which oxidant gas is supplied is referred to as an oxidant gas supply groove. The end plates 11 and 12 press and fix the stacked cells 13 from both sides.

エンドプレート１１、インシュレータ１５及び各セル１３はそれぞれ、正面に、図２に示すような矩形状の端面を有する。各端面には、それぞれ左右両端に縦に並ぶ３つずつの貫通孔（以降、マニホールドと表記する）が開いている。エンドプレート１１、インシュレータ１５及び各セル１３のそれぞれにおける各マニホールドは、セル１３の積層方向に互いに繋がることによりそれぞれ通路を形成する。これら通路のうち、各端面の左上部のマニホールドが繋がった通路には、燃料電池１０の外部から供給される水素ガス等の燃料ガス１０１が図１の右方向に向かって流れる。以降、この通路を燃料ガス供給通路１６と表記する。 Each of the end plate 11, the insulator 15, and each cell 13 has a rectangular end face as shown in FIG. Each end face has three through-holes (hereinafter referred to as manifolds) arranged vertically at both left and right ends. The manifolds in each of the end plate 11, the insulator 15, and each cell 13 form a passage by being connected to each other in the stacking direction of the cells 13. Of these passages, a fuel gas 101 such as hydrogen gas supplied from the outside of the fuel cell 10 flows in the right direction in FIG. Hereinafter, this passage is referred to as a fuel gas supply passage 16.

一方、この燃料ガス供給通路１６を形成するマニホールドの対角線上（端面右下）に位置するマニホールドが繋がることで形成される通路には、燃料ガス１０１のうち発電に供しなかったもの（以降、アノードオフガス１０２と表記する）が燃料ガス１０１とは逆方向（図１の左方向）に流れる。以降、この通路をアノードオフガス排出通路１７と表記する。 On the other hand, in the passage formed by connecting manifolds located on the diagonal of the manifold forming the fuel gas supply passage 16 (lower right on the end face), the fuel gas 101 that has not been used for power generation (hereinafter referred to as anode) 1 (denoted as off gas 102) flows in the opposite direction to the fuel gas 101 (the left direction in FIG. 1). Hereinafter, this passage is referred to as an anode offgas discharge passage 17.

また、各端面の右上部のマニホールドが繋がった通路には、燃料電池１０の外部から供
給される空気等の酸化剤ガス１０３が図１の右方向に向かって流れる。以降、この通路を酸化剤ガス供給通路と表記する。この酸化剤ガス供給通路を形成するマニホールドの対角線上（端面左下）に位置するマニホールドが繋がることで形成される通路には、酸化剤ガス１０３のうち発電に供しなかったもの（以降、カソードオフガス１０４と表記する）が酸化剤ガス１０３とは逆方向（図１の左方向）に流れる。以降、この通路をカソードオフガス排出通路と表記する。 Further, an oxidant gas 103 such as air supplied from the outside of the fuel cell 10 flows in the right direction in FIG. Hereinafter, this passage is referred to as an oxidant gas supply passage. In the passage formed by connecting manifolds located on the diagonal line (lower left end face) of the manifold forming the oxidant gas supply passage, the oxidant gas 103 that has not been used for power generation (hereinafter referred to as the cathode offgas 104). ) Flows in the opposite direction to the oxidant gas 103 (left direction in FIG. 1). Hereinafter, this passage is referred to as a cathode offgas discharge passage.

各セル１３では、燃料ガス供給通路１６により供給される燃料ガス１０１がセパレータの燃料ガス供給溝１８に送り出され、酸化剤ガス供給通路により供給される酸化剤ガス１０３がセパレータの酸化剤ガス供給溝に送り出される。各セル１３では、このように供給される燃料ガスと酸化剤ガスとが固体高分子電解質膜を介して反応することにより発電が行われる。この化学反応により、カソードに設けられた触媒層では水（以下、生成水と表記する）が生成される。この生成水は、固体高分子電解質膜を通じてアノードに到達する。このアノードへ到達した生成水は、アノードオフガスとともにアノードオフガス排出通路１７に出る。 In each cell 13, the fuel gas 101 supplied through the fuel gas supply passage 16 is sent to the fuel gas supply groove 18 of the separator, and the oxidant gas 103 supplied through the oxidant gas supply passage is used as the oxidant gas supply groove of the separator. Sent out. In each cell 13, power is generated by the fuel gas and the oxidant gas supplied in this way react through the solid polymer electrolyte membrane. By this chemical reaction, water (hereinafter referred to as generated water) is generated in the catalyst layer provided on the cathode. This generated water reaches the anode through the solid polymer electrolyte membrane. The produced water that has reached the anode goes out to the anode off gas discharge passage 17 together with the anode off gas.

各セル１３の固体高分子電解質膜にはフッ素系樹脂系高分子膜が適用されている。このため、アノードへ到達した生成水中には、腐食性のフッ素化合物(例えばフッ酸)やフッ素イオンが溶出している場合がある。本発明では、この生成水中に含有される腐食性のイオンが拡散されないように、当該腐食性のイオンの回収を行う。この腐食性イオンの回収を行うための機構が本実施形態では以下に述べるインシュレータ１５に設けられる。 A fluororesin-based polymer membrane is applied to the solid polymer electrolyte membrane of each cell 13. For this reason, corrosive fluorine compounds (for example, hydrofluoric acid) and fluorine ions may be eluted in the produced water reaching the anode. In the present invention, the corrosive ions are collected so that the corrosive ions contained in the generated water are not diffused. In this embodiment, a mechanism for collecting the corrosive ions is provided in the insulator 15 described below.

ところで、燃料電池１０には当該燃料電池を適温で動作させるために冷却媒体も供給される。この冷却媒体１０５は、各端面の左中部のマニホールドが繋がった通路（以降、冷却媒体供給通路と表記する）を図１の右方向に向かって流れる。冷却媒体は、所定の間隔でセル１３とセル１３との間に設けられる冷却板（図示せず）を通り、セルの発する熱を奪いながら、端面逆端の右中部に設けられたマニホールドが繋がった通路（以降、冷却媒体排出通路と表記する）に出る。当該冷却媒体排出通路に出た冷却媒体１０６は、図１の左方向に向かって流れ、燃料電池１０の外部に出される。冷却媒体としては、例えば、外部の冷却器（図示せず）等により冷却される不凍液が用いられる。 Incidentally, a cooling medium is also supplied to the fuel cell 10 in order to operate the fuel cell at an appropriate temperature. The cooling medium 105 flows in a right direction in FIG. 1 through a passage (hereinafter referred to as a cooling medium supply passage) in which the left middle manifolds of the end faces are connected. The cooling medium passes through a cooling plate (not shown) provided between the cells 13 at a predetermined interval, and is connected to a manifold provided at the right middle portion at the opposite end of the end face while taking away the heat generated by the cells. To the passage (hereinafter referred to as the cooling medium discharge passage). The cooling medium 106 that has flowed out into the cooling medium discharge passage flows toward the left in FIG. 1 and is discharged outside the fuel cell 10. As the cooling medium, for example, an antifreeze liquid cooled by an external cooler (not shown) or the like is used.

インシュレータ１５は、エンドプレート１１とセル１３との間の絶縁を目的として設置されるものであり、ガラスエポキシ等の非金属製の材質で形成される。以下、インシュレータ１５の構成について図３を用いて説明する。図３は、インシュレータ１５の断面図、すなわち、図２においてインシュレータ１５をＸ−Ｘ線で切断した場合の断面図である。インシュレータ１５は、図３に示すように、酸化剤ガス供給通路用マニホールド２８、冷却媒体排出通路用マニホールド２９、アノードオフガス排出通路１７用のマニホールド３０等を有する。インシュレータ１５は、これらマニホールドの他、先に述べたように、図示されていない燃料ガス供給通路１６用のマニホールド、冷却媒体供給通路用マニホールド、酸化剤ガス排出通路用マニホールドをも備えている。 The insulator 15 is installed for the purpose of insulation between the end plate 11 and the cell 13, and is formed of a non-metallic material such as glass epoxy. Hereinafter, the configuration of the insulator 15 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the insulator 15, that is, a cross-sectional view of the insulator 15 taken along the line XX in FIG. As shown in FIG. 3, the insulator 15 includes an oxidant gas supply passage manifold 28, a cooling medium discharge passage manifold 29, a manifold 30 for the anode off-gas discharge passage 17, and the like. In addition to these manifolds, the insulator 15 includes a manifold for the fuel gas supply passage 16, a manifold for the coolant supply passage, and a manifold for the oxidant gas discharge passage, which are not shown.

マニホールド３０は、その底面に貯水部２０を有する。マニホールド３０は、本発明の燃料ガス排出通路に相当する。貯水部２０は、マニホールド３０の底面の一部に設けられた四角柱の形状を有する溝であり、当該マニホールド３０と繋がるセル１３及びエンドプレート１１のマニホールドの底面より下方にその底面を有する。なお、貯水部２０は、このようなマニホールド３０の底面の一部に設けられた溝ではなく、マニホールド３０の底面全体をセル１３及びエンドプレート１１のマニホールドの底面より下方になるようにし、そのマニホールド３０の底面部を指すものとしてもよい。貯水部２０は、更にその底面に排出管２４に繋がる排出孔を備える。当該排出孔は、インシュレータ１５を下方向に貫通し配水管２４に繋がる。この排出孔は本発明の排出路に相当する。排水管２４には、圧
力センサ２２及び排水弁２３等が設置されている。 The manifold 30 has a water storage section 20 on the bottom surface. The manifold 30 corresponds to the fuel gas discharge passage of the present invention. The water storage unit 20 is a groove having a quadrangular prism shape provided in a part of the bottom surface of the manifold 30, and has a bottom surface below the bottom surface of the manifold of the cell 13 and the end plate 11 connected to the manifold 30. The water storage unit 20 is not a groove provided in a part of the bottom surface of the manifold 30, but the entire bottom surface of the manifold 30 is located below the bottom surfaces of the manifolds of the cell 13 and the end plate 11. It is good also as pointing to the bottom face part of 30. The water storage unit 20 further includes a discharge hole connected to the discharge pipe 24 on the bottom surface thereof. The discharge hole penetrates the insulator 15 downward and is connected to the water distribution pipe 24. This discharge hole corresponds to the discharge passage of the present invention. The drain pipe 24 is provided with a pressure sensor 22 and a drain valve 23.

また、マニホールド３０の周辺部には、図示されていない冷却媒体供給通路用マニホールドから分岐された冷却媒体分岐通路２７がらせん状にマニホールド３０を取り巻くように配置されている。この冷却媒体分岐通路２７は本発明の気液分離機構及び冷却媒体流路に相当する。冷却媒体供給通路を通る冷却媒体は、インシュレータ１５内でこの冷却媒体分岐通路２７で分岐され、分岐された冷却媒体がこの冷却媒体分岐通路２７を通り、再度冷却媒体供給通路に戻る仕組みとなっている。このような仕組みにより、マニホールド３０内は冷却される。なお、このマニホールド３０内を冷却する仕組みとして、当該冷却媒体分岐通路２７を設けることなく、マニホールド３０の上側に位置するマニホールド２９を冷却媒体供給通路として用いる（冷却媒体の供給通路と排出通路を逆にする）ことにより、マニホールド３０の周辺部が冷却されるようにしてもよい。 Further, a cooling medium branch passage 27 branched from a cooling medium supply passage manifold (not shown) is arranged around the manifold 30 in a spiral shape around the manifold 30. The cooling medium branch passage 27 corresponds to the gas-liquid separation mechanism and the cooling medium flow path of the present invention. The cooling medium passing through the cooling medium supply passage is branched by the cooling medium branch passage 27 in the insulator 15, and the branched cooling medium passes through the cooling medium branch passage 27 and returns to the cooling medium supply passage again. Yes. With such a mechanism, the inside of the manifold 30 is cooled. As a mechanism for cooling the inside of the manifold 30, the manifold 29 positioned above the manifold 30 is used as a cooling medium supply passage without providing the cooling medium branch passage 27 (the cooling medium supply passage and the discharge passage are reversed). The peripheral portion of the manifold 30 may be cooled.

これにより、アノードオフガスに過飽和水蒸気として含まれる生成水は、冷却された当該マニホールド３０通過時に熱を奪われることにより液化され、液化された生成水が貯水部２０に貯まるようになる。すなわち、マニホールド３０は気液分離機能を有することになる。 As a result, the generated water contained as supersaturated water vapor in the anode off-gas is liquefied by taking heat when passing through the cooled manifold 30, and the liquefied generated water is stored in the water storage unit 20. That is, the manifold 30 has a gas-liquid separation function.

また、マニホールド３０は、アノードオフガス排出通路１７を形成するエンドプレート１１及びセル１３のマニホールドに較べ、孔の容積が大きくなるように設けられてもよい。生成水は、セルにおける発電により過飽和水蒸気の状態となっており、この過飽和水蒸気を含んだ状態のアノードオフガスがマニホールド３０に到達する。マニホールド３０の容積を大きくすることでマニホールド３０内でアノードオフガスが長く滞留し、マニホールド３０の壁面等に結露した生成水が付着しやすくなる。 Further, the manifold 30 may be provided so that the volume of the hole is larger than the manifold of the end plate 11 and the cell 13 that form the anode off-gas discharge passage 17. The generated water is in a state of supersaturated steam by power generation in the cell, and the anode off-gas containing the supersaturated steam reaches the manifold 30. By increasing the volume of the manifold 30, the anode off gas stays in the manifold 30 for a long time, and the condensed water tends to adhere to the wall surface of the manifold 30.

更に、マニホールド３０内の所定の壁面に当接部材を設けるようにしてもよい。当該当接部材は、マニホールド３０の端面横方向に所定の面積を有し、隣接するセル１３のマニホールドから侵入してきたアノードオフガスの通過経路を遮るように設けるようにする。これにより、マニホールド３０に到達したアノードオフガスがこの当接部材に当接することで、過飽和水蒸気として含まれる生成水がこの当接部材に付着しやすくなる。この当接部材は本発明の気液分離機構及び当接部に相当する。この当接部材やマニホールド３０の壁面等に付着した生成水は、壁面をつたい、貯水部２０に貯まる。 Further, a contact member may be provided on a predetermined wall surface in the manifold 30. The contact member has a predetermined area in the lateral direction of the end face of the manifold 30 and is provided so as to block the passage path of the anode off gas that has entered from the manifold of the adjacent cell 13. As a result, the anode off-gas that has reached the manifold 30 comes into contact with the contact member, so that the generated water contained as supersaturated water vapor is likely to adhere to the contact member. This contact member corresponds to the gas-liquid separation mechanism and the contact portion of the present invention. The generated water adhering to the abutting member, the wall surface of the manifold 30 and the like is stored in the water storage unit 20 that connects the wall surface.

また、当該生成水であって液相でアノードオフガス排出通路１７に出たもの、若しくは水蒸気としてアノードオフガスに含まれた状態でアノードオフガス排出通路１７に出たがインシュレータ１５に到達する前に結露水として当該アノードオフガス排出通路１７に付着されたもの等についても、アノードオフガス排出通路１７の傾斜又はアノードオフガス排出圧等によって、当該貯水部２０に貯まる。 Further, the generated water that has been discharged to the anode off-gas discharge passage 17 in a liquid phase, or has been discharged to the anode off-gas discharge passage 17 in a state of being included in the anode off-gas as water vapor, but is condensed before reaching the insulator 15. Also, the material attached to the anode offgas discharge passage 17 is stored in the water storage section 20 due to the inclination of the anode offgas discharge passage 17 or the anode offgas discharge pressure.

このように、マニホールド３０に気液分離機能を持たせる仕組みとしては、マニホールド３０内が冷却される構造を採るようにしてもよいし、マニホールド３０内に当接部材等を設けるようにしてもよいし、これらを組み合わせた構造としてもよい。更に、マニホールド３０の容積を隣接する他のエンドプレート及びセルのそれよりも大きくなるような構造とすれば、上記気液分離機能をより促進させることができる。 As described above, as a mechanism for providing the manifold 30 with the gas-liquid separation function, the manifold 30 may be cooled, or a contact member or the like may be provided in the manifold 30. However, a structure in which these are combined may be used. Furthermore, if the structure of the manifold 30 is larger than that of other adjacent end plates and cells, the gas-liquid separation function can be further promoted.

このような気液分離機能により分離された生成水を貯める貯水部２０は、その底面が当該マニホールド３０と繋がるセル１３及びエンドプレート１１のマニホールドの底面より下方にくるように構成されている。これにより、貯水部２０は、貯水部２０に貯まった生成水がセル１３のマニホールド方向に逆流すること、及びエンドプレート１１のマニホールド方向に流出することを防ぎ、インシュレータ１５内部で留め置く働きをする。 The water storage unit 20 that stores the generated water separated by the gas-liquid separation function is configured such that the bottom surface thereof is below the bottom surface of the cell 13 connected to the manifold 30 and the manifold of the end plate 11. Thereby, the water storage unit 20 functions to prevent the generated water stored in the water storage unit 20 from flowing backward in the manifold direction of the cell 13 and outflowing in the manifold direction of the end plate 11 and to retain the water inside the insulator 15. .

また、貯水部２０は、その底面にイオン交換樹脂２１が配置されている。このイオン交換樹脂２１は本発明のイオン交換器に相当する。イオン交換樹脂２１には例えばアニオン交換樹脂が用いられる。イオン交換樹脂２１は、貯水部２０に貯まった生成水からフッ素イオン等の腐食性イオンを回収する。このイオン交換樹脂２１が本実施形態において上述の腐食性イオン回収を行うための機構である。腐食性イオンは配管等を構成する金属と反応することで腐食を引き起こすため、本実施形態における燃料電池１０は、当該腐食性イオンの回収機構（イオン交換樹脂２１）を非金属製の材質で形成されるインシュレータ１５に設けた。なお、イオン交換樹脂２１としては、フッ素イオン等により金属から溶出された金属イオン（陽イオン）がアノードオフガス中に含まれ得る場合においてはこれを回収するべくアニオン交換樹脂と共にカチオン交換樹脂をも用いるようにしてもよい。 Moreover, the ion storage resin 21 is arrange | positioned at the bottom face of the water storage part 20. FIG. This ion exchange resin 21 corresponds to the ion exchanger of the present invention. For example, an anion exchange resin is used as the ion exchange resin 21. The ion exchange resin 21 collects corrosive ions such as fluorine ions from the generated water stored in the water storage unit 20. This ion exchange resin 21 is a mechanism for performing the above-described corrosive ion recovery in the present embodiment. Since the corrosive ions react with the metal constituting the pipe and cause corrosion, the fuel cell 10 in this embodiment forms the corrosive ion recovery mechanism (ion exchange resin 21) with a non-metallic material. The insulator 15 is provided. As the ion exchange resin 21, in the case where metal ions (cations) eluted from the metal by fluorine ions or the like can be contained in the anode offgas, a cation exchange resin is also used together with the anion exchange resin in order to recover it. You may do it.

腐食性のイオンが回収された生成水は、排水弁２３を介して排水管２４に送り出される。排水管２４に送り出された生成水は、冷却媒体等として再利用されるようにしてもよいし、更に不純物等が取り除かれ排出されるようにしてもよい。なお、排水弁２３の開閉は、圧力センサ２２からの出力に基づいてＥＣＵ(Electric Control Unit)（図示せず）等
によって制御される。圧力センサ２２は、貯水部２０に貯まった生成水の設置地点における水圧を測定する。ＥＣＵは、例えば、この圧力センサ２２により測定された水圧が所定値となった場合に排水弁２３を開くよう制御する。 The produced water from which the corrosive ions have been collected is sent out to the drain pipe 24 via the drain valve 23. The generated water sent out to the drain pipe 24 may be reused as a cooling medium or the like, or impurities may be removed and discharged. The opening and closing of the drain valve 23 is controlled by an ECU (Electric Control Unit) (not shown) or the like based on the output from the pressure sensor 22. The pressure sensor 22 measures the water pressure at the installation point of the generated water stored in the water storage unit 20. For example, the ECU controls the drain valve 23 to open when the water pressure measured by the pressure sensor 22 reaches a predetermined value.

なお、インシュレータ１５に接続される排水管２４を設けない構成としてもよい。貯水部２０に貯まり腐食性のイオンが回収された生成水は、マニホールド３０に流入するアノードオフガスの排出圧等によりアノードオフガスとともに排出されるようにしても良い。 Note that the drain pipe 24 connected to the insulator 15 may not be provided. The generated water stored in the water storage unit 20 and from which the corrosive ions are recovered may be discharged together with the anode off gas by the discharge pressure of the anode off gas flowing into the manifold 30.

〔動作例〕
以下、上述した第一実施形態の燃料電池の発電時における当該燃料電池の動作（作用）例を図１から３を用いて説明する。 [Operation example]
Hereinafter, an example of the operation (action) of the fuel cell during power generation of the fuel cell according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

燃料ガス１０１は、配管等を通り、エンドプレート１１における端面左上部のマニホールドから燃料電池１０内に供給される。燃料ガス１０１は、燃料ガス供給通路１６を通り、エンドプレート１１、インシュレータ１５、各セル１３へと供給される。酸化剤ガス１０３についても同様に、エンドプレート１１における端面右上部のマニホールドから燃料電池１０内に供給され、酸化剤ガス供給通路を通り、エンドプレート１１、インシュレータ１５、各セル１３へと供給される。 The fuel gas 101 is supplied into the fuel cell 10 from a manifold at the upper left end of the end plate 11 through a pipe or the like. The fuel gas 101 is supplied to the end plate 11, the insulator 15, and each cell 13 through the fuel gas supply passage 16. Similarly, the oxidant gas 103 is supplied into the fuel cell 10 from the manifold at the upper right part of the end face of the end plate 11, passes through the oxidant gas supply passage, and is supplied to the end plate 11, the insulator 15, and each cell 13. .

各セル１３に到達した燃料ガス１０１は、セパレータの燃料ガス供給溝１８に送り出される。同様に、各セル１３に到達した酸化剤ガス１０３は、セパレータの酸化剤ガス供給溝に送り出される。送り出された燃料ガス１０１及び酸化剤ガスは、固体高分子電解質膜を介して反応することにより発電が行われる。この発電時の化学反応により、カソードに設けられた触媒層では水が生成される。生成水は、固体高分子電解質膜を通じてアノードに到達する。アノードへ到達した生成水は、過飽和水蒸気としてアノードオフガスに含まれ、アノードオフガスとともにアノードオフガス排出通路１７に出る。一方、カソードオフガス１０４は、カソードオフガス排出通路を通り、燃料電池１０の外部に送出される。 The fuel gas 101 that has reached each cell 13 is sent out to the fuel gas supply groove 18 of the separator. Similarly, the oxidant gas 103 reaching each cell 13 is sent out to the oxidant gas supply groove of the separator. The fuel gas 101 and the oxidant gas sent out react with each other through the solid polymer electrolyte membrane to generate power. Due to the chemical reaction during power generation, water is generated in the catalyst layer provided on the cathode. The generated water reaches the anode through the solid polymer electrolyte membrane. The produced water that has reached the anode is contained in the anode off gas as supersaturated water vapor and exits to the anode off gas discharge passage 17 together with the anode off gas. On the other hand, the cathode offgas 104 passes through the cathode offgas discharge passage and is sent out of the fuel cell 10.

生成水を含んだアノードオフガスは、アノードオフガス排出通路１７を通り、インシュレータ１５のマニホールド３０に到達する。アノードオフガスは、マニホールド３０がセル３０のマニホールドよりも大径に構成されていることで流速を落としつつ出口へ向かう。そして、当該アノードオフガスに含まれる生成水（過飽和水蒸気）は、例えば、冷却媒体の循環により冷却されているマニホールド３０内において熱が奪われ、結露しマニホールド３０の壁面等に付着する。また、当該生成水は、マニホールド３０内の壁面やこの内
部に設けられた当接部材等に当接することにより液相となり、マニホールド３０の壁面等に結露して付着する。 The anode off gas containing the produced water passes through the anode off gas discharge passage 17 and reaches the manifold 30 of the insulator 15. The anode off gas travels toward the outlet while reducing the flow rate because the manifold 30 is configured to have a larger diameter than the manifold of the cell 30. The generated water (supersaturated water vapor) contained in the anode off gas is deprived of heat in the manifold 30 cooled by circulation of the cooling medium, for example, and is condensed to adhere to the wall surface of the manifold 30. Further, the generated water comes into a liquid phase by abutting against a wall surface in the manifold 30 or an abutting member provided in the manifold 30 and is condensed and attached to the wall surface of the manifold 30.

このとき、燃料電池１０で構成される燃料電池システムでは、冷却器及び冷却媒体を循環させるポンプ等を動作させ、燃料電池１０へ冷却媒体を供給する。供給された冷却媒体は、燃料電池１０のエンドプレートのマニホールドから燃料電池１０内部に流入し、冷却媒体供給通路を流れ、冷却板を流れる際に各セルを冷却する。冷却板を通り各セルの熱を奪った冷却水は、冷却媒体排出通路から燃料電池１０の外に送出され、冷却器方向へ循環される。更に、燃料電池１０内に流入された冷却水は、インシュレータ１５においてマニホールド３０周辺をらせん状に取り巻く冷却媒体分岐通路２７で分岐される。分岐された冷却媒体は、この冷却媒体分岐通路２７を流れることでマニホールド３０内を冷却する。 At this time, in the fuel cell system including the fuel cell 10, a cooling device and a pump for circulating the cooling medium are operated to supply the cooling medium to the fuel cell 10. The supplied cooling medium flows into the fuel cell 10 from the manifold of the end plate of the fuel cell 10, flows through the cooling medium supply passage, and cools each cell as it flows through the cooling plate. The cooling water that has taken the heat of each cell through the cooling plate is sent out of the fuel cell 10 from the cooling medium discharge passage and circulated in the direction of the cooler. Further, the cooling water that has flowed into the fuel cell 10 is branched by the cooling medium branch passage 27 that spirals around the manifold 30 in the insulator 15. The branched cooling medium cools the manifold 30 by flowing through the cooling medium branch passage 27.

マニホールド３０の壁面等に付着した生成水は、壁面等をつたい、貯水部２０に貯まる。貯水部２０に貯まった生成水に含まれる腐食性イオンは、貯水部２０底面に設置されたイオン交換樹脂２１により析出（回収）される。腐食性イオンが回収された生成水は、貯水部２０底面の排出孔から排出管２４に出て、燃料電池１０外部に排出される。 The generated water adhering to the wall surface or the like of the manifold 30 is stored in the water storage unit 20 that connects the wall surface or the like. Corrosive ions contained in the generated water stored in the water storage unit 20 are precipitated (recovered) by the ion exchange resin 21 installed on the bottom surface of the water storage unit 20. The produced water from which the corrosive ions have been recovered exits from the discharge hole on the bottom surface of the water storage unit 20 to the discharge pipe 24 and is discharged outside the fuel cell 10.

〈第一実施形態の作用及び効果〉
以下、上述した第一実施形態における燃料電池１０の作用及び効果について述べる。 <Operation and effect of the first embodiment>
Hereinafter, the operation and effect of the fuel cell 10 in the first embodiment described above will be described.

第一実施形態の燃料電池１０では、燃料電池１０を構成する非金属製のインシュレータ１５内部のアノードオフガス排出通路１７用のマニホールド３０が気液分離機能を有する。マニホールド３０の気液分離機能は、マニホールド３０周辺をらせん状に取り巻く冷却媒体分岐通路２７を冷却媒体が通りマニホールド３０内が冷却されることにより実現される。また、マニホールド３０の気液分離機能は、マニホールド３０内の壁面に当接部材を設けることにより実現されるようにしてもよい。更に、マニホールド３０と繋がるエンドプレート１１及びセル１３におけるマニホールドの容積（孔の大きさ）よりも当該マニホールド３０のそれを大きくすることにより、上記マニホールド３０の気液分離機能を促進させるようにしてもよい。 In the fuel cell 10 of the first embodiment, the manifold 30 for the anode off-gas discharge passage 17 inside the non-metallic insulator 15 constituting the fuel cell 10 has a gas-liquid separation function. The gas-liquid separation function of the manifold 30 is realized by cooling the inside of the manifold 30 through the cooling medium branch passage 27 that spirals around the manifold 30. Further, the gas-liquid separation function of the manifold 30 may be realized by providing a contact member on the wall surface in the manifold 30. Furthermore, the gas-liquid separation function of the manifold 30 may be promoted by making the manifold 30 larger than the manifold volume (hole size) in the end plate 11 and the cell 13 connected to the manifold 30. Good.

マニホールド３０は、このような気液分離機能により、アノードオフガス排出通路１７を通りインシュレータ１５に到達したアノードオフガスから過飽和水蒸気状態で含まれる生成水を分離させる。 The manifold 30 separates the generated water contained in the supersaturated water vapor state from the anode off gas that has reached the insulator 15 through the anode off gas discharge passage 17 by such a gas-liquid separation function.

マニホールド３０の気液分離機能により分離された生成水は、マニホールド３０内の壁面等に付着し、最終的にその底面に設けられた貯水部２０に貯まる。貯水部２０に貯まった生成水は、その中から貯水部２０の底面に設けられたイオン交換樹脂２１により腐食性イオンが回収される。最終的に、腐食性イオンが回収された生成水が燃料電池１０の外部に排出されることとなる。 The produced water separated by the gas-liquid separation function of the manifold 30 adheres to the wall surface and the like in the manifold 30 and is finally stored in the water storage section 20 provided on the bottom surface. Corrosive ions are collected from the generated water stored in the water storage unit 20 by the ion exchange resin 21 provided on the bottom surface of the water storage unit 20. Eventually, the produced water from which the corrosive ions are recovered is discharged to the outside of the fuel cell 10.

また、貯水部２０は、その底面をエンドプレート１１及びセル１３のマニホールドの底面よりも下方に有することにより、貯水部２０に貯まった生成水のインシュレータ１５からの逆流及び流出を防止することができる。 Further, the water reservoir 20 has a bottom surface below the bottom surface of the end plate 11 and the manifold of the cell 13, thereby preventing backflow and outflow of generated water stored in the water reservoir 20 from the insulator 15. .

このように、本発明の実施形態では、燃料電池の内部部品（インシュレータ１５）に気液分離機能を有するアノードオフガス排出通路（インシュレータ１５のマニホールド３０）とイオン回収機能を有する貯水部が設けられることにより、燃料電池の外部に腐食性イオンが拡散される前に当該腐食イオンを除去することができる。これにより、腐食イオンの拡散を防止することができ、ひいては、燃料電池１０に接続されるアノードオフガス排出用の配管等の腐食、及びアノードオフガス循環系を有する場合に腐食性イオンの燃料電
池への再侵入を防止することができる。 Thus, in the embodiment of the present invention, the anode off-gas discharge passage (manifold 30 of the insulator 15) having a gas-liquid separation function and the water storage portion having an ion recovery function are provided in the internal part (insulator 15) of the fuel cell. Thus, the corrosive ions can be removed before the corrosive ions are diffused to the outside of the fuel cell. Thereby, the diffusion of the corrosive ions can be prevented. As a result, the corrosive ions to the fuel cell when corroding the anode off gas exhaust pipe connected to the fuel cell 10 and the anode off gas circulation system are provided. Re-entry can be prevented.

［第二実施形態］
本発明の第二実施形態における燃料電池について以下に説明する。先に説明した第一実施形態における燃料電池は、インシュレータ内のアノードオフガス排出通路用マニホールドを冷却媒体により冷却すること、若しくは当該マニホールドの内部に当接部材を設けることで気液分離機能を持たせ、当該マニホールドの底面に設けられた貯水部に貯まる生成水からイオン交換樹脂により腐食性イオンを回収していた。第二実施形態における燃料電池は、当該マニホールドに気液分離室を設け、更にその内部を板状仕切り材により区分けすることにより気液分離を促進させるようにしたものである。その他の構成については、図１に示す第一実施形態と同様とする。以下に説明する第二実施形態の構成は例示であり、本発明は以下の構成に限定されなるものではない。 [Second Embodiment]
The fuel cell according to the second embodiment of the present invention will be described below. The fuel cell in the first embodiment described above has a gas-liquid separation function by cooling the anode off-gas discharge passage manifold in the insulator with a cooling medium or by providing a contact member inside the manifold. Corrosive ions were recovered from the generated water stored in the water storage section provided on the bottom surface of the manifold by an ion exchange resin. In the fuel cell according to the second embodiment, a gas-liquid separation chamber is provided in the manifold, and the inside thereof is further divided by a plate-shaped partition member to promote gas-liquid separation. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. The configuration of the second embodiment described below is an exemplification, and the present invention is not limited to the following configuration.

〔燃料電池構成〕
第二実施形態における燃料電池の構成について、図４及び５を用いて説明する。図４は、第二実施形態における燃料電池のインシュレータ１５の断面図、すなわち、図２においてインシュレータ１５をＸ−Ｘ線で切断した場合の断面図である。図５は、図４に示すインシュレータ１５をＹ−Ｙ線で切断した場合の正面方向の断面図である。第二実施形態におけるインシュレータ１５は、アノードオフガス排出通路１７を形成するマニホールド以外の構成については第一実施形態と同様である。 [Fuel cell configuration]
The configuration of the fuel cell in the second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 is a cross-sectional view of the insulator 15 of the fuel cell according to the second embodiment, that is, a cross-sectional view of the insulator 15 taken along the line XX in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view in the front direction when the insulator 15 shown in FIG. 4 is cut along line YY. The insulator 15 in the second embodiment is the same as that in the first embodiment except for the manifold that forms the anode off-gas discharge passage 17.

第二実施形態では、図４に示すように、アノードオフガス排出通路１７を形成するマニホールドが流入孔３１、気液分離室３３、及び排出孔３２により構成される。気液分離室３３は本発明の気液分離機構に相当する。気液分離室３３は、インシュレータ１５内部の四角柱の空間であり、その正面左上部に設けられた排出孔３２によりインシュレータ１５正面に貫通し、その背面右下部（背面方向から見た場合にはその面の左下部）に設けられた流入孔３１によりインシュレータ１５背面に貫通する。流入孔３１及び排出孔３２は、それぞれ隣接するセル１３若しくはエンドプレート１１の同じくアノードオフガス排出通路１７を形成するマニホールドと繋がるよう配置され、それぞれ隣接するセル１３若しくはエンドプレート１１のマニホールドと同じ大きさの断面を持つ。 In the second embodiment, as shown in FIG. 4, the manifold that forms the anode off-gas discharge passage 17 includes an inflow hole 31, a gas-liquid separation chamber 33, and an exhaust hole 32. The gas-liquid separation chamber 33 corresponds to the gas-liquid separation mechanism of the present invention. The gas-liquid separation chamber 33 is a rectangular column space inside the insulator 15, and penetrates the front of the insulator 15 through a discharge hole 32 provided in the upper left part of the front surface. The back surface of the insulator 15 is penetrated by an inflow hole 31 provided in the lower left portion of the surface. The inflow hole 31 and the discharge hole 32 are arranged so as to be connected to the manifold forming the anode off-gas discharge passage 17 of the adjacent cell 13 or end plate 11 respectively, and have the same size as the manifold of the adjacent cell 13 or end plate 11 respectively. With a cross section.

また、気液分離室３３の底面は、流入孔３１よりも低い位置に、排水管２４に接続される孔に向かって傾斜するように形成されている。この気液分離室３３の床面部には、気液分離室３３で分離された生成水が貯まる。以降、この気液分離室３３の床面部を貯水部３４と表記する。上述の貯水部３４の底面の形態は、貯水部３４に貯まった生成水が流入孔３１へ逆流するのを防ぐ。また、貯水部３４の床面部には、イオン交換樹脂２１が設けられる。このイオン交換樹脂２１は、貯水部３４に貯まった生成水から腐食性イオンを回収する。 The bottom surface of the gas-liquid separation chamber 33 is formed at a position lower than the inflow hole 31 so as to be inclined toward the hole connected to the drain pipe 24. The generated water separated in the gas-liquid separation chamber 33 is stored in the floor portion of the gas-liquid separation chamber 33. Hereinafter, the floor portion of the gas-liquid separation chamber 33 is referred to as a water storage portion 34. The form of the bottom surface of the water storage section 34 described above prevents the generated water stored in the water storage section 34 from flowing back to the inflow hole 31. An ion exchange resin 21 is provided on the floor surface of the water storage unit 34. The ion exchange resin 21 collects corrosive ions from the generated water stored in the water storage unit 34.

なお、流入孔３１が排出孔３２よりも低い位置に配置されるのは、流入孔３１から流入するアノードオフガスの流速を落とし、気液分離室３３内で長く滞留させることにより、気液分離を促進させるためである。アノードオフガスに含まれる生成水は、過飽和水蒸気として含まれるため、アノードオフガスが当該気液分離室３３で滞留させられることにより当該気液分離室３３の壁面等に結露しやすくなる。 The inflow hole 31 is disposed at a position lower than the discharge hole 32 because the anode off-gas flowing from the inflow hole 31 is reduced in flow rate and retained in the gas-liquid separation chamber 33 for a long time. This is to promote it. Since the produced water contained in the anode off-gas is contained as supersaturated water vapor, the anode off-gas is easily retained in the gas-liquid separation chamber 33 by being retained in the gas-liquid separation chamber 33.

同様に気液分離を促進させるため、気液分離室３３は、図５に示すように、その内部が互いちがいに設けられた４つの非金属製の板状仕切り板３５により区切られる構造となっている。これにより、流入孔３１から流入するアノードオフガスは、この板状仕切り板３５で区切られた壁面に順次当接しながら排出孔３２に向かうため、それに含まれる過飽和水蒸気状態の生成水が当接した壁面に付着しやすくなる。このような板状仕切り板３５及
び当該アノードオフガスが当接する気液分離室３３の各壁面は本発明の気液分離機構及び当接部に相当する。また、このような構成により、気液分離室３３内のアノードオフガス流路長が長くなるためアノードオフガスの滞留時間が長くなり、気液分離が促進される。更に、気液分離室３３内の表面積が大きくなるため、過飽和水蒸気として含まれる生成水が結露しやすくなる。なお、これら板状仕切り板３５は、気液分離室３３の正面と背面、若しくは正面、背面及び天井面にて固着される。 Similarly, in order to promote gas-liquid separation, as shown in FIG. 5, the gas-liquid separation chamber 33 has a structure in which the inside thereof is partitioned by four non-metallic plate-like partition plates 35 provided differently. Yes. As a result, the anode off gas flowing in from the inflow hole 31 is directed to the discharge hole 32 while sequentially contacting the wall surface partitioned by the plate-shaped partition plate 35. It becomes easy to adhere to. Each wall surface of the gas-liquid separation chamber 33 with which the plate-like partition plate 35 and the anode off gas abut is equivalent to the gas-liquid separation mechanism and the abutting portion of the present invention. Also, with such a configuration, the anode off-gas flow path length in the gas-liquid separation chamber 33 becomes longer, so the residence time of the anode off-gas becomes longer and gas-liquid separation is promoted. Furthermore, since the surface area in the gas-liquid separation chamber 33 is increased, the generated water contained as supersaturated water vapor is likely to condense. These plate-like partition plates 35 are fixed on the front and back of the gas-liquid separation chamber 33 or on the front, back and ceiling surfaces.

更に、気液分離室３３の内部は、第一実施形態と同様、その周辺部に冷却媒体分岐通路２７等を設け、循環する冷却媒体により冷却されるようにしてもよい。このようにすることで、当該気液分離室３３は、上述のような構造による気液分離に加えて、室内冷却による気液分離をも併せて行うことが可能となる。 Further, the interior of the gas-liquid separation chamber 33 may be cooled by a circulating cooling medium by providing a cooling medium branch passage 27 and the like in the periphery thereof, as in the first embodiment. By doing in this way, in addition to the gas-liquid separation by the above structures, the said gas-liquid separation chamber 33 can also perform the gas-liquid separation by indoor cooling.

なお、本発明は、気液分離室３３の板状仕切り板３５の数及び配置を限定するものではなく、板状仕切り板３５はアノードオフガスの流路長が長くなり、かつ気液分離室３３の表面積が大きくなるように設けられていればよい。また、当該気液分離室３３は、板状仕切り板３５を持たない構成としてもよいし、冷却機能を持たない構成としてもよい。 The present invention does not limit the number and arrangement of the plate-like partition plates 35 of the gas-liquid separation chamber 33, and the plate-like partition plate 35 has a long anode off-gas flow path length and the gas-liquid separation chamber 33. It is sufficient that the surface area of the substrate is increased. Further, the gas-liquid separation chamber 33 may have a configuration without the plate-like partition plate 35 or a configuration without a cooling function.

〔動作例〕
以下、上述した第二実施形態の燃料電池の発電時における当該燃料電池の動作（作用）例を図４及び５を用いて説明する。 [Operation example]
Hereinafter, an example of the operation (action) of the fuel cell during power generation of the fuel cell according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.

第一実施形態と同様に、各セル１３における化学反応により生成された生成水は、過飽和水蒸気としてアノードオフガスに含まれ、アノードオフガスとともにアノードオフガス排出通路１７に出る。 Similarly to the first embodiment, the generated water generated by the chemical reaction in each cell 13 is included in the anode off gas as supersaturated water vapor and exits to the anode off gas discharge passage 17 together with the anode off gas.

生成水を含んだアノードオフガスは、アノードオフガス排出通路１７を通り、インシュレータ１５の流入孔３１に到達する。当該アノードオフガスは、流入孔３１から気液分離室３３に入る。気液分離室３３に入ったアノードオフガスは、板状仕切り板３５で区切られた気液分離室３３の各壁面に随時衝突しながら排出孔３２に到達する（矢印４０）。この流入孔３１から排出孔３２に到達するまでの間、当該アノードオフガスは、気液分離室３３で流速が落とされ滞留し、板状仕切り板３５により表面積が拡大された壁面に多く接触しながら流動する。これにより、アノードオフガスに含まれる生成水は、気液分離室３３の壁面に結露し付着しやすくなる。 The anode off gas containing the generated water passes through the anode off gas discharge passage 17 and reaches the inflow hole 31 of the insulator 15. The anode off gas enters the gas-liquid separation chamber 33 through the inflow hole 31. The anode off-gas that has entered the gas-liquid separation chamber 33 reaches the discharge hole 32 while colliding with each wall surface of the gas-liquid separation chamber 33 partitioned by the plate-shaped partition plate 35 (arrow 40). Until reaching the discharge hole 32 from the inflow hole 31, the anode off-gas stays at a low flow rate in the gas-liquid separation chamber 33, while making much contact with the wall surface whose surface area is enlarged by the plate-shaped partition plate 35. To flow. As a result, the generated water contained in the anode off gas is likely to condense and adhere to the wall surface of the gas-liquid separation chamber 33.

また、気液分離室３３内部が冷却される構造を有する場合には、この冷却により気液分離が更に促進される。このとき、燃料電池１０で構成される燃料電池システムでは、冷却器及び冷却媒体を循環させるポンプ等を動作させ、当該冷却媒体分岐通路２７に冷却媒体を循環させる。これにより、この冷却媒体分岐通路２７を流れる冷却媒体により気液分離室３３の内部は冷却される。 Moreover, when it has the structure where the gas-liquid separation chamber 33 inside is cooled, gas-liquid separation is further accelerated | stimulated by this cooling. At this time, in the fuel cell system including the fuel cell 10, a cooling device and a pump for circulating the cooling medium are operated to circulate the cooling medium in the cooling medium branch passage 27. Thereby, the inside of the gas-liquid separation chamber 33 is cooled by the cooling medium flowing through the cooling medium branch passage 27.

このように気液分離室３３の壁面に付着した生成水は、壁面をつたい、貯水部３４に貯まる。貯水部３４に貯まった生成水は、貯水部３４底面に設置されるイオン交換樹脂２１によりそれに含まれる腐食性イオンが回収される。腐食性イオンが回収された生成水は、貯水部３４底面の排出孔から排出管２４に出て、燃料電池１０外部に排出される。 Thus, the generated water adhering to the wall surface of the gas-liquid separation chamber 33 is stored in the water storage section 34 that connects the wall surface. Corrosive ions contained in the generated water stored in the water storage unit 34 are recovered by the ion exchange resin 21 installed on the bottom surface of the water storage unit 34. The produced water from which the corrosive ions have been recovered exits from the discharge hole at the bottom of the water storage section 34 to the discharge pipe 24 and is discharged outside the fuel cell 10.

〈第二実施形態の作用及び効果〉
上述した第二実施形態における燃料電池１０の作用及び効果について述べる。 <Operation and effect of the second embodiment>
The operation and effect of the fuel cell 10 in the above-described second embodiment will be described.

第二実施形態の燃料電池１０では、インシュレータ１５内部に四角柱の空間となる気液分離室３３を備え、その気液分離室３３の正面左上部に設けられインシュレータ１５正面
に貫ける排出孔３２とその背面右下部に設けられインシュレータ１５背面に貫ける流入孔３１とにより、インシュレータ１５のアノードオフガス排出通路１７用のマニホールドを形成する。 In the fuel cell 10 of the second embodiment, a gas-liquid separation chamber 33 serving as a quadrangular prism space is provided inside the insulator 15, and a discharge hole 32 provided in the upper left part of the front of the gas-liquid separation chamber 33 and penetrating the front of the insulator 15 A manifold for the anode off-gas discharge passage 17 of the insulator 15 is formed by an inflow hole 31 provided in the lower right portion of the back surface and penetrating the back surface of the insulator 15.

気液分離室３３は、流入孔３１及び排出孔３２よりも容積が大きい空間であり、更に正面、背面及び天井面等に固着される複数の板状仕切り板３５により区切られている。また、流入孔３１及び排出孔３２は、相互に、高さが異なるように配置される。更に、気液分離室３３内部は、その周辺部に設けられた冷却媒体分岐通路２７等を通る冷却媒体等により冷却される。 The gas-liquid separation chamber 33 is a space having a larger volume than the inflow hole 31 and the discharge hole 32, and is further partitioned by a plurality of plate-like partition plates 35 fixed to the front surface, the back surface, the ceiling surface, and the like. Further, the inflow hole 31 and the discharge hole 32 are arranged so as to have different heights. Further, the inside of the gas-liquid separation chamber 33 is cooled by a cooling medium or the like passing through the cooling medium branch passage 27 or the like provided in the peripheral portion.

このような構造を有することにより、気液分離室３３は、アノードオフガスに含まれる生成水の気液分離を促進させる。すなわち、気液分離室３３は、アノードオフガスの流路長を延ばし、アノードオフガスが接触する表面積を増やす構造、若しくはそれに加えて室内を冷却する構造を有することにより、アノードオフガスに含まれる生成水の回収効率を上げている。 By having such a structure, the gas-liquid separation chamber 33 promotes gas-liquid separation of the generated water contained in the anode off gas. That is, the gas-liquid separation chamber 33 has a structure in which the flow path length of the anode off gas is extended to increase the surface area with which the anode off gas comes into contact, or in addition, a structure in which the chamber is cooled, thereby generating water contained in the anode off gas. The collection efficiency is increased.

これにより当該気液分離室３３では、壁面にアノードオフガスに含まれる生成水が結露水として付着しやすくなる。このように液化された生成水は貯水部３４に貯まり、この貯まった生成水中から貯水部３４の底面に設けられたイオン交換樹脂２１が腐食性イオンを回収する。 Thereby, in the gas-liquid separation chamber 33, the generated water contained in the anode off gas is likely to adhere to the wall surface as condensed water. The liquefied product water is stored in the water storage unit 34, and the ion exchange resin 21 provided on the bottom surface of the water storage unit 34 collects corrosive ions from the stored product water.

このように、第二実施形態では上述のような構造を有することにより、第一実施形態に比べアノードオフガス中からより多くの生成水を取得することができ、ひいては、生成水中に含まれる腐食イオンの拡散をより防止することができるようになる。 As described above, in the second embodiment, by having the structure as described above, more generated water can be obtained from the anode off-gas than the first embodiment, and as a result, the corrosive ions contained in the generated water can be obtained. Can be further prevented.

第一実施形態としての燃料電池の構成を示す側面模式図である。It is a side surface schematic diagram which shows the structure of the fuel cell as 1st embodiment. 第一実施形態としての燃料電池の一部を分解して斜視した場合を示す図である。It is a figure which shows the case where a part of fuel cell as a first embodiment is disassembled and is perspective. 第一実施形態におけるインシュレータ１５の断面図である。It is sectional drawing of the insulator 15 in 1st embodiment. 第二実施形態におけるインシュレータ１５の断面図である。It is sectional drawing of the insulator 15 in 2nd embodiment. 図４に示すインシュレータ１５をＹ−Ｙ線で切断した場合の正面方向の断面図である。It is sectional drawing of the front direction at the time of cut | disconnecting the insulator 15 shown in FIG. 4 by a YY line. 燃料ガス循環経路を有する燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which has a fuel gas circulation path.

符号の説明Explanation of symbols

１０燃料電池
１１、１２エンドプレート
１３セル
１５インシュレータ
１６燃料ガス供給通路
１７アノードオフガス排出通路
１８燃料ガス供給溝
１０１燃料ガス
１０２アノードオフガス
１０３酸化剤ガス
１０４カソードオフガス
１０５、１０６冷却媒体
２０、３４貯水部
２１イオン交換樹脂
２２圧力センサ
２３排水弁
２４排水管
２７冷却媒体分岐通路
２８酸化剤ガス供給通路用マニホールド
２９冷却媒体排出通路用マニホールド
３０アノードオフガス排出通路用マニホールド
３１流入孔
３２排出孔
３３気液分離室
３５板状仕切り板
４０アノードオフガス通過経路
２００燃料ガス循環系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 11, 12 End plate 13 Cell 15 Insulator 16 Fuel gas supply path 17 Anode off gas discharge path 18 Fuel gas supply groove 101 Fuel gas 102 Anode off gas 103 Oxidant gas 104 Cathode off gas 105, 106 Cooling medium 20, 34 Water storage part 21 Ion exchange resin 22 Pressure sensor 23 Drain valve 24 Drain pipe 27 Cooling medium branch passage 28 Oxidant gas supply passage manifold 29 Cooling medium discharge passage manifold 30 Anode off-gas discharge passage manifold 31 Inflow hole 32 Discharge hole 33 Gas-liquid separation Chamber 35 Plate-shaped partition plate 40 Anode off-gas passage 200 Fuel gas circulation system

Claims

セルを通過した燃料ガスが流れる燃料ガス排出通路と、
前記燃料ガス排出通路を流れる燃料ガスに含まれる水を分離するための気液分離機構と、
前記燃料ガスから分離された水に含まれるイオンを回収するイオン交換器と、
を内部に備える固体高分子電解質型燃料電池。 A fuel gas discharge passage through which the fuel gas that has passed through the cell flows;
A gas-liquid separation mechanism for separating water contained in the fuel gas flowing through the fuel gas discharge passage;
An ion exchanger that recovers ions contained in water separated from the fuel gas;
A solid polymer electrolyte fuel cell.

前記気液分離機構は、
前記燃料ガス排出通路内を冷却するための冷却媒体が流れる冷却媒体流路、
を更に備える請求項１に記載の固体高分子電解質型燃料電池。 The gas-liquid separation mechanism is
A cooling medium flow path through which a cooling medium for cooling the inside of the fuel gas discharge passage flows;
The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, further comprising:

前記気液分離機構は、
前記燃料ガス排出通路に流入された燃料ガスと当接する当接部、
を更に備える請求項１又は２に記載の固体高分子電解質型燃料電池。 The gas-liquid separation mechanism is
A contact portion that contacts the fuel gas flowing into the fuel gas discharge passage;
The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, further comprising:

前記燃料ガス排出通路、前記気液分離機構、及び前記イオン交換器は、前記固体高分子電解質型燃料電池を構成する非金属製部品内に設けられる請求項１から３のいずれか１つに記載の固体高分子電解質型燃料電池。 The fuel gas discharge passage, the gas-liquid separation mechanism, and the ion exchanger are provided in any one of non-metallic parts that constitute the solid polymer electrolyte fuel cell. Solid polymer electrolyte fuel cell.

前記非金属部品は、インシュレータである請求項４に記載の固体高分子電解質型燃料電池。 The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 4, wherein the non-metallic component is an insulator.

前記燃料ガス排出通路と前記固体高分子電解質型燃料電池の外部とを連通する、前記水の排出路を更に備える、
請求項１から５のいずれか１つに記載の固体高分子電解質型燃料電池。 Further comprising the water discharge path communicating the fuel gas discharge path and the outside of the solid polymer electrolyte fuel cell;
The solid polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 5.