JP2007213928A

JP2007213928A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2007213928A
Application number: JP2006031456A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Ogawa; 朋宏小川; Masaaki Kondo; 政彰近藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-08-23

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress degradation of fuel cell performance and to improve fuel economy performance of a fuel cell, in a fuel cell operated by retaining an anode exhaust gas in the inside thereof. <P>SOLUTION: In a fuel cell system FCS, an anolyte water discharge manifold formation part 112 communicates with a gas diffusion layer 142 of an MEA 14 through a communication groove 136b formed on an intermediate separator 13 and an anolyte water discharge hole 117 formed in an anode separator 11. A gas-impermeable water-absorbing member 50 is arranged on the communication groove 136b. The water-absorbing member 50 is formed out of a material permitting passage of water but not permitting passage of gas. Accordingly, water accumulated on the downstream side of the anode separator 11 is absorbed by the water-absorbing member 50, and discharged to the anolyte water discharge manifold formation part 112. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、単電池からなる燃料電池、または単電池が複数積層されてなる燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell composed of single cells or a fuel cell in which a plurality of single cells are stacked.

燃料電池内部に燃料ガスを止めて運転する燃料電池システムでは、燃料電池の運転時間の経過と共に、燃料電池内に残留する窒素、水分といった不純物によって、電極触媒が被覆される。この結果、電極触媒における起電反応が阻害され、出力電圧が低下するという問題を有していた。 In a fuel cell system that operates with fuel gas stopped inside the fuel cell, the electrode catalyst is covered with impurities such as nitrogen and moisture remaining in the fuel cell as the operating time of the fuel cell elapses. As a result, the electromotive reaction in the electrode catalyst is hindered and the output voltage is reduced.

この問題に対して、従来の燃料電池内部に燃料ガスを止めて運転する燃料電池システムでは、出力電圧が所定の基準電圧以下となった場合には、アノード排ガス排出部に備えられているバルブを開き、燃料電池内（アノード側）の不純物を含むアノード排ガスを燃料電池外に排出し、出力電圧の回復が図られていた。 In order to solve this problem, in a conventional fuel cell system that operates with fuel gas stopped inside the fuel cell, when the output voltage falls below a predetermined reference voltage, a valve provided in the anode exhaust gas discharge unit is provided. The anode exhaust gas containing impurities inside the fuel cell (anode side) was discharged outside the fuel cell to recover the output voltage.

また、燃料電池外へと不純物を排出するにあたり、不純物と共に排出される水素を有効に利用するために、アノード排ガス排出部の下流に第２の燃料電池を配置する技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Further, in order to effectively use hydrogen discharged together with impurities when discharging impurities out of the fuel cell, a technique of arranging a second fuel cell downstream of the anode exhaust gas discharge unit has been proposed (for example, , See Patent Document 1).

特開２００３−７７５０６号公報JP 2003-77506 A

しかしながら、不純物に含まれる液体状体の生成水（液水）は、気体である窒素ガスと比較して流動性、拡散性に劣るためアノード排ガス排出部からの排出が困難である。したがって、アノード排ガス排出部から、十分な量の液水を燃料電池外部に排出させるためには、長い時間にわたりバルブを解放しなければならない。この結果、不純物と共に排出される水素量も増大し、燃料電池システムのエネルギ効率が低下してしまうという問題がある。 However, the generated water (liquid water) contained in the impurities is inferior in fluidity and diffusibility as compared with nitrogen gas, which is a gas, and is difficult to discharge from the anode exhaust gas discharge section. Therefore, in order to discharge a sufficient amount of liquid water from the anode exhaust gas discharge part to the outside of the fuel cell, the valve must be opened for a long time. As a result, there is a problem that the amount of hydrogen discharged together with the impurities increases, and the energy efficiency of the fuel cell system decreases.

一方、燃料電池を複数個備える場合には、不純物と共に排出される水素を活用できるものの、燃料電池システムが大型化してしまうという問題がある。 On the other hand, when a plurality of fuel cells are provided, although hydrogen discharged together with impurities can be utilized, there is a problem that the fuel cell system becomes large.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、アノードガスを内部に止めて運転する燃料電池において、燃料電池外に排出される水素量を抑制しつつ、生成水を燃料電池外部に排出させることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in a fuel cell that operates with the anode gas stopped inside, while suppressing the amount of hydrogen discharged outside the fuel cell, the generated water is supplied to the outside of the fuel cell. It aims at letting it discharge.

上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、アノードガスを内部に止めて運転可能な燃料電池システムに用いられる燃料電池を提供する。本発明の第１の態様に係る燃料電池は、アノードガス供給マニホールドと、アノードガス排出マニホールドと、アノード液水排出マニホールドと、前記アノードガス供給マニホールド、アノードガス排出マニホールド、およびアノード液水排出マニホールドと連通されている１または複数のアノードガス内部流路部と、各前記アノードガス内部流路部と前記アノード液水排出マニホールドとの間に配置されているガス不透過性の吸液部材とを備える。 In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention provides a fuel cell used in a fuel cell system that can be operated with the anode gas stopped inside. A fuel cell according to a first aspect of the present invention includes an anode gas supply manifold, an anode gas discharge manifold, an anode liquid discharge manifold, the anode gas supply manifold, an anode gas discharge manifold, and an anode liquid discharge manifold. One or a plurality of anode gas internal flow passage portions communicated with each other, and a gas impermeable liquid absorbing member disposed between each of the anode gas internal flow passage portions and the anode liquid water discharge manifold. .

本発明の第１の態様に係る燃料電池によれば、アノードガス内部流路部とアノード液水排出マニホールドとの間にガス不透過性の吸液部材を備えるので、アノードガスを内部に止めて運転する燃料電池において、燃料電池外に排出される水素量を抑制しつつ、生成水を燃料電池外部に排出させることができる。 According to the fuel cell of the first aspect of the present invention, since the gas impermeable liquid absorbing member is provided between the anode gas internal flow passage and the anode liquid water discharge manifold, the anode gas is stopped inside. In the operating fuel cell, the generated water can be discharged outside the fuel cell while suppressing the amount of hydrogen discharged outside the fuel cell.

本発明の第１の態様に係る燃料電池において、
前記燃料電池は、カソードセパレータと、前記アノードガス供給マニホールドを形成するアノードガス供給マニホールド形成部と、前記アノードガス供給マニホールド形成部と連通されていると共にアノードガス内部流路部を形成する前記内部ガス流路部と、前記内部ガス流路部と連通されている前記アノード液水排出マニホールドを形成するアノード液水排出マニホールド形成部および前記アノードガス排出マニホールドを形成するアノードガス排出マニホールド形成部とを備えるアノードセパレータと、前記アノードガスセパレータにおける前記内部ガス流路部と前記アノード液水排出マニホールド形成部との間に配置される前記吸液部材と、前記カソードセパレータおよび前記アノードセパレータによって狭持される膜電極接合体とを備える単電池によって、またはその単電池が複数積層されることによって構成されても良い。この場合には、アノードガスセパレータにおける内部ガス流路部とアノード液水排出マニホールド形成部との間に配置される吸液部材によってアノードにおける液水を吸収し、アノード液水排出マニホールドへと導くことができる。 In the fuel cell according to the first aspect of the present invention,
The fuel cell includes a cathode separator, an anode gas supply manifold forming portion forming the anode gas supply manifold, and the internal gas communicating with the anode gas supply manifold forming portion and forming an anode gas internal flow passage portion. A flow path section; an anode liquid water discharge manifold forming section that forms the anode liquid water discharge manifold that is in communication with the internal gas flow path section; and an anode gas discharge manifold forming section that forms the anode gas discharge manifold. An anode separator, the liquid absorbing member disposed between the internal gas flow path portion and the anode liquid water discharge manifold forming portion in the anode gas separator, and a membrane sandwiched by the cathode separator and the anode separator Electrode assembly The unit cell to obtain, or single cell may be configured by being stacked. In this case, the liquid water at the anode is absorbed by the liquid absorbing member disposed between the internal gas flow path section and the anode liquid water discharge manifold forming section in the anode gas separator and led to the anode liquid water discharge manifold. Can do.

本発明の第１の態様に係る燃料電池において、
前記燃料電池は、カソードセパレータと、前記アノードガス供給マニホールドを形成するアノードガス供給マニホールド形成部と、前記内部ガス流路部と連通されている前記アノード液水排出マニホールドを形成するアノード液水排出マニホールド形成部および前記アノードガス排出マニホールドを形成するアノードガス排出マニホールド形成部とを備えるアノードセパレータと、前記カソードセパレータおよび前記アノードセパレータによって狭持される膜電極接合体であって、前記アノードガス内部流路部を形成するガス流路部を備える膜電極接合体と、前記アノードガスセパレータにおける前記内部ガス流路部と前記アノード液水排出マニホールド形成部との間に配置される前記吸液部材とを備える単電池によって、またはその単電池が複数積層されることによって構成されても良い。この場合には、アノードガスセパレータにおける内部ガス流路部とアノード液水排出マニホールド形成部との間に配置される吸液部材によってアノードにおける液水を吸収し、アノード液水排出マニホールドへと導くことができる。 In the fuel cell according to the first aspect of the present invention,
The fuel cell includes a cathode separator, an anode gas supply manifold forming part that forms the anode gas supply manifold, and an anode liquid water discharge manifold that forms the anode liquid water discharge manifold communicated with the internal gas flow path part. An anode separator comprising a forming part and an anode gas discharge manifold forming part for forming the anode gas discharge manifold, and a membrane electrode assembly sandwiched between the cathode separator and the anode separator, wherein the anode gas internal flow path A membrane electrode assembly including a gas flow path portion that forms a portion, and the liquid absorbing member disposed between the internal gas flow path portion and the anode liquid discharge manifold forming portion in the anode gas separator. By cell or its cell It may be configured by being stacked. In this case, the liquid water at the anode is absorbed by the liquid absorbing member disposed between the internal gas flow path section and the anode liquid water discharge manifold forming section in the anode gas separator and led to the anode liquid water discharge manifold. Can do.

本発明の第１の態様に係る燃料電池において、前記アノード液水排出マニホールドをカソードガス供給マニホールドとして備えても良い。この場合には、アノードから排出された液水をカソードガスの調湿に用いることができる。 In the fuel cell according to the first aspect of the present invention, the anode liquid discharge manifold may be provided as a cathode gas supply manifold. In this case, the liquid water discharged from the anode can be used for conditioning the cathode gas.

本発明の第１の態様に係る燃料電池において、前記カソードセパレータは、前記アノードセパレータが重ね合わされた際に、前記アノード液水排出マニホールド形成部と同位置に位置するカソードガス供給マニホールド形成部を有し、前記アノード液水排出マニホールド形成部と前記カソードガス供給マニホールド形成部とによって、カソードマニホールドが形成されても良い。この場合には、アノードから排出された液水をカソードガスの調湿に用いることができる。 In the fuel cell according to the first aspect of the present invention, the cathode separator has a cathode gas supply manifold forming portion located at the same position as the anode liquid discharge manifold forming portion when the anode separator is overlaid. A cathode manifold may be formed by the anode liquid discharge manifold forming portion and the cathode gas supply manifold forming portion. In this case, the liquid water discharged from the anode can be used for conditioning the cathode gas.

本発明の第１の態様に係る燃料電池において、前記吸液部材は多孔質体であっても良く、あるいは、前記膜電極接合体を構成する電解質層と同一の材料によって、前記膜電極接合体と一体に形成されても良い。前者の場合には、所望の位置に吸液部材を配置することができる。後者の場合には、膜電極接合体と一体化することで部品点数を低減することができる。 In the fuel cell according to the first aspect of the present invention, the liquid absorbing member may be a porous body, or the membrane electrode assembly may be made of the same material as the electrolyte layer constituting the membrane electrode assembly. And may be integrally formed. In the former case, the liquid absorbing member can be arranged at a desired position. In the latter case, the number of parts can be reduced by integrating with the membrane electrode assembly.

本発明の第２の態様は、アノードガスを内部に止めて運転可能な燃料電池システムを提供する。本発明の第２の態様に係る燃料電池システムは、本発明の第１の態様に係る燃料電池であって、カソードガス供給部、カソードガス排出部、アノードガス供給部および前記アノード液水排出マニホールドと連通されているアノード液水排出部を備える燃料電池と、
一端が前記燃料電池のアノード液水排出部と接続されているアノード液水排出管と、前記アノード液水排出部と前記アノード液水排出管との間に配置され、前記アノード液水排出部と前記アノード液水排出管とを連通または非連通状態に切り替える切り替え機構とを備える。 The second aspect of the present invention provides a fuel cell system that can be operated with the anode gas stopped inside. A fuel cell system according to a second aspect of the present invention is the fuel cell according to the first aspect of the present invention, comprising a cathode gas supply unit, a cathode gas discharge unit, an anode gas supply unit, and the anode liquid water discharge manifold. A fuel cell comprising an anolyte water discharge portion communicated with,
An anolyte water discharge pipe having one end connected to the anolyte water discharge part of the fuel cell, and disposed between the anolyte water discharge part and the anolyte water discharge pipe, A switching mechanism for switching the anolyte water discharge pipe to a communication state or a non-communication state.

本発明の第２の態様に係る燃料電池システムによれば、本発明の第１の態様に係る燃料電池を備えるので、アノードガスを内部に止めて運転する燃料電池において、燃料電池外に排出される水素量を抑制しつつ、生成水を燃料電池外部に排出させることができる。 According to the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, the fuel cell system according to the first aspect of the present invention includes the fuel cell. Therefore, in the fuel cell operated with the anode gas stopped inside, the fuel cell system is discharged outside the fuel cell. The generated water can be discharged outside the fuel cell while suppressing the amount of hydrogen generated.

本発明の第２の態様に係る燃料電池システムはさらに、前記アノードガス供給部に接続されているアノードガス供給管を備え、前記アノード液水排出管の他端は、前記アノードガス供給管に接続されていても良い。この構成を備えれば、排出されたアノード液水を燃料電池システムの外部に排出するための構成を備える必要がなく、燃料電池システムの大型化を抑制することができる。 The fuel cell system according to the second aspect of the present invention further includes an anode gas supply pipe connected to the anode gas supply unit, and the other end of the anode liquid water discharge pipe is connected to the anode gas supply pipe. May be. If this configuration is provided, it is not necessary to provide a configuration for discharging the discharged anolyte water to the outside of the fuel cell system, and an increase in the size of the fuel cell system can be suppressed.

本発明の第２の態様に係る燃料電池システムはさらに、前記カソードガス供給部に接続されているカソードガス供給管を備え、前記アノード液水排出管の他端は、前記カソードガス供給管に接続されていても良い。この構成を備えれば、排出されたアノード液水をカソードに供給することができるので、カソードに対して水分を供給するための外部装置を小型化または省略することができるので、燃料電池システムを小型化することができる。 The fuel cell system according to the second aspect of the present invention further includes a cathode gas supply pipe connected to the cathode gas supply unit, and the other end of the anode liquid water discharge pipe is connected to the cathode gas supply pipe. May be. With this configuration, since the discharged anolyte water can be supplied to the cathode, an external device for supplying moisture to the cathode can be miniaturized or omitted, so the fuel cell system can be omitted. It can be downsized.

本発明の第３の態様は、アノードガスを内部に止めて運転可能な燃料電池システムに用いられる燃料電池を提供する。本発明の第３の態様に係る燃料電池は、カソードセパレータと、アノードガス供給マニホールド形成部と、前記アノードガス供給マニホールド形成部と連通されている内部ガス流路部と、前記内部ガス流路部と連通されているアノード液水排出マニホールド形成部およびアノードガス排出マニホールド形成部とを備えるアノードセパレータと、前記アノードガスセパレータにおける前記内部ガス流路部と前記アノード液水排出マニホールド形成部との間に配置されるガス不透過性の吸液部材と、前記カソードセパレータおよび前記アノードセパレータによって狭持される膜電極接合体とを備える単電池によって、またはその単電池が複数積層されることによって構成される。 A third aspect of the present invention provides a fuel cell used in a fuel cell system that can be operated with the anode gas stopped inside. A fuel cell according to a third aspect of the present invention includes a cathode separator, an anode gas supply manifold formation portion, an internal gas flow passage portion communicating with the anode gas supply manifold formation portion, and the internal gas flow passage portion. An anode separator comprising an anode liquid water discharge manifold forming portion and an anode gas discharge manifold forming portion communicated with each other, and between the internal gas flow path portion and the anode liquid water discharge manifold forming portion in the anode gas separator. It is constituted by a unit cell comprising a gas impermeable liquid-absorbing member arranged and a membrane electrode assembly sandwiched between the cathode separator and the anode separator, or by stacking a plurality of the unit cells. .

本発明の第３の態様に係る燃料電池によれば、アノードガスセパレータにおける内部ガス流路部とアノード液水排出マニホールド形成部との間にガス不透過性の吸液部材を備えるので、アノードガスを内部に止めて運転する燃料電池において、燃料電池外に排出される水素量を抑制しつつ、生成水を燃料電池外部に排出させることができる。 According to the fuel cell of the third aspect of the present invention, since the gas impermeable liquid absorbing member is provided between the internal gas flow path portion and the anolyte water discharge manifold forming portion in the anode gas separator, the anode gas In the fuel cell that operates with the inside being stopped, the generated water can be discharged outside the fuel cell while suppressing the amount of hydrogen discharged outside the fuel cell.

本発明の第４の態様は、アノードガスを内部に止めて運転可能な燃料電池システムに用いられる燃料電池を提供する。本発明の第４の態様に係る燃料電池は、カソードセパレータと、アノードガス供給マニホールド形成部と、アノード液水排出マニホールド形成部およびアノードガス排出マニホールド形成部とを備えるアノードセパレータと、前記カソードセパレータおよび前記アノードセパレータによって狭持される膜電極接合体であって、ガス流路部を備える膜電極接合体と、前記膜電極接合体におけるアノード側の前記ガス流路部と前記アノード液水排出マニホールド形成部との間に配置されるガス不透過性の吸液部材とを備える単電池によって、またはその単電池が複数積層されることによって構成される。 A fourth aspect of the present invention provides a fuel cell used in a fuel cell system that can be operated with the anode gas stopped inside. A fuel cell according to a fourth aspect of the present invention includes a cathode separator, an anode gas supply manifold forming portion, an anode separator having an anode liquid discharge manifold forming portion and an anode gas discharge manifold forming portion, the cathode separator, A membrane / electrode assembly sandwiched by the anode separator, comprising a membrane / electrode assembly having a gas channel portion, and forming the anode / water discharge manifold on the anode side in the membrane / electrode assembly and the anode liquid water discharge manifold It is comprised by the cell provided with the gas impermeable liquid absorption member arrange | positioned between these parts, or when the cell is laminated | stacked by two or more.

本発明の第４の態様に係る燃料電池によれば、膜電極接合体におけるアノード側のガス流路部とアノード液水排出マニホールド形成部との間にガス不透過性の吸液部材を備えるので、アノードガスを内部に止めて運転する燃料電池において、燃料電池外に排出される水素量を抑制しつつ、生成水を燃料電池外部に排出させることができる。 In the fuel cell according to the fourth aspect of the present invention, the gas-impermeable liquid absorbing member is provided between the anode-side gas flow path section and the anolyte water discharge manifold forming section in the membrane electrode assembly. In a fuel cell operated with the anode gas stopped inside, the generated water can be discharged outside the fuel cell while suppressing the amount of hydrogen discharged outside the fuel cell.

以下、本発明に係る燃料電池および燃料電池システムについて図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, a fuel cell and a fuel cell system according to the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.

・第１の実施例：
図１を参照して第１の実施例に係る燃料電池を含む燃料システムの概略構成について説明する。図１は第１の実施例に係る燃料電池を含む燃料システムの一構成例を模式的に示す説明図である。 First embodiment:
A schematic configuration of a fuel system including a fuel cell according to a first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a configuration example of a fuel system including a fuel cell according to a first embodiment.

燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池１００、高圧水素タンク２０、アノードガス供給管３０、カソードガス供給管４０、およびモータを始めとする電気エネルギを消費する負荷６０を備えている。燃料電池１００と高圧水素タンク２０は、アノードガス供給管３０によって接続されている。アノードガス供給管３０には、燃料電池１００に供給するアノードガスのガス圧を所定値に調整するための圧力制御弁２１が配置されている。 The fuel cell system FCS includes a fuel cell 100, a high-pressure hydrogen tank 20, an anode gas supply pipe 30, a cathode gas supply pipe 40, and a load 60 that consumes electric energy including a motor. The fuel cell 100 and the high-pressure hydrogen tank 20 are connected by an anode gas supply pipe 30. The anode gas supply pipe 30 is provided with a pressure control valve 21 for adjusting the gas pressure of the anode gas supplied to the fuel cell 100 to a predetermined value.

燃料電池１００は、例えば、複数の単セル１０がスタック状に積層されてなる積層型の燃料電池である。燃料電池１００は、高圧水素タンク２０からアノードガスとしての水素を燃料電池１００内部へ導入するためのアノードガス供給部３１、燃料電池１００内に滞留している不純物のうち液体状体の生成水である液水を燃料電池１００の外部に排出するためのアノード液水排出部３２、燃料電池１００内に滞留しているガス不純物、例えば、窒素を外部に排出するためのアノードガス排出部３３を備えている。 The fuel cell 100 is, for example, a stacked fuel cell in which a plurality of single cells 10 are stacked in a stack. The fuel cell 100 includes an anode gas supply unit 31 for introducing hydrogen as an anode gas from the high-pressure hydrogen tank 20 into the fuel cell 100, and liquid generated water among impurities remaining in the fuel cell 100. An anode liquid water discharge part 32 for discharging certain liquid water to the outside of the fuel cell 100, and an anode gas discharge part 33 for discharging gas impurities staying in the fuel cell 100, for example, nitrogen, to the outside. ing.

アノードガス供給部３１に供給されたアノードガスは、アノードガス供給マニホールド３１１を介して、各単セル１０に供給される。一方、単セル１０に滞留している液水はアノード液水排出マニホールド３２１を介してアノード液水排出部３２へと導かれ、単セル１０に滞留しているガス不純物はアノードガス排出マニホールド３３１を介してアノードガス排出部３３へと導かれる。 The anode gas supplied to the anode gas supply unit 31 is supplied to each single cell 10 via the anode gas supply manifold 311. On the other hand, the liquid water staying in the single cell 10 is guided to the anolyte water discharge section 32 via the anode liquid discharge manifold 321, and the gas impurities staying in the single cell 10 pass through the anode gas discharge manifold 331. To the anode gas discharge part 33.

アノード液水排出部３２には、循環管３２３の一端が接続されている。循環管３２３の他端は、アノードガス供給管３０に接続されており、アノード液水排出部３２から排出される液水は、アノードガス供給管３０へと導かれる。 One end of a circulation pipe 323 is connected to the anolyte water discharge part 32. The other end of the circulation pipe 323 is connected to the anode gas supply pipe 30, and the liquid water discharged from the anode liquid water discharge unit 32 is guided to the anode gas supply pipe 30.

アノードガス排出部３３には、遮断弁３３２が接続されており、遮断弁３３２には、アノードオフガス排出管３３３が接続されている。なお、本実施例中においては、説明を簡略にするため燃料電池１００から排出されるアノードガスをアノードオフガスと呼ぶ。遮断弁３３２は、アノードガス排出部３３とアノードオフガス排出管３３３とを連通または非連通状態のいずれかに切り替える。遮断弁３３２が連通状態（開弁状態）に切り替えられると、アノードガス排出部３３から排出されるガス不純物は、アノードオフガス排出管３３３へと導かれる。遮断弁３３２は、一定の時間間隔で、あるいは、燃料電池１００の出力値が所定値を下回る場合に連通状態に切り替えられ、燃料電池１００内部に滞留するガス不純物がアノードオフガス排出管３３３を介して燃料電池１００の外部へと排出される。 A shutoff valve 332 is connected to the anode gas discharge section 33, and an anode offgas discharge pipe 333 is connected to the shutoff valve 332. In the present embodiment, the anode gas discharged from the fuel cell 100 is referred to as an anode off gas in order to simplify the description. The shut-off valve 332 switches the anode gas discharge part 33 and the anode off gas discharge pipe 333 to either a communication state or a non-communication state. When the shut-off valve 332 is switched to a communication state (valve open state), gas impurities discharged from the anode gas discharge unit 33 are guided to the anode off-gas discharge pipe 333. The shut-off valve 332 is switched to a communication state at regular time intervals or when the output value of the fuel cell 100 falls below a predetermined value, and gas impurities staying inside the fuel cell 100 are passed through the anode off-gas exhaust pipe 333. It is discharged outside the fuel cell 100.

燃料電池１００はさらに、カソードガス供給管４０が接続されるカソードガス供給部４１、カソードオフガス排出管４３が接続されるカソードオフガス排出部４２が備えられている。カソードガス供給管４０を介して供給されるカソードガス（酸化ガス）は、カソードガス供給部４１を介して燃料電池１００内に導入され、カソードガス供給マニホールド４１１を介して、各単セル１０に供給される。一方、単セル１０に供給されたカソードガスは、カソードガス排出マニホールド４２１を介してカソードオフガス排出部４２へと導かれ、カソードオフガス排出管４３を介して燃料電池１００外部に排出される。 The fuel cell 100 further includes a cathode gas supply part 41 to which the cathode gas supply pipe 40 is connected and a cathode offgas discharge part 42 to which the cathode offgas discharge pipe 43 is connected. Cathode gas (oxidizing gas) supplied via the cathode gas supply pipe 40 is introduced into the fuel cell 100 via the cathode gas supply unit 41 and supplied to each single cell 10 via the cathode gas supply manifold 411. Is done. On the other hand, the cathode gas supplied to the single cell 10 is led to the cathode offgas discharge section 42 via the cathode gas discharge manifold 421 and discharged outside the fuel cell 100 via the cathode offgas discharge pipe 43.

図２〜図９を参照して、第１の実施例に係る燃料電池１００の内部構成について説明する。図２は第１の実施例に係る燃料電池１００を構成する単セル１０を、アノードセパレータの膜電極接合体との対向面から見た平面図である。図３は単セルを構成するアノードセパレータを膜電極接合体との対向面から見た平面図である。図４は単セルを構成するアノードセパレータを膜電極接合体との対向面の反対面から見た平面図である。図５は単セルを構成する中間セパレータの平面図である。図６は単セルを構成するカソードセパレータの平面図である。図７は図２中の７−７線で単セル１０を切断した断面図である。図８は図２中の８−８線で単セル１０を切断した断面図である。図９は図２中の９−９線で単セル１０を切断した断面図である。 The internal configuration of the fuel cell 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a plan view of the single cell 10 constituting the fuel cell 100 according to the first embodiment as viewed from the surface facing the membrane electrode assembly of the anode separator. FIG. 3 is a plan view of the anode separator constituting the single cell as viewed from the surface facing the membrane electrode assembly. FIG. 4 is a plan view of the anode separator constituting the single cell as viewed from the surface opposite to the surface facing the membrane electrode assembly. FIG. 5 is a plan view of an intermediate separator constituting a single cell. FIG. 6 is a plan view of a cathode separator constituting a single cell. FIG. 7 is a cross-sectional view of the single cell 10 taken along line 7-7 in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the single cell 10 taken along line 8-8 in FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of the single cell 10 taken along line 9-9 in FIG.

第１の実施例において用いられるガスセパレータは、プレス加工等によって打ち抜かれた開口部を有する３種類の金属製プレート、アノード側プレート、カソード側プレートおよび中間プレートが組み合わされて形成される。すなわち、３種類の金属製プレートが組み合わされることによって、従来のアノードセパレータおよびカソードセパレータの機能が提供される。なお、組み合わされた後のアノード側プレートおよびカソード側プレートは、それぞれ従来のアノードセパレータおよびカソードセパレータと同様に機能するので、以下の実施例では、説明の便宜上、アノード側プレートをアノードセパレータと、カソード側プレートをカソードセパレータと、中間プレートを冷却液流路形成パネルと呼ぶ。 The gas separator used in the first embodiment is formed by combining three kinds of metal plates having openings punched out by pressing or the like, an anode side plate, a cathode side plate, and an intermediate plate. That is, the functions of the conventional anode separator and cathode separator are provided by combining three kinds of metal plates. Since the combined anode side plate and cathode side plate function in the same manner as the conventional anode separator and cathode separator, respectively, in the following examples, for convenience of explanation, the anode side plate is used as the anode separator and the cathode plate. The side plate is called a cathode separator, and the intermediate plate is called a coolant flow path forming panel.

図２はアノードセパレータ１１、カソードセパレータ１２および中間セパレータ１３が組み合わされたガスセパレータをアノードセパレータ１１側から見た平面図である。より詳細には、アノードセパレータ１１における、拡散層を備える膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１４との接触面側から見た平面図である。 FIG. 2 is a plan view of the gas separator in which the anode separator 11, the cathode separator 12, and the intermediate separator 13 are combined as seen from the anode separator 11 side. More specifically, the anode separator 11 is a plan view seen from the contact surface side with a membrane electrode assembly (MEA) 14 having a diffusion layer.

本実施例における単セル１０は、アノードセパレータ１１、カソードセパレータ１２、中間セパレータ１３、拡散層を備える膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１４を備えている。本実施例において用いられる各アノードセパレータ１１、およびカソードセパレータ１２は、各セパレータ上に、ガス流路、冷却液流路が切削形成されていない表面が平滑なフラットセパレータである。一方、ＭＥＡ１４にはいわゆる電解質層に加えて、導電性多孔質体からなるガス拡散層が備えられており、このガス拡散層が単セル内のアノードガス内部流路部として機能する。 The single cell 10 in this embodiment includes an anode separator 11, a cathode separator 12, an intermediate separator 13, and a membrane electrode assembly (MEA) 14 including a diffusion layer. Each of the anode separator 11 and the cathode separator 12 used in the present embodiment is a flat separator having a smooth surface on which gas passages and coolant passages are not formed by cutting. On the other hand, the MEA 14 is provided with a gas diffusion layer made of a conductive porous body in addition to a so-called electrolyte layer, and this gas diffusion layer functions as an anode gas internal flow path in the single cell.

ＭＥＡ１４は、電解質層１４１、電解質層の両面に形成された触媒電極を含むガス拡散層１４２を備えている。本実施例の燃料電池１００は、固体高分子型燃料電池であり、電解質層１４１は、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂からなるプロトン伝導性のイオン交換膜によって形成することができる。触媒電極は、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金、あるいは白金と他の金属からなる合金を備えている。なお、触媒電極は電解質層１４１の表面に備えられていても良い。 The MEA 14 includes an electrolyte layer 141 and a gas diffusion layer 142 including catalyst electrodes formed on both surfaces of the electrolyte layer. The fuel cell 100 of the present embodiment is a solid polymer fuel cell, and the electrolyte layer 141 is formed of a proton conductive ion exchange membrane made of a solid polymer material, for example, a fluororesin having perfluorocarbon sulfonic acid. be able to. The catalyst electrode includes a catalyst that promotes an electrochemical reaction, such as platinum or an alloy made of platinum and other metals. Note that the catalyst electrode may be provided on the surface of the electrolyte layer 141.

ガス拡散層１４２は、多孔質層であり、導電性及びガス透過性を有する部材によって構成されている。ガス拡散層１４２としては、例えば、カーボン製多孔質体を用いることができ、本実施例ではカーボンペーパを用いている。ガス拡散層１４２における、ＭＥＡ１４との接触面には、撥水化処理が施されていても良い。撥水化処理は、撥水性物質であるフッ素樹脂の分散液とカーボン粉末と溶媒とを混合して得た混合液を、カーボンペーパ上に塗布し、その後熱処理することにより行なうことができる。このようにガス拡散層１４２の表面を撥水化処理することにより、触媒電極に対するガス供給を確保すると共に、ガス拡散層側から触媒電極への水の移動を抑制することができる。 The gas diffusion layer 142 is a porous layer and is made of a member having conductivity and gas permeability. For example, a carbon porous body can be used as the gas diffusion layer 142, and carbon paper is used in this embodiment. The surface of the gas diffusion layer 142 in contact with the MEA 14 may be subjected to water repellency treatment. The water repellent treatment can be carried out by applying a liquid mixture obtained by mixing a dispersion of a fluororesin, which is a water repellent material, carbon powder, and a solvent onto carbon paper, followed by heat treatment. By performing the water repellency treatment on the surface of the gas diffusion layer 142 in this way, it is possible to secure gas supply to the catalyst electrode and to suppress water movement from the gas diffusion layer side to the catalyst electrode.

アノードセパレータ１１、カソードセパレータ１２および中間セパレータ１３の構成について以下説明する。図２〜図６に示されるように、各セパレータ１１、１２および１３は、アノードガス供給マニホールド形成部１１１、１２１、１３１、アノード液水排出マニホールド形成部１１２、１２２、１３２、アノードオフガス排出マニホールド形成部１１３、１２３、１３３を有している。各セパレータ１１、１２および１３はまた、カソードガス供給マニホールド形成部１１４ａ、１２４ａ、１３４ａ、カソードオフガス排出マニホールド形成部１１４ｂ、１２４ｂ、１３４ｂを備えている。各セパレータ１１、１２および１３はさらに、冷却液供給マニホールド形成部１１５ａ、１２５ａ、１３５ａ、冷却液排出マニホールド形成部１１５ｂ、１２５ｂ、１３５ｂを備えている。 The configurations of the anode separator 11, the cathode separator 12, and the intermediate separator 13 will be described below. As shown in FIGS. 2 to 6, each of the separators 11, 12, and 13 includes an anode gas supply manifold forming portion 111, 121, 131, an anode liquid water discharge manifold forming portion 112, 122, 132, and an anode off gas discharge manifold forming. Parts 113, 123, and 133. Each separator 11, 12, and 13 also includes cathode gas supply manifold forming portions 114a, 124a, and 134a, and cathode off-gas discharge manifold forming portions 114b, 124b, and 134b. Each separator 11, 12, and 13 further includes coolant supply manifold forming portions 115a, 125a, and 135a, and coolant discharge manifold forming portions 115b, 125b, and 135b.

各セパレータ１１、１２および１３に備えられているアノードガス供給マニホールド形成部１１１、１２１、１３１、アノード液水排出マニホールド形成部１１２、１２２、１３２、およびアノードオフガス排出マニホールド形成部１１３、１２３、１３３は、積層時に、それぞれ、アノードガス供給マニホールド３３１、アノード液水排出マニホールド３２１およびアノードオフガス排出マニホールド３３１を形成する。 The anode gas supply manifold forming portions 111, 121, 131, the anode liquid discharge manifold forming portions 112, 122, 132, and the anode off-gas discharge manifold forming portions 113, 123, 133 provided in the separators 11, 12, and 13 are During the stacking, an anode gas supply manifold 331, an anode liquid water discharge manifold 321 and an anode off gas discharge manifold 331 are formed, respectively.

各セパレータ１１、１２および１３に備えられているカソードガス供給マニホールド形成部１１４ａ、１２４ａ、１３４ａ、カソードオフガス排出マニホールド形成部１１４ｂ、１２４ｂ、１３４ｂは、積層時に、それぞれ、カソードガス供給マニホールド４１１、カソードオフガス排出マニホールド４２１を形成する。 The cathode gas supply manifold forming portions 114a, 124a, and 134a and the cathode off gas discharge manifold forming portions 114b, 124b, and 134b provided in the separators 11, 12, and 13 are, respectively, the cathode gas supply manifold 411 and the cathode off gas when stacked. A discharge manifold 421 is formed.

本実施例におけるアノードセパレータ１１およびカソードセパレータ１２は、フラットセパレータであるため、アノードセパレータ１１およびカソードセパレータ１２には、各マニホールド形成部１１１〜１１４、１２１〜１２４とＭＥＡ１４とを連通する連通路が備えられていない。代わりに、図３に示すように、アノードセパレータ１１は、アノードガス供給孔１１６、アノード液水排出孔１１７、アノードオフガス排出孔１１８を有している。また、中間セパレータ１３は、図５に示すように、アノードセパレータ１１における各マニホールド形成部１１１〜１１４と各孔１１６〜１１８を連通するアノードガス供給連通溝１３６ａ、アノード液水排出連通溝１３６ｂ、およびアノードオフガス排出連通溝１３６ｃを有している。 Since the anode separator 11 and the cathode separator 12 in the present embodiment are flat separators, the anode separator 11 and the cathode separator 12 are provided with communication passages that connect the manifold forming portions 111 to 114 and 121 to 124 and the MEA 14. It is not done. Instead, as shown in FIG. 3, the anode separator 11 has an anode gas supply hole 116, an anolyte water discharge hole 117, and an anode off-gas discharge hole 118. Further, as shown in FIG. 5, the intermediate separator 13 includes an anode gas supply communication groove 136 a that communicates each manifold forming portion 111 to 114 and each hole 116 to 118 in the anode separator 11, an anode liquid water discharge communication groove 136 b, and An anode off gas discharge communication groove 136c is provided.

これら孔１１６〜１１８および連通溝１３６、１３７によって、アノード側の各マニホールド形成部１１１〜１１４とＭＥＡ１４とが連通される。 The holes 116 to 118 and the communication grooves 136 and 137 allow the anode side manifold forming portions 111 to 114 and the MEA 14 to communicate with each other.

また、図６に示すように、カソードセパレータ１２は、カソードガス供給孔１２６、カソードオフガス排出孔１２７を有している。また、中間セパレータ１３は、図５に示すように、カソードセパレータ１２における各マニホールド形成部１２１〜１２４と各孔１２６、１２７を連通するカソードガス供給連通溝１３７ａ、およびカソードオフガス排出連通溝１３７ｂを有している。 As shown in FIG. 6, the cathode separator 12 has a cathode gas supply hole 126 and a cathode offgas discharge hole 127. Further, as shown in FIG. 5, the intermediate separator 13 has a cathode gas supply communication groove 137 a that communicates the manifold forming portions 121 to 124 and the holes 126 and 127 in the cathode separator 12, and a cathode offgas discharge communication groove 137 b. is doing.

これら孔１２６、１２７および連通溝１３７ａ、１３７ｂによって、カソード側の各マニホールド形成部１２１〜１２４とＭＥＡ１４とが連通される。 The manifolds 121 to 124 on the cathode side and the MEA 14 communicate with each other through the holes 126 and 127 and the communication grooves 137a and 137b.

中間セパレータ１３のアノード液水排出連通溝１３６ｃには、後に詳述する吸水性部材５０が配置されている。なお、中間セパレータ１３以外のセパレータ１１、１２を示す図においても、吸水性部材５０の配置位置を示すために、吸水性部材５０が仮想的に配置されている。中間セパレータ１３はさらに、組み合わされた際に、冷却液流路を形成する複数の冷却液流路形成部１３８を備えている。 A water absorbing member 50, which will be described in detail later, is disposed in the anolyte water discharge communication groove 136c of the intermediate separator 13. In the drawings showing the separators 11 and 12 other than the intermediate separator 13, the water absorbing member 50 is virtually arranged in order to show the arrangement position of the water absorbing member 50. The intermediate separator 13 further includes a plurality of coolant flow path forming portions 138 that form coolant flow paths when combined.

各セパレータ１１、１２、１３は、導電性材料、例えばステンレス鋼あるいはチタンやチタン合金といった金属によって形成される。各マニホールド形成部、孔、連通溝、冷却液流路形成部は、打ち抜き加工によって形成される。各セパレータ１１、１２、１３は、例えば、拡散接合により接合される。あるいは、中間セパレータ１３を、シール層と耐熱性樹脂層とを備えるラミネート樹脂によって形成する場合には、加熱接着により各セパレータ間をシール接合しても良い。 Each separator 11, 12, 13 is formed of a conductive material, for example, a metal such as stainless steel or titanium or a titanium alloy. Each manifold forming part, hole, communication groove, and coolant flow path forming part are formed by punching. Each separator 11, 12, 13 is joined by diffusion joining, for example. Alternatively, when the intermediate separator 13 is formed of a laminate resin including a seal layer and a heat resistant resin layer, the separators may be sealed and bonded by heat bonding.

アノードセパレータ１１およびカソードセパレータ１２には、シール材ＳＥが配置されている。アノードセパレータ１１の例をとって説明する。図２に示すように、シール材ＳＥは、各マニホールド形成部１１１〜１１５、ＭＥＡ１４の周縁部に配置されている。シール材ＳＥは、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなどの絶縁性樹脂材料によって形成されると共に、ＭＥＡ１４と一体で形成されている。シール材ＳＥは、例えば、シール材ＳＥに対応する形状の金型のキャビティ内にＭＥＡ１４の周縁部が収まるようにＭＥＡ１４を配置し、樹脂材料を射出成形することによって形成できる。これにより、ＭＥＡ１４とシール材ＳＥとが隙間なく接合される。 A sealing material SE is disposed on the anode separator 11 and the cathode separator 12. An example of the anode separator 11 will be described. As shown in FIG. 2, the sealing material SE is disposed on the peripheral edge portions of the manifold forming portions 111 to 115 and the MEA 14. The seal material SE is formed of, for example, an insulating resin material such as silicon rubber, butyl rubber, or fluorine rubber, and is formed integrally with the MEA 14. The sealing material SE can be formed, for example, by arranging the MEA 14 so that the peripheral edge of the MEA 14 is accommodated in a cavity of a mold having a shape corresponding to the sealing material SE, and injection-molding a resin material. Thereby, MEA14 and sealing material SE are joined without a gap.

図７〜図９を参照して本実施例における特徴的な構成について説明する。本実施例におけるアノードセパレータ１１は、１つのアノードガス供給マニホールド形成部１１１に対して、２つの排出マニホールド形成部１１２、１１３を備えている。一方の排出マニホールド形成部、アノードオフガス排出マニホールド１１２は、従来より用いられている、アノードオフガスを排出するためのマニホールド形成部である。他方のマニホールド形成部、アノード液水排出マニホールド形成部１１３は、従来備えられていない、生成水を排出するためのマニホールド形成部である。 A characteristic configuration of the present embodiment will be described with reference to FIGS. The anode separator 11 in the present embodiment includes two discharge manifold forming portions 112 and 113 with respect to one anode gas supply manifold forming portion 111. One discharge manifold forming portion, the anode off gas discharge manifold 112, is a manifold forming portion for discharging anode off gas, which has been conventionally used. The other manifold forming part, the anolyte water discharge manifold forming part 113, is a manifold forming part for discharging generated water, which is not conventionally provided.

図７に示すように、アノード液水排出マニホールド形成部１１２は、既述の通り、中間セパレータ１３に形成されている連通溝１３６ｂおよびアノードセパレータ１１に形成されているアノード液水排出孔１１７を介してＭＥＡ１４のガス拡散層１４２（アノードガス内部流路部）と連通している。ただし、本実施例では、図４および図７に示すとおり、例えば、連通溝１３６ｂにガス不透過な吸水性部材５０が配置されている。 As shown in FIG. 7, the anolyte water discharge manifold forming portion 112 passes through the communication groove 136 b formed in the intermediate separator 13 and the anolyte water discharge hole 117 formed in the anode separator 11 as described above. The gas diffusion layer 142 (the anode gas internal flow path portion) of the MEA 14 is communicated. However, in this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 7, for example, a gas impermeable water absorbing member 50 is disposed in the communication groove 136b.

吸水性部材５０は、液体、本実施例では液水の通過（移動）は許容するが、ガスの通過を許容しない材料から形成されている。したがって、アノードセパレータ１１の下流側に滞留する液水は、吸水性部材５０に吸収され、アノード液水排出マニホールド形成部１１２（アノード液水排出マニホールド３２１）へと排出される。吸水性部材５０としては、例えば、フッ素系樹脂、炭化水素系樹脂が用いられる。また、吸水性部材５０には、イオン伝導性は必ずしも要求されない。 The water-absorbing member 50 is made of a material that allows passage (movement) of liquid, in this embodiment liquid water, but does not allow passage of gas. Accordingly, the liquid water staying on the downstream side of the anode separator 11 is absorbed by the water absorbing member 50 and discharged to the anode liquid discharge manifold forming portion 112 (anode liquid discharge manifold 321). As the water absorbing member 50, for example, a fluorine resin or a hydrocarbon resin is used. Further, the water absorbing member 50 is not necessarily required to have ion conductivity.

図８に示すように、アノードオフガス排出マニホールド形成部１１３は、既述の通り、中間セパレータ１３に形成されている連通溝１３６ｃおよびアノードセパレータ１１に形成されているアノードオフガス排出孔１１８を介してＭＥＡ１４のガス拡散層１４２と連通している。しかしながら、各連通溝１３６ｃには何も配置されておらず、一般的なアノードオフガス排出構造を備えている。 As shown in FIG. 8, the anode off-gas discharge manifold forming portion 113 is connected to the MEA 14 via the communication groove 136 c formed in the intermediate separator 13 and the anode off-gas discharge hole 118 formed in the anode separator 11 as described above. The gas diffusion layer 142 is communicated. However, nothing is arranged in each communication groove 136c, and a general anode off-gas discharge structure is provided.

アノード液水排出マニホールド形成部１１２は、不純物のうち、液水の排出は許容するものの、ガス不純物の透過は許容しない。したがって、アノードセパレータ１１の下流側に滞留するガス不純物は、アノードオフガス排出マニホールド形成部１１３（アノード液水排出マニホールド３３１）へと排出される。なお、アノードオフガス排出マニホールド形成部１１３へは、主として窒素等のガス不純物が排出されるが、液水、あるいは、気体状態の水分の排出が妨げられるものではない。 The anode liquid water discharge manifold forming unit 112 allows discharge of liquid water among impurities, but does not allow permeation of gas impurities. Therefore, the gas impurities staying on the downstream side of the anode separator 11 are discharged to the anode off-gas discharge manifold forming portion 113 (anode liquid water discharge manifold 331). In addition, although gas impurities, such as nitrogen, are mainly discharged | emitted to the anode off gas discharge manifold formation part 113, discharge | emission of the liquid water or the water | moisture content of a gaseous state is not prevented.

アノードガス供給マニホールド形成部１１１は、図９に示すようにして、ＭＥＡ１４のガス拡散層１４２と連通されている。すなわち、中間セパレータ１３に形成されている連通溝１３６ａおよびアノードセパレータ１１に形成されているアノードガス供給孔１１６を介してＭＥＡ１４のガス拡散層１４２と連通している。 As shown in FIG. 9, the anode gas supply manifold forming portion 111 is in communication with the gas diffusion layer 142 of the MEA 14. That is, it communicates with the gas diffusion layer 142 of the MEA 14 through the communication groove 136 a formed in the intermediate separator 13 and the anode gas supply hole 116 formed in the anode separator 11.

以上説明したように、第１の実施例に係る燃料電池１００によれば、アノードに滞留する液水を排出するためのアノード液水排出マニホールド３２１と、専らガス不純物を排出するためのアノードオフガス排出マニホール３３１とが備えられている。また、アノードセパレータ１１におけるアノードガス内部流路部とアノード液水排出マニホールド形成部１１２の間には、ガス不透過な吸水性部材５０が配置されている。この構成を備えることによって、アノード下流に滞留する液水は吸水性部材に５０に吸収され、液水のみをアノード液水排出マニホールド３２１へと導くことができる。また、ガス不純物はアノードオフガス排出マニホールド形成部１１３を介して外部に排出することができる。したがって、不純物の排出処理において、一般的に排出に時間を要する液水の排出時間を考慮することなく、ガス不純物の排出に必要な時間だけ制御弁３３２を開弁すれば良く、制御弁３３２の開弁時間を短くすることができる。この結果、不純物の排出処理における、水素の不要な放出を抑制または防止することが可能となり、燃料電池システムＦＣＳにおけるエネルギ効率を向上させることができる。 As described above, according to the fuel cell 100 of the first embodiment, the anode liquid water discharge manifold 321 for discharging the liquid water staying at the anode and the anode off-gas discharge for exclusively discharging gas impurities. A manifold 331 is provided. Further, a gas impermeable water absorbing member 50 is disposed between the anode gas internal flow passage portion and the anode liquid discharge manifold forming portion 112 in the anode separator 11. With this configuration, the liquid water staying downstream of the anode is absorbed by the water absorbing member 50 and only the liquid water can be guided to the anode liquid discharge manifold 321. Further, the gas impurities can be discharged to the outside through the anode off-gas discharge manifold forming portion 113. Therefore, in the impurity discharge process, the control valve 332 may be opened only for the time required for discharging the gas impurities without considering the discharge time of liquid water which generally requires time for discharge. The valve opening time can be shortened. As a result, it becomes possible to suppress or prevent unnecessary release of hydrogen in the impurity discharge process, and to improve the energy efficiency in the fuel cell system FCS.

さらに、アノードガスが垂直方向（重力の荷重方向）に流れるので、吸水性部材５０を介してアノードから排出される液水の排出を促すことができる。 Furthermore, since the anode gas flows in the vertical direction (the direction of gravity load), the discharge of liquid water discharged from the anode through the water absorbing member 50 can be promoted.

第１の実施例の変形例：
上記第１の実施例では、矩形形状の連通溝１３６ｂが用いられ、対応する形状を有する吸水性部材５０が連通溝１３６ｂに配置されている。しかしながら、例えば、連通孔１３６ｃのようにくし状の複数の連通溝を用いて、各連通溝に吸水性部材５０を配置しても良い。 Modification of the first embodiment:
In the first embodiment, the rectangular communication groove 136b is used, and the water absorbing member 50 having a corresponding shape is disposed in the communication groove 136b. However, for example, a plurality of comb-shaped communication grooves such as the communication holes 136c may be used to dispose the water absorbing member 50 in each communication groove.

・第２の実施例：
図１０〜図１２を参照して第２の実施例に係る燃料電池１００ｂについて説明する。図１０は第２の実施例に係る燃料電池１００ｂを構成する単セルを、アノードセパレータの膜電極接合体との対向面から見た平面図である。図１１は図１０中のＸ−Ｘ線で単セルを切断した断面図である。図１２は図１０中のＹ−Ｙ線で単セルを切断した断面図である。第２の実施例に係る燃料電池１００ｂは、吸水性部材５０として、延伸された電解質層１４１が用いられる。なお、フラットセパレータである点において、主な構成についても、第１の実施例における燃料電池１００と同様であるから、同等の構成については第１の実施例において用いた符号にｂを付すことで各セパレータの詳細な説明は省略する。 Second embodiment:
A fuel cell 100b according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a plan view of a single cell constituting the fuel cell 100b according to the second embodiment as viewed from the surface facing the membrane electrode assembly of the anode separator. FIG. 11 is a cross-sectional view of a single cell cut along line XX in FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view of the single cell cut along the line YY in FIG. In the fuel cell 100b according to the second embodiment, a stretched electrolyte layer 141 is used as the water absorbing member 50. Since the main configuration is the same as that of the fuel cell 100 in the first embodiment in that it is a flat separator, an equivalent configuration can be obtained by adding b to the reference numerals used in the first embodiment. Detailed description of each separator is omitted.

第２の実施例におけるガスセパレータは、アノードセパレータ１１ｂ、カソードセパレータ１２ｂ、中間セパレータ１３ｂを組み合わせることによって構成される。本実施例では、中間セパレータ１３ｂは多孔質体から構成されており、連通溝、冷却液流路形成部を有しない。 The gas separator in the second embodiment is configured by combining an anode separator 11b, a cathode separator 12b, and an intermediate separator 13b. In the present embodiment, the intermediate separator 13b is made of a porous body and does not have a communication groove and a coolant flow path forming part.

図１０に示すとおり、ＭＥＡ１４の電解質層１４１の一端は、アノード液水排出マニホールド形成部１１２を覆うように延伸されている。延伸された電解質層１４１の延伸部１４１ａには、液水の流動を許容するための開口部１４１ｂが形成されている。図１１を参照すると、開口部１４１ｂ周辺の電解質層１４１の延伸部１４１ａは、アノード液水排出マニホールド３２１に露出されており、電解質層を透過した液水Ｌはアノード液水排出マニホールド３２１へと導かれる。なお、ガス拡散層１４２はシール材ＳＥによってアノード液水排出マニホールド３２１（アノード液水排出マニホールド形成部１１２ｂ）から分離されており、また、アノードガスは電解質層１４１を透過できないので、ガス拡散層１４２を流れるアノードオフがアノード液水排出マニホールド３２１へと排出されることはない。 As shown in FIG. 10, one end of the electrolyte layer 141 of the MEA 14 is extended so as to cover the anolyte water discharge manifold forming portion 112. An opening 141b for allowing the flow of liquid water is formed in the extended portion 141a of the extended electrolyte layer 141. Referring to FIG. 11, the extending portion 141 a of the electrolyte layer 141 around the opening 141 b is exposed to the anolyte water discharge manifold 321, and the liquid water L that has permeated the electrolyte layer is led to the anolyte water discharge manifold 321. It is burned. The gas diffusion layer 142 is separated from the anolyte water discharge manifold 321 (the anolyte water discharge manifold forming portion 112b) by the sealing material SE, and the anode gas cannot pass through the electrolyte layer 141. Is not discharged to the anolyte water discharge manifold 321.

一方、アノードオフガス排出マニホールド形成部１１３ｂには、電解質層１４１は延伸されていない。したがって、図１２に示すように、ガス拡散層１４２を流れ、起電反応に用いられたアノードオフガスＧは、アノードオフガス排出マニホールド形成部１１３ｂ（アノードオフガス排出マニホールド３３１）へと排出される。 On the other hand, the electrolyte layer 141 is not extended in the anode off-gas exhaust manifold forming portion 113b. Therefore, as shown in FIG. 12, the anode offgas G that has flowed through the gas diffusion layer 142 and used for the electromotive reaction is discharged to the anode offgas discharge manifold forming portion 113b (the anode offgas discharge manifold 331).

以上説明したように、第２の実施例に係る燃料電池１００ｂによれば、第１の実施例に係る燃料電池１００によって得られる利点に加えて、電解質層１４１をガス不透過の吸水性部材として利用して液水とガス不純物を分離して排出処理することができる。したがって、新たに吸水性部材を備える必要がなく、部品点数を削減することができる。 As described above, according to the fuel cell 100b according to the second embodiment, in addition to the advantages obtained by the fuel cell 100 according to the first embodiment, the electrolyte layer 141 is used as a gas impermeable water absorbing member. By utilizing this, liquid water and gas impurities can be separated and discharged. Therefore, it is not necessary to newly provide a water absorbing member, and the number of parts can be reduced.

第２の実施例の変形例：
第２の実施例では、アノード液水は、アノード液水排出マニホールド３２１に排出されるが、アノード液水をカソードガス供給マニホールド４１１に排出しても良い。この態様は、例えば、図１３に示す構成とすることによって実現することができる。図１３はアノード液水をカソードガス供給マニホールド４１１に排出する構成を備える単セルを図１０のＸ−Ｘ線に相当する切断線で切断した断面図である。 Modification of the second embodiment:
In the second embodiment, the anolyte water is discharged to the anolyte water discharge manifold 321, but the anolyte water may be discharged to the cathode gas supply manifold 411. This aspect can be realized by, for example, the configuration shown in FIG. 13 is a cross-sectional view of a single cell having a configuration for discharging anolyte water to the cathode gas supply manifold 411 along a cutting line corresponding to line XX in FIG.

図１３に示す例では、電解質層１４１の延伸部１４１ａから排出される液水Ｌは、カソードガス供給マニホールド４１１に導かれ、カソードガスと共にカソードのガス拡散層１４２に供給される。一般的に、カソードガスには所定の湿度が要求されるので、アノードから排出される液水Ｌを利用することにより、外部から供給すべき水量を低減させることができる。また、アノードから排出される液水をアノードに再循環、または燃料電池外に排出させる必要がなくなり、燃料電池１００ｂにおいて処理系を完結することができる。したがって、燃料電池１００ｂの小型化を図ることができる。 In the example shown in FIG. 13, the liquid water L discharged from the extending portion 141a of the electrolyte layer 141 is guided to the cathode gas supply manifold 411 and supplied to the cathode gas diffusion layer 142 together with the cathode gas. In general, since the cathode gas requires a predetermined humidity, the amount of water to be supplied from the outside can be reduced by using the liquid water L discharged from the anode. Further, it is not necessary to recirculate the liquid water discharged from the anode to the anode or to discharge it outside the fuel cell, and the treatment system can be completed in the fuel cell 100b. Therefore, the fuel cell 100b can be downsized.

・第３の実施例：
第１および第２の実施例では、フラットセパレータを有する燃料電池１００，１００ｂを例にとって説明したが、第３の実施例では、非フラットセパレータ、ガス流路形成部を備えるセパレータを有する燃料電池１００ｃに対する適用例について図１４および図１５を参照して説明する。図１４は第３の実施例に係る燃料電池のアノード液水排出マニホールド形成部を含む断面図である。図１５は第３の実施例に係る燃料電池のアノードオフガス排出マニホールド形成部を含む断面図である。 Third embodiment:
In the first and second embodiments, the fuel cells 100 and 100b having a flat separator have been described as examples. However, in the third embodiment, a fuel cell 100c having a non-flat separator and a separator having a gas flow path forming portion. An application example will be described with reference to FIGS. 14 and 15. FIG. 14 is a cross-sectional view including the anode liquid discharge manifold forming portion of the fuel cell according to the third embodiment. FIG. 15 is a cross-sectional view including the anode off-gas discharge manifold forming portion of the fuel cell according to the third embodiment.

第３の実施例に係るガスセパレータは、中間セパレータを要さず、別体のアノードセパレータ１１ｃおよびカソードセパレータ１２ｃによって実現される。各セパレータ１１ｃおよび１２ｃには、アノードガスおよびカソードガスが流れるアノードガス内部流路部７０およびカソードガス内部流路部７１が形成されている。また、ＭＥＡ１４ｃはガス拡散層を有しない膜電極接合体である。 The gas separator according to the third embodiment does not require an intermediate separator, and is realized by separate anode separator 11c and cathode separator 12c. In each separator 11c and 12c, an anode gas internal flow path portion 70 and a cathode gas internal flow path portion 71 through which the anode gas and the cathode gas flow are formed. The MEA 14c is a membrane electrode assembly that does not have a gas diffusion layer.

アノードガスは、アノードガス供給マニホールド３１１を介して、アノードガス内部流路部７０に供給される。図１４に示すように、アノード液水排出マニホールド３２１（アノード液水排出マニホールド形成部１１２ｃ）とアノードガス内部流路部７０の間には、吸水性部材５０が配置されている。一方、図１５に示すように、アノードオフガス排出マニホールド３３１（アノードオフガス排出マニホールド形成部１１３ｃ）とアノードガス内部流路部７０の間には、吸水性部材５０は配置されていない。 The anode gas is supplied to the anode gas internal flow path portion 70 via the anode gas supply manifold 311. As shown in FIG. 14, the water absorbing member 50 is disposed between the anolyte water discharge manifold 321 (the anolyte water discharge manifold forming part 112 c) and the anode gas internal flow path part 70. On the other hand, as shown in FIG. 15, the water absorbing member 50 is not disposed between the anode off gas discharge manifold 331 (anode off gas discharge manifold forming portion 113 c) and the anode gas internal flow path portion 70.

したがって、アノードガス内部流路部７０の下流に滞留する液水Ｌは、吸水性部材５０を透過し、アノード液水排出マニホールド３２１へと導かれる。一方、アノードガス内部流路部７０の下流に滞留するガス不純物Ｇは、吸水性部材５０を透過できないので、アノードオフガス排出マニホールド３３１へと導かれる。 Accordingly, the liquid water L staying downstream of the anode gas internal flow passage portion 70 passes through the water absorbing member 50 and is guided to the anode liquid water discharge manifold 321. On the other hand, since the gas impurity G staying downstream of the anode gas internal flow passage portion 70 cannot permeate the water absorbing member 50, it is guided to the anode off gas discharge manifold 331.

この結果、非フラットセパレータを有する燃料電池１００ｃにおいても、第１および第２の実施例と同様の効果を得ることができる。 As a result, even in the fuel cell 100c having a non-flat separator, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.

その他の実施例：
（１）第１の実施例では、アノード液水排出部３２から排出される液水は、アノードガス供給管３０に戻されているが、図１６に示すようにカソードガス供給管４０に供給されても良い。図１６はその他の実施例に係る燃料電池を含む燃料システムの一構成例を模式的に示す説明図である。 Other examples:
(1) In the first embodiment, the liquid water discharged from the anode liquid water discharge section 32 is returned to the anode gas supply pipe 30, but is supplied to the cathode gas supply pipe 40 as shown in FIG. May be. FIG. 16 is an explanatory view schematically showing a configuration example of a fuel system including a fuel cell according to another embodiment.

一般的に、カソードガスには所定の湿度が要求される。図１６に示す構成とすることにより、アノードから排出された液水を利用してカソードガスに所定の湿度を与えることができる。あるいは、アノードから排出される液水を利用することにより、外部から供給すべき水量を低減させることができる。したがって、カソードガスに湿度を与えるための外部装置を小型化することが可能となり、燃料電池の小型化を図ることができる。 In general, the cathode gas is required to have a predetermined humidity. With the configuration shown in FIG. 16, a predetermined humidity can be given to the cathode gas using the liquid water discharged from the anode. Alternatively, the amount of water to be supplied from the outside can be reduced by using liquid water discharged from the anode. Therefore, it is possible to reduce the size of the external device for applying humidity to the cathode gas, and the size of the fuel cell can be reduced.

（２）第１の実施例では、アノードから排出された液水をアノードガス供給管３０に戻しているが、アノードガス供給管３０に制御弁を設け、また、排出された液水を貯留するタンクを備えて、貯まった液水を定期的に外部に排出させても良い。 (2) In the first embodiment, the liquid water discharged from the anode is returned to the anode gas supply pipe 30, but a control valve is provided in the anode gas supply pipe 30 and the discharged liquid water is stored. A tank may be provided to periodically discharge the stored liquid water to the outside.

（３）上記実施例では、アノードガスが垂直方向に流れ、カソードガスが水平方向に流れる構成を例にとって説明したが、アノードガスが水平方向に流れ、カソードガスが垂直方向に流れる構成であっても良いことは言うまでもない。 (3) In the above embodiment, the configuration in which the anode gas flows in the vertical direction and the cathode gas flows in the horizontal direction has been described as an example. However, the anode gas flows in the horizontal direction and the cathode gas flows in the vertical direction. It goes without saying that it is also good.

以上、実施例に基づき本発明を説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, embodiment mentioned above is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.

第１の実施例に係る燃料電池を含む燃料システムの一構成例を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the example of 1 structure of the fuel system containing the fuel cell which concerns on a 1st Example. 第１の実施例に係る燃料電池を構成する単セルを、アノードセパレータの膜電極接合体との対向面から見た平面図である。It is the top view which looked at the single cell which comprises the fuel cell which concerns on a 1st Example from the opposing surface with the membrane electrode assembly of an anode separator. 第１の実施例における単セルを構成するアノードセパレータを膜電極接合体との対向面から見た平面図である。It is the top view which looked at the anode separator which comprises the single cell in a 1st Example from the opposing surface with a membrane electrode assembly. 第１の実施例における単セルを構成するアノードセパレータを膜電極接合体との対向面の反対面から見た平面図である。It is the top view which looked at the anode separator which comprises the single cell in a 1st Example from the surface opposite to the surface facing a membrane electrode assembly. 第１の実施例における単セルを構成する中間セパレータの平面図である。It is a top view of the intermediate separator which comprises the single cell in a 1st Example. 第１の実施例における単セルを構成するカソードセパレータの平面図である。It is a top view of the cathode separator which comprises the single cell in a 1st Example. 図２中の７−７線で単セル１０を切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the single cell 10 by the 7-7 line | wire in FIG. 図２中の８−８線で単セル１０を切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the single cell 10 by the 8-8 line | wire in FIG. 図２中の９−９線で単セル１０を切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the single cell 10 by the 9-9 line | wire in FIG. 第２の実施例に係る燃料電池１００ｂを構成する単セルを、アノードセパレータの膜電極接合体との対向面から見た平面図である。It is the top view which looked at the single cell which comprises the fuel cell 100b which concerns on a 2nd Example from the opposing surface with the membrane electrode assembly of an anode separator. 図１０中のＸ−Ｘ線で単セルを切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the single cell by the XX line in FIG. 図１０中のＹ−Ｙ線で単セルを切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the single cell by the YY line in FIG. アノード液水をカソードガス供給マニホールド４１１に排出する構成を備える単セルを図１０のＸ−Ｘ線に相当する切断線で切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the single cell provided with the structure which discharges anolyte water to the cathode gas supply manifold 411 by the cutting line equivalent to the XX line of FIG. 第３の実施例に係る燃料電池のアノード液水排出マニホールド形成部を含む断面図である。It is sectional drawing containing the anode liquid water discharge manifold formation part of the fuel cell which concerns on a 3rd Example. 第３の実施例に係る燃料電池のアノードオフガス排出マニホールド形成部を含む断面図である。It is sectional drawing containing the anode offgas discharge manifold formation part of the fuel cell which concerns on a 3rd Example. その他の実施例に係る燃料電池を含む燃料システムの一構成例を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically one structural example of the fuel system containing the fuel cell which concerns on another Example.

符号の説明Explanation of symbols

ＦＣＳ…燃料電池システム
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ…燃料電池
１０…単セル
１１、１１ｂ、１１ｃ…アノードセパレータ
１２、１２ｂ、１２ｃ…カソードセパレータ
１３、１３ｂ…中間セパレータ
１１１、１１１ｂ、１１１ｃ…アノードガス供給マニホールド形成部
１１２、１１２ｂ、１１２ｃ…アノード液水排出マニホールド形成部
１１３、１１３ｂ、１１３ｃ…アノードオフガス排出マニホールド形成部
１１４ａ、１２４ａ、１３４ａ…カソードガス供給マニホールド形成部
１１４ｂ、１２４ｂ、１３４ｂ…カソードオフガス排出マニホールド形成部
１１５ａ、１２５ａ、１３５ａ…冷却液供給マニホールド形成部
１１５ｂ、１２５ｂ、１３５ｂ…冷却液排出マニホールド形成部
１１６…アノードガス供給孔
１１７…アノード液水排出孔
１１８…アノードオフガス排出孔
１２６…カソードガス供給孔
１２７…カソードオフガス排出孔
１３６ａ…アノードガス供給連通溝
１３６ｂ…アノード液水排出連通溝
１３６ｃ…アノードオフガス排出連通溝
１３７ａ…カソードガス供給連通溝
１３７ｂ…カソードオフガス排出連通溝
１３８…冷却液流路形成部
２０…高圧水素タンク
２１…圧力制御弁
３０…アノードガス供給管
３１…アノードガス供給部
３１１…アノードガス供給マニホールド
３２…アノード液水排出部
３２１…アノード液水排出マニホールド
３２３…循環管
３３…アノードオフガス排出部
３３１…アノードオフガス排出マニホールド
３３２…制御弁
３３３…アノードオフガス排出管
４０…カソードガス供給管
４１…カソードガス供給部
４１１…カソードガス供給マニホールド
４２…カソードオフガス排出部
４２１…カソードオフガス排出マニホールド
４３…カソードオフガス排出管
５０…給水性部材
６０…負荷 FCS ... Fuel cell system 100a, 100b, 100c ... Fuel cell 10 ... Single cell 11, 11b, 11c ... Anode separator 12, 12b, 12c ... Cathode separator 13, 13b ... Intermediate separator 111, 111b, 111c ... Anode gas supply manifold formation Part 112, 112b, 112c ... Anode liquid water discharge manifold forming part 113, 113b, 113c ... Anode off gas discharge manifold forming part 114a, 124a, 134a ... Cathode gas supply manifold forming part 114b, 124b, 134b ... Cathode off gas discharge manifold forming part 115a, 125a, 135a ... Coolant supply manifold forming part 115b, 125b, 135b ... Coolant discharge manifold forming part 116 ... Anode gas supply hole 117 ... A 119 ... Anode off gas discharge hole 126 ... Cathode gas supply hole 127 ... Cathode off gas discharge hole 136a ... Anode gas supply communication groove 136b ... Anode liquid water discharge communication groove 136c ... Anode off gas discharge communication groove 137a ... Cathode gas Supply communication groove 137b ... Cathode off gas discharge communication groove 138 ... Coolant flow path forming part 20 ... High pressure hydrogen tank 21 ... Pressure control valve 30 ... Anode gas supply pipe 31 ... Anode gas supply part 311 ... Anode gas supply manifold 32 ... Anode liquid Water discharge part 321 ... Anode liquid water discharge manifold 323 ... Circulation pipe 33 ... Anode off gas discharge part 331 ... Anode off gas discharge manifold 332 ... Control valve 333 ... Anode off gas discharge pipe 40 ... Cathode gas supply pipe 41 ... Cathode gas supply part 41 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cathode gas supply manifold 42 ... Cathode off gas discharge part 421 ... Cathode off gas discharge manifold 43 ... Cathode off gas discharge pipe 50 ... Water supply member 60 ... Load

Claims

アノードガスを内部に止めて運転可能な燃料電池システムに用いられる燃料電池であって、
アノードガス供給マニホールドと、
アノードガス排出マニホールドと、
アノード液水排出マニホールドと、
前記アノードガス供給マニホールド、アノードガス排出マニホールド、およびアノード液水排出マニホールドと連通されている１または複数のアノードガス内部流路部と、
各前記アノードガス内部流路部と前記アノード液水排出マニホールドとの間に配置されているガス不透過性の吸液部材と、
を備える燃料電池。 A fuel cell used in a fuel cell system that can be operated with the anode gas stopped inside,
An anode gas supply manifold;
An anode gas discharge manifold,
An anolyte water discharge manifold,
One or more anode gas internal flow passages communicating with the anode gas supply manifold, the anode gas discharge manifold, and the anode liquid water discharge manifold;
A gas-impermeable liquid-absorbing member disposed between each anode gas internal flow passage and the anolyte water discharge manifold;
A fuel cell comprising:

請求項１に記載の燃料電池において、
前記燃料電池は、
カソードセパレータと、
前記アノードガス供給マニホールドを形成するアノードガス供給マニホールド形成部と、前記アノードガス供給マニホールド形成部と連通されていると共にアノードガス内部流路部を形成する前記内部ガス流路部と、前記内部ガス流路部と連通されている前記アノード液水排出マニホールドを形成するアノード液水排出マニホールド形成部および前記アノードガス排出マニホールドを形成するアノードガス排出マニホールド形成部とを備えるアノードセパレータと、
前記アノードガスセパレータにおける前記内部ガス流路部と前記アノード液水排出マニホールド形成部との間に配置される前記吸液部材と、
前記カソードセパレータおよび前記アノードセパレータによって狭持される膜電極接合体とを備える単電池によって、またはその単電池が複数積層されることによって構成される燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The fuel cell
A cathode separator;
An anode gas supply manifold forming portion forming the anode gas supply manifold, the internal gas flow channel portion communicating with the anode gas supply manifold forming portion and forming an anode gas internal flow channel portion, and the internal gas flow An anode separator comprising: an anode liquid discharge manifold forming part that forms the anode liquid discharge manifold, and an anode gas discharge manifold forming part that forms the anode gas discharge manifold;
The liquid-absorbing member disposed between the internal gas flow path part and the anode liquid water discharge manifold forming part in the anode gas separator;
A fuel cell configured by a single cell including the cathode separator and a membrane electrode assembly held by the anode separator, or by stacking a plurality of the single cells.

請求項１に記載の燃料電池において、
前記燃料電池は、
カソードセパレータと、
前記アノードガス供給マニホールドを形成するアノードガス供給マニホールド形成部と、前記内部ガス流路部と連通されている前記アノード液水排出マニホールドを形成するアノード液水排出マニホールド形成部および前記アノードガス排出マニホールドを形成するアノードガス排出マニホールド形成部とを備えるアノードセパレータと、
前記カソードセパレータおよび前記アノードセパレータによって狭持される膜電極接合体であって、前記アノードガス内部流路部を形成するガス流路部を備える膜電極接合体と、
前記アノードガスセパレータにおける前記内部ガス流路部と前記アノード液水排出マニホールド形成部との間に配置される前記吸液部材とを備える単電池によって、またはその単電池が複数積層されることによって構成される燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The fuel cell
A cathode separator;
An anode gas supply manifold forming portion that forms the anode gas supply manifold; an anode liquid water discharge manifold forming portion that forms the anode liquid water discharge manifold that communicates with the internal gas flow path portion; and the anode gas discharge manifold. An anode separator comprising an anode gas discharge manifold forming portion to be formed;
A membrane electrode assembly sandwiched between the cathode separator and the anode separator, the membrane electrode assembly comprising a gas flow path portion forming the anode gas internal flow path portion;
A unit cell comprising the liquid absorbing member disposed between the internal gas flow path unit and the anode liquid water discharge manifold forming unit in the anode gas separator, or a plurality of unit cells are stacked. Fuel cell.

請求項１に記載の燃料電池において、
前記アノード液水排出マニホールドをカソードガス供給マニホールドとして備える燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
A fuel cell comprising the anode liquid water discharge manifold as a cathode gas supply manifold.

請求項２または請求項３に記載の燃料電池において、
前記カソードセパレータは、前記アノードセパレータが重ね合わされた際に、前記アノード液水排出マニホールド形成部と同位置に位置するカソードガス供給マニホールド形成部を有し、
前記アノード液水排出マニホールド形成部と前記カソードガス供給マニホールド形成部とによって、カソードマニホールドが形成される燃料電池。 The fuel cell according to claim 2 or claim 3, wherein
The cathode separator has a cathode gas supply manifold forming portion located at the same position as the anode liquid water discharge manifold forming portion when the anode separator is overlaid,
A fuel cell in which a cathode manifold is formed by the anode liquid discharge manifold forming portion and the cathode gas supply manifold forming portion.

請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池において、
前記吸液部材は多孔質体である燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 5,
The fuel cell, wherein the liquid absorbing member is a porous body.

請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池において、
前記吸液部材は前記膜電極接合体を構成する電解質層と同一の材料によって、前記膜電極接合体と一体に形成される燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 5,
The liquid absorbing member is a fuel cell formed integrally with the membrane electrode assembly by the same material as the electrolyte layer constituting the membrane electrode assembly.

アノードガスを内部に止めて運転可能な燃料電池システムであって、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池であって、カソードガス供給部、カソードガス排出部、アノードガス供給部および前記アノード液水排出マニホールドと連通されているアノード液水排出部を備える燃料電池と、
一端が前記燃料電池のアノード液水排出部と接続されているアノード液水排出管と、
前記アノード液水排出部と前記アノード液水排出管との間に配置され、前記アノード液水排出部と前記アノード液水排出管とを連通または非連通状態に切り替える切り替え機構とを備える燃料電池システム。 A fuel cell system that can be operated with the anode gas stopped inside,
4. The fuel cell according to claim 1, wherein a cathode gas supply unit, a cathode gas discharge unit, an anode gas supply unit, and an anode liquid water discharge unit communicated with the anode liquid water discharge manifold. A fuel cell comprising:
An anolyte water discharge pipe having one end connected to the anolyte water discharge part of the fuel cell;
A fuel cell system comprising a switching mechanism that is disposed between the anolyte water discharge part and the anolyte water discharge pipe and switches the anolyte water discharge part and the anolyte water discharge pipe to a communication state or a non-communication state. .

請求項８に記載の燃料電池システムはさらに、
前記アノードガス供給部に接続されているアノードガス供給管を備え、
前記アノード液水排出管の他端は、前記アノードガス供給管に接続されている燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 8, further comprising:
An anode gas supply pipe connected to the anode gas supply unit;
A fuel cell system in which the other end of the anode liquid water discharge pipe is connected to the anode gas supply pipe.

請求項８に記載の燃料電池システムはさらに、
前記カソードガス供給部に接続されているカソードガス供給管を備え、
前記アノード液水排出管の他端は、前記カソードガス供給管に接続されている燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 8, further comprising:
A cathode gas supply pipe connected to the cathode gas supply unit;
A fuel cell system in which the other end of the anode liquid water discharge pipe is connected to the cathode gas supply pipe.

アノードガスを内部に止めて運転可能な燃料電池システムに用いられる燃料電池であって、
カソードセパレータと、
アノードガス供給マニホールド形成部と、前記アノードガス供給マニホールド形成部と連通されている内部ガス流路部と、前記内部ガス流路部と連通されているアノード液水排出マニホールド形成部およびアノードガス排出マニホールド形成部とを備えるアノードセパレータと、
前記アノードガスセパレータにおける前記内部ガス流路部と前記アノード液水排出マニホールド形成部との間に配置されるガス不透過性の吸液部材と、
前記カソードセパレータおよび前記アノードセパレータによって狭持される膜電極接合体とを備える単電池によって、またはその単電池が複数積層されることによって構成される燃料電池。 A fuel cell used in a fuel cell system that can be operated with the anode gas stopped inside,
A cathode separator;
An anode gas supply manifold forming portion; an internal gas flow passage portion communicating with the anode gas supply manifold formation portion; an anode liquid discharge manifold forming portion and an anode gas discharge manifold communicating with the internal gas flow passage portion; An anode separator comprising a forming part;
A gas-impermeable liquid-absorbing member disposed between the internal gas flow path part and the anode liquid water discharge manifold forming part in the anode gas separator;
A fuel cell configured by a single cell including the cathode separator and a membrane electrode assembly held by the anode separator, or by stacking a plurality of the single cells.

アノードガスを内部に止めて運転可能な燃料電池システムに用いられる燃料電池であって、
カソードセパレータと、
アノードガス供給マニホールド形成部と、アノード液水排出マニホールド形成部およびアノードガス排出マニホールド形成部とを備えるアノードセパレータと、
前記カソードセパレータおよび前記アノードセパレータによって狭持される膜電極接合体であって、ガス流路部を備える膜電極接合体と、
前記膜電極接合体におけるアノード側の前記ガス流路部と前記アノード液水排出マニホールド形成部との間に配置されるガス不透過性の吸液部材と、
を備える単電池によって、またはその単電池が複数積層されることによって構成される燃料電池。 A fuel cell used in a fuel cell system that can be operated with the anode gas stopped inside,
A cathode separator;
An anode separator comprising an anode gas supply manifold forming portion, an anode liquid discharge manifold forming portion and an anode gas discharge manifold forming portion;
A membrane electrode assembly sandwiched between the cathode separator and the anode separator, the membrane electrode assembly including a gas flow path portion;
A gas-impermeable liquid-absorbing member disposed between the gas channel section on the anode side of the membrane electrode assembly and the anolyte water discharge manifold forming section;
A fuel cell constituted by a unit cell including a plurality of unit cells.