JP2000149977A - 燃料電池スタック - Google Patents

燃料電池スタック

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JP2000149977A JP10316616A JP31661698A JP2000149977A JP 2000149977 A JP2000149977 A JP 2000149977A JP 10316616 A JP10316616 A JP 10316616A JP 31661698 A JP31661698 A JP 31661698A JP 2000149977 A JP2000149977 A JP 2000149977A
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Akio Yamamoto
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隆文 岡本
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学 田中
Shuji Sato
修二 佐藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】少なくとも燃料ガス、酸化剤ガスまたは冷却媒
体のいずれかの流体を、燃料電池スタック内に積層され
ている各単位燃料電池セルに均一に分配するとともに、
構成の簡素化を可能にする。 【解決手段】単位燃料電池セル１２と第１および第２セ
パレータ１４、１６とを交互に積層するとともに、連通
孔である燃料ガス供給流路３８、酸化剤ガス供給流路４
０および冷却水供給流路４２と、燃料ガス排出流路４
４、酸化剤ガス排出流路４６および冷却水排出流路４８
とに、複数の単位燃料電池セル１２に跨って楔部材７０
が一体的に挿入され、この楔部材７０を介して各単位燃
料電池セル１２に対し流体を均一に分配する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質をアノード
側電極とカソード側電極で挟んで構成される単位燃料電
池セルとセパレータとを、交互に積層した燃料電池スタ
ックに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、固体高分子型燃料電池では、通
常、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電
解質の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側
電極を配置した単位燃料電池セルを、セパレータによっ
て挟持することにより互いに積層して燃料電池スタック
を構成している。
【０００３】この種の燃料電池スタックにおいて、アノ
ード側電極に供給された燃料ガス、例えば、水素ガス
は、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿された
電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間
に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネ
ルギとして利用される。カソード側電極には、酸化剤ガ
ス、例えば、酸素ガスあるいは空気が供給されているた
めに、このカソード側電極において、前記水素イオン、
前記電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】この場合、高分子イオン交換膜からなる電
解質は、イオン透過性を保持するために十分に加湿させ
ておく必要がある。このため、一般的には、燃料電池の
外部に設けられているガス加湿装置を用いて酸化剤ガス
と燃料ガスとを加湿し、これらを水蒸気として燃料電池
スタックに送ることにより、電解質を加湿するように構
成されている。
【０００５】ところで、燃料電池スタックには、複数の
単位燃料電池セルがセパレータを介装して積層されてお
り、この燃料電池スタック内には、各単位燃料電池セル
に燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水（冷却媒体）を供
給するための連通孔が複数の単位燃料電池セルを一体的
に貫通して形成されている。その際、燃料電池スタック
内に積層されている各単位燃料電池セルには、それぞれ
の発電性能を維持するために燃料ガス等の流体を均等に
供給する必要がある。
【０００６】そこで、例えば、特開平８−２１３０４４
号公報に開示された燃料電池が知られている。この従来
技術では、流入口から流入した燃料を複数の単電池のそ
れぞれに分配する分配流路を備え、この分配流路内に、
前記流入口との間に隙間を設けて燃料整流部材が配置さ
れている。この整流部材は、燃料を透過する多孔質体に
より所定の厚みに形成されており、分配流路内の燃料を
整流するように機能している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池スタックでは、単位燃料電池セルとセパレータとが交
互に積層されているため、連通孔内には前記セパレータ
毎に段差が生じてしまい、燃料等の流体が前記連通孔内
を円滑に流れることができず、圧損が増大する。これに
より、単位燃料電池セル毎に、流体を均一に分配するこ
とができないという問題が指摘されている。そこで、連
通孔の開口断面積を拡大することが考えられるが、これ
によりスタックが大きくなってしまい、システム全体が
大型化するという問題がある。
【０００８】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、連通孔内の圧損を低減して各単位燃料電池セルに流
体を均一に分配することが可能な燃料電池スタックを提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料電池ス
タックでは、少なくとも燃料ガス、酸化剤ガスまたは冷
却媒体のいずれかの流体をそれぞれ単位燃料電池セルに
分配するための連通孔に、複数の前記単位燃料電池セル
に跨って挿入部材が一体的に挿入されている。これによ
り、連通孔内に段差がなくなるため、連通孔内の圧損を
減少させて流体の分配を均一化することができる。従っ
て、連通孔の開口断面積を大きくすることなく積層数を
増加させ得るとともに、単位燃料電池セル当たりの圧損
を均一化し、各単位燃料電池セルに対して流体を均一に
分配することが可能になる。
【００１０】さらに、複数の単位燃料電池セルに跨って
挿入部材が一体的に挿入されるため、燃料電池スタック
全体としての剛性を有効に向上させることができる。そ
の上、単位燃料電池セルとセパレータとの位置決め用部
材、例えば、ノックピン等が不要になり、構成の簡素化
が図られる。
【００１１】また、挿入部材は、連通孔内でこの連通孔
の開口断面積を流体出入口から内部側に向かって変化さ
せる楔部材を備えている。従って、例えば、連通孔の開
口断面積を縮小させることにより、流体速度を速めて流
体圧力を下げることができ、前記連通孔のインレット
（入口）側の静圧分布とアウトレット（出口）側の静圧
分布との差圧を均一にして流体の均一分配が容易に遂行
される。この楔部材は、流体が接する面に平滑化処理が
施されており、連通孔内での圧損を有効に低減して流体
の均一分配性が一層向上する。
【００１２】ここで、楔部材には、平面部位の途上に凹
凸部分が設けられている。このため、燃料電池スタック
内の流体、特に、冷却水の分配を意識的に変化させるこ
とが可能になり、比較的高温となり易いスタック中央部
の冷却水流量を増加させることによって、前記燃料電池
スタック内全体の温度分布を均一化することができる。
【００１３】さらに、セパレータ自体には、同一寸法の
連通孔を形成すればよく、寸法の異なる連通孔を有した
多種類のセパレータを用意する必要がない。これによ
り、量産に適し、極めて汎用性に優れるという効果があ
る。なお、楔部材は絶縁材料で形成されているため、隣
接する単位燃料電池セルが短絡することがなく、各単位
燃料電池セルの発電に影響を及ぼすことがない。その
上、楔部材の傾斜に沿って排水することができ、燃料電
池スタック外への生成水の排出が有効に行われる。
【００１４】また、挿入部材は管体を備えており、この
管体はセパレータの流体通路に連通する切り欠き部を有
するとともに、前記連通孔内で発生する圧損分布によっ
て前記切り欠き部の大きさが前記燃料電池スタックの流
体出入口から該燃料電池スタックの内部側に向かって変
化している。これにより、連通孔のインレット側の静圧
分布とアウトレット側の静圧分布との差圧を均一にし、
均一なガス分配性を確保することができる。
【００１５】さらに、管体には、止め部が設けられてい
るため、燃料電池スタック内でこの管体が回転すること
がなく、また、前記管体には、流体が接する内面に平滑
化処理が施されているため、前記流体の円滑な流れが確
保される。なお、管体は、隣接する単位燃料電池セルが
短絡して各単位燃料電池セルの発電に影響を与えること
がないように絶縁材料で形成されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る燃料電池スタック１０の要部縦断面説明図であ
り、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部分解斜視
説明図である。
【００１７】燃料電池スタック１０は、単位燃料電池セ
ル１２と、この単位燃料電池セル１２を挟持する第１お
よび第２セパレータ１４、１６とを備え、必要に応じて
これらが複数組だけ積層されている。単位燃料電池セル
１２は、固体高分子電解質膜１８と、この電解質膜１８
を挟んで配設されるアノード側電極２０およびカソード
側電極２２とを有する。
【００１８】図２に示すように、単位燃料電池セル１２
の両側には、第１および第２ガスケット２４、２６が設
けられ、前記第１ガスケット２４は、アノード側電極２
０を収容するための大きな開口部２８を有する一方、前
記第２ガスケット２６は、カソード側電極２２を収容す
るための大きな開口部３０を有する。
【００１９】単位燃料電池セル１２と第１および第２ガ
スケット２４、２６とが、第１および第２セパレータ１
４、１６によって挟持され、これらが水平方向に複数組
積層される。単位燃料電池セル１２と第１および第２セ
パレータ１４、１６の積層方向両端部には、第１および
第２エンドプレート３２、３４が配置され、タイロッド
３６を介して前記第１および第２エンドプレート３２、
３４が一体的に締め付け固定されている（図１および図
３参照）。
【００２０】図２に示すように、燃料電池スタック１０
内には、連通孔として上部側に燃料ガス供給流路３８、
酸化剤ガス供給流路４０および冷却水供給流路４２が一
体的に形成されるとともに、下部側には、燃料ガス排出
流路４４、酸化剤ガス排出流路４６および冷却水排出流
路４８が一体的に形成されている。
【００２１】図３に示すように、第１エンドプレート３
２の上部側には、燃料ガス供給流路３８に連通する燃料
ガス用入口５０と、酸化剤ガス供給流路４０に連通する
酸化剤ガス用入口５２と、冷却水供給流路４２に連通す
る冷却水用入口５４とが形成されるとともに、この第１
エンドプレート３２の下部側には、燃料ガス排出流路４
４に連通する燃料ガス用出口５６と、酸化剤ガス排出流
路４６に連通する酸化剤ガス用出口５８と、冷却水排出
流路４８に連通する冷却水用出口６０とが形成される。
【００２２】図２に示すように、第１セパレータ１４の
アノード側電極２０に対向する面部１４ａには、燃料ガ
ス供給流路３８と燃料ガス排出流路４４とを連通して左
右に蛇行しながら上下方向に延在する第１流路６２が形
成される。第２セパレータ１６のカソード側電極２２に
対向する面部１６ａには、酸化剤ガス供給流路４０と酸
化剤ガス排出流路４６とを連通して左右に蛇行しながら
上下方向に延在する第２流路６４が形成される。第１お
よび第２セパレータ１４、１６のそれぞれ他方の面部に
は、冷却水供給流路４２と冷却水排出流路４８とを連通
して左右に蛇行しながら上下方向に延在する第３流路６
６が形成される（図１参照）。
【００２３】図１および図４に示すように、燃料ガス供
給流路３８および燃料ガス排出流路４４には、複数の単
位燃料電池セル１２に跨って楔部材（挿入部材）７０が
一体的に挿入される。この楔部材７０は、絶縁材料、例
えば、樹脂系材料で形成されており、少なくとも燃料ガ
ス（例えば、水素ガス）が接する面７０ａに鏡面仕上げ
等の平滑化処理が施されている。酸化剤ガス供給流路４
０および酸化剤ガス排出流路４６と、冷却水供給流路４
２および冷却水排出流路４８とには、同様に楔部材７０
が挿入されている。
【００２４】第１の実施形態に係る燃料電池スタック１
０は、第１エンドプレート３２に燃料ガス、酸化剤ガス
および冷却水の出入口が設けられる、所謂、カウンタフ
ロータイプである。このタイプでは、スタック内の流路
圧損が大きい場合に、図５に示すような静圧分布を有す
る一方、スタック内の流路圧損が小さい場合に、図８に
示すような静圧分布を有する。
【００２５】この場合、燃料電池スタック１０では、連
通孔である燃料ガス供給流路３８および燃料ガス排出流
路４４がそれほど長尺ではなく、それぞれの流路抵抗が
小さいために、図５に示すような静圧分布を示す。そこ
で、燃料ガス供給流路３８および燃料ガス排出流路４４
には、楔部材７０が燃料電池スタック１０の内部側に向
かって開口断面積が縮小するように配置される。一方、
酸化剤ガス供給流路４０および酸化剤ガス排出流路４６
と、冷却水供給流路４２および冷却水排出流路４８とに
は、同様に楔部材７０が内部に向かうに従って開口断面
積が縮小するように配置されている。
【００２６】このように構成される燃料電池スタック１
０の動作について、以下に説明する。
【００２７】予め水蒸気が含まれた水素ガス（燃料ガ
ス）が、第１エンドプレート３２に形成された燃料ガス
用入口５０から燃料ガス供給流路３８に対して供給され
るとともに、水蒸気が含まれた酸化剤ガスである空気
（または酸素ガス）が、酸化剤ガス用入口５２から酸化
剤ガス供給流路４０に対して供給される。
【００２８】燃料ガス供給流路３８に導入された水素ガ
スは、第１流路６２に沿って下方向に移動しながら単位
燃料電池セル１２のアノード側電極２０に供給される。
一方、酸化剤ガス供給流路４０に導入された空気は、同
様に第２流路６４に沿って下方向に移動しながら単位燃
料電池セル１２を構成するカソード側電極２２に供給さ
れる。これにより、水素ガスは、水素イオン化されて電
解質膜１８を介してカソード側電極２２側へと移動し、
各単位燃料電池セル１２で発電が行われる。
【００２９】なお、未使用の水素ガスは、燃料ガス排出
流路４４から燃料ガス用出口５６に送られるとともに、
未使用の空気は、酸化剤ガス排出流路４６から酸化剤ガ
ス用出口５８に導出される。また、冷却水供給流路４２
には、冷却水用入口５４から冷却水が供給されている。
この冷却水は、第１および第２セパレータ１４、１６の
第３流路６６を流れることによって各単位燃料電池セル
１２の冷却を行った後、冷却水用出口６０から導出され
る。
【００３０】ところで、カウンタフロータイプの燃料電
池スタック１０において、連通孔、例えば、燃料ガス供
給流路３８および燃料ガス排出流路４４がさほど長尺で
はなくかつ流路抵抗が小さい場合、図５に示すような静
圧分布を有している。すなわち、燃料ガス用入口５０か
ら奥にいくに従って圧力が上昇するとともに、燃料ガス
用出口５６から奥にいくにしたがって圧力が上昇してい
る。
【００３１】そこで、第１の実施形態では、燃料ガス供
給流路３８および燃料ガス排出流路４４に、内部側に向
かって開口断面積を縮小させるように楔部材７０が配置
されている。このため、燃料ガス供給流路３８に供給さ
れた水素ガスは、この燃料ガス供給流路３８の奥側にい
くに従って、楔部材７０を介して流速が速められ、この
奥側のガス圧力が減少することになる。一方、燃料ガス
排出流路４４に導入された未使用の水素ガスは、燃料ガ
ス用出口５６に向かって流速が遅くなり、前記燃料ガス
用出口５６側のガス圧力が上昇する。
【００３２】これにより、第１の実施形態では、連通孔
内の圧損を低減させるとともに、この連通孔のインレッ
ト側の静圧とアウトレット側の静圧との差圧が均一化さ
れ、燃料電池スタック１０内の各単位燃料電池セル１２
への水素ガスの分配性が改善されて各単位燃料電池セル
１２の発電性能が有効に向上するという効果が得られ
る。
【００３３】さらに、楔部材７０は、互いに積層されて
いる単位燃料電池セル１２と第１および第２セパレータ
１４、１６とを一体的に貫通しており、連通路である燃
料ガス供給流路３８および燃料ガス排出流路４４内に、
前記第１および第２セパレータ１４、１６による段差が
生じることがない。このため、水素ガスの流れが阻止さ
れることがなく、この水素ガスが燃料電池スタック１０
内を円滑かつ確実に流れて各単位燃料電池セル１２に良
好に供給されることになる。
【００３４】その際、楔部材７０の水素ガスに接する面
７０ａが平滑化処理されているため、水素ガスの流れが
一層に円滑になるという利点がある。また、楔部材７０
が一体的に挿入されるため、燃料電池スタック１０全体
の剛性が有効に向上するとともに、前記楔部材７０の傾
斜に沿って前記燃料電池スタック１０内に生成された水
を外部に容易に排出することが可能になる。さらにま
た、単位燃料電池セル１２と第１および第２セパレータ
１４、１６とを互いに位置決めするノックピン等が不要
になり、構成の簡素化が図られる。
【００３５】一方、酸化剤ガス供給流路４０および酸化
剤ガス排出流路４６と、冷却水供給流路４２および冷却
水排出流路４８とにも、同様に楔部材７０が挿入されて
いる。従って、酸化剤ガスである空気または酸素ガスと
冷却水とは、各単位燃料電池セル１２に均一に分配され
るという効果が得られる。
【００３６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃
料電池スタックを構成する楔部材（挿入部材）８０の斜
視説明図である。この楔部材８０は、第１の楔部材７０
と同様に、水素ガス等の流体が接する面８０ａに鏡面仕
上げ等の平滑化処理が施されている。楔部材８０の両側
部には、例えば、燃料ガス供給流路３８を構成する両壁
面に挿入される断面円弧状のガイド部８２ａ、８２ｂが
設けられる。
【００３７】このため、楔部材８０では、例えば、燃料
ガス供給流路３８に挿入される際、ガイド部８２ａ、８
２ｂが前記燃料ガス供給流路３８を構成する両壁面に支
持される。これにより、楔部材８０が、燃料ガス供給流
路３８内で位置ずれを惹起することを確実に阻止するこ
とができる。また、ガイド部８２ａ、８２ｂの流体に接
する面に鏡面仕上げを施すことにより、連通孔内の圧損
を一層低減でき、流体の分配を均一化することが可能に
なるという効果が得られる。
【００３８】図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃
料電池スタックを構成する楔部材（挿入部材）９０の概
略斜視説明図である。この楔部材９０では、燃料ガス等
の流体が接する面９０ａに平滑化処理が施されるととも
に、この面９０ａの途上に凹凸部分、例えば、凹状部分
９２が設けられている。
【００３９】これにより、第３の実施形態では、楔部材
９０の凹状部分９２に対応して燃料電池スタックの中央
部分における連通孔の開口断面積が拡大し、前記凹状部
分９２で流速が減速されて静圧が高くなる。従って、楔
部材９０を冷却水供給流路４２に装着すれば、特に温度
が高くなり易い燃料電池スタックの中央部分の冷却水の
流量を増加させることができ、前記燃料電池スタック内
の温度分布を全体として均一化することができるという
効果が得られる。
【００４０】なお、カウンタフロータイプである第１乃
至第３の実施形態では、図５に示すように、連通孔内の
流路圧損が大きい場合について説明したが、図８に示す
ように、連通孔の開口断面積が小さかったり、その長さ
が長尺である、あるいは、摩擦係数が大きい場合には、
流路抵抗が大きくなって流体入口から内部に向かって圧
力が低下する場合がある。
【００４１】そこで、図９に示す第４の実施形態に係る
燃料電池スタック１０ａが用いられる。なお、第１の実
施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素に
は同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略す
る。
【００４２】この燃料電池スタック１０ａでは、流体供
給流路である供給連通孔１００に楔部材７０が配置され
るとともに、この楔部材７０は、流体入口側から内部に
向かって開口断面積が拡大するように設定されている。
流体排出流路である排出連通孔１０２にも、同様に楔部
材７０が配置されるとともに、この楔部材７０は、燃料
電池スタック１０ａの内部から流体出口側に向かって開
口断面積が拡大するように配置されている。
【００４３】このように構成される燃料電池スタック１
０ａでは、第１エンドプレート３２の流体入口側から供
給連通孔１００に流体が導入されると、この流体が楔部
材７０の面７０ａに沿って内部に移動する際に流速が減
速され、流体圧力が上昇する。一方、排出連通孔１０２
では、内部から流体出口側に向かって流体圧力が増大す
る。これにより、供給連通孔１００内の静圧と排出連通
孔１０２内の静圧との差圧を均一化することができる。
【００４４】図１０は、本発明の第５の実施形態に係る
燃料電池スタック１０ｂの概略説明図である。なお、第
４の実施形態に係る燃料電池スタック１０ａと同一の構
成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は
省略する。
【００４５】燃料電池スタック１０ｂは、第１エンドプ
レート３２に流体入口１１０が設けられるとともに、第
２エンドプレート３４に流体出口１１２が設けられてお
り、所謂、クロスフロータイプである。このタイプで
は、燃料電池スタック１０ｂ内の流路圧損が大きい場合
に、図１１に示すような静圧分布を有する一方、燃料電
池スタック１０ｂ内の流路圧損が小さい場合に、図１２
に示すような静圧分布を有する。
【００４６】燃料電池スタック１０ｂでは、図１１に示
すような静圧分布を示しており、供給連通孔１００に
は、第１エンドプレート３２から第２エンドプレート３
４に向かって開口断面積が縮小するように楔部材７０が
配置される一方、排出連通孔１０２には、前記第１エン
ドプレート３２から前記第２エンドプレート３４に向か
って開口断面積が拡大するように前記楔部材７０が配置
されている。
【００４７】これにより、第５の実施形態では、流体入
口１１０から供給連通孔１００に流体が供給されると、
この流体が第２エンドプレート３４側に向かって移動す
る際に圧力が減少する。一方、排出連通孔１０２に導入
された流体は、流体出口１１２側に向かって昇圧され
る。このため、供給連通孔１００内および排出連通孔１
０２内の静圧の差圧を容易に均一化することができると
いう効果が得られる。
【００４８】さらにまた、図１２に示す圧力分布を有す
る場合には、図１３に示すように、第６の実施形態に係
る燃料電池スタック１０ｃが用いられる。なお、第５の
実施形態に係る燃料電池スタック１０ｂと同一の構成要
素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略
する。
【００４９】この燃料電池スタック１０ｃでは、供給連
通孔１００内の流体圧力を第１エンドプレート３２から
第２エンドプレート３４側にいくに従って上昇させるよ
うに、楔部材７０が配置されている。これにより、第６
の実施形態では、供給連通孔１００および排出連通孔１
０２内の差圧を有効に均一化することができるという効
果が得られる。
【００５０】図１４は、本発明の第７の実施形態に係る
燃料電池スタック１２０の要部縦断面説明図である。な
お、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一
の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説
明は省略する。
【００５１】燃料電池スタック１２０は、連通孔である
燃料ガス供給流路３８、酸化剤ガス供給流路４０および
冷却水供給流路４２と、燃料ガス排出流路４４、酸化剤
ガス排出流路４６および冷却水排出流路４８とに配置さ
れる管体（挿入部材）１２２を備える。
【００５２】図１５に示すように、管体１２２は、各単
位燃料電池セル１２側に開放される切り欠き部１２４を
有するとともに、この切り欠き部１２４の大きさが、連
通孔内で燃料電池スタック１２０の流体出入口から該燃
料電池スタック１２０の内部側に向かって変化してい
る。例えば、切り欠き部１２４は、流体出入口が形成さ
れている第１エンドプレート３２から燃料電池スタック
１２０の内部側に向かって幅広に設定されている。
【００５３】管体１２２の一部には、第２エンドプレー
ト３４に形成された溝部１２６に嵌合してこの管体１２
２の回転を防止するための止め部１２８が膨出形成され
ている。管体１２２は、樹脂等の絶縁材料で形成される
とともに、流体が接する内面１３０に平滑化処理が施さ
れている。
【００５４】このように構成される燃料電池スタック１
２０では、例えば、燃料ガス供給流路３８に水素ガスが
供給されると、この水素ガスは、管体１２２の切り欠き
部１２４から第１流路６２に沿って各単位燃料電池セル
１２のアノード側電極２０に供給される。
【００５５】ここで、切り欠き部１２４は、第１エンド
プレート３２から第２エンドプレート３４に向かって幅
広に設定されており、入口側である前記第１エンドプレ
ート３２側の第１流路６２に水素ガスが流れ込みにくい
一方、従来、ガス分配性が悪い奥側、すなわち、第２エ
ンドプレート３４側の第１流路６２には、前記水素ガス
が流れ込み易くなる。
【００５６】これにより、第７の実施形態では、例え
ば、燃料電池スタック１２０内に積層されている各単位
燃料電池セル１２を構成するアノード側電極２０に対し
て水素ガスを均一に分配することができ、各単位燃料電
池セル１２の発電性能を有効に維持することが可能にな
るという効果が得られる。
【００５７】なお、切り欠き部１２４は、流体出入口が
形成されている第１エンドプレート３２から燃料電池ス
タック１２０の内部側に向かって幅広に設定されている
が、連通孔内で前記第１エンドプレート３２側に向かっ
て幅広に設定してもよく、直線状の他、曲線状に設定し
てもよい。
【００５８】また、燃料電池スタック１２０では、連通
孔である燃料ガス供給流路３８、酸化剤ガス供給流路４
０および冷却水供給流路４２と、燃料ガス排出流路４
４、酸化剤ガス排出流路４６および冷却水排出流路４８
とに管体１２２が配置されているが、いずれかの連通孔
に、この管体１２２に代替して楔部材７０、８０または
９０を組み込んでもよい。
【００５９】さらにまた、管体１２２内に楔部材７０、
８０または９０を挿入して構成してもよい。その際、管
体１２２の切り欠き部１２４は、連通孔内で第１エンド
プレート３２から第２エンドプレート３４側に向かって
大きさを変化させたり、同一寸法に設定するようにして
もよい。
【００６０】
【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、少
なくとも燃料ガス、酸化剤ガスまたは冷却媒体のいずれ
かの流体を単位燃料電池セルに分配するための連通孔
に、複数の単位燃料電池セルに跨って挿入部材が一体的
に挿入されており、この挿入部材を介して複数の単位燃
料電池セルに対し前記流体を均一に分配することができ
る。
【００６１】しかも、連通孔に段差が存在することがな
く、流体の圧損を有効に低減することが可能になる。さ
らに、燃料電池スタック全体としての剛性を確保すると
ともに、単位燃料電池セルとセパレータとの位置決め用
の手段が不要になり、構成の簡素化が図られる。
【００６２】さらに、複数の単位燃料電池セルに流体を
均一に分配するためには、通常、大きな開口断面積を有
する連通孔が必要であるが、この連通孔内に楔部材を挿
入することにより、前記連通孔の開口断面積を小さくす
ることができ、燃料電池スタック全体の小型化およびシ
ステム全体の小型化が容易に図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの要部縦断面説明図である。
【図２】前記燃料電池スタックの一部分解斜視説明図で
ある。
【図３】前記燃料電池スタックの斜視説明図である。
【図４】前記燃料電池スタックを構成する単位燃料電池
セルと第１および第２セパレータとに楔部材が挿入され
た状態の斜視説明図である。
【図５】カウンタフロータイプの連通孔の静圧分布説明
図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタッ
クを構成する楔部材の斜視説明図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタッ
クを構成する楔部材の概略斜視説明図である。
【図８】カウンタフロータイプの連通孔の別の静圧分布
説明図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの概略説明図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタ
ックの概略説明図である。
【図１１】クロスフロータイプの連通孔の静圧分布説明
図である。
【図１２】クロスフロータイプの連通孔の別の静圧分布
説明図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタ
ックの概略説明図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態に係る燃料電池スタ
ックの要部縦断面説明図である。
【図１５】前記第７の実施形態に係る燃料電池スタック
を構成する管体の斜視説明図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ〜１０ｃ、１２０…燃料電池スタック １２…単位燃料電池セル １４、１６…セパ
レータ １８…電解質膜 ２０…アノード側
電極 ２２…カソード側電極 ３２、３４…エン
ドプレート ３８…燃料ガス供給流路 ４０…酸化剤ガス
供給流路 ４２…冷却水供給流路 ４４…燃料ガス排
出流路 ４６…酸化剤ガス排出流路 ４８…冷却水排出
流路 ６２、６４、６６…流路 ７０、８０、９０
…楔部材 ７０ａ、８０ａ、９０ａ…面 ８２ａ、８２ｂ…
ガイド部 ９２…凹状部分 １００…供給連通
孔 １０２…排出連通孔 １１０…流体入口 １１２…流体出口 １２２…管体 １２４…切り欠き部 １２８…止め部 １３０…内面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 幸治 埼玉県和光市中央１−４−１ 株式会社本 田技術研究所内 (72)発明者 山本 晃生 埼玉県和光市中央１−４−１ 株式会社本 田技術研究所内 (72)発明者 岡本 隆文 埼玉県和光市中央１−４−１ 株式会社本 田技術研究所内 (72)発明者 田中 学 埼玉県和光市中央１−４−１ 株式会社本 田技術研究所内 (72)発明者 佐藤 修二 埼玉県和光市中央１−４−１ 株式会社本 田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC06 CC08 CC10 CX06 HH02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電解質をアノード側電極およびカソード側
    電極で挟んで構成される単位燃料電池セルと、セパレー
    タとを交互に積層するとともに、 少なくとも燃料ガス、酸化剤ガスまたは冷却媒体のいず
    れかの流体を、前記単位燃料電池セルに分配するための
    連通孔が設けられた燃料電池スタックであって、 前記連通孔に複数の前記単位燃料電池セルに跨って一体
    的に挿入され、複数の前記単位燃料電池セルに対し前記
    流体を均一に分配するための挿入部材を備えることを特
    徴とする燃料電池スタック。
  2. 【請求項２】請求項１記載の燃料電池スタックにおい
    て、前記挿入部材は、前記連通孔内で該連通孔の開口断
    面積を前記燃料電池スタックの流体出入口から該燃料電
    池スタックの内部側に向かって変化させる楔部材を備え
    ることを特徴とする燃料電池スタック。
  3. 【請求項３】請求項２記載の燃料電池スタックにおい
    て、前記楔部材は、前記流体が接する平面部位の途上に
    凹凸部分が設けられることを特徴とする燃料電池スタッ
    ク。
  4. 【請求項４】請求項１記載の燃料電池スタックにおい
    て、前記挿入部材は、前記セパレータの流体通路に連通
    する切り欠き部を有するとともに、前記連通孔内で前記
    切り欠き部の大きさが前記燃料電池スタックの流体出入
    口から該燃料電池スタックの内部側に向かって変化する
    管体を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
  5. 【請求項５】請求項４記載の燃料電池スタックにおい
    て、前記管体は、回転防止用の止め部を有することを特
    徴とする燃料電池スタック。
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