JP2000164235A - Solid polymeric fuel cell system - Google Patents

Solid polymeric fuel cell system

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JP2000164235A
JP2000164235A JP10334491A JP33449198A JP2000164235A JP 2000164235 A JP2000164235 A JP 2000164235A JP 10334491 A JP10334491 A JP 10334491A JP 33449198 A JP33449198 A JP 33449198A JP 2000164235 A JP2000164235 A JP 2000164235A
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宗一郎 霜鳥
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    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the freedom in piping for reducing the danger of explosion following hydrogen-oxygen mixture and freely controlling a cooled area with cooling medium. SOLUTION: This system includes a solid polymeric fuel cell stack 29 using a solid polymeric electrolytic film as an electrolyte, a temperature/humidity convertion part 11 for putting oxidant gas after passing through a cell reaction part in contact with oxidant gas before passing through the cell reaction part via a water retentive porous material to accomplish heat exchange and humidity exchange and a plate having at least one type of communication through passage for fuel gas, oxidant gas and cooling medium, the solid polymeric fuel cell stack 29 and the temperature/humidity conversion part 11 being formed in one unit via the plate. A supply pipe 31 and a discharge pipe 38 for oxidant gas and supply pipes 33, 34 and discharge pipes 37, 39 for fuel gas and cooling medium are provided on the end face of the temperature/humidity conversion part 11 opposite to a plate contact face and on the end face of the solid polymeric fuel cell stack 29 opposite to the plate contact face, respectively.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜を電解質とする固体高分子型燃料電池に係り、特に既
反応ガス中に含まれる熱および水蒸気を未反応ガスに移
動させる温度および湿度交換(以下、温湿度交換と称す
る)構造を有する固体高分子型燃料電池システムに関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte, and more particularly to a temperature and humidity for transferring heat and water vapor contained in a reacted gas to an unreacted gas. The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell system having an exchange (hereinafter, referred to as temperature and humidity exchange) structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、水素等の燃料ガスと空気等
の酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることにより、
燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換
する装置である。
2. Description of the Related Art A fuel cell electrochemically reacts a fuel gas such as hydrogen with an oxidizing gas such as air to produce a fuel cell.
This is a device that directly converts the chemical energy of fuel into electric energy.

【0003】この種の燃料電池は、電解質の違い等によ
り様々なタイプのものに分類されるが、その一つとし
て、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型
燃料電池が知られている。
[0003] This type of fuel cell is classified into various types depending on the difference in electrolyte and the like. One of them is a solid polymer fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte. ing.

【0004】図17は、この種の固体高分子型燃料電池
スタックの構成例を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a configuration example of this type of polymer electrolyte fuel cell stack.

【0005】図17において、固体高分子型燃料電池ス
タックは、燃料極(以下、アノード電極と称する)1お
よび酸化剤極(以下、カソード電極と称する)2からな
る一対のガス拡散電極間に、それぞれPt等からなる触
媒層3を介して、イオン伝導性とガス分離機能を有する
固体高分子電解質膜4を挟持させてなる単電池5と、そ
れぞれの電極1,2に反応ガスを供給するための溝を有
するガス不透過性のセパレータ6とから構成される。
In FIG. 17, a polymer electrolyte fuel cell stack includes a pair of gas diffusion electrodes including a fuel electrode (hereinafter, referred to as an anode electrode) 1 and an oxidant electrode (hereinafter, referred to as a cathode electrode) 2. In order to supply a reaction gas to a unit cell 5 having a solid polymer electrolyte membrane 4 having ion conductivity and a gas separation function interposed therebetween through a catalyst layer 3 made of Pt or the like, and to each of the electrodes 1 and 2. And a gas-impermeable separator 6 having a groove.

【0006】アノード電極1に水素等の燃料ガス、カソ
ード電極2に空気等の酸化剤ガスを供給すると、電気化
学反応によって単電池5で起電力が生じる。この単電池
5の起電力は高々1V程度と低いため、通常、複数の単
電池5を積層した単電池積層体7として使用される。こ
の電気化学反応は発熱反応であるので、余剰な熱を除去
するため、単電池5をセパレータ6を介して複数積層し
た単電池積層体7毎に、冷却媒体(冷媒)を流通させた
冷却板8が挿入されている。
When a fuel gas such as hydrogen is supplied to the anode electrode 1 and an oxidizing gas such as air is supplied to the cathode electrode 2, an electromotive force is generated in the cell 5 by an electrochemical reaction. Since the electromotive force of the unit cell 5 is as low as about 1 V at most, it is usually used as a unit cell stack 7 in which a plurality of unit cells 5 are stacked. Since this electrochemical reaction is an exothermic reaction, in order to remove excess heat, a cooling plate through which a cooling medium (a refrigerant) flows is provided for each unit cell stack 7 in which a plurality of unit cells 5 are stacked via a separator 6. 8 has been inserted.

【0007】また、系外へのガスリークは、ガス利用率
の低下や水素等の可燃ガスによる爆発の危険性が生じる
ため、固体高分子電解質膜4とセパレータ6との間が、
シール材9を用いてガスシールされている。
[0007] Gas leakage to the outside of the system causes a reduction in gas utilization rate and a risk of explosion due to a combustible gas such as hydrogen, so that the space between the solid polymer electrolyte membrane 4 and the separator 6 is reduced.
Gas sealing is performed using a sealing material 9.

【0008】カソード電極2では、電極反応に伴なって
水が生成されるが、電極反応部に水が凝縮すると、ガス
拡散性が悪化するため、この水は未反応ガスと共に電池
外に排出されるようになっている。
In the cathode electrode 2, water is generated along with the electrode reaction. However, if water condenses in the electrode reaction part, gas diffusivity deteriorates. Therefore, this water is discharged out of the battery together with unreacted gas. It has become so.

【0009】固体高分子電解質膜4としては、例えばフ
ッ素系イオン交換膜であるパーフルオロスルホン酸膜が
知られているが、これらの固体高分子電解質膜は分子中
に水素イオンの交換基を持ち、飽和含水することにより
イオン伝導性物質として機能する。
As the solid polymer electrolyte membrane 4, for example, a perfluorosulfonic acid membrane which is a fluorine-based ion exchange membrane is known. These solid polymer electrolyte membranes have a hydrogen ion exchange group in the molecule. It functions as an ion conductive substance by being saturated with water.

【0010】しかしながら、逆に固体高分子電解質膜4
が乾燥すると、イオン導電性が悪化して電池性能が著し
く低下するため、固体高分子電解質膜4の乾燥を防止す
るような手段が必要とされ、その中の一つとして、既反
応ガス中に含まれる水蒸気を未反応ガスに移動させる手
法が知られている。
However, conversely, the solid polymer electrolyte membrane 4
When, is dried, the ionic conductivity is deteriorated, and the battery performance is significantly reduced. Therefore, means for preventing the drying of the solid polymer electrolyte membrane 4 is required. There is known a method for moving contained water vapor to an unreacted gas.

【0011】この手法では、低温の未反応ガスと高温の
既反応ガスとが、メッシュ状の流路を通って水分を透過
させ他のガスは透過しにくい選択性に優れた保水性の多
孔質体を介して接触することにより、多孔質体で既反応
ガスに含まれる水分の凝縮が生じて、多孔質体が凝縮水
で濡れる。また、同時に熱交換も行なわれるため、未反
応ガスの温度が上昇すると共に、多孔質体からの水分の
蒸発が生じて、未反応ガスが加湿される。すなわち、液
状の水を用いることなく加湿することが可能となる。
In this method, a low-temperature unreacted gas and a high-temperature reacted gas are permeated through a mesh-shaped flow path to allow water to permeate, and other gases are difficult to permeate. The contact through the body causes condensation of the water contained in the reacted gas in the porous body, and the porous body is wetted by the condensed water. In addition, since the heat exchange is also performed at the same time, the temperature of the unreacted gas increases, and moisture evaporates from the porous body, so that the unreacted gas is humidified. That is, it is possible to humidify without using liquid water.

【0012】図18は、従来の固体高分子型燃料電池シ
ステムの構成例を示す分解斜視図である。
FIG. 18 is an exploded perspective view showing a configuration example of a conventional polymer electrolyte fuel cell system.

【0013】図18において、固体高分子型燃料電池シ
ステムは、前述した固体高分子型燃料電池スタックから
なる電池部10と、熱交換および湿度交換を行なう温湿
度交換部11とを、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体の
連絡用貫通流路を有するエンドプレート12を介して一
体化した構成となっている。
In FIG. 18, the polymer electrolyte fuel cell system includes a battery unit 10 comprising the above-described polymer electrolyte fuel cell stack and a temperature / humidity exchange unit 11 for performing heat exchange and humidity exchange with a fuel gas, The structure is integrated via an end plate 12 having a through flow passage for communication of an oxidizing gas and a cooling medium.

【0014】温湿度交換部11側の一端面には、酸化剤
ガス,燃料ガス,冷却媒体の入口13,14,15、お
よび酸化剤ガス,燃料ガス,冷却媒体の出口16,1
7,18が、それぞれ図示のように設けられると共に、
未反応ガス入口マニホールド19、既反応ガス出口マニ
ホールド20が、それぞれ図示のように設けられてい
る。
At one end face of the temperature / humidity exchange section 11 side, inlets 13, 14, 15 for oxidizing gas, fuel gas and cooling medium, and outlets 16 and 1 for oxidizing gas, fuel gas and cooling medium.
7, 18 are provided as shown,
An unreacted gas inlet manifold 19 and a reacted gas outlet manifold 20 are provided as shown.

【0015】また、温湿度交換部11側の他端面には、
既反応ガス入口マニホールド21、未反応ガス出口マニ
ホールド22が、それぞれ図示のように設けられてい
る。
On the other end of the temperature / humidity exchange unit 11 side,
A reacted gas inlet manifold 21 and an unreacted gas outlet manifold 22 are respectively provided as shown.

【0016】一方、電池部10のエンドプレート12の
反対側端面には、酸化剤ガス,燃料ガス,冷却媒体の入
口23,24,25、および酸化剤ガス,燃料ガス,冷
却媒体の出口26,27,28が、それぞれ図示のよう
に設けられている。
On the other hand, on the opposite end face of the end plate 12 of the battery section 10, inlets 23, 24, 25 for oxidizing gas, fuel gas and cooling medium, and outlets 26 for oxidizing gas, fuel gas and cooling medium, 27 and 28 are provided as shown.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な手段では、カソード電極2で生成される水を電池内で
循環させることで、無加湿運転等で供給する反応ガス中
の水蒸気量が少ない場合でも、固体高分子電解質膜4の
乾燥を防ぎ、高性能で、コンパクト性に優れ、しかも周
囲環境温度が0℃以下となるような低温時でも、短時間
で確実な起動を行なうことが可能な固体高分子型燃料電
池システムを得ることができる。
In the means described above, the amount of water vapor in the reaction gas supplied in a non-humidifying operation or the like is reduced by circulating the water generated at the cathode electrode 2 in the battery. Even in this case, the solid polymer electrolyte membrane 4 is prevented from drying, and high-performance, excellent in compactness, and can be reliably started in a short time even at a low temperature where the ambient temperature is 0 ° C. or less. A solid polymer fuel cell system can be obtained.

【0018】しかしながら、温湿度交換部側の端面に、
酸化剤ガス,燃料ガス,冷却媒体の供給口を必要とする
ことから、同一端面に配管が集中して複雑となるだけで
なく、酸化剤ガスである酸素と燃料ガスである水素と
が、温湿度交換部内部で同時に存在するため、水素−酸
素混合による爆発の危険性がある。
However, on the end face on the temperature and humidity exchange part side,
Since the supply ports for the oxidizing gas, the fuel gas and the cooling medium are required, not only the pipes are concentrated on the same end face, which complicates the operation, but also the oxygen as the oxidizing gas and the hydrogen as the fuel gas become hot. There is a danger of explosion due to the hydrogen-oxygen mixture because they are present simultaneously inside the humidity exchange section.

【0019】また、温湿度交換部内部に冷却媒体用流路
を確保する必要があり、冷却することが好ましくない温
湿度交換部に冷却媒体が通過し、半強制的に冷却を行な
ってしまうことになる。
Further, it is necessary to secure a flow path for the cooling medium inside the temperature / humidity exchange section, and the cooling medium passes through the temperature / humidity exchange section where cooling is not preferable, and the cooling is performed semi-forcibly. become.

【0020】本発明の目的は、温湿度交換部の特徴を確
保した状態で各供給口を散逸させることにより、配管の
自由度を増して水素−酸素混合に伴なう爆発の危険性を
低減し、また冷却媒体による冷却域を自在にコントロー
ルすることが可能な固体高分子型燃料電池システムを提
供することにある。
It is an object of the present invention to dissipate each supply port in a state where the characteristics of the temperature / humidity exchange section are secured, thereby increasing the freedom of piping and reducing the risk of explosion accompanying hydrogen-oxygen mixing. Another object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell system capable of freely controlling a cooling region by a cooling medium.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明では、燃料極および酸化剤極から
なる一対のガス拡散電極間に触媒層を介して固体高分子
電解質膜を挟持させてなり、電池反応部での燃料ガスお
よび酸化剤ガスの電気化学的反応により発電を行ない電
気的出力を発生する単電池を、燃料極および酸化剤極に
燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するための溝を有する
ガス不透過性のセパレータ、および冷却媒体が流通する
冷却板を介して複数積層して成る固体高分子型燃料電池
スタックと、電池反応部を通過した酸化剤ガスと電池反
応部を通過する前の酸化剤ガスとを保水性の多孔質体を
介して接触させ、熱交換および湿度交換を行なう温湿度
交換部と、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体の少なくと
も1種類の連絡用貫通流路を有するプレートとを備え、
固体高分子型燃料電池スタックと温湿度交換部とを、プ
レートを介して一体化し、温湿度交換部のプレート接触
面の反対側端面に、酸化剤ガスの供給管および排出管を
設け、固体高分子型燃料電池スタックのプレート接触面
の反対側端面に、燃料ガス、および冷却媒体の供給管お
よび排出管を設けている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a solid polymer electrolyte membrane is provided between a pair of gas diffusion electrodes comprising a fuel electrode and an oxidizer electrode via a catalyst layer. A cell which generates electric power by generating electricity by an electrochemical reaction of the fuel gas and the oxidizing gas in the battery reaction section, and supplies the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel electrode and the oxidizing electrode. A gas-impermeable separator having a groove for supplying, a polymer electrolyte fuel cell stack formed by stacking a plurality of layers via a cooling plate through which a cooling medium flows, and an oxidizing gas and a battery that have passed through a cell reaction section A temperature-humidity exchange unit for exchanging heat and humidity by contacting an oxidizing gas before passing through the reaction unit via a water-retentive porous body, and at least one of a fuel gas, an oxidizing gas, and a cooling medium For contact And a plate having a through passage,
The polymer electrolyte fuel cell stack and the temperature / humidity exchange unit are integrated via a plate, and an oxidant gas supply pipe and an exhaust pipe are provided on the end face of the temperature / humidity exchange section opposite to the plate contact surface. A supply pipe and a discharge pipe for the fuel gas and the cooling medium are provided on the end face opposite to the plate contact face of the molecular fuel cell stack.

【0022】従って、請求項1の発明の固体高分子型燃
料電池システムにおいては、温湿度交換部のプレート接
触面の反対側端面に、酸化剤ガスの供給管および排出管
を設け、固体高分子型燃料電池スタックのプレート接触
面の反対側端面に、燃料ガス、および冷却媒体の供給管
および排出管を設けることにより、各供給口を散逸させ
ることが可能となり、配管の自由度向上と、水素−酸素
混合に伴なう爆発の危険性を低減することができる。
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the first aspect of the present invention, a supply pipe and a discharge pipe for the oxidizing gas are provided on the opposite end faces of the temperature and humidity exchange section to the plate contact face, By providing a supply pipe and a discharge pipe for the fuel gas and the cooling medium on the end surface opposite to the plate contact surface of the fuel cell stack, it is possible to dissipate each supply port, thereby improving the flexibility of piping and improving hydrogen The risk of explosions associated with oxygen mixing can be reduced.

【0023】また、請求項2の発明では、上記請求項1
の発明の固体高分子型燃料電池システムにおいて、プレ
ートを、ステンレス鋼、または耐食コーティングを行な
ったアルミニウム等の金属プレートにより構成してい
る。
According to the second aspect of the present invention, the first aspect is provided.
In the polymer electrolyte fuel cell system of the invention, the plate is made of a metal plate such as stainless steel or aluminum coated with a corrosion-resistant coating.

【0024】従って、請求項2の発明の固体高分子型燃
料電池システムにおいては、固体高分子型燃料電池スタ
ックと温湿度交換部とを介するプレートを、ステンレス
鋼、または耐食コーティングを行なったアルミニウム等
の金属プレートから構成することにより、プレートの薄
肉化による燃料電池全体のコンパクト化および強度向上
を図ることができ、さらに電気伝導性を持つため、集電
板も兼ねることができる。
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the second aspect of the present invention, the plate between the polymer electrolyte fuel cell stack and the temperature / humidity exchange unit is made of stainless steel or aluminum coated with a corrosion resistant coating. By using the metal plate described above, the fuel cell as a whole can be made compact and the strength can be improved by reducing the thickness of the plate, and since it has electrical conductivity, it can also serve as a current collector plate.

【0025】さらに、請求項3の発明では、上記請求項
1の発明の固体高分子型燃料電池システムにおいて、プ
レートを、樹脂等の非金属を材料とするプレートにより
構成している。
Further, according to the invention of claim 3, in the polymer electrolyte fuel cell system of the invention of claim 1, the plate is constituted by a plate made of a nonmetal such as resin.

【0026】従って、請求項3の発明の固体高分子型燃
料電池システムにおいては、固体高分子型燃料電池スタ
ックと温湿度交換部とを介するプレートを、樹脂等の非
金属を材料とするプレートから構成することにより、燃
料電池全体の軽量化を図ることができる。
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the third aspect of the present invention, the plate interposed between the polymer electrolyte fuel cell stack and the temperature / humidity exchange unit is made of a plate made of a nonmetal such as resin. With this configuration, it is possible to reduce the weight of the entire fuel cell.

【0027】一方、請求項4の発明では、上記請求項1
の発明の固体高分子型燃料電池システムにおいて、プレ
ートを、樹脂等の非金属を材料とするプレートの少なく
とも電池側端面に、ステンレス鋼、または耐食コーティ
ングを行なったアルミニウム等の金属プレートを一体化
させた多重プレートにより構成している。
On the other hand, according to the invention of claim 4, the above-mentioned claim 1 is provided.
In the polymer electrolyte fuel cell system according to the invention, the plate is formed by integrating a metal plate such as stainless steel or aluminum with a corrosion-resistant coating on at least the cell side end surface of a plate made of a nonmetal such as resin. It consists of multiple plates.

【0028】従って、請求項4の発明の固体高分子型燃
料電池システムにおいては、固体高分子型燃料電池スタ
ックと温湿度交換部とを介するプレートを、樹脂等の非
金属を材料とするプレートの少なくとも電池側端面に、
ステンレス鋼、または耐食コーティングを行なったアル
ミニウム等の金属プレートを一体化させたサンドイッチ
構造の多重プレートから構成することにより、プレート
の強度を損なうことなく、燃料電池の軽量化を図ること
ができ、さらに集電板も兼ねることができる。
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the fourth aspect of the present invention, the plate interposed between the polymer electrolyte fuel cell stack and the temperature / humidity exchange unit is replaced with a plate made of a nonmetal such as resin. At least on the battery end face,
By constructing a multi-layered plate with a sandwich structure in which metal plates such as stainless steel or aluminum with a corrosion-resistant coating are integrated, the weight of the fuel cell can be reduced without impairing the strength of the plate. It can also serve as a current collector.

【0029】また、請求項5の発明では、上記請求項1
の発明の固体高分子型燃料電池システムにおいて、プレ
ートを、熱伝導率が10W/mKよりも小さい材料によ
り構成している。
According to the invention of claim 5, the above-mentioned claim 1 is provided.
In the polymer electrolyte fuel cell system according to the invention, the plate is made of a material having a thermal conductivity of less than 10 W / mK.

【0030】従って、請求項5の発明の固体高分子型燃
料電池システムにおいては、固体高分子型燃料電池スタ
ックと温湿度交換部とを介するプレートを、熱伝導率が
10W/mKよりも小さい材料から構成することによ
り、プレートを介した温湿度交換部への熱移動を最小限
に留めることに加えて、固体高分子型燃料電池スタック
のプレート側端部の温度低下を防ぎ、電池性能の劣化を
防止することができる。
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention, the plate interposed between the polymer electrolyte fuel cell stack and the temperature / humidity exchange unit is made of a material having a thermal conductivity of less than 10 W / mK. In addition to minimizing heat transfer to the temperature / humidity exchange section through the plates, the temperature of the plate-side end of the polymer electrolyte fuel cell stack is prevented from lowering, and the cell performance is degraded. Can be prevented.

【0031】さらに、請求項6の発明では、上記請求項
1の発明の固体高分子型燃料電池システムにおいて、プ
レートは、固体高分子型燃料電池スタックを構成するセ
パレータと同一材料で、少なくとも同一の外形形状を有
している。
Further, according to the invention of claim 6, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the invention of claim 1, the plate is made of the same material as the separator constituting the polymer electrolyte fuel cell stack, and at least the same material is used. It has an outer shape.

【0032】従って、請求項6の発明の固体高分子型燃
料電池システムにおいては、固体高分子型燃料電池スタ
ックと温湿度交換部とを介するプレートは、固体高分子
型燃料電池スタックを構成するセパレータと同一材料
で、少なくとも同一の外形形状を有することにより、部
品点数の減少、加工工数の低減によるコストダウンを図
ることができ、さらに集電板も兼ねることができる。
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the sixth aspect of the present invention, the plate interposed between the polymer electrolyte fuel cell stack and the temperature / humidity exchange unit is a separator constituting the polymer electrolyte fuel cell stack. By using the same material and having at least the same outer shape, cost can be reduced by reducing the number of parts and the number of processing steps, and can also serve as a current collector plate.

【0033】一方、請求項7の発明では、燃料極および
酸化剤極からなる一対のガス拡散電極間に触媒層を介し
て固体高分子電解質膜を挟持させてなり、電池反応部で
の燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応により発
電を行ない電気的出力を発生する単電池を、燃料極およ
び酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するため
の溝を有するガス不透過性のセパレータ、および冷却媒
体が流通する冷却板を介して複数積層して成る固体高分
子型燃料電池スタックと、電池反応部を通過した酸化剤
ガスと電池反応部を通過する前の酸化剤ガスとを保水性
の多孔質体を介して接触させ、熱交換および湿度交換を
行なう温湿度交換部と、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒
体の少なくとも1種類の連絡用貫通流路を有するプレー
トとを備え、固体高分子型燃料電池スタックと温湿度交
換部とを、プレートを介して一体化し、プレートは、固
体高分子型燃料電池スタックのプレート接触面の反対側
端面に燃料ガスの供給管を有し、かつプレート部の側面
に排出管を有している。
On the other hand, in the invention of claim 7, a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes composed of a fuel electrode and an oxidizer electrode via a catalyst layer, so that the fuel gas in the battery reaction section is A cell that generates electric power by generating electricity by an electrochemical reaction of an oxidizing gas and a gas-impermeable separator having a groove for supplying the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel electrode and the oxidizing electrode. And a polymer electrolyte fuel cell stack composed of a plurality of stacked fuel plates via a cooling plate through which a cooling medium flows, and an oxidant gas that has passed through the cell reaction section and an oxidant gas that has not passed through the cell reaction section. A temperature-humidity exchange unit that performs heat exchange and humidity exchange, and a plate having at least one kind of through-flow passage for communication of a fuel gas, an oxidizing gas, and a cooling medium, solid The molecular fuel cell stack and the temperature / humidity exchange unit are integrated via a plate, wherein the plate has a fuel gas supply pipe on an end surface opposite to the plate contact surface of the polymer electrolyte fuel cell stack, and It has a discharge pipe on the side of the part.

【0034】従って、請求項7の発明の固体高分子型燃
料電池システムにおいては、プレートは、固体高分子型
燃料電池スタックのプレート接触面の反対側端面に燃料
ガスの供給管を有し、かつプレート部の側面に排出管を
有することにより、各供給口を散逸させることが可能と
なり、配管の自由度向上と、水素−酸素混合に伴なう爆
発の危険性を低減することができる。
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention, the plate has a fuel gas supply pipe on an end surface opposite to the plate contact surface of the polymer electrolyte fuel cell stack, and By having the discharge pipe on the side surface of the plate portion, each supply port can be dissipated, so that the degree of freedom of the pipe can be improved and the danger of explosion due to the hydrogen-oxygen mixture can be reduced.

【0035】また、請求項8の発明では、燃料極および
酸化剤極からなる一対のガス拡散電極間に触媒層を介し
て固体高分子電解質膜を挟持させてなり、電池反応部で
の燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応により発
電を行ない電気的出力を発生する単電池を、燃料極およ
び酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するため
の溝を有するガス不透過性のセパレータ、および冷却媒
体が流通する冷却板を介して複数積層して成る固体高分
子型燃料電池スタックと、電池反応部を通過した酸化剤
ガスと電池反応部を通過する前の酸化剤ガスとを保水性
の多孔質体を介して接触させ、熱交換および湿度交換を
行なう2つの温湿度交換部と、燃料ガス、酸化剤ガス、
冷却媒体の少なくとも1種類の連絡用貫通流路を有する
2つのプレートとを備え、固体高分子型燃料電池スタッ
クの両側に温湿度交換部を1つずつ、プレートを介して
一体化し、一方の温湿度交換部のプレート接触面ではな
い側面に、酸化剤ガスの供給管および排出管を有し、他
方の温湿度交換部のプレート接触面ではない側面に、燃
料ガス、および冷却媒体の供給管および排出管を有して
いる。
According to the present invention, a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes composed of a fuel electrode and an oxidant electrode via a catalyst layer, so that the fuel gas in a battery reaction section is formed. A cell that generates electric power by generating electricity by an electrochemical reaction of an oxidizing gas and a gas-impermeable separator having a groove for supplying the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel electrode and the oxidizing electrode. And a polymer electrolyte fuel cell stack composed of a plurality of stacked fuel plates via a cooling plate through which a cooling medium flows, and an oxidant gas that has passed through the cell reaction section and an oxidant gas that has not passed through the cell reaction section. And a temperature and humidity exchange unit for performing heat exchange and humidity exchange through contact with each other through a porous body, and a fuel gas, an oxidizing gas,
Two plates each having at least one kind of through-flow passage for communication of a cooling medium, and a temperature / humidity exchange unit is integrated on both sides of the polymer electrolyte fuel cell stack one by one through the plates, On the side that is not the plate contact surface of the humidity exchange unit, there is a supply pipe and an exhaust pipe for the oxidizing gas, and on the other side that is not the plate contact surface of the temperature and humidity exchange unit, there are supply pipes for the fuel gas and the cooling medium. Has a discharge pipe.

【0036】従って、請求項8の発明の固体高分子型燃
料電池システムにおいては、一方の温湿度交換部のプレ
ート接触面ではない側面に、酸化剤ガスの供給管および
排出管を有し、他方の温湿度交換部のプレート接触面で
はない側面に、燃料ガス、および冷却媒体の供給管およ
び排出管を有することにより、燃料ガスも温湿度交換さ
れることから、燃料ガスに純水素を使用することが可能
となり、また高い安全性を確保することができる。
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention, the supply and discharge pipes for the oxidizing gas are provided on the side of the one temperature / humidity exchange part which is not the plate contact surface, and the other. Since the temperature and humidity of the fuel gas are exchanged by providing the supply and exhaust pipes for the fuel gas and the cooling medium on the side of the temperature / humidity exchange unit that is not the plate contact surface, pure hydrogen is used for the fuel gas. And high security can be ensured.

【0037】さらに、請求項9の発明では、上記請求項
8の発明の固体高分子型燃料電池システムにおいて、燃
料ガスの供給管側に冷却媒体の供給管を有し、燃料ガス
の供給管から遠い方のプレートに排出管を有している。
Further, according to the ninth aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the eighth aspect of the present invention, a supply pipe for a cooling medium is provided on a fuel gas supply pipe side, and a fuel gas supply pipe is provided. The far plate has an outlet tube.

【0038】従って、請求項9の発明の固体高分子型燃
料電池システムにおいては、燃料ガスの供給管側に冷却
媒体の供給管を有し、燃料ガスの供給管から遠い方のプ
レートに排出管を有することにより、冷却を行ないたく
ない温湿度交換部の冷却を免除することができる。
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the ninth aspect of the present invention, the cooling medium supply pipe is provided on the fuel gas supply pipe side, and the discharge pipe is provided on the plate remote from the fuel gas supply pipe. , It is possible to exempt the cooling of the temperature / humidity exchanging unit which is not desired to be cooled.

【0039】一方、請求項10の発明では、燃料極およ
び酸化剤極からなる一対のガス拡散電極間に触媒層を介
して固体高分子電解質膜を挟持させてなり、電池反応部
での燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応により
発電を行ない電気的出力を発生する単電池を、燃料極お
よび酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するた
めの溝を有するガス不透過性のセパレータ、および冷却
媒体が流通する冷却板を介して複数積層して成る2つの
固体高分子型燃料電池スタックと、電池反応部を通過し
た酸化剤ガスと電池反応部を通過する前の酸化剤ガスと
を保水性の多孔質体を介して接触させ、熱交換および湿
度交換を行なう温湿度交換部と、燃料ガス、酸化剤ガ
ス、冷却媒体の少なくとも1種類の連絡用貫通流路を有
する2つのプレートとを備え、温湿度交換部の両側に固
体高分子型燃料電池スタックを1つずつ、プレートを介
して一体化し、温湿度交換部のプレート接触面ではない
側面に、酸化剤の供給管および排出管を有し、固体高分
子型燃料電池スタックのプレート接触面の反対側端面
に、燃料ガスの供給管および排出管を有している。
On the other hand, according to the invention of claim 10, a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes composed of a fuel electrode and an oxidant electrode via a catalyst layer, and the A cell that generates electric power by generating electricity by an electrochemical reaction of an oxidizing gas and a gas-impermeable separator having a groove for supplying the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel electrode and the oxidizing electrode. And two polymer electrolyte fuel cell stacks formed by laminating a plurality of cooling mediums through a cooling plate through which the cooling medium flows, an oxidizing gas passing through the battery reaction section, and an oxidizing gas before passing through the cell reaction section. Plate having a temperature-humidity exchange unit for exchanging heat and humidity and contacting at least one kind of through-flow channel for fuel gas, oxidizing gas, and cooling medium by bringing the two into contact with each other via a water-retentive porous body. The solid polymer fuel cell stacks are integrated on both sides of the temperature and humidity exchange unit one by one via a plate, and the supply and discharge pipes of the oxidant are provided on the side of the temperature and humidity exchange unit that is not the plate contact surface. And a fuel gas supply pipe and a discharge pipe at the end face opposite to the plate contact face of the polymer electrolyte fuel cell stack.

【0040】従って、請求項10の発明の固体高分子型
燃料電池システムにおいては、温湿度交換部のプレート
接触面ではない側面に、酸化剤の供給管および排出管を
有し、固体高分子型燃料電池スタックのプレート接触面
の反対側端面に、燃料ガスの供給管および排出管を有す
ることにより、固体高分子型燃料電池スタック長が半分
になることから、既反応の酸化剤ガスが再び温湿度交換
部へ到達するのに要する時間が半分以下となり、急激な
出力の過渡変化時にもレスポンス良く反応することがで
きる。
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the tenth aspect of the present invention, the supply and discharge pipes for the oxidizing agent are provided on the side of the temperature / humidity exchange unit which is not the plate contact surface. By providing a fuel gas supply pipe and a discharge pipe on the end surface opposite to the plate contact surface of the fuel cell stack, the length of the polymer electrolyte fuel cell stack is reduced by half, so that the reacted oxidant gas is heated again. The time required to reach the humidity exchanging unit is less than half, and a rapid response change of the output can be made with a good response.

【0041】また、請求項11の発明では、上記請求項
10の発明の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
固体高分子型燃料電池スタックのプレート接触面の反対
側端面に燃料ガスの供給管を有し、プレート接触面側の
側面に排出管を有している。
According to the eleventh aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the tenth aspect,
The polymer electrolyte fuel cell stack has a fuel gas supply pipe on the end face opposite to the plate contact face, and a discharge pipe on the side face on the plate contact face side.

【0042】従って、請求項11の発明の固体高分子型
燃料電池システムにおいては、固体高分子型燃料電池ス
タックのプレート接触面の反対側端面に燃料ガスの供給
管を有し、プレート接触面側の側面に排出管を有するこ
とにより、固体高分子型燃料電池スタック長が半分にな
ることから、既反応の酸化剤ガスが再び温湿度交換部へ
到達するのに要する時間が半分以下となり、急激な出力
の過渡変化時にもレスポンス良く反応できるだけでな
く、固体高分子型燃料電池スタック端面の配管を減らす
ことができ、配管全体の自由度を向上することができ
る。
Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the eleventh aspect of the present invention, the solid polymer fuel cell stack has a fuel gas supply pipe on the end face opposite to the plate contact face, and has a fuel gas supply pipe. Since the length of the polymer electrolyte fuel cell stack is halved by having the exhaust pipe on the side of the, the time required for the reacted oxidant gas to reach the temperature and humidity exchange section again becomes less than half, Not only can the reaction be performed with good response even during a transient change in output, but also the number of pipes on the end surface of the polymer electrolyte fuel cell stack can be reduced, and the degree of freedom of the entire pipes can be improved.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0044】(第1の実施の形態:請求項1乃至請求項
6に対応)図1は本実施の形態による固体高分子型燃料
電池システムの構成例を示す鳥瞰図、図2は同固体高分
子型燃料電池システムの構成例を示す縦断面図であり、
図17および図18と同一部分については同一符号を付
して示している。
(First Embodiment: Corresponding to Claims 1 to 6) FIG. 1 is a bird's-eye view showing a configuration example of a polymer electrolyte fuel cell system according to this embodiment, and FIG. It is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a fuel cell system,
17 and 18 are denoted by the same reference numerals.

【0045】本実施の形態では、酸化剤ガスである空
気、燃料ガスである水素、冷却材(媒体)である不凍液
の流路構成に特徴があり、固体高分子型燃料電池スタッ
クと温湿度交換部とを、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却材
の少なくとも1種類の連絡用貫通流路を有するプレート
を介して一体化し、温湿度交換部のプレート接触面の反
対側端面に、酸化剤ガスの供給管,および排出管を設
け、固体高分子型燃料電池スタックのプレート接触面の
反対側端面に、燃料ガス、および冷却材の供給管および
排出管を設けている。
This embodiment is characterized by a flow path configuration of air as an oxidizing gas, hydrogen as a fuel gas, and antifreeze as a coolant (medium). And the unit are integrated via a plate having at least one type of through-flow passage for communication of fuel gas, oxidizing gas, and coolant, and the end surface of the temperature / humidity exchange unit opposite to the plate contact surface is provided with an oxidizing gas. A supply pipe and a discharge pipe are provided, and a supply pipe and a discharge pipe for the fuel gas and the coolant are provided on an end surface opposite to the plate contact surface of the polymer electrolyte fuel cell stack.

【0046】すなわち、図1に示すように、固体高分子
型燃料電池システムは、前述した固体高分子型燃料電池
スタック29からなる電池部と、温湿度交換部11とを
一体化した構成としており、酸化剤ガスである未反応の
空気は、温湿度交換部11側エンドプレート30に配管
された酸化剤供給口31を通って、温湿度交換部11へ
と導く。
That is, as shown in FIG. 1, the polymer electrolyte fuel cell system has a structure in which the battery section comprising the above-described polymer electrolyte fuel cell stack 29 and the temperature / humidity exchange section 11 are integrated. The unreacted air, which is an oxidant gas, is guided to the temperature / humidity exchange unit 11 through the oxidant supply port 31 provided in the end plate 30 on the temperature / humidity exchange unit 11 side.

【0047】また、燃料ガスである水素と冷却材である
不凍液は、固体高分子型燃料電池スタック29側のエン
ドプレート32に配管された、それぞれ燃料ガス供給口
33、冷却材供給口34を通って、電池部へと導く。
Hydrogen as a fuel gas and antifreeze as a coolant pass through a fuel gas supply port 33 and a coolant supply port 34, respectively, which are piped to the end plate 32 on the side of the polymer electrolyte fuel cell stack 29. To the battery section.

【0048】供給された未反応の空気は、温湿度交換部
11の各温湿度交換セル11aに分配された後、中間プ
レート35内に設けられた未反応ガス出口マニホールド
22を通って、電池部へと流入する。この未反応の空気
は、固体高分子型燃料電池スタック29側のエンドプレ
ート32を通過して電池部に流入した未反応の燃料ガス
と各燃料電池スタックセルにおいて電気化学的反応を起
こし、その後、中間プレート35側の酸化剤還流口36
から温湿度交換部11へと還流する。
The supplied unreacted air is distributed to each temperature / humidity exchange cell 11 a of the temperature / humidity exchange section 11, and then passes through an unreacted gas outlet manifold 22 provided in the intermediate plate 35 to pass through the battery section. Flows into. The unreacted air passes through the end plate 32 on the side of the polymer electrolyte fuel cell stack 29 and causes an electrochemical reaction in each fuel cell stack cell with the unreacted fuel gas flowing into the cell section. Oxidant reflux port 36 on the intermediate plate 35 side
Refluxes to the temperature / humidity exchange unit 11 from.

【0049】一方、反応を終えた燃料ガスは、固体高分
子型燃料電池スタック29側のエンドプレート32の燃
料ガス排出口37を通って、排出する。電池部で反応を
終え、温湿度交換部11へと還流する高温、高湿の既反
応空気は、中間プレート35内に設けられた既反応ガス
入口マニホールド21を通って温湿度交換部11へと導
かれ、各温湿度交換セル11aに分配された後、既反応
ガス出口マニホールド20を通って排出する。
On the other hand, the fuel gas after the reaction is discharged through the fuel gas outlet 37 of the end plate 32 on the polymer electrolyte fuel cell stack 29 side. The high-temperature, high-humidity reacted air that has completed the reaction in the battery unit and returns to the temperature-humidity exchange unit 11 passes through the already-reacted gas inlet manifold 21 provided in the intermediate plate 35 and enters the temperature-humidity exchange unit 11. After being guided and distributed to each temperature / humidity exchange cell 11a, it is discharged through the already reacted gas outlet manifold 20.

【0050】この時、温湿度交換部11内に存在する未
反応空気と保水性の多孔質体を介して温度、および湿度
を交換し、未反応の空気は、前述のようにガス出口マニ
ホールド22を通って電池部へ、既反応の空気は温湿度
交換部11に配管された酸化剤排出口38から排出す
る。
At this time, the temperature and the humidity are exchanged with the unreacted air existing in the temperature and humidity exchange section 11 through the water-retentive porous body, and the unreacted air is removed from the gas outlet manifold 22 as described above. The reacted air is discharged to the battery section through the oxidant discharge port 38 provided in the temperature and humidity exchange section 11.

【0051】冷却材である不凍液は、水素を供給する側
のエンドプレート32に配管された冷却材供給口34か
ら供給され、エンドプレート32内部に設けられた入口
マニホールドを通って固体高分子型燃料電池スタック2
9部へと導かれ、電池セル間を流通して、各セルの冷却
を行なう。不凍液は、電池部内を循環した後、冷却材の
供給側であるエンドプレート32側に設けられた出口マ
ニホールドを経て、冷却材排出口39から排出する。
The antifreeze as a coolant is supplied from a coolant supply port 34 provided in the end plate 32 on the hydrogen supply side, passes through an inlet manifold provided in the end plate 32, and passes through the solid polymer type fuel. Battery stack 2
It is guided to 9 parts, flows between the battery cells, and cools each cell. After circulating in the battery unit, the antifreeze is discharged from the coolant outlet 39 through an outlet manifold provided on the end plate 32 side, which is a coolant supply side.

【0052】なお、固体高分子型燃料電池スタック29
には、酸化剤流入口40、燃料ガス流入口41、冷却材
流入口42、酸化剤還流口36、燃料ガス還流口43、
冷却材還流口44を、それぞれ図示のように設けてい
る。
The polymer electrolyte fuel cell stack 29
Includes an oxidant inlet 40, a fuel gas inlet 41, a coolant inlet 42, an oxidant recirculation port 36, a fuel gas recirculation port 43,
Coolant recirculation ports 44 are provided as shown.

【0053】ここで、中間プレート35としては、例え
ば図3に示すように、ステンレス鋼や耐食処理を施した
アルミニウムにより構成しており、温湿度交換部11側
とはパッキン45にてガスシールしている。
The intermediate plate 35 is made of, for example, stainless steel or corrosion-resistant aluminum as shown in FIG. 3, and is gas-sealed with the temperature / humidity exchange unit 11 by a packing 45. ing.

【0054】また、アルミニウム程度の熱伝導率を有す
る金属を用いる場合には、パッキン45と温湿度交換1
1部との間に、断熱材46を挟むことが好ましい。
When a metal having a thermal conductivity similar to that of aluminum is used, the packing 45 and the temperature / humidity exchange 1
It is preferable that the heat insulating material 46 is interposed between one part and the other part.

【0055】なお、図3中、47は集電極である。In FIG. 3, reference numeral 47 denotes a collecting electrode.

【0056】さらに、これら以外の金属材料でも、水蒸
気を含む空気に対して、腐食を防止するような表面処理
を行なっていれば、適応することが可能である。
Further, other metal materials can also be applied if air containing water vapor is subjected to a surface treatment for preventing corrosion.

【0057】一方、これに限られることはなく、例えば
図4に示すように、中間プレート35は、樹脂等の非金
属を材料としてもよく、その場合には電池側に集電板4
8を配置しておくことが好ましい。
On the other hand, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4, the intermediate plate 35 may be made of a non-metal such as resin, in which case the current collector plate 4
8 is preferably arranged.

【0058】また、図5に示すように、樹脂等の非金属
プレート49に薄い金属板50を、少なくとも電池部側
の端面に貼り付けて一体化したサンドイッチ構造として
もよい。
As shown in FIG. 5, a sandwich structure may be adopted in which a thin metal plate 50 is attached to at least the end face on the battery unit side on a non-metallic plate 49 made of resin or the like.

【0059】さらに、熱伝導率が10W/mKよりも小
さな材料を用いた中間プレート35でもよく、あるいは
図6に示すように、固体高分子型燃料電池スタック29
を構成するセパレータ6と同一材料のセパレータ51で
代用することも可能である。
Further, an intermediate plate 35 made of a material having a thermal conductivity smaller than 10 W / mK may be used, or, as shown in FIG.
It is also possible to substitute the separator 51 of the same material as the separator 6 constituting the above.

【0060】次に、以上のように構成した本実施の形態
の固体高分子型燃料電池システムにおいては、酸化剤で
ある空気の供給管を温湿度交換部11側に、燃料ガスで
ある水素の供給管および排出管を電池部側にそれぞれ配
置していることにより、従来では温湿度交換部側のエン
ドプレートに集中していた配管群が散逸し、配管の自由
度が高まるだけでなく、温湿度交換部11内部での酸素
−水素混合の危険性が全くなくなる。
Next, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment configured as described above, the supply pipe for the air as the oxidant is connected to the temperature / humidity exchange unit 11 side to supply the hydrogen as the fuel gas. By arranging the supply pipe and the discharge pipe on the battery part side, the piping group that had conventionally concentrated on the end plate on the temperature and humidity exchange part side is dissipated, which not only increases the flexibility of piping, but also increases the temperature. The danger of oxygen-hydrogen mixing inside the humidity exchange unit 11 is completely eliminated.

【0061】また、温湿度交換セル11aに余分な水素
流路を設ける必要もなくなり、加工工数の低減に加え
て、全セル面積のうち、温湿度交換面積を大きく取るこ
とが可能となる。すなわち、同じ温湿度交換能力を得よ
うとする場合に、コンパクト化を図ることが可能とな
る。
Further, it is not necessary to provide an extra hydrogen flow path in the temperature / humidity exchange cell 11a, so that not only the number of processing steps but also the temperature / humidity exchange area of the entire cell area can be increased. That is, when trying to obtain the same temperature / humidity exchange capability, it is possible to achieve compactness.

【0062】さらに、冷却材用の供給管および排出管を
電池部側に配置していることにより、水素配管の場合と
同様に、加工工数の低減、発電面積、および温湿度交換
面積の拡大を図ることが可能となり、かかる効果が倍増
するだけでなく、本来、性能に温度依存性があり、80
度前後に性能のピークを持つ温湿度交換部11の冷却を
回避することもできる。
Further, by arranging the supply pipe and the discharge pipe for the coolant on the battery side, the number of processing steps, the power generation area, and the temperature and humidity exchange area can be increased as in the case of the hydrogen pipe. This effect not only doubles the effect, but also inherently has a temperature dependency in performance.
It is also possible to avoid cooling of the temperature / humidity exchange unit 11 having a performance peak around the temperature.

【0063】一方、上記中間プレート35の材質を、ス
テンレス鋼、または耐食コーティングを行なったアルミ
ニウム等の金属としていることにより、車載時等の固体
高分子型燃料電池システム自体に強度を要求される場合
に、特に有効となるだけでなく、強度を要しない場合で
も、薄肉化によるコンパクト化を図ることが可能であ
り、さらに電気伝導度を持つことから、集電板も兼ねる
ことができ、集電板を省略することも可能となる。
On the other hand, when the material of the intermediate plate 35 is made of metal such as stainless steel or aluminum coated with corrosion resistance, the strength is required for the polymer electrolyte fuel cell system itself such as when mounted on a vehicle. In addition to being particularly effective, even when strength is not required, it is possible to achieve compactness by reducing the thickness, and since it has electrical conductivity, it can also serve as a current collector plate. It is also possible to omit the plate.

【0064】また、固体高分子型燃料電池スタック29
部と温湿度交換部11とを連結する中間プレート35の
材質を樹脂等の非金属とした場合には、固体高分子型燃
料電池システム全体の軽量化につながり、加工性が良い
ため、中間プレート35に構成される酸化剤の入口、お
よび出口マニホールドの製作が容易となる。
The polymer electrolyte fuel cell stack 29
When the material of the intermediate plate 35 connecting the unit and the temperature and humidity exchange unit 11 is made of a nonmetal such as resin, it leads to weight reduction of the entire polymer electrolyte fuel cell system and good workability. The manufacture of the inlet and outlet manifolds for the oxidant constituted by 35 is facilitated.

【0065】さらに、上記プレート35を、樹脂等の非
金属プレート49の少なくとも電池部側の端面に薄い金
属プレート50を張りつけて一体化したサンドイッチ構
造としていることにより、上記2つの効果が重畳し、軽
量化、プレート強度増大、集電板の省略とそれぞれの利
点を持ち合わせることが可能となる。
Further, since the plate 35 has a sandwich structure in which a thin metal plate 50 is attached to at least the end face of the non-metallic plate 49 made of resin or the like on the side of the battery unit, the above two effects are superimposed. It is possible to reduce the weight, increase the plate strength, omit the current collector plate, and have the respective advantages.

【0066】一方、上記中間プレート35の材質を、熱
伝導率が10W/mKよりも小さい材料で構成している
ことにより、固体高分子型燃料電池スタック29部から
温湿度交換部11への断熱効果がさらに増大して、中間
プレート35と隣接するスタック端部でのセル温度低下
が最小限に留められ、固体高分子型燃料電池スタックセ
ルの積層方向温度分布が均一化するため、端部での電圧
低下防止、セルの負荷均一化による寿命延長を図ること
が可能となる。
On the other hand, since the material of the intermediate plate 35 is made of a material having a thermal conductivity of less than 10 W / mK, the heat insulation from the 29 parts of the polymer electrolyte fuel cell stack to the temperature / humidity exchange part 11 is achieved. The effect is further increased, and the cell temperature decrease at the end of the stack adjacent to the intermediate plate 35 is minimized, and the temperature distribution in the stacking direction of the polymer electrolyte fuel cell stack cell is uniformized. , And the life can be extended by making the cell load uniform.

【0067】また、上記中間プレート35の材質を、固
体高分子型燃料電池スタック29を構成するセパレータ
6と同一材料のセパレータ51で、少なくとも同一の外
径形状としていることにより、部品材料・点数を減少さ
せ、加工工数も減少させて、コストダウンを図ることが
可能となる。
The material of the intermediate plate 35 is the separator 51 of the same material as the separator 6 constituting the polymer electrolyte fuel cell stack 29 and has at least the same outer diameter, so that the material and the number of parts can be reduced. It is possible to reduce the number of processes and the number of processing steps, thereby achieving cost reduction.

【0068】さらに、セパレータ材であるため、電気導
電性があり、ここでも集電板を省略することが可能とな
るのに加えて、膨張黒鉛等のセパレータ材によっては、
断熱層を省略してもよく、より一層コンパクト化を図る
ことが可能となる。
Further, since it is a separator material, it is electrically conductive, so that the current collector plate can be omitted here. In addition, depending on the separator material such as expanded graphite,
The heat insulating layer may be omitted, and the size can be further reduced.

【0069】(第2の実施の形態:請求項7、請求項2
乃至請求項6に対応)図7は本実施の形態による固体高
分子型燃料電池システムの構成例を示す鳥瞰図、図8は
同固体高分子型燃料電池システムの構成例を示す縦断面
図であり、図1および図2と同一部分については同一符
号を付して示している。
(Second Embodiment: Claims 7 and 2)
FIG. 7 is a bird's-eye view showing a configuration example of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, and FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of the polymer electrolyte fuel cell system. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

【0070】本実施の形態では、酸化剤ガスである空
気、燃料ガスである水素、冷却材(媒体)である不凍液
の流路構成に特徴があり、固体高分子型燃料電池スタッ
クと温湿度交換部とを、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却材
の少なくとも1種類の連絡用貫通流路を有するプレート
を介して一体化し、プレートは、固体高分子型燃料電池
スタックのプレート接触面の反対側端面に燃料ガスの供
給管を有し、かつプレート部の側面に排出管を有するも
のとしている。
The present embodiment is characterized by a flow path configuration of air as an oxidant gas, hydrogen as a fuel gas, and antifreeze as a coolant (medium). And a unit having at least one type of connecting through-flow channel for fuel gas, oxidizing gas, and coolant through a plate having an end face opposite to a plate contact surface of the polymer electrolyte fuel cell stack. Has a fuel gas supply pipe and a discharge pipe on the side surface of the plate portion.

【0071】すなわち、図7に示すように、固体高分子
型燃料電池システムは、前述した固体高分子型燃料電池
スタック29からなる電池部と、温湿度交換部11とを
一体化した構成としており、酸化剤ガスである未反応の
空気は、温湿度交換部11側エンドプレート30に配管
された酸化剤供給口31を通って、温湿度交換部11へ
と導く。
That is, as shown in FIG. 7, the polymer electrolyte fuel cell system has a structure in which the battery section comprising the above-described polymer electrolyte fuel cell stack 29 and the temperature / humidity exchange section 11 are integrated. The unreacted air, which is an oxidant gas, is guided to the temperature / humidity exchange unit 11 through the oxidant supply port 31 provided in the end plate 30 on the temperature / humidity exchange unit 11 side.

【0072】また、燃料ガスである水素と冷却材である
不凍液は、固体高分子型燃料電池スタック29側のエン
ドプレート32に配管された、それぞれ燃料ガス供給口
33、冷却材供給口34を通って電池部へと導く。
The hydrogen as the fuel gas and the antifreeze as the coolant pass through the fuel gas supply port 33 and the coolant supply port 34, which are piped to the end plate 32 on the side of the polymer electrolyte fuel cell stack 29, respectively. To the battery section.

【0073】供給された未反応の空気は、温湿度交換部
11の各温湿度交換セル11aに分配された後、中間プ
レート35内に設けられた未反応ガス出口マニホールド
22を通って、電池部へと流入する。この未反応の空気
は、固体高分子型燃料電池スタック29側のエンドプレ
ート32を通過して電池部に流入した未反応の燃料ガス
と各燃料電池スタックセルにおいて電気化学的反応を起
こし、その後、中間プレート35側の酸化剤還流口36
から温湿度交換部11へと還流する。
The supplied unreacted air is distributed to each temperature / humidity exchange cell 11 a of the temperature / humidity exchange section 11, passes through an unreacted gas outlet manifold 22 provided in the intermediate plate 35, and passes through the battery section. Flows into. The unreacted air passes through the end plate 32 on the side of the polymer electrolyte fuel cell stack 29 and causes an electrochemical reaction in each fuel cell stack cell with the unreacted fuel gas flowing into the cell section. Oxidant reflux port 36 on the intermediate plate 35 side
Refluxes to the temperature / humidity exchange unit 11 from.

【0074】一方、反応を終えた燃料ガスは、電池部内
部で合流し、中間プレート35の何れかの辺に配管され
た燃料ガス排出口37を通って、排出する。電池部で反
応を終え、温湿度交換部11へと還流する高温、高湿の
既反応空気は、中間プレート35内に設けられた既反応
ガス入口マニホールド21を通って温湿度交換部11へ
と導かれ、各温湿度交換セル11aに分配された後、既
反応ガス出口マニホールド20を通って排出する。
On the other hand, the fuel gas that has completed the reaction merges inside the battery unit, and is discharged through a fuel gas outlet 37 provided on any side of the intermediate plate 35. The high-temperature, high-humidity reacted air that has completed the reaction in the battery unit and returns to the temperature-humidity exchange unit 11 passes through the already-reacted gas inlet manifold 21 provided in the intermediate plate 35 and enters the temperature-humidity exchange unit 11. After being guided and distributed to each temperature / humidity exchange cell 11a, it is discharged through the already reacted gas outlet manifold 20.

【0075】この時、温湿度交換部11内に存在する未
反応空気と保水性の多孔質体を介して温度、および湿度
を交換し、未反応の空気は、前述のようにガス出口マニ
ホールド22を通って電池部へ、既反応の空気は温湿度
交換部11に配管された酸化剤排出口38から排出す
る。
At this time, the temperature and humidity are exchanged with the unreacted air existing in the temperature and humidity exchange section 11 through the water-retentive porous body, and the unreacted air is removed from the gas outlet manifold 22 as described above. The reacted air is discharged to the battery section through the oxidant discharge port 38 provided in the temperature and humidity exchange section 11.

【0076】冷却材である不凍液は、水素を供給する側
のエンドプレート32に配管された冷却材供給口34か
ら供給され、エンドプレート32内部に設けられた入口
マニホールドを通って固体高分子型燃料電池スタック2
9部へと導かれ、電池セル間を流通して、各セルの冷却
を行なう。不凍液は、電池部内を循環した後、冷却材の
供給側であるエンドプレート32側に設けられた出口マ
ニホールドを経て、冷却材排出口39から排出する。
The antifreeze liquid, which is a coolant, is supplied from a coolant supply port 34 provided in the end plate 32 on the hydrogen supply side, passes through an inlet manifold provided inside the end plate 32, and flows through the solid polymer type fuel. Battery stack 2
It is guided to 9 parts, flows between the battery cells, and cools each cell. After circulating in the battery unit, the antifreeze is discharged from the coolant outlet 39 through an outlet manifold provided on the end plate 32 side, which is a coolant supply side.

【0077】なお、固体高分子型燃料電池スタック29
には、酸化剤流入口40、燃料ガス流入口41、冷却材
流入口42、酸化剤還流口36、燃料ガス還流口43、
冷却材還流口44を、それぞれ図示のように設けてい
る。
The polymer electrolyte fuel cell stack 29
Includes an oxidant inlet 40, a fuel gas inlet 41, a coolant inlet 42, an oxidant recirculation port 36, a fuel gas recirculation port 43,
Coolant recirculation ports 44 are provided as shown.

【0078】また、中間プレート35の材料に関して
は、前述した第1の実施の形態の場合と同様であるの
で、ここではその説明を省略する。
The material of the intermediate plate 35 is the same as that of the first embodiment described above, and the description is omitted here.

【0079】次に、以上のように構成した本実施の形態
の固体高分子型燃料電池システムにおいては、酸化剤で
ある空気の供給管および排出管を温湿度交換部11側
に、燃料ガスである水素の供給管を電池部側にそれぞれ
配置していることにより、従来では温湿度交換部側のエ
ンドプレートに集中していた配管群が散逸し、配管の自
由度が高まるだけでなく、温湿度交換部11内部での酸
素−水素混合の危険性が全くなくなる。
Next, in the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment configured as described above, the supply pipe and the discharge pipe of the air as the oxidant are connected to the temperature / humidity exchange unit 11 side by the fuel gas. By arranging certain hydrogen supply pipes on the battery side, the piping group that had previously concentrated on the end plate on the temperature and humidity exchange section is dissipated, which not only increases the flexibility of the piping, but also increases the temperature. The danger of oxygen-hydrogen mixing inside the humidity exchange unit 11 is completely eliminated.

【0080】また、温湿度交換セル11aに余分な水素
流路を設ける必要もなくなり、加工工数の低減に加え
て、全セル面積のうち、温湿度交換面積を大きく取るこ
とが可能となる。すなわち、同じ温湿度交換能力を得よ
うとする場合に、コンパクト化を図ることが可能とな
る。
Further, it is not necessary to provide an extra hydrogen flow path in the temperature / humidity exchange cell 11a, and it is possible to reduce the number of processing steps and to increase the temperature / humidity exchange area of the entire cell area. That is, when trying to obtain the same temperature / humidity exchange capability, it is possible to achieve compactness.

【0081】さらに、水素の排出管を中間プレートの任
意の場所に設けていることにより、配管自由度と水素の
供給系・循環系・処理系の周囲機器の設置自由度がより
一層増し、コンパクト化を図ることが可能となる。
Further, since the hydrogen discharge pipe is provided at an arbitrary position of the intermediate plate, the degree of freedom of piping and the degree of freedom of installation of peripheral equipment for the hydrogen supply system, circulation system and processing system are further increased, and the compactness is improved. Can be achieved.

【0082】さらにまた、冷却材用の供給管・排出管を
電池部側に配置していることにより、水素配管の場合と
同様に、加工工数の低減、および温湿度交換面積の拡大
を図ることが可能となり、かかる効果が倍増するだけで
なく、その性能の温度依存性からあまり冷却を行ないた
くない温湿度交換部11の冷却を回避することが可能と
なる。
Further, by arranging the supply pipe and the discharge pipe for the coolant on the battery side, the number of processing steps can be reduced and the temperature and humidity exchange area can be increased as in the case of the hydrogen pipe. This effect not only doubles the effect, but also makes it possible to avoid cooling of the temperature / humidity exchange unit 11 which does not want to be cooled much due to the temperature dependence of its performance.

【0083】(第3の実施の形態:請求項8および請求
項9に対応)図9は本実施の形態による固体高分子型燃
料電池システムの構成例を示す鳥瞰図、図10は同固体
高分子型燃料電池システムの構成例を示す縦断面図であ
り、図1および図2と同一部分については同一符号を付
して示している。
(Third Embodiment: Corresponding to Claims 8 and 9) FIG. 9 is a bird's-eye view showing a configuration example of a polymer electrolyte fuel cell system according to this embodiment, and FIG. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a configuration example of a fuel cell system in which the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

【0084】本実施の形態では、前述した固体高分子型
燃料電池スタック29からなる電池部と温湿度交換部1
1との連結構成と、酸化剤ガスである空気、燃料ガスで
ある水素、冷却材(媒体)である不凍液の流路構成に特
徴があり、固体高分子型燃料電池スタックの両側に温湿
度交換部を1つずつ、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却材の
少なくとも1種類の連絡用貫通流路を有するプレートを
介して一体化し、一方の温湿度交換部のプレート接触面
ではない側面に、酸化剤ガスの供給管および排出管を有
し、他方の温湿度交換部のプレート接触面ではない側面
に、燃料ガス、および冷却材の供給管および排出管を有
するものとしている。
In the present embodiment, the cell section comprising the above-mentioned polymer electrolyte fuel cell stack 29 and the temperature / humidity exchange section 1
1 and the flow path of air as an oxidant gas, hydrogen as a fuel gas, and antifreeze as a coolant (medium). Parts are integrated one by one through a plate having at least one type of through-flow passage for communication of fuel gas, oxidizing gas, and coolant, and one side of the temperature / humidity exchange section that is not the plate contact surface is oxidized. A supply pipe and a discharge pipe for the agent gas are provided, and a supply pipe and a discharge pipe for the fuel gas and the coolant are provided on the other side of the temperature / humidity exchange unit which is not the plate contact surface.

【0085】すなわち、図9に示すように、固体高分子
型燃料電池システムは、2つの温湿度交換部11の間に
中間プレート35を介して、電池部を挟み込み一体化し
た構成としており、酸化剤ガスである未反応の空気は、
いずれか一方の温湿度交換部11のエンドプレート30
に配管された酸化剤供給口31を通って、温湿度交換部
11へと導く。
That is, as shown in FIG. 9, the polymer electrolyte fuel cell system has a structure in which the cell section is sandwiched between the two temperature / humidity exchange sections 11 with an intermediate plate 35 interposed therebetween to form an integrated structure. The unreacted air, which is the agent gas,
The end plate 30 of one of the temperature and humidity exchange units 11
Is led to the temperature / humidity exchange unit 11 through the oxidant supply port 31 provided in the pipe.

【0086】また、燃料ガスである水素と冷却材である
不凍液は、酸化剤ガス供給口31の配管されたエンドプ
レート30と反対側のエンドプレート30に配管され
た、それぞれ燃料ガス供給口33、冷却材供給口34を
通って、もう一方の温湿度交換部11へと導く。
Hydrogen as a fuel gas and antifreeze as a coolant are supplied to a fuel gas supply port 33, which is provided on an end plate 30 opposite to the end plate 30 provided with an oxidant gas supply port 31, respectively. The cooling water is supplied to the other temperature / humidity exchange unit 11 through the coolant supply port 34.

【0087】供給された未反応の空気は、エンドプレー
ト30内部に設けられた未反応ガス出口マニホールド2
2を通って温湿度交換部11へ、さらに中間プレート3
5の未反応ガス酸化剤流入口40を通って電池部へと導
かれ、固体高分子型燃料電池スタック29の各セルに分
配する。
The supplied unreacted air is supplied to an unreacted gas outlet manifold 2 provided inside the end plate 30.
2 to the temperature / humidity exchange unit 11, and further to the intermediate plate 3.
5 through the unreacted gas oxidant inflow port 40 to the battery section, and is distributed to each cell of the polymer electrolyte fuel cell stack 29.

【0088】電池部でセルを通過し、反応を終えた高
温、高湿の既反応空気は、電池部で合流し、固体高分子
型燃料電池スタック29端部の酸化剤還流口36より中
間プレート35内へ流入し、さらに中間プレート35内
に設けられた既反応ガス入口マニホールド21を通って
温湿度交換部11へと導かれ、温湿度交換セル11aに
分配され、既反応ガス出口マニホールド20を通って、
排出する。
The reacted high-temperature, high-humidity air that has passed through the cells in the battery section and has completed the reaction merges in the battery section, and flows through the oxidant reflux port 36 at the end of the polymer electrolyte fuel cell stack 29 through the intermediate plate. 35, and further led to the temperature / humidity exchange unit 11 through the already reacted gas inlet manifold 21 provided in the intermediate plate 35, distributed to the temperature and humidity exchange cell 11a, and Go through,
Discharge.

【0089】一方、燃料ガスである水素は、酸化剤供給
口31とは反対側のエンドプレート30の内部に設けら
れた未反応ガス入口マニホールド19を通って、酸化剤
側とは別の温湿度交換部11へ、さらに中間プレート3
5の未反応燃料ガス流入口41を通って電池部へと導か
れ、固体高分子型燃料電池スタック29の各セルに分配
する。電池部でセルを通過し、酸化剤との反応を終えた
高温、高湿の既反応水素は、電池部で合流し、固体高分
子型燃料電池スタック29端部の既反応燃料ガス還流口
43より中間プレート35内へ流入し、さらに中間プレ
ート35内部に設けられた既反応ガス入口マニホールド
21を通って温湿度交換部11へと導かれ、温湿度交換
セル11aに分配され、既反応ガス出口マニホールド2
0を通って、排出する。
On the other hand, hydrogen as a fuel gas passes through an unreacted gas inlet manifold 19 provided inside the end plate 30 on the opposite side of the oxidant supply port 31 and has a different temperature and humidity from the oxidant side. To the exchange part 11, furthermore, the intermediate plate 3
5 through the unreacted fuel gas inlet 41 to the cell section, and is distributed to each cell of the polymer electrolyte fuel cell stack 29. The high-temperature and high-humidity reacted hydrogen that has passed through the cell in the battery unit and reacted with the oxidant has been combined in the battery unit, and the reacted fuel gas recirculation port 43 at the end of the polymer electrolyte fuel cell stack 29. Further, the gas flows into the intermediate plate 35, is further led to the temperature / humidity exchange unit 11 through the already reacted gas inlet manifold 21 provided inside the intermediate plate 35, is distributed to the temperature / humidity exchange cell 11a, and has the already reacted gas outlet. Manifold 2
Discharge through 0.

【0090】冷却材である不凍液は、燃料ガスの供給口
33側のエンドプレート30に設けられた冷却材供給口
34から供給され、中間プレート35内部に設けられた
入口マニホールドを通って固体高分子型燃料電池スタッ
ク29部へと導かれ、各セルの冷却を行なう。そして、
電池部内を循環した不凍液は、出口マニホールド、冷却
材排出口39を通って、排出する。
The antifreeze as a coolant is supplied from a coolant supply port 34 provided in the end plate 30 on the side of the fuel gas supply port 33, passes through an inlet manifold provided inside the intermediate plate 35, and flows through the solid polymer. Of the fuel cell stack 29 to cool each cell. And
The antifreeze circulated in the battery unit is discharged through the outlet manifold and the coolant discharge port 39.

【0091】一方、これに限られることはなく、例えば
図11および図12に示すように、不凍液は一方の中間
プレート35に設けられた冷却材供給口34から供給
し、入口マニホールドを通って固体高分子型燃料電池ス
タック29部へと導き、各セルを冷却した後、他方の中
間プレート35に設けられた出口マニホールド、冷却材
排出口39を通って排出を行なうようにしてもよい。
On the other hand, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 11 and 12, the antifreeze is supplied from a coolant supply port 34 provided in one intermediate plate 35, and is supplied through an inlet manifold. After leading to the polymer fuel cell stack 29 and cooling the cells, the cells may be discharged through the outlet manifold and the coolant discharge port 39 provided on the other intermediate plate 35.

【0092】また、左右の温湿度交換部11の温湿度交
換セル11a数は、必ずしも一致している必要はなく、
特に燃料ガス供給口33側の温湿度交換部11は、使用
する燃料ガスの初期湿度に応じてセル数を増減させるよ
うにしてもよい。すなわち、例えば純水素を使用する場
合には、酸化剤側とほぼ同じセル数とし、改質器から供
給される水素を使用する場合には、そのセル数は数枚で
も可能となる。
The numbers of the temperature and humidity exchange cells 11a of the left and right temperature and humidity exchange units 11 do not necessarily have to match.
In particular, the temperature / humidity exchange unit 11 on the side of the fuel gas supply port 33 may increase or decrease the number of cells according to the initial humidity of the fuel gas used. That is, for example, when using pure hydrogen, the number of cells is substantially the same as that on the oxidant side, and when using hydrogen supplied from the reformer, the number of cells can be several.

【0093】なお、中間プレート35の材料に関して
は、前述した第1の実施の形態の場合と同様であるの
で、ここではその説明を省略する。
The material of the intermediate plate 35 is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted here.

【0094】次に、以上のように構成した本実施の形態
の固体高分子型燃料電池システムにおいては、固体高分
子型燃料電池スタック29の両側に温湿度交換部11を
有していることにより、酸化剤である空気の供給管およ
び排出管と燃料ガスである水素、および冷却材である不
凍液の供給管および排出管を、それぞれ反対側に位置す
る温湿度交換部11に配置させることが可能となり、従
来では1つしかない温湿度交換部11側のエンドプレー
トに集中していた配管群が散逸し、配管の自由度が高ま
るだけでなく、温湿度交換部11内部での酸素−水素混
合の危険性が全くなくなる。
Next, in the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment configured as described above, the temperature and humidity exchange units 11 are provided on both sides of the polymer electrolyte fuel cell stack 29. It is possible to arrange the supply pipe and discharge pipe of the air as the oxidant and the supply pipe and the discharge pipe of the hydrogen as the fuel gas and the antifreeze as the coolant in the temperature and humidity exchange unit 11 located on the opposite sides. As a result, the piping group concentrated on the end plate on the side of the temperature-humidity exchange unit 11 which has been conventionally one is dissipated, and not only the degree of freedom of the piping is increased, but also the oxygen-hydrogen mixture inside the temperature-humidity exchange unit 11 is increased. The danger of is completely eliminated.

【0095】また、各温湿度交換セル11aには、酸素
流路あるいは水素流路の片方のみを設けるだけでよくな
り、加工工数の低減に加えて、全セル面積のうち、温湿
度交換面積を大きく取ることが可能となる。すなわち、
同じ温湿度交換能力を得ようとする場合に、コンパクト
化を図ることが可能となる。
Further, it is only necessary to provide only one of the oxygen flow path and the hydrogen flow path in each temperature / humidity exchange cell 11a. In addition to the reduction in the number of processing steps, the temperature / humidity exchange area of the total cell area is reduced. It is possible to take large. That is,
When trying to obtain the same temperature / humidity exchange capacity, it is possible to reduce the size.

【0096】さらに、不凍液の供給管を一方の中間プレ
ート35の任意の位置に、排出管をもう一方の中間プレ
ート35の任意の位置に設けていることにより、エンド
プレート30部での配管自由度と各流体の供給系・循環
系・処理系の周囲機器の設置自由度がより一層増し、温
湿度交換部セル11aでは加工工数の低減,および温湿
度交換面積の拡大を図ることが可能となり、コンパクト
化につながるだけでなく、その性能の温度依存性からあ
まり冷却を行ないたくない温湿度交換部11の冷却を回
避することが可能となる。
Furthermore, by providing the antifreeze supply pipe at an arbitrary position on one intermediate plate 35 and the discharge pipe at an arbitrary position on the other intermediate plate 35, the degree of freedom of piping at the end plate 30 is increased. The degree of freedom of installation of peripheral devices for the supply system, circulation system, and processing system of each fluid further increases, and the temperature / humidity exchange unit cell 11a can reduce the number of processing steps and increase the temperature / humidity exchange area. In addition to the compactness, it is possible to avoid cooling of the temperature / humidity exchange unit 11 that does not want to be cooled much because of the temperature dependence of the performance.

【0097】さらにまた、燃料ガスも温湿度交換部11
を通過することから、燃料ガスに純水素も利用可能とな
るのに加えて、あらかじめ加湿された水素を利用してい
る場合には、酸素側の加湿量が限界付近となるような高
出力密度でも、その補助として利用することが可能とな
る。
Further, the fuel gas is also supplied to the temperature / humidity exchange section 11.
In addition to the fact that pure hydrogen can be used as a fuel gas, high-density power is used so that the amount of humidification on the oxygen side is near the limit when hydrogen that has been humidified in advance is used. However, it can be used as a supplement.

【0098】(第4の実施の形態:請求項10および請
求項11に対応)図13は本実施の形態による固体高分
子型燃料電池システムの構成例を示す鳥瞰図、図14は
同固体高分子型燃料電池システムの構成例を示す縦断面
図であり、図1および図2と同一部分については同一符
号を付して示している。
(Fourth Embodiment: Corresponding to Claims 10 and 11) FIG. 13 is a bird's-eye view showing a configuration example of a polymer electrolyte fuel cell system according to this embodiment, and FIG. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a configuration example of a fuel cell system in which the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

【0099】本実施の形態では、前述した固体高分子型
燃料電池スタック29からなる電池部と温湿度交換部1
1との連結構成と、酸化剤ガスである空気、燃料ガスで
ある水素、冷却材(媒体)である不凍液の流路構成に特
徴があり、温湿度交換部の両側に固体高分子型燃料電池
スタックを1つずつ、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却材の
少なくとも1種類の連絡用貫通流路を有する2つのプレ
ートを介して一体化し、温湿度交換部のプレート接触面
ではない側面に、酸化剤の供給管および排出管を有し、
固体高分子型燃料電池スタックのプレート接触面の反対
側端面に、燃料ガスの供給管および排出管を有するもの
としている。
In the present embodiment, the cell section comprising the above-mentioned polymer electrolyte fuel cell stack 29 and the temperature / humidity exchange section 1
1 and a flow path configuration of air as an oxidizing gas, hydrogen as a fuel gas, and an antifreeze as a coolant (medium), and a polymer electrolyte fuel cell on both sides of the temperature / humidity exchange unit. The stacks are integrated one by one via two plates having at least one type of through-flow passage for communication of fuel gas, oxidizing gas, and coolant, and oxidized on the side of the temperature / humidity exchange unit that is not the plate contact surface. Having a supply pipe and a discharge pipe for the agent,
The polymer electrolyte fuel cell stack has a fuel gas supply pipe and a discharge pipe on the end face opposite to the plate contact face.

【0100】すなわち、図13に示すように、固体高分
子型燃料電池システムは、温湿度交換部11の両端に中
間プレート35を介して片側に1つずつ電池部を配置
し、一体化した構成としている。ここでの温湿度交換部
11は、セル積層方向の中央部分に、図14に示すよう
な構成の酸化剤配流プレート52を有している。
That is, as shown in FIG. 13, the polymer electrolyte fuel cell system is configured such that one battery unit is disposed on each side via the intermediate plate 35 at both ends of the temperature / humidity exchange unit 11 and integrated. And The temperature / humidity exchange unit 11 here has an oxidizing agent distribution plate 52 having a configuration as shown in FIG. 14 at a central portion in the cell stacking direction.

【0101】酸化剤配流プレート52は、酸化剤供給口
31を有し、プレート内に供給された未反応の酸化剤
を、プレートの左右に配置された温湿度交換セル11a
へと導く。
The oxidizing agent distribution plate 52 has an oxidizing agent supply port 31, and allows the unreacted oxidizing agent supplied into the plate to exchange the temperature and humidity exchange cells 11a disposed on the left and right sides of the plate.
Lead to.

【0102】また、燃料ガス剤である水素は、固体高分
子型燃料電池スタック29部のエンドプレート30また
はエンドプレート32に配管された未反応燃料ガス供給
口33から、エンドプレート30またはエンドプレート
32内部に設けられた燃料ガス入口マニホールドを通っ
て、固体高分子型燃料電池スタック29内へと導く。
Further, hydrogen as a fuel gas agent is supplied from the unreacted fuel gas supply port 33 provided in the end plate 30 or end plate 32 of the polymer electrolyte fuel cell stack 29 to the end plate 30 or end plate 32. It is guided into the polymer electrolyte fuel cell stack 29 through a fuel gas inlet manifold provided inside.

【0103】供給された未反応の空気は、酸化剤配流プ
レート52を通って温湿度交換部11へ、さらに中間プ
レート35の酸化剤流入口40を通って電池部へと導か
れ、固体高分子型燃料電池スタック29の各セルに分配
する。
The supplied unreacted air is guided to the temperature / humidity exchange section 11 through the oxidizing agent distribution plate 52, and further to the battery section through the oxidizing agent inlet 40 of the intermediate plate 35, where the solid polymer is supplied. Of the fuel cell stack 29.

【0104】電池部でセルを通過し、反応を終えた高
温、高湿の既反応空気は、電池部で合流し、固体高分子
型燃料電池スタック29端部に配置された中間プレート
35内に設けられた既反応ガス入口マニホールドを通っ
て酸化剤還流口30より温湿度交換部11へと導かれ、
温湿度交換セル11aに分配され、酸化剤配流プレート
52に設けられた酸化剤排出口より排出する。
The reacted high-temperature, high-humidity air that has passed through the cells in the battery section and has completed the reaction merges in the battery section, and enters the intermediate plate 35 disposed at the end of the polymer electrolyte fuel cell stack 29. It is led from the oxidant reflux port 30 to the temperature / humidity exchange unit 11 through the already-reacted gas inlet manifold provided,
It is distributed to the temperature / humidity exchange cell 11a, and is discharged from the oxidant discharge port provided in the oxidant distribution plate 52.

【0105】さらに、燃料ガスである水素は、電池部端
部のエンドプレート30またはエンドプレート32の内
部に設けられた未反応燃料ガス供給口33より供給さ
れ、未反応ガス入口マニホールド19を通って電池部へ
と導かれ、固体高分子型燃料電池スタック29の各セル
に分配する。電池部でセルを通過し、酸化剤との反応を
終えた高温、高湿の既反応水素は、電池部で合流し、既
反応ガス出口マニホールド20を経て、既反応燃料ガス
排出口37を通って、排出する。
Further, hydrogen as a fuel gas is supplied from an unreacted fuel gas supply port 33 provided inside the end plate 30 or the end plate 32 at the end of the battery section, and passes through the unreacted gas inlet manifold 19. It is led to the battery section and distributed to each cell of the polymer electrolyte fuel cell stack 29. The high-temperature, high-humidity reacted hydrogen that has passed through the cell in the battery unit and has completed the reaction with the oxidant merges in the battery unit, passes through the reacted gas outlet manifold 20, and passes through the reacted fuel gas outlet 37. And discharge.

【0106】一方、これに限られることはなく、例えば
図15および図16に示すように、燃料ガスは固体高分
子型燃料電池スタック29のエンドプレート30または
エンドプレート32に設けられた未反応燃料ガス供給口
33から供給し、未反応ガス入口マニホールドを通って
固体高分子型燃料電池スタック29部へと導き、各セル
を通過した後、中間プレート35に設けられた既反応ガ
ス出口マニホールド20、既反応燃料ガス排出口37を
通って排出を行なうようにしてもよい。
On the other hand, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 15 and 16, the fuel gas is supplied to the unreacted fuel provided on the end plate 30 or the end plate 32 of the polymer electrolyte fuel cell stack 29. The gas is supplied from the gas supply port 33, is guided to the polymer electrolyte fuel cell stack 29 through the unreacted gas inlet manifold, and after passing through each cell, the reacted gas outlet manifold 20 provided on the intermediate plate 35, The discharge may be performed through the reacted fuel gas discharge port 37.

【0107】また、左右の電池部の固体高分子型燃料電
池スタック29セル数は、必ずしも一致している必要は
なく、意図的に左右をアンバランスとするようにしても
よい。
Further, the number of the polymer electrolyte fuel cell stacks 29 in the left and right cell sections does not necessarily have to be the same, and the left and right may be intentionally unbalanced.

【0108】なお、中間プレート35の材料に関して
は、前述した第1の実施の形態の場合と同様であるの
で、ここではその説明を省略する。
The material of the intermediate plate 35 is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted here.

【0109】次に、以上のように構成した本実施の形態
の固体高分子型燃料電池システムにおいては、温湿度交
換部11の両側に発電部である固体高分子型燃料電池ス
タック29を有していることにより、酸化剤である空気
の供給管および排出管を、温湿度交換部11の中間プレ
ート35接触面とは違う任意の面に、燃料ガスである水
素、および冷却材である不凍液の供給管および排出管
を、燃料電池スタック29のエンドプレートに配置させ
ることが可能となり、従来では1つしかない温湿度交換
部11側のエンドプレートに集中していた配管群が散逸
し、配管の自由度が高まるだけでなく、温湿度交換部内
部での酸素−水素混合の危険性が全くなくなる。
Next, in the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment configured as described above, the polymer electrolyte fuel cell stack 29 as a power generation unit is provided on both sides of the temperature / humidity exchange unit 11. With this arrangement, the supply pipe and the discharge pipe of the air as the oxidizing agent are connected to an arbitrary surface different from the contact surface of the intermediate plate 35 of the temperature / humidity exchange unit 11 with hydrogen as the fuel gas and antifreeze as the coolant. The supply pipe and the discharge pipe can be arranged on the end plate of the fuel cell stack 29, and the group of pipes that has been concentrated on the end plate on the side of the temperature / humidity exchange unit 11 which is conventionally only one is dissipated, and the Not only the degree of freedom is increased, but also the danger of oxygen-hydrogen mixing inside the temperature / humidity exchange unit is completely eliminated.

【0110】また、温湿度交換セルには、酸素通過流路
のみを設けるだけでよくなり、加工工数の低減に加え
て、全セル面積のうち、温湿度交換面積を大きく取るこ
とが可能となる。すなわち、同じ温湿度交換能力を得よ
うとする場合に、コンパクト化を図ることが可能とな
る。
Further, the temperature and humidity exchange cell only needs to be provided with the oxygen passage channel alone, and in addition to reducing the number of processing steps, it is possible to increase the temperature and humidity exchange area of the entire cell area. . That is, when trying to obtain the same temperature / humidity exchange capability, it is possible to achieve compactness.

【0111】さらに、同じ出力の従来の燃料電池に対し
て、固体高分子型燃料電池スタック29を左右に2分し
ていることにより、温湿度交換部11に未反応の酸化剤
ガスが流入してから、電池部を通過し、再び温度交換部
11に還流してくるまでの時間が約半分となるため、出
力の過渡応答性を要求される場合でも、従来に対してレ
スポンス良く、約半分の時間で対応することが可能とな
る。
Furthermore, since the polymer electrolyte fuel cell stack 29 is divided into two parts on the left and right sides of the conventional fuel cell having the same output, unreacted oxidant gas flows into the temperature / humidity exchange unit 11. After passing through the battery unit and returning to the temperature exchanging unit 11 again, the time is about half. Therefore, even when the transient response of the output is required, the response is better than that of the related art. It will be possible to respond in less time.

【0112】さらにまた、水素、および冷却材の供給口
および排出口が同一面に集中することが好ましくない場
合には、水素あるいは冷却材の排出口を中間プレート3
5に設けることにより、配管の集中を避けることがで
き、配管自由度と各流体の供給系・循環系・処理系の周
囲機器の設置自由度を増すことが可能となる。
Further, when it is not preferable that the supply port and the discharge port of the hydrogen and the coolant are concentrated on the same surface, the discharge port of the hydrogen or the coolant is provided on the intermediate plate 3.
By providing it in 5, the concentration of piping can be avoided, and the degree of freedom in piping and the degree of freedom in installing peripheral devices for the supply system, circulation system, and processing system of each fluid can be increased.

【0113】[0113]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体高分
子型燃料電池システムでは、酸化剤ガスの供給口および
排出口を温湿度交換部側に、燃料ガスの供給口および排
出口を固体高分子型電池スタック側に設けるようにして
いるので、配管の集中を避けることができ、配管自由度
の向上を図り、温湿度交換部内での酸素−水素混合の危
険性を回避し、温湿度交換面積の増加あるいはコンパク
ト化を図ることができるのに加えて、温湿度交換部の冷
却解除が可能となり、温湿度交換効率の向上を図ること
が可能となる。
As described above, in the polymer electrolyte fuel cell system of the present invention, the supply port and the discharge port of the oxidizing gas are on the temperature and humidity exchange section side, and the supply port and the discharge port of the fuel gas are solid. Since it is provided on the polymer battery stack side, concentration of piping can be avoided, piping flexibility can be improved, and the danger of oxygen-hydrogen mixing in the temperature and humidity exchange unit can be avoided. In addition to increasing the exchange area or reducing the size, the temperature / humidity exchange unit can be released from cooling, and the temperature / humidity exchange efficiency can be improved.

【0114】また、温湿度交換部と固体高分子型燃料電
池スタック部とを介する中間プレートの材質は、軽量化
・加工性・強度・性能・コストダウン等の何れを重視す
るかによって適宜選択可能であり、それぞれの目的に応
じた固体高分子型燃料電池システムを得ることが可能と
なる。
The material of the intermediate plate interposed between the temperature / humidity exchange unit and the polymer electrolyte fuel cell stack unit can be appropriately selected depending on which of weight saving, workability, strength, performance, cost reduction, etc. is emphasized. Thus, a polymer electrolyte fuel cell system suitable for each purpose can be obtained.

【0115】さらに、温湿度交換部を2つ有しているの
で、純水素も燃料ガスとして使用することができ、改質
器を有さない固体高分子型燃料電池システムを得ること
も可能となる。
Further, since there are two temperature / humidity exchange units, pure hydrogen can be used as a fuel gas, and it is possible to obtain a polymer electrolyte fuel cell system having no reformer. Become.

【0116】さらにまた、温湿度交換部を電池部によっ
て挟み込むようにしているので、上記の効果に加えて、
過渡応答性に優れた固体高分子型燃料電池システムを得
ることが可能となる。
Further, since the temperature / humidity exchange section is sandwiched by the battery section, in addition to the above effects,
A polymer electrolyte fuel cell system having excellent transient response can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による固体高分子型燃料電池システムの
第1の実施の形態を示す鳥瞰図。
FIG. 1 is a bird's-eye view showing a first embodiment of a polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention.

【図2】本発明による固体高分子型燃料電池システムの
第1の実施の形態を示す縦断面図を示す図。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the first embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention.

【図3】同第1の実施の形態の固体高分子型燃料電池シ
ステムにおける中間プレートの一構成例を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of an intermediate plate in the polymer electrolyte fuel cell system according to the first embodiment;

【図4】同第1の実施の形態の固体高分子型燃料電池シ
ステムにおける中間プレートの他の構成例を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of the intermediate plate in the polymer electrolyte fuel cell system according to the first embodiment.

【図5】同第1の実施の形態の固体高分子型燃料電池シ
ステムにおける中間プレートの他の構成例を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing another configuration example of the intermediate plate in the polymer electrolyte fuel cell system according to the first embodiment.

【図6】同第1の実施の形態の固体高分子型燃料電池シ
ステムにおける中間プレートの他の構成例を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of the intermediate plate in the polymer electrolyte fuel cell system according to the first embodiment.

【図7】本発明による固体高分子型燃料電池システムの
第2の実施の形態を示す鳥瞰図。
FIG. 7 is a bird's-eye view showing a second embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention.

【図8】本発明による固体高分子型燃料電池システムの
第2の実施の形態を示す縦断面図を示す図。
FIG. 8 is a vertical sectional view showing a second embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention.

【図9】本発明による固体高分子型燃料電池システムの
第3の実施の形態を示す鳥瞰図。
FIG. 9 is a bird's-eye view showing a third embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention.

【図10】本発明による固体高分子型燃料電池システム
の第3の実施の形態を示す縦断面図を示す図。
FIG. 10 is a vertical sectional view showing a third embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention.

【図11】本発明による固体高分子型燃料電池システム
の第3の実施の形態の変形例を示す鳥瞰図。
FIG. 11 is a bird's-eye view showing a modification of the third embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention.

【図12】本発明による固体高分子型燃料電池システム
の第3の実施の形態の変形例を示す縦断面図を示す図。
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a modified example of the third embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention.

【図13】本発明による固体高分子型燃料電池システム
の第4の実施の形態を示す鳥瞰図。
FIG. 13 is a bird's-eye view showing a fourth embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention.

【図14】本発明による固体高分子型燃料電池システム
の第4の実施の形態を示す縦断面図を示す図。
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a fourth embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention.

【図15】本発明による固体高分子型燃料電池システム
の第4の実施の形態の変形例を示す鳥瞰図。
FIG. 15 is a bird's-eye view showing a modification of the fourth embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention.

【図16】本発明による固体高分子型燃料電池システム
の第4の実施の形態の変形例を示す縦断面図を示す図。
FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing a modification of the fourth embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention.

【図17】固体高分子型燃料電池スタックの構成例を示
す断面図。
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a polymer electrolyte fuel cell stack.

【図18】従来の固体高分子型燃料電池システムの構成
例を示す分解斜視図。
FIG. 18 is an exploded perspective view showing a configuration example of a conventional polymer electrolyte fuel cell system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…アノード電極、 2…カソード電極、 3…触媒層、 4…固体高分子電解質膜、 5…単電池、 6…セパレータ、 7…単電池積層体、 8…冷却板、 9…シール材、 10…電池部、 11…温湿度交換部、 11a…温湿度交換セル、 19…未反応ガス入口マニホールド、 20…既反応ガス出口マニホールド、 21…既反応ガス入口マニホールド、 22…未反応ガス出口マニホールド、 29…固体高分子型燃料電池スタック、 30…エンドプレート、 31…酸化剤供給口、 32…エンドプレート、 33…燃料ガス供給口、 34…冷却材供給口、 35…中間プレート、 36…酸化剤還流口、 37…燃料ガス排出口、 38…酸化剤排出口、 39…冷却材排出口、 40…酸化剤流入口、 41…燃料ガス流入口、 42…冷却材流入口、 43…燃料ガス還流口、 44…冷却材還流口、 45…パッキン、 46…断熱材、 47…集電極、 48…集電板、 49…非金属プレート、 50…金属板、 51…セパレータ、 52…酸化剤配流プレート。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Anode electrode, 2 ... Cathode electrode, 3 ... Catalyst layer, 4 ... Solid polymer electrolyte membrane, 5 ... Single cell, 6 ... Separator, 7 ... Single cell laminated body, 8 ... Cooling plate, 9 ... Sealing material, 10 ... Battery part, 11 ... Temperature / humidity exchange part, 11a ... Temperature / humidity exchange cell, 19 ... Unreacted gas inlet manifold, 20 ... Reacted gas outlet manifold, 21 ... Reacted gas inlet manifold, 22 ... Unreacted gas outlet manifold 29: polymer electrolyte fuel cell stack, 30: end plate, 31: oxidant supply port, 32: end plate, 33: fuel gas supply port, 34: coolant supply port, 35: intermediate plate, 36: oxidant Reflux port, 37 ... fuel gas outlet, 38 ... oxidant outlet, 39 ... coolant outlet, 40 ... oxidant inlet, 41 ... fuel gas inlet, 42 ... coolant inlet, 4 ... Fuel gas recirculation port, 44 ... Coolant recirculation port, 45 ... Packing, 46 ... Heat insulation material, 47 ... Collecting electrode, 48 ... Current collecting plate, 49 ... Non-metal plate, 50 ... Metal plate, 51 ... Separator, 52 ... Oxidant distribution plate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 霜鳥 宗一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 堀 美知郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 塩田 和則 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03 5H027 AA06 BC20 CC06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Soichiro Shimotori 1st Toshiba R & D Center, Komukai, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (72) Michiro Hori Inventor Komukai, Koyuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1, Toshiba-cho, Toshiba R & D Center (72) Inventor Kazunori Shiota 2-4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa F-Terminal, Toshiba Keihin Works Co., Ltd. 5H026 AA06 CC03 5H027 AA06 BC20 CC06

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料極および酸化剤極からなる一対のガ
ス拡散電極間に触媒層を介して固体高分子電解質膜を挟
持させてなり、電池反応部での燃料ガスおよび酸化剤ガ
スの電気化学的反応により発電を行ない電気的出力を発
生する単電池を、前記燃料極および酸化剤極に燃料ガス
および酸化剤ガスを供給するための溝を有するガス不透
過性のセパレータ、および冷却媒体が流通する冷却板を
介して複数積層して成る固体高分子型燃料電池スタック
と、 前記電池反応部を通過した酸化剤ガスと前記電池反応部
を通過する前の酸化剤ガスとを保水性の多孔質体を介し
て接触させ、熱交換および湿度交換を行なう温湿度交換
部と、 前記燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体の少なくとも1種
類の連絡用貫通流路を有するプレートとを備え、 前記固体高分子型燃料電池スタックと前記温湿度交換部
とを、前記プレートを介して一体化し、 前記温湿度交換部のプレート接触面の反対側端面に、前
記酸化剤ガスの供給管,および排出管を設け、 前記固体高分子型燃料電池スタックのプレート接触面の
反対側端面に、前記燃料ガス、および冷却媒体の供給管
および排出管を設けて成ることを特徴とする固体高分子
型燃料電池システム。
An electrochemical device comprising a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes comprising a fuel electrode and an oxidant electrode with a catalyst layer interposed therebetween. A cell that generates electric power by generating a power by a reactive reaction, a gas-impermeable separator having a groove for supplying a fuel gas and an oxidant gas to the fuel electrode and the oxidant electrode, and a cooling medium flow therethrough. A polymer electrolyte fuel cell stack formed by laminating a plurality of cooling plates through a cooling plate, and a water-retentive porous material containing the oxidizing gas passing through the battery reaction portion and the oxidizing gas before passing through the battery reaction portion. A temperature-humidity exchange unit that performs heat exchange and humidity exchange by contacting through a body; and a plate having at least one type of through-flow passage for communication of the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium, Minute The secondary fuel cell stack and the temperature / humidity exchange unit are integrated via the plate, and a supply pipe and a discharge pipe for the oxidant gas are provided on an end surface of the temperature / humidity exchange unit opposite to a plate contact surface. A polymer electrolyte fuel cell system comprising: a supply pipe and a discharge pipe for the fuel gas and the cooling medium provided on an end surface of the polymer electrolyte fuel cell stack opposite to a plate contact surface.
【請求項2】 前記請求項1に記載の固体高分子型燃料
電池システムにおいて、 前記プレートは、ステンレス鋼、または耐食コーティン
グを行なったアルミニウム等の金属プレートにより構成
していることを特徴とする固体高分子型燃料電池システ
ム。
2. The solid polymer electrolyte fuel cell system according to claim 1, wherein said plate is formed of a metal plate such as stainless steel or aluminum coated with a corrosion-resistant coating. Polymer fuel cell system.
【請求項3】 前記請求項1に記載の固体高分子型燃料
電池システムにおいて、 前記プレートは、樹脂等の非金属を材料とするプレート
により構成していることを特徴とする固体高分子型燃料
電池システム。
3. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 1, wherein the plate is formed of a plate made of a nonmetal such as a resin. Battery system.
【請求項4】 前記請求項1に記載の固体高分子型燃料
電池システムにおいて、 前記プレートは、樹脂等の非金属を材料とするプレート
の少なくとも電池側端面に、ステンレス鋼、または耐食
コーティングを行なったアルミニウム等の金属プレート
を一体化させた多重プレートにより構成していることを
特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
4. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 1, wherein the plate is made of stainless steel or a corrosion-resistant coating on at least a cell side end surface of a plate made of a nonmetal such as resin. A polymer electrolyte fuel cell system comprising a multi-plate in which metal plates made of aluminum or the like are integrated.
【請求項5】 前記請求項1に記載の固体高分子型燃料
電池システムにおいて、 前記プレートは、熱伝導率が10W/mKよりも小さい
材料により構成していることを特徴とする固体高分子型
燃料電池システム。
5. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 1, wherein the plate is made of a material having a thermal conductivity of less than 10 W / mK. Fuel cell system.
【請求項6】 前記請求項1に記載の固体高分子型燃料
電池システムにおいて、 前記プレートは、前記固体高分子型燃料電池スタックを
構成するセパレータと同一材料で、少なくとも同一の外
形形状を有していることを特徴とする固体高分子型燃料
電池システム。
6. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 1, wherein the plate is made of the same material as a separator constituting the polymer electrolyte fuel cell stack, and has at least the same outer shape. A polymer electrolyte fuel cell system.
【請求項7】 燃料極および酸化剤極からなる一対のガ
ス拡散電極間に触媒層を介して固体高分子電解質膜を挟
持させてなり、電池反応部での燃料ガスおよび酸化剤ガ
スの電気化学的反応により発電を行ない電気的出力を発
生する単電池を、前記燃料極および酸化剤極に燃料ガス
および酸化剤ガスを供給するための溝を有するガス不透
過性のセパレータ、および冷却媒体が流通する冷却板を
介して複数積層して成る固体高分子型燃料電池スタック
と、 前記電池反応部を通過した酸化剤ガスと前記電池反応部
を通過する前の酸化剤ガスとを保水性の多孔質体を介し
て接触させ、熱交換および湿度交換を行なう温湿度交換
部と、 前記燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体の少なくとも1種
類の連絡用貫通流路を有するプレートとを備え、 前記固体高分子型燃料電池スタックと前記温湿度交換部
とを、前記プレートを介して一体化し、 前記プレートは、前記固体高分子型燃料電池スタックの
プレート接触面の反対側端面に前記燃料ガスの供給管を
有し、かつプレート部の側面に排出管を有して成ること
を特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
7. A solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes composed of a fuel electrode and an oxidant electrode via a catalyst layer. A cell that generates electric power by generating a power by a reactive reaction, a gas-impermeable separator having a groove for supplying a fuel gas and an oxidant gas to the fuel electrode and the oxidant electrode, and a cooling medium flow therethrough. A polymer electrolyte fuel cell stack formed by laminating a plurality of cooling plates through a cooling plate, and a water-retentive porous material containing the oxidizing gas passing through the battery reaction portion and the oxidizing gas before passing through the battery reaction portion. A temperature-humidity exchange unit that performs heat exchange and humidity exchange by contacting through a body; and a plate having at least one type of through-flow passage for communication of the fuel gas, the oxidizing gas, and the cooling medium, Minute The secondary fuel cell stack and the temperature / humidity exchange unit are integrated via the plate, and the plate is provided with the fuel gas supply pipe on an end surface opposite to a plate contact surface of the polymer electrolyte fuel cell stack. A polymer electrolyte fuel cell system comprising a discharge pipe on a side surface of a plate portion.
【請求項8】 燃料極および酸化剤極からなる一対のガ
ス拡散電極間に触媒層を介して固体高分子電解質膜を挟
持させてなり、電池反応部での燃料ガスおよび酸化剤ガ
スの電気化学的反応により発電を行ない電気的出力を発
生する単電池を、前記燃料極および酸化剤極に燃料ガス
および酸化剤ガスを供給するための溝を有するガス不透
過性のセパレータ、および冷却媒体が流通する冷却板を
介して複数積層して成る固体高分子型燃料電池スタック
と、 前記電池反応部を通過した酸化剤ガスと前記電池反応部
を通過する前の酸化剤ガスとを保水性の多孔質体を介し
て接触させ、熱交換および湿度交換を行なう2つの温湿
度交換部と、 前記燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体の少なくとも1種
類の連絡用貫通流路を有する2つのプレートとを備え、 前記固体高分子型燃料電池スタックの両側に前記温湿度
交換部を1つずつ、前記プレートを介して一体化し、 前記一方の温湿度交換部のプレート接触面ではない側面
に、前記酸化剤ガスの供給管および排出管を有し、 前記他方の温湿度交換部のプレート接触面ではない側面
に、前記燃料ガス、および冷却媒体の供給管および排出
管を有して成ることを特徴とする固体高分子型燃料電池
システム。
8. The electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidant gas in a battery reaction part, wherein a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes composed of a fuel electrode and an oxidant electrode via a catalyst layer. A cell that generates electric power by generating a power by a reactive reaction, a gas-impermeable separator having a groove for supplying a fuel gas and an oxidant gas to the fuel electrode and the oxidant electrode, and a cooling medium flow therethrough. A polymer electrolyte fuel cell stack formed by laminating a plurality of cooling plates through a cooling plate, and a water-retentive porous material containing the oxidizing gas passing through the battery reaction portion and the oxidizing gas before passing through the battery reaction portion. Two temperature / humidity exchanging sections that are brought into contact with each other through a body to perform heat exchange and humidity exchange, and two plates having at least one kind of through-flow passage for communication of the fuel gas, the oxidizing gas, and the cooling medium are provided. , The temperature / humidity exchange units are integrated one on each side of the polymer electrolyte fuel cell stack via the plate, and the oxidant gas is provided on the side of the one temperature / humidity exchange unit that is not the plate contact surface. A solid pipe comprising: a supply pipe and a discharge pipe; and a supply pipe and a discharge pipe for the fuel gas and the cooling medium on a side surface other than a plate contact surface of the other temperature and humidity exchange unit. Molecular fuel cell system.
【請求項9】 前記請求項8に記載の固体高分子型燃料
電池システムにおいて、 前記燃料ガスの供給管側に前記冷却媒体の供給管を有
し、前記燃料ガスの供給管から遠い方の前記プレートに
排出管を有していることを特徴とする固体高分子型燃料
電池システム。
9. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 8, further comprising a supply pipe for the cooling medium on a supply pipe side of the fuel gas, wherein the supply pipe for the cooling medium is farther from the supply pipe for the fuel gas. A polymer electrolyte fuel cell system comprising a plate having a discharge pipe.
【請求項10】 燃料極および酸化剤極からなる一対の
ガス拡散電極間に触媒層を介して固体高分子電解質膜を
挟持させてなり、電池反応部での燃料ガスおよび酸化剤
ガスの電気化学的反応により発電を行ない電気的出力を
発生する単電池を、前記燃料極および酸化剤極に燃料ガ
スおよび酸化剤ガスを供給するための溝を有するガス不
透過性のセパレータ、および冷却媒体が流通する冷却板
を介して複数積層して成る2つの固体高分子型燃料電池
スタックと、 前記電池反応部を通過した酸化剤ガスと前記電池反応部
を通過する前の酸化剤ガスとを保水性の多孔質体を介し
て接触させ、熱交換および湿度交換を行なう温湿度交換
部と、 前記燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体の少なくとも1種
類の連絡用貫通流路を有する2つのプレートとを備え、 前記温湿度交換部の両側に前記固体高分子型燃料電池ス
タックを1つずつ、前記プレートを介して一体化し、 前記温湿度交換部のプレート接触面ではない側面に、前
記酸化剤の供給管および排出管を有し、 前記固体高分子型燃料電池スタックのプレート接触面の
反対側端面に、前記燃料ガスの供給管および排出管を有
して成ることを特徴とする固体高分子型燃料電池システ
ム。
10. A solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes comprising a fuel electrode and an oxidant electrode via a catalyst layer, and the electrochemical reaction of the fuel gas and the oxidant gas in the battery reaction part is performed. A cell that generates electric power by generating a power by a reactive reaction, a gas-impermeable separator having a groove for supplying a fuel gas and an oxidant gas to the fuel electrode and the oxidant electrode, and a cooling medium flow therethrough. A plurality of polymer electrolyte fuel cell stacks formed by stacking a plurality of cooling plates via a cooling plate, and an oxidizing gas that has passed through the battery reaction section and an oxidizing gas that has not passed through the battery reaction section. A temperature-humidity exchange unit that performs heat exchange and humidity exchange by contacting through a porous body; and two plates having at least one type of through-flow passage for communication of the fuel gas, the oxidizing gas, and the cooling medium. The polymer electrolyte fuel cell stacks are integrated one by one on both sides of the temperature and humidity exchanging unit via the plate, and a supply pipe for the oxidizing agent is provided on a side surface other than the plate contact surface of the temperature and humidity exchanging unit. A polymer electrolyte fuel cell system, comprising: a discharge pipe; and a supply pipe and a discharge pipe for the fuel gas on an end surface opposite to a plate contact surface of the polymer electrolyte fuel cell stack. .
【請求項11】 前記請求項10に記載の固体高分子型
燃料電池システムにおいて、 前記固体高分子型燃料電池スタックのプレート接触面の
反対側端面に前記燃料ガスの供給管を有し、プレート接
触面側の側面に排出管を有していることを特徴とする固
体高分子型燃料電池システム。
11. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 10, further comprising a fuel gas supply pipe on an end surface of the polymer electrolyte fuel cell stack opposite to a plate contact surface, wherein the fuel gas supply pipe is provided. A polymer electrolyte fuel cell system having a discharge pipe on a side surface.
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