JP2000195529A - 燃料電池 - Google Patents
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定した特性を有し、高電圧・高出力の燃料
電池を得る。 【解決手段】 燃料電池は、電解質膜を燃料電極および
酸化剤電極で狭持した単セルをセパレータ板を介して順
次積層した積層体を用いたものである。セパレータ板３
１には燃料流路１１ａ〜１１ｃおよび酸化剤流路を設
け、その途中部分には、連通孔２６，２７を備える。連
通孔２６，２７により他のセパレータ板の同種のガスが
流れるガス流路と連通し同種のガス同士が合流する。
電池を得る。 【解決手段】 燃料電池は、電解質膜を燃料電極および
酸化剤電極で狭持した単セルをセパレータ板を介して順
次積層した積層体を用いたものである。セパレータ板３
１には燃料流路１１ａ〜１１ｃおよび酸化剤流路を設
け、その途中部分には、連通孔２６，２７を備える。連
通孔２６，２７により他のセパレータ板の同種のガスが
流れるガス流路と連通し同種のガス同士が合流する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電気自動車
等で使用されるもので、電気化学的な反応を利用して発
電する燃料電池に関するものである。
等で使用されるもので、電気化学的な反応を利用して発
電する燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は周知のように、電解質を介し
て一対の電極を接触させ、この一方の電極に燃料を、他
方の電極に酸化剤を供給し、燃料の酸化を電池内で電気
化学的に生じさせることにより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。燃料電池には電解
質によりいくつかの型があるが、近年高出力の得られる
燃料電池として、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注目されている。例えば燃料電
極に燃料として水素ガスを、酸化剤電極に酸化剤として
酸素ガスを供給し、外部回路より電流を取り出すとき、
下記化学反応式で示されるような反応が生じる。 陰極反応：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- ・・・（１） 陽極反応：２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2O ・・・（２）
て一対の電極を接触させ、この一方の電極に燃料を、他
方の電極に酸化剤を供給し、燃料の酸化を電池内で電気
化学的に生じさせることにより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。燃料電池には電解
質によりいくつかの型があるが、近年高出力の得られる
燃料電池として、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注目されている。例えば燃料電
極に燃料として水素ガスを、酸化剤電極に酸化剤として
酸素ガスを供給し、外部回路より電流を取り出すとき、
下記化学反応式で示されるような反応が生じる。 陰極反応：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- ・・・（１） 陽極反応：２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2O ・・・（２）
【０００３】このとき燃料電極上で水素はプロトンとな
り、水を伴って電解質体中を酸化剤電極上まで移動し、
酸化剤電極上で酸素と反応して水を生ずる。従って、上
記のような燃料電池の運転には、水素ガスや酸素ガス等
の反応ガスの供給と排出、電流の取り出しが必要とな
る。
り、水を伴って電解質体中を酸化剤電極上まで移動し、
酸化剤電極上で酸素と反応して水を生ずる。従って、上
記のような燃料電池の運転には、水素ガスや酸素ガス等
の反応ガスの供給と排出、電流の取り出しが必要とな
る。
【０００４】燃料電池から電流を取り出すとともに、反
応ガスと水を効率よく流通させるセパレータ板が、例え
ば特開平３―２０６７６３号公報（米国特許第５，１０
８，８４９号）に示されている。図１０は、特開平３―
２０６７６３号公報（米国特許第５，１０８，８４９
号）に示されている燃料電池における単セルの概念的な
構成を説明するための断面図であり、図において、１、
２は導電性のセパレータ板、３は酸化剤電極、４は燃料
電極、５は例えばプロトン導電性の固体高分子を用いた
電解質体であり、電解質体５、酸化剤電極３および燃料
電極４により単セルを構成する。１０はセパレータ板１
の一方の面に蛇腹溝状に複数個並行して形成され、上記
酸化剤電極３に酸化剤として例えば酸素ガスを供給する
ための酸化剤流路、１１はセパレータ板２に蛇腹溝状に
複数個並行して形成され、上記燃料電極４に燃料として
例えば水素ガスを供給するための燃料流路である。
応ガスと水を効率よく流通させるセパレータ板が、例え
ば特開平３―２０６７６３号公報（米国特許第５，１０
８，８４９号）に示されている。図１０は、特開平３―
２０６７６３号公報（米国特許第５，１０８，８４９
号）に示されている燃料電池における単セルの概念的な
構成を説明するための断面図であり、図において、１、
２は導電性のセパレータ板、３は酸化剤電極、４は燃料
電極、５は例えばプロトン導電性の固体高分子を用いた
電解質体であり、電解質体５、酸化剤電極３および燃料
電極４により単セルを構成する。１０はセパレータ板１
の一方の面に蛇腹溝状に複数個並行して形成され、上記
酸化剤電極３に酸化剤として例えば酸素ガスを供給する
ための酸化剤流路、１１はセパレータ板２に蛇腹溝状に
複数個並行して形成され、上記燃料電極４に燃料として
例えば水素ガスを供給するための燃料流路である。
【０００５】図１１は、上記図１０に示した従来の燃料
電池におけるセパレータ板１の上面を示す説明図であ
り、以下図１０を併用して説明する。即ち、２０はセパ
レータ板１の主表面、２１はセパレータ板１における電
極３を支持する電極支持部分、２２はセパレータ板１に
形成され酸化剤として空気を供給する酸化剤供給口、２
３は空気を排出するための酸化剤排出口、２４は燃料を
供給する燃料供給口、２５は燃料を排出するための燃料
排出口である。なお、上記セパレータ板１、２において
は、主表面を削って形成された溝と電極３、４に囲まれ
た空間によって酸化剤流路１０および燃料流路１１が構
成されている。
電池におけるセパレータ板１の上面を示す説明図であ
り、以下図１０を併用して説明する。即ち、２０はセパ
レータ板１の主表面、２１はセパレータ板１における電
極３を支持する電極支持部分、２２はセパレータ板１に
形成され酸化剤として空気を供給する酸化剤供給口、２
３は空気を排出するための酸化剤排出口、２４は燃料を
供給する燃料供給口、２５は燃料を排出するための燃料
排出口である。なお、上記セパレータ板１、２において
は、主表面を削って形成された溝と電極３、４に囲まれ
た空間によって酸化剤流路１０および燃料流路１１が構
成されている。
【０００６】以下、上記燃料電池の動作を上記図１０お
よび図１１を用いて説明する。セパレータ板１の空気供
給口２２より供給された酸素ガスは、並行して走る複数
の酸化剤流路１０を流れながら酸化剤電極３に供給さ
れ、一方、水素ガスは上記酸化剤と同様に、燃料流路１
１より燃料電極４に供給される。このとき、酸化剤電極
３と燃料電極４は電気的に外部に接続されているので、
酸化剤電極３側では上記化学反応式（２）の反応が生
じ、酸化剤流路１０を通って未反応の酸素ガスと水が燃
料排出口２５に排出される。また、このとき燃料電極４
側では上記化学反応式（１）の反応が生じ、未反応の水
素ガスは同様に燃料流路１１を通じて燃料排出口２５よ
り排出されることとなる。この反応によって得られた電
子は電極３、４から電極支持部分２１を経由してセパレ
ータ板１、２を通って流れる。
よび図１１を用いて説明する。セパレータ板１の空気供
給口２２より供給された酸素ガスは、並行して走る複数
の酸化剤流路１０を流れながら酸化剤電極３に供給さ
れ、一方、水素ガスは上記酸化剤と同様に、燃料流路１
１より燃料電極４に供給される。このとき、酸化剤電極
３と燃料電極４は電気的に外部に接続されているので、
酸化剤電極３側では上記化学反応式（２）の反応が生
じ、酸化剤流路１０を通って未反応の酸素ガスと水が燃
料排出口２５に排出される。また、このとき燃料電極４
側では上記化学反応式（１）の反応が生じ、未反応の水
素ガスは同様に燃料流路１１を通じて燃料排出口２５よ
り排出されることとなる。この反応によって得られた電
子は電極３、４から電極支持部分２１を経由してセパレ
ータ板１、２を通って流れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のセパレータ
板ではガス流速を速くして生成した水を排出できるよう
に工夫していたが、複数ある流路中のどれかが閉塞して
しまった場合、その流路の受け持つ電極面での発電は不
可能となり、実質反応面積が減少して、特性が低下する
ことがあった。また、複数のセルを積層した積層体で
は、積層体内の一つのセルでも燃料欠乏が生じた場合、
下記化学反応式（３）のように電極やセパレータ板等の
構成部材であるカーボンに腐食が生じ、致命的なダメー
ジを受けて発電効率が極端に落ちてしまうという課題が
あった。 Ｃ＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ+＋４ｅ- ・・・（３）
板ではガス流速を速くして生成した水を排出できるよう
に工夫していたが、複数ある流路中のどれかが閉塞して
しまった場合、その流路の受け持つ電極面での発電は不
可能となり、実質反応面積が減少して、特性が低下する
ことがあった。また、複数のセルを積層した積層体で
は、積層体内の一つのセルでも燃料欠乏が生じた場合、
下記化学反応式（３）のように電極やセパレータ板等の
構成部材であるカーボンに腐食が生じ、致命的なダメー
ジを受けて発電効率が極端に落ちてしまうという課題が
あった。 Ｃ＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ+＋４ｅ- ・・・（３）
【０００８】また、セル面内で反応分布を均一にするた
め、セル面内にかかる荷重を分散するために、米国特許
第５，４８４，６６６号に示すように電極有効面内に複
数の貫通孔を設け、締め付けを行う工夫もされている
が、電極内に複数の孔を開けるため、ガス流路が複雑に
なったり、ガスシール等で余分な面積のロスが増えると
いった課題があった。
め、セル面内にかかる荷重を分散するために、米国特許
第５，４８４，６６６号に示すように電極有効面内に複
数の貫通孔を設け、締め付けを行う工夫もされている
が、電極内に複数の孔を開けるため、ガス流路が複雑に
なったり、ガスシール等で余分な面積のロスが増えると
いった課題があった。
【０００９】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであり、安定した特性を有し、高電圧・高出
力の燃料電池を得ることを目的とするものである。
されたものであり、安定した特性を有し、高電圧・高出
力の燃料電池を得ることを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の燃料
電池は、電解質膜を燃料電極および酸化剤電極で狭持し
てなる単セルを、上記燃料電極に燃料流体を供給する燃
料流路と上記酸化剤電極に酸化剤流体を供給する酸化剤
流路とを備えたセパレータ板を介して、順次積層した積
層体からなる燃料電池において、上記セパレータ板の上
記流路の途中部分に、他のセパレータ板の同種流体の流
路と連通する連通孔を備え、上記燃料と酸化剤が反応す
る途中で上記連通孔によって上記同種流体同士が合流す
るようにしたものである。
電池は、電解質膜を燃料電極および酸化剤電極で狭持し
てなる単セルを、上記燃料電極に燃料流体を供給する燃
料流路と上記酸化剤電極に酸化剤流体を供給する酸化剤
流路とを備えたセパレータ板を介して、順次積層した積
層体からなる燃料電池において、上記セパレータ板の上
記流路の途中部分に、他のセパレータ板の同種流体の流
路と連通する連通孔を備え、上記燃料と酸化剤が反応す
る途中で上記連通孔によって上記同種流体同士が合流す
るようにしたものである。
【００１１】本発明に係る第２の燃料電池は、上記第１
の燃料電池において、セパレータ板における、連通孔よ
りも下流側の流路の断面積が上流側の流路の断面積より
も小さいものである。
の燃料電池において、セパレータ板における、連通孔よ
りも下流側の流路の断面積が上流側の流路の断面積より
も小さいものである。
【００１２】本発明に係る第３の燃料電池は、上記第１
または第２の燃料電池において、セパレータ板におけ
る、連通孔よりも下流側の燃料流路を流れる燃料が供給
される燃料電極の面積が、上流側の燃料流路を流れる燃
料が供給される燃料電極の面積よりも小さいものであ
る。
または第２の燃料電池において、セパレータ板におけ
る、連通孔よりも下流側の燃料流路を流れる燃料が供給
される燃料電極の面積が、上流側の燃料流路を流れる燃
料が供給される燃料電極の面積よりも小さいものであ
る。
【００１３】本発明に係る第４の燃料電池は、上記第１
ないし第３のいずれかの燃料電池において、セパレータ
板における、連通孔よりも下流側の燃料流路を、連通孔
よりも下流側の酸化剤流路の投影面に配置したものであ
る。
ないし第３のいずれかの燃料電池において、セパレータ
板における、連通孔よりも下流側の燃料流路を、連通孔
よりも下流側の酸化剤流路の投影面に配置したものであ
る。
【００１４】本発明に係る第５の燃料電池は、電解質膜
を燃料電極および酸化剤電極で狭持してなる単セルを、
上記燃料電極に燃料流体を供給する燃料流路と上記酸化
剤電極に酸化剤流体を供給する酸化剤流路とを備えたセ
パレータ板を介して、順次積層した積層体からなる燃料
電池において、上記電極の面内重心位置に設け上記積層
体を貫通する貫通孔に、シャフトを挿入し、このシャフ
トの周りに設け上記電極面積の２〜８割の断面積の弾性
体を介して、上記シャフトを軸として上記積層体の両端
部間に押しつけ面圧を与えて上記積層体を締め付けたも
のである。
を燃料電極および酸化剤電極で狭持してなる単セルを、
上記燃料電極に燃料流体を供給する燃料流路と上記酸化
剤電極に酸化剤流体を供給する酸化剤流路とを備えたセ
パレータ板を介して、順次積層した積層体からなる燃料
電池において、上記電極の面内重心位置に設け上記積層
体を貫通する貫通孔に、シャフトを挿入し、このシャフ
トの周りに設け上記電極面積の２〜８割の断面積の弾性
体を介して、上記シャフトを軸として上記積層体の両端
部間に押しつけ面圧を与えて上記積層体を締め付けたも
のである。
【００１５】本発明に係る第６の燃料電池は、上記第５
の燃料電池において、上記セパレータ板の流路の途中部
分に、他のセパレータ板の同種流体の流路と連通した連
通孔を設けたものである。
の燃料電池において、上記セパレータ板の流路の途中部
分に、他のセパレータ板の同種流体の流路と連通した連
通孔を設けたものである。
【００１６】本発明に係る第７の燃料電池は、上記第６
の燃料電池において、連通孔を電極の面内重心位置に設
け、積層体を貫通する貫通孔とするものである。
の燃料電池において、連通孔を電極の面内重心位置に設
け、積層体を貫通する貫通孔とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態の燃料
電池は、電解質膜を燃料電極および酸化剤電極で狭持し
てなる単セルをセパレータ板を介して順次積層した積層
体を用いたものである。上記セパレータ板には、燃料流
体と酸化剤流体がそれぞれ流れながら上記各電極に供給
されるように燃料流路と酸化剤流路とを設け、さらに上
記流路の途中部分には、他のセパレータ板の同種の流体
が流れる流路と連通する連通孔を設ける。上記連通孔に
よって、電極面で上記燃料と酸化剤が反応する途中で同
種の流体同士が合流するので、合流地点の入口側か出口
側のいずれか一方の側の流路に閉塞が生じても、他方に
流体が流れるので燃料または酸化剤を流通させることが
でき、積層体のセル特性のばらつきが小さく、安定して
高い特性を出すことができる。
電池は、電解質膜を燃料電極および酸化剤電極で狭持し
てなる単セルをセパレータ板を介して順次積層した積層
体を用いたものである。上記セパレータ板には、燃料流
体と酸化剤流体がそれぞれ流れながら上記各電極に供給
されるように燃料流路と酸化剤流路とを設け、さらに上
記流路の途中部分には、他のセパレータ板の同種の流体
が流れる流路と連通する連通孔を設ける。上記連通孔に
よって、電極面で上記燃料と酸化剤が反応する途中で同
種の流体同士が合流するので、合流地点の入口側か出口
側のいずれか一方の側の流路に閉塞が生じても、他方に
流体が流れるので燃料または酸化剤を流通させることが
でき、積層体のセル特性のばらつきが小さく、安定して
高い特性を出すことができる。
【００１８】本発明の第２の実施の形態の燃料電池は、
上記セパレータ板において連通孔よりも下流側の流路の
断面積が上流側の流路の断面積よりも小さいので、反応
により燃料または酸化剤の体積が下流側で減少しても、
流路の断面積が小さいので、上流側とほぼ同じ流速を保
つことができ、積層体での反応ガスの流速を安定して保
つことができるので、積層体のセル特性のばらつきが小
さく、安定して高い特性を出すことができる。
上記セパレータ板において連通孔よりも下流側の流路の
断面積が上流側の流路の断面積よりも小さいので、反応
により燃料または酸化剤の体積が下流側で減少しても、
流路の断面積が小さいので、上流側とほぼ同じ流速を保
つことができ、積層体での反応ガスの流速を安定して保
つことができるので、積層体のセル特性のばらつきが小
さく、安定して高い特性を出すことができる。
【００１９】本発明の第３の実施の形態の燃料電池は、
上記セパレータ板において、連通孔よりも下流側の燃料
流路を流れる燃料が供給される燃料電極の面積が、上流
側の燃料流路を流れる燃料が供給される燃料電極の面積
よりも小さいので、積層体中で燃料流量にバラツキがあ
り、セパレータ板の連通孔手前（上流側）で燃料濃度に
差が生じても、連通孔部分で濃度分布がならされ、さら
に下流側では電極面積が少ないので各積層体でほぼ均等
に燃料が行き渡り、安定して高い特性を出すことができ
る。
上記セパレータ板において、連通孔よりも下流側の燃料
流路を流れる燃料が供給される燃料電極の面積が、上流
側の燃料流路を流れる燃料が供給される燃料電極の面積
よりも小さいので、積層体中で燃料流量にバラツキがあ
り、セパレータ板の連通孔手前（上流側）で燃料濃度に
差が生じても、連通孔部分で濃度分布がならされ、さら
に下流側では電極面積が少ないので各積層体でほぼ均等
に燃料が行き渡り、安定して高い特性を出すことができ
る。
【００２０】本発明の第４の実施の形態の燃料電池は、
例えば上記セパレータ板の燃料流路を設けた反対の面に
酸化剤流路を設け、連通孔よりも下流側の燃料流路を、
連通孔よりも下流側の酸化剤流路（例えば酸化剤流路の
セパレータ板からの排出口領域）の投影面に配置する
と、酸化剤電極および燃料電極に供給される酸化剤およ
び燃料の濃度が低くなる下流域が一致しているので、下
流域での反応量が相対的に少なくなり、下流域での燃料
欠乏の可能性が低くなり、安定して高い特性を出すこと
ができる。
例えば上記セパレータ板の燃料流路を設けた反対の面に
酸化剤流路を設け、連通孔よりも下流側の燃料流路を、
連通孔よりも下流側の酸化剤流路（例えば酸化剤流路の
セパレータ板からの排出口領域）の投影面に配置する
と、酸化剤電極および燃料電極に供給される酸化剤およ
び燃料の濃度が低くなる下流域が一致しているので、下
流域での反応量が相対的に少なくなり、下流域での燃料
欠乏の可能性が低くなり、安定して高い特性を出すこと
ができる。
【００２１】本発明の第５の実施の形態の燃料電池は、
電解質膜を燃料電極および酸化剤電極で狭持してなる単
セルをセパレータ板を介して順次積層した積層体を用い
たもので、上記セパレータ板には、燃料流体と酸化剤流
体がそれぞれ流れながら上記各電極に供給されるように
燃料流路と酸化剤流路とを設ける。さらに、上記電極の
面内重心位置で上記積層体を貫通する貫通孔を設け、こ
の貫通孔にシャフトを挿入し、このシャフトの周りに上
記電極面積の２〜８割の断面積の弾性体を設け、この弾
性体を介して、上記シャフトを軸として上記積層体の両
端部間に押しつけ面圧を与えて上記積層体を締め付けた
もので、電極面の有効面を均一にリング状に面圧をかけ
ることができる。
電解質膜を燃料電極および酸化剤電極で狭持してなる単
セルをセパレータ板を介して順次積層した積層体を用い
たもので、上記セパレータ板には、燃料流体と酸化剤流
体がそれぞれ流れながら上記各電極に供給されるように
燃料流路と酸化剤流路とを設ける。さらに、上記電極の
面内重心位置で上記積層体を貫通する貫通孔を設け、こ
の貫通孔にシャフトを挿入し、このシャフトの周りに上
記電極面積の２〜８割の断面積の弾性体を設け、この弾
性体を介して、上記シャフトを軸として上記積層体の両
端部間に押しつけ面圧を与えて上記積層体を締め付けた
もので、電極面の有効面を均一にリング状に面圧をかけ
ることができる。
【００２２】本発明の第６の実施の形態の燃料電池は、
上記セパレータ板に燃料または酸化剤の流体が流れなが
ら上記各電極に供給されるような燃料流路または酸化剤
流路を設け、この流路の途中部分に、他のセパレータ板
の同種の流体が流れる流路と連通した連通孔を備えたも
ので、電極面に均一にリング状に面圧をかけるととも
に、上記流体が積層体内の他のセパレータ板の同種の流
体と合流することができ、積層体のセル特性のばらつき
が小さく、安定して高い特性を出すことができる。
上記セパレータ板に燃料または酸化剤の流体が流れなが
ら上記各電極に供給されるような燃料流路または酸化剤
流路を設け、この流路の途中部分に、他のセパレータ板
の同種の流体が流れる流路と連通した連通孔を備えたも
ので、電極面に均一にリング状に面圧をかけるととも
に、上記流体が積層体内の他のセパレータ板の同種の流
体と合流することができ、積層体のセル特性のばらつき
が小さく、安定して高い特性を出すことができる。
【００２３】本発明の第７の実施の形態の燃料電池は、
連通孔を電極の面内重心位置に設け、積層体を貫通する
貫通孔とするもので、締め付けシャフトの孔と連通孔を
共有できるので構成が簡単になる。
連通孔を電極の面内重心位置に設け、積層体を貫通する
貫通孔とするもので、締め付けシャフトの孔と連通孔を
共有できるので構成が簡単になる。
【００２４】
【実施例】実施例１．図１は本発明の一実施例の燃料電
池に用いる積層体におけるセパレータ板３１の燃料流路
を設けた面の平面図であり、図中２２は酸化剤供給口、
２３は酸化剤排出口、２４は燃料供給口、２５は燃料排
出口、２６は燃料供給口２４から燃料排出口２５への燃
料の流れにおいて上流側に設けた第１の連通孔、２７が
下流側に設けた第２の連通孔で、１１ａは燃料供給口２
４から第１の連通孔２６までの燃料流路（以下、上流部
の燃料流路ともいう）、１１ｂは第１の連通孔２６から
第２の連通孔２７までの燃料流路（以下、中流部の燃料
流路ともいう）、１１ｃは第２の連通孔２７から燃料排
出口２５間の燃料流路（以下、下流部の燃料流路ともい
う）である。
池に用いる積層体におけるセパレータ板３１の燃料流路
を設けた面の平面図であり、図中２２は酸化剤供給口、
２３は酸化剤排出口、２４は燃料供給口、２５は燃料排
出口、２６は燃料供給口２４から燃料排出口２５への燃
料の流れにおいて上流側に設けた第１の連通孔、２７が
下流側に設けた第２の連通孔で、１１ａは燃料供給口２
４から第１の連通孔２６までの燃料流路（以下、上流部
の燃料流路ともいう）、１１ｂは第１の連通孔２６から
第２の連通孔２７までの燃料流路（以下、中流部の燃料
流路ともいう）、１１ｃは第２の連通孔２７から燃料排
出口２５間の燃料流路（以下、下流部の燃料流路ともい
う）である。
【００２５】次に動作について説明する。燃料供給口２
４から入った燃料は燃料流路１１ａ〜１１ｃに沿ってセ
パレータ板内を流れ、排出口２５から出ていく。この
時、第１の連通孔２６および第２の連通孔２７におい
て、上記燃料流路は積層体内の他のセパレータ板に設け
た燃料流路と連通しており燃料同士は合流することがで
きる。ここで、セパレータ板３１において、例えば上流
部の燃料流路１１ａが水滴によって閉塞した場合、上流
部の燃料流路１１aの流路が切られている部分の面積で
は発電は起こらないが、中流部の燃料流路１１ｂおよび
下流部の燃料流路１１ｃでは燃料が第１の連通孔２６ま
たは第２の連通孔２７を経由して他のセパレータ板から
補給されるので発電を継続することができる。その場
合、このセルでは電流密度が増大して発熱量が大きくな
るので、温度が上昇し上流部の燃料流路１１ａの水分が
飛びしばらくすると面内全域で発電できるようになっ
た。なお、本発明の実施例を燃料流路について説明した
が、酸化剤流路についても同様に効果が得られる。
４から入った燃料は燃料流路１１ａ〜１１ｃに沿ってセ
パレータ板内を流れ、排出口２５から出ていく。この
時、第１の連通孔２６および第２の連通孔２７におい
て、上記燃料流路は積層体内の他のセパレータ板に設け
た燃料流路と連通しており燃料同士は合流することがで
きる。ここで、セパレータ板３１において、例えば上流
部の燃料流路１１ａが水滴によって閉塞した場合、上流
部の燃料流路１１aの流路が切られている部分の面積で
は発電は起こらないが、中流部の燃料流路１１ｂおよび
下流部の燃料流路１１ｃでは燃料が第１の連通孔２６ま
たは第２の連通孔２７を経由して他のセパレータ板から
補給されるので発電を継続することができる。その場
合、このセルでは電流密度が増大して発熱量が大きくな
るので、温度が上昇し上流部の燃料流路１１ａの水分が
飛びしばらくすると面内全域で発電できるようになっ
た。なお、本発明の実施例を燃料流路について説明した
が、酸化剤流路についても同様に効果が得られる。
【００２６】実施例２．図２は本発明の一実施例の燃料
電池に用いる積層体におけるセパレータ板３１の燃料流
路を設けた面の平面図で、１１ｄは燃料供給口２４から
第１の連通孔２６までの燃料流路（以下、上流部の燃料
流路ともいう）、１１ｅは第１の連通孔２６から第２の
連通孔２７までの燃料流路（以下、中流部の燃料流路と
もいう）、１１ｆは第２の連通孔２７から燃料排出口２
５間の燃料流路（以下、下流部の燃料流路ともいう）で
ある。電極有効面積は２２５ｃｍ2で、上記燃料流路１
１ｄ〜１１ｆは並行流路であり、上流部の燃料流路１１
ｄ、中流部の燃料流路１１ｅおよび下流部の燃料流路１
１ｆの溝の断面積は各々１．２ｍｍ2、０．９ｍｍ2およ
び０．６ｍｍ2である。
電池に用いる積層体におけるセパレータ板３１の燃料流
路を設けた面の平面図で、１１ｄは燃料供給口２４から
第１の連通孔２６までの燃料流路（以下、上流部の燃料
流路ともいう）、１１ｅは第１の連通孔２６から第２の
連通孔２７までの燃料流路（以下、中流部の燃料流路と
もいう）、１１ｆは第２の連通孔２７から燃料排出口２
５間の燃料流路（以下、下流部の燃料流路ともいう）で
ある。電極有効面積は２２５ｃｍ2で、上記燃料流路１
１ｄ〜１１ｆは並行流路であり、上流部の燃料流路１１
ｄ、中流部の燃料流路１１ｅおよび下流部の燃料流路１
１ｆの溝の断面積は各々１．２ｍｍ2、０．９ｍｍ2およ
び０．６ｍｍ2である。
【００２７】次に動作について説明する。燃料供給口２
４から入った燃料例えば水素は燃料流路１１ｄ〜１１ｆ
に沿ってセパレータ板内を流れ、排出口２５から出てい
く。この時、第１の連通孔２６および第２の連通孔２７
では、積層体内の他のセパレータ板を流れる燃料と合流
する。ここで、水素（燃料）は、反応にともなって消費
され下流へいくほど流量が減少していくが、本実施例で
は、上流側の流路１１ｄから下流側の流路１１ｆまでほ
ぼ燃料の流速は５ｍ／ｓとなり、セル面内で発生した水
滴を滞りなく排出させることができた。一方、全面にわ
たって上流部の燃料流路１１ｄと同じ流路断面積で統一
した場合には、中流部の燃料流路１１ｅおよび下流部の
燃料流路１１ｆでの流速が減少し、水滴が滞留する頻度
が増加した。また、全面にわたって下流部の燃料流路１
１ｆと同じ流路断面積で統一した場合には、水滴の滞留
はなくなったが、圧力損失が大きくなり、補機動力が余
分に必要になった。さらに、本実施例では燃料流路の断
面積を上記のように変化させたが、同じ流路断面積のも
のの本数を変化させても同様の効果が得られる。また、
本実施例では連通孔を２ヶ所設けた場合を示したが、本
発明は連通孔の数にはよらない。
４から入った燃料例えば水素は燃料流路１１ｄ〜１１ｆ
に沿ってセパレータ板内を流れ、排出口２５から出てい
く。この時、第１の連通孔２６および第２の連通孔２７
では、積層体内の他のセパレータ板を流れる燃料と合流
する。ここで、水素（燃料）は、反応にともなって消費
され下流へいくほど流量が減少していくが、本実施例で
は、上流側の流路１１ｄから下流側の流路１１ｆまでほ
ぼ燃料の流速は５ｍ／ｓとなり、セル面内で発生した水
滴を滞りなく排出させることができた。一方、全面にわ
たって上流部の燃料流路１１ｄと同じ流路断面積で統一
した場合には、中流部の燃料流路１１ｅおよび下流部の
燃料流路１１ｆでの流速が減少し、水滴が滞留する頻度
が増加した。また、全面にわたって下流部の燃料流路１
１ｆと同じ流路断面積で統一した場合には、水滴の滞留
はなくなったが、圧力損失が大きくなり、補機動力が余
分に必要になった。さらに、本実施例では燃料流路の断
面積を上記のように変化させたが、同じ流路断面積のも
のの本数を変化させても同様の効果が得られる。また、
本実施例では連通孔を２ヶ所設けた場合を示したが、本
発明は連通孔の数にはよらない。
【００２８】実施例３．図３は本発明の一実施例の燃料
電池に用いる積層体におけるセパレータ板３１の燃料流
路面の平面図であり、１１ｇは燃料供給口２４から連通
孔２７までの燃料流路（以下、上流部の燃料流路ともい
う）、１１ｈは連通孔２７から燃料排出口２５間の燃料
流路（以下、下流部の燃料流路ともいう）である。連通
孔２７が一つだけ全燃料流路の中間部分より下流側に設
けられているので、セパレータ板において連通孔２７よ
り下流部の燃料流路を流れる燃料が供給される燃料電極
の面積が上流部の燃料流路を流れる燃料が供給される燃
料電極の面積より小さい。燃料電極の有効面積は２２５
ｃｍ2で、燃料流路１１ｇ、１１ｈは１０本の並行流路
であり、上流部の燃料流路１１ｇの溝の断面積は１．２
ｍｍ2で、燃料電極面積１６０ｃｍ2分を流れている。下
流部の燃料流路１１ｈは０．６ｍｍ2で、電極面積６５
ｃｍ2分を流れている。
電池に用いる積層体におけるセパレータ板３１の燃料流
路面の平面図であり、１１ｇは燃料供給口２４から連通
孔２７までの燃料流路（以下、上流部の燃料流路ともい
う）、１１ｈは連通孔２７から燃料排出口２５間の燃料
流路（以下、下流部の燃料流路ともいう）である。連通
孔２７が一つだけ全燃料流路の中間部分より下流側に設
けられているので、セパレータ板において連通孔２７よ
り下流部の燃料流路を流れる燃料が供給される燃料電極
の面積が上流部の燃料流路を流れる燃料が供給される燃
料電極の面積より小さい。燃料電極の有効面積は２２５
ｃｍ2で、燃料流路１１ｇ、１１ｈは１０本の並行流路
であり、上流部の燃料流路１１ｇの溝の断面積は１．２
ｍｍ2で、燃料電極面積１６０ｃｍ2分を流れている。下
流部の燃料流路１１ｈは０．６ｍｍ2で、電極面積６５
ｃｍ2分を流れている。
【００２９】次に動作について説明する。燃料供給口２
４から入った燃料例えば水素は燃料流路１１ｇ、１１ｈ
に沿ってセパレータ板内を流れ、排出口２５から出てい
く。この時、連通孔２７では、積層体内の他のセパレー
タ板を流れる燃料と合流する。ここで、水素（燃料）
は、反応にともなって消費され例えばメタノール改質ガ
スでは入り口の水素濃度は約７５％（炭酸２５％：ドラ
イベース）であるが、下流へいくほど濃度は低下し、燃
料利用率が７０％の場合、出口２５では４７％となる。
電極面内で反応が均一な場合には、連通孔２７部分では
６０％となる。
４から入った燃料例えば水素は燃料流路１１ｇ、１１ｈ
に沿ってセパレータ板内を流れ、排出口２５から出てい
く。この時、連通孔２７では、積層体内の他のセパレー
タ板を流れる燃料と合流する。ここで、水素（燃料）
は、反応にともなって消費され例えばメタノール改質ガ
スでは入り口の水素濃度は約７５％（炭酸２５％：ドラ
イベース）であるが、下流へいくほど濃度は低下し、燃
料利用率が７０％の場合、出口２５では４７％となる。
電極面内で反応が均一な場合には、連通孔２７部分では
６０％となる。
【００３０】ここで、各セパレータ板を流れるガスの流
量にバラツキがある場合、例えば流量のバラツキが１０
％の場合には流量の少ない単セルでの出口水素ガス濃度
は約３７％にまで低下し、性能が低下するばかりか、部
分的に水素欠乏が生じて致命的なダメージを受ける場合
がある。しかし、下流側に連通孔を設けたために、そこ
で水素濃度が他の単セルとほぼ同レベルに戻ることによ
って水素欠乏等のダメージの防止を行うことができた。
量にバラツキがある場合、例えば流量のバラツキが１０
％の場合には流量の少ない単セルでの出口水素ガス濃度
は約３７％にまで低下し、性能が低下するばかりか、部
分的に水素欠乏が生じて致命的なダメージを受ける場合
がある。しかし、下流側に連通孔を設けたために、そこ
で水素濃度が他の単セルとほぼ同レベルに戻ることによ
って水素欠乏等のダメージの防止を行うことができた。
【００３１】なお、連通孔が燃料流路全体の中間地点よ
り上流の場合つまり、各燃料流路を流れる燃料が供給さ
れる燃料電極面積が上流側より下流側のほうが大きい場
合、連通孔２７での水素濃度は６６％以上となるので、
連通孔２７により積層体内の各セパレータ板を流れるガ
ス組成をならしてもほとんど効果が現れることはない。
なお、本実施例においては連通孔より上流側と下流側の
燃料流路の断面積を上流側より下流側で小さくしたが、
断面積が同じでも、連通孔を流路全体の下流側に設ける
ことにより同様の効果を得ることができる。
り上流の場合つまり、各燃料流路を流れる燃料が供給さ
れる燃料電極面積が上流側より下流側のほうが大きい場
合、連通孔２７での水素濃度は６６％以上となるので、
連通孔２７により積層体内の各セパレータ板を流れるガ
ス組成をならしてもほとんど効果が現れることはない。
なお、本実施例においては連通孔より上流側と下流側の
燃料流路の断面積を上流側より下流側で小さくしたが、
断面積が同じでも、連通孔を流路全体の下流側に設ける
ことにより同様の効果を得ることができる。
【００３２】実施例４．図４（ａ）、（ｂ）は各々本発
明の一実施例の燃料電池に用いる積層体におけるセパレ
ータ板３１の燃料流路が設けられた面（ａ）および酸化
剤流路が設けられた面の平面図で、連通孔２６は燃料流
路にのみ設けられている。図中、１１ｉは燃料供給口２
４から連通孔２６までの燃料流路（以下、上流部の燃料
流路ともいう）、１１ｊは連通孔２６から燃料排出口２
５間の燃料流路（以下、下流部の燃料流路ともいう）で
ある。本実施例においては、セパレータ板の燃料流路が
設けられた面において、連通孔２６より下流側の燃料流
路１１ｊを流れる燃料が供給される燃料電極の面積が上
流側の燃料流路１１ｉを流れる燃料が供給される面積よ
り小さく、かつ、上記下流部の燃料流路１１ｊを設けた
領域と酸化剤流路１０の出口領域の投影面が重なるよう
にした。上記燃料電極の有効面積は２２５ｃｍ2で、燃
料流路１１ｉ、１１ｊは１０本の並行流路であり、上流
部の流路１１ｉの溝の断面積は１．２ｍｍ2で、電極面
積１７１ｃｍ2分を流れている。下流部の燃料流路１１
ｊの溝の断面積は０．６ｍｍ2で、電極面積５４ｃｍ2分
を流れている。空気流路１０は１２本の並行流路であ
り、途中で連通孔の穴を避けるために６本ずつに分岐し
て流れている。
明の一実施例の燃料電池に用いる積層体におけるセパレ
ータ板３１の燃料流路が設けられた面（ａ）および酸化
剤流路が設けられた面の平面図で、連通孔２６は燃料流
路にのみ設けられている。図中、１１ｉは燃料供給口２
４から連通孔２６までの燃料流路（以下、上流部の燃料
流路ともいう）、１１ｊは連通孔２６から燃料排出口２
５間の燃料流路（以下、下流部の燃料流路ともいう）で
ある。本実施例においては、セパレータ板の燃料流路が
設けられた面において、連通孔２６より下流側の燃料流
路１１ｊを流れる燃料が供給される燃料電極の面積が上
流側の燃料流路１１ｉを流れる燃料が供給される面積よ
り小さく、かつ、上記下流部の燃料流路１１ｊを設けた
領域と酸化剤流路１０の出口領域の投影面が重なるよう
にした。上記燃料電極の有効面積は２２５ｃｍ2で、燃
料流路１１ｉ、１１ｊは１０本の並行流路であり、上流
部の流路１１ｉの溝の断面積は１．２ｍｍ2で、電極面
積１７１ｃｍ2分を流れている。下流部の燃料流路１１
ｊの溝の断面積は０．６ｍｍ2で、電極面積５４ｃｍ2分
を流れている。空気流路１０は１２本の並行流路であ
り、途中で連通孔の穴を避けるために６本ずつに分岐し
て流れている。
【００３３】次に動作について説明する。燃料供給口２
４から入った燃料は燃料流路１１ｉ〜１１ｊに沿ってセ
パレータ板内を流れ、排出口２５から出ていく。この
時、連通孔２６では、積層体内の他のセパレータ板を流
れる燃料と合流する。ここで、燃料は、反応にともなっ
て水素が消費され例えばメタノール改質ガスでは入り口
の水素濃度は約７５％（炭酸２５％：ドライベース）で
あるが、下流へいくほど濃度は低下し、燃料利用率が７
０％の場合、出口２５では４７％となる。電極面内で反
応が均一な場合には、連通孔２６部分では５８％とな
る。しかし、上流側では空気側も酸素濃度が高いため上
流側での反応量は面全体の８８％に達し、連通孔での水
素濃度は５４％にまで低下した。しかし、下流側ではガ
ス消費が通常の半分以下ですむので下流側でのガス欠乏
はほとんど無く、安定して運転することができた。
４から入った燃料は燃料流路１１ｉ〜１１ｊに沿ってセ
パレータ板内を流れ、排出口２５から出ていく。この
時、連通孔２６では、積層体内の他のセパレータ板を流
れる燃料と合流する。ここで、燃料は、反応にともなっ
て水素が消費され例えばメタノール改質ガスでは入り口
の水素濃度は約７５％（炭酸２５％：ドライベース）で
あるが、下流へいくほど濃度は低下し、燃料利用率が７
０％の場合、出口２５では４７％となる。電極面内で反
応が均一な場合には、連通孔２６部分では５８％とな
る。しかし、上流側では空気側も酸素濃度が高いため上
流側での反応量は面全体の８８％に達し、連通孔での水
素濃度は５４％にまで低下した。しかし、下流側ではガ
ス消費が通常の半分以下ですむので下流側でのガス欠乏
はほとんど無く、安定して運転することができた。
【００３４】実施例５．図５は、本発明の一実施例の燃
料電池の斜視図であり、図中４１は燃料電池、４２、４
３は端板、４５は貫通孔を貫通するシャフトで、貫通孔
は電極中央に設け積層体を貫通する。４４は弾性体であ
る皿バネでシャフト４５の周りに設けられ、シャフト４
５を軸として、リング状の弾性体を用いて締め付けをお
こなっている。４６は周辺部のシャフトである。電極は
１５ｃｍ角、皿バネには内径６４ｍｍ、外形１２５ｍ
ｍ、板厚５ｍｍのものを使用した。
料電池の斜視図であり、図中４１は燃料電池、４２、４
３は端板、４５は貫通孔を貫通するシャフトで、貫通孔
は電極中央に設け積層体を貫通する。４４は弾性体であ
る皿バネでシャフト４５の周りに設けられ、シャフト４
５を軸として、リング状の弾性体を用いて締め付けをお
こなっている。４６は周辺部のシャフトである。電極は
１５ｃｍ角、皿バネには内径６４ｍｍ、外形１２５ｍ
ｍ、板厚５ｍｍのものを使用した。
【００３５】また、図６は図５に示した燃料電池に用い
る積層体を形成するセパレータ板の平面図であり、図中
５１はセパレータ板、５２は中央部に設置した貫通孔、
５３は周辺部に設置した４つの締め付け棒用の孔、５４
は皿バネが端板に当たる部分を投影したものである。
る積層体を形成するセパレータ板の平面図であり、図中
５１はセパレータ板、５２は中央部に設置した貫通孔、
５３は周辺部に設置した４つの締め付け棒用の孔、５４
は皿バネが端板に当たる部分を投影したものである。
【００３６】次に動作について説明する。図７は、図５
に示す燃料電池における積層体の端板直下のセパレータ
部分にかかる面圧分布を示した説明図で、図中５５は電
極であり、図中に示す数値は面圧である。即ち、電極部
にかかる面圧は３．６ｋｇ／ｃｍ2〜４ｋｇ／ｃｍ2の範
囲に収まり、セル平均の抵抗値は０．２５ｍΩであっ
た。一方、図８は比較のために示すもので、図５に示す
ように電極中央に貫通孔を設けず、周辺部分に均等に８
個所の締め付け部分を設けて図５に示すように積層体を
締め付けた場合の面圧分布を示す説明図であるが、この
場合、電極部分にかかる面圧は３ｋｇ／ｃｍ2〜４ｋｇ
／ｃｍ2と大きくばらつき、また面積平均では３．６ｋ
ｇ／ｃｍ2しかかけることができず、抵抗値は０．３ｍ
Ωとなった。
に示す燃料電池における積層体の端板直下のセパレータ
部分にかかる面圧分布を示した説明図で、図中５５は電
極であり、図中に示す数値は面圧である。即ち、電極部
にかかる面圧は３．６ｋｇ／ｃｍ2〜４ｋｇ／ｃｍ2の範
囲に収まり、セル平均の抵抗値は０．２５ｍΩであっ
た。一方、図８は比較のために示すもので、図５に示す
ように電極中央に貫通孔を設けず、周辺部分に均等に８
個所の締め付け部分を設けて図５に示すように積層体を
締め付けた場合の面圧分布を示す説明図であるが、この
場合、電極部分にかかる面圧は３ｋｇ／ｃｍ2〜４ｋｇ
／ｃｍ2と大きくばらつき、また面積平均では３．６ｋ
ｇ／ｃｍ2しかかけることができず、抵抗値は０．３ｍ
Ωとなった。
【００３７】また、図５に示す燃料電池において、中央
を締め付ける弾性体４４のリング状の皿バネの径を様々
に変化させて面圧分布を測定したところ、リング径を電
極長さと同じ１５０ｍｍ（面積８割相当）以上にした場
合、中央部の締め付け力が弱く抵抗値が急増し、またリ
ング径を７５ｍｍ以下（面積２割相当）にした場合も中
央部分のみに力が集中し、面積として多数を占める電極
の端から２ｃｍ程度内側より外の面圧が低下し抵抗値が
急増した。以上のことから、上記弾性体の断面積は上記
電極面積の２〜８割であるのが望ましい。
を締め付ける弾性体４４のリング状の皿バネの径を様々
に変化させて面圧分布を測定したところ、リング径を電
極長さと同じ１５０ｍｍ（面積８割相当）以上にした場
合、中央部の締め付け力が弱く抵抗値が急増し、またリ
ング径を７５ｍｍ以下（面積２割相当）にした場合も中
央部分のみに力が集中し、面積として多数を占める電極
の端から２ｃｍ程度内側より外の面圧が低下し抵抗値が
急増した。以上のことから、上記弾性体の断面積は上記
電極面積の２〜８割であるのが望ましい。
【００３８】実施例６．図９は本発明の一実施例の燃料
電池を形成する積層体におけるセパレータ板６１の燃料
流路が設けられた面の平面図であり、連通孔６２を電極
中央部に設けて積層体を貫通する貫通孔とした。連通孔
は実施例１〜４における連通孔と同様に作用する。ま
た、この貫通孔に締め付けシャフト４５を貫通し、この
シャフトの周辺部にリング状の弾性体を設け積層体の両
端部において積層体を締め付けている。
電池を形成する積層体におけるセパレータ板６１の燃料
流路が設けられた面の平面図であり、連通孔６２を電極
中央部に設けて積層体を貫通する貫通孔とした。連通孔
は実施例１〜４における連通孔と同様に作用する。ま
た、この貫通孔に締め付けシャフト４５を貫通し、この
シャフトの周辺部にリング状の弾性体を設け積層体の両
端部において積層体を締め付けている。
【００３９】本実施例では、中央シャフトからの皿バネ
による締め付けによって圧力分布が均一になって特性が
高くなったのに加え、連通孔により、流路閉塞による反
応面積の減少が抑制したことによって積層体内の特性の
ばらつきおよび平均セル特性ともに改善することができ
た。
による締め付けによって圧力分布が均一になって特性が
高くなったのに加え、連通孔により、流路閉塞による反
応面積の減少が抑制したことによって積層体内の特性の
ばらつきおよび平均セル特性ともに改善することができ
た。
【００４０】なお、上記図において、燃料流路および酸
化剤流路の数は、便宜上記載したもので、本発明の実施
例はこれに限定されるものではなく、また実施例に記し
た上記流路の数と必ずしも一致していない。
化剤流路の数は、便宜上記載したもので、本発明の実施
例はこれに限定されるものではなく、また実施例に記し
た上記流路の数と必ずしも一致していない。
【００４１】
【発明の効果】本発明の第１の燃料電池は、電解質膜を
燃料電極および酸化剤電極で狭持してなる単セルを、上
記燃料電極に燃料流体を供給する燃料流路と上記酸化剤
電極に酸化剤流体を供給する酸化剤流路とを備えたセパ
レータ板を介して、順次積層した積層体からなる燃料電
池において、上記セパレータ板の上記流路の途中部分
に、他のセパレータ板の同種流体の流路と連通する連通
孔を備え、上記燃料と酸化剤が反応する途中で上記連通
孔によって上記同種流体同士が合流するようにしたもの
で、安定して高い特性を得ることができる。
燃料電極および酸化剤電極で狭持してなる単セルを、上
記燃料電極に燃料流体を供給する燃料流路と上記酸化剤
電極に酸化剤流体を供給する酸化剤流路とを備えたセパ
レータ板を介して、順次積層した積層体からなる燃料電
池において、上記セパレータ板の上記流路の途中部分
に、他のセパレータ板の同種流体の流路と連通する連通
孔を備え、上記燃料と酸化剤が反応する途中で上記連通
孔によって上記同種流体同士が合流するようにしたもの
で、安定して高い特性を得ることができる。
【００４２】本発明の第２の燃料電池は、上記第１の燃
料電池において、セパレータ板における、連通孔よりも
下流側の流路の断面積が上流側の流路の断面積よりも小
さいもので、積層体での反応ガスの流速を安定して保つ
ことができるので、積層体のセル特性のばらつきが小さ
く、安定して高い特性を出すことができる。
料電池において、セパレータ板における、連通孔よりも
下流側の流路の断面積が上流側の流路の断面積よりも小
さいもので、積層体での反応ガスの流速を安定して保つ
ことができるので、積層体のセル特性のばらつきが小さ
く、安定して高い特性を出すことができる。
【００４３】本発明の第３の燃料電池は、上記第１また
は第２の燃料電池において、セパレータ板における、連
通孔よりも下流側の燃料流路を流れる燃料が供給される
燃料電極の面積が、上流側の燃料流路を流れる燃料が供
給される燃料電極の面積よりも小さいもので、各積層体
でほぼ均等に燃料が行き渡り、安定して高い特性を出す
ことができる。
は第２の燃料電池において、セパレータ板における、連
通孔よりも下流側の燃料流路を流れる燃料が供給される
燃料電極の面積が、上流側の燃料流路を流れる燃料が供
給される燃料電極の面積よりも小さいもので、各積層体
でほぼ均等に燃料が行き渡り、安定して高い特性を出す
ことができる。
【００４４】本発明の第４の燃料電池は、上記第１ない
し第３のいずれかの燃料電池において、セパレータ板に
おける、連通孔よりも下流側の燃料流路を、連通孔より
も下流側の酸化剤流路の投影面に配置したもので、安定
して高い特性を出すことができる。
し第３のいずれかの燃料電池において、セパレータ板に
おける、連通孔よりも下流側の燃料流路を、連通孔より
も下流側の酸化剤流路の投影面に配置したもので、安定
して高い特性を出すことができる。
【００４５】本発明の第５の燃料電池は、電解質膜を燃
料電極および酸化剤電極で狭持してなる単セルを、上記
燃料電極に燃料流体を供給する燃料流路と上記酸化剤電
極に酸化剤流体を供給する酸化剤流路とを備えたセパレ
ータ板を介して、順次積層した積層体からなる燃料電池
において、上記電極の面内重心位置に設け上記積層体を
貫通する貫通孔に、シャフトを挿入し、このシャフトの
周りに設け上記電極面積の２〜８割の断面積の弾性体を
介して、上記シャフトを軸として上記積層体の両端部間
に押しつけ面圧を与えて上記積層体を締め付けたもの
で、抵抗が小さくなり特性が向上する。
料電極および酸化剤電極で狭持してなる単セルを、上記
燃料電極に燃料流体を供給する燃料流路と上記酸化剤電
極に酸化剤流体を供給する酸化剤流路とを備えたセパレ
ータ板を介して、順次積層した積層体からなる燃料電池
において、上記電極の面内重心位置に設け上記積層体を
貫通する貫通孔に、シャフトを挿入し、このシャフトの
周りに設け上記電極面積の２〜８割の断面積の弾性体を
介して、上記シャフトを軸として上記積層体の両端部間
に押しつけ面圧を与えて上記積層体を締め付けたもの
で、抵抗が小さくなり特性が向上する。
【００４６】本発明の第６の燃料電池は、上記第５の燃
料電池において、上記セパレータ板の流路の途中部分
に、他のセパレータ板の同種流体の流路と連通した連通
孔を設けたもので、抵抗が小さくなり特性が向上し、安
定して高い特性を出すことができる。
料電池において、上記セパレータ板の流路の途中部分
に、他のセパレータ板の同種流体の流路と連通した連通
孔を設けたもので、抵抗が小さくなり特性が向上し、安
定して高い特性を出すことができる。
【００４７】本発明の第７の燃料電池は、上記第６の燃
料電池において、連通孔を電極の面内重心位置に設け、
積層体を貫通する貫通孔とするもので、締め付けシャフ
トの孔と連通孔を共有できるので構成が簡単になる。
料電池において、連通孔を電極の面内重心位置に設け、
積層体を貫通する貫通孔とするもので、締め付けシャフ
トの孔と連通孔を共有できるので構成が簡単になる。
【図１】 本発明の一実施例に係わるセパレータ板の平
面図である。
面図である。
【図２】 本発明の一実施例に係わるセパレータ板の平
面図である。
面図である。
【図３】 本発明の一実施例に係わるセパレータ板の平
面図である。
面図である。
【図４】 本発明の一実施例に係わるセパレータ板の平
面図である。
面図である。
【図５】 本発明の一実施例の燃料電池の斜視図であ
る。
る。
【図６】 本発明の一実施例に係わるセパレータ板の平
面図である。
面図である。
【図７】 本発明の一実施例に係わるセパレータ部分に
かかる面圧分布を示した説明図である。
かかる面圧分布を示した説明図である。
【図８】 比較のために示すセパレータ部分にかかる面
圧分布を示した説明図である。
圧分布を示した説明図である。
【図９】 本発明の一実施例に係わるセパレータ板の平
面図である。
面図である。
【図１０】 従来の燃料電池における単セルの概念的な
構成を説明するための断面図である。
構成を説明するための断面図である。
【図１１】 従来の燃料電池におけるセパレータ板の上
面を示す説明図である。
面を示す説明図である。
１，２，３１，５１，６１ セパレータ板、３ 酸化剤
電極、４ 燃料電極、５ 電解質膜、１０ 酸化剤流
路、１１、１１ａ〜１１ｊ 燃料流路、２２ 酸化剤供
給口、２３ 酸化剤排出口、２４ 燃料供給口、２５
燃料排出口、２６，２７ 連通孔、４１ 燃料電池、４
４ 弾性体、４５ シャフト、５２ 貫通孔。
電極、４ 燃料電極、５ 電解質膜、１０ 酸化剤流
路、１１、１１ａ〜１１ｊ 燃料流路、２２ 酸化剤供
給口、２３ 酸化剤排出口、２４ 燃料供給口、２５
燃料排出口、２６，２７ 連通孔、４１ 燃料電池、４
４ 弾性体、４５ シャフト、５２ 貫通孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 光田 憲朗 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 BB02 CC03 CC08 CX08 HH02
Claims (7)
- 【請求項１】 電解質膜を燃料電極および酸化剤電極で
狭持してなる単セルを、上記燃料電極に燃料流体を供給
する燃料流路と上記酸化剤電極に酸化剤流体を供給する
酸化剤流路とを備えたセパレータ板を介して、順次積層
した積層体からなる燃料電池において、上記セパレータ
板の上記流路の途中部分に、他のセパレータ板の同種流
体の流路と連通する連通孔を備え、上記燃料と酸化剤が
反応する途中で上記連通孔によって上記同種流体同士が
合流するようにしたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 セパレータ板において、連通孔よりも下
流側の流路の断面積が上流側の流路の断面積よりも小さ
いことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。 - 【請求項３】 セパレータ板において、連通孔よりも下
流側の燃料流路を流れる燃料が供給される燃料電極の面
積が、上流側の燃料流路を流れる燃料が供給される燃料
電極の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の燃料電池。 - 【請求項４】 セパレータ板において、連通孔よりも下
流側の燃料流路を、連通孔よりも下流側の酸化剤流路の
投影面に配置したことを特徴とする請求項１ないし請求
項３のいずれかに記載の燃料電池。 - 【請求項５】 電解質膜を燃料電極および酸化剤電極で
狭持してなる単セルを、上記燃料電極に燃料流体を供給
する燃料流路と上記酸化剤電極に酸化剤流体を供給する
酸化剤流路とを備えたセパレータ板を介して、順次積層
した積層体からなる燃料電池において、上記電極の面内
重心位置に設け上記積層体を貫通する貫通孔に、シャフ
トを挿入し、このシャフトの周りに設け上記電極面積の
２〜８割の断面積の弾性体を介して、上記シャフトを軸
として上記積層体の両端部間に押しつけ面圧を与えて上
記積層体を締め付けたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項６】 上記セパレータ板の流路の途中部分に、
他のセパレータ板の同種流体の流路と連通した連通孔を
設けたことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。 - 【請求項７】 連通孔を電極の面内重心位置に設け、積
層体を貫通する貫通孔とすることを特徴とする請求項６
に記載の燃料電池。
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