JP2001143734A - 燃料電池組立体 - Google Patents
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 還流燃料ガスの水分の結露をなくし、構造が
簡単で堅牢かつ安価な循環供給ポンプを有し、占有面積
が小さな燃料電池組立体を提供する。 【解決手段】 エンドプレート２０，９０、セパレータ
４０，７０、電極６４、電解質膜６１を積層して構成し
た燃料電池組立体１において、燃料電池組立体内に燃料
電極から排出される排出燃料ガスを還流させる排出燃料
ガス還流通路９４，７４，５４，４４、１４を一体に設
けるとともに、燃料ガス供給側エンドプレート１０に、
厚さ方向に貫通する燃料ガス供給穴１１と、排出燃料ガ
ス還流通路１４に連結した燃料ガス還流路１９と、燃料
ガス供給穴１１と燃料ガス還流路１９の合流点に燃料ガ
スによって駆動されるエゼクタを設け、外部から新たに
供給した供給燃料ガスに還流した排出燃料ガスを混合し
て燃料電池の燃料電極に供給する。
簡単で堅牢かつ安価な循環供給ポンプを有し、占有面積
が小さな燃料電池組立体を提供する。 【解決手段】 エンドプレート２０，９０、セパレータ
４０，７０、電極６４、電解質膜６１を積層して構成し
た燃料電池組立体１において、燃料電池組立体内に燃料
電極から排出される排出燃料ガスを還流させる排出燃料
ガス還流通路９４，７４，５４，４４、１４を一体に設
けるとともに、燃料ガス供給側エンドプレート１０に、
厚さ方向に貫通する燃料ガス供給穴１１と、排出燃料ガ
ス還流通路１４に連結した燃料ガス還流路１９と、燃料
ガス供給穴１１と燃料ガス還流路１９の合流点に燃料ガ
スによって駆動されるエゼクタを設け、外部から新たに
供給した供給燃料ガスに還流した排出燃料ガスを混合し
て燃料電池の燃料電極に供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車等の動
力源あるいは電源として用いる燃料電池組立体における
燃料ガスを循環する機構に関する。
力源あるいは電源として用いる燃料電池組立体における
燃料ガスを循環する機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、水素ガスを燃料として用いる燃料
電池においては、水素ガスを燃料電池の燃料電極に供給
し、燃料電極から排出される反応に寄与しなかった排出
水素ガスを再循環して再利用することが行われている。
燃料電池における水素ガスの循環方法として、特開平８
−１６２１３５号公報に示されるように、燃料ガス供給
ラインから供給される水素ガスの流れを利用してターボ
コンプレッサーを駆動し、このコンプレッサーによって
排ガスリサイクルガスを燃料電極に再度供給して、再利
用することが行われている。
電池においては、水素ガスを燃料電池の燃料電極に供給
し、燃料電極から排出される反応に寄与しなかった排出
水素ガスを再循環して再利用することが行われている。
燃料電池における水素ガスの循環方法として、特開平８
−１６２１３５号公報に示されるように、燃料ガス供給
ラインから供給される水素ガスの流れを利用してターボ
コンプレッサーを駆動し、このコンプレッサーによって
排ガスリサイクルガスを燃料電極に再度供給して、再利
用することが行われている。
【０００３】また、特開平９−２２７１４号公報には、
上述のようなターボコンプレッサーなどのポンプを使わ
ずに、燃料ガス供給回路から供給される燃料ガスの流れ
を利用したエゼクタを用いて燃料ガスを再循環させるこ
とが提案されている。この提案は、化学工場での副生水
素を精製して燃料として用いる燃料電池であって、リサ
イクル回路の配管やエゼクタを燃料電池と一体とするこ
とは考慮されておらず、これらの配管やエゼクタを設置
するスペースを減少させることについては、配慮されて
いなかった。
上述のようなターボコンプレッサーなどのポンプを使わ
ずに、燃料ガス供給回路から供給される燃料ガスの流れ
を利用したエゼクタを用いて燃料ガスを再循環させるこ
とが提案されている。この提案は、化学工場での副生水
素を精製して燃料として用いる燃料電池であって、リサ
イクル回路の配管やエゼクタを燃料電池と一体とするこ
とは考慮されておらず、これらの配管やエゼクタを設置
するスペースを減少させることについては、配慮されて
いなかった。
【０００４】上記のように、循環ポンプを使う従来技術
においては、エゼクタ、ターボコンプレッサなどのサブ
システムが占有するスペースが必要となり燃料電池シス
テム全体の占有面積が大きくなるとともに、高額で長納
期を必要とする防爆仕様を持つ外国製ポンプを購入する
必要があり、コストを押し上げていた。
においては、エゼクタ、ターボコンプレッサなどのサブ
システムが占有するスペースが必要となり燃料電池シス
テム全体の占有面積が大きくなるとともに、高額で長納
期を必要とする防爆仕様を持つ外国製ポンプを購入する
必要があり、コストを押し上げていた。
【０００５】さらに、このようなポンプは、水分や高温
水素ガスによって破損しやすいという問題を有してい
る。
水素ガスによって破損しやすいという問題を有してい
る。
【０００６】さらに、循環用配管ラインを燃料電池と分
離して設ける場合、システムの占有スペースが大きくな
るとともに、リサイクル回路用配管が外気に触れている
ことから、循環水素ガス中の水蒸気がリサイクル回路用
配管の周囲温度差によって冷やされて結露し、燃料電池
セル部に溜まってガスの流れを妨げて燃料電池の性能を
不安定にしたり、流量計や温度計の動作に悪影響を引き
起こすおそれがあった。
離して設ける場合、システムの占有スペースが大きくな
るとともに、リサイクル回路用配管が外気に触れている
ことから、循環水素ガス中の水蒸気がリサイクル回路用
配管の周囲温度差によって冷やされて結露し、燃料電池
セル部に溜まってガスの流れを妨げて燃料電池の性能を
不安定にしたり、流量計や温度計の動作に悪影響を引き
起こすおそれがあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術が有する問題を解決することを目的とし、具体的に
は、燃料電池の燃料電極から排出される排出燃料ガス
(オフガス)を還流して外部から新たに供給した水素リッ
チな燃料ガスに混合し、燃料電池の燃料電極に供給して
発電を行う燃料電池組立体において、前記排出燃料ガス
を燃料ガス供給側に還流する排出燃料ガス還流通路と、
排出燃料ガスを新鮮な燃料ガスに混合させて燃料電極に
供給するポンプを燃料電池に一体に組み込み、還流燃料
ガスの水分の結露をなくし、構造が簡単で堅牢かつ安価
な循環供給ポンプを有し、占有面積が小さな燃料電池組
立体を提供することを目的とする。
術が有する問題を解決することを目的とし、具体的に
は、燃料電池の燃料電極から排出される排出燃料ガス
(オフガス)を還流して外部から新たに供給した水素リッ
チな燃料ガスに混合し、燃料電池の燃料電極に供給して
発電を行う燃料電池組立体において、前記排出燃料ガス
を燃料ガス供給側に還流する排出燃料ガス還流通路と、
排出燃料ガスを新鮮な燃料ガスに混合させて燃料電極に
供給するポンプを燃料電池に一体に組み込み、還流燃料
ガスの水分の結露をなくし、構造が簡単で堅牢かつ安価
な循環供給ポンプを有し、占有面積が小さな燃料電池組
立体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、エンドプレート、セパレータ、電極、電
解質膜を積層して構成した燃料電池組立体において、燃
料電池組立体内に燃料電極から排出される排出燃料ガス
を還流させる排出燃料ガス還流通路を一体に設けるとと
もに、燃料ガス供給側エンドプレートの内部に前記還流
した排出燃料ガスを供給燃料ガスによって吸引駆動する
エゼクタを設け、外部から新たに供給した供給燃料ガス
に還流した排出燃料ガスを混合して燃料電池の燃料電極
に供給するようにした。
に、本発明は、エンドプレート、セパレータ、電極、電
解質膜を積層して構成した燃料電池組立体において、燃
料電池組立体内に燃料電極から排出される排出燃料ガス
を還流させる排出燃料ガス還流通路を一体に設けるとと
もに、燃料ガス供給側エンドプレートの内部に前記還流
した排出燃料ガスを供給燃料ガスによって吸引駆動する
エゼクタを設け、外部から新たに供給した供給燃料ガス
に還流した排出燃料ガスを混合して燃料電池の燃料電極
に供給するようにした。
【０００９】さらに、本発明は、上記燃料電池組立体に
おいて、燃料ガス供給側エンドプレートに、厚さ方向に
貫通する燃料ガス供給穴と、上記排出燃料ガス還流通路
に連結した燃料ガス還流路を設け、前記燃料ガス供給穴
と前記燃料ガス還流路の合流点に燃料ガスによって駆動
されるエゼクタを設けた。
おいて、燃料ガス供給側エンドプレートに、厚さ方向に
貫通する燃料ガス供給穴と、上記排出燃料ガス還流通路
に連結した燃料ガス還流路を設け、前記燃料ガス供給穴
と前記燃料ガス還流路の合流点に燃料ガスによって駆動
されるエゼクタを設けた。
【００１０】本発明は、上記燃料電池組立体において、
燃料ガス排出側エンドプレートに、厚さ方向に貫通する
燃料ガス排出穴と、該燃料ガス排出穴から分岐し、上記
排出燃料ガス還流通路に連通する燃料ガス還流路とを設
けた。
燃料ガス排出側エンドプレートに、厚さ方向に貫通する
燃料ガス排出穴と、該燃料ガス排出穴から分岐し、上記
排出燃料ガス還流通路に連通する燃料ガス還流路とを設
けた。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる燃料電池の
構成を図を用いて説明する。図１は、本発明にかかる燃
料電池組立体の構成を説明する分解斜視図である。
構成を図を用いて説明する。図１は、本発明にかかる燃
料電池組立体の構成を説明する分解斜視図である。
【００１２】本発明にかかる燃料電池組立体１は、燃料
ガス供給側エンドプレート１０と、燃料電極側端子板２
０と、冷却用板３０と、燃料ガス側セパレータ４０と、
電極・電解質膜複合体５０と、酸化剤ガス側セパレータ
７０と、酸化剤電極側端子板８０と、燃料ガス排出側エ
ンドプレート９０とを積層して構成される。
ガス供給側エンドプレート１０と、燃料電極側端子板２
０と、冷却用板３０と、燃料ガス側セパレータ４０と、
電極・電解質膜複合体５０と、酸化剤ガス側セパレータ
７０と、酸化剤電極側端子板８０と、燃料ガス排出側エ
ンドプレート９０とを積層して構成される。
【００１３】燃料ガス供給側エンドプレート１０は、燃
料電池組立体を締め付け固定する端部材であり、燃料ガ
スや冷却水が通過したり浸透したりしない金属もしくは
絶縁材料からなり、所定の厚みを有する板状に構成され
る。この燃料ガス供給側エンドプレート１０には、エン
ドプレートの厚み方向に貫通する燃料ガス供給穴１１
と、エンドプレートの厚み方向に貫通する酸化剤ガス
(空気)供給穴１２と、エンドプレートの厚み方向に貫通
する冷却媒体（水）供給穴１３と、燃料ガス還流穴１４
とが形成されるとともに、再循環燃料ガスを前記燃料ガ
ス供給穴１１に還流させる燃料ガス還流路１９が形成さ
れている。
料電池組立体を締め付け固定する端部材であり、燃料ガ
スや冷却水が通過したり浸透したりしない金属もしくは
絶縁材料からなり、所定の厚みを有する板状に構成され
る。この燃料ガス供給側エンドプレート１０には、エン
ドプレートの厚み方向に貫通する燃料ガス供給穴１１
と、エンドプレートの厚み方向に貫通する酸化剤ガス
(空気)供給穴１２と、エンドプレートの厚み方向に貫通
する冷却媒体（水）供給穴１３と、燃料ガス還流穴１４
とが形成されるとともに、再循環燃料ガスを前記燃料ガ
ス供給穴１１に還流させる燃料ガス還流路１９が形成さ
れている。
【００１４】燃料電極側端子板２０は、燃料電極から電
流を引き出す手段であり、導電性を有する金属から構成
される。燃料電極側端子板２０には、それぞれ端子板の
厚み方向に貫通する燃料ガス供給穴２１と、酸化剤ガス
供給穴２２と、冷却媒体供給穴３３と、燃料ガス還流穴
２４とが形成されている。
流を引き出す手段であり、導電性を有する金属から構成
される。燃料電極側端子板２０には、それぞれ端子板の
厚み方向に貫通する燃料ガス供給穴２１と、酸化剤ガス
供給穴２２と、冷却媒体供給穴３３と、燃料ガス還流穴
２４とが形成されている。
【００１５】冷却用板３０は、発電時に燃料電池に生じ
る熱を外部に排出する冷却手段として働く。冷却用板３
０には、それぞれ冷却用板の厚み方向に貫通する燃料ガ
ス供給穴３１と、酸化剤ガス供給穴３２と、冷却媒体供
給穴３３と、燃料ガス還流穴３４と、燃料ガス排出穴３
５と、酸化剤ガス排出穴３６と、冷却媒体排出穴３７が
設けられている。さらに、冷却用板３０には、冷却媒体
供給穴４３と冷却媒体排出穴３７との間を結ぶ例えば図
示したような形状の冷却媒体流通溝３８が形成されてい
る。
る熱を外部に排出する冷却手段として働く。冷却用板３
０には、それぞれ冷却用板の厚み方向に貫通する燃料ガ
ス供給穴３１と、酸化剤ガス供給穴３２と、冷却媒体供
給穴３３と、燃料ガス還流穴３４と、燃料ガス排出穴３
５と、酸化剤ガス排出穴３６と、冷却媒体排出穴３７が
設けられている。さらに、冷却用板３０には、冷却媒体
供給穴４３と冷却媒体排出穴３７との間を結ぶ例えば図
示したような形状の冷却媒体流通溝３８が形成されてい
る。
【００１６】燃料ガス側セパレータ４０は、燃料電極に
燃料ガスを供給するとともに燃料電極に接触して該電極
から電流を取り出す働きを有しており、導電性金属を用
いて形成される。燃料ガス側セパレータ４０には、それ
ぞれセパレータの厚み方向に貫通する燃料ガス供給穴４
１と、酸化剤ガス供給穴４２と、冷却媒体供給穴４３
と、燃料ガス還流穴４４と、燃料ガス排出穴４５と、酸
化剤ガス排出穴４６と、冷却媒体排出穴４７が設けられ
ている。さらに、燃料ガス側セパレータ４０の燃料電極
側の面には、燃料ガス供給穴４１と燃料ガス排出穴４５
との間を結ぶ例えば図示したような形状の燃料ガス流通
溝４８が形成されている。
燃料ガスを供給するとともに燃料電極に接触して該電極
から電流を取り出す働きを有しており、導電性金属を用
いて形成される。燃料ガス側セパレータ４０には、それ
ぞれセパレータの厚み方向に貫通する燃料ガス供給穴４
１と、酸化剤ガス供給穴４２と、冷却媒体供給穴４３
と、燃料ガス還流穴４４と、燃料ガス排出穴４５と、酸
化剤ガス排出穴４６と、冷却媒体排出穴４７が設けられ
ている。さらに、燃料ガス側セパレータ４０の燃料電極
側の面には、燃料ガス供給穴４１と燃料ガス排出穴４５
との間を結ぶ例えば図示したような形状の燃料ガス流通
溝４８が形成されている。
【００１７】電極・電解質膜複合体５０は、燃料電極と
電解質膜と酸化剤電極を積層した複合体として構成され
る。電極・電解質膜複合体５０は、電解質膜６１の一方
の面に燃料電極用開口５８を設けた燃料電極側ガスケッ
ト６２を、他方の面に酸化剤電極用開口を設けた酸化剤
電極側ガスケット６３を積層して構成される。電極・電
解質膜複合体５０には、それぞれ電極・電解質膜複合体
の厚み方向に貫通する燃料ガス供給穴５１と、酸化剤ガ
ス供給穴５２と、冷却媒体供給穴５３と、燃料ガス還流
穴５４と、燃料ガス排出穴５５と、酸化剤ガス排出穴５
６と、冷却媒体排出穴５７が設けられている。
電解質膜と酸化剤電極を積層した複合体として構成され
る。電極・電解質膜複合体５０は、電解質膜６１の一方
の面に燃料電極用開口５８を設けた燃料電極側ガスケッ
ト６２を、他方の面に酸化剤電極用開口を設けた酸化剤
電極側ガスケット６３を積層して構成される。電極・電
解質膜複合体５０には、それぞれ電極・電解質膜複合体
の厚み方向に貫通する燃料ガス供給穴５１と、酸化剤ガ
ス供給穴５２と、冷却媒体供給穴５３と、燃料ガス還流
穴５４と、燃料ガス排出穴５５と、酸化剤ガス排出穴５
６と、冷却媒体排出穴５７が設けられている。
【００１８】燃料電極側ガスケット６２には、燃料電極
用開口５８が設けられ、この開口に燃料電極６４が形成
されている。同様に酸化剤電極側ガスケット６３には、
図示されない酸化剤電極用開口が設けられこの開口に図
示されない酸化剤電極が形成されている。
用開口５８が設けられ、この開口に燃料電極６４が形成
されている。同様に酸化剤電極側ガスケット６３には、
図示されない酸化剤電極用開口が設けられこの開口に図
示されない酸化剤電極が形成されている。
【００１９】酸化剤ガス側セパレータ７０は、酸化剤電
極に酸化剤ガスを供給するとともに酸化剤電極に接触し
て該電極から電流を取り出す働きを有しており、導電性
金属を用いて形成される。酸化剤ガス側セパレータ７０
には、それぞれセパレータの厚み方向に貫通する燃料ガ
ス供給穴７１と、酸化剤ガス供給穴７２と、冷却媒体供
給穴７３と、燃料ガス還流穴７４と、燃料ガス排出穴７
５と、酸化剤ガス排出穴７６と、冷却媒体排出穴７７が
設けられている。さらに、酸化剤ガス側セパレータ７０
の酸化剤電極側の面には、酸化剤ガス供給穴７２と酸化
剤ガス排出穴７６との間を結ぶ例えば図示したような形
状の酸化剤ガス流通溝７が形成されている。
極に酸化剤ガスを供給するとともに酸化剤電極に接触し
て該電極から電流を取り出す働きを有しており、導電性
金属を用いて形成される。酸化剤ガス側セパレータ７０
には、それぞれセパレータの厚み方向に貫通する燃料ガ
ス供給穴７１と、酸化剤ガス供給穴７２と、冷却媒体供
給穴７３と、燃料ガス還流穴７４と、燃料ガス排出穴７
５と、酸化剤ガス排出穴７６と、冷却媒体排出穴７７が
設けられている。さらに、酸化剤ガス側セパレータ７０
の酸化剤電極側の面には、酸化剤ガス供給穴７２と酸化
剤ガス排出穴７６との間を結ぶ例えば図示したような形
状の酸化剤ガス流通溝７が形成されている。
【００２０】酸化剤電極側端子板８０は、酸化剤電極か
ら電流を引き出す手段であり、導電性を有する金属から
構成される。酸化剤電極側端子板８０には、それぞれ端
子板の厚み方向に貫通する燃料ガス還流穴８４と、燃料
ガス排出穴８５と、酸化剤ガス排出穴８６と、冷却媒体
排出穴８７とが形成されている。
ら電流を引き出す手段であり、導電性を有する金属から
構成される。酸化剤電極側端子板８０には、それぞれ端
子板の厚み方向に貫通する燃料ガス還流穴８４と、燃料
ガス排出穴８５と、酸化剤ガス排出穴８６と、冷却媒体
排出穴８７とが形成されている。
【００２１】燃料ガス排出側エンドプレート９０は、燃
料電池組立体を締め付け固定する端部材であり、燃料ガ
スや冷却水が通過したり浸透したりしない金属もしくは
絶縁材料からなり、所定の厚みを有する板状に構成され
る。この燃料ガス排出側エンドプレート９０には、エン
ドプレートの厚み方向に貫通する燃料ガス排出穴９５
と、エンドプレートの厚み方向に貫通する酸化剤ガス排
出穴９６と、エンドプレートの厚み方向に貫通する冷却
媒体排出穴９７が設けられるとともに、燃料電池から排
出される燃料ガスを燃料ガス排出穴８５から分岐して燃
料ガス還流穴９４に還流させる還流路９９とが形成され
ている。
料電池組立体を締め付け固定する端部材であり、燃料ガ
スや冷却水が通過したり浸透したりしない金属もしくは
絶縁材料からなり、所定の厚みを有する板状に構成され
る。この燃料ガス排出側エンドプレート９０には、エン
ドプレートの厚み方向に貫通する燃料ガス排出穴９５
と、エンドプレートの厚み方向に貫通する酸化剤ガス排
出穴９６と、エンドプレートの厚み方向に貫通する冷却
媒体排出穴９７が設けられるとともに、燃料電池から排
出される燃料ガスを燃料ガス排出穴８５から分岐して燃
料ガス還流穴９４に還流させる還流路９９とが形成され
ている。
【００２２】上記した冷却用板３０と、燃料ガス側セパ
レータ４０と、電極・電解質膜複合体５０と、酸化剤ガ
ス側セパレータ７０とを積層して単位セルが構成され
る。この単位セルを複数個積層して所望の出力電圧有す
るセルを形成し、このセルの両端に、燃料ガス供給側エ
ンドプレート１０および燃料電極側端子板２０と、酸化
剤電極側端子板８０および燃料ガス排出側エンドプレー
ト９０とを積層して燃料電池スタックが組み立てられ
る。
レータ４０と、電極・電解質膜複合体５０と、酸化剤ガ
ス側セパレータ７０とを積層して単位セルが構成され
る。この単位セルを複数個積層して所望の出力電圧有す
るセルを形成し、このセルの両端に、燃料ガス供給側エ
ンドプレート１０および燃料電極側端子板２０と、酸化
剤電極側端子板８０および燃料ガス排出側エンドプレー
ト９０とを積層して燃料電池スタックが組み立てられ
る。
【００２３】燃料ガス供給穴１１、２１、３１、４１、
５１、７１で、燃料ガス供給通路を形成する。燃料ガス
排出穴３５、４５、５５、７５、８５、９５で燃料ガス
排出通路を形成する。同様に、酸化剤ガス供給穴１２、
２２、３２、４２、５２、７２で、酸化剤ガス供給通路
を形成する。酸化剤ガス排出穴３６、４６、５６、７
６、８６、９６で燃料ガス排出通路を形成する。同様
に、冷却媒体供給穴１３、２３、３３、４３、５３、７
３で、燃料ガス供給通路を形成する。冷却媒体排出穴３
７、４７、５７、７７、８７、９７で冷却媒体排出通路
を形成する。
５１、７１で、燃料ガス供給通路を形成する。燃料ガス
排出穴３５、４５、５５、７５、８５、９５で燃料ガス
排出通路を形成する。同様に、酸化剤ガス供給穴１２、
２２、３２、４２、５２、７２で、酸化剤ガス供給通路
を形成する。酸化剤ガス排出穴３６、４６、５６、７
６、８６、９６で燃料ガス排出通路を形成する。同様
に、冷却媒体供給穴１３、２３、３３、４３、５３、７
３で、燃料ガス供給通路を形成する。冷却媒体排出穴３
７、４７、５７、７７、８７、９７で冷却媒体排出通路
を形成する。
【００２４】燃料ガス排出側エンドプレート９０の燃料
ガス排出穴９５から分岐した燃料ガス還流路９９、燃料
ガス還流穴８４、７４、５４、３４、２４、１４、燃料
ガス還流路１９で燃料ガス還流通路を形成する。
ガス排出穴９５から分岐した燃料ガス還流路９９、燃料
ガス還流穴８４、７４、５４、３４、２４、１４、燃料
ガス還流路１９で燃料ガス還流通路を形成する。
【００２５】燃料ガス供給側エンドプレート１０の燃料
ガス供給穴１１から供給された燃料ガスは、燃料電池ス
タックに形成された燃料ガス供給通路を介して燃料ガス
側セパレータ４０の燃料ガス流通溝４８から燃料電極６
４に供給されて発電に寄与して消費される。ここで発電
に関与しなかった残りの燃料ガス(オフガス)は、燃料ガ
ス排出穴４５を経由してエンドプレート９０の燃料ガス
排出穴９５から一部が排出され、不純物を外部に搬出す
る。燃料ガス排出側エンドプレート９０に到達した燃料
ガスの残りの部分は、燃料ガス排出穴９５に連通する燃
料ガス還流路９９を介して燃料ガス還流穴９４へ供給さ
れ、燃料電池スタックに形成された還流通路を介して燃
料ガス供給側エンドプレート１０の燃料ガス還流穴１４
へ還流され、燃料ガス供給穴１１に再循環される。
ガス供給穴１１から供給された燃料ガスは、燃料電池ス
タックに形成された燃料ガス供給通路を介して燃料ガス
側セパレータ４０の燃料ガス流通溝４８から燃料電極６
４に供給されて発電に寄与して消費される。ここで発電
に関与しなかった残りの燃料ガス(オフガス)は、燃料ガ
ス排出穴４５を経由してエンドプレート９０の燃料ガス
排出穴９５から一部が排出され、不純物を外部に搬出す
る。燃料ガス排出側エンドプレート９０に到達した燃料
ガスの残りの部分は、燃料ガス排出穴９５に連通する燃
料ガス還流路９９を介して燃料ガス還流穴９４へ供給さ
れ、燃料電池スタックに形成された還流通路を介して燃
料ガス供給側エンドプレート１０の燃料ガス還流穴１４
へ還流され、燃料ガス供給穴１１に再循環される。
【００２６】このようにして、燃料電池スタック内に燃
料ガス還流通路を形成することができるので、還流通路
を外部に設けなくても好く、占有面積の小さな燃料電池
を構成することができる。また、燃料ガス還流通路が燃
料電池スタック内に設けられるので、燃料ガス還流通路
の温度を燃料電池の温度とほぼ同じに保つことができ、
燃料ガス内の水分が結露することによる問題は生じなく
なる。
料ガス還流通路を形成することができるので、還流通路
を外部に設けなくても好く、占有面積の小さな燃料電池
を構成することができる。また、燃料ガス還流通路が燃
料電池スタック内に設けられるので、燃料ガス還流通路
の温度を燃料電池の温度とほぼ同じに保つことができ、
燃料ガス内の水分が結露することによる問題は生じなく
なる。
【００２７】還流した燃料ガスを燃料ガス供給通路に再
循環させるポンプの構成を図２を用いて説明する。図２
は、燃料ガス供給側エンドプレート１０の燃料ガス還流
路１９の部分で切断した形状を示す断面図であり、図２
(Ａ)は、再循環ポンプを１段とした場合の構成を模式的
に示し、図２（Ｂ）は再循環ポンプを多段とした場合の
構成を模式的に示している。
循環させるポンプの構成を図２を用いて説明する。図２
は、燃料ガス供給側エンドプレート１０の燃料ガス還流
路１９の部分で切断した形状を示す断面図であり、図２
(Ａ)は、再循環ポンプを１段とした場合の構成を模式的
に示し、図２（Ｂ）は再循環ポンプを多段とした場合の
構成を模式的に示している。
【００２８】図２(Ａ)に示すように、燃料ガス供給側エ
ンドプレート１０の燃料ガス供給穴１１と燃料ガス還流
路１９が合流点には、エゼクタ１１０が形成されてお
り、ノズル１１から膨張空間１１３に高速で噴出する燃
料ガスによって燃料ガス還流路１９内の還流燃料ガス
が、スリット１１２から吸引されて燃料ガス供給通路に
供給され再循環される。この構成によれば、エゼクタを
燃料ガス供給側エンドプレート１０内に構成することが
でき、装置全体の占有面積を増大させないですむ。
ンドプレート１０の燃料ガス供給穴１１と燃料ガス還流
路１９が合流点には、エゼクタ１１０が形成されてお
り、ノズル１１から膨張空間１１３に高速で噴出する燃
料ガスによって燃料ガス還流路１９内の還流燃料ガス
が、スリット１１２から吸引されて燃料ガス供給通路に
供給され再循環される。この構成によれば、エゼクタを
燃料ガス供給側エンドプレート１０内に構成することが
でき、装置全体の占有面積を増大させないですむ。
【００２９】図２(Ｂ)に示すように、ノズル１１１を多
段に設けることによって、還流ガスを再循環させる効率
を上げることができる。
段に設けることによって、還流ガスを再循環させる効率
を上げることができる。
【００３０】以上の説明では、燃料電池組立体に燃料ガ
スの還流通路を組み込んで設けるとともに、燃料ガス供
給側エンドプレート１０内に燃料ガス供給穴１１と燃料
ガス還流路１９との合流点を設けこの合流点にエゼクタ
を設けた例を説明したが、燃料電極側端子板２０と燃料
ガス供給側エンドプレート１０との間に、燃料ガス加湿
段を積層して燃料ガス加湿手段を一体化した燃料電池組
立体を構成し、この燃料ガス加湿手段にも燃料ガス還流
通路を構成するとともに、燃料ガス加湿手段に供給され
る燃料ガスにオフガスを還流させるようにしてもよい。
スの還流通路を組み込んで設けるとともに、燃料ガス供
給側エンドプレート１０内に燃料ガス供給穴１１と燃料
ガス還流路１９との合流点を設けこの合流点にエゼクタ
を設けた例を説明したが、燃料電極側端子板２０と燃料
ガス供給側エンドプレート１０との間に、燃料ガス加湿
段を積層して燃料ガス加湿手段を一体化した燃料電池組
立体を構成し、この燃料ガス加湿手段にも燃料ガス還流
通路を構成するとともに、燃料ガス加湿手段に供給され
る燃料ガスにオフガスを還流させるようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、本発明は、エンドプレー
ト、セパレータ、電極、電解質膜を積層して構成した燃
料電池組立体において、燃料電池組立体内に燃料電極か
ら排出される排出燃料ガスを還流させる排出燃料ガス還
流通路を一体に設けるとともに、燃料ガス供給側エンド
プレートの内部に前記還流した排出燃料ガスを供給燃料
ガスによって吸引駆動するエゼクタを設け、外部から新
たに供給した水素リッチな供給燃料ガスに還流した排出
燃料ガスを混合して燃料電池の燃料電極に供給するよう
にしたので、排出燃料ガス還流通路の温度を燃料電池本
体とほぼ同様に保ことができるので、循環供給される燃
料ガス中の水分の結露をなくすことができるとともに、
装置全体の占有面積の増大を防ぐことができる。
ト、セパレータ、電極、電解質膜を積層して構成した燃
料電池組立体において、燃料電池組立体内に燃料電極か
ら排出される排出燃料ガスを還流させる排出燃料ガス還
流通路を一体に設けるとともに、燃料ガス供給側エンド
プレートの内部に前記還流した排出燃料ガスを供給燃料
ガスによって吸引駆動するエゼクタを設け、外部から新
たに供給した水素リッチな供給燃料ガスに還流した排出
燃料ガスを混合して燃料電池の燃料電極に供給するよう
にしたので、排出燃料ガス還流通路の温度を燃料電池本
体とほぼ同様に保ことができるので、循環供給される燃
料ガス中の水分の結露をなくすことができるとともに、
装置全体の占有面積の増大を防ぐことができる。
【００３２】また、本発明は、上記燃料電池組立体にお
いて、燃料ガス供給側エンドプレートに、厚さ方向に貫
通する燃料ガス供給穴と、上記排出燃料ガス還流通路に
連結した燃料ガス還流路を設け、前記燃料ガス供給穴と
前記燃料ガス還流路の合流点に燃料ガスによって駆動さ
れるエゼクタを設けたので、簡単な構成で、かつ堅牢で
安価な燃料ガス循環供給ポンプとすることができるとと
もに、該ポンプを設けることによる占有面積の増大を大
幅に押さえることができる。
いて、燃料ガス供給側エンドプレートに、厚さ方向に貫
通する燃料ガス供給穴と、上記排出燃料ガス還流通路に
連結した燃料ガス還流路を設け、前記燃料ガス供給穴と
前記燃料ガス還流路の合流点に燃料ガスによって駆動さ
れるエゼクタを設けたので、簡単な構成で、かつ堅牢で
安価な燃料ガス循環供給ポンプとすることができるとと
もに、該ポンプを設けることによる占有面積の増大を大
幅に押さえることができる。
【００３３】さらに、本発明は、上記燃料電池組立体に
おいて、燃料ガス排出側エンドプレートに、厚さ方向に
貫通する燃料ガス排出穴と、該燃料ガス排出穴から分岐
し、上記排出燃料ガス還流通路に連通する燃料ガス還流
路とを設けたので燃料電池組立体内で排出燃料ガスを還
流させることができる。
おいて、燃料ガス排出側エンドプレートに、厚さ方向に
貫通する燃料ガス排出穴と、該燃料ガス排出穴から分岐
し、上記排出燃料ガス還流通路に連通する燃料ガス還流
路とを設けたので燃料電池組立体内で排出燃料ガスを還
流させることができる。
【図１】本発明にかかる燃料電池組立体の構成を示す分
解斜視図。
解斜視図。
【図２】本発明にかかる燃料電池組立体に設けるエゼク
タの構成を模式的に説明する断面図。
タの構成を模式的に説明する断面図。
１ 燃料電池組立体 １０ 燃料ガス供給側エンドプレート １１ 燃料ガス供給穴 １２ 酸化剤ガス供給穴 １３ 冷却媒体供給穴 １４ 燃料ガス還流穴 １９ 燃料ガス還流路 ２０ 燃料電極側端子板 ２１ 燃料ガス供給穴 ２２ 酸化剤ガス供給穴 ２４ 燃料ガス還流穴 ３０ 冷却用板 ３１ 燃料ガス供給穴 ３２ 酸化剤ガス供給穴 ３３ 冷却媒体供給穴 ３４ 燃料ガス還流穴 ３５ 燃料ガス排出穴 ３６ 酸化剤ガス排出穴 ３７ 冷却媒体排出穴 ３８ 冷却媒体流通溝 ４０ 燃料ガス側セパレータ ４１ 燃料ガス供給穴 ４２ 酸化剤ガス供給穴 ４３ 冷却媒体供給穴 ４４ 燃料ガス還流穴 ４５ 燃料ガス排出穴 ４６ 酸化剤ガス排出穴 ４７ 冷却媒体排出穴 ４８ 燃料ガス流通溝 ５０ 電極・電解質膜複合体 ５１ 燃料ガス供給穴 ５２ 酸化剤ガス供給穴 ５３ 冷却媒体供給穴 ５４ 燃料ガス還流穴 ５５ 燃料ガス排出穴 ５６ 酸化剤ガス排出穴 ５７ 冷却媒体排出穴 ５８ 燃料電極用開口 ６１ 電解質膜 ６２ 燃料電極側ガスケット ６３ 酸化剤電極側ガスケット ６４ 燃料電極 ７０ 酸化剤ガス側セパレータ ７１ 燃料ガス供給穴 ７２ 酸化剤ガス供給穴 ７３ 冷却媒体供給穴 ７４ 燃料ガス還流穴 ７５ 燃料ガス排出穴 ７６ 酸化剤ガス排出穴 ７７ 冷却媒体排出穴 ８０ 酸化剤電極側端子板 ８４ 燃料ガス還流穴 ８５ 燃料ガス排出穴 ８６ 酸化剤ガス排出穴 ８７ 冷却媒体排出穴 ９０ エンドプレート ９０ 燃料ガス排出側エンドプレート ９４ 燃料ガス還流穴 ９５ 燃料ガス排出穴 ９６ 酸化剤ガス排出穴 ９７ 冷却媒体排出穴 ９９ 燃料ガス還流路 １１０ エゼクタ １１１ ノズル １１２ スリット １１３ 膨張空間
Claims (3)
- 【請求項１】 エンドプレート、セパレータ、電極、電
解質膜を積層して構成した燃料電池組立体において、燃
料電池組立体内に燃料電極から排出される排出燃料ガス
を還流させる排出燃料ガス還流通路を一体に設けるとと
もに、燃料ガス供給側エンドプレートの内部に前記還流
した排出燃料ガスを供給燃料ガスによって吸引駆動する
エゼクタを設け、外部から新たに供給した供給燃料ガス
に還流した排出燃料ガスを混合して燃料電池の燃料電極
に供給するようにした燃料電池組立体。 - 【請求項２】 燃料ガス供給側エンドプレートに、厚さ
方向に貫通する燃料ガス供給穴と、上記排出燃料ガス還
流通路に連結した燃料ガス還流路を設け、前記燃料ガス
供給穴と前記燃料ガス還流路の合流点に燃料ガスによっ
て駆動されるエゼクタを設けた請求項１に記載の燃料電
池組立体。 - 【請求項３】 燃料ガス排出側エンドプレートに、厚さ
方向に貫通する燃料ガス排出穴と、該燃料ガス排出穴か
ら分岐し、上記排出燃料ガス還流通路に連通する燃料ガ
ス還流路とを設けた請求項２に記載の燃料電池組立体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32214499A JP4292656B2 (ja) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | 燃料電池組立体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32214499A JP4292656B2 (ja) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | 燃料電池組立体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001143734A true JP2001143734A (ja) | 2001-05-25 |
| JP4292656B2 JP4292656B2 (ja) | 2009-07-08 |
Family
ID=18140428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32214499A Expired - Fee Related JP4292656B2 (ja) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | 燃料電池組立体 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4292656B2 (ja) |
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-
1999
- 1999-11-12 JP JP32214499A patent/JP4292656B2/ja not_active Expired - Fee Related
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