JP2002050389A - Fuel cell stack and its operating method - Google Patents

Fuel cell stack and its operating method

Info

Publication number
JP2002050389A
JP2002050389A JP2000234901A JP2000234901A JP2002050389A JP 2002050389 A JP2002050389 A JP 2002050389A JP 2000234901 A JP2000234901 A JP 2000234901A JP 2000234901 A JP2000234901 A JP 2000234901A JP 2002050389 A JP2002050389 A JP 2002050389A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
gas
cell stack
manifold
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000234901A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidemitsu Ono
秀光 小野
Yosuke Fujii
洋介 藤井
Yoshinori Wariishi
義典 割石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2000234901A priority Critical patent/JP2002050389A/en
Publication of JP2002050389A publication Critical patent/JP2002050389A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively reduce the area of seal portion by installing the inner manifold inside the electrode face. SOLUTION: The fuel cell stack comprises a single first opening 28 which constitutes an inner manifold 17 that is formed inside the electrode face of the unit fuel cell 12, single second openings 32a, 32b which are formed corresponding to the first opening 28 on the face of the first and second separator 14, 16, and a partition member 36 on which six manifolds are formed by being inserted integrally in the first and second openings 28, 32a, 32b.

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
膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成さ
れる単位燃料電池セルが、セパレータを介して複数個積
層された燃料電池スタックおよびその運転方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell stack in which a plurality of unit fuel cells each comprising a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode are stacked via a separator. It relates to the driving method.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、固体高分子型燃料電池は、高分
子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質膜の
両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を
対設して構成された単位燃料電池セルを、セパレータに
よって挟持することにより構成されている。この固体高
分子型燃料電池は、通常、単位燃料電池セルおよびセパ
レータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタ
ックとして使用されている。
2. Description of the Related Art For example, a polymer electrolyte fuel cell is a unit in which an anode electrode and a cathode electrode are opposed to each other on both sides of an electrolyte membrane composed of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). The fuel cell is constituted by sandwiching the fuel cell between separators. This polymer electrolyte fuel cell is usually used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of unit fuel cells and separators.

【0003】この種の燃料電池スタックにおいて、アノ
ード側電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガ
スは、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿され
た電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。そ
の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気
エネルギとして利用される。カソード側電極には、酸化
剤ガス、例えば、酸素含有ガスあるいは空気が供給され
ているため、このカソード側電極において、前記水素イ
オン、前記電子および酸素ガスが反応して水が生成され
る。
In this type of fuel cell stack, a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, supplied to an anode electrode is hydrogen-ionized on a catalyst electrode, and is humidified through a moderately humidified electrolyte membrane. Move to. The electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy. Since an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas or air is supplied to the cathode side electrode, the hydrogen ions, the electrons, and the oxygen gas react with each other to generate water at the cathode side electrode.

【0004】ところで、上記の燃料電池スタックでは、
セパレータに発電面の外方に位置して複数、例えば、6
つの通路を積層方向に貫通し、供給側の前記通路に燃料
ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体を導入する一方、各単
位燃料電池セルを連通した未使用の燃料ガス、酸化剤ガ
スおよび冷却に使用された冷却媒体が出口側の前記通路
に排出される内部マニホールド構造が採用されている。
By the way, in the above fuel cell stack,
A plurality of, for example, 6
The fuel gas, the oxidizing gas, and the cooling medium are introduced through the two passages in the stacking direction, and the fuel gas, the oxidizing gas, and the cooling medium are introduced into the passage on the supply side. An internal manifold structure is employed in which the cooled cooling medium is discharged to the passage on the outlet side.

【0005】その際、セパレータの外周端縁側に設けら
れている各通路をシールする必要があり、このシール部
分が相当に大きなものになるとともに、前記外周端縁が
不使用領域となっている。これにより、セパレータの電
極利用率を上げることが困難になり、燃料電池スタック
全体を有効に小型化することができないという不具合が
ある。
[0005] At this time, it is necessary to seal each passage provided on the outer peripheral edge side of the separator. This seal portion is considerably large, and the outer peripheral edge is an unused area. As a result, it becomes difficult to increase the electrode utilization rate of the separator, and there is a problem that the entire fuel cell stack cannot be effectively reduced in size.

【0006】そこで、例えば、特開平8−45520号
公報や米国特許第5,484,666号公報に開示され
ているように、アノード側電極およびカソード側電極の
電極面内に燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体を積層
方向に流すための複数の開口部を設けるとともに、セパ
レータ面内にも前記開口部に対応する複数の開口部を形
成し、これらの開口部を連通して内部マニホールドを構
成する技術が知られている。
Therefore, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-45520 and US Pat. No. 5,484,666, a fuel gas and an oxidizing agent are formed in the electrode surfaces of the anode electrode and the cathode electrode. A plurality of openings for flowing the gas and the cooling medium in the laminating direction are provided, and a plurality of openings corresponding to the openings are formed also in the separator surface, and these openings communicate with each other to form an internal manifold. Techniques for doing so are known.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各従来技術では、電極面内に3つの流体(燃料ガス、酸
化剤ガスおよび冷却媒体)の入口用開口部と出口用開口
部とを含む6つの開口部がそれぞれ独立して形成されて
いる。このため、電極面内に6つの開口部に対応して6
つのシールが必要となり、シール部分の面積が大きなも
のとなってしまう。これにより、燃料電池スタック全体
の小型化を図ることが困難になるという問題が指摘され
ている。
However, in each of the above-mentioned prior arts, an opening for inlet and an outlet for outlet of three fluids (fuel gas, oxidizing gas and cooling medium) are included in the electrode surface. The two openings are independently formed. For this reason, in the electrode plane, 6
One seal is required, and the area of the seal portion becomes large. As a result, it has been pointed out that it is difficult to reduce the size of the entire fuel cell stack.

【0008】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、電極面内に設けられた内部マニホールドのシール部
分の面積を有効に低減し、簡単な構成で容易に小型化を
図ることが可能な燃料電池スタックおよびその運転方法
を提供することを目的とする。
The present invention solves this kind of problem, and can effectively reduce the area of the seal portion of the internal manifold provided in the electrode surface, and can easily achieve miniaturization with a simple configuration. It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack and an operation method thereof.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
燃料電池スタックでは、固体高分子電解質膜とアノード
側電極およびカソード側電極とにより構成される単位燃
料電池セルの電極面内に、単一の第1開口部が形成され
るとともに、セパレータの面内に前記第1開口部に対応
して単一の第2開口部が形成され、前記第1および第2
開口部により構成される単一の連通孔に区画部材が一体
的に挿入される。このため、区画部材に設けられた仕切
り部を介して6つのマニホールド部が形成されており、
各マニホールド部は、燃料ガスの供給用、前記燃料ガス
の排出用、酸化剤ガスの供給用、前記酸化剤ガスの排出
用、冷却媒体の供給用および前記冷却媒体の排出用とし
て使用される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack comprising: a solid polymer electrolyte membrane; A single first opening is formed, and a single second opening is formed in the plane of the separator corresponding to the first opening, and the first and second openings are formed.
The partition member is integrally inserted into a single communication hole formed by the opening. For this reason, six manifold parts are formed via the partition part provided in the partition member,
Each of the manifold sections is used for supplying a fuel gas, discharging the fuel gas, supplying an oxidizing gas, discharging the oxidizing gas, supplying a cooling medium, and discharging the cooling medium.

【0010】このように、電極面内には内部マニホール
ドを構成する単一の連通孔のみが形成されている。従っ
て、この連通孔のシールが1箇所でよく、シール部分の
面積を大幅に低減することができる。しかも、第1およ
び第2開口部に仕切り部を有する区画部材を挿入するだ
けでよく、構成が複雑化することがない。
As described above, only a single communication hole constituting the internal manifold is formed in the electrode surface. Therefore, only one seal is required for the communication hole, and the area of the seal portion can be significantly reduced. Moreover, it is only necessary to insert the partition member having the partition into the first and second openings, and the configuration is not complicated.

【0011】また、本発明の請求項2に係る燃料電池ス
タックでは、燃料ガスまたは酸化剤ガス供給用の供給マ
ニホールド部が、前記燃料ガスまたは前記酸化剤ガス排
出用の排出マニホールド部に隣接して設定されるととも
に、前記供給マニホールド部と前記排出マニホールド部
とを仕切る仕切り部が、水分透過性部材で構成されてい
る。
In the fuel cell stack according to a second aspect of the present invention, the supply manifold for supplying the fuel gas or the oxidizing gas is adjacent to the discharge manifold for discharging the fuel gas or the oxidizing gas. The partition, which is set and separates the supply manifold from the discharge manifold, is composed of a moisture-permeable member.

【0012】従って、排出マニホールド部を流れる排出
燃料ガスまたは排出酸化剤ガスに含まれる生成水を、供
給マニホールド部を流れる燃料ガスまたは酸化剤ガスに
円滑に供給し、前記燃料ガスまたは前記酸化剤ガスを確
実に加湿することができる。これにより、燃料電池スタ
ックの外部で燃料ガスまたは酸化剤ガスを加湿するため
の加湿装置を有効に小型化し、あるいは前記加湿装置を
廃止することが可能になる。
Therefore, the generated water contained in the discharged fuel gas or the oxidized gas flowing through the discharge manifold section is smoothly supplied to the fuel gas or the oxidized gas flowing through the supply manifold section, and the fuel gas or the oxidized gas is discharged. Can be reliably humidified. This makes it possible to effectively reduce the size of the humidifying device for humidifying the fuel gas or the oxidizing gas outside the fuel cell stack, or to eliminate the humidifying device.

【0013】さらに、本発明の請求項3に係る燃料電池
スタックでは、燃料ガスおよび酸化剤ガス供給用の供給
マニホールド部が、冷却媒体供給用の供給マニホールド
部に隣接するとともに、前記燃料ガスおよび前記酸化剤
ガス排出用の排出マニホールド部が、前記冷却媒体排出
用の排出マニホールド部に隣接して設定されている。
Further, in the fuel cell stack according to claim 3 of the present invention, the supply manifold for supplying the fuel gas and the oxidizing gas is adjacent to the supply manifold for supplying the cooling medium, A discharge manifold for discharging the oxidizing gas is set adjacent to the discharge manifold for discharging the cooling medium.

【0014】このように、単位燃料電池セルの冷却に使
用されて温度が上昇した冷却媒体が、前記単位燃料電池
セルから排出された燃料ガスおよび酸化剤ガスに近接し
て流れる。従って、排出マニホールド部を流れる排出燃
料ガスおよび排出酸化剤ガスの温度が高く維持されるこ
とになり、前記排出燃料ガスおよび前記排出酸化剤ガス
に含まれる水蒸気が結露することを確実に阻止すること
が可能になる。
As described above, the cooling medium, which has been used for cooling the unit fuel cell and whose temperature has increased, flows close to the fuel gas and the oxidizing gas discharged from the unit fuel cell. Therefore, the temperature of the exhaust fuel gas and the exhaust oxidant gas flowing through the exhaust manifold section is maintained at a high temperature, and it is possible to reliably prevent water vapor contained in the exhaust fuel gas and the exhaust oxidant gas from dew condensation. Becomes possible.

【0015】さらにまた、本発明の請求項4に係る燃料
電池スタックでは、酸化剤ガス供給用の供給マニホール
ド部は、燃料ガス供給用の供給マニホールド部よりも開
口断面積が大きく設定されるとともに、酸化剤ガス排出
用の排出マニホールド部は、燃料ガス排出用の排出マニ
ホールド部よりも開口断面積が大きく設定されている。
このため、酸化剤ガスと燃料ガスにおける流量、粘度お
よび圧損等の相違に影響されることがなく、前記酸化剤
ガスおよび前記燃料ガスを、燃料電池スタック内の各単
位燃料電池セルに対して略均等な状態で流すことが可能
になる。
Further, in the fuel cell stack according to claim 4 of the present invention, the supply manifold section for supplying the oxidizing gas has a larger opening cross-sectional area than the supply manifold section for supplying the fuel gas. The discharge manifold for discharging the oxidizing gas has a larger opening cross-sectional area than the discharge manifold for discharging the fuel gas.
Therefore, the oxidizing gas and the fuel gas are substantially unaffected by each unit fuel cell in the fuel cell stack without being affected by differences in flow rate, viscosity, pressure loss, and the like between the oxidizing gas and the fuel gas. It is possible to flow evenly.

【0016】さらに、本発明の請求項5に係る燃料電池
スタックでは、締め付けボルトがマニホールド部に挿入
されるため、燃料電池スタック全体を一層小型化するこ
とができる。
Further, in the fuel cell stack according to claim 5 of the present invention, since the fastening bolt is inserted into the manifold portion, the whole fuel cell stack can be further downsized.

【0017】また、本発明の請求項6に係る燃料電池ス
タックの運転方法では、内部マニホールドを構成する反
応ガス連通路の入口側に供給された燃料ガスおよび酸化
剤ガスを、前記反応ガス連通路の出口側に排出するとと
もに、前記内部マニホールドを構成する冷却媒体連通路
の入口側に供給された冷却媒体を、前記反応ガス連通路
の出口側に隣接して設定される前記冷却媒体連通路の出
口側に排出する。これにより、反応ガス連通路の出口側
の温度が上昇して飽和水蒸気分圧を飽和以下に維持する
ことができ、前記反応ガス連通路で気化した反応生成水
の結露が発生することを確実に阻止することが可能にな
る。
Further, in the fuel cell stack operating method according to claim 6 of the present invention, the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the inlet side of the reaction gas communication passage forming the internal manifold are supplied to the reaction gas communication passage. The cooling medium discharged to the outlet side of the cooling medium communication passage which is set adjacent to the outlet side of the reaction gas communication passage is connected to the cooling medium supplied to the inlet side of the cooling medium communication passage constituting the internal manifold. Discharge to the exit side. Thereby, the temperature on the outlet side of the reaction gas communication passage increases, and the saturated water vapor partial pressure can be maintained at or below the saturation, and it is ensured that dew condensation of the reaction product water vaporized in the reaction gas communication passage occurs. It becomes possible to prevent.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施形態
に係る燃料電池スタック10の概略斜視図であり、図2
は、前記燃料電池スタック10の内部斜視図であり、図
3は、前記燃料電池スタック10を構成する単位燃料電
池セル12、第1および第2セパレータ14、16と内
部マニホールド17との関係を示す分解斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack 10 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an internal perspective view of the fuel cell stack 10, and FIG. 3 shows a relationship between a unit fuel cell 12, first and second separators 14 and 16, and an internal manifold 17 constituting the fuel cell stack 10. It is an exploded perspective view.

【0019】燃料電池スタック10は、単位燃料電池セ
ル12と、この単位燃料電池セル12を挟持する第1お
よび第2セパレータ14、16とを備え、これらが複数
組だけ水平方向(矢印A方向)に積層されるとともに、
前記燃料電池スタック10の中央部には、矢印A方向に
延在して内部マニホールド17が構成されている。燃料
電池スタック10は、全体として直方体状を有してお
り、短辺方向(矢印B方向)が重力方向に指向するとと
もに、長辺方向(矢印C方向)が水平方向に指向して配
置される。
The fuel cell stack 10 includes a unit fuel cell 12 and first and second separators 14 and 16 sandwiching the unit fuel cell 12, and a plurality of these units are arranged in a horizontal direction (direction of arrow A). While being laminated on
At the center of the fuel cell stack 10, an internal manifold 17 is formed extending in the direction of arrow A. The fuel cell stack 10 has a rectangular parallelepiped shape as a whole, and is arranged with the short side direction (arrow B direction) oriented in the gravity direction and the long side direction (arrow C direction) oriented in the horizontal direction. .

【0020】図3および図4に示すように、単位燃料電
池セル12は、固体高分子電解質膜18と、この電解質
膜18を挟んで配設されるカソード側電極20およびア
ノード側電極22とを有するとともに、前記カソード側
電極20および前記アノード側電極22には、例えば、
多孔質層である多孔質カーボンペーパ等からなる第1お
よび第2ガス拡散層24、26が配設される。単位燃料
電池セル12の電極面内には、内部マニホールド17を
構成する単一の第1開口部28が矢印A方向に貫通形成
される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the unit fuel cell 12 includes a solid polymer electrolyte membrane 18 and a cathode electrode 20 and an anode electrode 22 provided with the electrolyte membrane 18 interposed therebetween. And the cathode-side electrode 20 and the anode-side electrode 22 include, for example,
First and second gas diffusion layers 24 and 26 made of a porous layer such as porous carbon paper are provided. In the electrode surface of the unit fuel cell 12, a single first opening 28 constituting the internal manifold 17 is formed so as to penetrate in the direction of arrow A.

【0021】単位燃料電池セル12の両側には、第1お
よび第2ガスケット30a、30bが設けられ、前記第
1ガスケット30aは、カソード側電極20および第1
ガス拡散層24を収納するための大きな開口部33aを
有する一方、前記第2ガスケット30bは、アノード側
電極22および第2ガス拡散層26を収納するための大
きな開口部33bを有する。単位燃料電池セル12と第
1および第2ガスケット30a、30bとが、第1およ
び第2セパレータ14、16によって挟持されている。
First and second gaskets 30a and 30b are provided on both sides of the unit fuel cell 12, and the first gasket 30a is provided with the cathode 20 and the first gasket 30a.
The second gasket 30b has a large opening 33b for accommodating the anode 22 and the second gas diffusion layer 26, while having a large opening 33a for accommodating the gas diffusion layer 24. The unit fuel cell 12 and the first and second gaskets 30a, 30b are sandwiched between the first and second separators 14, 16.

【0022】第1および第2セパレータ14、16の中
央部には、単位燃料電池セル12に形成された第1開口
部28に対応して内部マニホールド17を構成する単一
の第2開口部32a、32bが形成される。図4に示す
ように、第1および第2開口部28、32a、32bに
より単一の連通孔34が形成され、この連通孔34に区
画部材36が一体的に挿入される。単位燃料電池セル1
2と第1および第2セパレータ14、16との間には、
単一の連通孔34に対応してシール部材37が介装され
る。
At the center of the first and second separators 14 and 16, a single second opening 32 a constituting the internal manifold 17 corresponding to the first opening 28 formed in the unit fuel cell 12. , 32b are formed. As shown in FIG. 4, a single communication hole 34 is formed by the first and second openings 28, 32a, and 32b, and the partition member 36 is integrally inserted into the communication hole 34. Unit fuel cell 1
2 and the first and second separators 14 and 16
A seal member 37 is interposed corresponding to the single communication hole 34.

【0023】区画部材36は板状を有しており、鉛直仕
切り部38と水平仕切り部40、42とから一体的に構
成されるとともに、非導電性材料、例えば、樹脂で成形
されている。鉛直仕切り部38および水平仕切り部4
0、42の端部には、シール部材43が設けられてい
る。
The partition member 36 has a plate shape, is integrally formed with a vertical partition portion 38 and horizontal partition portions 40 and 42, and is formed of a non-conductive material, for example, resin. Vertical partition 38 and horizontal partition 4
A seal member 43 is provided at an end of each of 0 and 42.

【0024】区画部材36と第1および第2開口部2
8、32a、32bの内壁面との間には、6つのマニホ
ールド部が形成される。この6つのマニホールド部は、
図5に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド部44
a、酸化剤ガス排出マニホールド部44b、燃料ガス供
給マニホールド部46a、燃料ガス排出マニホールド部
46b、冷却媒体供給マニホールド部48aおよび冷却
媒体排出マニホールド部48bを備えている。酸化剤ガ
ス供給マニホールド部44aおよび酸化剤ガス排出マニ
ホールド部44bにより反応ガス連通路が構成され、燃
料ガス供給マニホールド部46aおよび燃料ガス排出マ
ニホールド部46bにより反応ガス連通路が構成され、
さらに冷却媒体供給マニホールド部48aおよび冷却媒
体排出マニホールド部48bにより冷却媒体連通路が構
成される。
The partition member 36 and the first and second openings 2
Six manifold portions are formed between the inner wall surfaces of 8, 32a and 32b. These six manifold parts
As shown in FIG. 5, the oxidizing gas supply manifold 44
a, an oxidizing gas discharge manifold 44b, a fuel gas supply manifold 46a, a fuel gas discharge manifold 46b, a cooling medium supply manifold 48a, and a cooling medium discharge manifold 48b. The oxidizing gas supply manifold portion 44a and the oxidizing gas discharge manifold portion 44b constitute a reaction gas communication passage, and the fuel gas supply manifold portion 46a and the fuel gas discharge manifold portion 46b constitute a reaction gas communication passage.
Further, the cooling medium supply manifold section 48a and the cooling medium discharge manifold section 48b form a cooling medium communication passage.

【0025】酸化剤ガス供給マニホールド部44aと燃
料ガス供給マニホールド部46aとは、酸化剤ガス排出
マニホールド部44bと燃料ガス排出マニホールド部4
6bとに隣接して設定される。水平仕切り部40、42
は、酸化剤ガス供給マニホールド部44aと酸化剤ガス
排出マニホールド部44bとを仕切る部分および燃料ガ
ス供給マニホールド部46aと燃料ガス排出マニホール
ド部46bとを仕切る部分に水分透過性部材50a、5
0bを設けている。この水分透過性部材50a、50b
は、例えば、中空系を織り込んだ部材やイオン交換膜等
により構成されている。
The oxidizing gas supply manifold section 44a and the fuel gas supply manifold section 46a are composed of an oxidizing gas discharge manifold section 44b and a fuel gas discharge manifold section 4.
6b. Horizontal partitions 40, 42
The water permeable members 50a, 50a, and 50b are provided at a portion that separates the oxidant gas supply manifold portion 44a and the oxidant gas discharge manifold portion 44b and a portion that separates the fuel gas supply manifold portion 46a and the fuel gas discharge manifold portion 46b.
0b is provided. The moisture permeable members 50a, 50b
Is formed of, for example, a member incorporating a hollow system, an ion exchange membrane, or the like.

【0026】酸化剤ガス供給マニホールド部44aおよ
び燃料ガス供給マニホールド部46aは、冷却媒体供給
マニホールド部48aに隣接するとともに、反応ガス連
通路の出口側である酸化剤ガス排出マニホールド部44
bおよび燃料ガス排出マニホールド部46bは、冷却媒
体連通路の出口側である冷却媒体排出マニホールド部4
8bに隣接して設定される。
The oxidizing gas supply manifold section 44a and the fuel gas supply manifold section 46a are adjacent to the cooling medium supply manifold section 48a and are connected to the outlet of the reaction gas communication passage.
b and the fuel gas discharge manifold portion 46b are provided at the outlet side of the cooling medium communication passage.
8b.

【0027】第1セパレータ14は、カソード側電極2
0に対向する面14aおよび反対側の面14bが長方形
状に設定されており、例えば、長辺が水平方向に指向す
るとともに、短辺が重力方向に指向して配置される。第
1セパレータ14の面14aには、第2開口部32aに
形成される酸化剤ガス供給マニホールド部44aと酸化
剤ガス排出マニホールド部44bとに連通する複数本の
酸化剤ガス流路溝52が設けられ、前記酸化剤ガス流路
溝52は、前記面14aの略全面にわたって延在してい
る。
The first separator 14 is a cathode-side electrode 2
The surface 14a facing 0 and the surface 14b on the opposite side are set in a rectangular shape. For example, the long side is oriented in the horizontal direction, and the short side is oriented in the direction of gravity. The surface 14a of the first separator 14 is provided with a plurality of oxidant gas flow channels 52 communicating with the oxidant gas supply manifold 44a and the oxidant gas discharge manifold 44b formed in the second opening 32a. The oxidizing gas passage groove 52 extends over substantially the entire surface 14a.

【0028】図6に示すように、第2セパレータ16の
アノード側電極22に対向する面16aとは反対側の面
16bには、複数本の冷却媒体流路溝54が形成され
る。この冷却媒体流路溝54は、第2開口部32b内で
仕切られる冷却媒体供給マニホールド部48aと冷却媒
体排出マニホールド部48bとに両端が連通するととも
に、面16bの略全面にわたって延在している。
As shown in FIG. 6, a plurality of cooling medium flow grooves 54 are formed on a surface 16b of the second separator 16 opposite to the surface 16a facing the anode 22. The cooling medium passage groove 54 has both ends communicating with a cooling medium supply manifold portion 48a and a cooling medium discharge manifold portion 48b partitioned in the second opening 32b, and extends over substantially the entire surface 16b. .

【0029】図7に示すように、第2セパレータ16の
面16aには、燃料ガス供給マニホールド部46aと燃
料ガス排出マニホールド部46bとに連通する複数本の
燃料ガス流路溝56がこの面16aの略全面にわたって
形成される。
As shown in FIG. 7, a plurality of fuel gas flow grooves 56 communicating with the fuel gas supply manifold 46a and the fuel gas discharge manifold 46b are formed on the surface 16a of the second separator 16. Is formed over substantially the entire surface of the substrate.

【0030】図1および図2に示すように、燃料電池ス
タック10の積層方向両端部には、第1および第2エン
ドプレート60、62が配置されるとともに、前記第1
エンドプレート60には流路部材64が固定される。こ
の流路部材64には、酸化剤ガス供給マニホールド部4
4aに連通する酸化剤ガス供給管66aと、酸化剤ガス
排出マニホールド部44bに連通する酸化剤ガス排出管
66bと、燃料ガス供給マニホールド部46aに連通す
る燃料ガス供給管68aと、燃料ガス排出マニホールド
部46bに連通する燃料ガス排出管68bと、冷却媒体
供給マニホールド部48aに連通する冷却媒体供給管7
0aと、冷却媒体排出マニホールド部48bに連通する
冷却媒体排出管70bとが設けられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, first and second end plates 60 and 62 are disposed at both ends in the stacking direction of the fuel cell stack 10, and
The channel member 64 is fixed to the end plate 60. The flow path member 64 includes an oxidizing gas supply manifold section 4.
An oxidizing gas supply pipe 66a communicating with the fuel gas supply manifold 4a, an oxidizing gas discharge pipe 66b communicating with the oxidizing gas discharge manifold part 44b, a fuel gas supply pipe 68a communicating with the fuel gas supply manifold part 46a, and a fuel gas discharge manifold. The fuel gas discharge pipe 68b communicating with the cooling medium supply pipe 48b and the cooling medium supply pipe 7 communicating with the cooling medium supply manifold 48a.
0a and a cooling medium discharge pipe 70b communicating with the cooling medium discharge manifold portion 48b.

【0031】流路部材64から第1エンドプレート60
を通過して第2エンドプレート62に締結部材である4
本の締め付けボルト72が配置され、前記締め付けボル
ト72の端部にナット74を螺合して燃料電池スタック
10全体が矢印A方向に締め付けられる。
From the flow path member 64 to the first end plate 60
Through the second end plate 62 as a fastening member.
The tightening bolts 72 are arranged, and nuts 74 are screwed into ends of the tightening bolts 72 to tighten the entire fuel cell stack 10 in the direction of arrow A.

【0032】締め付けボルト72は、例えば、酸化剤ガ
ス排出マニホールド部44b、冷却媒体供給マニホール
ド部48a、燃料ガス供給マニホールド部46aおよび
冷却媒体排出マニホールド部48bに挿入されるととも
に、その頭部側が流路部材64に形成された段付き孔部
76にスペーサ部材78を介して支持される。このスペ
ーサ部材78には、酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却媒
体を通過させるための逃げ78aが設けられている。な
お、締め付けボルト72による締め付け圧力を均一にす
るために、この締め付けボルト72を発電面内の外周部
分や、この発電面の外側である燃料電池スタック10の
外部部分に設けてもよい。
The fastening bolt 72 is inserted into, for example, the oxidizing gas discharge manifold portion 44b, the cooling medium supply manifold portion 48a, the fuel gas supply manifold portion 46a, and the cooling medium discharge manifold portion 48b. It is supported by a stepped hole 76 formed in the member 64 via a spacer member 78. The spacer member 78 is provided with an escape 78a for allowing the oxidizing gas, the fuel gas, and the cooling medium to pass therethrough. In order to make the tightening pressure by the tightening bolts 72 uniform, the tightening bolts 72 may be provided on an outer peripheral portion in the power generation surface or on an outer portion of the fuel cell stack 10 outside the power generation surface.

【0033】このように構成される第1の実施形態に係
る燃料電池スタック10の動作について、以下に説明す
る。
The operation of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment configured as described above will be described below.

【0034】第1エンドプレート60に設けられた流路
部材64では、燃料ガス供給管68aに燃料ガス(例え
ば、炭化水素を改質した水素を含むガス)が供給される
とともに、酸化剤ガス供給管66aに酸化剤ガスとして
空気または酸素含有ガス(以下、単に空気という)が供
給される。さらに、冷却媒体供給管70aには、純水や
エチレングリコールやオイル等の冷却媒体が供給され
る。
In a flow path member 64 provided in the first end plate 60, a fuel gas (for example, a gas containing hydrogen obtained by reforming a hydrocarbon) is supplied to a fuel gas supply pipe 68a, and an oxidizing gas supply Air or an oxygen-containing gas (hereinafter simply referred to as air) is supplied to the pipe 66a as an oxidant gas. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium supply pipe 70a.

【0035】燃料ガス供給管68aに供給された燃料ガ
スは、内部マニホールド17を構成する燃料ガス供給マ
ニホールド部46aに送られ、この燃料ガス供給マニホ
ールド部46aに沿って矢印A方向に移動する。その
際、各単位燃料電池セル12を構成する内部マニホール
ド17では、第2セパレータ16の面16aに形成され
ている燃料ガス流路溝56の入口側が燃料ガス供給マニ
ホールド部46aに連通している。
The fuel gas supplied to the fuel gas supply pipe 68a is sent to the fuel gas supply manifold 46a constituting the internal manifold 17, and moves in the direction of arrow A along the fuel gas supply manifold 46a. At this time, in the internal manifold 17 constituting each unit fuel cell 12, the inlet side of the fuel gas flow channel 56 formed on the surface 16a of the second separator 16 communicates with the fuel gas supply manifold portion 46a.

【0036】このため、燃料ガスは、図7に示すよう
に、第2セパレータ16の面16aの面方向に沿って移
動するとともに、前記燃料ガス中の水素ガスは、第2ガ
ス拡散層26を通ってアノード側電極22に供給され
る。そして、未使用の燃料ガスは、燃料ガス流路溝56
の出口側から燃料ガス排出マニホールド部46bに排出
される。この未使用の燃料ガスは、燃料ガス排出マニホ
ールド部46bから流路部材64に設けられている燃料
ガス排出管68bに導入され、燃料電池スタック10か
ら排出される。
As shown in FIG. 7, the fuel gas moves along the surface direction of the surface 16a of the second separator 16, and the hydrogen gas in the fuel gas flows through the second gas diffusion layer 26. Then, it is supplied to the anode 22. The unused fuel gas is supplied to the fuel gas passage groove 56.
Is discharged to the fuel gas discharge manifold part 46b from the outlet side of the fuel cell. The unused fuel gas is introduced from the fuel gas discharge manifold section 46b to the fuel gas discharge pipe 68b provided in the flow path member 64, and discharged from the fuel cell stack 10.

【0037】一方、酸化剤ガス供給管66aに供給され
た空気は、内部マニホールド17を構成する酸化剤ガス
供給マニホールド部44aに送られる。この酸化剤ガス
供給マニホールド部44aを流れる空気は、各単位燃料
電池セル12を構成する第1セパレータ14の面14a
に形成された酸化剤ガス流路溝52に導入される(図5
参照)。この空気は酸化剤ガス流路溝52に沿って移動
し、前記空気中の酸素ガスが第1ガス拡散層24からカ
ソード側電極20に供給される。さらに、未使用の空気
は、酸化剤ガス流路溝52の出口側から酸化剤ガス排出
マニホールド部44bに排出され、流路部材64に設け
られた酸化剤ガス排出管66bから燃料電池スタック1
0の外部に排出される。
On the other hand, the air supplied to the oxidizing gas supply pipe 66a is sent to the oxidizing gas supply manifold section 44a constituting the internal manifold 17. The air flowing through the oxidizing gas supply manifold section 44a is applied to the surface 14a of the first separator 14 constituting each unit fuel cell 12.
5 is introduced into the oxidizing gas flow channel groove 52 formed in FIG.
reference). This air moves along the oxidizing gas channel groove 52, and oxygen gas in the air is supplied from the first gas diffusion layer 24 to the cathode electrode 20. Further, unused air is discharged from the outlet side of the oxidizing gas flow channel groove 52 to the oxidizing gas discharge manifold portion 44b, and is sent from the oxidizing gas discharge pipe 66b provided in the flow channel member 64 to the fuel cell stack 1.
It is discharged out of 0.

【0038】これにより、各単位燃料電池セル12で発
電が行われ、燃料電池スタック10に接続された負荷、
例えば、図示しないモータに電力が供給され、車両等の
運転が開始されることになる。
As a result, power is generated in each unit fuel cell 12 and the load connected to the fuel cell stack 10
For example, electric power is supplied to a motor (not shown), and the operation of the vehicle or the like is started.

【0039】また、冷却媒体供給管70aに供給された
冷却媒体は、内部マニホールド17を構成する冷却媒体
供給マニホールド部48aに導入される。この冷却媒体
は、図6に示すように、第2セパレータ16の面16b
に形成されている冷却媒体流路溝54に導入され、各単
位燃料電池セル12を冷却した後、冷却媒体排出マニホ
ールド部48bに排出される。冷却に使用された冷却媒
体は、流路部材64に設けられている冷却媒体排出管7
0bから排出される。
The cooling medium supplied to the cooling medium supply pipe 70a is introduced into a cooling medium supply manifold section 48a constituting the internal manifold 17. As shown in FIG. 6, this cooling medium is applied to the surface 16 b of the second separator 16.
After being introduced into the cooling medium flow channel 54 formed in the cooling medium flow passage 54 and cooling each unit fuel cell 12, it is discharged to the cooling medium discharge manifold portion 48b. The cooling medium used for cooling is the cooling medium discharge pipe 7 provided in the flow path member 64.
0b.

【0040】この場合、第1の実施形態では、各単位燃
料電池セル12の電極面内に単一の第1開口部28が形
成されるとともに、第1および第2セパレータ14、1
6の略中央部に前記第1開口部28に対応して第2開口
部32a、32bが形成され、単一の連通孔34が設け
られる。
In this case, in the first embodiment, a single first opening 28 is formed in the electrode surface of each unit fuel cell 12, and the first and second separators 14, 1 are formed.
The second openings 32a and 32b are formed at substantially the center of the nozzle 6 corresponding to the first openings 28, and a single communication hole 34 is provided.

【0041】このため、単位燃料電池セル12の電極面
内にそれぞれ個別に6つの連通孔を設ける従来構造に比
べ、単一のシール部材37を用いるだけでよく、シール
部分の面積を有効に低減することができる。これによ
り、電極面の有効利用が図られ、燃料電池電池スタック
10全体の小型化が容易に遂行されるという効果が得ら
れる。
Therefore, as compared with the conventional structure in which six communication holes are individually provided in the electrode surfaces of the unit fuel cells 12, only a single sealing member 37 is required, and the area of the sealing portion is effectively reduced. can do. As a result, an effective use of the electrode surface is achieved, and an effect that the size of the entire fuel cell stack 10 is easily reduced is obtained.

【0042】しかも、第1および第2開口部28、32
a、32bに板状の区画部材36を挿入するだけで、6
つのマニホールド部である酸化剤ガス供給マニホールド
部44a、酸化剤ガス排出マニホールド部44b、燃料
ガス供給マニホールド部46a、燃料ガス排出マニホー
ルド部46b、冷却媒体供給マニホールド部48aおよ
び冷却媒体排出マニホールド部48bが形成される(図
5参照)。従って、内部マニホールド17全体の構成が
有効に簡素化し、経済的なものとなるという利点があ
る。
In addition, the first and second openings 28, 32
a, 32b, only by inserting the plate-shaped partition member 36, 6
An oxidizing gas supply manifold section 44a, an oxidizing gas discharge manifold section 44b, a fuel gas supply manifold section 46a, a fuel gas discharge manifold section 46b, a cooling medium supply manifold section 48a, and a cooling medium discharge manifold section 48b are formed. (See FIG. 5). Accordingly, there is an advantage that the configuration of the entire internal manifold 17 is effectively simplified and economical.

【0043】さらに、第1の実施形態では、燃料ガス供
給マニホールド部46aと燃料ガス排出マニホールド部
46bとが隣接するとともに、これらが水分透過性部材
50bを介して仕切られている。このため、燃料ガス排
出マニホールド部46bを流れる排出燃料ガス中に含ま
れる生成水が、水分透過性部材50bから燃料ガス供給
マニホールド部46a側に円滑に供給され、この燃料ガ
ス供給マニホールド部46aに供給された燃料ガスを有
効に加湿することが可能になる。
Further, in the first embodiment, the fuel gas supply manifold section 46a and the fuel gas discharge manifold section 46b are adjacent to each other, and are separated by a moisture permeable member 50b. For this reason, the generated water contained in the discharged fuel gas flowing through the fuel gas discharge manifold portion 46b is smoothly supplied from the moisture permeable member 50b to the fuel gas supply manifold portion 46a side, and is supplied to the fuel gas supply manifold portion 46a. The humidified fuel gas can be effectively humidified.

【0044】これにより、燃料電池スタック10の外部
で燃料ガスへの加湿量を減らすことができ、加湿装置
(図示せず)を小型化し、あるいはこの加湿装置を廃止
することが可能になり、設備の小型化およびコストの削
減が容易に図られる。
Thus, the amount of humidification of the fuel gas outside the fuel cell stack 10 can be reduced, and the humidification device (not shown) can be reduced in size or the humidification device can be eliminated. The size and cost can be easily reduced.

【0045】同様に、酸化剤ガス供給マニホールド部4
4aと酸化剤ガス排出マニホールド部44bとが、水分
透過性部材50aに仕切られた状態で近接して配置され
ている。従って、排出酸化剤ガスに含まれる水分を各単
位燃料電池セル12に供給される前の酸化剤ガスに供給
し、前記酸化剤ガスを有効に加湿することができる。
Similarly, the oxidizing gas supply manifold section 4
4a and the oxidizing gas discharge manifold portion 44b are arranged close to each other in a state of being partitioned by a moisture permeable member 50a. Therefore, the water contained in the discharged oxidizing gas can be supplied to the oxidizing gas before being supplied to each unit fuel cell 12, and the oxidizing gas can be effectively humidified.

【0046】さらにまた、酸化剤ガス排出マニホールド
部44bおよび燃料ガス排出マニホールド部46bが、
冷却媒体排出マニホールド部48bに隣接して設定され
ている。酸化剤ガス排出マニホールド部44bおよび燃
料ガス排出マニホールド部46bを流れる排出酸化剤ガ
スおよび排出燃料ガスには水分(生成水)が含まれてお
り、それぞれ水蒸気が飽和に近い状態であって温度低下
により水の結露が発生し易い。
Further, the oxidizing gas discharge manifold 44b and the fuel gas discharge manifold 46b are
It is set adjacent to the cooling medium discharge manifold portion 48b. The discharged oxidizing gas and discharged fuel gas flowing through the oxidizing gas discharge manifold 44b and the fuel gas discharge manifold 46b contain moisture (produced water). Water condensation easily occurs.

【0047】そこで、各単位燃料電池セル12の冷却を
行って昇温された冷却媒体が排出される冷却媒体排出マ
ニホールド部48bを、酸化剤ガス排出マニホールド部
44bおよび燃料ガス排出マニホールド部46bに隣接
して設けることにより、酸化剤ガス排出マニホールド部
44bおよび燃料ガス排出マニホールド部46bを流れ
る排出酸化剤ガスおよび排出燃料ガスの飽和水蒸気分圧
を飽和以下に維持することができ、前記酸化剤ガス排出
マニホールド部44bおよび前記燃料ガス排出マニホー
ルド部46bで結露が発生することを確実に阻止するこ
とが可能になる。
Therefore, the cooling medium discharge manifold 48b for discharging the cooling medium heated by cooling the unit fuel cells 12 is disposed adjacent to the oxidizing gas discharge manifold 44b and the fuel gas discharge manifold 46b. With this arrangement, it is possible to maintain the saturated oxidant gas exhaust gas flowing through the oxidant gas discharge manifold portion 44b and the fuel gas exhaust manifold portion 46b and the saturated steam partial pressure of the exhaust fuel gas to be equal to or less than the saturation, and It is possible to reliably prevent dew condensation from occurring in the manifold section 44b and the fuel gas discharge manifold section 46b.

【0048】図8は、本発明の第2の実施形態に係る燃
料電池スタックを構成する第1セパレータ80の一方の
面80aの正面図であり、図9は、第2セパレータ82
の他方の面82aの正面図であり、図10は、前記第2
セパレータ82の一方の面82aの正面図である。な
お、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10と同一
の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説
明は省略する。
FIG. 8 is a front view of one surface 80a of a first separator 80 constituting a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 10 is a front view of the other surface 82a of FIG.
It is a front view of one surface 82a of the separator 82. The same components as those of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

【0049】第1セパレータ80の面80aには、水平
方向および垂直方向に蛇行してこの面80aの略全面に
わたって複数本の酸化剤ガス流路溝84が形成される。
この酸化剤ガス流路溝84は、入口側が酸化剤ガス供給
マニホールド部44aに連通する一方、出口側が酸化剤
ガス排出マニホールド部44bに連通する。
On the surface 80a of the first separator 80, a plurality of oxidizing gas passage grooves 84 are formed meandering in the horizontal and vertical directions over substantially the entire surface of the surface 80a.
The oxidizing gas passage groove 84 has an inlet communicating with the oxidizing gas supply manifold 44a, and an outlet communicating with the oxidizing gas discharge manifold 44b.

【0050】第2セパレータ82の面82bには、複数
本の冷却媒体流路溝86が水平方向および鉛直方向に蛇
行して設けられており、入口側が冷却媒体供給マニホー
ルド部48aに連通し、出口側が冷却媒体排出マニホー
ルド部48bに連通する。第2セパレータ82の面82
aにも同様に、複数本の燃料ガス流路溝88が水平方向
および鉛直方向に蛇行して設けられ、その入口側が燃料
ガス供給マニホールド部46aに連通し、その出口側が
燃料ガス排出マニホールド部46bに連通する。
A plurality of cooling medium flow grooves 86 are provided on the surface 82b of the second separator 82 so as to meander in the horizontal and vertical directions. The inlet side communicates with the cooling medium supply manifold 48a, and the outlet side communicates with the cooling medium supply manifold 48a. The side communicates with the cooling medium discharge manifold portion 48b. Surface 82 of second separator 82
Similarly, a plurality of fuel gas flow channel grooves 88 are provided in a horizontal and vertical meandering manner, the inlet side of which is communicated with the fuel gas supply manifold 46a, and the outlet side of which is the fuel gas discharge manifold 46b. Communicate with

【0051】このように構成される第2の実施形態で
は、酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却媒体がそれぞれ面
80a、82aおよび82bに沿って蛇行しながら移動
し、各単位燃料電池セル12に送られるものであるが、
内部マニホールド17を組み込むことにより、第1の実
施形態と同様の効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, the oxidizing gas, the fuel gas, and the cooling medium move while meandering along the surfaces 80a, 82a, and 82b, respectively, and are sent to the unit fuel cells 12. That is
By incorporating the internal manifold 17, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0052】なお、第1および第2の実施形態では、酸
化剤ガス供給マニホールド部44a、酸化剤ガス排出マ
ニホールド部44b、燃料ガス供給マニホールド部46
a、燃料ガス排出マニホールド部46b、冷却媒体供給
マニホールド部48aおよび冷却媒体排出マニホールド
部48bの開口断面積がほぼ同一に設定されているが、
それぞれの流体の流量、粘度および圧損等の関係から断
面積を変更することができる。
In the first and second embodiments, the oxidizing gas supply manifold 44a, the oxidizing gas discharge manifold 44b, and the fuel gas supply manifold 46 are used.
a, the opening cross-sectional areas of the fuel gas discharge manifold section 46b, the cooling medium supply manifold section 48a, and the cooling medium discharge manifold section 48b are set to be substantially the same,
The cross-sectional area can be changed based on the relationship between the flow rate, viscosity, pressure loss and the like of each fluid.

【0053】すなわち、図11に示すように、酸化剤ガ
ス供給マニホールド部44aおよび酸化剤ガス排出マニ
ホールド部44bが、燃料ガス供給マニホールド部46
aおよび燃料ガス排出マニホールド部46bよりも開口
断面積を大きく設定している。酸化剤ガスの粘度が燃料
ガスの粘度よりも大きく、また、酸化剤ガスとして空気
が供給されるため、この空気中の酸素の流量が少なくな
るからである。これにより、内部マニホールド17に
は、酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却媒体が一層良好な
状態で供給および排出されることになる。
That is, as shown in FIG. 11, the oxidizing gas supply manifold section 44a and the oxidizing gas discharge manifold section 44b are connected to the fuel gas supply manifold section 46.
The opening cross-sectional area is set larger than that of the fuel gas exhaust manifold a and the fuel gas discharge manifold part 46b. This is because the viscosity of the oxidizing gas is larger than the viscosity of the fuel gas, and air is supplied as the oxidizing gas, so that the flow rate of oxygen in the air decreases. Thus, the oxidizing gas, the fuel gas, and the cooling medium are supplied to and discharged from the internal manifold 17 in a better condition.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、単
位燃料電池セルおよびセパレータの電極面内に単一の第
1および第2開口部が形成され、この第1および第2開
口部に区画部材が一体的に挿入されることにより、仕切
り部を介して6つのマニホールド部が形成される。この
ため、各マニホールド部が独立して形成される際のよう
に、各マニホールド部毎にシールを用いるものに比べ、
単一のシールを組み込むだけでよく、シール部分の面積
を有効に低減することができる。
In the fuel cell stack according to the present invention, single first and second openings are formed in the electrode surfaces of the unit fuel cell and the separator, and the partition members are formed in the first and second openings. Are integrally inserted to form six manifold portions via the partition portions. For this reason, as compared with the case where a seal is used for each manifold portion, as in the case where each manifold portion is formed independently,
Only a single seal needs to be incorporated, and the area of the seal portion can be effectively reduced.

【0055】これにより、電極面を効率的に使用するこ
とができ、燃料電池スタック全体の小型化が容易に遂行
可能になる。しかも、第1および第2開口部に区画部材
を挿入するだけでよく、構成が複雑化することがなく、
経済的なものとなる。
Thus, the electrode surface can be used efficiently, and the size of the entire fuel cell stack can be easily reduced. Moreover, it is only necessary to insert the partition member into the first and second openings, without complicating the configuration.
It will be economical.

【0056】また、本発明に係る燃料電池スタックの運
転方法では、反応ガス連通路の出口側の温度が上昇して
飽和水蒸気分圧を飽和以下に維持することができ、前記
反応ガス連通路で気化した反応生成水の結露が発生する
ことを確実に阻止することが可能になる。
In the method for operating the fuel cell stack according to the present invention, the temperature of the outlet side of the reaction gas communication passage can be increased and the saturated steam partial pressure can be maintained at or below the saturation. It is possible to reliably prevent the occurrence of condensation of vaporized reaction product water.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの概略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention.

【図2】前記燃料電池スタックの内部斜視図である。FIG. 2 is an internal perspective view of the fuel cell stack.

【図3】前記燃料電池スタックを構成する単位燃料電池
セル、第1および第2セパレータと内部マニホールドと
の関係を示す分解斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a relationship between unit fuel cells, first and second separators, and an internal manifold that constitute the fuel cell stack.

【図4】前記燃料電池スタックの要部断面説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory sectional view of a main part of the fuel cell stack.

【図5】第1セパレータの一方の面の正面図である。FIG. 5 is a front view of one surface of a first separator.

【図6】第2セパレータの他方の面の正面図である。FIG. 6 is a front view of the other surface of the second separator.

【図7】前記第2セパレータの一方の面の正面図であ
る。
FIG. 7 is a front view of one surface of the second separator.

【図8】第2の実施形態に係る燃料電池スタックを構成
する第1セパレータの一方の面の正面図である。
FIG. 8 is a front view of one surface of a first separator constituting a fuel cell stack according to a second embodiment.

【図9】前記燃料電池スタックを構成する第2セパレー
タの他方の面の正面図である。
FIG. 9 is a front view of the other surface of the second separator constituting the fuel cell stack.

【図10】前記第2セパレータの一方の面の正面図であ
る。
FIG. 10 is a front view of one surface of the second separator.

【図11】開口断面積が異なる内部マニホールドの正面
図である。
FIG. 11 is a front view of an internal manifold having different opening cross-sectional areas.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…燃料電池スタック 12…単位燃料電池セ
ル 14、16、80、82…セパレータ 17…内部マニホールド 18…電解質膜 20…カソード側電極 22…アノード側電極 28、32a、32b…開口部 34…連通孔 36…区画部材 37、43…シール部
材 40、42…水平仕切り部 44a…酸化剤ガス供給マニホールド部 44b…酸化剤ガス排出マニホールド部 46a…燃料ガス供給マニホールド部 46b…燃料ガス排出マニホールド部 48a…冷却媒体供給マニホールド部 48b…冷却媒体排出マニホールド部 50a、50b…水分透過性部材 52…酸化剤ガス流
路溝 54…冷却媒体流路溝 56…燃料ガス流路
溝 64…流路部材 66a…酸化剤ガス
供給管 66b…酸化剤ガス排出管 68a…燃料ガス供
給管 68b…燃料ガス排出管 70a…冷却媒体供
給管 70b…冷却媒体排出管 72…締め付けボル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Unit fuel cell 14, 16, 80, 82 ... Separator 17 ... Internal manifold 18 ... Electrolyte membrane 20 ... Cathode side electrode 22 ... Anode side electrode 28, 32a, 32b ... Opening 34 ... Communication hole 36 ... Partitioning members 37, 43 ... Sealing members 40, 42 ... Horizontal partition 44a ... Oxidizing gas supply manifold 44b ... Oxidizing gas discharge manifold 46a ... Fuel gas supply manifold 46b ... Fuel gas discharge manifold 48a ... Cooling Medium supply manifold section 48b Cooling medium discharge manifold section 50a, 50b Moisture permeable member 52 Oxidant gas flow path groove 54 Cooling medium flow path groove 56 Fuel gas flow path groove 64 Flow path member 66a Oxidant Gas supply pipe 66b: Oxidant gas discharge pipe 68a: Fuel gas supply pipe 68b: Fuel A gas exhaust pipe 70a ... coolant supply pipe 70b ... coolant discharge pipe 72 ... tightening bolt

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 割石 義典 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03 CC08 5H027 AA06 MM02  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Yoshinori Wariishi 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama F-term in Honda R & D Co., Ltd. (Reference) 5H026 AA06 CC03 CC08 5H027 AA06 MM02

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体高分子電解質膜をアノード側電極とカ
ソード側電極とで挟んで構成される単位燃料電池セル
が、セパレータを介して複数個積層された燃料電池スタ
ックであって、 前記単位燃料電池セルの電極面内に形成され、燃料ガ
ス、酸化剤ガスおよび冷却媒体を積層方向に沿って流す
ための内部マニホールドを構成する単一の第1開口部
と、 前記セパレータの面内に前記第1開口部に対応して形成
され、前記内部マニホールドを構成する単一の第2開口
部と、 前記第1および第2開口部に一体的に挿入されるととも
に、仕切り部を介して6つのマニホールド部が形成され
る区画部材と、 を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
1. A fuel cell stack in which a plurality of unit fuel cells each comprising a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode are stacked with a separator interposed therebetween. A single first opening formed in the electrode surface of the battery cell and forming an internal manifold for flowing a fuel gas, an oxidizing gas, and a cooling medium in the stacking direction; and the first opening in the surface of the separator. A single second opening formed corresponding to one opening and constituting the internal manifold; and six manifolds which are inserted integrally with the first and second openings and are provided with a partition therebetween. A fuel cell stack, comprising: a partition member in which a portion is formed.
【請求項2】請求項1記載の燃料電池スタックにおい
て、前記燃料ガスまたは前記酸化剤ガス供給用の供給マ
ニホールド部は、前記燃料ガスまたは前記酸化剤ガス排
出用の排出マニホールド部に隣接して設定されるととも
に、 前記供給マニホールド部と前記排出マニホールド部とを
仕切る仕切り部は、水分透過性部材で構成されることを
特徴とする燃料電池スタック。
2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the supply manifold for supplying the fuel gas or the oxidant gas is set adjacent to the discharge manifold for discharging the fuel gas or the oxidant gas. The fuel cell stack according to claim 1, wherein a partitioning section for separating the supply manifold section and the discharge manifold section is formed of a moisture-permeable member.
【請求項3】請求項1または2記載の燃料電池スタック
において、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガス供給用の
供給マニホールド部は、前記冷却媒体供給用の供給マニ
ホールド部に隣接するとともに、 前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガス排出用の排出マニホ
ールド部は、前記冷却媒体排出用の排出マニホールド部
に隣接して設定されることを特徴とする燃料電池スタッ
ク。
3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the supply manifold section for supplying the fuel gas and the oxidizing gas is adjacent to the supply manifold section for supplying the cooling medium, and the fuel gas is supplied to the fuel cell stack. The fuel cell stack, wherein the discharge manifold for discharging the oxidizing gas is set adjacent to the discharge manifold for discharging the cooling medium.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれか1項に記載の燃
料電池スタックにおいて、前記酸化剤ガス供給用の供給
マニホールド部は、前記燃料ガス供給用の供給マニホー
ルド部よりも開口断面積が大きく設定されるとともに、 前記酸化剤ガス排出用の排出マニホールド部は、前記燃
料ガス排出用の排出マニホールド部よりも開口断面積が
大きく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
4. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the supply manifold section for supplying the oxidizing gas has an opening cross-sectional area larger than that of the supply manifold section for supplying the fuel gas. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the discharge manifold portion for discharging the oxidizing gas has a larger opening cross-sectional area than the discharge manifold portion for discharging the fuel gas.
【請求項5】請求項1記載の燃料電池スタックにおい
て、前記区画部材に形成されるいずれかの前記マニホー
ルド部に挿入され、前記燃料電池スタック全体を締め付
ける締め付けボルトを備えることを特徴とする燃料電池
スタック。
5. The fuel cell stack according to claim 1, further comprising a tightening bolt inserted into any one of the manifold portions formed in the partition member and tightening the entire fuel cell stack. stack.
【請求項6】固体高分子電解質膜をアノード側電極とカ
ソード側電極とで挟んで構成される単位燃料電池セル
が、セパレータを介して複数個積層されるとともに、前
記単位燃料電池セルの電極面内に燃料ガス、酸化剤ガス
および冷却媒体を積層方向に沿って流すための内部マニ
ホールドが形成された燃料電池スタックの運転方法であ
って、 前記内部マニホールドを構成する反応ガス連通路の入口
側に供給された前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスを、
前記反応ガス連通路の出口側に排出するとともに、 前記内部マニホールドを構成する冷却媒体連通路の入口
側に供給された前記冷却媒体を、前記反応ガス連通路の
出口側に隣接して設定される前記冷却媒体連通路の出口
側に排出することにより、該反応ガス連通路での飽和水
蒸気分圧を飽和以下に維持することを特徴とする燃料電
池スタックの運転方法。
6. A plurality of unit fuel cells each comprising a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode are stacked with a separator interposed therebetween, and an electrode surface of said unit fuel cell is provided. A method of operating a fuel cell stack in which an internal manifold for flowing a fuel gas, an oxidizing gas, and a cooling medium along a laminating direction is formed, wherein an inlet side of a reaction gas communication passage forming the internal manifold is provided. Supplying the supplied fuel gas and the oxidizing gas,
The cooling medium discharged to the outlet side of the reaction gas communication passage and the cooling medium supplied to the inlet side of the cooling medium communication passage forming the internal manifold is set adjacent to the outlet side of the reaction gas communication passage. A method for operating a fuel cell stack, characterized in that a saturated water vapor partial pressure in the reaction gas communication passage is maintained at or below saturation by discharging the cooling water to an outlet side of the cooling medium communication passage.
JP2000234901A 2000-08-02 2000-08-02 Fuel cell stack and its operating method Pending JP2002050389A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000234901A JP2002050389A (en) 2000-08-02 2000-08-02 Fuel cell stack and its operating method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000234901A JP2002050389A (en) 2000-08-02 2000-08-02 Fuel cell stack and its operating method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002050389A true JP2002050389A (en) 2002-02-15

Family

ID=18727201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000234901A Pending JP2002050389A (en) 2000-08-02 2000-08-02 Fuel cell stack and its operating method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002050389A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6582844B2 (en) Method of cooling a fuel cell
US6686085B1 (en) Fuel cell
EP1239530B1 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of supplying reaction gas in the fuel cell assembly
US7923162B2 (en) Fuel cell assemblies with integrated reactant-conditioning heat exchangers
US7258329B2 (en) Reactant gas humidification apparatus and reactant gas humidification method
JP3673243B2 (en) Fuel cell stack
US7588851B2 (en) Fuel cell stack structure
JP2000113899A (en) Fuel cell
JP2005019223A (en) Fuel cell stack
JP2002050391A (en) Fuel cell system
KR20080053410A (en) Fuel cell
JP2003203669A (en) Fuel cell stack
JP2003229144A (en) Fuel cell
JP4121315B2 (en) Fuel cell
JP4612977B2 (en) Fuel cell stack and reaction gas supply method thereof
JP2000311696A (en) Fuel cell stack
JP2001143740A (en) Fuel cell stack
JP4185734B2 (en) Fuel cell stack
JP2005108505A (en) Internal manifold type fuel cell
JP4507453B2 (en) Fuel cell manifold
US6969564B2 (en) Fuel cell stack
JP2002100380A (en) Fuel cell and fuel cell stack
JP2003187838A (en) Fuel cell stack
JP2005251604A (en) Fuel cell stack
JP2002050389A (en) Fuel cell stack and its operating method