JP2002050392A - Fuel cell stack - Google Patents

Fuel cell stack

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JP2002050392A
JP2002050392A JP2000234869A JP2000234869A JP2002050392A JP 2002050392 A JP2002050392 A JP 2002050392A JP 2000234869 A JP2000234869 A JP 2000234869A JP 2000234869 A JP2000234869 A JP 2000234869A JP 2002050392 A JP2002050392 A JP 2002050392A
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JP
Japan
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cooling medium
fuel cell
cell stack
gas
separator
Prior art date
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Application number
JP2000234869A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiji Suzuki
征治 鈴木
Yosuke Fujii
洋介 藤井
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
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    • 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 make the whole fuel cell stack compact size and ensures good drainage. SOLUTION: The fuel cell stack 10 is designed in a rectangular parallelepiped as a whole, and an oxidant gas passage groove 48a, 48b and a fuel gas passage groove 50a, 50b, which are divided in the longitudinal direction, are provided in the first and the second separator 14, 16. An inner side cooling medium passage 60 is provided through nearly the center of the first and the second separator 14, 16 and outer side cooling medium passages 62a, 62b are provided through the both side edges of the longitudinal side of the first and the second separator 14, 16.

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を、セパレータを介して複数個積
層した燃料電池スタックに関する。
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 having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode are stacked with a separator interposed therebetween.

【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し、その
移動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
されているために、このカソード側電極において、前記
水素イオン、前記電子および酸素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. The electrons generated during the movement are taken out to an external circuit and used as DC electric energy. On the cathode side electrode,
Since an oxidizing gas, for example, an oxygen-containing gas or air is supplied, the hydrogen ions, the electrons, and the oxygen gas react at the cathode-side electrode to generate water.

【0004】ところで、上記の燃料電池スタックを車両
等に搭載して使用する場合、所望の電力を得るために相
当に多数の単位燃料電池セルが必要となる。従って、燃
料電池スタック全体が大型化し易くなってしまうため、
前記燃料電池スタックの構成部品を積層方向に薄肉化す
ることが望まれている。さらに、車載時には、燃料電池
スタックを自動車の床下に設置することが最も実用的で
あり、車室内の居住空間を十分に確保するするために
は、前記燃料電池スタック全体の高さ方向の寸法を低く
設定する必要がある。
When the above-described fuel cell stack is mounted on a vehicle or the like and used, a considerably large number of unit fuel cells are required in order to obtain desired power. Therefore, the size of the entire fuel cell stack tends to increase,
It is desired to make the components of the fuel cell stack thinner in the stacking direction. Further, when mounted on a vehicle, it is most practical to install the fuel cell stack under the floor of the vehicle, and in order to secure a sufficient living space in the vehicle cabin, the height dimension of the entire fuel cell stack must be reduced. Must be set lower.

【0005】そこで、例えば、米国特許第5,804,
326号公報に開示されているように、燃料電池スタッ
ク全体を直方体状に構成するとともに、セパレータの面
内に冷却媒体用流路を設けず、単位燃料電池セルの積層
方向に連通孔を設けてこの連通孔に冷却媒体を流す燃料
電池スタックが知られている。具体的には、図11に示
すように、燃料電池スタック1は、鉛直方向(矢印X方
向)に積層されており、上下両端にエンドプレート2
a、2bが設けられている。
Therefore, for example, in US Pat.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 326, the entire fuel cell stack is formed in a rectangular parallelepiped shape, and a communication hole is provided in the stacking direction of unit fuel cells without providing a cooling medium flow path in the plane of the separator. There is known a fuel cell stack in which a cooling medium flows through the communication hole. Specifically, as shown in FIG. 11, the fuel cell stack 1 is stacked in the vertical direction (the direction of arrow X), and end plates 2 are provided at both upper and lower ends.
a, 2b are provided.

【0006】エンドプレート2a、2b間には、セパレ
ータである流路プレート3が配置されており、この流路
プレート3の短辺側両端縁部には、酸化剤ガス供給口4
aおよび燃料ガス供給口5aと、酸化剤ガス排出口4b
および燃料ガス排出口5bとが設けられている。酸化剤
ガス供給口4aと酸化剤ガス排出口4bとは、流路プレ
ート3の面内を長辺側で折り返して蛇行する酸化剤ガス
流路溝6により連通している。流路プレート3の長辺側
両端縁部には積層方向に貫通する貫通孔7が複数設けら
れており、前記貫通孔7を介して冷却媒体通路8が形成
されるとともに、この冷却媒体通路8に沿って矢印方向
に冷却媒体が流れるように構成されている。
A flow path plate 3 serving as a separator is disposed between the end plates 2a and 2b, and an oxidizing gas supply port 4 is provided at both short side edges of the flow path plate 3.
a and fuel gas supply port 5a, and oxidant gas discharge port 4b
And a fuel gas outlet 5b. The oxidizing gas supply port 4a and the oxidizing gas discharge port 4b are connected to each other by an oxidizing gas flow groove 6 which is turned on the long side in the plane of the flow path plate 3 and meanders. A plurality of through holes 7 penetrating in the stacking direction are provided at both ends of the long side of the flow path plate 3, and a cooling medium passage 8 is formed through the through holes 7. The cooling medium flows in the direction indicated by the arrow along the arrow.

【0007】そこで、このように構成される燃料電池ス
タック1を車載用に使用する場合、長辺側の端部を床面
上に設置することにより、前記燃料電池スタック1全体
の高さ方向の寸法が有効に低く設定されることになる。
この場合、流路プレート3には、その面内に沿って冷却
媒体流路が設けられておらず、前記流路プレート3の積
層方向の厚さが可及的に薄肉状に構成され、前記燃料電
池スタック1の積層方向の寸法が短尺化されることにな
る。
Therefore, when the fuel cell stack 1 configured as described above is used for a vehicle, the end of the long side is installed on the floor surface, so that the height of the entire fuel cell stack 1 in the height direction is increased. The dimensions will be set effectively low.
In this case, the flow path plate 3 is not provided with a cooling medium flow path along its surface, and the thickness of the flow path plate 3 in the stacking direction is configured to be as thin as possible. The dimension of the fuel cell stack 1 in the stacking direction is shortened.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように貫通孔7の長辺が短辺側両端縁部に設けられてお
り、所望の電極冷却性を確保するためには、電極中心部
と冷却媒体との距離を短く設定する必要があり、流路プ
レート3のアスペクト比(縦横比)を大きくしなければ
ならない。従って、流路プレート3に設けられている酸
化剤ガス流路溝6(および図示しない燃料ガス流路溝)
が相当に長尺化するとともに、燃料電池スタック1の長
辺側が水平方向に設置されることにより、前記酸化剤ガ
ス流路溝6が鉛直方向に蛇行することになる。
However, as described above, the long side of the through-hole 7 is provided at the both side edges of the short side. The distance from the cooling medium must be set short, and the aspect ratio (aspect ratio) of the flow path plate 3 must be increased. Therefore, the oxidizing gas passage groove 6 (and the fuel gas passage groove not shown) provided in the passage plate 3.
Is considerably lengthened, and the long side of the fuel cell stack 1 is installed in the horizontal direction, so that the oxidant gas flow channel groove 6 meanders in the vertical direction.

【0009】これにより、酸化剤ガス流路溝6内で結露
した生成水は、前記酸化剤ガス流路溝6に沿って反重力
方向に移動することが困難となり、流路プレート3の面
内に生成水が残存して燃料電池スタック1の発電性能が
低下するという問題が指摘されている。
As a result, it becomes difficult for the generated water condensed in the oxidizing gas passage groove 6 to move in the anti-gravity direction along the oxidizing gas passage groove 6, and It has been pointed out that the generated water remains and the power generation performance of the fuel cell stack 1 is reduced.

【0010】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、スタック全体の小型化を容易に図るとともに、排水
性を確保して所望の発電性能を得ることが可能な燃料電
池スタックを提供することを目的とする。
The present invention solves this kind of problem, and provides a fuel cell stack capable of easily reducing the size of the entire stack, securing drainage performance, and obtaining desired power generation performance. The purpose is to:

【0011】[0011]

【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、セパレータの平面が長方形状に
設定されており、この平面には、燃料ガスおよび/また
は酸化剤ガスである反応ガスを流すための反応ガス流路
が長辺方向に複数に分割されて設けられるとともに、前
記反応ガス流路の外周に積層方向に貫通して外側冷却媒
体流路が形成される一方、分割された前記反応ガス流路
の間に積層方向に貫通して内側冷却媒体流路が設けられ
ている。
In the fuel cell stack according to the first aspect of the present invention, the plane of the separator is set in a rectangular shape, and the plane of the separator is a reaction gas containing a fuel gas and / or an oxidant gas. A reaction gas flow path for flowing gas is provided divided into a plurality of parts in the long side direction, and an outer cooling medium flow path is formed while being penetrated in the lamination direction on the outer periphery of the reaction gas flow path, and is divided. Further, an inner coolant passage is provided between the reaction gas passages so as to penetrate in the stacking direction.

【0012】このように、反応ガス流路が長辺方向に分
割されるため、各反応ガス流路のレイアウトの自由度が
向上するとともに、各反応ガス流路の流路長が大幅に短
尺化され、生成水の排出が容易に行われる。しかも、分
割された反応ガス流路間に内側冷却媒体流路が設けられ
るため、所望の冷却機能を確実に維持しつつ、セパレー
タの積層方向の厚さを可及的に薄肉化することが可能に
なる。従って、燃料電池スタック全体の小型化が容易に
図られる。
As described above, since the reaction gas flow path is divided in the long side direction, the degree of freedom in the layout of each reaction gas flow path is improved, and the length of each reaction gas flow path is greatly shortened. The generated water is easily discharged. Moreover, since the inner cooling medium flow path is provided between the divided reaction gas flow paths, the thickness of the separator in the stacking direction can be reduced as much as possible while reliably maintaining the desired cooling function. become. Therefore, the size of the entire fuel cell stack can be easily reduced.

【0013】また、本発明の請求項2に係る燃料電池ス
タックでは、反応ガス流路が、平面の短辺側で折り返し
て長辺側に向かう蛇行形状に設定されている。このた
め、燃料電池スタックが長辺側を水平方向に向けて配置
される際、反応ガス流路が重力方向に向かうことにな
る。これにより、この反応ガス流路で結露した生成水
は、重力方向に容易に移動することができ、前記生成水
を前記反応ガス流路から確実に排出することが可能にな
る。
[0013] In the fuel cell stack according to the second aspect of the present invention, the reaction gas flow path is formed in a meandering shape that is folded on the short side of the plane and extends toward the long side. For this reason, when the fuel cell stack is disposed with the long side facing the horizontal direction, the reaction gas flow path is directed in the direction of gravity. As a result, the generated water condensed in the reaction gas flow path can easily move in the direction of gravity, and the generated water can be reliably discharged from the reaction gas flow path.

【0014】さらにまた、本発明の請求項3に係る燃料
電池スタックでは、外側冷却媒体流路と内側冷却媒体流
路とでそれぞれの冷却媒体の流れ方向が逆方向に設定さ
れている。このため、例えば、冷却媒体を内側冷却媒体
流路から供給して外側冷却媒体流路に排出させることに
より、通常、高温となり易い燃料電池スタック内の中央
部分に比較的低温の冷却媒体を供給することができ、前
記燃料電池スタック内の温度を均一に維持することが可
能になる。
Further, in the fuel cell stack according to the third aspect of the present invention, the flow directions of the respective coolants in the outer coolant channel and the inner coolant channel are set in opposite directions. For this reason, for example, by supplying the cooling medium from the inner cooling medium flow path and discharging the cooling medium to the outer cooling medium flow path, a relatively low-temperature cooling medium is supplied to a central portion in the fuel cell stack, which usually has a high temperature. And the temperature in the fuel cell stack can be maintained uniform.

【0015】[0015]

【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の概略斜視説明図であり、
図2は、前記燃料電池スタック10の要部分解斜視図で
ある。
FIG. 1 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack 10 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the fuel cell stack 10.

【0016】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). Are laminated. 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. .

【0017】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。カソード側電極20、アノード側電極2
2並びに第1および第2ガス拡散層24、26は、長辺
方向に複数、例えば、2つに分割されている。
The unit fuel cell 12 has a solid polymer electrolyte membrane 18, a cathode electrode 20 and an anode electrode 22 disposed with the electrolyte membrane 18 interposed therebetween. The anode-side electrode 22 has first and second gas diffusion layers 24 and 26 made of, for example, porous carbon paper as a porous layer.
Is arranged. Cathode side electrode 20, anode side electrode 2
The two and the first and second gas diffusion layers 24 and 26 are divided into a plurality, for example, two in the long side direction.

【0018】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28、30が設けられ、前記第1ガ
スケット28は、それぞれカソード側電極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32
a、32bを有する一方、前記第2ガスケット30は、
それぞれアノード側電極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34a、34b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
28、30とが、第1および第2セパレータ14、16
によって挟持される。
First and second gaskets 28, 30 are provided on both sides of the unit fuel cell 12, and the first gasket 28 is for accommodating the cathode 20 and the first gas diffusion layer 24, respectively. Large opening 32
a, 32b, while the second gasket 30
Anode side electrode 22 and second gas diffusion layer 26
Have large openings 34a and 34b for accommodating therein. The unit fuel cell 12 and the first and second gaskets 28, 30 form first and second separators 14, 16.
Pinched by

【0019】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35aが水平方向に
指向するとともに、短辺35bが重力方向に指向して配
置される。
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 35a is oriented in the horizontal direction, and the short side 35b is oriented in the direction of gravity.

【0020】第1セパレータ14の長辺35a側の上部
略中央部側および一端縁部側には、酸素含有ガスまたは
空気である酸化剤ガスを通過させるための酸化剤ガス入
口36a、36bが設けられ、前記酸化剤ガス入口36
a、36bに近接して水素含有ガス等の燃料ガスを通過
させるための燃料ガス入口38a、38bが設けられ
る。第1セパレータ14の長辺35a側の下部側には、
酸化剤ガス出口36c、36dと燃料ガス出口38c、
38dとが交互に設けられている。
Oxidant gas inlets 36a and 36b for passing an oxygen-containing gas or an oxidant gas, which is air, are provided at a substantially central portion on one side of the long side 35a of the first separator 14 and one edge portion thereof. The oxidant gas inlet 36
Fuel gas inlets 38a and 38b for passing a fuel gas such as a hydrogen-containing gas are provided in the vicinity of the fuel gas inlets a and 36b. On the lower side of the long side 35a side of the first separator 14,
The oxidizing gas outlets 36c and 36d and the fuel gas outlet 38c,
38d are provided alternately.

【0021】第1セパレータ14の略中央部には、短辺
方向(鉛直方向)に延在して冷却媒体入口40aが設け
られるとともに、この第1セパレータ14の短辺35b
側の両端縁部には、上下方向に延在して冷却媒体出口4
0b、40cが設けられる。冷却媒体入口40aは、長
辺35a側の上下両端縁部に燃料ガス入口38bおよび
燃料ガス出口38c側に延在する屈曲部を有するととも
に、第1セパレータ14の厚さ方向に貫通して形成され
ている。冷却媒体出口40b、40cは、長辺35a側
の上下両端縁部に燃料ガス入口38aおよび燃料ガス出
口38d側に延在する屈曲部を有し、前記第1セパレー
タ14の厚さ方向に貫通して形成される。
At a substantially central portion of the first separator 14, a cooling medium inlet 40a is provided extending in a short side direction (vertical direction), and a short side 35b of the first separator 14 is provided.
The cooling medium outlet 4 extends in the up-down direction
0b and 40c are provided. The cooling medium inlet 40a has bent portions extending toward the fuel gas inlet 38b and the fuel gas outlet 38c at both upper and lower edges on the long side 35a side, and is formed so as to penetrate in the thickness direction of the first separator 14. ing. The cooling medium outlets 40b and 40c have bent portions extending to the fuel gas inlet 38a and the fuel gas outlet 38d at upper and lower end edges on the long side 35a side, and penetrate in the thickness direction of the first separator 14. Formed.

【0022】冷却媒体入口40aと冷却媒体出口40
b、40cとには、必要に応じて第1セパレータ14の
強度を維持するためのリブ42を設けてもよい(図2
中、二点鎖線参照)。また、図3に示すように、第1セ
パレータ14の四隅および冷却媒体入口40aの略中央
部にリブ44を設け、前記リブ44に孔部46を形成し
てこの孔部46にタイロッド47を挿通するように構成
してもよい。冷却媒体入口40a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。
The cooling medium inlet 40a and the cooling medium outlet 40
Ribs 42 for maintaining the strength of the first separator 14 may be provided to b and 40c as needed (FIG. 2).
(See the middle and two-dot chain lines.) As shown in FIG. 3, ribs 44 are provided at the four corners of the first separator 14 and substantially at the center of the cooling medium inlet 40a, and a hole 46 is formed in the rib 44, and a tie rod 47 is inserted through the hole 46. May be configured. A cooling medium such as pure water, ethylene glycol or oil is supplied to the cooling medium inlet 40a.

【0023】図2に示すように、第1セパレータ14の
面14aには、酸化剤ガス入口36a、36bに連通す
るそれぞれ独立した複数の酸化剤ガス流路溝(反応ガス
流路)48a、48bが、水平方向に蛇行しながら重力
方向に向かって設けられており、前記酸化剤ガス流路溝
48a、48bの下流は、酸化剤ガス出口36c、36
cに連通している。
As shown in FIG. 2, a plurality of independent oxidizing gas passage grooves (reactive gas passages) 48a, 48b communicating with the oxidizing gas inlets 36a, 36b are formed on the surface 14a of the first separator 14. Are provided in the gravitational direction while meandering in the horizontal direction, and the oxidizing gas passages 48a and 48b are downstream of the oxidizing gas outlets 36c and 36b.
It communicates with c.

【0024】第2セパレータ16は長方形状に形成され
ており、第1セパレータ14と同様に、酸化剤ガス入口
36a、36b、燃料ガス入口38a、38b、酸化剤
ガス出口36c、36d、燃料ガス出口38c、38
d、冷却媒体入口40aおよび冷却媒体出口40b、4
0cが、前記第2セパレータ16の厚さ方向に貫通して
形成されている。
The second separator 16 is formed in a rectangular shape, and like the first separator 14, the oxidant gas inlets 36a and 36b, the fuel gas inlets 38a and 38b, the oxidant gas outlets 36c and 36d, and the fuel gas outlet 38c, 38
d, cooling medium inlet 40a and cooling medium outlet 40b, 4
0c is formed to penetrate the second separator 16 in the thickness direction.

【0025】図4に示すように、第2セパレータ16の
アノード側電極22側の面16aには、燃料ガス入口3
8a、38bに連通してそれぞれ独立した複数本の燃料
ガス流路溝(反応ガス流路)50a、50bが形成され
る。この燃料ガス流路溝50a、50bは、水平方向に
蛇行しながら重力方向に向かって設けられ、燃料ガス出
口38c、38dに連通している。
As shown in FIG. 4, a fuel gas inlet 3 is provided on the surface 16a of the second separator 16 on the side of the anode 22.
A plurality of independent fuel gas passage grooves (reaction gas passages) 50a and 50b are formed in communication with the fuel gas passages 8a and 38b. The fuel gas passage grooves 50a and 50b are provided in the direction of gravity while meandering in the horizontal direction, and communicate with the fuel gas outlets 38c and 38d.

【0026】図1に示すように、単位燃料電池セル12
が第1および第2セパレータ14、16を介して矢印A
方向に所定数だけ積層され、その積層方向両端には、第
1エンドプレート52と第2エンドプレート54とが配
設され、タイロッド47(図3参照)を介して一体的に
締め付けられることにより、燃料電池スタック10が構
成される。
As shown in FIG. 1, the unit fuel cells 12
Is an arrow A through the first and second separators 14 and 16.
The first end plate 52 and the second end plate 54 are disposed at both ends in the stacking direction, and are integrally tightened via tie rods 47 (see FIG. 3). The fuel cell stack 10 is configured.

【0027】図5に示すように、燃料電池スタック10
内には、第1および第2セパレータ14、16と第1お
よび第2ガスケット28、30と電解質膜18とに形成
されている酸化剤ガス入口36a、36bおよび酸化剤
ガス出口36c、36dを連通して略U字状に構成され
る酸化剤ガス給排路56a、56bと、燃料ガス入口3
8a、38bおよび燃料ガス出口38c、38dを連通
して略U字形状に構成される燃料ガス給排路58a、5
8bと、冷却媒体入口40aを連通して構成される内側
冷却媒体流路60と、冷却媒体出口40b、40cを連
通して構成される外側冷却媒体流路62a、62bとが
設けられる。
As shown in FIG. 5, the fuel cell stack 10
Inside, the oxidizing gas inlets 36a, 36b and the oxidizing gas outlets 36c, 36d formed in the first and second separators 14, 16 and the first and second gaskets 28, 30 and the electrolyte membrane 18 communicate with each other. Oxidant gas supply / discharge passages 56a, 56b formed in a substantially U-shape and a fuel gas inlet 3
8a, 38b and the fuel gas outlets 38c, 38d communicate with each other to form a substantially U-shaped fuel gas supply / discharge passage 58a, 58b.
8b, an inner coolant passage 60 formed by communicating the coolant inlet 40a, and outer coolant passages 62a, 62b formed by communicating the coolant outlets 40b, 40c.

【0028】第2エンドプレート54には、冷却媒体入
口40aを通って積層方向後方(第2エンドプレート5
4側)に流れてくる冷却媒体を、左右に振り分けて冷却
媒体出口40b、40cに連通する外側冷却媒体流路6
2a、62bに供給するための分配通路64が形成され
る。
The second end plate 54 passes through the cooling medium inlet 40a and is arranged rearward in the stacking direction (the second end plate 5).
4), the cooling medium flowing to the cooling medium outlets 40b, 40c is divided into left and right sides, and the outer cooling medium passage 6 communicates with the cooling medium outlets 40b, 40c.
A distribution passage 64 for supplying to 2a and 62b is formed.

【0029】第1エンドプレート52には、配管構造7
0が設けられる。図1に示すように、この配管構造70
は、酸化剤ガス給排路56a、56bの入口側に連通す
る酸化剤ガス供給管72と、前記酸化剤ガス給排路56
a、56bの出口側に連通する酸化剤ガス排出管74
と、燃料ガス給排路58a、58bの入口側に連通する
燃料ガス供給管76と、前記燃料ガス給排路58bの出
口側に連通する燃料ガス排出管78と、内側冷却媒体流
路60に連通する冷却媒体供給管80と、外側冷却媒体
流路62a、62bに連通する冷却媒体排出管82とを
備える。
The first end plate 52 has a piping structure 7
0 is provided. As shown in FIG.
Is an oxidizing gas supply pipe 72 communicating with the inlet side of the oxidizing gas supply / discharge paths 56a and 56b;
a, an oxidizing gas discharge pipe 74 communicating with the outlet side of 56b
A fuel gas supply pipe 76 communicating with the inlet sides of the fuel gas supply / discharge paths 58a, 58b, a fuel gas discharge pipe 78 communicating with the exit side of the fuel gas supply / discharge path 58b, and the inner cooling medium flow path 60. A cooling medium supply pipe 80 communicating with the cooling medium supply pipe 80 and a cooling medium discharge pipe 82 communicating with the outer cooling medium flow paths 62a and 62b are provided.

【0030】このように構成される燃料電池スタック1
0の動作について、以下に説明する。
The fuel cell stack 1 configured as described above
The operation of 0 will be described below.

【0031】図1に示すように、酸化剤ガス供給管72
に酸化剤ガスとして空気または酸素含有ガス(単に空気
という)が供給されるとともに、燃料ガス供給管76に
は、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。さらに、冷却媒体供給管80には
冷却媒体が供給される。酸化剤ガス供給管72に供給さ
れた空気は、図5に示すように、酸化剤ガス給排路56
a、56bに分配された後、第1セパレータ14に設け
られている酸化剤ガス入口36a、36bに供給され
る。
As shown in FIG. 1, the oxidizing gas supply pipe 72
In addition, air or an oxygen-containing gas (hereinafter simply referred to as air) is supplied as an oxidant gas, and a fuel gas (for example, a gas containing hydrogen obtained by reforming hydrocarbon) is supplied to the fuel gas supply pipe 76. Further, a cooling medium is supplied to the cooling medium supply pipe 80. The air supplied to the oxidizing gas supply pipe 72 is, as shown in FIG.
After being distributed to the first and second separators a and 56b, they are supplied to oxidant gas inlets 36a and 36b provided in the first separator 14.

【0032】図2に示すように、第1セパレータ14で
は、酸化剤ガス入口36a、36bに供給された空気
が、面14a内の酸化剤ガス流路溝48a、48bに導
入され、この酸化剤ガス流路溝48a、48bに沿って
水平方向に蛇行しながら重力方向に移動する。その際、
空気中の酸素ガスは、第1ガス拡散層24からカソード
側電極20に供給される一方、未使用の空気が酸化剤ガ
ス出口36c、36dに排出される。この酸化剤ガス出
口36c、36dに排出された空気は、酸化剤ガス給排
路56a、56bの出口側に設けられている酸化剤ガス
排出管74を介して燃料電池スタック10の外部に排出
される。
As shown in FIG. 2, in the first separator 14, air supplied to the oxidizing gas inlets 36a and 36b is introduced into the oxidizing gas flow grooves 48a and 48b in the surface 14a. It moves in the direction of gravity while meandering horizontally along the gas flow grooves 48a and 48b. that time,
The oxygen gas in the air is supplied from the first gas diffusion layer 24 to the cathode electrode 20, while the unused air is discharged to the oxidizing gas outlets 36c and 36d. The air discharged to the oxidizing gas outlets 36c and 36d is discharged to the outside of the fuel cell stack 10 via the oxidizing gas discharge pipe 74 provided on the outlet side of the oxidizing gas supply / discharge paths 56a and 56b. You.

【0033】一方、燃料ガス供給管76に供給された燃
料ガスは、燃料ガス給排路58a、58bに分配された
後、第2セパレータ16の燃料ガス入口38a、38b
に送られる。図4に示すように、燃料ガス入口38a、
38bに導入された燃料ガスは、燃料ガス流路溝50
a、50bに供給されることにより、第2セパレータ1
6の面16aに沿って水平方向に蛇行しながら重力方向
に移動する。その際、燃料ガス中の水素ガスは、第2ガ
ス拡散層26を通って単位燃料電池セル12のアノード
側電極22に供給される。
On the other hand, the fuel gas supplied to the fuel gas supply pipe 76 is distributed to the fuel gas supply / discharge passages 58a, 58b, and then is supplied to the fuel gas inlets 38a, 38b of the second separator 16.
Sent to As shown in FIG. 4, the fuel gas inlet 38a,
The fuel gas introduced into the fuel gas flow channel groove 50 b
a, 50b, the second separator 1
6 while moving in the horizontal direction along the surface 16a in the direction of gravity. At that time, the hydrogen gas in the fuel gas is supplied to the anode 22 of the unit fuel cell 12 through the second gas diffusion layer 26.

【0034】そして、未使用の燃料ガスは、燃料ガス流
路溝50a、50bから燃料ガス出口38c、38dに
導出され、燃料ガス給排路58a、58bの出口側から
燃料ガス排出管78に排出される。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1
0に接続される負荷、例えば、図示しないモータに電力
が供給されることになる。
The unused fuel gas is led out from the fuel gas flow grooves 50a, 50b to the fuel gas outlets 38c, 38d, and is discharged from the fuel gas supply / discharge passages 58a, 58b to the fuel gas discharge pipe 78. Is done. As a result, power is generated in each unit fuel cell 12 and the fuel cell stack 1
Electric power is supplied to a load connected to 0, for example, a motor (not shown).

【0035】また、燃料電池スタック10内は、冷却媒
体により冷却される。すなわち、冷却媒体供給管80に
供給された冷却媒体は、図5に示すように、内側冷却媒
体流路60に導入され、単位燃料電池セル12と第1お
よび第2セパレータ14、16とに形成されている冷却
媒体入口40aを通って積層方向後方側に移動する。そ
の際、冷却媒体は、各単位燃料電池セル12の略中央部
を通って前記単位燃料電池セル12を中央側から冷却し
た後、積層方向後方側に配置されている第2エンドプレ
ート54の分配通路64に導入される。
The inside of the fuel cell stack 10 is cooled by a cooling medium. That is, as shown in FIG. 5, the cooling medium supplied to the cooling medium supply pipe 80 is introduced into the inner cooling medium flow path 60 and is formed in the unit fuel cell 12 and the first and second separators 14 and 16. It moves rearward in the stacking direction through the cooling medium inlet 40a. At this time, the cooling medium passes through the substantially central portion of each unit fuel cell 12, cools the unit fuel cell 12 from the center side, and distributes the second end plate 54 disposed on the rear side in the stacking direction. It is introduced into the passage 64.

【0036】この分配通路64に導入された冷却媒体
は、矢印C方向両端側に移動して外側冷却媒体流路62
a、62bに供給される。外側冷却媒体流路62a、6
2bを流れる冷却媒体は、各燃料電池セル12を外側か
ら冷却した後、冷却媒体排出管82から排出される。
The cooling medium introduced into the distribution passage 64 moves to both ends in the direction of the arrow C and moves to the outer cooling medium passage 62.
a, 62b. Outer cooling medium channels 62a, 6
The cooling medium flowing through 2b is discharged from the cooling medium discharge pipe 82 after cooling each fuel cell 12 from the outside.

【0037】この場合、第1の実施形態では、燃料電池
スタック10全体が直方体状に設定されるとともに、第
1および第2セパレータ14、16の面14a、16a
には、反応ガス流路である酸化剤ガス流路溝48a、4
8bおよび燃料ガス流路溝50a、50bが長辺方向
(矢印C方向)に分割して形成される。酸化剤ガス流路
溝48a、48b間および燃料ガス流路溝50a、50
b間には、冷却媒体を流すための内側冷却媒体流路60
を構成する冷却媒体入口40aが形成されるとともに、
前記酸化剤ガス流路溝48a、48bおよび前記燃料ガ
ス流路溝50a、50bの外方に位置して冷却媒体を流
すための外側冷却媒体流路62a、62bを構成する冷
却媒体出口40b、40cが設けられている。
In this case, in the first embodiment, the entire fuel cell stack 10 is set in a rectangular parallelepiped shape, and the surfaces 14a, 16a of the first and second separators 14, 16 are formed.
Include oxidizing gas flow channels 48a, 4g,
8b and the fuel gas passage grooves 50a, 50b are formed by being divided in the long side direction (the direction of arrow C). Between the oxidizing gas passage grooves 48a, 48b and the fuel gas passage grooves 50a, 50
b, an inner cooling medium flow path 60 for flowing the cooling medium.
A cooling medium inlet 40a is formed,
Cooling medium outlets 40b, 40c which are located outside the oxidizing gas flow grooves 48a, 48b and the fuel gas flow grooves 50a, 50b and form outer cooling medium flow paths 62a, 62b for flowing a cooling medium. Is provided.

【0038】このため、単位燃料電池セル12の積層方
向に貫通して設けられている内側冷却媒体流路60から
外側冷却媒体流路62a、62bに沿って冷却媒体を流
すだけで、前記単位燃料電池セル12の発電面を内側お
よび外側から良好に冷却することができ、第1セパレー
タ14の面14b側または第2セパレータ16の面16
b側に面方向に沿って冷却媒体流路溝を形成する必要が
ない。従って、第1セパレータ14または第2セパレー
タ16の積層方向の厚さが可及的に薄肉化され、燃料電
池スタック10の積層方向の寸法が有効に短尺化されて
該燃料電池スタック10の小型化が容易に図られるとい
う効果が得られる。
For this reason, the unit fuel can be supplied only by flowing the cooling medium from the inner cooling medium passage 60 provided through the unit fuel cells 12 in the stacking direction along the outer cooling medium passages 62a and 62b. The power generation surface of the battery cell 12 can be satisfactorily cooled from the inside and the outside, and the surface 14b of the first separator 14 or the surface 16 of the second separator 16 can be cooled.
There is no need to form a coolant flow channel along the surface direction on the b side. Accordingly, the thickness of the first separator 14 or the second separator 16 in the stacking direction is made as thin as possible, and the dimension of the fuel cell stack 10 in the stacking direction is effectively shortened, so that the fuel cell stack 10 is downsized. Can be easily achieved.

【0039】さらに、反応ガス流路である酸化剤ガス流
路溝48a、48bおよび燃料ガス流路溝50a、50
bは、第1および第2セパレータ14、16の長辺方向
に分割されている。このため、酸化剤ガス流路溝48
a、48bおよび燃料ガス流路溝50a、50bのパタ
ーンレイアウトの自由度が向上する。これにより、酸化
剤ガス流路溝48a、48bおよび燃料ガス流路溝50
a、50bを水平方向に蛇行して重力方向に向かうサー
ペンタイン流路として構成することができ、生成水の排
出が確実に行われ、燃料電池スタック10の発電性能が
低下することを確実に阻止することが可能になる。な
お、反応ガス流路を長辺方向に2つ以上に分割すること
ができ、また、アスペクト比等によって3分割や4分割
等に設定することも可能である。
Further, the oxidizing gas passage grooves 48a and 48b and the fuel gas passage grooves 50a and 50b which are reaction gas passages.
b is divided in the long side direction of the first and second separators 14 and 16. For this reason, the oxidant gas flow channel groove 48
a, 48b and the pattern layout of the fuel gas flow grooves 50a, 50b are improved. As a result, the oxidizing gas passage grooves 48a and 48b and the fuel gas passage grooves 50
The a and 50b can be configured as serpentine channels meandering in the horizontal direction and moving in the direction of gravity, and the generated water is reliably discharged, and the power generation performance of the fuel cell stack 10 is reliably prevented from lowering. It becomes possible. Note that the reaction gas flow path can be divided into two or more in the long side direction, and can be set to three divisions, four divisions, or the like depending on the aspect ratio or the like.

【0040】さらにまた、第1の実施形態では、内側冷
却媒体流路60に冷却媒体を供給した後、この冷却媒体
を第2エンドプレート54の分配通路64を介して外側
冷却媒体流路62a、62bに導入し、この外側冷却媒
体流路62a、62bの出口側から排出している。従っ
て、各単位燃料電池セル12において、温度の高い略中
央部に温度の低い冷却媒体が供給されることになり、前
記単位燃料電池セル12の冷却効率が有効に向上すると
いう利点がある。
Further, in the first embodiment, after supplying the cooling medium to the inner cooling medium flow path 60, the cooling medium is supplied through the distribution passage 64 of the second end plate 54 to the outer cooling medium flow paths 62 a, 62 a. 62b, and is discharged from the outlet side of the outer cooling medium channels 62a, 62b. Therefore, in each unit fuel cell 12, a cooling medium having a low temperature is supplied to a substantially central portion having a high temperature, and there is an advantage that the cooling efficiency of the unit fuel cell 12 is effectively improved.

【0041】ところで、図1に示すように、この燃料電
池スタック10に対し、所定数の単位燃料電池セル12
間毎に導電板90を介装してもよい。この導電板90
は、冷却媒体が通過することによって比較的迅速に面方
向に冷却されるため、前記導電板90の面に接する各単
位燃料電池セル12の発電面が一層効率的に冷却される
という効果がある。
As shown in FIG. 1, a predetermined number of unit fuel cells 12
The conductive plate 90 may be interposed every interval. This conductive plate 90
Is cooled relatively quickly in the surface direction by the passage of the cooling medium, so that the power generation surface of each unit fuel cell 12 in contact with the surface of the conductive plate 90 is more efficiently cooled. .

【0042】また、図6に示すように、内側冷却媒体流
路60内において、積層方向後方(冷却媒体流れ方向)
に向かって第2セパレータ16の貫通孔(冷却媒体入口
40a)を、順次、段状に突出させるようにすれば、第
2セパレータ16の段部を構成する部分と冷却媒体との
接触面積が増大し、該第2セパレータ16を一層効率的
に冷却することが可能になる。なお、第2セパレータ1
6に代替し、あるいは、前記第2セパレータ16の他
に、第1セパレータ14の貫通孔を段状に突出させても
よい。
As shown in FIG. 6, in the inner cooling medium flow path 60, the rear side in the stacking direction (the cooling medium flow direction).
If the through-holes (cooling medium inlet 40a) of the second separator 16 are sequentially made to protrude in a stepwise manner, the contact area between the portion forming the step portion of the second separator 16 and the cooling medium increases. Then, the second separator 16 can be cooled more efficiently. The second separator 1
Alternatively, in addition to the second separator 16, a through-hole of the first separator 14 may be projected in a stepped manner.

【0043】図7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100の正面
説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池ス
タック10を構成する第1セパレータ14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. 7 is an explanatory front view of a first separator 100 constituting a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the first separator 14 configuring the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0044】この第1セパレータ100の一方の面10
0aには、酸化剤ガス入口36a、36bと酸化剤ガス
出口36c、36dとを連通する酸化剤ガス流路溝10
2a、102bが形成される。酸化剤ガス流路溝102
a、102bは、鉛直方向に延在するストレート流路を
構成しており、これによって前記酸化剤ガス流路溝10
2a、102bで結露される生成水を一層円滑かつ確実
に排出することが可能になる。
One surface 10 of the first separator 100
0a, an oxidizing gas passage groove 10 communicating the oxidizing gas inlets 36a, 36b and the oxidizing gas outlets 36c, 36d.
2a and 102b are formed. Oxidant gas channel groove 102
a and 102b constitute a straight flow path extending in the vertical direction, and thereby, the oxidizing gas flow path groove 10 is formed.
It is possible to discharge the generated water condensed in 2a and 102b more smoothly and reliably.

【0045】なお、第2の実施形態では、図示していな
いが、燃料ガス入口38a、38bと、燃料ガス出口3
8c、38dとが、ストレート流路を構成する燃料ガス
流路溝により連通するように構成されている。
Although not shown in the second embodiment, the fuel gas inlets 38a, 38b and the fuel gas outlet 3
8c and 38d are configured to communicate with each other through a fuel gas flow channel groove that forms a straight flow channel.

【0046】図8は、本発明の第3の実施形態に係る燃
料電池スタックを構成する第1セパレータ120の一方
の面120aの正面説明図であり、図9は、第2セパレ
ータ122の一方の面122aの正面説明図である。
FIG. 8 is an explanatory front view of one surface 120a of a first separator 120 constituting a fuel cell stack according to a third embodiment of the present invention, and FIG. It is front explanatory drawing of the surface 122a.

【0047】第1および第2セパレータ120、122
の長辺側上部には、酸化剤ガス入口124aと、この酸
化剤ガス入口124aを挟んで燃料ガス入口126a、
126bとが貫通形成されるとともに、その長辺側下部
には、燃料ガス出口126cと、前記燃料ガス出口12
6cを挟んで酸化剤ガス出口124b、124cとが形
成される。
First and second separators 120 and 122
An oxidizing gas inlet 124a and a fuel gas inlet 126a sandwiching the oxidizing gas inlet 124a
The fuel gas outlet 126c is formed through the fuel gas outlet 126c.
Oxidant gas outlets 124b and 124c are formed with 6c interposed therebetween.

【0048】第1および第2セパレータ120、122
の略中央には、冷却媒体入口128aが貫通形成され、
前記第1および第2セパレータ120、122の短辺側
両端縁部には、冷却媒体出口128b、128cが貫通
形成される。冷却媒体入口128aおよび冷却媒体出口
128b、128cは、鉛直方向に延在する長方形状に
設定されている。
First and second separators 120 and 122
A cooling medium inlet 128a is formed substantially at the center of
Cooling medium outlets 128b and 128c are formed through the first and second separators 120 and 122 at both ends on the short side. The cooling medium inlet 128a and the cooling medium outlets 128b, 128c are set in a rectangular shape extending in the vertical direction.

【0049】図8に示すように、第1セパレータ120
の面120aには、酸化剤ガス入口124aからそれぞ
れ左右に複数本の酸化剤ガス流路溝130a、130b
が水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって設けら
れ、酸化剤ガス出口124b、124cに連通する。
As shown in FIG. 8, the first separator 120
A plurality of oxidizing gas flow grooves 130a, 130b are respectively formed on the left and right surfaces 120a from the oxidizing gas inlet 124a.
Are provided in the direction of gravity while meandering in the horizontal direction, and communicate with the oxidizing gas outlets 124b and 124c.

【0050】図9に示すように、第2セパレータ122
の面122aには、それぞれ複数本の燃料ガス流路溝1
32a、132bが、燃料ガス入口126a、126b
に連通して水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって
設けられ、下流側が燃料ガス出口126cに連通する。
As shown in FIG. 9, the second separator 122
Each of the plurality of fuel gas flow channel grooves 1
32a, 132b are fuel gas inlets 126a, 126b
The fuel gas outlet 126c is provided in the direction of gravity while meandering in the horizontal direction in communication with the fuel gas outlet 126c.

【0051】このように構成される第3の実施形態で
は、酸化剤ガス入口124aに供給された空気が、酸化
剤ガス流路溝130a、130bに沿って蛇行しながら
面120a内を移動し、未使用の空気が酸化剤ガス出口
124b、124cに排出される。一方、燃料ガス入口
126a、126bに導入された燃料ガスは、燃料ガス
流路溝132a、132bに沿って面122a内を移動
し、未使用の燃料ガスが燃料ガス出口126cから排出
される。
In the third embodiment configured as described above, the air supplied to the oxidizing gas inlet 124a moves inside the surface 120a while meandering along the oxidizing gas flow grooves 130a and 130b. Unused air is discharged to the oxidizing gas outlets 124b and 124c. On the other hand, the fuel gas introduced into the fuel gas inlets 126a, 126b moves in the surface 122a along the fuel gas flow grooves 132a, 132b, and unused fuel gas is discharged from the fuel gas outlet 126c.

【0052】そして、冷却媒体は、第1および第2セパ
レータ120、122の略中央部を貫通して形成された
冷却媒体入口128aに導入され、電極面を中央側から
冷却する。次いで、冷却媒体が冷却媒体出口128b、
128cを流れることによって、電極面を外側から冷却
し、これによって、該電極面の冷却が円滑かつ確実に遂
行される。
Then, the cooling medium is introduced into a cooling medium inlet 128a formed through substantially the center of the first and second separators 120 and 122, and cools the electrode surface from the center. Next, the cooling medium is supplied to the cooling medium outlet 128b,
By flowing through 128c, the electrode surface is cooled from the outside, whereby the cooling of the electrode surface is performed smoothly and reliably.

【0053】図10は、本発明の第4の実施形態に係る
燃料電池スタック140の流路説明図である。なお、図
5に示す流路説明図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. 10 is an explanatory view of the flow path of the fuel cell stack 140 according to the fourth embodiment of the present invention. Note that the same components as those in the flow path explanatory diagram shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0054】この燃料電池スタック140を構成する第
1および第2セパレータ142、144には、その中央
部側に上下方向に冷却媒体入口146a、146bおよ
び146cが貫通形成されるとともに、長辺側両端縁部
に上下方向にそれぞれ冷却媒体出口148a、148b
および148cと冷却媒体出口148d、148eおよ
び148fが貫通形成されている。燃料電池スタック1
40内には、冷却媒体入口146a〜146cを連通し
て内側冷却媒体流路150が形成されるとともに、冷却
媒体出口148a〜148cおよび冷却媒体出口148
d〜148fを連通して外側冷却媒体流路152a、1
52bが形成されている。
Coolant inlets 146a, 146b and 146c are vertically formed at the center of the first and second separators 142 and 144 of the fuel cell stack 140, and both ends of the long sides are formed. Coolant outlets 148a, 148b at the edges in the vertical direction
148c and the cooling medium outlets 148d, 148e and 148f are formed therethrough. Fuel cell stack 1
Inside 40, cooling medium inlets 146a to 146c are communicated to form an internal cooling medium flow path 150, and cooling medium outlets 148a to 148c and cooling medium outlets 148 are formed.
d to 148f to communicate with the outer cooling medium channels 152a,
52b are formed.

【0055】このように構成される燃料電池スタック1
40では、内側冷却媒体流路150に供給される冷却媒
体は、この燃料電池スタック140内で積層方向に折り
返して冷却媒体入口146a〜146cに導入され、発
電面の中央部側を冷却する。さらに、冷却媒体は、外側
冷却媒体流路152a、152bに導入され、冷却媒体
出口148a〜148c、148d〜148fを通って
発電面の外側から冷却を行った後、外部に排出される。
The fuel cell stack 1 configured as described above
In 40, the cooling medium supplied to the inner cooling medium flow path 150 is turned back in the stacking direction in the fuel cell stack 140 and introduced into the cooling medium inlets 146 a to 146 c to cool the central part of the power generation surface. Further, the cooling medium is introduced into the outer cooling medium flow paths 152a and 152b, and after being cooled from outside the power generation surface through the cooling medium outlets 148a to 148c and 148d to 148f, is discharged outside.

【0056】これにより、燃料電池スタック140で
は、冷却媒体が比較的長尺な内側冷却媒体通路150と
外側冷却媒体通路152a、152bに沿って流れるた
め、発電面を一層確実に冷却することができるという効
果が得られる。
Thus, in the fuel cell stack 140, the cooling medium flows along the relatively long inner cooling medium passage 150 and the outer cooling medium passages 152a and 152b, so that the power generation surface can be more reliably cooled. The effect is obtained.

【0057】なお、上記した第1乃至第4の実施形態で
は、酸化剤ガスおよび燃料ガスを上方から下方向に向か
って流すように構成されているが、この酸化剤ガスおよ
び燃料ガスを下方から上方向に向かって流すようにして
もよい。
In the first to fourth embodiments described above, the oxidizing gas and the fuel gas are configured to flow downward from above. However, the oxidizing gas and the fuel gas are discharged from below. You may make it flow upward.

【0058】[0058]

【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、長
方形状に設定されたセパレータの平面内に、複数本の反
応ガス流路が長辺方向に分割して形成されるとともに、
前記反応ガス流路の外周に外側冷却媒体流路が形成さ
れ、かつ前記反応ガス流路間に内側冷却媒体流路が設け
られている。このため、平面内に冷却媒体流路溝を形成
する必要がなく、単位燃料電池セルを容易かつ確実に冷
却することができるとともに、セパレータの厚さ方向の
寸法を可及的に薄肉化することが可能になり、燃料電池
スタック全体の小型化が容易に図られる。
In the fuel cell stack according to the present invention, a plurality of reaction gas flow paths are formed in the plane of the separator set in a rectangular shape while being divided in the long side direction.
An outer cooling medium flow path is formed on the outer periphery of the reaction gas flow path, and an inner cooling medium flow path is provided between the reaction gas flow paths. Therefore, it is not necessary to form a cooling medium flow channel in a plane, and the unit fuel cells can be easily and reliably cooled, and the thickness of the separator in the thickness direction is reduced as much as possible. This makes it possible to easily reduce the size of the entire fuel cell stack.

【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
クの概略斜視説明図である。
FIG. 1 is a schematic perspective explanatory 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要部分解斜視図であ
る。
FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the fuel cell stack.

【図3】前記燃料電池スタックに組み込まれる別の第1
セパレータの正面説明図である。
FIG. 3 is another first example incorporated in the fuel cell stack;
It is a front explanatory view of a separator.

【図4】前記燃料電池スタックに組み込まれる第2セパ
レータの一方の面の正面説明図である。
FIG. 4 is an explanatory front view of one surface of a second separator incorporated in the fuel cell stack.

【図5】前記燃料電池スタック内の流路説明図である。FIG. 5 is an explanatory view of a flow path in the fuel cell stack.

【図6】前記燃料電池スタック内でセパレータの貫通孔
を段状に配置した際の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view when a through hole of a separator is arranged stepwise in the fuel cell stack.

【図7】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セパレータの一方の面の正面説明図で
ある。
FIG. 7 is an explanatory front view of one surface of a first separator constituting a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタッ
クを構成する第1セパレータの一方の面の正面説明図で
ある。
FIG. 8 is an explanatory front view of one surface of a first separator constituting a fuel cell stack according to a third embodiment of the present invention.

【図9】前記第3の実施形態に係る燃料電池スタックを
構成する第2セパレータの一方の面の正面説明図であ
る。
FIG. 9 is an explanatory front view of one surface of a second separator included in the fuel cell stack according to the third embodiment.

【図10】本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタ
ック内の流路説明図である。
FIG. 10 is an explanatory view of a flow path in a fuel cell stack according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】従来技術に係る燃料電池スタックの斜視図で
ある。
FIG. 11 is a perspective view of a fuel cell stack according to the related art.

【符号の説明】 10、140…燃料電池スタック 12…単位燃料電池
セル 14、16、100、120、122、142、144
…セパレータ 18…電解質膜 20…カソード側電
極 22…アノード側電極 28、30…ガスケ
ット 36a、36b、124a…酸化剤ガス入口 36c、36d、124b、124c…酸化剤ガス出口 38a、38b、126a、126b…燃料ガス入口 38c、38d、126c…燃料ガス出口 40a、128a、146a〜146c…冷却媒体入口 40b、40c、128b、128c、148a〜14
8f…冷却媒体出口 48a、48b、102a、102b、130a、13
0b…酸化剤ガス流路溝 50a、50b、132a、132b…燃料ガス流路溝 52、54…エンドプレート 56a、56b…酸
化剤ガス給排路 58a、58b…燃料ガス給排路 60、150…内側
冷却媒体流路 62a、62b、152a、152b…外側冷却媒体流
路 70…配管構造
[Description of Signs] 10, 140: Fuel cell stack 12: Unit fuel cells 14, 16, 100, 120, 122, 142, 144
... separator 18 ... electrolyte membrane 20 ... cathode side electrode 22 ... anode side electrode 28, 30 ... gasket 36a, 36b, 124a ... oxidant gas inlet 36c, 36d, 124b, 124c ... oxidant gas outlet 38a, 38b, 126a, 126b ... fuel gas inlets 38c, 38d, 126c ... fuel gas outlets 40a, 128a, 146a to 146c ... cooling medium inlets 40b, 40c, 128b, 128c, 148a to 14
8f Cooling medium outlet 48a, 48b, 102a, 102b, 130a, 13
0b: Oxidizing gas flow grooves 50a, 50b, 132a, 132b: Fuel gas flow grooves 52, 54: End plates 56a, 56b: Oxidizing gas supply / discharge paths 58a, 58b: Fuel gas supply / discharge paths 60, 150 ... Inner cooling medium flow path 62a, 62b, 152a, 152b ... outer cooling medium flow path 70 ... piping structure

Claims (3)

【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
を、セパレータを介して複数個積層した燃料電池スタッ
クであって、 前記セパレータは、その平面が長方形状に設定されてお
り、 前記平面には、燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも
一方である反応ガスを流すとともに、長辺方向に複数に
分割された複数本の反応ガス流路と、 前記単位燃料電池セルの積層方向に貫通しかつ前記反応
ガス流路の外周に配置されて冷却媒体を流すための外側
冷却媒体流路と、 前記単位燃料電池セルの積層方向に貫通しかつ分割され
た前記反応ガス流路の間に配置されて冷却媒体を流すた
めの内側冷却媒体流路と、 が設けられ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, wherein the separator is The plane is set to a rectangular shape, and a flow of a reaction gas, which is at least one of a fuel gas and an oxidizing gas, is performed on the plane, and a plurality of reaction gas flow paths divided into a plurality in a long side direction. An outer coolant passage that penetrates in the stacking direction of the unit fuel cells and is arranged on the outer periphery of the reactant gas passage to allow a coolant to flow; A fuel cell stack, wherein the fuel cell stack is provided between the reaction gas flow paths and an internal cooling medium flow path for flowing a cooling medium.
【請求項2】請求項1記載の燃料電池スタックにおい
て、前記反応ガス流路は、前記平面の短辺側で折り返し
て長辺側に向かう蛇行形状に設定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 reactant gas flow path is formed in a meandering shape that is folded at a short side of the plane and extends toward a long side. .
【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、前記外側冷却媒体流路の冷却媒体の流れ方向
は、前記内側冷却媒体流路の冷却媒体の流れ方向とは逆
方向に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 a flow direction of the cooling medium in the outer cooling medium flow path is set to be opposite to a flow direction of the cooling medium in the inner cooling medium flow path. A fuel cell stack, characterized in that:
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