JP2002184449A - 固体高分子型燃料電池スタック - Google Patents
固体高分子型燃料電池スタックInfo
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池スタックの積層方向端部に位置する
単セルの温度低下を抑制し、その性能低下を有効に防止
する。 【解決手段】 固体高分子電解質膜１２を用いた固体高
分子型燃料電池スタック１１において、セル１５の積層
方向両端に位置する単セル１５ａ，１５ｂと、その更に
外側に配設されるターミナルプレート２１との間に配設
された導電プレート２２の一方の端面２２Ａに、丸溝５
０を多数形成した。これら丸溝５０はターミナルプレー
ト２１で閉塞されることにより、断熱層として有効に機
能する空気室５１となる。
単セルの温度低下を抑制し、その性能低下を有効に防止
する。 【解決手段】 固体高分子電解質膜１２を用いた固体高
分子型燃料電池スタック１１において、セル１５の積層
方向両端に位置する単セル１５ａ，１５ｂと、その更に
外側に配設されるターミナルプレート２１との間に配設
された導電プレート２２の一方の端面２２Ａに、丸溝５
０を多数形成した。これら丸溝５０はターミナルプレー
ト２１で閉塞されることにより、断熱層として有効に機
能する空気室５１となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜を用いた固体高分子型燃料電池スタックに係り、特
に、燃料電池スタックの積層方向端部に位置する単セル
の性能低下防止に有効な技術に関する。
膜を用いた固体高分子型燃料電池スタックに係り、特
に、燃料電池スタックの積層方向端部に位置する単セル
の性能低下防止に有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、固体高分子型燃料電池は、固体
高分子電解質膜（陽イオン交換膜）の両側にそれぞれア
ノード側電極とカソード側電極を対設し、更にその外側
を一対の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の単セルは、通
常、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。
高分子電解質膜（陽イオン交換膜）の両側にそれぞれア
ノード側電極とカソード側電極を対設し、更にその外側
を一対の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の単セルは、通
常、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。
【０００３】こ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
ーとして利用される。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
記電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。
側電極に供給された燃料ガス、例えば、水素ガスは、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
ーとして利用される。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
記電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。
【０００４】上記燃料電池スタックを車両、特に乗用車
に搭載して使用する場合、車室の床下に配置される場合
が多いことから、高さ方向のスペースが大きく制限され
る。燃料電池スタックの高さを抑える技術として、各単
セルを水平方向に複数個積層し、かつ、供給する燃料ガ
スや酸化剤ガスなどの供給通路を各セパレータの面内に
連通孔として設けた内部マニホールド構造が知られてい
る（例えば、特開平８−１７１９２６号公報参照）。
に搭載して使用する場合、車室の床下に配置される場合
が多いことから、高さ方向のスペースが大きく制限され
る。燃料電池スタックの高さを抑える技術として、各単
セルを水平方向に複数個積層し、かつ、供給する燃料ガ
スや酸化剤ガスなどの供給通路を各セパレータの面内に
連通孔として設けた内部マニホールド構造が知られてい
る（例えば、特開平８−１７１９２６号公報参照）。
【０００５】図７を用いて、その一例について説明する
と、同図において、符号１は燃料電池スタックを示し、
この燃料電池スタック１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持し、更にその外側
を一対のセパレータで挟持してなる単セル２を水平方向
に複数個積層させたものである。アノード側電極及びカ
ソード電極には、各々の面内を貫く燃料ガス、酸化剤ガ
ス、冷却液の供給・排出用の各連通孔（図示略）が設け
られ、内部マニホールドが構成されている。
と、同図において、符号１は燃料電池スタックを示し、
この燃料電池スタック１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持し、更にその外側
を一対のセパレータで挟持してなる単セル２を水平方向
に複数個積層させたものである。アノード側電極及びカ
ソード電極には、各々の面内を貫く燃料ガス、酸化剤ガ
ス、冷却液の供給・排出用の各連通孔（図示略）が設け
られ、内部マニホールドが構成されている。
【０００６】各単セル２は、スタッドボルト４により締
め付けられる。燃料電池スタック１の積層方向の一端側
には皿ばね等から成る締め付け構造部５が、また、他端
側にはワッシャー等から成る他の締め付け構造部６が各
々設けられており、これらによって、発電部分である各
単セル２に、必要な締め付け力が付与されている。
め付けられる。燃料電池スタック１の積層方向の一端側
には皿ばね等から成る締め付け構造部５が、また、他端
側にはワッシャー等から成る他の締め付け構造部６が各
々設けられており、これらによって、発電部分である各
単セル２に、必要な締め付け力が付与されている。
【０００７】燃料電池スタック１の積層方向両端に位置
する単セル２ａ，２ｂの端面には、銅製のターミナルプ
レート７が密接して設けられており、前記締め付け構造
部５，６は、このターミナルプレート７の外側に絶縁プ
レート８を介して設けられている。ターミナルプレート
７の上部には電力取り出し用の端子部９が延出し、この
端子部９が燃料電池スタック１の端部側に向かって屈曲
形成されている。
する単セル２ａ，２ｂの端面には、銅製のターミナルプ
レート７が密接して設けられており、前記締め付け構造
部５，６は、このターミナルプレート７の外側に絶縁プ
レート８を介して設けられている。ターミナルプレート
７の上部には電力取り出し用の端子部９が延出し、この
端子部９が燃料電池スタック１の端部側に向かって屈曲
形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本燃料電池において、
各単セル２が所定の出力電圧（以下、「セル電圧」とい
う。）を維持するためには、各単セル２を一定温度に保
持する必要がある。しかしながら、積層方向両端に位置
する単セル２ａ，２ｂには銅製のターミナルプレート７
が密接しているため、該ターミナルプレート７からの放
熱量が大きく、これにより、単セル２ａ，２ｂのセル温
度Ｔ1，ＴNは他の単セル２のセル温度Ｔ2〜N-1よりも低
くなるという傾向がある。
各単セル２が所定の出力電圧（以下、「セル電圧」とい
う。）を維持するためには、各単セル２を一定温度に保
持する必要がある。しかしながら、積層方向両端に位置
する単セル２ａ，２ｂには銅製のターミナルプレート７
が密接しているため、該ターミナルプレート７からの放
熱量が大きく、これにより、単セル２ａ，２ｂのセル温
度Ｔ1，ＴNは他の単セル２のセル温度Ｔ2〜N-1よりも低
くなるという傾向がある。
【０００９】このため、図８に示すように、セル温度Ｔ
1，ＴNが相対的に低い単セル２ａ，２ｂのセル電圧
Ｖ1，ＶNは、他の単セル２のセル電圧Ｖ2〜N-1よりも低
くなるという問題があった。そして、単セル２ａ，２ｂ
の温度が低下すると、温度低下によって生じた結露水が
電極反応面を覆って電極反応面への反応ガス供給が阻害
され、単セル２ａ，２ｂのセル電圧低下を招く。
1，ＴNが相対的に低い単セル２ａ，２ｂのセル電圧
Ｖ1，ＶNは、他の単セル２のセル電圧Ｖ2〜N-1よりも低
くなるという問題があった。そして、単セル２ａ，２ｂ
の温度が低下すると、温度低下によって生じた結露水が
電極反応面を覆って電極反応面への反応ガス供給が阻害
され、単セル２ａ，２ｂのセル電圧低下を招く。
【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、燃料電池スタックの積層方向端部
に位置する単セルの温度低下を抑制し、該単セルの性能
低下を有効に防止することにある。
であり、その目的は、燃料電池スタックの積層方向端部
に位置する単セルの温度低下を抑制し、該単セルの性能
低下を有効に防止することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、以下の手段を採用した。請求項１に記載
した発明は、固体高分子電解質膜（例えば、実施の形態
における固体高分子電解質膜１２）を一対の電極（例え
ば、実施の形態におけるアノード側電極１３，カソード
側電極１４）で挟持し、更にその外側を一対のセパレー
タ（例えば、実施の形態におけるセパレータ１６，１
７）で挟持してなる単セル（例えば、実施の形態におけ
る単セル１５）を、水平方向に複数個積層して構成され
る固体高分子型燃料電池スタック（例えば、実施の形態
における燃料電池スタック１１）において、前記積層方
向の少なくとも一方の端部に位置する単セル（例えば、
実施の形態における単セル１５ａ，１５ｂ）と、その更
に外側に配設されるターミナルプレート（例えば、実施
の形態におけるターミナルプレート２１）との間に断熱
層（例えば、実施の形態における空気室５１）を介在さ
せたことを特徴とする。
に、本発明は、以下の手段を採用した。請求項１に記載
した発明は、固体高分子電解質膜（例えば、実施の形態
における固体高分子電解質膜１２）を一対の電極（例え
ば、実施の形態におけるアノード側電極１３，カソード
側電極１４）で挟持し、更にその外側を一対のセパレー
タ（例えば、実施の形態におけるセパレータ１６，１
７）で挟持してなる単セル（例えば、実施の形態におけ
る単セル１５）を、水平方向に複数個積層して構成され
る固体高分子型燃料電池スタック（例えば、実施の形態
における燃料電池スタック１１）において、前記積層方
向の少なくとも一方の端部に位置する単セル（例えば、
実施の形態における単セル１５ａ，１５ｂ）と、その更
に外側に配設されるターミナルプレート（例えば、実施
の形態におけるターミナルプレート２１）との間に断熱
層（例えば、実施の形態における空気室５１）を介在さ
せたことを特徴とする。
【００１２】このような構成によれば、積層方向端部に
位置する単セルからターミナルプレートへの伝熱が断熱
層によって阻害され、ターミナルプレートから外部への
放熱量が減少するので、当該単セルの温度低下を抑制で
きる。
位置する単セルからターミナルプレートへの伝熱が断熱
層によって阻害され、ターミナルプレートから外部への
放熱量が減少するので、当該単セルの温度低下を抑制で
きる。
【００１３】請求項２に記載した発明は、請求項１に記
載した固体高分子型燃料電池スタックにおいて、前記少
なくとも一方の端部に位置する単セルと前記ターミナル
プレートとの間に、前記セパレータと同材質で凹溝（例
えば、実施の形態における丸溝５０，格子溝５３）又は
貫通孔（例えば、実施の形態における貫通孔５２）を有
する断熱プレート（例えば、実施の形態における導電プ
レート２２）を介在させ、前記凹溝又は貫通孔からなる
空気室（例えば、実施の形態における空気室５１）によ
り前記断熱層を構成したことを特徴とする。
載した固体高分子型燃料電池スタックにおいて、前記少
なくとも一方の端部に位置する単セルと前記ターミナル
プレートとの間に、前記セパレータと同材質で凹溝（例
えば、実施の形態における丸溝５０，格子溝５３）又は
貫通孔（例えば、実施の形態における貫通孔５２）を有
する断熱プレート（例えば、実施の形態における導電プ
レート２２）を介在させ、前記凹溝又は貫通孔からなる
空気室（例えば、実施の形態における空気室５１）によ
り前記断熱層を構成したことを特徴とする。
【００１４】このような構成によれば、セパレータと断
熱プレートの線膨張係数が共に等しくなるので、燃料電
池スタックの作動温度が変化しても両者の間に熱応力が
発生することはない。また、セパレータと断熱プレート
とが同材質であるため、接触抵抗を小さくできる。
熱プレートの線膨張係数が共に等しくなるので、燃料電
池スタックの作動温度が変化しても両者の間に熱応力が
発生することはない。また、セパレータと断熱プレート
とが同材質であるため、接触抵抗を小さくできる。
【００１５】請求項３に記載した発明は、固体高分子電
解質膜（例えば、実施の形態における固体高分子電解質
膜１２）を一対の電極（例えば、実施の形態におけるア
ノード側電極１３，カソード側電極１４）で挟持し、更
にその外側を一対のセパレータ（例えば、実施の形態に
おけるセパレータ１６，１７）で挟持してなる単セル
（例えば、実施の形態におけるセル１５）を、水平方向
に複数個積層して構成される固体高分子型燃料電池スタ
ック（例えば、実施の形態における燃料電池スタック１
１）において、前記積層方向の少なくとも一方の端部に
位置する単セル（例えば、実施の形態における単セル１
５ａ，１５ｂ）の更に外側に接して配設されるターミナ
ルプレート（例えば、実施の形態におけるターミナルプ
レート２１）に、凹溝又は貫通孔を形成したことを特徴
とする。
解質膜（例えば、実施の形態における固体高分子電解質
膜１２）を一対の電極（例えば、実施の形態におけるア
ノード側電極１３，カソード側電極１４）で挟持し、更
にその外側を一対のセパレータ（例えば、実施の形態に
おけるセパレータ１６，１７）で挟持してなる単セル
（例えば、実施の形態におけるセル１５）を、水平方向
に複数個積層して構成される固体高分子型燃料電池スタ
ック（例えば、実施の形態における燃料電池スタック１
１）において、前記積層方向の少なくとも一方の端部に
位置する単セル（例えば、実施の形態における単セル１
５ａ，１５ｂ）の更に外側に接して配設されるターミナ
ルプレート（例えば、実施の形態におけるターミナルプ
レート２１）に、凹溝又は貫通孔を形成したことを特徴
とする。
【００１６】このような構成では、凹溝又は貫通孔から
なる空気室が断熱層となり、このターミナルプレート内
に形成された断熱層によって、積層方向端部に位置する
単セルからターミナルプレートへの伝熱が阻害されるの
で、新規部品を追加することなく、当該単セルの温度低
下を抑制できる。
なる空気室が断熱層となり、このターミナルプレート内
に形成された断熱層によって、積層方向端部に位置する
単セルからターミナルプレートへの伝熱が阻害されるの
で、新規部品を追加することなく、当該単セルの温度低
下を抑制できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施の形態について説明する。図１において、
符号１１は車載用の燃料電池スタックを示している。燃
料電池スタック１１は、固体高分子電解質膜１２をアノ
ード側電極１３とカソード側電極１４とで挟持し、更に
その外側を一対のセパレータ１６，１７で挟持してなる
単セル１５を水平方向に複数個積層して構成される、い
わゆる固体高分子型燃料電池スタックである。
本発明の実施の形態について説明する。図１において、
符号１１は車載用の燃料電池スタックを示している。燃
料電池スタック１１は、固体高分子電解質膜１２をアノ
ード側電極１３とカソード側電極１４とで挟持し、更に
その外側を一対のセパレータ１６，１７で挟持してなる
単セル１５を水平方向に複数個積層して構成される、い
わゆる固体高分子型燃料電池スタックである。
【００１８】アノード側電極１３と隣接するセパレータ
１６との間に水素ガス（反応ガスである燃料ガス）の供
給路１８が形成される一方で、カソード側電極１４と隣
接するセパレータ１７との間には、空気（反応ガスであ
る酸化剤ガス）の供給路１９が形成される。また、各セ
パレータ１６，１７の背面間の供給路２０には、エチレ
ングリコールなどの冷媒が供給され、単セル１５を冷却
するようになっている。なお、図示都合上、図１におい
て、断面を示すハッチングは省略する。
１６との間に水素ガス（反応ガスである燃料ガス）の供
給路１８が形成される一方で、カソード側電極１４と隣
接するセパレータ１７との間には、空気（反応ガスであ
る酸化剤ガス）の供給路１９が形成される。また、各セ
パレータ１６，１７の背面間の供給路２０には、エチレ
ングリコールなどの冷媒が供給され、単セル１５を冷却
するようになっている。なお、図示都合上、図１におい
て、断面を示すハッチングは省略する。
【００１９】そして、上記水素ガス、空気、冷媒を各供
給路１８，１９，２０に供給するため、各単セル１５の
アノード側電極１３，カソード側電極１４，後述する電
極プレート２１，導電プレート２２，絶縁プレート２
３，及びエンドプレート２４の各面内を貫通して連通孔
（図示略）が各々形成されている。すなわち、この燃料
電池スタック１１は、内部マニホールド構造となってい
る。
給路１８，１９，２０に供給するため、各単セル１５の
アノード側電極１３，カソード側電極１４，後述する電
極プレート２１，導電プレート２２，絶縁プレート２
３，及びエンドプレート２４の各面内を貫通して連通孔
（図示略）が各々形成されている。すなわち、この燃料
電池スタック１１は、内部マニホールド構造となってい
る。
【００２０】積層された単セル１５は、スタッドボルト
２８により締め付けられるが、これら単セル１５のうち
積層方向の両端に位置する単セル１５ａ，１５ｂの外側
には、冷媒隔離用及び断熱用の導電プレート（断熱プレ
ート）２２が各単セル１５ａ，１５ｂの端面に接触して
配設されている。
２８により締め付けられるが、これら単セル１５のうち
積層方向の両端に位置する単セル１５ａ，１５ｂの外側
には、冷媒隔離用及び断熱用の導電プレート（断熱プレ
ート）２２が各単セル１５ａ，１５ｂの端面に接触して
配設されている。
【００２１】この導電プレート２２は、単セル１５ａ，
１５ｂの端面を構成するセパレータ１６と同材料のカー
ボン材からなり、その一方の端面２２Ａには、図２及び
図３に示すように、該端面２２Ａに接触して配設される
ターミナルプレート２１に閉塞されることによって空気
室（断熱層）５１（図１参照）を構成する、止まり穴状
の丸溝５０が略全面にわたって多数形成されている。な
お、符号２５は水素ガスが通る連通孔、２６は空気が通
る連通孔である。
１５ｂの端面を構成するセパレータ１６と同材料のカー
ボン材からなり、その一方の端面２２Ａには、図２及び
図３に示すように、該端面２２Ａに接触して配設される
ターミナルプレート２１に閉塞されることによって空気
室（断熱層）５１（図１参照）を構成する、止まり穴状
の丸溝５０が略全面にわたって多数形成されている。な
お、符号２５は水素ガスが通る連通孔、２６は空気が通
る連通孔である。
【００２２】燃料電池スタック１１の一端側（図１にお
いて左側）の導電プレート２２の外側には、後述する電
極プレート２１を介して樹脂などからなる絶縁プレート
２３が配置され、この絶縁プレート２３の更に外側に
は、エンドプレート２４とバックアッププレート２９と
の間に皿ばね３０が介装されてなる、締め付け構造部３
１が設けられている。
いて左側）の導電プレート２２の外側には、後述する電
極プレート２１を介して樹脂などからなる絶縁プレート
２３が配置され、この絶縁プレート２３の更に外側に
は、エンドプレート２４とバックアッププレート２９と
の間に皿ばね３０が介装されてなる、締め付け構造部３
１が設けられている。
【００２３】燃料電池スタック１１の他端側（図１にお
いて右側）の導電プレート２２の外側には、後述する電
極プレート２１を介して樹脂などからなる絶縁プレート
２３が配置され、この絶縁プレート２３の更に外側に
は、エンドプレート２４とバックアッププレート２９と
の間にワッシャー３２が介装されてなる、締め付け構造
部３３が設けられている。
いて右側）の導電プレート２２の外側には、後述する電
極プレート２１を介して樹脂などからなる絶縁プレート
２３が配置され、この絶縁プレート２３の更に外側に
は、エンドプレート２４とバックアッププレート２９と
の間にワッシャー３２が介装されてなる、締め付け構造
部３３が設けられている。
【００２４】なお、ターミナルプレート２１は、導電性
材料（例えば、銅）から構成されており、その略中央部
からは略垂直方向、すなわち、単セル１５の積層方向に
沿って電力取出用の端子部２１ａが突出している。端子
部２１ａの外周は、絶縁材料から成る絶縁チューブ３６
で覆われ、エンドプレート２４，バックアッププレート
２９等との電気的短絡が防止されている。
材料（例えば、銅）から構成されており、その略中央部
からは略垂直方向、すなわち、単セル１５の積層方向に
沿って電力取出用の端子部２１ａが突出している。端子
部２１ａの外周は、絶縁材料から成る絶縁チューブ３６
で覆われ、エンドプレート２４，バックアッププレート
２９等との電気的短絡が防止されている。
【００２５】以上の如く構成された燃料電池スタック１
１は、積層方向の両端に位置する単セル１５ａ，１５ｂ
と、その更に外側に配設されるターミナルプレート２１
との間に配設された導電プレート２２の端面２２Ａに丸
溝５０を形成し、これら丸溝５０をターミナルプレート
２１で閉塞することによって形成される空気室５１が、
断熱層として有効に機能する構成になっている。
１は、積層方向の両端に位置する単セル１５ａ，１５ｂ
と、その更に外側に配設されるターミナルプレート２１
との間に配設された導電プレート２２の端面２２Ａに丸
溝５０を形成し、これら丸溝５０をターミナルプレート
２１で閉塞することによって形成される空気室５１が、
断熱層として有効に機能する構成になっている。
【００２６】したがって、単セル１５ａ，１５ｂからタ
ーミナルプレート２１への伝熱が空気室５１によって阻
害され、ターミナルプレート２１から外部への放熱量が
減少するので、単セル１５ａ，１５ｂの温度低下は抑制
される。これにより、単セル１５ａ，１５ｂにおける反
応温度の低下及び結露水の生成を原因とする性能低下を
有効に防止できる。
ーミナルプレート２１への伝熱が空気室５１によって阻
害され、ターミナルプレート２１から外部への放熱量が
減少するので、単セル１５ａ，１５ｂの温度低下は抑制
される。これにより、単セル１５ａ，１５ｂにおける反
応温度の低下及び結露水の生成を原因とする性能低下を
有効に防止できる。
【００２７】また、導電プレート２２を、単セル１５
ａ，１５ｂの端面を構成するセパレータ１６と同材質の
カーボン材料から構成したので、互いに接触するセパレ
ータ１６と導電プレート２２の線膨張係数は共に等しく
なっている。したがって、燃料電池スタック１１の作動
温度が変化しても両者の間には熱応力が発生しなくな
り、単セル１５に過剰な締付力を与えてしまうことによ
る破損も有効に防止できる。さらに、セパレータ１６と
導電プレート２２とが同材質であるため、接触抵抗も小
さくできる。
ａ，１５ｂの端面を構成するセパレータ１６と同材質の
カーボン材料から構成したので、互いに接触するセパレ
ータ１６と導電プレート２２の線膨張係数は共に等しく
なっている。したがって、燃料電池スタック１１の作動
温度が変化しても両者の間には熱応力が発生しなくな
り、単セル１５に過剰な締付力を与えてしまうことによ
る破損も有効に防止できる。さらに、セパレータ１６と
導電プレート２２とが同材質であるため、接触抵抗も小
さくできる。
【００２８】本発明は、上記実施の形態に限られるもの
ではない。例えば、上記実施の形態では、導電プレート
２２に形成する凹溝を止まり穴状の丸溝５０としたが、
図４の断面図に示すような貫通孔５２や、図５の平面図
及び図６の断面図に示すような格子状の格子溝５３とし
てもよい。なお、これら図４〜図６において、上記実施
の形態と同一の構成要素には同一符号を付している。
ではない。例えば、上記実施の形態では、導電プレート
２２に形成する凹溝を止まり穴状の丸溝５０としたが、
図４の断面図に示すような貫通孔５２や、図５の平面図
及び図６の断面図に示すような格子状の格子溝５３とし
てもよい。なお、これら図４〜図６において、上記実施
の形態と同一の構成要素には同一符号を付している。
【００２９】図４に示した貫通孔５２を有する導電プレ
ート６１の場合、これら貫通孔５２の両端開口が、単セ
ル１５ａ，１５ｂのセパレータ１６と、ターミナルプレ
ート２１とで閉塞されることにより、断熱層としての空
気室が形成される。これら空気室の総容積は、上記実施
形態による空気室５１の総容積よりも大きくなるので、
断熱層としての機能は向上する。
ート６１の場合、これら貫通孔５２の両端開口が、単セ
ル１５ａ，１５ｂのセパレータ１６と、ターミナルプレ
ート２１とで閉塞されることにより、断熱層としての空
気室が形成される。これら空気室の総容積は、上記実施
形態による空気室５１の総容積よりも大きくなるので、
断熱層としての機能は向上する。
【００３０】他方、図５及び図６に示した格子溝５３を
有する導電プレート７１の場合、この格子溝５３の上端
開口がターミナルプレート２１で閉塞されることによ
り、断熱層としての空気室が形成される。この格子溝５
３は、導電プレート７１の長辺部側の側面７１Ａ，７１
Ｂにおいて開口するように形成されているので、空気室
は完全には密閉されていない。従って、空気室内に結露
水が生成されても自然に排出されるようになり、断熱層
としての機能を良好に維持できる。
有する導電プレート７１の場合、この格子溝５３の上端
開口がターミナルプレート２１で閉塞されることによ
り、断熱層としての空気室が形成される。この格子溝５
３は、導電プレート７１の長辺部側の側面７１Ａ，７１
Ｂにおいて開口するように形成されているので、空気室
は完全には密閉されていない。従って、空気室内に結露
水が生成されても自然に排出されるようになり、断熱層
としての機能を良好に維持できる。
【００３１】さらに、上記各実施形態では、単セル１５
ａ，１５ｂとターミナルプレート２１との間に配設され
た導電プレート２２，６１，７１に凹溝（丸溝５０，格
子溝５３）又は貫通孔５２を形成したが、ターミナルプ
レート２１の導電プレート２２に接触する側の端面に凹
溝又は貫通孔を形成してもよい。この場合には、新規部
品を追加することなく、単セル１５ａ，１５ｂの温度低
下を抑制し得るので、それらの性能低下を有効に防止で
きる。
ａ，１５ｂとターミナルプレート２１との間に配設され
た導電プレート２２，６１，７１に凹溝（丸溝５０，格
子溝５３）又は貫通孔５２を形成したが、ターミナルプ
レート２１の導電プレート２２に接触する側の端面に凹
溝又は貫通孔を形成してもよい。この場合には、新規部
品を追加することなく、単セル１５ａ，１５ｂの温度低
下を抑制し得るので、それらの性能低下を有効に防止で
きる。
【００３２】また、上記実施の形態では、積層方向両端
に位置する単セル１５ａ，１５ｂと、ターミナルプレー
ト２１との間に断熱層を介在させる構成としたが、積層
方向のいずれか一方の端部に位置する単セル１５ａ（又
は単セル１５ｂ）と、ターミナルプレート２１との間に
のみ断熱層を介在させる構成としてもよい。同様に、タ
ーミナルプレート２１の端面に凹溝又は貫通孔を形成す
る場合においても、積層方向のいずれか一方の端部に位
置するターミナルプレート２１にのみ凹溝又は貫通孔を
形成する構成であってもよい。
に位置する単セル１５ａ，１５ｂと、ターミナルプレー
ト２１との間に断熱層を介在させる構成としたが、積層
方向のいずれか一方の端部に位置する単セル１５ａ（又
は単セル１５ｂ）と、ターミナルプレート２１との間に
のみ断熱層を介在させる構成としてもよい。同様に、タ
ーミナルプレート２１の端面に凹溝又は貫通孔を形成す
る場合においても、積層方向のいずれか一方の端部に位
置するターミナルプレート２１にのみ凹溝又は貫通孔を
形成する構成であってもよい。
【００３３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、以下の効果を得る。 （１）請求項１記載の発明によれば、積層方向端部に位
置する単セルからターミナルプレートへの伝熱が断熱層
によって阻害され、ターミナルプレートから外部への放
熱量が減少するので、当該単セルの温度低下を抑制し得
るようになり、その性能低下を有効に防止できる。
によれば、以下の効果を得る。 （１）請求項１記載の発明によれば、積層方向端部に位
置する単セルからターミナルプレートへの伝熱が断熱層
によって阻害され、ターミナルプレートから外部への放
熱量が減少するので、当該単セルの温度低下を抑制し得
るようになり、その性能低下を有効に防止できる。
【００３４】（２）請求項２記載の発明によれば、セパ
レータと断熱プレートの線膨張係数が共に等しくなり、
燃料電池スタックの作動温度が変化しても両者の間には
熱応力が発生しなくなるので、上記効果に加え、セルに
過剰な締付力を与えてしまうことによる破損も有効に防
止できる。また、セパレータと断熱プレートとが同材質
であるため、接触抵抗も小さくできる。
レータと断熱プレートの線膨張係数が共に等しくなり、
燃料電池スタックの作動温度が変化しても両者の間には
熱応力が発生しなくなるので、上記効果に加え、セルに
過剰な締付力を与えてしまうことによる破損も有効に防
止できる。また、セパレータと断熱プレートとが同材質
であるため、接触抵抗も小さくできる。
【００３５】（３）請求項３記載の発明によれば、凹溝
又は貫通孔からなる空気室が断熱層となり、このターミ
ナルプレート内に形成された断熱層によって、積層方向
端部に位置する単セルからターミナルプレートへの伝熱
が阻害されるので、新規部品を追加することなく、当該
単セルの温度低下を抑制し得て、その性能低下を有効に
防止できる。
又は貫通孔からなる空気室が断熱層となり、このターミ
ナルプレート内に形成された断熱層によって、積層方向
端部に位置する単セルからターミナルプレートへの伝熱
が阻害されるので、新規部品を追加することなく、当該
単セルの温度低下を抑制し得て、その性能低下を有効に
防止できる。
【図１】 本発明に係る燃料電池スタックの一実施の形
態を示す正断面図である。
態を示す正断面図である。
【図２】 図１に示す導電プレートの平面図である。
【図３】 図２のＡ−Ａ線に沿う断面の一部を示す断面
図である。
図である。
【図４】 本発明に係る燃料電池スタックの他の実施の
形態に係る導電プレートの断面の一部を示す断面図であ
る。
形態に係る導電プレートの断面の一部を示す断面図であ
る。
【図５】 本発明に係る燃料電池スタックの更に他の実
施の形態に係る導電プレートの平面図である。
施の形態に係る導電プレートの平面図である。
【図６】 図５のＢ−Ｂ線に沿う断面の一部を示す断面
図である。
図である。
【図７】 燃料電池スタックの一従来例を示す正面図で
ある。
ある。
【図８】 燃料電池スタックを構成している各セルのセ
ル温度とセル電圧との関係を示す特性図である。
ル温度とセル電圧との関係を示す特性図である。
１１ 燃料電池スタック １２ 固体高分子電解質膜 １３ アノード側電極 １４ カソード側電極 １５、１５ａ、１５ｂ 単セル １６、１７ セパレータ ２１ ターミナルプレート ２２、６１、７１ 導電プレート（断熱プレート） ５０ 丸溝（凹溝） ５１ 空気室（断熱層） ５２ 貫通孔 ５３ 格子溝（凹溝）
───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 越沼 実 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 (72)発明者 鴻村 隆 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 (72)発明者 小野 秀光 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
Claims (3)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜を一対の電極で挟持
し、更にその外側を一対のセパレータで挟持してなる単
セルを、水平方向に複数個積層して構成される固体高分
子型燃料電池スタックにおいて、 前記積層方向の少なくとも一方の端部に位置する単セル
と、その更に外側に配設されるターミナルプレートとの
間に断熱層を介在させたことを特徴とする固体高分子型
燃料電池スタック。 - 【請求項２】 前記少なくとも一方の端部に位置する単
セルと前記ターミナルプレートとの間に、前記セパレー
タと同材質で凹溝又は貫通孔を有する断熱プレートを介
在させ、前記凹溝又は貫通孔からなる空気室により前記
断熱層を構成したことを特徴とする請求項１記載の固体
高分子型燃料電池スタック。 - 【請求項３】 固体高分子電解質膜を一対の電極で挟持
し、更にその外側を一対のセパレータで挟持してなる単
セルを、水平方向に複数個積層して構成される固体高分
子型燃料電池スタックにおいて、 前記積層方向の少なくとも一方の端部に位置する単セル
の更に外側に接して配設されるターミナルプレートに、
凹溝又は貫通孔を形成したことを特徴とする固体高分子
型燃料電池スタック。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000379173A JP4592940B2 (ja) | 2000-12-13 | 2000-12-13 | 固体高分子型燃料電池スタック |
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|---|---|---|---|
| JP2000379173A JP4592940B2 (ja) | 2000-12-13 | 2000-12-13 | 固体高分子型燃料電池スタック |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002184449A true JP2002184449A (ja) | 2002-06-28 |
| JP2002184449A5 JP2002184449A5 (ja) | 2006-08-03 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2005327558A (ja) * | 2004-05-13 | 2005-11-24 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 固体高分子形燃料電池 |
| JP2006048983A (ja) * | 2004-08-02 | 2006-02-16 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
| WO2007058054A1 (ja) * | 2005-11-16 | 2007-05-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池 |
| JP2007234340A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Toyota Motor Corp | 燃料電池スタック |
| JP2007294123A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| JP2007323931A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池スタック |
| JP2008047506A (ja) * | 2006-08-16 | 2008-02-28 | Hyundai Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
| JP2009076211A (ja) * | 2007-09-18 | 2009-04-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池スタック |
| DE112007003124T5 (de) | 2007-01-05 | 2009-11-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi | Wärmeisolationszelle für eine Brennstoffzelle und Herstellungsverfahren derselben |
| US7691518B2 (en) | 2003-05-15 | 2010-04-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Prevention of flooding of fuel cell stack |
| CN101728554A (zh) * | 2008-10-21 | 2010-06-09 | 通用汽车环球科技运作公司 | 燃料电池堆的整体式端部单元的低成本绝热 |
| JP2012054125A (ja) * | 2010-09-02 | 2012-03-15 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
| US8273494B2 (en) | 2010-09-02 | 2012-09-25 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
| JP2016219314A (ja) * | 2015-05-22 | 2016-12-22 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| JP2019192364A (ja) * | 2018-04-19 | 2019-10-31 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池スタック |
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| CN110783661A (zh) * | 2018-07-25 | 2020-02-11 | 三星Sdi株式会社 | 电池组 |
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JPH07326379A (ja) * | 1994-05-31 | 1995-12-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 積層型燃料電池 |
-
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- 2000-12-13 JP JP2000379173A patent/JP4592940B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP4572062B2 (ja) * | 2003-06-26 | 2010-10-27 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
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| JP2007294123A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
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| CN101728554A (zh) * | 2008-10-21 | 2010-06-09 | 通用汽车环球科技运作公司 | 燃料电池堆的整体式端部单元的低成本绝热 |
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| CN110783661B (zh) * | 2018-07-25 | 2023-06-16 | 三星Sdi株式会社 | 电池组 |
| CN114520359A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-05-20 | 煤炭科学研究总院有限公司 | 防爆空冷燃料电池系统 |
| CN114520359B (zh) * | 2022-01-24 | 2023-10-03 | 煤炭科学研究总院有限公司 | 防爆空冷燃料电池系统 |
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