JP2003031246A - Solid polymer fuel cell system - Google Patents

Solid polymer fuel cell system

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JP2003031246A
JP2003031246A JP2001215946A JP2001215946A JP2003031246A JP 2003031246 A JP2003031246 A JP 2003031246A JP 2001215946 A JP2001215946 A JP 2001215946A JP 2001215946 A JP2001215946 A JP 2001215946A JP 2003031246 A JP2003031246 A JP 2003031246A
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humidity exchange
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和夫 齊藤
Yoshihiro Taniyama
賀浩 谷山
Michio Hori
美知郎 堀
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce pressure loss of reaction gas in a fuel cell system humidifying un-reacted gas via a water retaining porous body by using reacted gas of a fuel cell. SOLUTION: The pressure loss of the reactive gas can be reduced by providing a solid polymer fuel cell stack 1 with a plurality of laminated single cells using solid polymer films 6 as electrolytes and a humidity and temperature exchanging means with a plurality of humidity and temperature exchanging cells exchanging heat and moisture of the reacted gas having passed a reaction part of the fuel cell stack 1 and the un-reacted gas before passing the reaction part of the fuel cell stack 1 laminated perpendicularly to a laminating direction of the single cells, and integrating reactive gas collecting and distributing manifolds for the humidity and temperature exchanging means and reactive gas collecting and distributing manifolds for the fuel cell stack.

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、イオン伝導性を有
する固体高分子を電解質とする固体高分子型燃料電池シ
ステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid polymer fuel cell system using a solid polymer having ion conductivity as an electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高効率のエネルギー変換装置とし
て、燃料電池が注目を集めている。電解質としてプロト
ン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いた燃料電池
は、コンパクトな構造で高出力密度が得られ、かつ簡略
なシステムで運転が可能なことから、宇宙用や電気自動
車用などの電源として注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells have been attracting attention as a highly efficient energy conversion device. A fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity as an electrolyte has a compact structure, high output density, and can be operated with a simple system. It is attracting attention as a power source.

【0003】一般的な燃料電池システムは燃料としてメ
タン等の炭化水素またはメタノール等のアルコールを燃
料とし、燃料を改質して水素リッチガスを生成する改質
器、水素リッチガス中のCOを低減するシフト反応器お
よび選択酸化器、酸化剤として空気を供給するコンプレ
ッサー、電池反応による発熱を取り除く冷却系、そして
燃料電池本体から構成されている。
In a general fuel cell system, a hydrocarbon such as methane or an alcohol such as methanol is used as a fuel, and a reformer for reforming the fuel to produce a hydrogen-rich gas and a shift for reducing CO in the hydrogen-rich gas are used. It consists of a reactor and a selective oxidizer, a compressor that supplies air as an oxidant, a cooling system that removes heat generated by the cell reaction, and a fuel cell body.

【0004】燃料電池本体では、燃料ガスに含まれる水
素から水素イオンが生成し、電解質膜内を伝導して酸化
剤ガスに含まれる酸素と反応して水を生じる。その際
に、水素の化学エネルギーの一部が直接電気エネルギー
として取り出される。
In the fuel cell main body, hydrogen ions are produced from hydrogen contained in the fuel gas, conduct through the electrolyte membrane and react with oxygen contained in the oxidant gas to produce water. At that time, a part of the chemical energy of hydrogen is directly extracted as electric energy.

【0005】電解質膜は含水状態で良好な水素イオン伝
導性を示す。このため、運転中は、電解質膜に水分を与
えて含水状態に保つ加湿が不可欠である。加湿方法とし
ては、反応ガスに予め水蒸気を添加する外部加湿方式、
電池冷却水と未反応ガスを加湿膜を介して接触させ、電
池冷却水の一部を未反応ガスに添加する間接内部加湿方
式、電池冷却水を電池反応部の反応ガスに直接供給する
直接内部加湿方式などが知られている。
The electrolyte membrane shows good hydrogen ion conductivity in a water-containing state. For this reason, it is indispensable to moisturize the electrolyte membrane to keep it in a water-containing state during operation. As the humidifying method, an external humidifying method of adding water vapor to the reaction gas in advance,
Indirect internal humidification method in which battery cooling water and unreacted gas are contacted through a humidifying membrane and a portion of battery cooling water is added to unreacted gas, direct internal supply of battery cooling water to reaction gas in battery reaction section A humidification method is known.

【0006】一方、電池部を通過した既反応ガスと電池
部を通過する前の未反応ガスを保水性多孔質体を介して
接触させ、既反応ガスに含まれる水分を未反応ガスに添
加する加湿方式が提案されている。この方式では、加湿
用の水として既反応ガスに含まれる水分を利用するた
め、加湿用の水を予め用意する必要が無く、また冷却水
も加湿用に用いないため、純水とする必要がない。この
ため、冷却水として不凍液を用いることで、水タンクを
省略でき、氷点下でも凍結しないシステムを構成するこ
とができる。これは氷点下でも起動が要求される自動車
のシステムに最適である。
On the other hand, the already-reacted gas that has passed through the battery portion and the unreacted gas that has not yet passed through the battery portion are brought into contact with each other through the water-retaining porous body, and the water contained in the already-reacted gas is added to the unreacted gas. A humidification method has been proposed. In this method, since the water contained in the already-reacted gas is used as the water for humidification, it is not necessary to prepare the water for humidification in advance, and since the cooling water is not used for the humidification, it is necessary to use pure water. Absent. Therefore, by using the antifreeze liquid as the cooling water, the water tank can be omitted, and a system that does not freeze even below the freezing point can be configured. This is ideal for automotive systems that require startup even below freezing.

【0007】図21は、既反応酸化剤ガスの水分を用い
て未反応酸化剤ガスを加湿する方式の従来の燃料電池シ
ステムを示す縦断面図である。燃料電池システムは、燃
料電池スタック1と温湿度交換手段20からなり、これ
らを構成している各構成要素の積層方向が同一となるよ
うに一体に形成され、各構成要素の板面に形成されてい
るガス流路がいずれも垂直であって各積層方向が水平方
向になるように配設されている。
FIG. 21 is a longitudinal sectional view showing a conventional fuel cell system of the type in which the unreacted oxidant gas is humidified by using the water of the already reacted oxidant gas. The fuel cell system comprises a fuel cell stack 1 and a temperature / humidity exchange means 20, which are integrally formed so that the respective constituent elements constituting them are laminated in the same direction, and are formed on the plate surfaces of the respective constituent elements. All the gas flow paths are vertical and are arranged such that the stacking directions are horizontal.

【0008】燃料電池スタック1は、複数の単セル電池
2が同一方向に積層された積層体(複数の単セル電池2
が並設され、これらを一体に連結したもの)と、この積
層体の軸方向両端部に配設されたエンドプレート30と
からなり、これらを一体に形成したものである。
The fuel cell stack 1 includes a stack of a plurality of single cell batteries 2 stacked in the same direction (a plurality of single cell batteries 2).
Are arranged in parallel and are integrally connected to each other), and end plates 30 disposed at both axial ends of the laminated body are integrally formed.

【0009】温湿度交換手段20は、複数の温湿度交換
セル21が同一方向に積層されたもの(複数の温湿度交
換セル21が並設され、これらを一体に連結したもの)
と、この軸方向の一端部(燃料電池スタック1のエンド
プレート30と当接する部分とは反対側の部分)に配設
されたエンドプレート37とからなるものである。
The temperature / humidity exchange means 20 has a plurality of temperature / humidity exchange cells 21 stacked in the same direction (a plurality of temperature / humidity exchange cells 21 are arranged side by side and are integrally connected).
And an end plate 37 disposed at one end in the axial direction (a portion of the fuel cell stack 1 opposite to the portion in contact with the end plate 30).

【0010】各温湿度交換セル21は、温湿度交換膜を
構成する保水性多孔質体51と、多孔質体51の対向す
る面に夫々配設されたシールパッキン(図示せず)と、
このシールパッキンの外側の側面に夫々当接される未反
応酸化剤ガスセパレータ22及び既反応酸化剤ガスセパ
レータ23とからなり、各セパレータ22,23にはそ
の肉厚方向に対して貫通するように未反応酸化剤ガス供
給マニホールド27、未反応酸化剤ガス排出マニホール
ド28及び既反応酸化剤ガス供給マニホールド36、既
反応酸化剤ガス排出マニホールド31が夫々形成され、
各セパレータ22,23の板面にはガス流路(図示せす
゛)が形成されている。さらに、エンドプレート37に
は未反応酸化剤ガス入口41及び既反応酸化剤ガス出口
42が形成され、その肉厚方向に対して貫通するように
未反応酸化剤ガス供給マニホールド27、既反応酸化剤
ガス排出マニホールド31が夫々形成されている。
Each temperature / humidity exchange cell 21 includes a water-retaining porous body 51 forming a temperature / humidity exchange membrane, and seal packings (not shown) respectively disposed on the surfaces of the porous body 51 facing each other.
The seal packing is composed of an unreacted oxidant gas separator 22 and an already reacted oxidant gas separator 23, which come into contact with the outer side surfaces of the seal packing. The unreacted oxidant gas supply manifold 27, the unreacted oxidant gas discharge manifold 28, the already-reacted oxidant gas supply manifold 36, and the already-reacted oxidant gas discharge manifold 31 are formed,
Gas passages (not shown) are formed on the plate surfaces of the separators 22 and 23. Further, an unreacted oxidant gas inlet 41 and an already-reacted oxidant gas outlet 42 are formed in the end plate 37, and the unreacted oxidant gas supply manifold 27 and the already-reacted oxidant are provided so as to penetrate in the thickness direction thereof. Gas exhaust manifolds 31 are formed respectively.

【0011】各単セル電池2は高分子電解質膜(図示せ
ず)と、この電解質膜の両板面に配設された燃料極(図
示せず)及び酸化剤極(図示せず)からなる膜電極複合
体3と、膜電極複合体3の燃料極及び酸化剤極の背面側
に夫々配設されたシールパッキン(図示せず)と、この
2枚のシールパッキンの背面側に配設されたセパレータ
5から構成されている。各セパレータ5には、その肉厚
方向に対して貫通するように電池酸化剤ガス供給マニホ
ールド12及び電池酸化剤ガス排出マニホールド13並
びに冷却水マニホールド(図示せず)が夫々形成され、
かつその板面にはガス流路(図示せす゛)が形成されて
いる。
Each single cell battery 2 comprises a polymer electrolyte membrane (not shown), a fuel electrode (not shown) and an oxidizer electrode (not shown) disposed on both sides of the electrolyte membrane. The membrane electrode assembly 3, seal packings (not shown) provided on the back side of the fuel electrode and the oxidant electrode of the membrane electrode assembly 3, and the back side of these two seal packings, respectively. It is composed of a separator 5. A battery oxidant gas supply manifold 12, a battery oxidant gas discharge manifold 13, and a cooling water manifold (not shown) are formed in each separator 5 so as to penetrate in the thickness direction thereof,
In addition, a gas flow path (not shown) is formed on the plate surface.

【0012】エンドプレート30の一方側(図右側)に
は、燃料入口43と燃料出口44が形成されると共に、
例えば図8のセパレータ5と同様に構成され、その肉厚
方向に対して貫通するように燃料供給マニホールド(燃
料ガス供給マニホールド)62及び燃料排出マニホール
ド(燃料ガス排出マニホールド)64並びに冷却水マニ
ホールド63が夫々形成されている。エンドプレート3
0の他方側(図左側)には、その肉厚方向に対して貫通
するように電池酸化剤ガス供給マニホールド12及び電
池酸化剤ガス排出マニホールド13が夫々形成されてい
る。
A fuel inlet 43 and a fuel outlet 44 are formed on one side (right side in the drawing) of the end plate 30, and
For example, the fuel supply manifold (fuel gas supply manifold) 62, the fuel discharge manifold (fuel gas discharge manifold) 64, and the cooling water manifold 63 are configured in the same manner as the separator 5 of FIG. Each is formed. End plate 3
A battery oxidant gas supply manifold 12 and a battery oxidant gas discharge manifold 13 are formed on the other side (the left side in the drawing) of 0 so as to penetrate in the thickness direction.

【0013】このように構成された従来の燃料電池シス
テムにおいて、エンドプレート37の酸化剤ガス入口4
1を経由して得られた、温湿度交換手段20の未反応酸
化剤ガス供給マニホールド27に供給された未反応酸化
剤ガス53(図21の実線の太さの実線矢印)は、未反
応酸化剤ガスセパレータ22に形成されたガス流路を通
って未反応酸化剤ガス排出マニホールド28に導かれ、
排出マニホールド28に導かれた未反応酸化剤ガス53
は、燃料電池スタック1に形成されている電池酸化剤ガ
ス供給マニホールド12と、セパレータ5に形成されて
いるガス流路を通って電池酸化剤ガス排出マニホールド
13に導かれるが、このような経路を経ることにより電
池酸化剤ガス排出マニホールド13には既反応酸化剤ガ
ス52(図21の実線の太さと同じ破線矢印)が導かれ
る。該既反応酸化剤ガス52は温湿度交換手段20の既
反応酸化剤ガス排出マニホールド31を通って未反応酸
化剤ガス排出マニホールド28を経由してエンドプレー
ト37の酸化剤ガス出口42から排出される。
In the conventional fuel cell system thus constructed, the oxidant gas inlet 4 of the end plate 37 is
The unreacted oxidant gas 53 (solid arrow with solid line in FIG. 21) supplied to the unreacted oxidant gas supply manifold 27 of the temperature / humidity exchange means 20 obtained via 1 It is guided to the unreacted oxidant gas exhaust manifold 28 through the gas flow path formed in the agent gas separator 22,
Unreacted oxidant gas 53 led to the exhaust manifold 28
Is introduced into the cell oxidant gas discharge manifold 13 through the cell oxidant gas supply manifold 12 formed in the fuel cell stack 1 and the gas flow path formed in the separator 5. As a result, the reacted oxidant gas 52 (broken line arrow having the same thickness as the solid line in FIG. 21) is guided to the battery oxidant gas discharge manifold 13. The reacted oxidant gas 52 is discharged from the oxidant gas outlet 42 of the end plate 37 through the reacted oxidant gas discharge manifold 31 of the temperature / humidity exchange means 20 and the unreacted oxidant gas discharge manifold 28. .

【0014】以上述べたことから温湿度交換セル21
は、未反応酸化剤ガスセパレータ22および保水性多孔
質体51および既反応酸化剤ガスセパレータ23で構成
され、既反応酸化剤ガス供給マニホールド36で分配さ
れた既反応酸化剤ガス52に含まれる水分が保水性多孔
質体51に凝縮し、未反応酸化剤ガス53中に蒸発して
未反応酸化剤ガス53に水分が添加される。
From the above description, the temperature / humidity exchange cell 21
Is composed of the unreacted oxidant gas separator 22, the water-retaining porous body 51, and the reacted oxidant gas separator 23, and the moisture contained in the reacted oxidant gas 52 distributed by the reacted oxidant gas supply manifold 36. Is condensed in the water-retaining porous body 51 and is evaporated in the unreacted oxidant gas 53 to add water to the unreacted oxidant gas 53.

【0015】なお、燃料電池スタック1において、燃料
ガスの流れは、図21の細線の矢印のように流れ、又冷
却剤の流れは実線の矢印のようになる。
In the fuel cell stack 1, the flow of fuel gas is as shown by the thin arrows in FIG. 21, and the flow of coolant is as shown by the solid arrows.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来の燃料
電池システムでは、温湿度交換セル21と、単セル電池
2が、同じ水平方向に積層されたものである。このた
め、温湿度交換セル21を通過した未反応酸化剤ガス5
3は、温湿度交換セル21に対して直角に設けられた未
反応酸化剤ガス供給マニホールド27、未反応酸化剤ガ
ス排出マニホールド28を通って集められ、燃料電池ス
タック1内に同様に設けられた電池酸化剤ガス供給マニ
ホールド12を通って各単セル電池2に分配されること
になる。
In the conventional fuel cell system described above, the temperature / humidity exchange cell 21 and the single cell battery 2 are stacked in the same horizontal direction. Therefore, the unreacted oxidant gas 5 that has passed through the temperature / humidity exchange cell 21
3 were collected through an unreacted oxidant gas supply manifold 27 and an unreacted oxidant gas discharge manifold 28 which were provided at right angles to the temperature / humidity exchange cell 21, and were similarly provided in the fuel cell stack 1. It will be distributed to each single cell battery 2 through the battery oxidant gas supply manifold 12.

【0017】この場合、各温湿度交換セル21および各
単セル電池2に、未反応酸化剤ガス53は均等に分配さ
れる必要があるので、未反応酸化剤ガス53を分配する
これらのマニホールド27、28、36、31の断面積
は、十分に大きい必要がある。このため、温湿度交換セ
ル21および単セル電池2において内部マニホールド、
すなわち電池酸化剤ガス供給マニホールド12、電池酸
化剤ガス排出マニホールド13が占める容積が大きくな
ってしまい、コンパクト性が失われるという問題があ
る。
In this case, since the unreacted oxidant gas 53 needs to be evenly distributed to each temperature / humidity exchange cell 21 and each single cell battery 2, the manifold 27 for distributing the unreacted oxidant gas 53 is required. , 28, 36, 31 must be sufficiently large in cross section. Therefore, in the temperature / humidity exchange cell 21 and the single cell battery 2, the internal manifold,
That is, there is a problem in that the volume occupied by the battery oxidant gas supply manifold 12 and the battery oxidant gas discharge manifold 13 becomes large and the compactness is lost.

【0018】さらに、図22の酸化剤ガスの流れを示す
ように、温湿度交換手段20内のマニホールド27、2
8、36、31、燃料電池スタック1内のマニホールド
12、13が同じ方向に設けられて接続されるため、温
湿度交換手段20を通過した未反応酸化剤ガス53が未
反応酸化剤ガス排出マニホールド28にて合流する際の
合流圧力損失が生じ、同様に単セル電池2を通過した既
反応酸化剤ガス52が既反応酸化剤ガス供給マニホール
ド36にて分配される際の分岐圧力損失が生じる。これ
らの分岐・合流圧力損失により、システム全体の酸化剤
ガスの圧力損失が大きくなるという問題もあった。
Further, as shown in the flow of oxidant gas in FIG. 22, the manifolds 27, 2 in the temperature / humidity exchange means 20 are shown.
8, 36, 31 and the manifolds 12, 13 in the fuel cell stack 1 are provided and connected in the same direction, so that the unreacted oxidant gas 53 passing through the temperature / humidity exchange means 20 is unreacted oxidant gas discharge manifold. A merged pressure loss occurs when the merged at 28, and similarly, a branched pressure loss occurs when the reacted oxidant gas 52 passing through the single cell battery 2 is distributed at the reacted oxidant gas supply manifold 36. There is also a problem that the pressure loss of the oxidant gas in the entire system becomes large due to the pressure loss of the branching / merging.

【0019】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、既反応ガスを用いて保水性の多孔質体を介
して未反応ガスを加湿する燃料電池システムにおいて、
反応ガスの圧力損失を低減することができる固体高分子
型燃料電池システムを提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and in a fuel cell system in which an unreacted gas is humidified through a water-retaining porous body using an already reacted gas,
An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell system capable of reducing the pressure loss of the reaction gas.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項1に対応する発明は、固体高分子膜を電解質
とする同一形状の単セル電池を複数平行並置し一体化し
てなる固体高分子型燃料電池スタックと、前記燃料電池
スタックの反応部を通過した既反応ガスと、前記燃料電
池スタックの反応部を通過する前の未反応ガスとの熱と
水分の交換を行う同一形状の温湿度交換セルを複数積層
し一体化してなる温湿度交換手段とを備えた固体高分子
型燃料電池システムにおいて、前記温湿度交換セルの積
層方向を、前記単セル電池の平行並置方向に対してほぼ
直角になるように前記燃料電池スタックと前記温湿度交
換手段とを当接配置したことを特徴とする固体高分子型
燃料電池システムである。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is a solid high battery comprising a plurality of single cell batteries of the same shape having a solid polymer membrane as an electrolyte, which are arranged in parallel and integrated. A molecular-type fuel cell stack, an already-reacted gas that has passed through the reaction section of the fuel cell stack, and an unreacted gas that has not passed through the reaction section of the fuel cell stack have the same shape of temperature for exchanging heat and moisture. In a polymer electrolyte fuel cell system including a temperature / humidity exchange means in which a plurality of humidity exchange cells are laminated and integrated, a stacking direction of the temperature / humidity exchange cells is substantially parallel to a parallel juxtaposition direction of the single cell batteries. The polymer electrolyte fuel cell system is characterized in that the fuel cell stack and the temperature / humidity exchange means are arranged in contact with each other so as to be at a right angle.

【0021】前記目的を達成するため、請求項2に対応
する発明は、前記固体高分子型燃料電池スタックの平行
並置方向の一方の端面と、前記温湿度交換手段の積層方
向の一側端面が当接するように配置したことを特徴とす
る請求項1に記載の固体高分子型燃料電池システムであ
る。
To achieve the above object, the invention according to claim 2 is characterized in that one end face in the parallel juxtaposition direction of the polymer electrolyte fuel cell stack and one end face in the stacking direction of the temperature / humidity exchange means are arranged. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 1, wherein the polymer electrolyte fuel cell system is arranged so as to abut.

【0022】前記目的を達成するため、請求項3に対応
する発明は、前記固体高分子型燃料電池スタックの平行
並置方向と直角な一方の側面と、前記温湿度交換手段の
積層方向の一方の端面が当接するように配置したことを
特徴とする請求項1に記載の固体高分子型燃料電池シス
テムである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 is characterized in that one of the side surfaces of the solid polymer type fuel cell stack which is perpendicular to the parallel juxtaposition direction and one of the stacking direction of the temperature and humidity exchanging means. The solid polymer fuel cell system according to claim 1, wherein the solid polymer fuel cell system is arranged so that the end faces abut.

【0023】前記目的を達成するため、請求項4に対応
する発明は、固体高分子膜を電解質とする同一形状の単
セル電池を複数平行並置し一体化してなる固体高分子型
燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの反応部を
通過した既反応ガスと、前記燃料電池スタックの反応部
を通過する前の未反応ガスとの熱と水分の交換を行う同
一形状の温湿度交換セルを複数平行並置し一体化してな
る温湿度交換手段とを備えた固体高分子型燃料電池シス
テムにおいて、前記温湿度交換セルの平行並置方向と、
前記単セル電池の平行並置方向が平行となるように当接
配置したことを特徴とする固体高分子型燃料電池システ
ムである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 4 provides a solid polymer type fuel cell stack in which a plurality of single cell batteries of the same shape having a solid polymer membrane as an electrolyte are juxtaposed in parallel and integrated. , A plurality of temperature-humidity exchange cells having the same shape for exchanging heat and moisture between the already-reacted gas that has passed through the reaction section of the fuel cell stack and the unreacted gas before having passed through the reaction section of the fuel cell stack. In a polymer electrolyte fuel cell system including a temperature-humidity exchange means that is juxtaposed and integrated, in a parallel juxtaposition direction of the temperature-humidity exchange cells,
The polymer electrolyte fuel cell system is characterized in that the single cell batteries are arranged in contact with each other such that the parallel juxtaposition directions thereof are parallel to each other.

【0024】前記目的を達成するため、請求項5に対応
する発明は、前記固体高分子型燃料電池スタックと、前
記温湿度交換手段が、反応ガスまたは冷却媒体の流通孔
を備えるプレートを介して一体化されることを特徴とす
る請求項2、3、4のいずれかに記載の固体高分子型燃
料電池システムである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 5 provides the solid polymer type fuel cell stack and the temperature / humidity exchanging means via a plate provided with a through hole for a reaction gas or a cooling medium. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 2, wherein the polymer electrolyte fuel cell system is integrated.

【0025】前記目的を達成するため、請求項6に対応
する発明は、固体高分子膜を電解質とする同一形状の単
セル電池を複数平行並置し一体化してなる固体高分子型
燃料電池スタックを複数個並設して一体に構成すると共
に、前記燃料電池スタックの反応部を通過した既反応ガ
スと、前記燃料電池スタックの反応部を通過する前の未
反応ガスとの熱と水分の交換を行う同一形状の温湿度交
換セルを複数平行並置し一体化してなる温湿度交換手段
とを備えた固体高分子型燃料電池システムにおいて、前
記温湿度交換セルの平行並置方向は、前記単セル電池の
平行並置方向とほぼ直角をなすと共に、前記複数個の固
体高分子型燃料電池スタックの並設方向に対してほぼ平
行となるようにしたことを特徴とする固体高分子型燃料
電池システムである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 6 provides a solid polymer type fuel cell stack in which a plurality of single cell batteries of the same shape having a solid polymer membrane as an electrolyte are juxtaposed in parallel and integrated. A plurality of them are arranged side by side and integrally formed, and heat and moisture are exchanged between the already reacted gas that has passed through the reaction section of the fuel cell stack and the unreacted gas that has not yet passed through the reaction section of the fuel cell stack. In a polymer electrolyte fuel cell system having a temperature-humidity exchange means in which a plurality of temperature-humidity exchange cells of the same shape are arranged in parallel and integrated, the parallel juxtaposition direction of the temperature-humidity exchange cells is the same as that of the single-cell battery. The polymer electrolyte fuel cell system is characterized in that it is substantially perpendicular to the parallel juxtaposition direction and is substantially parallel to the arrangement direction of the plurality of polymer electrolyte fuel cell stacks. .

【0026】前記目的を達成するため、請求項7に対応
する発明は、前記固体高分子型燃料電池スタックの平行
並置方向の一方の端面と、前記温湿度交換手段の平行並
置方向の一方の側面とが当接するように配置したことを
特徴とする請求項6に記載の固体高分子型燃料電池シス
テムである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 7 is the one end face in the parallel juxtaposition direction of the polymer electrolyte fuel cell stack and the one side face in the parallel juxtaposition direction of the temperature / humidity exchange means. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 6, wherein the fuel cell system and the fuel cell system are arranged so as to contact with each other.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0028】図1乃至図8は、本発明に係る固体高分子
型燃料電池システム(燃料電池システムと称する)の第
1の実施形態を説明するための図である。図1は本発明
に係る燃料電池システムの概略を示す斜視図であり、図
2及び図3はそれぞれ図1のA─A線及びB─B線に沿
って切断した断面図であり、図4及び図5はそれぞれ図
2のC─C線及びD─D線に沿って切断した断面図であ
り、図6及び図7は夫々図2及び図3の温湿度交換手段
の詳細な構成を説明するための断面図であり、図8は単
セル電池2のセパレータの正面図である。
1 to 8 are views for explaining a first embodiment of a polymer electrolyte fuel cell system (referred to as a fuel cell system) according to the present invention. 1 is a perspective view showing an outline of a fuel cell system according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views taken along line A--A and line B--B of FIG. 1, respectively. 5 and 6 are cross-sectional views taken along the lines C--C and D--D of FIG. 2, respectively, and FIGS. 6 and 7 explain the detailed structure of the temperature / humidity exchange means of FIGS. 2 and 3, respectively. FIG. 8 is a cross-sectional view for doing so, and FIG. 8 is a front view of the separator of the single cell battery 2.

【0029】本発明の第1の実施形態は、概略固体高分
子型燃料電池スタック1と、温湿度交換手段20とから
構成されている点は、前述した従来の技術と同じである
が、異なる点は、概略温湿度交換手段20の構成であ
る。
The first embodiment of the present invention is the same as the above-mentioned conventional technique in that it is roughly composed of a solid polymer type fuel cell stack 1 and a temperature / humidity exchange means 20, but is different. The point is the configuration of the approximate temperature and humidity exchange means 20.

【0030】以下これらの構成について説明する。燃料
電池スタック1は、同一形状の単セル電池2を複数個
(ここでは3個のみを示している)が水平方向[後述す
る単セル電池2を構成する膜電極複合体3、セパレータ
5の板面に夫々形成されているガス流路が垂直であっ
て、各構成要素の平行並置方向(積層方向)が水平方
向]に平行並置され、かつ並設方向の両端部にエンドプ
レート30が配設され、これらが一体化されている。各
単セル電池2は概ね膜電極複合体3と、膜電極複合体3
を挟むように膜電極複合体3の両側に対向配置されると
共に、所定の位置(詳細については後述する)を除き燃
料並びに電池酸化剤ガスをシールするためのシールパッ
キン4と、両シールパッキン4をそれぞれ挟むように配
設されるセパレータ5とが一体化されている。
These configurations will be described below. In the fuel cell stack 1, a plurality of single cell batteries 2 having the same shape (here, only three are shown) are arranged in a horizontal direction [a plate of a membrane electrode assembly 3 and a separator 5 constituting a single cell battery 2 described later]. The gas flow paths formed on the respective surfaces are vertical, the parallel juxtaposition directions (stacking directions) of the constituent elements are parallel juxtaposed to each other, and the end plates 30 are arranged at both ends in the juxtaposed direction. And these are integrated. Each single cell battery 2 is roughly composed of the membrane electrode assembly 3 and the membrane electrode assembly 3
The seal packing 4 is disposed on both sides of the membrane electrode assembly 3 so as to sandwich it, and seals the fuel and the cell oxidant gas except a predetermined position (details will be described later), and both seal packings 4. And a separator 5 disposed so as to sandwich each of them are integrated.

【0031】セパレータ5は、図8に示すように、外形
が矩形状の板体の対向する板面に夫々水平方向に複数の
酸化剤ガス流路60が形成され、またその板体の周縁部
であって、図の左側端部に該板体の肉厚方向に貫通する
ように電池酸化剤ガス排出マニホールド13が形成さ
れ、又図の右側端部に該板体の肉厚方向に貫通するよう
に電池酸化剤ガス供給マニホールド12が形成され、さ
らに図の上側端部に該板体の肉厚方向に貫通するように
複数の冷却水マニホールド61及び燃料供給マニホール
ド62が形成され、又図の下側端部に該板体の肉厚方向
に貫通するように複数の冷却水マニホールド63及び燃
料排出マニホールド64が形成されている。
As shown in FIG. 8, the separator 5 has a plurality of oxidant gas flow passages 60 formed in the horizontal direction on opposite plate surfaces of a plate having a rectangular outer shape, and a peripheral portion of the plate. The battery oxidant gas discharge manifold 13 is formed at the left end of the drawing in the thickness direction of the plate, and the right end of the drawing penetrates in the thickness direction of the plate. As described above, the battery oxidant gas supply manifold 12 is formed, and a plurality of cooling water manifolds 61 and fuel supply manifolds 62 are formed at the upper end of the drawing so as to penetrate in the thickness direction of the plate body. A plurality of cooling water manifolds 63 and a fuel discharge manifold 64 are formed at the lower end so as to penetrate in the thickness direction of the plate body.

【0032】エンドプレート30のうち、図1と図2及
び図3の右側端部に配置されているものには、燃料入口
43と燃料出口44及び冷却剤出口45並びに冷却剤入
口(図示せず)が形成されている。そして、残りのエン
ドプレート30には、電池酸化剤ガス供給マニホールド
12及び電池酸化剤ガス排出マニホールド13が形成さ
れている。
Of the end plates 30, which are arranged at the right end portions of FIGS. 1, 2 and 3, the fuel inlet 43, the fuel outlet 44, the coolant outlet 45 and the coolant inlet (not shown) are provided. ) Has been formed. A battery oxidant gas supply manifold 12 and a battery oxidant gas discharge manifold 13 are formed on the remaining end plate 30.

【0033】各膜電極複合体3は、夫々高分子電解質膜
6と燃料極7及び酸化剤極8とからなり、これらにより
反応ガスを反応させる反応部を構成するものであって、
高分子電解質膜6は長方形状であって、燃料極7及び酸
化剤極8は電解質膜6の対向する板面にそれぞれ配設さ
れている。
Each of the membrane electrode assemblies 3 comprises a polymer electrolyte membrane 6, a fuel electrode 7 and an oxidant electrode 8, which constitute a reaction part for reacting a reaction gas.
The polymer electrolyte membrane 6 has a rectangular shape, and the fuel electrode 7 and the oxidizer electrode 8 are arranged on the plate surfaces of the electrolyte membrane 6 which face each other.

【0034】温湿度交換手段20は、燃料電池スタック
1と、燃料電池スタック1の反応部を通過した既反応ガ
スと、燃料電池スタック1の反応部を通過する前の未反
応ガスとの熱と水分の交換を行うためのものである。
The temperature / humidity exchanging means 20 heats the fuel cell stack 1, the reacted gas that has passed through the reaction portion of the fuel cell stack 1, and the unreacted gas that has not passed through the reaction portion of the fuel cell stack 1. It is for exchanging water.

【0035】温湿度交換手段20は、同一形状の複数の
温湿度交換セル21と、未反応酸化剤ガスセパレータ2
2と、既反応酸化剤ガスセパレータ23及び2枚の水平
エンドプレート32と、エンドプレート37からなって
いる。
The temperature / humidity exchange means 20 comprises a plurality of temperature / humidity exchange cells 21 having the same shape and an unreacted oxidant gas separator 2.
2, a reacted oxidant gas separator 23, two horizontal end plates 32, and an end plate 37.

【0036】未反応酸化剤ガスセパレータ22は、板状
部材であって対向する板面に夫々網(メッシュ)状のガ
ス流路22aが形成され、かつ一端部(後述するエンド
プレート37が当接する部分)近くにはその肉厚方向に
貫通するように未反応酸化剤ガス供給マニホールド27
が形成されている。
The unreacted oxidant gas separator 22 is a plate-shaped member, and mesh-shaped gas flow paths 22a are formed on the opposing plate surfaces, respectively, and one end (an end plate 37 described later abuts). Unreacted oxidant gas supply manifold 27 so as to penetrate therethrough in the thickness direction.
Are formed.

【0037】既反応酸化剤ガスセパレータ23は、板状
部材であって対向する板面に夫々網(メッシュ)状のガ
ス流路23aが形成され、かつ一端部(後述するエンド
プレート37が当接する部分)近くには肉厚方向に貫通
するように未反応酸化剤ガス供給マニホールド27が形
成されている。
The already-reacted oxidant gas separator 23 is a plate-like member, and mesh-like gas flow paths 23a are formed on opposing plate surfaces, respectively, and one end (an end plate 37 described later comes into contact with the gas flow path 23a). An unreacted oxidant gas supply manifold 27 is formed near the portion) so as to penetrate in the thickness direction.

【0038】温湿度交換セル21は、未反応酸化剤ガス
セパレータ22と既反応酸化剤ガス供給マニホールドセ
パレータ23の間に配設され、保水性多孔質体からなる
温湿度交換膜24と、この対向する面に夫々配設される
シールパッキン25からなり、シールパッキン25と温
湿度交換膜24の一端部(後述するエンドプレート37
が当接する部分)近くには肉厚方向に貫通するように未
反応酸化剤ガス供給マニホールド27及び既反応酸化剤
ガス排出マニホールド31が形成されている。
The temperature / humidity exchange cell 21 is disposed between the unreacted oxidant gas separator 22 and the already-reacted oxidant gas supply manifold separator 23, and has a temperature / humidity exchange membrane 24 made of a water-retentive porous body and the opposite. The seal packing 25 and one end portion of the temperature / humidity exchange membrane 24 (an end plate 37, which will be described later).
The unreacted oxidant gas supply manifold 27 and the already-reacted oxidant gas discharge manifold 31 are formed so as to penetrate in the wall thickness direction.

【0039】以上述べた温湿度交換セル21と、未反応
酸化剤ガスセパレータ22と、既反応酸化剤ガスセパレ
ータ23が、図のように交互に配置され、これによって
得られる温湿度交換手段本体は、2枚の水平エンドプレ
ート32の間に配設される。
The temperature / humidity exchange cells 21, the unreacted oxidant gas separators 22 and the already-reacted oxidant gas separators 23 described above are alternately arranged as shown in FIG. It is arranged between two horizontal end plates 32.

【0040】エンドプレート37は、温湿度交換手段本
体の側面に当接され、酸化剤ガスが導入できるように未
反応酸化剤ガス入口41と、又酸化剤ガスが排出できる
ように既反応酸化剤ガス出口42が形成されている。
The end plate 37 is in contact with the side surface of the body of the temperature / humidity exchange means, and has an unreacted oxidant gas inlet 41 so that the oxidant gas can be introduced, and an already reacted oxidant so that the oxidant gas can be discharged. A gas outlet 42 is formed.

【0041】第1の実施形態では、温湿度交換セル21
を、単セル電池2の平行並置方向(積層方向)に対して
ほぼ直角つまり水平方向に平行になるように積層し、温
湿度交換手段20の側面が、燃料電池スタック1の平行
並置方向の端面(積層面)に接するように配置したもの
である。また、温湿度交換セル21の未反応酸化剤ガス
セパレータ22および図示しない既反応酸化剤ガスセパ
レータ23には、未反応酸化剤ガス供給マニホールド2
7および既反応酸化剤ガス排出マニホールド31を設
け、従来設けていた未反応酸化剤排出マニホールド28
及び既反応酸化剤供給マニホールド36を省略したもの
である。
In the first embodiment, the temperature / humidity exchange cell 21
Are stacked so that they are substantially perpendicular to the parallel juxtaposition direction (stacking direction) of the single cell batteries 2, that is, parallel to the horizontal direction, and the side surface of the temperature / humidity exchange means 20 is the end surface of the fuel cell stack 1 in the parallel juxtaposition direction. It is arranged so as to be in contact with the (lamination surface). The unreacted oxidant gas separator 22 and the unreacted oxidant gas separator 23 (not shown) in the temperature / humidity exchange cell 21 are connected to the unreacted oxidant gas supply manifold 2.
7 and the already-reacted oxidant gas exhaust manifold 31 are provided, and the unreacted oxidant exhaust manifold 28 conventionally provided
Also, the already-reacted oxidant supply manifold 36 is omitted.

【0042】図2において、未反応酸化剤ガスは、温湿
度交換手段20のエンドプレート37の側面に設けられ
た酸化剤ガス入口41より供給され、温湿度交換手段2
0の上下に連通する未反応酸化剤ガス供給マニホールド
27によって各温湿度交換セル21に分配される。温湿
度交換セル21では、未反応酸化剤ガスセパレータ22
の表面に形成されているガス流路を通り、既反応酸化剤
ガスに含まれる水分の一部が添加される。
In FIG. 2, the unreacted oxidant gas is supplied from the oxidant gas inlet 41 provided on the side surface of the end plate 37 of the temperature / humidity exchange means 20, and the temperature / humidity exchange means 2 is supplied.
It is distributed to each temperature / humidity exchange cell 21 by the unreacted oxidant gas supply manifold 27 which communicates with the upper and lower sides of 0. In the temperature / humidity exchange cell 21, the unreacted oxidant gas separator 22
A part of the water contained in the reacted oxidant gas is added through the gas flow path formed on the surface of the.

【0043】図3において、水分が添加された未反応酸
化剤ガスは燃料電池スタック1の電池酸化剤ガス供給マ
ニホールド12を垂直に通って、各単セル電池2に供給
される。
In FIG. 3, the unreacted oxidant gas to which water has been added passes through the cell oxidant gas supply manifold 12 of the fuel cell stack 1 vertically and is supplied to each single cell battery 2.

【0044】単セル電池2から排出された既反応酸化剤
ガスは、燃料電池スタック1の電池酸化剤ガス排出マニ
ホールド13を通って集められ、温湿度交換手段20に
供給される。
The reacted oxidant gas discharged from the single cell battery 2 is collected through the cell oxidant gas discharge manifold 13 of the fuel cell stack 1 and supplied to the temperature / humidity exchange means 20.

【0045】図9の酸化剤ガスの流れを示すように、未
反応酸化剤ガス供給マニホールド27により各未反応酸
化剤ガスセパレータ22に分配された未反応酸化剤ガス
は、水分が添加された後、直接電池酸化剤ガス供給マニ
ホールド12に供給される。この結果、合流損失による
圧力損失がないため、全体の圧力損失の低減が可能にな
る。同様に、電池酸化剤ガス排出マニホールド13で回
収された既反応酸化剤ガスは、直接各既反応酸化剤ガス
セパレータ23に供給され、分岐損失による圧力損失が
ないため、全体の圧力損失の低減が可能となる。
As shown in the flow of the oxidant gas in FIG. 9, the unreacted oxidant gas distributed to each unreacted oxidant gas separator 22 by the unreacted oxidant gas supply manifold 27 is after the addition of water. , Is directly supplied to the battery oxidant gas supply manifold 12. As a result, since there is no pressure loss due to the merge loss, it is possible to reduce the overall pressure loss. Similarly, the already-reacted oxidant gas recovered by the battery oxidant gas discharge manifold 13 is directly supplied to each already-reacted oxidant gas separator 23, and there is no pressure loss due to branch loss, so that the overall pressure loss can be reduced. It will be possible.

【0046】このことは、次のような実験結果からも明
らかである。出力10kWの従来の燃料電池システムと
本実施形態の燃料電池システムを試作し、出力10kW
相当の空気を酸化剤ガスとして供給し、それぞれ空気の
圧力損失を測定した。その結果、従来の燃料電池システ
ムでは30kPaの圧力損失であったが、本実施形態で
は25kPaの圧力損失に低減した。
This is also clear from the following experimental results. A conventional fuel cell system with an output of 10 kW and a fuel cell system of the present embodiment were prototyped, and an output of 10 kW was obtained.
Corresponding air was supplied as an oxidant gas, and the pressure loss of each air was measured. As a result, the pressure loss was 30 kPa in the conventional fuel cell system, but it was reduced to 25 kPa in this embodiment.

【0047】このように、各単セル電池2の平行並置方
向に対して、温湿度交換膜24とシールパッキン25か
らなる温湿度交換セル21をほぼ直角で水平方向に積層
することで、従来設けていた未反応酸化剤ガス排出マニ
ホールド28及びを省略でき、酸化剤ガスの圧力損失を
低減できる。
As described above, the temperature / humidity exchange cells 21 composed of the temperature / humidity exchange membrane 24 and the seal packing 25 are horizontally stacked at a substantially right angle with respect to the parallel juxtaposition direction of each single cell battery 2, and thus the conventional arrangement is provided. The unreacted oxidant gas discharge manifold 28 and the like that have been used can be omitted, and the pressure loss of the oxidant gas can be reduced.

【0048】なお、燃料電池スタック1の燃料入口43
から入力された燃料は、燃料供給マニホールド62を経
て燃料排出マニホールド64を経て燃料出口44から排
出され、又冷却剤は冷却剤入口(図示せず)を経て、冷
却水マニホールド61、63を経て冷却剤出口45より
排出されることは、前述した従来の技術と同様である
る。
The fuel inlet 43 of the fuel cell stack 1
The fuel input from the fuel supply manifold 62, the fuel discharge manifold 64, and the fuel outlet 44, and the coolant is cooled through the coolant inlet (not shown) and the cooling water manifolds 61 and 63. Discharging from the agent outlet 45 is similar to the above-described conventional technique.

【0049】図10乃至図12は本発明に係る固体高分
子型燃料電池システムの第2の実施形態を説明するため
の図である。図10は本発明に係る燃料電池システムの
概略を示す斜視図であり、前述の第1の実施形態とほぼ
同様に構成された、燃料電池スタック1の上面、すなわ
ち単セル電池2の並設方向とは直交する面に前述の第1
の実施形態とほぼ同様に構成された温湿度交換手段20
を配設した点が、第1の実施形態と異なる点である。
10 to 12 are views for explaining the second embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention. FIG. 10 is a perspective view showing the outline of the fuel cell system according to the present invention. The upper surface of the fuel cell stack 1, that is, the direction in which the single cell batteries 2 are arranged side by side, is configured in substantially the same manner as in the first embodiment. On the plane orthogonal to
Temperature / humidity exchange means 20 having substantially the same configuration as that of the above embodiment.
The point that is provided is different from the first embodiment.

【0050】温湿度交換手段20は、水平に配設される
2枚の水平エンドプレート32の間に、各温湿度交換セ
ル21を未反応酸化剤ガスセパレータ22と既反応酸化
剤ガスセパレータ23を交互に積層したものである。各
温湿度交換セル21は、保水性多孔質体からなる温湿度
交換膜24と、これを挟むように設けられたシールパッ
キン25からなり、既反応酸化剤ガスと未反応酸化剤ガ
スを温湿度交換膜24を介して接触させ、既反応酸化剤
ガスに含まれる水分を未反応酸化剤ガスに添加するもの
である。
The temperature / humidity exchanging means 20 comprises a temperature / humidity exchanging cell 21 having an unreacted oxidant gas separator 22 and a reacted oxidant gas separator 23 between two horizontally arranged horizontal end plates 32. They are laminated alternately. Each temperature / humidity exchange cell 21 is composed of a temperature / humidity exchange membrane 24 made of a water-retaining porous body and a seal packing 25 provided so as to sandwich the membrane. The water contained in the reacted oxidant gas is added to the unreacted oxidant gas by bringing them into contact with each other through the exchange membrane 24.

【0051】燃料電池スタック1は、膜電極複合体3と
セパレータ5からなる単セル電池2が複数水平方向に並
設され、この並設方向の両端部にエンドプレート30を
配設し、これらを一体化したものである。このうちのセ
パレータ5は図11のようにセパレータ5を構成する板
体板面の左右の周縁部に夫々上下方向の電池酸化剤ガス
供給マニホールド12A及び電池酸化剤ガス排出マニホ
ールド13Aが形成され、これ以外に板体板面に酸化剤
ガス流路60と、冷却水マニホールド61、63と、燃
料供給マニホールド62と、燃料排出マニホールド64
が形成されている点は、第1の実施形態と同様である。
In the fuel cell stack 1, a plurality of single cell batteries 2 each composed of a membrane electrode assembly 3 and a separator 5 are arranged side by side in a horizontal direction, and end plates 30 are arranged at both ends of the arrangement direction, and these are arranged. It is an integrated one. As shown in FIG. 11, the separator 5 is formed with a battery oxidant gas supply manifold 12A and a battery oxidant gas discharge manifold 13A in the vertical direction on the left and right peripheral portions of the plate surface of the separator 5, respectively. Besides, the oxidant gas flow channel 60, the cooling water manifolds 61 and 63, the fuel supply manifold 62, and the fuel discharge manifold 64 are provided on the plate surface of the plate body.
Is the same as that of the first embodiment.

【0052】図12は、図10の温湿度交換セル21の
未反応酸化剤ガスセパレータ22を説明するための図で
ある。未反応酸化剤ガスセパレータ22には、該板体中
央に対角線方向に形成されている酸化剤ガス流路15
と、未反応酸化剤ガス供給マニホールド27、未反応酸
化剤ガス排出マニホールド28、既反応酸化剤ガス供給
マニホールド36、既反応酸化剤ガス排出マニホールド
31が設けられている。
FIG. 12 is a view for explaining the unreacted oxidant gas separator 22 of the temperature / humidity exchange cell 21 of FIG. The unreacted oxidant gas separator 22 has an oxidant gas flow path 15 formed diagonally in the center of the plate body.
An unreacted oxidant gas supply manifold 27, an unreacted oxidant gas discharge manifold 28, a reacted oxidant gas supply manifold 36, and a reacted oxidant gas discharge manifold 31 are provided.

【0053】未反応酸化剤ガス供給マニホールド27
は、酸化剤ガス入口41と連通しており、酸化剤ガスが
供給され、酸化剤ガス流路15を通って未反応酸化剤ガ
ス排出マニホールド28へ対角線方向に流れる。
Unreacted oxidant gas supply manifold 27
Is in communication with the oxidant gas inlet 41, is supplied with oxidant gas, and flows through the oxidant gas flow path 15 to the unreacted oxidant gas discharge manifold 28 in a diagonal direction.

【0054】図11は図10のE─E線に沿って切断し
た断面図である。燃料電池スタックを構成するセパレー
タ5には、燃料供給マニホールド62、燃料排出マニホ
ールド64、冷却水マニホールド61,63、電池酸化
剤ガス供給マニホールド12A、電池酸化剤ガス排出マ
ニホールド13Aが設けられている。燃料供給マニホー
ルド62、燃料排出マニホールド64は、図示しないセ
パレータ5の裏面の燃料ガス流路と連通しており、燃料
ガスが供給される。
FIG. 11 is a sectional view taken along the line EE of FIG. A fuel supply manifold 62, a fuel discharge manifold 64, cooling water manifolds 61, 63, a cell oxidant gas supply manifold 12A, and a cell oxidant gas discharge manifold 13A are provided in the separator 5 that constitutes the fuel cell stack. The fuel supply manifold 62 and the fuel discharge manifold 64 are in communication with a fuel gas passage on the back surface of the separator 5 (not shown), and the fuel gas is supplied.

【0055】電池酸化剤ガス供給マニホールド12A、
電池酸化剤ガス排出マニホールド13Aは、酸化剤ガス
流路60と連通していて、酸化剤ガスが膜電極複合体3
に供給される。電池酸化剤ガス供給マニホールド12
A、電池酸化剤ガス排出マニホールド13Aは、上部に
積層された温湿度交換手段20の未反応酸化剤ガス排出
マニホールド28および既反応酸化剤ガス供給マニホー
ルド36にそれぞれ連通しており、温湿度交換手段20
にて水分が添加された未反応酸化剤ガスが燃料電池スタ
ック1に供給され、燃料電池スタック1から排出された
既反応酸化剤ガスが温湿度交換手段20に供給される。
Battery oxidant gas supply manifold 12A,
The battery oxidant gas discharge manifold 13A communicates with the oxidant gas flow channel 60, and the oxidant gas is supplied to the membrane electrode assembly 3
Is supplied to. Battery oxidant gas supply manifold 12
A, the battery oxidant gas discharge manifold 13A communicates with the unreacted oxidant gas discharge manifold 28 and the already-reacted oxidant gas supply manifold 36 of the temperature / humidity exchange means 20 stacked on the upper part, respectively, and the temperature / humidity exchange means 20
The unreacted oxidant gas added with water is supplied to the fuel cell stack 1, and the reacted oxidant gas discharged from the fuel cell stack 1 is supplied to the temperature / humidity exchange means 20.

【0056】図13は第2の実施形態の固体高分子型燃
料電池システムの酸化剤ガスの流れを説明するための図
である。この図に示すように、未反応酸化剤ガスは未反
応酸化剤ガス排出マニホールド28を通り、連通してい
る電池酸化剤ガス供給マニホールド12の横から導入さ
れる。このため、連通部分の右半分では合流及び分岐損
失を生じることなく、各単セル電池2に供給されるた
め、圧力損失の低減が可能となる。同様に、既反応酸化
剤ガスの流れにおいても、連通部分の右半分では合流及
び分岐損失を生じさせることなく、各単セル電池2から
排出され、既反応酸化剤ガス供給マニホールド36に供
給されるため、圧力損失の低減が可能となる。
FIG. 13 is a diagram for explaining the flow of the oxidant gas in the polymer electrolyte fuel cell system of the second embodiment. As shown in this figure, the unreacted oxidant gas passes through the unreacted oxidant gas discharge manifold 28 and is introduced from the side of the communicating cell oxidant gas supply manifold 12. Therefore, the right half of the communicating portion is supplied to each single cell battery 2 without causing merging and branching loss, so that the pressure loss can be reduced. Similarly, even in the flow of the reacted oxidant gas, the right half of the communicating portion is discharged from each single cell battery 2 without causing merge and branch loss and is supplied to the reacted oxidant gas supply manifold 36. Therefore, it is possible to reduce the pressure loss.

【0057】このことは次のことからも明らかである。
出力10kWの従来の燃料電池システムと、第2の実施
形態の燃料電池システムを試作し、出力10kW相当の
空気を酸化剤ガスとして供給し、それぞれ空気の圧力損
失を測定した。従来の燃料電池システムでは30kPa
の圧力損失であったが、第2の実施形態では23kPa
の圧力損失に低減した。
This is also apparent from the following.
A conventional fuel cell system with an output of 10 kW and a fuel cell system according to the second embodiment were prototyped, air corresponding to an output of 10 kW was supplied as an oxidant gas, and the pressure loss of each air was measured. 30 kPa in conventional fuel cell system
Pressure loss of 23 kPa in the second embodiment.
The pressure loss was reduced.

【0058】このように、水平面に複数の単セル電池2
をの並設方向の上面に温湿度交換セル21を垂直となる
ように積層することで、酸化剤ガスを燃料電池スタック
1の断面方向に供給・排出することができ、酸化剤ガス
の圧力損失を低減できる。
In this way, a plurality of single cell batteries 2 are arranged on the horizontal plane.
By stacking the temperature / humidity exchange cells 21 vertically on the upper surface of the fuel cell stack 1, the oxidant gas can be supplied / discharged in the cross-sectional direction of the fuel cell stack 1, resulting in pressure loss of the oxidant gas. Can be reduced.

【0059】図14乃至図16は本発明に係る固体高分
子型燃料電池システムの第3の実施形態を説明するため
の図である。図14は本発明に係る燃料電池システムの
概略を示す斜視図である。燃料電池システムは、同一形
状の単セル電池2が複数平行並置され、かつ一体に構成
された燃料電池スタック1と、既反応酸化剤ガスと未反
応酸化剤ガスを温湿度交換膜24を介して接触させ、既
反応酸化剤ガスに含まれる水分を未反応酸化剤ガスに添
加する温湿度交換セル21を、複数平行並置し一体化し
た温湿度交換手段20で構成される。温湿度交換セル2
1は、未反応酸化剤ガスセパレータおよび図示しない保
水性多孔質体および図示しない既反応酸化剤ガスセパレ
ータ22で構成される。
14 to 16 are views for explaining a third embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention. FIG. 14 is a perspective view showing the outline of the fuel cell system according to the present invention. In the fuel cell system, a plurality of single cell batteries 2 having the same shape are juxtaposed in parallel and integrally formed, and a reacted oxidant gas and an unreacted oxidant gas are passed through a temperature / humidity exchange membrane 24. The temperature / humidity exchange means 20 is formed by arranging a plurality of temperature / humidity exchange cells 21 which are brought into contact with each other and add the water contained in the already-reacted oxidant gas to the unreacted oxidant gas in parallel. Temperature and humidity exchange cell 2
1 is composed of an unreacted oxidant gas separator, a water-retaining porous body (not shown), and a reacted oxidant gas separator 22 (not shown).

【0060】第3の実施形態では、温湿度交換手段20
の平行並置方向と燃料電池スタック1の平行並置方向が
平行、すなわち同一形状の温湿度交換セル21が複数平
行並置方向とは直角の一方の側面を、単セル電池2の平
行並置方向とはほぼ直角の一方の側面とほぼ直角な平行
になるように並置し、温湿度交換手段20の側面が、燃
料電池スタック1の側面に接するように配置した。
In the third embodiment, the temperature / humidity exchange means 20.
The parallel juxtaposition direction of the fuel cell stack 1 is parallel to the parallel juxtaposition direction of the fuel cell stack 1, that is, one side surface of the temperature / humidity exchange cells 21 having the same shape is perpendicular to the parallel juxtaposition direction. The side surfaces of the temperature / humidity exchanging means 20 were arranged so as to be in contact with the side surface of the fuel cell stack 1 so as to be juxtaposed substantially parallel to the one side surface of the right angle.

【0061】図15は図14のF─F線に沿って切断し
た断面図であり、図16は図15のG─G線に沿って切
断した断面図である。燃料電池スタック1を構成するセ
パレータ5には、燃料供給マニホールド62、燃料排出
マニホールド64、冷却水マニホールド61、63、電
池酸化剤ガス供給マニホールド12A、電池酸化剤ガス
排出マニホールド13Aが設けられている。燃料供給マ
ニホールド62、燃料排出マニホールド64は、セパレ
ータ5の裏面の図示しない燃料ガス流路と連通してお
り、燃料ガスが供給される。
FIG. 15 is a sectional view taken along line FF of FIG. 14, and FIG. 16 is a sectional view taken along line GG of FIG. The separator 5 that constitutes the fuel cell stack 1 is provided with a fuel supply manifold 62, a fuel discharge manifold 64, cooling water manifolds 61 and 63, a cell oxidant gas supply manifold 12A, and a cell oxidant gas discharge manifold 13A. The fuel supply manifold 62 and the fuel discharge manifold 64 are in communication with a fuel gas passage (not shown) on the back surface of the separator 5 and are supplied with fuel gas.

【0062】電池酸化剤ガス供給マニホールド12A、
電池酸化剤ガス排出マニホールド13Aは、酸化剤ガス
流路60と連通していて、酸化剤ガスが膜電極複合体3
に供給される。電池酸化剤ガス供給マニホールド12
A、電池酸化剤ガス排出マニホールド13Aは、上部に
配置された温湿度交換手段20の未反応酸化剤ガスセパ
レータ22および既反応酸化剤ガスセパレータ23にそ
れぞれ連通しており、温湿度交換手段20にて水分が添
加された未反応酸化剤ガスが燃料電池スタック1に供給
され、燃料電池スタック1から排出された既反応酸化剤
ガスが温湿度交換手段20に供給される。
Battery oxidant gas supply manifold 12A,
The battery oxidant gas discharge manifold 13A communicates with the oxidant gas flow channel 60, and the oxidant gas is supplied to the membrane electrode assembly 3
Is supplied to. Battery oxidant gas supply manifold 12
A, the battery oxidant gas discharge manifold 13A communicates with the unreacted oxidant gas separator 22 and the already reacted oxidant gas separator 23 of the temperature / humidity exchange means 20 arranged at the upper part, respectively, and is connected to the temperature / humidity exchange means 20. The unreacted oxidant gas added with water is supplied to the fuel cell stack 1, and the reacted oxidant gas discharged from the fuel cell stack 1 is supplied to the temperature / humidity exchange means 20.

【0063】未反応酸化剤ガスセパレータ22には、板
体中央の酸化剤ガス流路60と、未反応酸化剤ガス供給
マニホールド27、既反応酸化剤ガス排出マニホールド
31が設けられている。未反応酸化剤ガス排出マニホー
ルドおよび既反応酸化剤ガス供給マニホールドは省略さ
れている。未反応酸化剤ガス供給マニホールド27は、
酸化剤ガス入口41と連通しており、酸化剤ガスが供給
され、板体板面に形成されている酸化剤ガス流路15を
通って未反応酸化剤ガス排出マニホールドへ対角線方向
に流れる。
The unreacted oxidant gas separator 22 is provided with an oxidant gas flow channel 60 at the center of the plate, an unreacted oxidant gas supply manifold 27, and an already-reacted oxidant gas discharge manifold 31. The unreacted oxidant gas discharge manifold and the already-reacted oxidant gas supply manifold are omitted. The unreacted oxidant gas supply manifold 27 is
The oxidant gas is communicated with the oxidant gas inlet 41, and the oxidant gas is supplied and flows in a diagonal direction to the unreacted oxidant gas discharge manifold through the oxidant gas flow path 15 formed on the plate surface.

【0064】図17は、第3の実施形態の固体高分子型
燃料電池システムの酸化剤ガスの流れを説明するための
図である。この図から明らかなように、未反応酸化剤ガ
スは、未反応酸化剤ガスセパレータ22の未反応酸化剤
ガス供給マニホールド27を通り、連通している電池酸
化剤ガス供給マニホールド12Aの横から導入される。
このため、合流及び分岐損失を生じることなく各単セル
電池2に供給されるため、圧力損失の低減が可能とな
る。
FIG. 17 is a diagram for explaining the flow of the oxidizing gas in the polymer electrolyte fuel cell system according to the third embodiment. As is clear from this figure, the unreacted oxidant gas passes through the unreacted oxidant gas supply manifold 27 of the unreacted oxidant gas separator 22 and is introduced from the side of the communicating cell oxidant gas supply manifold 12A. It
For this reason, the pressure loss can be reduced because the single cell batteries 2 are supplied without merging or branching loss.

【0065】同様に、既反応酸化剤ガスの流れにおいて
も、各単セル電池2から電池酸化剤ガス排出マニホール
ド13Aを通り、既反応酸化剤ガスセパレータ23の既
反応酸化剤ガス排出マニホールド31に導入される。こ
のため、合流及び分岐損失を生じることなく各単セル電
池から排出され、既反応酸化剤ガスセパレータ23に供
給されるため、圧力損失の低減が可能となる。
Similarly, in the flow of the already-reacted oxidant gas, the single-cell battery 2 is introduced into the already-reacted oxidant gas exhaust manifold 31 of the already-reacted oxidant gas separator 23 through the battery oxidant gas exhaust manifold 13A. To be done. Therefore, the pressure loss can be reduced because it is discharged from each single cell battery without being merged and branched and is supplied to the reacted oxidant gas separator 23.

【0066】出力10kWの従来の燃料電池システムと
本発明の第3の実施形態の燃料電池システムを試作し、
出力10kW相当の空気を酸化剤ガスとして供給し、そ
れぞれ空気の圧力損失を測定した。従来の燃料電池シス
テムでは30kPaの圧力損失であったが、本実施の形
態では23kPaの圧力損失に低減した。
A conventional fuel cell system with an output of 10 kW and a fuel cell system according to the third embodiment of the present invention were prototyped,
Air having an output of 10 kW was supplied as an oxidant gas, and the pressure loss of each air was measured. In the conventional fuel cell system, the pressure loss was 30 kPa, but in the present embodiment, it was reduced to 23 kPa.

【0067】このように、温湿度交換セル21を単セル
電池2の平行並置方向と平行になるように並置し、温湿
度交換手段20の平行並置方向とはほぼ直角な一方の側
面と燃料電池スタック1の平行並置方向とはほぼ直角な
一方の側面とを当接(一致)させることで、未反応酸化
剤ガス排出マニホールドと既反応酸化剤ガス供給マニホ
ールドを省略でき、酸化剤ガスを電池酸化剤ガス供給マ
ニホールド12A、電池酸化剤ガス排出マニホールド1
3Aの断面と平行に流すことができて、酸化剤ガスの圧
力損失を低減できる。
As described above, the temperature / humidity exchange cells 21 are juxtaposed so as to be parallel to the parallel juxtaposition direction of the single cell batteries 2, and one side surface of the temperature / humidity exchange means 20 substantially perpendicular to the parallel juxtaposition direction and the fuel cell. By abutting (matching) one side surface that is substantially perpendicular to the parallel juxtaposition direction of the stack 1, the unreacted oxidant gas discharge manifold and the already-reacted oxidant gas supply manifold can be omitted, and the oxidant gas is oxidized by the battery. Agent gas supply manifold 12A, battery oxidant gas discharge manifold 1
The flow can be made parallel to the cross section of 3A, and the pressure loss of the oxidant gas can be reduced.

【0068】図18乃至図20は本発明に係る固体高分
子型燃料電池システムの第4の実施形態を説明するため
の図である。図18は本発明に係る燃料電池システムの
概略を示す斜視図であり、図19は図18の横断面図で
あり、図20は図18の未反応酸化剤ガスセパレータ及
び既反応酸化剤ガスセパレータを説明するための図であ
る。
18 to 20 are views for explaining a fourth embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention. 18 is a perspective view showing an outline of a fuel cell system according to the present invention, FIG. 19 is a cross-sectional view of FIG. 18, and FIG. 20 is an unreacted oxidant gas separator and a reacted oxidant gas separator of FIG. It is a figure for explaining.

【0069】燃料電池システムは同一形状の単セル電池
が複数平行並置され、かつ一体化された燃料電池スタッ
ク1と、既反応酸化剤ガスと未反応酸化剤ガスを保水性
多孔質体を介して接触させ、既反応酸化剤ガスに含まれ
る水分を未反応酸化剤ガスに添加する同一形状の温湿度
交換セル21を、複数平行並置し、一体化した温湿度交
換手段20で構成される。温湿度交換セル21は、未反
応酸化剤ガスセパレータおよび図示しない保水性多孔質
体および図示しない既反応酸化剤ガスセパレータで構成
される。
In the fuel cell system, a plurality of single cell batteries having the same shape are arranged in parallel in parallel and integrated, and the fuel cell stack 1 and the reacted oxidant gas and unreacted oxidant gas are passed through a water retentive porous body. A plurality of temperature / humidity exchange cells 21 of the same shape that are brought into contact with each other to add the water contained in the already-reacted oxidant gas to the unreacted oxidant gas are arranged in parallel in parallel and are constituted by an integrated temperature / humidity exchange means 20. The temperature / humidity exchange cell 21 is composed of an unreacted oxidant gas separator, a water-retaining porous body (not shown), and a reacted oxidant gas separator (not shown).

【0070】本実施形態では、4個の燃料電池スタック
1に対し、1個の温湿度交換手段20を配設し、温湿度
交換セル21を、単セル電池2の平行並置方向と直角、
具体的には単セル電池2の平行並置方向とはほぼ直角な
一方の側面と温湿度交換セル21の一方の側面が当接
(一致)するように配置したものである。
In this embodiment, one temperature / humidity exchange means 20 is provided for four fuel cell stacks 1, and the temperature / humidity exchange cells 21 are arranged at right angles to the parallel juxtaposition direction of the single cell batteries 2.
Specifically, it is arranged such that one side surface of the single cell battery 2 that is substantially perpendicular to the parallel juxtaposition direction and one side surface of the temperature / humidity exchange cell 21 are in contact (coincidence).

【0071】未反応酸化剤ガスセパレータ22には、板
体板面中央の酸化剤ガス流路15と、未反応酸化剤ガス
供給マニホールド27、既反応酸化剤ガス排出マニホー
ルド31、未反応酸化剤ガス排出マニホールド28およ
び既反応酸化剤ガス供給マニホールド36が設けられて
いる。
The unreacted oxidant gas separator 22 includes an oxidant gas flow passage 15 at the center of the plate surface, an unreacted oxidant gas supply manifold 27, a reacted oxidant gas discharge manifold 31, and an unreacted oxidant gas. An exhaust manifold 28 and a reacted oxidant gas supply manifold 36 are provided.

【0072】未反応酸化剤ガス供給マニホールド27
は、酸化剤ガス入口41と連通しており、酸化剤ガスは
未反応酸化剤ガス供給マニホールド27を介して各未反
応酸化剤ガスセパレータ22に供給され、酸化剤ガス流
路15を通って水分を添加された後、未反応酸化剤ガス
排出マニホールド28へ対角線方向に流れる。
Unreacted oxidant gas supply manifold 27
Communicate with the oxidant gas inlet 41, the oxidant gas is supplied to each unreacted oxidant gas separator 22 through the unreacted oxidant gas supply manifold 27, and passes through the oxidant gas flow path 15 to obtain moisture. After being added, it flows diagonally to the unreacted oxidant gas exhaust manifold 28.

【0073】複数の温湿度交換セル21のうち、一部の
温湿度交換セル21の未反応酸化剤ガスセパレータの未
反応酸化剤ガス排出マニホールド28に切欠が設けら
れ、連絡ダクト66を介して、燃料電池スタック1の電
池酸化剤ガス供給マニホールド12と連通している。
A notch is provided in the unreacted oxidant gas discharge manifold 28 of the unreacted oxidant gas separator in some of the temperature / humidity exchange cells 21, and a notch is provided through the communication duct 66. It communicates with the cell oxidant gas supply manifold 12 of the fuel cell stack 1.

【0074】既反応酸化剤ガスセパレータ23には、板
体板面の中央のガス流路15と、未反応酸化剤ガス供給
マニホールド27、既反応酸化剤ガス排出マニホールド
31、未反応酸化剤ガス排出マニホールド28および既
反応酸化剤ガス供給マニホールド36が設けられてい
る。
In the already-reacted oxidant gas separator 23, the gas flow path 15 at the center of the plate surface, the unreacted oxidant gas supply manifold 27, the already-reacted oxidant gas exhaust manifold 31, and the unreacted oxidant gas exhaust. A manifold 28 and a reacted oxidant gas supply manifold 36 are provided.

【0075】既反応酸化剤ガス排出マニホールド31
は、酸化剤ガス出口42と連通しており、酸化剤ガスは
既反応酸化剤ガス排出マニホールド31を介して各既反
応酸化剤ガスセパレータ23から集められ、排出され
る。
Reacted oxidant gas exhaust manifold 31
Communicate with the oxidant gas outlet 42, and the oxidant gas is collected and discharged from each of the reacted oxidant gas separators 23 via the reacted oxidant gas discharge manifold 31.

【0076】複数の温湿度交換セル21のうち、一部の
温湿度交換セル21の既反応酸化剤ガスセパレータ23
の既反応酸化剤ガス供給マニホールド36に切欠が設け
られ、連絡ダクト66を介して、燃料電池スタック1の
電池酸化剤ガス排出マニホールド13と連通している。
Of the plurality of temperature / humidity exchange cells 21, a part of the temperature / humidity exchange cells 21 that has already reacted with the oxidant gas separator 23
A cutout is provided in the already-reacted oxidant gas supply manifold 36 and communicates with the cell oxidant gas discharge manifold 13 of the fuel cell stack 1 through a communication duct 66.

【0077】温湿度交換手段20の未反応酸化剤ガス供
給マニホールド27、未反応酸化剤ガス排出マニホール
ド28は、各温湿度交換セル21への酸化剤ガスの分配
・回収の機能を持つだけでなく、4個の燃料電池スタッ
ク1の酸化剤ガス流路15への分配マニホールドの機能
も備えている。このため、各燃料電池スタック1への分
配マニホールドを設ける必要がなく、圧力損失の低減が
可能となる。
The unreacted oxidant gas supply manifold 27 and the unreacted oxidant gas discharge manifold 28 of the temperature / humidity exchange means 20 not only have a function of distributing / recovering the oxidant gas to each temperature / humidity exchange cell 21. It also has a function of a distribution manifold to the oxidant gas flow paths 15 of the four fuel cell stacks 1. Therefore, it is not necessary to provide a distribution manifold for each fuel cell stack 1, and it is possible to reduce pressure loss.

【0078】同様に既反応酸化剤ガス供給マニホールド
36、既反応酸化剤ガス排出マニホールド31は、各温
湿度交換セル21への酸化剤ガスの分配・回収の機能を
持つだけでなく、4個の燃料電池スタック1の酸化剤ガ
ス流路の集合マニホールドの機能も備えている。このた
め、各燃料電池スタック1への集合マニホールドを設け
る必要がなく、圧力損失の低減が可能となる。
Similarly, the already-reacted oxidant gas supply manifold 36 and the already-reacted oxidant gas discharge manifold 31 have not only a function of distributing and recovering the oxidant gas to each temperature / humidity exchange cell 21, but also four The fuel cell stack 1 also has the function of a manifold for the oxidant gas flow passages. Therefore, it is not necessary to provide an assembly manifold for each fuel cell stack 1, and it is possible to reduce pressure loss.

【0079】このことは次のことからも明らかである。
出力10kWの従来の燃料電池システムを4個用いた燃
料電池システムと本実施の形態の燃料電池システムを試
作し、出力40kW相当の空気を酸化剤ガスとして供給
し、それぞれ空気の圧力損失を測定した。従来の燃料電
池システムでは35kPaの圧力損失であったが、本実
施の形態では28kPaの圧力損失に低減できた。
This is also apparent from the following.
A fuel cell system using four conventional fuel cell systems with an output of 10 kW and a fuel cell system of the present embodiment were prototyped, air corresponding to an output of 40 kW was supplied as an oxidant gas, and the pressure loss of each air was measured. . The pressure loss was 35 kPa in the conventional fuel cell system, but it could be reduced to 28 kPa in the present embodiment.

【0080】このように、複数個の燃料電池スタック1
に対して1個の温湿度交換手段20を配し、温湿度交換
セル21を単セル電池2の平行並置方向と垂直になるよ
うに積層し、温湿度交換手段20の側面と燃料電池スタ
ック1の表面を一致させることで、燃料電池スタック1
の酸化剤ガスの集合・分配マニホールドを省略でき、酸
化剤ガスの圧力損失を低減できる。
In this way, a plurality of fuel cell stacks 1
One temperature / humidity exchange means 20 is arranged, and the temperature / humidity exchange cells 21 are stacked so as to be perpendicular to the parallel juxtaposition direction of the single cell batteries 2, and the side surface of the temperature / humidity exchange means 20 and the fuel cell stack 1 are stacked. By matching the surfaces of the fuel cell stack 1
The oxidant gas collecting and distributing manifold can be omitted, and the pressure loss of the oxidant gas can be reduced.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、既反応ガス
を用いて保水性の多孔質体を介して未反応ガスを加湿す
る燃料電池システムにおいて、反応ガスの圧力損失を低
減することができる固体高分子型燃料電池システムを提
供することができる。
According to the present invention described above, it is possible to reduce the pressure loss of the reaction gas in the fuel cell system in which the unreacted gas is humidified by using the already-reacted gas through the water-retaining porous material. It is possible to provide a polymer electrolyte fuel cell system that can be manufactured.

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

【図1】本発明の固体高分子型燃料電池システムに係る
第1の実施形態を説明するための斜視図。
FIG. 1 is a perspective view for explaining a first embodiment of a polymer electrolyte fuel cell system of the present invention.

【図2】図1のA─A線に沿って切断した断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】図1のB─B線に沿って切断した断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG.

【図4】図2のC─C線に沿って切断した断面図。4 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.

【図5】図2のD─D線に沿って切断した断面図。5 is a cross-sectional view taken along line D-D in FIG.

【図6】図2の温湿度交換手段を詳細に示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing in detail the temperature and humidity exchange means of FIG.

【図7】図3の温湿度交換手段を詳細に示す断面図。7 is a cross-sectional view showing in detail the temperature and humidity exchange means of FIG.

【図8】図1の単セル電池のセパレータを説明するため
の正面図。
FIG. 8 is a front view for explaining a separator of the single cell battery of FIG.

【図9】第1の実施形態の固体高分子型燃料電池システ
ムの酸化剤ガスの流れを説明するための図。
FIG. 9 is a diagram for explaining the flow of an oxidant gas in the polymer electrolyte fuel cell system according to the first embodiment.

【図10】本発明の固体高分子型燃料電池システムに係
る第2の実施形態を説明するための斜視図。
FIG. 10 is a perspective view for explaining a second embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system of the present invention.

【図11】図6のE─E線に沿って切断した断面図。11 is a cross-sectional view taken along the line EE of FIG.

【図12】図6及び図7の未反応酸化剤ガスセパレータ
を説明するための図。
FIG. 12 is a view for explaining the unreacted oxidant gas separator of FIGS. 6 and 7.

【図13】第2の実施形態の固体高分子型燃料電池シス
テムの酸化剤ガスの流れを説明するための図。
FIG. 13 is a view for explaining the flow of an oxidant gas in the polymer electrolyte fuel cell system according to the second embodiment.

【図14】本発明の固体高分子型燃料電池システムに係
る第3の実施形態を説明するための斜視図。
FIG. 14 is a perspective view for explaining a third embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system of the present invention.

【図15】図14のF─F線に沿って切断した断面図。FIG. 15 is a sectional view taken along line FF of FIG.

【図16】図15のG─G線に沿って切断した断面図。16 is a sectional view taken along line GG of FIG.

【図17】第3の実施形態の固体高分子型燃料電池シス
テムの酸化剤ガスの流れを説明するための図。
FIG. 17 is a view for explaining the flow of an oxidant gas in the polymer electrolyte fuel cell system according to the third embodiment.

【図18】本発明の固体高分子型燃料電池システムに係
る第4の実施形態を説明するための斜視図。
FIG. 18 is a perspective view for explaining a fourth embodiment of the polymer electrolyte fuel cell system of the present invention.

【図19】図18の横断面図。FIG. 19 is a cross-sectional view of FIG.

【図20】図19の未反応酸化剤ガスセパレータ及び既
反応酸化剤ガスセパレータを説明するための断面図。
20 is a cross-sectional view for explaining the unreacted oxidant gas separator and the already reacted oxidant gas separator of FIG.

【図21】従来の固体高分子型燃料電池システムの一例
を示す縦断面図。
FIG. 21 is a vertical cross-sectional view showing an example of a conventional polymer electrolyte fuel cell system.

【図22】図21の酸化剤ガスの流れを説明するための
図。
22 is a diagram for explaining the flow of the oxidant gas in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…固体高分子型燃料電池スタック 2…単セル電池 3…膜電極複合体 4…シールパッキン 5…セパレータ 6…高分子電解質膜 7…燃料極 8…酸化剤極 12…電池酸化剤ガス供給マニホールド 12A…電池酸化剤ガス供給マニホールド 13…電池酸化剤ガス排出マニホールド 13A…電池酸化剤ガス排出マニホールド 15…酸化剤ガス流路 20…温湿度交換手段 21…温湿度交換セル 22…未反応酸化剤ガスセパレータ 22a…ガス流路 23…既反応酸化剤ガスセパレータ 23a…ガス流路 24…温湿度交換膜 25…シールパッキン 27…未反応酸化剤ガス供給マニホールド 28…未反応酸化剤ガス排出マニホールド 30…エンドプレート 31…既反応酸化剤ガス排出マニホールド 32…水平エンドプレート 35…既反応酸化剤ガス供給マニホールド 36…既反応酸化剤ガス供給マニホールド 37…エンドプレート 41…未反応酸化剤ガス入口 42…既反応酸化剤ガス出口 42…酸化剤ガス出口 43…燃料入口 44…燃料出口 45…冷却剤出口 51…保水性多孔質体 51…多孔質体 52…既反応酸化剤ガス 53…未反応酸化剤ガス 60…酸化剤ガス流路 61…冷却水マニホールド 62…燃料供給マニホールド 63…冷却水マニホールド 64…燃料排出マニホールド 66…連絡ダクト 1. Polymer electrolyte fuel cell stack 2 ... Single cell battery 3 ... Membrane electrode complex 4 ... Seal packing 5 ... Separator 6 ... Polymer electrolyte membrane 7 ... Fuel pole 8 ... Oxidizer pole 12 ... Battery oxidant gas supply manifold 12A ... Battery oxidant gas supply manifold 13 ... Battery oxidant gas exhaust manifold 13A ... Battery oxidant gas exhaust manifold 15 ... Oxidant gas flow path 20 ... Temperature and humidity exchange means 21 ... Temperature and humidity exchange cell 22 ... Unreacted oxidant gas separator 22a ... Gas flow path 23 ... Reacted oxidant gas separator 23a ... Gas flow path 24 ... Temperature and humidity exchange membrane 25 ... Seal packing 27 ... Unreacted oxidant gas supply manifold 28 ... Unreacted oxidant gas exhaust manifold 30 ... End plate 31 ... Reacted oxidant gas exhaust manifold 32 ... Horizontal end plate 35 ... Reacted oxidant gas supply manifold 36 ... Reacted oxidant gas supply manifold 37 ... End plate 41 ... Unreacted oxidant gas inlet 42 ... Outlet of already reacted oxidant gas 42 ... Oxidant gas outlet 43 ... Fuel inlet 44 ... Fuel outlet 45 ... Coolant outlet 51 ... Water-retaining porous body 51 ... Porous body 52 ... Reacted oxidant gas 53 ... Unreacted oxidant gas 60 ... Oxidant gas flow path 61 ... Cooling water manifold 62 ... Fuel supply manifold 63 ... Cooling water manifold 64 ... Fuel discharge manifold 66 ... Communication duct

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷山 賀浩 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 堀 美知郎 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC08 5H027 AA06 BA01 BA17 BC11 CC06   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kahiro Taniyama             2-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa               Toshiba Keihin Office (72) Inventor Michiro Hori             2-1, Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Ceremony Company Toshiba Hamakawasaki Factory F-term (reference) 5H026 AA06 CC08                 5H027 AA06 BA01 BA17 BC11 CC06

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体高分子膜を電解質とする同一形状の
単セル電池を複数平行並置し一体化してなる固体高分子
型燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの反応部
を通過した既反応ガスと、前記燃料電池スタックの反応
部を通過する前の未反応ガスとの熱と水分の交換を行う
同一形状の温湿度交換セルを複数積層し一体化してなる
温湿度交換手段とを備えた固体高分子型燃料電池システ
ムにおいて、 前記温湿度交換セルの積層方向を、前記単セル電池の平
行並置方向に対してほぼ直角になるように前記燃料電池
スタックと前記温湿度交換手段とを当接配置したことを
特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
1. A solid polymer type fuel cell stack in which a plurality of single cell batteries of the same shape having a solid polymer membrane as an electrolyte are juxtaposed in parallel and integrated, and a reacted gas which has passed through a reaction part of the fuel cell stack. And a temperature / humidity exchange means formed by stacking and integrating a plurality of temperature / humidity exchange cells of the same shape for exchanging heat and moisture with the unreacted gas before passing through the reaction part of the fuel cell stack. In the polymer fuel cell system, the fuel cell stack and the temperature / humidity exchange means are arranged in contact with each other so that the stacking direction of the temperature / humidity exchange cells is substantially perpendicular to the parallel juxtaposition direction of the single cell cells. A polymer electrolyte fuel cell system characterized by the above.
【請求項2】 前記固体高分子型燃料電池スタックの平
行並置方向の一方の端面と、前記温湿度交換手段の積層
方向の一側端面が当接するように配置したことを特徴と
する請求項1に記載の固体高分子型燃料電池システム。
2. The polymer electrolyte fuel cell stack is arranged so that one end face in the parallel juxtaposition direction and one end face in the stacking direction of the temperature / humidity exchange means are in contact with each other. The polymer electrolyte fuel cell system according to item 1.
【請求項3】 前記固体高分子型燃料電池スタックの平
行並置方向の一方の側面と、前記温湿度交換手段の積層
方向の一方の端面が当接するように配置したことを特徴
とする請求項1に記載の固体高分子型燃料電池システ
ム。
3. The polymer electrolyte fuel cell stack is arranged such that one side surface in the parallel juxtaposition direction and one end surface in the stacking direction of the temperature / humidity exchanging means are in contact with each other. The polymer electrolyte fuel cell system according to item 1.
【請求項4】 固体高分子膜を電解質とする同一形状の
単セル電池を複数平行並置し一体化してなる固体高分子
型燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの反応部
を通過した既反応ガスと、前記燃料電池スタックの反応
部を通過する前の未反応ガスとの熱と水分の交換を行う
同一形状の温湿度交換セルを複数平行並置し一体化して
なる温湿度交換手段とを備えた固体高分子型燃料電池シ
ステムにおいて、 前記温湿度交換セルの平行並置方向と、前記単セル電池
の平行並置方向が平行となるように当接配置したことを
特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
4. A solid polymer type fuel cell stack in which a plurality of single cell batteries of the same shape having a solid polymer membrane as an electrolyte are juxtaposed in parallel and integrated, and an already reacted gas which has passed through a reaction part of the fuel cell stack. And a temperature / humidity exchange means in which a plurality of temperature / humidity exchange cells of the same shape for exchanging heat and moisture with the unreacted gas before passing through the reaction part of the fuel cell stack are arranged in parallel and integrated. In the solid polymer fuel cell system, the solid polymer fuel cell system is arranged so that the parallel juxtaposition directions of the temperature / humidity exchange cells and the parallel juxtaposition directions of the single cell batteries are in contact with each other. .
【請求項5】 前記固体高分子型燃料電池スタックと、
前記温湿度交換手段が、反応ガスまたは冷却媒体の流通
孔を備えるプレートを介して一体化されることを特徴と
する請求項2、3、4のいずれかに記載の固体高分子型
燃料電池システム。
5. The polymer electrolyte fuel cell stack,
5. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 2, wherein the temperature / humidity exchange means is integrated via a plate having a flow hole for a reaction gas or a cooling medium. .
【請求項6】 固体高分子膜を電解質とする同一形状の
単セル電池を複数平行並置し一体化してなる固体高分子
型燃料電池スタックを複数個並設して一体に構成すると
共に、前記燃料電池スタックの反応部を通過した既反応
ガスと、前記燃料電池スタックの反応部を通過する前の
未反応ガスとの熱と水分の交換を行う同一形状の温湿度
交換セルを複数平行並置し一体化してなる温湿度交換手
段とを備えた固体高分子型燃料電池システムにおいて、 前記温湿度交換セルの平行並置方向は、前記単セル電池
の平行並置方向とほぼ直角をなすと共に、前記複数個の
固体高分子型燃料電池スタックの並設方向に対してほぼ
平行となるようにしたことを特徴とする固体高分子型燃
料電池システム。
6. A solid polymer type fuel cell stack comprising a plurality of single cell batteries of the same shape having a solid polymer membrane as an electrolyte, which are arranged in parallel in parallel and integrated with each other to form an integral body and to form the fuel. A plurality of temperature-humidity exchange cells of the same shape that exchange heat and moisture between the already-reacted gas that has passed through the reaction section of the cell stack and the unreacted gas that has not yet passed through the reaction section of the fuel cell stack are arranged in parallel and integrated. In the polymer electrolyte fuel cell system including the temperature and humidity exchange means, the parallel juxtaposition direction of the temperature and humidity exchange cells is substantially perpendicular to the parallel juxtaposition direction of the single cell battery, and A polymer electrolyte fuel cell system, wherein the polymer electrolyte fuel cell stack is arranged so as to be substantially parallel to the parallel arrangement direction of the polymer electrolyte fuel cell stack.
【請求項7】 前記固体高分子型燃料電池スタックの平
行並置方向の一方の端面と、前記温湿度交換手段の平行
並置方向の一方の側面とが当接するように配置したこと
を特徴とする請求項6に記載の固体高分子型燃料電池シ
ステム。
7. The polymer electrolyte fuel cell stack is arranged such that one end face in the parallel juxtaposition direction and one side face in the parallel juxtaposition direction of the temperature / humidity exchange means are in contact with each other. Item 7. A polymer electrolyte fuel cell system according to item 6.
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