JP2003086231A - 燃料電池スタック - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡単な構成で、各単位セル内部の結露水を有効
に排出することを可能にする。 【解決手段】セルアセンブリ１０内では、第１および第
２単位セル１４、１６にわたって反応ガス流路が直列的
に連通するとともに、例えば、酸化剤ガス入口４６およ
び中間酸化剤ガス入口４２が、酸化剤ガス出口５４およ
び中間酸化剤ガス出口４０よりも上方に配置され、か
つ、前記酸化剤ガス出口５４および前記中間酸化剤ガス
出口４０は、少なくとも一部が前記第１および第２単位
セル１４、１６の発電面よりも下方に配置される。
に排出することを可能にする。 【解決手段】セルアセンブリ１０内では、第１および第
２単位セル１４、１６にわたって反応ガス流路が直列的
に連通するとともに、例えば、酸化剤ガス入口４６およ
び中間酸化剤ガス入口４２が、酸化剤ガス出口５４およ
び中間酸化剤ガス出口４０よりも上方に配置され、か
つ、前記酸化剤ガス出口５４および前記中間酸化剤ガス
出口４０は、少なくとも一部が前記第１および第２単位
セル１４、１６の発電面よりも下方に配置される。
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
れる接合体を有する単位セルを備え、複数個の前記単位
セルを重ね合わせてセルアセンブリを一体的に構成する
燃料電池スタックに関する。
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
れる接合体を有する単位セルを備え、複数個の前記単位
セルを重ね合わせてセルアセンブリを一体的に構成する
燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦ
Ｃ）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（固体高分子電解質膜）を採用している。こ
の電解質膜の両側に、それぞれ触媒電極と多孔質カーボ
ンからなるアノード側電極およびカソード側電極を対設
して構成される接合体（電解質膜・電極接合体）を、セ
パレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより
構成される単位セル（単位発電セル）を備え、この単位
セルを所定数だけ積層して燃料電池スタックとして使用
している。
Ｃ）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（固体高分子電解質膜）を採用している。こ
の電解質膜の両側に、それぞれ触媒電極と多孔質カーボ
ンからなるアノード側電極およびカソード側電極を対設
して構成される接合体（電解質膜・電極接合体）を、セ
パレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより
構成される単位セル（単位発電セル）を備え、この単位
セルを所定数だけ積層して燃料電池スタックとして使用
している。
【０００３】この種の燃料電池において、アノード側電
極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有する
ガス（以下、水素含有ガスともいう）は、触媒電極上で
水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側
へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出
され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カ
ソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含
有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともい
う）が供給されているために、このカソード側電極にお
いて、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成
される。
極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有する
ガス（以下、水素含有ガスともいう）は、触媒電極上で
水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側
へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出
され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カ
ソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含
有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともい
う）が供給されているために、このカソード側電極にお
いて、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成
される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の燃料
電池スタックでは、反応ガスである燃料ガスや酸化剤ガ
スのガス流量、湿度または温度等の運転条件に起因し
て、単位セル内部で前記反応ガスに含まれている水分が
結露する場合がある。その際、単位セル内部の反応ガス
流路や接合体の内部で結露が惹起されると、反応ガスの
供給や生成水の排出が滞ってしまい、濃度過電圧が増大
して発電性能が低下するという問題が指摘されている。
電池スタックでは、反応ガスである燃料ガスや酸化剤ガ
スのガス流量、湿度または温度等の運転条件に起因し
て、単位セル内部で前記反応ガスに含まれている水分が
結露する場合がある。その際、単位セル内部の反応ガス
流路や接合体の内部で結露が惹起されると、反応ガスの
供給や生成水の排出が滞ってしまい、濃度過電圧が増大
して発電性能が低下するという問題が指摘されている。
【０００５】特に、複数個の単位セルを重ね合わせてセ
ルアセンブリを一体的に構成する燃料電池スタックで
は、各単位セル内部の結露水を有効に排出する技術が開
発されておらず、前記結露水の排出性を向上させること
が望まれている。
ルアセンブリを一体的に構成する燃料電池スタックで
は、各単位セル内部の結露水を有効に排出する技術が開
発されておらず、前記結露水の排出性を向上させること
が望まれている。
【０００６】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、簡単な構成で、各単位セル内部の結露水を有効に排
出することができ、前記単位セルの発電性能を有効に向
上させることが可能なセルアセンブリを備えた燃料電池
スタックを提供することを目的とする。
り、簡単な構成で、各単位セル内部の結露水を有効に排
出することができ、前記単位セルの発電性能を有効に向
上させることが可能なセルアセンブリを備えた燃料電池
スタックを提供することを目的とする。
【０００７】
【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、複数個の単位セルに燃料ガスま
たは酸化剤ガスの少なくとも一方の反応ガスを流す反応
ガス流路が、各単位セルにわたって直列的に連通すると
ともに、前記反応ガス流路に前記反応ガスを供給する反
応ガス入口は、該反応ガス流路から該反応ガスを排出す
る反応ガス出口よりも上方に配置され、かつ、前記反応
ガス出口は、少なくとも一部が前記単位セルの発電面よ
りも下方に配置されている。
燃料電池スタックでは、複数個の単位セルに燃料ガスま
たは酸化剤ガスの少なくとも一方の反応ガスを流す反応
ガス流路が、各単位セルにわたって直列的に連通すると
ともに、前記反応ガス流路に前記反応ガスを供給する反
応ガス入口は、該反応ガス流路から該反応ガスを排出す
る反応ガス出口よりも上方に配置され、かつ、前記反応
ガス出口は、少なくとも一部が前記単位セルの発電面よ
りも下方に配置されている。
【０００８】ここで、上流側の単位セルの反応ガス流路
と下流側の単位セルの反応ガス流路とは、中間連通孔を
介して連通している。この中間連通孔は、上流側の単位
セルの反応ガス流路から反応ガスを排出する中間反応ガ
ス出口と、下流側の単位セルの反応ガス流路に前記反応
ガスを供給する中間反応ガス入口とを有しており、この
中間反応ガス出口は、前記中間反応ガス入口よりも下方
に配置され、かつ、少なくとも一部が単位セルの発電面
よりも下方に配置されている（本発明の請求項２）。
と下流側の単位セルの反応ガス流路とは、中間連通孔を
介して連通している。この中間連通孔は、上流側の単位
セルの反応ガス流路から反応ガスを排出する中間反応ガ
ス出口と、下流側の単位セルの反応ガス流路に前記反応
ガスを供給する中間反応ガス入口とを有しており、この
中間反応ガス出口は、前記中間反応ガス入口よりも下方
に配置され、かつ、少なくとも一部が単位セルの発電面
よりも下方に配置されている（本発明の請求項２）。
【０００９】より具体的には、単位セルの矩形状面内に
おいて、一方の対角位置に対応して反応ガス入口と反応
ガス出口とが配設されるとともに、他方の対角位置に対
応して中間反応ガス入口と中間反応ガス出口とが配設さ
れ、かつ、前記反応ガス出口および前記中間反応ガス出
口は、少なくとも一部が前記単位セルの発電面よりも下
方に配置されている（本発明の請求項３）。
おいて、一方の対角位置に対応して反応ガス入口と反応
ガス出口とが配設されるとともに、他方の対角位置に対
応して中間反応ガス入口と中間反応ガス出口とが配設さ
れ、かつ、前記反応ガス出口および前記中間反応ガス出
口は、少なくとも一部が前記単位セルの発電面よりも下
方に配置されている（本発明の請求項３）。
【００１０】上記のように、全ての単位セルにおいて、
必ず、反応ガス入口（中間反応ガス入口を含む）が反応
ガス出口（中間反応ガス出口を含む）よりも上方に配置
され、かつ、前記反応ガス出口の少なくとも一部が、前
記単位セルの発電面よりも下方に配置されている。これ
により、重力を利用して結露水を発電面から確実に排出
することができ、簡単な構成で、各単位セルの発電性能
を有効に向上させることが可能になる。
必ず、反応ガス入口（中間反応ガス入口を含む）が反応
ガス出口（中間反応ガス出口を含む）よりも上方に配置
され、かつ、前記反応ガス出口の少なくとも一部が、前
記単位セルの発電面よりも下方に配置されている。これ
により、重力を利用して結露水を発電面から確実に排出
することができ、簡単な構成で、各単位セルの発電性能
を有効に向上させることが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
燃料電池スタックを構成するセルアセンブリ１０の要部
分解斜視図であり、図２は、複数組の前記セルアセンブ
リ１０が重ね合わされて（積層されて）構成される燃料
電池スタック１２の概略斜視図である。
燃料電池スタックを構成するセルアセンブリ１０の要部
分解斜視図であり、図２は、複数組の前記セルアセンブ
リ１０が重ね合わされて（積層されて）構成される燃料
電池スタック１２の概略斜視図である。
【００１２】図１に示すように、セルアセンブリ１０
は、第１単位セル１４と第２単位セル１６とを重ね合わ
せて構成されており、前記第１および第２単位セル１
４、１６は、第１および第２接合体１８、２０を備え
る。第１および第２単位セル１４、１６は、矩形状を有
しており、発電面が鉛直方向に向かうように立位姿勢に
配置された状態で、水平方向に積層される。
は、第１単位セル１４と第２単位セル１６とを重ね合わ
せて構成されており、前記第１および第２単位セル１
４、１６は、第１および第２接合体１８、２０を備え
る。第１および第２単位セル１４、１６は、矩形状を有
しており、発電面が鉛直方向に向かうように立位姿勢に
配置された状態で、水平方向に積層される。
【００１３】第１および第２接合体１８、２０は、固体
高分子電解質膜２２ａ、２２ｂと、前記電解質膜２２
ａ、２２ｂを挟んで配設されるカソード側電極２４ａ、
２４ｂおよびアノード側電極２６ａ、２６ｂとを有す
る。カソード側電極２４ａ、２４ｂおよびアノード側電
極２６ａ、２６ｂは、それぞれ触媒電極と多孔質カーボ
ンとから構成されている。
高分子電解質膜２２ａ、２２ｂと、前記電解質膜２２
ａ、２２ｂを挟んで配設されるカソード側電極２４ａ、
２４ｂおよびアノード側電極２６ａ、２６ｂとを有す
る。カソード側電極２４ａ、２４ｂおよびアノード側電
極２６ａ、２６ｂは、それぞれ触媒電極と多孔質カーボ
ンとから構成されている。
【００１４】図１および図３に示すように、第１接合体
１８のカソード側電極２４ａ側に第１セパレータ２８が
配設され、前記第１接合体１８のアノード側電極２６ａ
側と第２接合体２０のカソード側電極２４ｂ側との間に
第２セパレータ３０が配設されるとともに、前記第２接
合体２０のアノード側電極２６ｂ側に第３セパレータ３
２が配設される。第１および第３セパレータ２８、３２
の外側の面に対向して、薄板状の壁板（隔壁部材）３４
が設けられる。
１８のカソード側電極２４ａ側に第１セパレータ２８が
配設され、前記第１接合体１８のアノード側電極２６ａ
側と第２接合体２０のカソード側電極２４ｂ側との間に
第２セパレータ３０が配設されるとともに、前記第２接
合体２０のアノード側電極２６ｂ側に第３セパレータ３
２が配設される。第１および第３セパレータ２８、３２
の外側の面に対向して、薄板状の壁板（隔壁部材）３４
が設けられる。
【００１５】図１に示すように、第１および第２接合体
１８、２０並びに第１乃至第３セパレータ２８、３０お
よび３２の長辺（矢印Ｃ方向）側の一端縁部には、第１
および第２単位セル１４、１６の重ね合わせ方向（矢印
Ａ方向）に互いに連通して、水素含有ガス等の燃料ガス
（反応ガス）を通過させるための燃料ガス入口３６と、
冷却媒体を通過させるための冷却媒体出口３８と、ガス
流れ方向上流側の第１単位セル１４で反応に供与された
空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガス（反応ガス）を
排出する中間酸化剤ガス出口４０と、前記中間酸化剤ガ
ス出口４０に連通し、ガス流れ方向下流側の第２単位セ
ル１６に前記酸化剤ガスを導入させる中間酸化剤ガス入
口４２とが設けられる。中間酸化剤ガス出口４０と中間
酸化剤ガス入口４２とにより、中間酸化剤ガス連通孔
（中間連通孔）４４が構成される。
１８、２０並びに第１乃至第３セパレータ２８、３０お
よび３２の長辺（矢印Ｃ方向）側の一端縁部には、第１
および第２単位セル１４、１６の重ね合わせ方向（矢印
Ａ方向）に互いに連通して、水素含有ガス等の燃料ガス
（反応ガス）を通過させるための燃料ガス入口３６と、
冷却媒体を通過させるための冷却媒体出口３８と、ガス
流れ方向上流側の第１単位セル１４で反応に供与された
空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガス（反応ガス）を
排出する中間酸化剤ガス出口４０と、前記中間酸化剤ガ
ス出口４０に連通し、ガス流れ方向下流側の第２単位セ
ル１６に前記酸化剤ガスを導入させる中間酸化剤ガス入
口４２とが設けられる。中間酸化剤ガス出口４０と中間
酸化剤ガス入口４２とにより、中間酸化剤ガス連通孔
（中間連通孔）４４が構成される。
【００１６】第１および第２接合体１８、２０並びに第
１乃至第３セパレータ２８、３０および３２の長辺側の
他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガ
ス入口４６と、ガス流れ方向上流側の第１単位セル１４
で反応に供与された燃料ガスを排出する中間燃料ガス出
口４８と、前記中間燃料ガス出口４８に連通し、ガス流
れ方向下流側の第２単位セル１６に前記燃料ガスを導入
させる第１および第２中間燃料ガス入口５０ａ、５０ｂ
とが設けられる。中間燃料ガス出口４８と第１および第
２中間燃料ガス入口５０ａ、５０ｂとにより、中間燃料
ガス連通孔（中間連通孔）５２が構成される。
１乃至第３セパレータ２８、３０および３２の長辺側の
他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガ
ス入口４６と、ガス流れ方向上流側の第１単位セル１４
で反応に供与された燃料ガスを排出する中間燃料ガス出
口４８と、前記中間燃料ガス出口４８に連通し、ガス流
れ方向下流側の第２単位セル１６に前記燃料ガスを導入
させる第１および第２中間燃料ガス入口５０ａ、５０ｂ
とが設けられる。中間燃料ガス出口４８と第１および第
２中間燃料ガス入口５０ａ、５０ｂとにより、中間燃料
ガス連通孔（中間連通孔）５２が構成される。
【００１７】第１および第２接合体１８、２０並びに第
１乃至第３セパレータ２８、３０および３２の下端縁部
には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス出口５
４、冷却媒体入口５６および燃料ガス出口５８が設けら
れる。
１乃至第３セパレータ２８、３０および３２の下端縁部
には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス出口５
４、冷却媒体入口５６および燃料ガス出口５８が設けら
れる。
【００１８】図４に示すように、燃料ガス入口３６と第
１および第２中間燃料ガス入口５０ａ、５０ｂとは、燃
料ガス出口５８および中間燃料ガス出口４８よりも上方
に配置されるとともに、酸化剤ガス入口４６および中間
酸化剤ガス入口４２は、酸化剤ガス出口５４および中間
酸化剤ガス出口４０よりも上方に配置される。中間酸化
剤ガス出口４０、中間燃料ガス出口４８、酸化剤ガス出
口５４および燃料ガス出口５８は、少なくとも一部がカ
ソード側電極２４ａ、２４ｂおよびアノード側電極２６
ａ、２６ｂの発電面下端位置Ｐよりも下方に配置され
る。
１および第２中間燃料ガス入口５０ａ、５０ｂとは、燃
料ガス出口５８および中間燃料ガス出口４８よりも上方
に配置されるとともに、酸化剤ガス入口４６および中間
酸化剤ガス入口４２は、酸化剤ガス出口５４および中間
酸化剤ガス出口４０よりも上方に配置される。中間酸化
剤ガス出口４０、中間燃料ガス出口４８、酸化剤ガス出
口５４および燃料ガス出口５８は、少なくとも一部がカ
ソード側電極２４ａ、２４ｂおよびアノード側電極２６
ａ、２６ｂの発電面下端位置Ｐよりも下方に配置され
る。
【００１９】図１に示すように、第１セパレータ２８
は、金属薄板で構成され、中央部側には、矢印Ｃ方向
（長辺方向）に沿って所定の長さだけ延在する直線溝部
６０が設けられるとともに、前記直線溝部６０の矢印Ｃ
方向両端には、バッファ用空間部を構成するエンボス部
６２が形成される。直線溝部６０およびエンボス部６２
は、第１セパレータ２８の両面から交互に設けられてお
り、図３および図５に示すように、第１セパレータ２８
は、第１接合体１８のカソード側電極２４ａに対向する
側に酸化剤ガス流路（反応ガス流路）６４を設けるとと
もに、前記酸化剤ガス流路６４の両端が酸化剤ガス入口
４６と中間酸化剤ガス出口４０とに連通する。
は、金属薄板で構成され、中央部側には、矢印Ｃ方向
（長辺方向）に沿って所定の長さだけ延在する直線溝部
６０が設けられるとともに、前記直線溝部６０の矢印Ｃ
方向両端には、バッファ用空間部を構成するエンボス部
６２が形成される。直線溝部６０およびエンボス部６２
は、第１セパレータ２８の両面から交互に設けられてお
り、図３および図５に示すように、第１セパレータ２８
は、第１接合体１８のカソード側電極２４ａに対向する
側に酸化剤ガス流路（反応ガス流路）６４を設けるとと
もに、前記酸化剤ガス流路６４の両端が酸化剤ガス入口
４６と中間酸化剤ガス出口４０とに連通する。
【００２０】第１セパレータ２８は、壁板３４の一方の
面に対向する側に直線溝部６０およびエンボス部６２を
介して冷却媒体流路６６を設ける（図３および図５参
照）。冷却媒体流路６６は、図１に示すように、一端が
冷却媒体出口３８に連通するとともに、他端側が壁板３
４の端部を折り返して前記壁板３４の他方の面側から冷
却媒体入口５６に連通する。
面に対向する側に直線溝部６０およびエンボス部６２を
介して冷却媒体流路６６を設ける（図３および図５参
照）。冷却媒体流路６６は、図１に示すように、一端が
冷却媒体出口３８に連通するとともに、他端側が壁板３
４の端部を折り返して前記壁板３４の他方の面側から冷
却媒体入口５６に連通する。
【００２１】第２セパレータ３０は、上記の第１セパレ
ータ２８と略同様に構成されており、第１接合体１８の
アノード側電極２６ａに対向する側に直線溝部６０およ
びエンボス部６２を介して燃料ガス流路（反応ガス流
路）６８を設けるとともに、前記燃料ガス流路６８は、
燃料ガス入口３６と、中間燃料ガス出口４８とに連通す
る（図６参照）。第２セパレータ３０は、図７に示すよ
うに、第２接合体２０のカソード側電極２４ｂに対向す
る側に酸化剤ガス流路（反応ガス流路）７０を設け、こ
の酸化剤ガス流路７０の一端が中間酸化剤ガス入口４２
を介して中間酸化剤ガス出口４０に連通するとともに、
他端が酸化剤ガス出口５４に連通する。
ータ２８と略同様に構成されており、第１接合体１８の
アノード側電極２６ａに対向する側に直線溝部６０およ
びエンボス部６２を介して燃料ガス流路（反応ガス流
路）６８を設けるとともに、前記燃料ガス流路６８は、
燃料ガス入口３６と、中間燃料ガス出口４８とに連通す
る（図６参照）。第２セパレータ３０は、図７に示すよ
うに、第２接合体２０のカソード側電極２４ｂに対向す
る側に酸化剤ガス流路（反応ガス流路）７０を設け、こ
の酸化剤ガス流路７０の一端が中間酸化剤ガス入口４２
を介して中間酸化剤ガス出口４０に連通するとともに、
他端が酸化剤ガス出口５４に連通する。
【００２２】第３セパレータ３２は、上記の第１および
第２セパレータ２８、３０と略同様に構成されており、
第２接合体２０のアノード側電極２６ｂに対向する側に
燃料ガス流路（反応ガス流路）７２を設ける（図３およ
び図５参照）。この燃料ガス流路７２は、図８に示すよ
うに、一端側を第１および第２中間燃料ガス入口５０
ａ、５０ｂを介して中間燃料ガス出口４８に連通する一
方、他端側を燃料ガス出口５８に連通する。第３セパレ
ータ３２は、壁板３４に対向する側に冷却媒体流路７４
を設ける。図５に示すように、この冷却媒体流路７４
は、一端を冷却媒体入口５６に連通するとともに、他端
を壁板３４で折り返して冷却媒体出口３８に連通する。
第２セパレータ２８、３０と略同様に構成されており、
第２接合体２０のアノード側電極２６ｂに対向する側に
燃料ガス流路（反応ガス流路）７２を設ける（図３およ
び図５参照）。この燃料ガス流路７２は、図８に示すよ
うに、一端側を第１および第２中間燃料ガス入口５０
ａ、５０ｂを介して中間燃料ガス出口４８に連通する一
方、他端側を燃料ガス出口５８に連通する。第３セパレ
ータ３２は、壁板３４に対向する側に冷却媒体流路７４
を設ける。図５に示すように、この冷却媒体流路７４
は、一端を冷却媒体入口５６に連通するとともに、他端
を壁板３４で折り返して冷却媒体出口３８に連通する。
【００２３】このように構成されるセルアセンブリ１０
は、図示しない固定手段を介して一体的に保持された状
態で、図２に示すように、所定の組数だけ矢印Ａ方向に
重ね合わされる。セルアセンブリ１０の矢印Ａ方向両端
には、集電用電極８０ａ、８０ｂを介してエンドプレー
ト８２ａ、８２ｂが配置され、前記エンドプレート８２
ａ、８２ｂが図示しないタイロッド等によって一体的に
締め付けられることにより、燃料電池スタック１２が構
成される。
は、図示しない固定手段を介して一体的に保持された状
態で、図２に示すように、所定の組数だけ矢印Ａ方向に
重ね合わされる。セルアセンブリ１０の矢印Ａ方向両端
には、集電用電極８０ａ、８０ｂを介してエンドプレー
ト８２ａ、８２ｂが配置され、前記エンドプレート８２
ａ、８２ｂが図示しないタイロッド等によって一体的に
締め付けられることにより、燃料電池スタック１２が構
成される。
【００２４】エンドプレート８２ａ、８２ｂの長辺側の
一端縁部には、酸化剤ガス入口４６に連通する酸化剤ガ
ス供給口８４が形成され、前記エンドプレート８２ａ、
８２ｂの長辺側の他端縁部には、燃料ガス入口３６およ
び冷却媒体出口３８に連通する燃料ガス供給口８６およ
び冷却媒体排出口８８が形成される。エンドプレート８
２ａ、８２ｂの下端縁部には、酸化剤ガス出口５４、冷
却媒体入口５６および燃料ガス出口５８に連通する酸化
剤ガス排出口９０、冷却媒体供給口９２および燃料ガス
排出口９４が形成される。
一端縁部には、酸化剤ガス入口４６に連通する酸化剤ガ
ス供給口８４が形成され、前記エンドプレート８２ａ、
８２ｂの長辺側の他端縁部には、燃料ガス入口３６およ
び冷却媒体出口３８に連通する燃料ガス供給口８６およ
び冷却媒体排出口８８が形成される。エンドプレート８
２ａ、８２ｂの下端縁部には、酸化剤ガス出口５４、冷
却媒体入口５６および燃料ガス出口５８に連通する酸化
剤ガス排出口９０、冷却媒体供給口９２および燃料ガス
排出口９４が形成される。
【００２５】このように構成される燃料電池スタック１
２の動作について、以下に説明する。
２の動作について、以下に説明する。
【００２６】燃料電池スタック１２内には、燃料ガス供
給口８６から水素含有ガス等の燃料ガスが供給されると
ともに、酸化剤ガス供給口８４から空気等の酸素含有ガ
スである酸化剤ガスが供給され、さらに冷却媒体供給口
９２から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。このため、燃料電池スタック１２で
は、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組のセルアセンブ
リ１０に対し、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体
が、順次、供給される。
給口８６から水素含有ガス等の燃料ガスが供給されると
ともに、酸化剤ガス供給口８４から空気等の酸素含有ガ
スである酸化剤ガスが供給され、さらに冷却媒体供給口
９２から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。このため、燃料電池スタック１２で
は、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組のセルアセンブ
リ１０に対し、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体
が、順次、供給される。
【００２７】矢印Ａ方向に連通している酸化剤ガス入口
４６に供給された酸化剤ガスは、図３および図５に示す
ように、第１セパレータ２８に設けられている酸化剤ガ
ス流路６４に導入され、第１接合体１８を構成するカソ
ード側電極２４ａに沿って移動する。一方、燃料ガス入
口３６に供給された燃料ガスは、図６に示すように、第
２セパレータ３０に設けられている燃料ガス流路６８に
導入され、第１接合体１８を構成するアノード側電極２
６ａに沿って移動する。従って、第１接合体１８では、
カソード側電極２４ａに供給される酸化剤ガスと、アノ
ード側電極２６ａに供給される燃料ガスとが、触媒電極
内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
４６に供給された酸化剤ガスは、図３および図５に示す
ように、第１セパレータ２８に設けられている酸化剤ガ
ス流路６４に導入され、第１接合体１８を構成するカソ
ード側電極２４ａに沿って移動する。一方、燃料ガス入
口３６に供給された燃料ガスは、図６に示すように、第
２セパレータ３０に設けられている燃料ガス流路６８に
導入され、第１接合体１８を構成するアノード側電極２
６ａに沿って移動する。従って、第１接合体１８では、
カソード側電極２４ａに供給される酸化剤ガスと、アノ
ード側電極２６ａに供給される燃料ガスとが、触媒電極
内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００２８】第１接合体１８に一部が消費された酸化剤
ガスは、酸化剤ガス流路６４から中間酸化剤ガス連通孔
４４を構成する中間酸化剤ガス出口４０に導入され、こ
の中間酸化剤ガス出口４０に沿って矢印Ａ方向に移動す
る。この酸化剤ガスは、図７に示すように、中間酸化剤
ガス入口４２から第２セパレータ３０に設けられている
酸化剤ガス流路７０に導入された後、前記酸化剤ガス流
路７０を介して第２接合体２０を構成するカソード側電
極２４ｂに沿って移動する。
ガスは、酸化剤ガス流路６４から中間酸化剤ガス連通孔
４４を構成する中間酸化剤ガス出口４０に導入され、こ
の中間酸化剤ガス出口４０に沿って矢印Ａ方向に移動す
る。この酸化剤ガスは、図７に示すように、中間酸化剤
ガス入口４２から第２セパレータ３０に設けられている
酸化剤ガス流路７０に導入された後、前記酸化剤ガス流
路７０を介して第２接合体２０を構成するカソード側電
極２４ｂに沿って移動する。
【００２９】同様に、第１接合体１８を構成するアノー
ド側電極２６ａで一部が消費された燃料ガスは、図５に
示すように、中間燃料ガス連通孔５２を構成する中間燃
料ガス出口４８に導入されて矢印Ａ方向に移動する。こ
の燃料ガスは、第１および第２中間燃料ガス入口５０
ａ、５０ｂを介して第３セパレータ３２に設けられてい
る燃料ガス流路７２に導入される（図８参照）。
ド側電極２６ａで一部が消費された燃料ガスは、図５に
示すように、中間燃料ガス連通孔５２を構成する中間燃
料ガス出口４８に導入されて矢印Ａ方向に移動する。こ
の燃料ガスは、第１および第２中間燃料ガス入口５０
ａ、５０ｂを介して第３セパレータ３２に設けられてい
る燃料ガス流路７２に導入される（図８参照）。
【００３０】そして、燃料ガスは、第２接合体２０を構
成するアノード側電極２６ｂに沿って移動するため、前
記第２接合体２０では、酸化剤ガスおよび燃料ガスが触
媒電極内で電気化学反応により消費され、発電が行われ
る。酸素が消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口５
４に排出されるとともに、水素が消費された燃料ガス
は、燃料ガス出口５８に排出される（図５参照）。
成するアノード側電極２６ｂに沿って移動するため、前
記第２接合体２０では、酸化剤ガスおよび燃料ガスが触
媒電極内で電気化学反応により消費され、発電が行われ
る。酸素が消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口５
４に排出されるとともに、水素が消費された燃料ガス
は、燃料ガス出口５８に排出される（図５参照）。
【００３１】一方、冷却媒体入口５６に供給された冷却
媒体は、第３セパレータ３２に設けられている冷却媒体
流路７４に沿って移動した後、壁板３４で折り返して第
１セパレータ２８に設けられている冷却媒体流路６６に
沿って移動し、冷却媒体出口３８に排出される。
媒体は、第３セパレータ３２に設けられている冷却媒体
流路７４に沿って移動した後、壁板３４で折り返して第
１セパレータ２８に設けられている冷却媒体流路６６に
沿って移動し、冷却媒体出口３８に排出される。
【００３２】この場合、本実施形態では、図４に示すよ
うに、燃料ガス入口３６と第１および第２中間燃料ガス
入口５０ａ、５０ｂとが、燃料ガス出口５８および中間
燃料ガス出口４８よりも上方（発電面の上部側）に配置
されるとともに、酸化剤ガス入口４６および中間酸化剤
ガス入口４２が、酸化剤ガス出口５４および中間酸化剤
ガス出口４０よりも上方に配置されている。さらに、中
間酸化剤ガス出口４０、中間燃料ガス出口４８、酸化剤
ガス出口５４および燃料ガス出口５８が、少なくとも一
部をカソード側電極２４ａ、２４ｂおよびアノード側電
極２６ａ、２６ｂの発電面下端位置Ｐよりも下方に配置
されている。
うに、燃料ガス入口３６と第１および第２中間燃料ガス
入口５０ａ、５０ｂとが、燃料ガス出口５８および中間
燃料ガス出口４８よりも上方（発電面の上部側）に配置
されるとともに、酸化剤ガス入口４６および中間酸化剤
ガス入口４２が、酸化剤ガス出口５４および中間酸化剤
ガス出口４０よりも上方に配置されている。さらに、中
間酸化剤ガス出口４０、中間燃料ガス出口４８、酸化剤
ガス出口５４および燃料ガス出口５８が、少なくとも一
部をカソード側電極２４ａ、２４ｂおよびアノード側電
極２６ａ、２６ｂの発電面下端位置Ｐよりも下方に配置
されている。
【００３３】このため、酸化剤ガスや燃料ガスのガス流
量、湿度または温度等の運転条件に起因して、セルアセ
ンブリ１０の内部で前記酸化剤ガスや前記燃料ガスに含
まれる水分が結露しても、前記結露水を全ての発電面か
ら確実に排出することができる。
量、湿度または温度等の運転条件に起因して、セルアセ
ンブリ１０の内部で前記酸化剤ガスや前記燃料ガスに含
まれる水分が結露しても、前記結露水を全ての発電面か
ら確実に排出することができる。
【００３４】例えば、酸化剤ガスを用いて説明すると、
この酸化剤ガスは、第１セパレータ２８の酸化剤ガス流
路６４に導入され、カソード側電極２４ａに沿って移動
した後、中間酸化剤ガス出口４０に排出される（図５参
照）。その際、中間酸化剤ガス出口４０の下部側位置
は、カソード側電極２４ａの発電面下端位置Ｐよりも下
方に配置されており、前記カソード側電極２４ａの発電
面に発生している結露水を、重力を利用して確実かつ円
滑に中間酸化剤ガス出口４０に排出することができる。
この酸化剤ガスは、第１セパレータ２８の酸化剤ガス流
路６４に導入され、カソード側電極２４ａに沿って移動
した後、中間酸化剤ガス出口４０に排出される（図５参
照）。その際、中間酸化剤ガス出口４０の下部側位置
は、カソード側電極２４ａの発電面下端位置Ｐよりも下
方に配置されており、前記カソード側電極２４ａの発電
面に発生している結露水を、重力を利用して確実かつ円
滑に中間酸化剤ガス出口４０に排出することができる。
【００３５】次いで、中間酸化剤ガス出口４０に排出さ
れた酸化剤ガスは、第２セパレータ３０と第２接合体２
０との間で上方に移動して中間酸化剤ガス入口４２に流
入した後、この中間酸化剤ガス入口４２から前記第２セ
パレータ３０の酸化剤ガス流路７０に導入される（図５
および図７参照）。その際、中間酸化剤ガス入口４２
は、中間酸化剤ガス出口４０よりも上方に配置されてお
り、この中間酸化剤ガス入口４２内で結露が発生して
も、重力を利用して前記中間酸化剤ガス出口４０内に結
露水を落下排出することができる。
れた酸化剤ガスは、第２セパレータ３０と第２接合体２
０との間で上方に移動して中間酸化剤ガス入口４２に流
入した後、この中間酸化剤ガス入口４２から前記第２セ
パレータ３０の酸化剤ガス流路７０に導入される（図５
および図７参照）。その際、中間酸化剤ガス入口４２
は、中間酸化剤ガス出口４０よりも上方に配置されてお
り、この中間酸化剤ガス入口４２内で結露が発生して
も、重力を利用して前記中間酸化剤ガス出口４０内に結
露水を落下排出することができる。
【００３６】一方、酸化剤ガス流路７０に導入された酸
化剤ガスは、カソード側電極２４ｂに沿って移動し、こ
のカソード側電極２４ｂの発電面下端位置Ｐよりも下方
に配置されている酸化剤ガス出口５４に排出される。従
って、重力を利用して、カソード側電極２４ｂの発電面
から酸化剤ガス出口５４に結露水を容易かつ確実に排出
することが可能になる。
化剤ガスは、カソード側電極２４ｂに沿って移動し、こ
のカソード側電極２４ｂの発電面下端位置Ｐよりも下方
に配置されている酸化剤ガス出口５４に排出される。従
って、重力を利用して、カソード側電極２４ｂの発電面
から酸化剤ガス出口５４に結露水を容易かつ確実に排出
することが可能になる。
【００３７】これにより、第１および第２単位セル１
４、１６に酸化剤ガスを直列的に供給するセルアセンブ
リ１０において、重力の作用下に、前記第１および第２
単位セル１４、１６の各発電面から結露水を確実に排出
することができ、簡単な構成で、前記セルアセンブリ１
０全体の発電性能を有効に向上させることが可能になる
という効果が得られる。
４、１６に酸化剤ガスを直列的に供給するセルアセンブ
リ１０において、重力の作用下に、前記第１および第２
単位セル１４、１６の各発電面から結露水を確実に排出
することができ、簡単な構成で、前記セルアセンブリ１
０全体の発電性能を有効に向上させることが可能になる
という効果が得られる。
【００３８】なお、上記では、酸化剤ガスについてのみ
説明したが、燃料ガスにおいても同様の効果が得られ
る。
説明したが、燃料ガスにおいても同様の効果が得られ
る。
【００３９】
【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、セ
ルアセンブリを構成する全ての単位セルにおいて、必
ず、反応ガス入口が反応ガス出口よりも上方に配置さ
れ、かつ、前記反応ガス出口の少なくとも一部が、前記
単位セルの発電面よりも下方に配置されている。これに
より、重力を利用して結露水を発電面から確実に排出す
ることができ、簡単な構成で、各単位セルの発電性能を
有効に向上させることが可能になる。
ルアセンブリを構成する全ての単位セルにおいて、必
ず、反応ガス入口が反応ガス出口よりも上方に配置さ
れ、かつ、前記反応ガス出口の少なくとも一部が、前記
単位セルの発電面よりも下方に配置されている。これに
より、重力を利用して結露水を発電面から確実に排出す
ることができ、簡単な構成で、各単位セルの発電性能を
有効に向上させることが可能になる。
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックを構
成するセルアセンブリの要部分解斜視図である。
成するセルアセンブリの要部分解斜視図である。
【図２】燃料電池スタックの概略斜視図である。
【図３】前記セルアセンブリの一部断面説明図である。
【図４】前記セルアセンブリを構成する第１および第２
接合体の正面説明図である。
接合体の正面説明図である。
【図５】前記セルアセンブリ内における酸化剤ガス、燃
料ガスおよび冷却媒体の流れ説明図である。
料ガスおよび冷却媒体の流れ説明図である。
【図６】前記セルアセンブリを構成する第２セパレータ
の燃料ガス流路側の正面図である。
の燃料ガス流路側の正面図である。
【図７】前記第２セパレータの酸化剤ガス流路側の正面
図である。
図である。
【図８】前記セルアセンブリを構成する第３セパレータ
の前記燃料ガス流路側の正面図である。
の前記燃料ガス流路側の正面図である。
【符号の説明】
１０…セルアセンブリ １２…燃料電池ス
タック １４、１６…単位セル １８、２０…接合
体 ２２ａ、２２ｂ…電解質膜 ２４ａ、２４ｂ…
カソード側電極 ２６ａ、２６ｂ…アノード側電極 ２８、３０、３２
…セパレータ ３４…壁板 ３６…燃料ガス入
口 ３８…冷却媒体出口 ４０…中間酸化剤
ガス出口 ４２…中間酸化剤ガス入口 ４４…中間酸化剤
ガス連通孔 ４６…酸化剤ガス入口 ４８…中間燃料ガ
ス出口 ５０ａ、５０ｂ…中間燃料ガス入口 ５２…中間燃料ガ
ス連通孔 ５４…酸化剤ガス出口 ５６…冷却媒体入
口 ５８…燃料ガス出口 ６０…直線溝部 ６２…エンボス部 ６４、７０…酸化
剤ガス流路 ６６、７４…冷却媒体流路 ６８、７２…燃料
ガス流路 ８０ａ、８０ｂ…集電用電極 ８２ａ、８２ｂ…
エンドプレート
タック １４、１６…単位セル １８、２０…接合
体 ２２ａ、２２ｂ…電解質膜 ２４ａ、２４ｂ…
カソード側電極 ２６ａ、２６ｂ…アノード側電極 ２８、３０、３２
…セパレータ ３４…壁板 ３６…燃料ガス入
口 ３８…冷却媒体出口 ４０…中間酸化剤
ガス出口 ４２…中間酸化剤ガス入口 ４４…中間酸化剤
ガス連通孔 ４６…酸化剤ガス入口 ４８…中間燃料ガ
ス出口 ５０ａ、５０ｂ…中間燃料ガス入口 ５２…中間燃料ガ
ス連通孔 ５４…酸化剤ガス出口 ５６…冷却媒体入
口 ５８…燃料ガス出口 ６０…直線溝部 ６２…エンボス部 ６４、７０…酸化
剤ガス流路 ６６、７４…冷却媒体流路 ６８、７２…燃料
ガス流路 ８０ａ、８０ｂ…集電用電極 ８２ａ、８２ｂ…
エンドプレート
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 鈴木 征治
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 杉浦 誠治
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 和知 大介
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 藤井 洋介
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 CC08
Claims (3)
- 【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接合体を有する単位
セルを備え、複数個の前記単位セルを重ね合わせてセル
アセンブリを一体的に構成する燃料電池スタックであっ
て、 前記セルアセンブリ内では、複数個の前記単位セルに燃
料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方の反応ガスを
流す反応ガス流路が各単位セルにわたって直列的に連通
するとともに、 前記反応ガス流路に前記反応ガスを供給する反応ガス入
口は、該反応ガス流路から該反応ガスを排出する反応ガ
ス出口よりも上方に配置され、かつ、前記反応ガス出口
は、少なくとも一部が前記単位セルの発電面よりも下方
に配置されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池スタックにおい
て、上流側の単位セルの反応ガス流路と下流側の単位セ
ルの反応ガス流路とを連通する中間連通孔を備え、 前記中間連通孔は、上流側の単位セルの反応ガス流路か
ら反応ガスを排出する中間反応ガス出口と、 下流側の単位セルの反応ガス流路に前記反応ガスを供給
する中間反応ガス入口と、 を有するとともに、 前記中間反応ガス出口は、前記中間反応ガス入口よりも
下方に配置され、かつ、少なくとも一部が単位セルの発
電面よりも下方に配置されることを特徴とする燃料電池
スタック。 - 【請求項３】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接合体を有する矩形
状の単位セルを備え、複数個の前記単位セルを重ね合わ
せてセルアセンブリを一体的に構成する燃料電池スタッ
クであって、 前記セルアセンブリ内では、複数個の前記単位セルに燃
料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方の反応ガスを
流す反応ガス流路が各単位セルにわたって直列的に連通
しており、 前記反応ガス流路に前記反応ガスを供給する反応ガス入
口と、 該反応ガス流路から該反応ガスを排出する反応ガス出口
と、 上流側の単位セルの反応ガス流路と下流側の単位セルの
反応ガス流路とを連通する中間連通孔と、 を備えるとともに、 前記中間連通孔は、上流側の単位セルの反応ガス流路か
ら反応ガスを排出する中間反応ガス出口と、 前記中間反応ガス出口に連通し、下流側の単位セルの反
応ガス流路に前記反応ガスを供給する中間反応ガス入口
と、 を有し、 前記単位セルの矩形状面内において、一方の対角位置に
対応して前記反応ガス入口と前記反応ガス出口とが配設
されるとともに、他方の対角位置に対応して前記中間反
応ガス入口と前記中間反応ガス出口とが配設され、か
つ、前記反応ガス出口および前記中間反応ガス出口は、
少なくとも一部が前記単位セルの発電面よりも下方に配
置されることを特徴とする燃料電池スタック。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001278238A JP4886128B2 (ja) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | 燃料電池スタック |
| CA002403143A CA2403143C (en) | 2001-09-13 | 2002-09-11 | Fuel cell stack |
| US10/242,119 US6969564B2 (en) | 2001-09-13 | 2002-09-12 | Fuel cell stack |
| DE60238238T DE60238238D1 (de) | 2001-09-13 | 2002-09-13 | Brennstoffzellenstapel mit verbessertem Abfluss von Kondenswasser |
| EP02020651A EP1294038B1 (en) | 2001-09-13 | 2002-09-13 | Fuel cell stack with improved discharge of condensed water |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001278238A JP4886128B2 (ja) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | 燃料電池スタック |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003086231A true JP2003086231A (ja) | 2003-03-20 |
| JP4886128B2 JP4886128B2 (ja) | 2012-02-29 |
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ID=19102638
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001278238A Expired - Fee Related JP4886128B2 (ja) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | 燃料電池スタック |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6969564B2 (ja) |
| EP (1) | EP1294038B1 (ja) |
| JP (1) | JP4886128B2 (ja) |
| CA (1) | CA2403143C (ja) |
| DE (1) | DE60238238D1 (ja) |
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