JP2003092129A - 燃料電池スタックおよびその反応ガス供給方法 - Google Patents
燃料電池スタックおよびその反応ガス供給方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】各単位セルの発電性能を有効に向上させるとと
もに、加湿量および圧損の低減を図ることを可能にす
る。 【解決手段】セルアセンブリ１０は、第１および第２単
位セル１４、１６を重ね合わせており、前記セルアセン
ブリ１０内では、酸化剤ガス流路４６、５８および燃料
ガス流路５６、５２が中間酸化剤ガス流路５７および中
間燃料ガス流路５９を介して直列的に連通するととも
に、前記中間酸化剤ガス流路５７および前記中間燃料ガ
ス流路５９に未反応の酸化剤ガスおよび燃料ガスを供給
する酸化剤ガス連通路４０および燃料ガス連通路３８が
設けられる。
もに、加湿量および圧損の低減を図ることを可能にす
る。 【解決手段】セルアセンブリ１０は、第１および第２単
位セル１４、１６を重ね合わせており、前記セルアセン
ブリ１０内では、酸化剤ガス流路４６、５８および燃料
ガス流路５６、５２が中間酸化剤ガス流路５７および中
間燃料ガス流路５９を介して直列的に連通するととも
に、前記中間酸化剤ガス流路５７および前記中間燃料ガ
ス流路５９に未反応の酸化剤ガスおよび燃料ガスを供給
する酸化剤ガス連通路４０および燃料ガス連通路３８が
設けられる。
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
燃料電池スタックおよびその反応ガス供給方法に関す
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
燃料電池スタックおよびその反応ガス供給方法に関す
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】ところで、上記の燃料電池スタックでは、
電解質膜が乾燥すると、高出力密度運転を維持すること
ができなくなるため、前記電解質膜を適切に加湿する必
要がある。一方、特にカソード側電極では、電気化学反
応の結果発生した生成水を良好に排水することができな
いと、結露等によってセル電圧が低下するという不具合
がある。
電解質膜が乾燥すると、高出力密度運転を維持すること
ができなくなるため、前記電解質膜を適切に加湿する必
要がある。一方、特にカソード側電極では、電気化学反
応の結果発生した生成水を良好に排水することができな
いと、結露等によってセル電圧が低下するという不具合
がある。
【０００５】そこで、例えば、特開平１１−３１２５３
１号公報に開示されているように、固体高分子電解質膜
を挟んで両側に、アノード側電極とカソード側電極とが
介装されたセパレータを備えた単位電池を積み重ねて構
成した電池スタックをシリーズに接続し、これらシリー
ズに接続した電池スタックにシリーズに反応ガスを供給
してなる燃料電池装置において、前記シリーズに接続し
た電池スタックの運転温度を前記反応ガスの流れ方向
に、順次、相対的に高温化するとともに、前記反応ガス
を最初に流す電池スタックの運転温度に対応して予め加
湿して供給する燃料電池装置が知られている。
１号公報に開示されているように、固体高分子電解質膜
を挟んで両側に、アノード側電極とカソード側電極とが
介装されたセパレータを備えた単位電池を積み重ねて構
成した電池スタックをシリーズに接続し、これらシリー
ズに接続した電池スタックにシリーズに反応ガスを供給
してなる燃料電池装置において、前記シリーズに接続し
た電池スタックの運転温度を前記反応ガスの流れ方向
に、順次、相対的に高温化するとともに、前記反応ガス
を最初に流す電池スタックの運転温度に対応して予め加
湿して供給する燃料電池装置が知られている。
【０００６】この従来技術では、電池スタックのそれぞ
れの運転温度を、反応ガスの流れ方向に沿って、順次、
高く設定するため、低温運転用電池スタック内で生成さ
れる凝縮水が多くなっても、中温運転用電池スタックま
たは高温運転用電池スタックで蒸発させることができ、
酸化剤ガスの反応を良好に行わせることが可能になる、
としている。
れの運転温度を、反応ガスの流れ方向に沿って、順次、
高く設定するため、低温運転用電池スタック内で生成さ
れる凝縮水が多くなっても、中温運転用電池スタックま
たは高温運転用電池スタックで蒸発させることができ、
酸化剤ガスの反応を良好に行わせることが可能になる、
としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、各電池スタックの運転温度を反応ガスの
流れ方向に沿って、例えば、５０℃、６０℃および６５
℃に設定しなければならない。これにより、この種の温
度制御が煩雑なものになるとともに、構成が複雑化する
という問題が指摘されている。
従来技術では、各電池スタックの運転温度を反応ガスの
流れ方向に沿って、例えば、５０℃、６０℃および６５
℃に設定しなければならない。これにより、この種の温
度制御が煩雑なものになるとともに、構成が複雑化する
という問題が指摘されている。
【０００８】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、各単位セルの発電性能を有効に向上
させるとともに、加湿量および反応ガス流路の圧損の低
減を図ることが可能な燃料電池スタックを提供すること
を目的とする。
り、簡単な構成で、各単位セルの発電性能を有効に向上
させるとともに、加湿量および反応ガス流路の圧損の低
減を図ることが可能な燃料電池スタックを提供すること
を目的とする。
【０００９】また、本発明は、各単位セルを有効に発電
させるとともに、排水性等の向上を図ることが可能な燃
料電池スタックの反応ガス供給方法を提供することを目
的とする。
させるとともに、排水性等の向上を図ることが可能な燃
料電池スタックの反応ガス供給方法を提供することを目
的とする。
【００１０】
【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、中間反応ガス流路を介して各単位セルにわ
たって直列的に連通するとともに、前記各単位セルに一
体的に連通し、前記中間反応ガス流路に未反応の反応ガ
スを供給する連通路が設けられている。
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、中間反応ガス流路を介して各単位セルにわ
たって直列的に連通するとともに、前記各単位セルに一
体的に連通し、前記中間反応ガス流路に未反応の反応ガ
スを供給する連通路が設けられている。
【００１１】そこで、流れ方向上流側の単位セルの反応
ガス流路に反応ガスが供給されると、前記反応ガスが前
記反応ガス流路を流れて反応に供与された後、前記中間
反応ガス流路から流れ方向下流側の単位セルに導入され
てさらに反応に供与されるとともに、前記中間反応ガス
流路には、各単位セルに一体的に連通する連通路から未
反応の反応ガスが供給される（本発明の請求項２）。
ガス流路に反応ガスが供給されると、前記反応ガスが前
記反応ガス流路を流れて反応に供与された後、前記中間
反応ガス流路から流れ方向下流側の単位セルに導入され
てさらに反応に供与されるとともに、前記中間反応ガス
流路には、各単位セルに一体的に連通する連通路から未
反応の反応ガスが供給される（本発明の請求項２）。
【００１２】このため、上流側の単位セルで生成された
生成水を利用して連通路から供給される未反応の反応ガ
スを加湿することが可能になり、下流側の単位セルに加
湿された未反応の反応ガスを確実に供給することができ
る。これにより、燃料電池スタック全体の加湿水量が有
効に低減されて加湿構造の小型化を図ることが可能にな
るとともに、反応ガス流路の圧損を有効に低減すること
ができる。しかも、中間反応ガス流路の湿度を下げるこ
とが可能になり、この中間反応ガス流路での結露を確実
に阻止することができる。
生成水を利用して連通路から供給される未反応の反応ガ
スを加湿することが可能になり、下流側の単位セルに加
湿された未反応の反応ガスを確実に供給することができ
る。これにより、燃料電池スタック全体の加湿水量が有
効に低減されて加湿構造の小型化を図ることが可能にな
るとともに、反応ガス流路の圧損を有効に低減すること
ができる。しかも、中間反応ガス流路の湿度を下げるこ
とが可能になり、この中間反応ガス流路での結露を確実
に阻止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る燃料電池スタックを構成する固体高分子型セルア
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。
に係る燃料電池スタックを構成する固体高分子型セルア
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。
【００１４】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。
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。
【００１５】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
ンから構成されている。
【００１６】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、第２接合体２０のアノード側電極２６ｂ側に
第２セパレータ３０が配設されるとともに、前記第１お
よび第２接合体１８、２０間に中間セパレータ３２が配
設される。第１および第２セパレータ２８、３０の外側
の面側には、薄板状の壁板（隔壁部材）３４が設けられ
る。第１および第２セパレータ２８、３０並びに中間セ
パレータ３２としては、例えば、緻密質のカーボン製セ
パレータが使用可能である。
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、第２接合体２０のアノード側電極２６ｂ側に
第２セパレータ３０が配設されるとともに、前記第１お
よび第２接合体１８、２０間に中間セパレータ３２が配
設される。第１および第２セパレータ２８、３０の外側
の面側には、薄板状の壁板（隔壁部材）３４が設けられ
る。第１および第２セパレータ２８、３０並びに中間セ
パレータ３２としては、例えば、緻密質のカーボン製セ
パレータが使用可能である。
【００１７】図１に示すように、第１および第２接合体
１８、２０、第１および第２セパレータ２８、３０、並
びに中間セパレータ３２の長辺側の一端縁部には、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、空気等の酸素含有ガスであ
る酸化剤ガス（反応ガス）を通過させるための酸化剤ガ
ス入口３６ａと、酸化剤ガス出口３６ｂと、ガス流れ方
向上流側の第１単位セル１４で反応に供与されて排出さ
れた水素含有ガス等の燃料ガス（反応ガス）をガス流れ
方向下流側の第２単位セル１６に導入させるとともに、
外部より未反応ガスを供給するための燃料ガス連通路３
８とが設けられる。
１８、２０、第１および第２セパレータ２８、３０、並
びに中間セパレータ３２の長辺側の一端縁部には、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、空気等の酸素含有ガスであ
る酸化剤ガス（反応ガス）を通過させるための酸化剤ガ
ス入口３６ａと、酸化剤ガス出口３６ｂと、ガス流れ方
向上流側の第１単位セル１４で反応に供与されて排出さ
れた水素含有ガス等の燃料ガス（反応ガス）をガス流れ
方向下流側の第２単位セル１６に導入させるとともに、
外部より未反応ガスを供給するための燃料ガス連通路３
８とが設けられる。
【００１８】第１および第２接合体１８、２０、第１お
よび第２セパレータ２８、３０、並びに中間セパレータ
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、ガス流れ方向上流側の第１単位セル１４で反応に
供与され排出された酸化剤ガスをガス流れ方向下流側の
第２単位セル１６に導入させるとともに、外部より未反
応の酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス連通路４０
と、燃料ガスを通過させるための燃料ガス入口４２ａ
と、燃料ガス出口４２ｂと、冷却媒体を通過させるため
の冷却媒体入口４４ａと、冷却媒体出口４４ｂとが設け
られる。
よび第２セパレータ２８、３０、並びに中間セパレータ
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、ガス流れ方向上流側の第１単位セル１４で反応に
供与され排出された酸化剤ガスをガス流れ方向下流側の
第２単位セル１６に導入させるとともに、外部より未反
応の酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス連通路４０
と、燃料ガスを通過させるための燃料ガス入口４２ａ
と、燃料ガス出口４２ｂと、冷却媒体を通過させるため
の冷却媒体入口４４ａと、冷却媒体出口４４ｂとが設け
られる。
【００１９】第１セパレータ２８は、金属薄板で構成さ
れるとともに、第１接合体１８の反応面（発電面）に対
応する部位が凹凸形状、例えば、波形状に設定される。
図３および図４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
複数本の酸化剤ガス流路（反応ガス流路）４６を設ける
とともに、前記酸化剤ガス流路４６は、長辺方向（矢印
Ｂ方向）に直線状に延在してそれぞれの両端が酸化剤ガ
ス入口３６ａと酸化剤ガス連通路４０とに連通する。
れるとともに、第１接合体１８の反応面（発電面）に対
応する部位が凹凸形状、例えば、波形状に設定される。
図３および図４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
複数本の酸化剤ガス流路（反応ガス流路）４６を設ける
とともに、前記酸化剤ガス流路４６は、長辺方向（矢印
Ｂ方向）に直線状に延在してそれぞれの両端が酸化剤ガ
ス入口３６ａと酸化剤ガス連通路４０とに連通する。
【００２０】図１および図３に示すように、第１セパレ
ータ２８は、壁板３４の一方の面に対向する側に複数本
の冷却媒体流路４８を設ける。冷却媒体流路４８は、長
辺方向（矢印Ｂ方向）に直線状に延在しており、一端が
冷却媒体入口４４ａに連通するとともに、他端側が壁板
３４に形成された、あるいは、別部材に形成された中間
折り返し部である孔部５０を介して前記壁板３４の他方
の面側から冷却媒体出口４４ｂに連通する。
ータ２８は、壁板３４の一方の面に対向する側に複数本
の冷却媒体流路４８を設ける。冷却媒体流路４８は、長
辺方向（矢印Ｂ方向）に直線状に延在しており、一端が
冷却媒体入口４４ａに連通するとともに、他端側が壁板
３４に形成された、あるいは、別部材に形成された中間
折り返し部である孔部５０を介して前記壁板３４の他方
の面側から冷却媒体出口４４ｂ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２接合体２０の
アノード側電極２６ｂに対向する側に複数本の燃料ガス
流路（反応ガス流路）５２を設けるとともに、前記燃料
ガス流路５２は、長辺方向（矢印Ｂ方向）に直線状に延
在してそれぞれの両端が燃料ガス連通路３８と燃料ガス
出口４２ｂとに連通する。第２セパレータ３０は、壁板
３４に対向する側に複数本の冷却媒体流路５４を設ける
（図３参照）。冷却媒体流路５４は、長辺方向（矢印Ｂ
方向）に直線状に延在しており、終端が冷却媒体出口４
４ｂに連通する。
ータ２８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に対向する側に複数本の燃料ガス
流路（反応ガス流路）５２を設けるとともに、前記燃料
ガス流路５２は、長辺方向（矢印Ｂ方向）に直線状に延
在してそれぞれの両端が燃料ガス連通路３８と燃料ガス
出口４２ｂとに連通する。第２セパレータ３０は、壁板
３４に対向する側に複数本の冷却媒体流路５４を設ける
（図３参照）。冷却媒体流路５４は、長辺方向（矢印Ｂ
方向）に直線状に延在しており、終端が冷却媒体出口４
４ｂに連通する。
【００２２】中間セパレータ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１接合体１８のアノード側電極２６ａに対向する側に
複数本の燃料ガス流路（反応ガス流路）５６を設けると
ともに、前記燃料ガス流路５６は、長辺方向（矢印Ｂ方
向）に直線状に延在してそれぞれの両端が燃料ガス入口
４２ａと燃料ガス連通路３８とに連通する。
第２セパレータ２８、３０と略同様に構成されており、
第１接合体１８のアノード側電極２６ａに対向する側に
複数本の燃料ガス流路（反応ガス流路）５６を設けると
ともに、前記燃料ガス流路５６は、長辺方向（矢印Ｂ方
向）に直線状に延在してそれぞれの両端が燃料ガス入口
４２ａと燃料ガス連通路３８とに連通する。
【００２３】図３に示すように、中間セパレータ３２
は、第２接合体２０のカソード側電極２４ｂに対向する
側に複数本の酸化剤ガス流路（反応ガス流路）５８を設
けるとともに、前記酸化剤ガス流路５８は、長辺方向
（矢印Ｂ方向）に直線状に延在してそれぞれの両端が酸
化剤ガス連通路４０と酸化剤ガス出口３６ｂとに連通す
る。
は、第２接合体２０のカソード側電極２４ｂに対向する
側に複数本の酸化剤ガス流路（反応ガス流路）５８を設
けるとともに、前記酸化剤ガス流路５８は、長辺方向
（矢印Ｂ方向）に直線状に延在してそれぞれの両端が酸
化剤ガス連通路４０と酸化剤ガス出口３６ｂとに連通す
る。
【００２４】第１の実施形態では、第１および第２単位
セル１４、１６に直列的に設けられる酸化剤ガス流路４
６、５８と、燃料ガス流路５６、５２とは、それぞれの
流路断面積が異なっている。図３に示すように、出口側
の酸化剤ガス流路５８および燃料ガス流路５２は、入口
側の酸化剤ガス流路４６および燃料ガス流路５６よりも
小さな流路断面積に設定されている。なお、上記それぞ
れの流路断面積を同一に設定してもよい。
セル１４、１６に直列的に設けられる酸化剤ガス流路４
６、５８と、燃料ガス流路５６、５２とは、それぞれの
流路断面積が異なっている。図３に示すように、出口側
の酸化剤ガス流路５８および燃料ガス流路５２は、入口
側の酸化剤ガス流路４６および燃料ガス流路５６よりも
小さな流路断面積に設定されている。なお、上記それぞ
れの流路断面積を同一に設定してもよい。
【００２５】図５に示すように、第１単位セル１４に設
けられた酸化剤ガス流路４６と、第２単位セル１６に設
けられた酸化剤ガス流路５８とは、第１接合体１８およ
び中間セパレータ３２の酸化剤ガス連通路４０を繋ぐ中
間酸化剤ガス流路（中間反応ガス流路）５７を介して前
記第１および第２単位セル１４、１６にわたって直列的
に連通する。
けられた酸化剤ガス流路４６と、第２単位セル１６に設
けられた酸化剤ガス流路５８とは、第１接合体１８およ
び中間セパレータ３２の酸化剤ガス連通路４０を繋ぐ中
間酸化剤ガス流路（中間反応ガス流路）５７を介して前
記第１および第２単位セル１４、１６にわたって直列的
に連通する。
【００２６】第１単位セル１４に設けられた燃料ガス流
路５６と、第２単位セル１６に設けられた燃料ガス流路
５２とは、中間セパレータ３２および第２接合体２０に
設けられた燃料ガス連通路３８を繋ぐ中間燃料ガス流路
（中間反応ガス流路）５９を介して前記第１および第２
単位セル１４、１６にわたって直列的に連通する。
路５６と、第２単位セル１６に設けられた燃料ガス流路
５２とは、中間セパレータ３２および第２接合体２０に
設けられた燃料ガス連通路３８を繋ぐ中間燃料ガス流路
（中間反応ガス流路）５９を介して前記第１および第２
単位セル１４、１６にわたって直列的に連通する。
【００２７】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６０ａ、６０ｂを介してエンドプレー
ト６２ａ、６２ｂが配置され、前記エンドプレート６２
ａ、６２ｂ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６０ａ、６０ｂを介してエンドプレー
ト６２ａ、６２ｂが配置され、前記エンドプレート６２
ａ、６２ｂ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。
【００２８】エンドプレート６２ａの長辺側の一端縁部
には、酸化剤ガス入口３６ａ、酸化剤ガス出口３６ｂお
よび燃料ガス連通路３８に連通する酸化剤ガス供給口６
４ａ、酸化剤ガス排出口６４ｂおよび中間燃料ガス供給
口６５が形成される。エンドプレート６２ａの長辺側の
他端縁部には、燃料ガス入口４２ａ、燃料ガス出口４２
ｂ、冷却媒体入口４４ａ、冷却媒体出口４４ｂおよび酸
化剤ガス連通路４０に連通する燃料ガス供給口６６ａ、
燃料ガス排出口６６ｂ、冷却媒体供給口６８ａ、冷却媒
体排出口６８ｂおよび中間酸化剤ガス供給口７０が形成
される。
には、酸化剤ガス入口３６ａ、酸化剤ガス出口３６ｂお
よび燃料ガス連通路３８に連通する酸化剤ガス供給口６
４ａ、酸化剤ガス排出口６４ｂおよび中間燃料ガス供給
口６５が形成される。エンドプレート６２ａの長辺側の
他端縁部には、燃料ガス入口４２ａ、燃料ガス出口４２
ｂ、冷却媒体入口４４ａ、冷却媒体出口４４ｂおよび酸
化剤ガス連通路４０に連通する燃料ガス供給口６６ａ、
燃料ガス排出口６６ｂ、冷却媒体供給口６８ａ、冷却媒
体排出口６８ｂおよび中間酸化剤ガス供給口７０が形成
される。
【００２９】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。
【００３０】燃料電池スタック１２内には、燃料ガス供
給口６６ａ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６４ａ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６８ａ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１
２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６６ａ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６４ａ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６８ａ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１
２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。
【００３１】図５に示すように、矢印Ａ方向に連通して
いる酸化剤ガス入口３６ａに供給された酸化剤ガスは、
第１セパレータ２８に設けられている複数本の酸化剤ガ
ス流路４６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４２ａに供給された燃料ガスは、中間セパレータ３２
に設けられている複数本の燃料ガス流路５６に導入さ
れ、第１接合体１８を構成するアノード側電極２６ａ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。
いる酸化剤ガス入口３６ａに供給された酸化剤ガスは、
第１セパレータ２８に設けられている複数本の酸化剤ガ
ス流路４６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４２ａに供給された燃料ガスは、中間セパレータ３２
に設けられている複数本の燃料ガス流路５６に導入さ
れ、第１接合体１８を構成するアノード側電極２６ａ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。
【００３２】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４６から酸化剤ガス連通路４０
に導入され、この酸化剤ガス連通路４０により構成され
る中間酸化剤ガス流路５７に沿って矢印Ａ方向に移動し
た後、中間セパレータ３２に設けられている酸化剤ガス
流路５８に導入される。この酸化剤ガスは、酸化剤ガス
流路５８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４６から酸化剤ガス連通路４０
に導入され、この酸化剤ガス連通路４０により構成され
る中間酸化剤ガス流路５７に沿って矢印Ａ方向に移動し
た後、中間セパレータ３２に設けられている酸化剤ガス
流路５８に導入される。この酸化剤ガスは、酸化剤ガス
流路５８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。
【００３３】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、燃料ガ
ス連通路３８に導入された後、中間燃料ガス流路５９を
介して矢印Ａ方向に移動し、第２セパレータ３０に設け
られている燃料ガス流路５２に導入され、第２接合体２
０を構成するアノード側電極２６ｂに沿って移動する。
このため、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３６ｂ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４２ｂに排出される。
ド側電極２６ａで一部が消費された燃料ガスは、燃料ガ
ス連通路３８に導入された後、中間燃料ガス流路５９を
介して矢印Ａ方向に移動し、第２セパレータ３０に設け
られている燃料ガス流路５２に導入され、第２接合体２
０を構成するアノード側電極２６ｂに沿って移動する。
このため、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３６ｂ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４２ｂに排出される。
【００３４】一方、冷却媒体入口４４ａに供給された冷
却媒体は、第１セパレータ２８に設けられている冷却媒
体流路４８に沿って移動した後、壁板３４に形成された
孔部５０で折り返し、第２セパレータ３０に設けられて
いる冷却媒体流路５４に沿って移動し、冷却媒体出口４
４ｂに排出される。
却媒体は、第１セパレータ２８に設けられている冷却媒
体流路４８に沿って移動した後、壁板３４に形成された
孔部５０で折り返し、第２セパレータ３０に設けられて
いる冷却媒体流路５４に沿って移動し、冷却媒体出口４
４ｂに排出される。
【００３５】この場合、第１単位セル１４を構成するカ
ソード側電極２４ａに沿って酸化剤ガスが移動する際、
電気化学反応により生成水が発生し、この生成水が中間
酸化剤ガス流路５７に導入される。
ソード側電極２４ａに沿って酸化剤ガスが移動する際、
電気化学反応により生成水が発生し、この生成水が中間
酸化剤ガス流路５７に導入される。
【００３６】そこで、第１の実施形態では、図５および
図６に示すように、中間酸化剤ガス流路５７を構成する
酸化剤ガス連通路４０に対して、比較的低加湿の酸化剤
ガスが供給されている。この低加湿の酸化剤ガスは、未
反応の状態で中間酸化剤ガス流路５７に供給され、この
中間酸化剤ガス流路５７に導入された生成水によって加
湿された後、第１単位セル１４で反応に供与された残余
の酸化剤ガスとともに、第２単位セル１６の酸化剤ガス
流路５８に供給される。
図６に示すように、中間酸化剤ガス流路５７を構成する
酸化剤ガス連通路４０に対して、比較的低加湿の酸化剤
ガスが供給されている。この低加湿の酸化剤ガスは、未
反応の状態で中間酸化剤ガス流路５７に供給され、この
中間酸化剤ガス流路５７に導入された生成水によって加
湿された後、第１単位セル１４で反応に供与された残余
の酸化剤ガスとともに、第２単位セル１６の酸化剤ガス
流路５８に供給される。
【００３７】従って、未反応の酸化剤ガスが生成水を介
して良好に加湿された状態で第２単位セル１６に供給さ
れるため、燃料電池スタック１２に供給される酸化剤ガ
スの加湿量を有効に低減することが可能になる。これに
より、加湿構造の小型化を図ることができるとともに、
酸化剤ガス連通路４０に未反応の酸化剤ガスを直接供給
することによって、酸化剤ガス流路４６、５８の圧損を
確実に低減させることが可能になるという効果が得られ
る。
して良好に加湿された状態で第２単位セル１６に供給さ
れるため、燃料電池スタック１２に供給される酸化剤ガ
スの加湿量を有効に低減することが可能になる。これに
より、加湿構造の小型化を図ることができるとともに、
酸化剤ガス連通路４０に未反応の酸化剤ガスを直接供給
することによって、酸化剤ガス流路４６、５８の圧損を
確実に低減させることが可能になるという効果が得られ
る。
【００３８】しかも、生成水を未反応の酸化剤ガスの加
湿に利用することによって、中間酸化剤ガス流路５７の
湿度を下げることができ、この中間酸化剤ガス流路５７
での結露を有効に阻止することが可能になる。このた
め、セルアセンブリ１０では、第１単位セル１４から第
２単位セル１６にそれぞれ所望の加湿状態に維持された
酸化剤ガスを確実に供給することができ、前記セルアセ
ンブリ１０全体として所望の発電が有効に遂行されると
いう利点がある。
湿に利用することによって、中間酸化剤ガス流路５７の
湿度を下げることができ、この中間酸化剤ガス流路５７
での結露を有効に阻止することが可能になる。このた
め、セルアセンブリ１０では、第１単位セル１４から第
２単位セル１６にそれぞれ所望の加湿状態に維持された
酸化剤ガスを確実に供給することができ、前記セルアセ
ンブリ１０全体として所望の発電が有効に遂行されると
いう利点がある。
【００３９】一方、燃料ガスは、予め加湿された状態で
セルアセンブリ１０に供給されており、第１および第２
単位セル１４、１６を通って消費された状態では、水分
量の変化はほとんどない。ところが、燃料ガスは、第１
単位セル１４を構成するアノード側電極２６ａに沿って
移動することにより、一部が消費された後、第２単位セ
ル１６を構成するアノード側電極２６ｂに供給されるた
め、燃料ガス中の水分量は変わらないが燃料ガスの量が
減少して水分濃度が増加することになる。
セルアセンブリ１０に供給されており、第１および第２
単位セル１４、１６を通って消費された状態では、水分
量の変化はほとんどない。ところが、燃料ガスは、第１
単位セル１４を構成するアノード側電極２６ａに沿って
移動することにより、一部が消費された後、第２単位セ
ル１６を構成するアノード側電極２６ｂに供給されるた
め、燃料ガス中の水分量は変わらないが燃料ガスの量が
減少して水分濃度が増加することになる。
【００４０】そこで、第１の実施形態では、中間燃料ガ
ス流路５９に対して比較的低加湿の未反応の燃料ガスが
供給される。従って、第１および第２単位セル１４、１
６にわたって所定の加湿状態に維持された燃料ガスが確
実に供給されるとともに、燃料ガス中の水分濃度を均一
に維持することが可能になる。
ス流路５９に対して比較的低加湿の未反応の燃料ガスが
供給される。従って、第１および第２単位セル１４、１
６にわたって所定の加湿状態に維持された燃料ガスが確
実に供給されるとともに、燃料ガス中の水分濃度を均一
に維持することが可能になる。
【００４１】このように、第１の実施形態では、第１お
よび第２単位セル１４、１６における酸化剤ガス流路４
６、５８に供給される酸化剤ガスの湿度の均一化と、燃
料ガス流路５６、５２に供給される燃料ガスの湿度の均
一化とを図ることができ、前記第１および第２単位セル
１４、１６の電流密度分布を均一にして、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。
よび第２単位セル１４、１６における酸化剤ガス流路４
６、５８に供給される酸化剤ガスの湿度の均一化と、燃
料ガス流路５６、５２に供給される燃料ガスの湿度の均
一化とを図ることができ、前記第１および第２単位セル
１４、１６の電流密度分布を均一にして、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。
【００４２】図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃
料電池スタックを構成するセルアセンブリ８０内の酸化
剤ガス、燃料ガスおよび冷却媒体の流れ状態を示す分解
斜視図であり、図８は前記セルアセンブリ８０内の前記
酸化剤ガスおよび前記燃料ガスの流れ図である。なお、
第１の実施形態に係るセルアセンブリ１０と同一の構成
要素には同一の参照符号を付して、その詳細の説明は省
略する。
料電池スタックを構成するセルアセンブリ８０内の酸化
剤ガス、燃料ガスおよび冷却媒体の流れ状態を示す分解
斜視図であり、図８は前記セルアセンブリ８０内の前記
酸化剤ガスおよび前記燃料ガスの流れ図である。なお、
第１の実施形態に係るセルアセンブリ１０と同一の構成
要素には同一の参照符号を付して、その詳細の説明は省
略する。
【００４３】セルアセンブリ８０は、第１単位セル８
２、第２単位セル８４および第３単位セル８６を重ね合
わせて構成されており、前記第１乃至第３単位セル８
２、８４および８６は、第１乃至第３接合体１８、２０
および２０ａを備える。第１および第２接合体１８、２
０間に第１中間セパレータ３２ａが配設されるととも
に、前記第２および第３接合体２０、２０ａ間に第２中
間セパレータ３２ｂが配設される。
２、第２単位セル８４および第３単位セル８６を重ね合
わせて構成されており、前記第１乃至第３単位セル８
２、８４および８６は、第１乃至第３接合体１８、２０
および２０ａを備える。第１および第２接合体１８、２
０間に第１中間セパレータ３２ａが配設されるととも
に、前記第２および第３接合体２０、２０ａ間に第２中
間セパレータ３２ｂが配設される。
【００４４】第２中間セパレータ３２ｂは、第２接合体
２０のアノード側電極２６ｂに対向する側に複数本の燃
料ガス流路（反応ガス流路）８７を設けるとともに、第
３接合体２０ａのカソード側電極２４ｂに対向する側に
複数本の酸化剤ガス流路（反応ガス流路）８８を設けて
いる。
２０のアノード側電極２６ｂに対向する側に複数本の燃
料ガス流路（反応ガス流路）８７を設けるとともに、第
３接合体２０ａのカソード側電極２４ｂに対向する側に
複数本の酸化剤ガス流路（反応ガス流路）８８を設けて
いる。
【００４５】このように構成される第２の実施形態で
は、例えば、比較的低湿度の酸化剤ガスが酸化剤ガス連
通路４０に供給されると、予め、所定の加湿状態に維持
されて第１単位セル８２を構成するカソード側電極２４
ａに供給された酸化剤ガスは、反応に供された後に中間
酸化剤ガス流路５７で未反応の前記低加湿の酸化剤ガス
と混合される。
は、例えば、比較的低湿度の酸化剤ガスが酸化剤ガス連
通路４０に供給されると、予め、所定の加湿状態に維持
されて第１単位セル８２を構成するカソード側電極２４
ａに供給された酸化剤ガスは、反応に供された後に中間
酸化剤ガス流路５７で未反応の前記低加湿の酸化剤ガス
と混合される。
【００４６】このため、未反応の酸化剤ガスは、カソー
ド側電極２４ａで反応により生成された生成水を介して
加湿され、中間酸化剤ガス流路５７を通って、第２およ
び第３単位セル８４、８６を構成する酸化剤ガス流路５
８、８８に並列に供給される。
ド側電極２４ａで反応により生成された生成水を介して
加湿され、中間酸化剤ガス流路５７を通って、第２およ
び第３単位セル８４、８６を構成する酸化剤ガス流路５
８、８８に並列に供給される。
【００４７】これにより、第１乃至第３単位セル８２、
８４および８６に対して、所望の湿度に維持された酸化
剤ガスを確実に供給することができるとともに、圧損の
低減が図られる。従って、セルアセンブリ８０全体の発
電性能を有効に維持することが可能になる等、第１の実
施形態と同様の効果が得られる。しかも、前段の第１単
位セル８２の生成水を、この前段よりも多数の後段の第
２および第３単位セル８４、８６に並列に分配できるた
め、湿度を一層下げることが可能になるという効果があ
る。
８４および８６に対して、所望の湿度に維持された酸化
剤ガスを確実に供給することができるとともに、圧損の
低減が図られる。従って、セルアセンブリ８０全体の発
電性能を有効に維持することが可能になる等、第１の実
施形態と同様の効果が得られる。しかも、前段の第１単
位セル８２の生成水を、この前段よりも多数の後段の第
２および第３単位セル８４、８６に並列に分配できるた
め、湿度を一層下げることが可能になるという効果があ
る。
【００４８】なお、第１の実施形態では、第１および第
２単位セル１４、１６によりセルアセンブリ１０を構成
し、第２の実施形態では、第１乃至第３単位セル８２、
８４および８６によりセルアセンブリ８０を構成してい
るが、これに限定されるものではなく、例えば、図９に
示すように、第１単位セル１４を２列にかつ第２単位セ
ル１６を３列に重ね合わせた５段構造のセルアセンブリ
９０を用いることができる等、種々の変更が可能であ
る。
２単位セル１４、１６によりセルアセンブリ１０を構成
し、第２の実施形態では、第１乃至第３単位セル８２、
８４および８６によりセルアセンブリ８０を構成してい
るが、これに限定されるものではなく、例えば、図９に
示すように、第１単位セル１４を２列にかつ第２単位セ
ル１６を３列に重ね合わせた５段構造のセルアセンブリ
９０を用いることができる等、種々の変更が可能であ
る。
【００４９】図１０は、本発明の第３の実施形態に係る
燃料電池スタックを構成するセルアセンブリ１００内の
流れ説明図である。なお、第２の実施形態に係るセルア
センブリ８０と同一の構成要素には同一の参照符号を付
して、その詳細な説明は省略する。
燃料電池スタックを構成するセルアセンブリ１００内の
流れ説明図である。なお、第２の実施形態に係るセルア
センブリ８０と同一の構成要素には同一の参照符号を付
して、その詳細な説明は省略する。
【００５０】このセルアセンブリ１００は、第１乃至第
３単位セル１０２、１０４および１０６を重ね合わせて
構成されるとともに、積層方向に沿って酸化剤ガス連通
路４０および燃料ガス連通路３８と並行に、外部より未
反応の酸化剤ガスおよび燃料ガスを供給するための酸化
剤ガス供給連通路１０８および燃料ガス供給連通路１１
０が形成される。
３単位セル１０２、１０４および１０６を重ね合わせて
構成されるとともに、積層方向に沿って酸化剤ガス連通
路４０および燃料ガス連通路３８と並行に、外部より未
反応の酸化剤ガスおよび燃料ガスを供給するための酸化
剤ガス供給連通路１０８および燃料ガス供給連通路１１
０が形成される。
【００５１】セルアセンブリ１００の反応ガス供給側端
部には、エンドプレート１１２が連結されており、この
エンドプレート１１２には、酸化剤ガス連通路４０およ
び燃料ガス連通路３８を酸化剤ガス供給連通路１０８お
よび燃料ガス供給連通路１１０に連通するためのリター
ン通路１１４、１１６が形成されている。
部には、エンドプレート１１２が連結されており、この
エンドプレート１１２には、酸化剤ガス連通路４０およ
び燃料ガス連通路３８を酸化剤ガス供給連通路１０８お
よび燃料ガス供給連通路１１０に連通するためのリター
ン通路１１４、１１６が形成されている。
【００５２】酸化剤ガス供給連通路１０８および燃料ガ
ス供給連通路１１０には、第２および第３単位セル１０
４、１０６間に対応して酸化剤ガス連通路４０および燃
料ガス連通路３８に連通する供給通路１１８、１２０が
連通している。
ス供給連通路１１０には、第２および第３単位セル１０
４、１０６間に対応して酸化剤ガス連通路４０および燃
料ガス連通路３８に連通する供給通路１１８、１２０が
連通している。
【００５３】このように構成される第３の実施形態で
は、例えば、第１単位セル１０２から排出された残余の
酸化剤ガスが、リターン通路１１４を介してエンドプレ
ート１１２に集められた後、酸化剤ガス供給連通路１０
８に送られる。そして、残余の酸化剤ガスは、未反応の
比較的低加湿の酸化剤ガスと混在して供給通路１１８か
ら第２および第３単位セル１０４、１０６間に導入され
る。
は、例えば、第１単位セル１０２から排出された残余の
酸化剤ガスが、リターン通路１１４を介してエンドプレ
ート１１２に集められた後、酸化剤ガス供給連通路１０
８に送られる。そして、残余の酸化剤ガスは、未反応の
比較的低加湿の酸化剤ガスと混在して供給通路１１８か
ら第２および第３単位セル１０４、１０６間に導入され
る。
【００５４】このため、第２および第３単位セル１０
４、１０６には、第１単位セル１０２で消費された残余
の酸化剤ガスと、新たに導入される未反応の酸化剤ガス
とが混在して供給されるとともに、前記未反応の酸化剤
ガスは、生成水により加湿されて前記第２および第３単
位セル１０４、１０６に供給される。
４、１０６には、第１単位セル１０２で消費された残余
の酸化剤ガスと、新たに導入される未反応の酸化剤ガス
とが混在して供給されるとともに、前記未反応の酸化剤
ガスは、生成水により加湿されて前記第２および第３単
位セル１０４、１０６に供給される。
【００５５】これにより、上流側の第１単位セル１０２
から下流側の第２および第３単位セル１０４、１０６に
わたって、均一な湿度を有しかつ十分な量の酸化剤ガス
が供給され、セルアセンブリ１００の加湿量を有効に削
減するとともに、圧損を低減した良好な発電性能を有す
ることができる等、第１および第２の実施形態と同様の
効果が得られる。
から下流側の第２および第３単位セル１０４、１０６に
わたって、均一な湿度を有しかつ十分な量の酸化剤ガス
が供給され、セルアセンブリ１００の加湿量を有効に削
減するとともに、圧損を低減した良好な発電性能を有す
ることができる等、第１および第２の実施形態と同様の
効果が得られる。
【００５６】図１１は、本発明の第４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１３０内の
流れ説明図である。なお、第３の実施形態に係るセルア
センブリ１００と同一の構成要素には同一の参照符号を
付して、その詳細な説明は省略する。
燃料電池スタックを構成するセルアセンブリ１３０内の
流れ説明図である。なお、第３の実施形態に係るセルア
センブリ１００と同一の構成要素には同一の参照符号を
付して、その詳細な説明は省略する。
【００５７】このセルアセンブリ１３０では、酸化剤ガ
ス連通路４０および燃料ガス連通路３８に並行しかつ独
立して酸化剤ガス供給連通路１３２および燃料ガス供給
連通路１３４が設けられている。従って、外部より酸化
剤ガス供給連通路１３２に未反応の比較的低加湿の酸化
剤ガスが供給されると、この酸化剤ガスが第２および第
３単位セル１０４、１０６間に供給されて前記第３単位
セル１０６側の加湿および酸化剤ガスの補給が行われ
る。これにより、第４の実施形態では、上記の第３の実
施形態と同様の効果が得られる。
ス連通路４０および燃料ガス連通路３８に並行しかつ独
立して酸化剤ガス供給連通路１３２および燃料ガス供給
連通路１３４が設けられている。従って、外部より酸化
剤ガス供給連通路１３２に未反応の比較的低加湿の酸化
剤ガスが供給されると、この酸化剤ガスが第２および第
３単位セル１０４、１０６間に供給されて前記第３単位
セル１０６側の加湿および酸化剤ガスの補給が行われ
る。これにより、第４の実施形態では、上記の第３の実
施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】
【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックおよびそ
の反応ガス供給方法では、上流側の単位セルで生成され
た生成水を利用して、連通路から供給される未反応の反
応ガスを加湿することにより、下流側の単位セルに対し
加湿された未反応の反応ガスを供給することができる。
これにより、燃料電池スタック全体の加湿水量が有効に
削減されるとともに、圧損を低減して効率的な発電が容
易に遂行可能になる。
の反応ガス供給方法では、上流側の単位セルで生成され
た生成水を利用して、連通路から供給される未反応の反
応ガスを加湿することにより、下流側の単位セルに対し
加湿された未反応の反応ガスを供給することができる。
これにより、燃料電池スタック全体の加湿水量が有効に
削減されるとともに、圧損を低減して効率的な発電が容
易に遂行可能になる。
【図１】本発明の第１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。
クを構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セパレータ
の正面図である。
の正面図である。
【図５】前記セルアセンブリ内の流れを説明する分解斜
視図である。
視図である。
【図６】前記セルアセンブリ内の流れ説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタッ
クを構成するセルアセンブリの要部分解斜視図である
クを構成するセルアセンブリの要部分解斜視図である
【図８】前記セルアセンブリ内の流れ説明図である。
【図９】別のセルアセンブリ内の流れ説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタ
ックを構成するセルアセンブリ内の流れ説明図である。
ックを構成するセルアセンブリ内の流れ説明図である。
【図１１】本発明の第４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内の流れ説明図である。
ックを構成するセルアセンブリ内の流れ説明図である。
１０、８０、９０、１００、１３０…セルアセンブリ
１２…燃料電池スタック
１４、１６、８２、８４、８６、１０２、１０４、１０
６…単位セル １８、２０、２０ａ…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セパレータ ３２、３２ａ、３
２ｂ…中間セパレータ ３６ａ…酸化剤ガス入口 ３６ｂ…酸化剤ガ
ス出口 ３８…燃料ガス連通路 ４０…酸化剤ガス
連通路 ４２ａ…燃料ガス入口 ４２ｂ…燃料ガス
出口 ４４ａ…冷却媒体入口 ４４ｂ…冷却媒体
出口 ４６、５８、８８…酸化剤ガス流路 ４８、５４…冷却
媒体流路 ５２、５６、８７…燃料ガス流路 ５７…中間酸化剤
ガス流路 ５９…中間燃料ガス流路 １０８、１３２…酸化剤ガス供給連通路 １１０、１３４…燃料ガス供給連通路 １１２…エンドプレート １１４、１１６…
リターン通路 １１８、１２０…供給通路
６…単位セル １８、２０、２０ａ…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セパレータ ３２、３２ａ、３
２ｂ…中間セパレータ ３６ａ…酸化剤ガス入口 ３６ｂ…酸化剤ガ
ス出口 ３８…燃料ガス連通路 ４０…酸化剤ガス
連通路 ４２ａ…燃料ガス入口 ４２ｂ…燃料ガス
出口 ４４ａ…冷却媒体入口 ４４ｂ…冷却媒体
出口 ４６、５８、８８…酸化剤ガス流路 ４８、５４…冷却
媒体流路 ５２、５６、８７…燃料ガス流路 ５７…中間酸化剤
ガス流路 ５９…中間燃料ガス流路 １０８、１３２…酸化剤ガス供給連通路 １１０、１３４…燃料ガス供給連通路 １１２…エンドプレート １１４、１１６…
リターン通路 １１８、１２０…供給通路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 高橋 謙
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 吉田 弘道
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 中川 尊基
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 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 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 杉田 成利
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 菊池 英明
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 CX05
5H027 AA06 BA19 BC19
Claims (2)
- 【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、中間反応ガス流路を介して各単位
セルにわたって直列的に連通するとともに、 前記各単位セルに一体的に連通し、前記中間反応ガス流
路に未反応の反応ガスを供給する連通路が設けられるこ
とを特徴とする燃料電池スタック。 - 【請求項２】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
セルが、複数個重ね合わされてセルアセンブリを構成す
るとともに、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、中間反応ガス流路を
介して各単位セルにわたって直列的に連通する燃料電池
スタックに対し、前記反応ガスを供給するための燃料電
池スタックの反応ガス供給方法であって、 流れ方向上流側の単位セルの反応ガス流路に前記反応ガ
スを供給し、前記反応ガスが前記反応ガス流路を流れて
反応に供与された後、前記中間反応ガス流路から流れ方
向下流側の単位セルに導入されてさらに反応に供与され
るとともに、 前記中間反応ガス流路には、前記各単位セルに一体的に
連通する連通路から未反応の反応ガスが供給されること
を特徴とする燃料電池スタックの反応ガス供給方法。
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2001
- 2001-09-14 JP JP2001280314A patent/JP4612977B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 2002-09-11 CA CA002403156A patent/CA2403156C/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-09-13 EP EP02020650A patent/EP1294037B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-09-13 US US10/243,467 patent/US7090941B2/en not_active Expired - Fee Related
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| EP1294037A3 (en) | 2006-03-08 |
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