JP2003157864A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で、有効に小型化を図るとともに、
反応ガスの圧損を低減することを可能にする。 【解決手段】燃料電池スタック１０は、積層される第１
乃至第３サブスタック１２、１４および１８を備え、前
記第１乃至第３サブスタック１２、１４および１６間に
中間プレート１８ａ、１８ｂが介装されている。第１サ
ブスタック１２の燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス
出口４２ｂは、第２サブスタック１４の燃料ガス入口３
６ａおよび酸化剤ガス入口４２ａに連通し、前記第２サ
ブスタック１４の燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス
出口４２ｂは、第３サブスタック１６の燃料ガス入口３
６ａおよび酸化剤ガス入口４２ａに連通する。第３サブ
スタック１６では、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガ
ス出口４２ｂが中間プレート１８ｂを介して燃料ガス排
出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６に、直接、連
通し、反応ガス流れ方向とは逆方向に排出される。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、電解質の両側に一
対の電極を設けた電解質・電極構造体が、セパレータを
介装して複数積層されたサブスタックを有し、少なくと
も２個の前記サブスタックが積層される燃料電池スタッ
クに関する。 【０００２】 【従来の技術】例えば、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（電解質）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
る電解質膜（電解質）・電極構造体を、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
位セルを備え、通常、この単位セルが所定数だけ積層さ
れた燃料電池スタックとして使用されている。 【０００３】この種の燃料電池スタックにおいて、アノ
ード側電極に供給された燃料ガス、例えば、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、電解質膜を介してカソー
ド側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回
路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用され
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】上記の燃料電池スタックでは、例えば、車
載用として使用する際には、比較的大きな出力が要求さ
れている。このため、通常、多数個の単位セルを積層す
る構造等が採用されているが、積層個数が増加するのに
伴って積層方向に温度分布が発生し易くなるとともに、
電気化学反応により発生した生成水の排水性等が低下し
て所望の発電性能を得ることができないという不具合が
ある。 【０００５】そこで、例えば、米国特許Ｒｅ３６，１４
８号公報に開示されている装置が知られている。この装
置では、図１１に示すように、燃料電池ブロック１が第
１セルグループ２、第２セルグループ３および第３セル
グループ４に分割されるとともに、前記第１乃至第３セ
ルグループ２、３および４が、反応ガス（例えば、燃料
ガス）の供給方向（矢印α方向）に積層されている。第
１乃至第３セルグループ２、３および４は、それぞれ所
定数の単位セル５ａ、５ｂおよび５ｃを備えている。 【０００６】燃料電池ブロック１には、ライン６を介し
て反応ガスが供給されており、この反応ガスは、まず、
第１セルグループ２を構成する複数の単位セル５ａに並
列的に供給される。次いで、第１セルグループ２から排
出された反応ガスは、第２セルグループ３を構成する複
数の単位セル５ｂに並列的に供給された後、前記第２セ
ルグループ３から排出されて、第３セルグループ４を構
成する複数の単位セル５ｃに並列的に供給される。これ
により、生成水や不活性ガスを効果的に排出することが
でき、発電性能の向上を図るとともに、反応ガスの利用
率の向上を図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】ところで、一般的な燃
料電池スタックでは、配管作業の簡素化および設置自由
度の向上等を図るため、前記燃料電池スタックの配管を
該燃料電池スタックの同一面側に集約する構成が採用さ
れている。そこで、燃料電池ブロック１に上記の構成を
採用する場合、図１１に示すように、第３セルグループ
４の反応ガス出口を、エンドプレート７に設けられたリ
ターン流路８を介して排出流路９に連結する。このた
め、第３セルグループ４から排出される使用済みの反応
ガスは、リターン流路８により流れ方向を反転させた後
に、排出流路９を介して供給方向（矢印α方向）とは反
対の排出方向（矢印β方向）に導かれることになる。 【０００８】しかしながら、上記の従来技術では、燃料
電池ブロック１全体の小型化を図るために、エンドプレ
ート７の薄肉化およびリターン流路８の短尺化を行おう
とすると、特に囲み部分Ｈでの反応ガスの圧損が相当に
大きくなってしまうという問題が指摘されている。 【０００９】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、有効に小型化を図るとともに、反応
ガスの圧損を低減す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。 【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、反応ガスの供給方向上流側に配
置された上流側サブスタックの反応ガス出口側連通路
と、前記反応ガスの供給方向下流側に配置された下流側
サブスタックの反応ガス入口側連通路とを、直列に連通
する反応ガス流路が設けられるとともに、使用済みの反
応ガスを、前記下流側サブスタックから前記上流側サブ
スタックに向かって排出させる反応ガス排出流路を備え
ている。そして、下流側サブスタックの積層方向の同一
面側では、反応ガス入口への反応ガスの供給と、反応ガ
ス出口から反応ガス排出流路への前記反応ガスの排出と
が行われている。 【００１１】このため、下流側サブスタックにおいて、
反応ガス出口に排出された使用済みの反応ガスをリター
ン流路を介して排出流路に戻す構成に比べ、反応ガスの
圧損が有効に削減される。しかも、エンドプレート内部
にリターン流路を形成する必要がなく、前記エンドプレ
ートの薄肉化を図るとともに、流路長を良好に短尺化す
ることが可能になる。これにより、燃料電池スタック全
体を容易に小型化し、省スペース化および組み付け作業
性の向上が図られる。 【００１２】 【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る燃料電池スタック１０の概略全体斜視図であり、
図２は、前記燃料電池スタック１０の一部分解斜視説明
図である。 【００１３】燃料電池スタック１０は、反応ガスである
酸化剤ガスおよび燃料ガスの供給方向（矢印Ｘ方向）に
配列される第１サブスタック１２、第２サブスタック１
４および第３サブスタック１６を備え、前記第１乃至第
３サブスタック１２、１４および１６間には中間プレー
ト１８ａ、１８ｂが介装される。 【００１４】第１乃至第３サブスタック１２、１４およ
び１６は、同様に構成されており、それぞれ所定組数の
単位セル２０を矢印Ａ方向に重ね合わせて構成されてい
る。図３に示すように、単位セル２０は、電解質膜（電
解質）・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体
２２を挟持する第１および第２セパレータ２４、２６と
を備える。 【００１５】電解質膜・電極構造体２２は、固体高分子
電解質膜（電解質）２８と、前記電解質膜２８を挟んで
配設されるアノード側電極３０およびカソード側電極３
２とを有する。アノード側電極３０およびカソード側電
極３２は、それぞれ触媒電極と多孔質カーボンとから構
成されており、前記触媒電極が電解質膜２８側に対向し
ている。 【００１６】電解質膜・電極構造体２２のアノード側電
極３０側に第１セパレータ２４が配設され、前記電解質
膜・電極構造体２２のカソード側電極３２側に第２セパ
レータ２６が配設される。第１および第２セパレータ２
４、２６は、金属製薄板またはカーボン製薄板により構
成されている。 【００１７】図３に示すように、電解質膜・電極構造体
２２並びに第１および第２セパレータ２４、２６の長辺
（矢印Ｃ方向）側の一端縁部には、単位セル２０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（反応ガス入口側連通路）３６ａと、冷却媒体
を通過させるための冷却媒体出口３８ｂと、低加湿酸化
剤ガス供給口（追加反応ガス供給口）４０と、酸素含有
ガス等の酸化剤ガス（反応ガス）を通過させるための酸
化剤ガス出口（反応ガス出口側連通路）４２ｂとが設け
られる。 【００１８】電解質膜・電極構造体２２並びに第１およ
び第２セパレータ２４、２６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（反応ガ
ス入口側連通路）４２ａと、冷却媒体入口３８ａと、低
加湿燃料ガス供給口（追加反応ガス供給口）４４と、燃
料ガス出口（反応ガス出口側連通路）３６ｂとが設けら
れる。 【００１９】低加湿酸化剤ガス供給口４０には、酸化剤
ガス入口４２ａに供給される加湿された酸化剤ガスより
も低加湿の酸化剤ガスが供給される一方、低加湿燃料ガ
ス供給口４４には、燃料ガス入口３６ａに供給される加
湿された燃料ガスよりも低加湿の燃料ガスが供給され
る。 【００２０】電解質膜・電極構造体２２並びに第１およ
び第２セパレータ２４、２６の長辺側の下端縁部には、
使用済みの酸化剤ガスを、供給方向（矢印Ｘ方向）とは
反対の排出方向（矢印Ｙ方向）に向かって排出させる酸
化剤ガス排出流路（反応ガス排出流路）４６と、使用済
みの燃料ガスを矢印Ｙ方向に向かって排出させる燃料ガ
ス排出流路（反応ガス排出流路）４８とが設けられる。 【００２１】図３および図４に示すように、第１セパレ
ータ２４の電解質膜・電極構造体２２側の面２４ａに
は、例えば、矢印Ｃ方向に延在する複数本の溝部からな
る燃料ガス流路５０が設けられるとともに、この燃料ガ
ス流路５０は、燃料ガス入口３６ａと燃料ガス出口３６
ｂとに連通する。 【００２２】第２セパレータ２６の電解質膜・電極構造
体２２側の面２６ａには、酸化剤ガス入口４２ａと酸化
剤ガス出口４２ｂとを連通する酸化剤ガス流路５２が形
成される。この酸化剤ガス流路５２は、矢印Ｃ方向に延
在する複数本の溝部を備える。第２セパレータ２６の面
２６ｂには、冷却媒体入口３８ａと冷却媒体出口３８ｂ
とを連通する冷却媒体流路５４が形成される。この冷却
媒体流路５４は、矢印Ｃ方向に延在する複数本の溝部を
備える。 【００２３】図２に示すように、中間プレート１８ａ、
１８ｂは、第１流路プレート６０を備えるとともに、前
記中間プレート１８ａ、１８ｂは、この第１流路プレー
ト６０に積層される第２流路プレート６２を備える。第
１流路プレート６０の一方の面６０ａには、図２および
図５に示すように、燃料ガス出口３６ｂと、低加湿燃料
ガス供給口４４と、燃料ガス入口３６ａとを連通する燃
料ガス混合流路６４が設けられる。この燃料ガス混合流
路６４は、第１流路プレート６０の一方の面６０ａに沿
って対角方向に延在する長尺状流路を構成するととも
に、ガイド部６６を設けている。 【００２４】第１流路プレート６０の他方の面６０ｂに
は、酸化剤ガス出口４２ｂと、低加湿酸化剤ガス供給口
４０と、酸化剤ガス入口４２ａとを連通する酸化剤ガス
混合流路６８とが設けられる。この酸化剤ガス混合流路
６８は、燃料ガス混合流路６４と交差するように、第１
流路プレート６０の他方の面６０ｂに沿って対角方向に
延在するとともに、ガイド部７０を設けている。 【００２５】第２流路プレート６２は、図２および図６
に示すように、第１流路プレート６０に対向する面とは
反対の面６２ａに燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス
出口４２ｂに対応して凹部７２、７４が形成される。こ
の凹部７２、７４は、溝状の連結流路７６、７８を介し
て燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６
に連通する。 【００２６】第１および第２サブスタック１２、１４
は、同様に構成されており、前記第２サブスタック１４
の酸化剤ガス入口４２ａおよび燃料ガス入口３６ａは、
前記第１サブスタック１２の酸化剤ガス入口４２ａおよ
び燃料ガス入口３６ａと同一の位置に設けられている
（図２参照）。第３サブスタック１６は、第１および第
２サブスタック１２、１４と略同様に構成されている
が、使用済みの酸化剤ガスおよび燃料ガスを矢印Ｙ方向
に向かって排出させるための酸化剤ガス排出流路４６お
よび燃料ガス排出流路４８を設けていない。 【００２７】図１に示すように、上記のように構成され
る第１乃至第３サブスタック１２、１４および１６は、
矢印Ａ方向に積層された状態で、その積層方向両端部に
エンドプレート８０、８２が介装される。エンドプレー
ト８０、８２には図示しないタイロッドが一体的に挿入
されることにより、燃料電池スタック１０が締め付け保
持される。 【００２８】エンドプレート８０には、配管構造８４が
設けられる。この配管構造８４は、酸化剤ガス入口４２
ａに連結する酸化剤ガス供給管８６ａと、冷却媒体入口
３８ａに連通する冷却媒体供給管８８ａと、低加湿燃料
ガス供給口４４に連通する低加湿燃料ガス供給管９０と
を長辺方向（矢印Ｃ方向）一端側に備えている。配管構
造８４の長辺方向他端側には、燃料ガス入口３６ａに連
通する燃料ガス供給管９２ａと、冷却媒体出口３８ｂに
連通する冷却媒体排出管８８ｂと、低加湿酸化剤ガス供
給口４０に連通する低加湿酸化剤ガス供給管９４とが設
けられる。配管構造８４の下部側には、燃料ガス排出流
路４８に連通する燃料ガス排出管９２ｂと、酸化剤ガス
排出流路４６に連通する酸化剤ガス排出管８６ｂとが設
けられる。 【００２９】このように構成される第１の実施形態に係
る燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明す
る。 【００３０】図１に示すように、酸化剤ガス供給管８６
ａに酸化剤ガスとして、空気等の酸素含有ガス（以下、
単に空気という）が供給されるとともに、燃料ガス供給
管９２ａに燃料ガスとして、例えば、水素含有ガスが供
給される。さらに、冷却媒体供給管８８ａには、純水や
エチレングリコールやオイル等の冷却媒体が供給され
る。また、低加湿燃料ガス供給管９０および低加湿酸化
剤ガス供給管９４には、低加湿の未使用燃料ガスおよび
低加湿の酸化剤ガスが供給される。 【００３１】このため、第１サブスタック１２では、矢
印Ａ方向に重ね合わされた複数組の単位セル２０に対し
て燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体が、順次、供給
される。 【００３２】矢印Ａ方向に連通している酸化剤ガス入口
４２ａに供給された酸化剤ガスは、図３に示すように、
第２セパレータ２６に設けられている酸化剤ガス流路５
２に導入され、電解質膜・電極構造体２２を構成するカ
ソード側電極３２に沿って移動する。一方、燃料ガス入
口３６ａに供給された燃料ガスは、第１セパレータ２４
に設けられている燃料ガス流路５０に導入され、電解質
膜・電極構造体２２を構成するアノード側電極３０に沿
って移動する。 【００３３】従って、電解質膜・電極構造体２２では、
カソード側電極３２に供給される酸化剤ガスと、アノー
ド側電極３０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。 【００３４】一方、冷却媒体入口３８ａに供給された冷
却媒体は、第２セパレータ２６に設けられている冷却媒
体流路５４に沿って移動し、電解質膜・電極構造体２２
を冷却した後に、冷却媒体出口３８ｂに排出される。 【００３５】上記のように、各単位セル２０で消費され
た酸化剤ガスおよび燃料ガスは、それぞれ酸化剤ガス出
口４２ｂおよび燃料ガス出口３６ｂに排出され、第１サ
ブスタック１２の下流側に配置されている中間プレート
１８ａに送られる。中間プレート１８ａでは、第１流路
プレート６０の一方の面６０ａにおいて、燃料ガス出口
３６ｂから燃料ガス混合流路６４に低濃度の燃料ガスが
供給されるとともに、低加湿燃料ガス供給口４４から低
加湿の未使用燃料ガスが前記燃料ガス混合流路６４に導
入される。 【００３６】このため、燃料ガス混合流路６４に供給さ
れた低濃度の燃料ガスと低加湿の未使用燃料ガスとは、
十分かつ均一に混合された後、第２サブスタック１４の
燃料ガス入口３６ａに供給される（図５参照）。 【００３７】一方、第１流路プレート６０の他方の面６
０ｂでは、酸化剤ガス出口４２ｂから酸化剤ガス混合流
路６８に反応生成水を含んで加湿状態の酸化剤ガスが供
給されるとともに、低加湿酸化剤ガス供給口４０から前
記酸化剤ガス混合流路６８に低加湿の未使用酸化剤ガス
が供給される。これにより、酸化剤ガス混合流路６８で
は、上記の燃料ガス混合流路６４と同様に、加湿状態の
酸化剤ガスと低加湿の未使用酸化剤ガスとが均一に混合
された後、第２サブスタック１４の酸化剤ガス入口４２
ａに供給される。 【００３８】第２サブスタック１４では、上記の第１サ
ブスタック１２と同様に、燃料ガス入口３６ａに供給さ
れた燃料ガスが、電解質膜・電極構造体２２を構成する
アノード側電極３０に供給される一方、酸化剤ガス入口
４２ａに供給された酸化剤ガスが、前記電解質膜・電極
構造体２２を構成するカソード側電極３２に供給され
る。このため、電解質膜・電極構造体２２で発電が行わ
れるとともに、消費された酸化剤ガスおよび燃料ガス
は、中間プレート１８ｂに送られる。 【００３９】この消費された酸化剤ガスおよび燃料ガス
は、中間プレート１８ｂを介して低加湿の未使用酸化剤
ガスおよび低加湿の未使用燃料ガスと混合された後、第
３サブスタック１６の燃料ガス入口３６ａおよび酸化剤
ガス入口４２ａに供給される。この第３サブスタック１
６では、上記の第１および第２サブスタック１２、１４
と同様に、電解質膜・電極構造体２２のアノード側電極
３０およびカソード側電極３２に燃料ガスおよび酸化剤
ガスが供給されて発電が行われる。 【００４０】次いで、使用済みの燃料ガスおよび酸化剤
ガスは、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２
ｂに排出された後、中間プレート１８ｂを構成する第２
流路プレート６２の凹部７２、７４に、直接、送られ
る。 【００４１】図６に示すように、凹部７２、７４には、
連結流路７６、７８を介して燃料ガス排出流路４８およ
び酸化剤ガス排出流路４６が連通しており、使用済みの
燃料ガスおよび酸化剤ガスは、燃料ガス出口３６ｂおよ
び酸化剤ガス出口４２ｂから前記燃料ガス排出流路４８
および前記酸化剤ガス排出流路４６に送られる。 【００４２】さらに、使用済みの燃料ガスおよび酸化剤
ガスは、矢印Ｘ方向とは逆方向である矢印Ｙ方向に向か
って流動し、燃料ガス排出管９２ｂおよび酸化剤ガス排
出管８６ｂを介して燃料電池スタック１０の外部に排出
される（図１参照）。 【００４３】この場合、第１の実施形態では、図７に示
すように、反応ガスの供給方向最下流に位置する第３サ
ブスタック１６において、燃料ガス出口３６ｂおよび酸
化剤ガス出口４２ｂに排出された使用済みの燃料ガスお
よび酸素ガスを、前記燃料ガス出口３６ｂおよび前記酸
化剤ガス出口４２ｂから中間プレート１８ｂを介して燃
料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６に、
直接、戻すように構成されている。 【００４４】このため、使用済みの燃料ガスおよび酸化
剤ガスを、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４
２ｂからリターン流路を介して燃料ガス排出流路４８お
よび酸化剤ガス排出流路４６に戻す従来構成に比べ、前
記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの圧損が有効に削減さ
れるという効果が得られる。 【００４５】しかも、エンドプレート８２の内部にリタ
ーン流路を形成する必要がなく、前記エンドプレート８
２の薄肉化を図るとともに、前記リターン流路に対応す
る流路長を有効に短尺化することが可能になる。さら
に、燃料電池スタック１０では、配管構造８４をエンド
プレート８０側に集約することができる。これにより、
燃料電池スタック１０全体を容易に小型化し、前記燃料
電池スタック１０の設置用スペースを狭小化するととも
に、組み付け作業性が有効に向上するという利点があ
る。 【００４６】図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃
料電池スタック１００の一部分解斜視説明図である。な
お、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０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。 【００４７】燃料電池スタック１００は、第１乃至第３
サブスタック１０２、１０４および１０６を備え、前記
第１乃至第３サブスタック１０２、１０４および１０６
間に中間プレート１０８ａ、１０８ｂが介装されてい
る。第１乃至第３サブスタック１０２、１０４および１
０６を構成する単位セル１０９は、図９に示すように、
電解質膜・電極構造体１１０と、前記電解質膜・電極構
造体１１０を挟持する第１および第２セパレータ１１
２、１１４とを備える。 【００４８】電解質膜・電極構造体１１０並びに第１お
よび第２セパレータ１１２、１１４は、第１の実施形態
で用いられた低加湿酸化剤ガス供給口４０および低加湿
燃料ガス供給口４４を設けていない。 【００４９】このように構成される第２の実施形態で
は、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、図１０に示すよう
に、まず、第１サブスタック１０２の燃料ガス入口３６
ａおよび酸化剤ガス入口４２ａに、第１乃至第３サブス
タック１０２、１０４および１０６の発電に必要な量ず
つ供給される。このため、第１サブスタック１０２で発
電が行われるとともに、一部が消費された燃料ガスおよ
び酸化剤ガスは、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス
出口４２ｂから中間プレート１０８ａを介して第２サブ
スタック１０４の燃料ガス入口３６ａおよび酸化剤ガス
入口４２ａに供給される。 【００５０】第２サブスタック１０４では、燃料ガスお
よび酸化剤ガスが、電解質膜・電極構造体１１０に供給
されて発電が行われるとともに、一部が消費されて燃料
ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂから中間プ
レート１０８ｂを介して第３サブスタック１０６に送ら
れる。この第３サブスタック１０６では、発電により消
費された燃料ガスおよび酸化剤ガスが、燃料ガス出口３
６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂから中間プレート１０
８ｂを介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排
出流路４６に、直接、排出される。 【００５１】これにより、第２の実施形態では、第３サ
ブスタック１０６で消費された燃料ガスおよび酸化剤ガ
スを、リターン流路を介して燃料ガス排出流路４８およ
び酸化剤ガス排出流路４６に戻す従来構造に比べ、前記
燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの圧損を大幅に低減する
ことができるとともに、燃料電池スタック１００全体の
小型化が容易に図られる等、第１の実施形態と同様の効
果が得られる。 【００５２】なお、上述した本発明の第１および第２の
実施形態では、各単位セル２０、１０９が長辺側を水平
方向に配置する横置きタイプで構成されているが、この
長辺側を鉛直方向に指向させた縦置きタイプで構成して
もよい。 【００５３】 【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、下
流側サブスタックにおいて、反応ガス出口に排出された
使用済みの反応ガスを、直接、排出流路に排出するた
め、前記使用済みの反応ガスをリターン流路を介して前
記排出流路に戻す従来構成に比べ、反応ガスの圧損が有
効に削減される。しかも、エンドプレート内部にリター
ン流路を形成する必要がなく、前記エンドプレートの薄
肉化を図るとともに、流路長を良好に短尺化することが
可能になる。これにより、燃料電池スタック全体を容易
に小型化し、省スペース化および組み付け作業性の向上
が図られる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの概
略全体斜視図である。 【図２】前記燃料電池スタックの一部分解斜視説明図で
ある。 【図３】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの要
部分解斜視図である。 【図４】前記単位セルを構成する第１セパレータの正面
図である。 【図５】前記燃料電池スタックを構成する第１流路プレ
ートの正面図である。 【図６】前記燃料電池スタックを構成する第２流路プレ
ートの正面図である。 【図７】前記燃料電池スタック内の流れ説明図である。 【図８】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの一部分解斜視図である。 【図９】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの要
部分解斜視図である。 【図１０】前記燃料電池スタックの流れ説明図である。 【図１１】従来技術に係る燃料電池ブロックの説明図で
ある。 【符号の説明】 １０、１００…燃料電池スタック １２、１４、１６、１０２、１０４、１０６…サブスタ
ック １８ａ、１８ｂ、１０８ａ、１０８ｂ…中間プレート ２０、１０９…単位セル ２２、１１０…電
解質膜・電極構造体 ２４、２６、１１２、１１４…セパレータ ２８…電解質膜 ３０…アノード側
電極 ３２…カソード側電極 ３６ａ…燃料ガス
入口 ３６ｂ…燃料ガス出口 ３８ａ…冷却媒体
入口 ３８ｂ…冷却媒体出口 ４０…低加湿酸化
剤ガス供給口 ４２ａ…酸化剤ガス入口 ４２ｂ…酸化剤ガ
ス出口 ４４…低加湿燃料ガス供給口 ４６…酸化剤ガス
排出流路 ４８…燃料ガス排出流路 ５０…燃料ガス流
路 ５２…酸化剤ガス流路 ５４…冷却媒体流
路 ６０、６２…流路プレート ６４…燃料ガス混
合流路 ６８…酸化剤ガス混合流路 ７２、７４…凹部 ７６、７８…連結流路 ８４…配管構造

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾棹 典昭 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 小田 優 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 馬場 一郎 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 Ｆターム(参考） 5H026 AA02 AA06 CC03

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】電解質の両側に一対の電極を設けた電解質
   ・電極構造体が、セパレータを介装して複数積層された
   サブスタックを有し、少なくとも２個の前記サブスタッ
   クが積層される燃料電池スタックであって、 反応ガスの供給方向上流側に配置された上流側サブスタ
   ックの反応ガス出口側連通路と、前記反応ガスの供給方
   向下流側に配置された下流側サブスタックの反応ガス入
   口側連通路とを、直列に連通する反応ガス流路が設けら
   れるとともに、 使用済みの反応ガスを、前記下流側サブスタックから前
   記上流側サブスタックに向かって排出させる反応ガス排
   出流路を備え、 前記下流側サブスタックの反応ガス入口と反応ガス出口
   とは、前記反応ガス入口への前記反応ガスの供給と、前
   記反応ガス出口から前記反応ガス排出流路への前記反応
   ガスの排出とを、積層方向の同一面側で行うように構成
   されることを特徴とする燃料電池スタック。