JP2003203669A - 燃料電池スタック - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】反応ガス中の水分を確実に捕捉して、発電性能
を有効に維持するとともに、構成を簡素化かつ小型化す
ることを可能にする。 【解決手段】燃料電池スタック１０を構成する積層体１
４と負極側集電体１６ａとの間には、バイパスプレート
２０および中間プレート２２が介装されている。バイパ
スプレート２０には、積層体１４に連なる酸化剤ガス供
給連通孔３０ａが形成される一方、中間プレート２２に
は、この酸化剤ガス供給連通孔３０ａよりも開口面積の
小さな開口部５４を形成することにより、該酸化剤ガス
供給連通孔３０ａ側に突出する突出部５６が設けられ
る。この突出部５６は、酸化剤ガス中の水分を捕捉して
バイパス流路５２に排出する機能を有している。
を有効に維持するとともに、構成を簡素化かつ小型化す
ることを可能にする。 【解決手段】燃料電池スタック１０を構成する積層体１
４と負極側集電体１６ａとの間には、バイパスプレート
２０および中間プレート２２が介装されている。バイパ
スプレート２０には、積層体１４に連なる酸化剤ガス供
給連通孔３０ａが形成される一方、中間プレート２２に
は、この酸化剤ガス供給連通孔３０ａよりも開口面積の
小さな開口部５４を形成することにより、該酸化剤ガス
供給連通孔３０ａ側に突出する突出部５６が設けられ
る。この突出部５６は、酸化剤ガス中の水分を捕捉して
バイパス流路５２に排出する機能を有している。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質の両側にそ
れぞれ電極を設けた電解質・電極構造体が、セパレータ
を介して複数個積層された燃料電池スタックに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、各種の燃料電池が開発されてお
り、例えば、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が知ら
れている。この固体高分子型燃料電池は、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・電極構造
体（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単位セル（単位発電セ
ル）が構成されている。通常、この単位セルを所定数だ
け積層することにより、燃料電池スタックとして使用し
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
に取り出されることにより、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】燃料電池スタックは、通常、反応ガスであ
る酸化剤ガスおよび燃料ガスを、カソード側電極および
アノード側電極に供給するために、前記燃料電池スタッ
クを積層方向に貫通して形成される酸化剤ガス供給連通
孔および燃料ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）
と、前記酸化剤ガスおよび燃料ガスを前記カソード側電
極および前記アノード側電極から排出するために、前記
燃料電池スタックを積層方向に貫通して形成される酸化
剤ガス排出連通孔および燃料ガス排出連通孔（反応ガス
排出連通孔）とを備えている。 【０００５】ところで、特に、酸化剤ガス排出連通孔に
は、電極発電面で反応により生成された生成水が導入さ
れ易く、この酸化剤ガス排出連通孔に滞留水が存在する
場合が多い。また、燃料ガス排出連通孔では、結露等に
より滞留水が発生するおそれがある。これにより、酸化
剤ガス排出連通孔や燃料ガス排出連通孔が、滞留水によ
って縮小または閉塞されてしまい、酸化剤ガスや燃料ガ
スの流れが妨げられて発電性能が低下するという問題が
ある。 【０００６】そこで、例えば、特開２００１−２３６９
７５号公報に開示された燃料電池スタックが知られてい
る。この燃料電池スタックでは、燃料電池スタックの積
層方向に沿って入口側酸化剤ガス連通孔と出口側酸化剤
ガス連通孔とが貫通して設けられるとともに、前記燃料
電池スタックの出口側酸化剤ガス連通孔の排出口から見
て奥側にバイパスプレートが配置されている。このバイ
パスプレートには、入口側酸化剤ガス連通孔に連通する
入口孔と、出口側酸化剤ガス連通孔に連通する吐出孔と
を連通するバイパス流路が設けられている。 【０００７】これにより、入口側酸化剤ガス連通孔に供
給された酸化剤ガスの一部が、バイパスプレートの入口
孔からバイパス流路を通って吐出孔で出口側酸化剤ガス
連通孔に噴射されている。このため、出口側酸化剤ガス
連通孔の奥側に滞留し易い生成水が良好に押し出され、
滞留する生成水や結露水の排水性を向上させて、発電性
能の低下を防止することができる。 【０００８】ところで、燃料電池スタックの起動時や、
前記燃料電池スタックの発電を一時的に停止して、再
度、運転を開始する時等に、前記燃料電池スタック本体
に反応ガス（酸化剤ガスおよび／または燃料ガス）を供
給する配管中の水分が結露している場合がある。 【０００９】特に、酸化剤ガス用配管では、結露量が多
くなり易く、燃料電池スタックが起動される際に、結露
水を吸い込んでしまう。このため、特に反応ガス入口側
の単位セルでは、電極発電面（反応面）が水滴で覆われ
てしまい、この水滴によって反応ガスの供給が阻害され
るおそれがある。これにより、単位セルの発電性能が低
下するという問題がある。 【００１０】ここで、燃料電池スタックは、各単位セル
を電気的に直列に接続しており、各単位セルから取り出
される電流が等しくなる。従って、一部の単位セルを流
れる電流値が低下すると、この低下した電流値によって
燃料電池スタックから取り出される電流値が決定されて
しまい、該燃料電池スタック全体の発電性能が低下して
しまう。また、一部の単位セルの性能が低下した状態で
発電を続けると、この単位セルの性能限界を超えた電流
を流そうとするため、逆走電流が発生するおそれがあ
る。 【００１１】そこで、例えば、特開２０００−６７１８
号公報に開示されているように、積層方向両端に配置さ
れたエンドプレート間に除湿機構が介装されるととも
に、前記除湿機構が、反応ガスを供給するための反応ガ
ス供給口から最初の単位セルに至るガス流路の途中に設
けられ、前記反応ガスの水分量を前記単位セルの温度に
応じて調整するためのチャンバと、前記チャンバ内に発
生する水を該チャンバから排出する排出手段とを備えた
燃料電池スタックが知られている。 【００１２】これにより、反応ガスが反応ガス供給口か
らチャンバに導入されると、この反応ガスの水分量が前
記チャンバに近接する単位セルの温度に応じて調整さ
れ、余分な水分が排水手段を介して排出される一方、適
度な水分を含む反応ガスが前記単位セルに供給され、結
露の発生を有効に阻止することが可能になる。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、反応ガス中
の水分量を調整するこの種の技術に関してなされたもの
であり、簡単かつコンパクトな構成で、適正な水蒸気を
含有する反応ガスを電解質・電極構造体に確実に供給す
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。 【００１４】 【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、電解質の両側にそれぞれ電極を
設けた電解質・電極構造体が、セパレータを介して複数
個積層されている。この燃料電池スタックは、少なくと
も酸化剤ガスまたは燃料ガスである反応ガスを対応する
電極に供給するために、前記燃料電池スタックを積層方
向に貫通して形成される反応ガス供給連通孔を備えてい
る。さらに、燃料電池スタックは、反応ガスを対応する
電極から排出するために、前記燃料電池スタックを積層
方向に貫通して形成される反応ガス排出連通孔を備えて
いる。 【００１５】そして、反応ガス供給連通孔の入口近傍と
反応ガス排出連通孔とを繋ぐバイパス流路が設けられて
おり、前記反応ガス供給連通孔の入口近傍に導入される
前記反応ガス中の水分を突出部により捕捉し、前記水分
を前記バイパス流路に排出するように構成されている。 【００１６】このため、簡単かつコンパクトな構成で、
電極発電面が水滴で覆われることを確実に阻止すること
ができ、燃料電池スタックの発電性能を有効に維持する
ことが可能になる。 【００１７】 【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の一部断面側面図で
ある。 【００１８】燃料電池スタック１０は、複数の単位セル
１２が矢印Ａ方向に積層された積層体１４を備え、前記
積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）両端には、負極側
集電体１６ａおよび正極側集電体１６ｂとエンドプレー
ト１８ａ、１８ｂとが絶縁プレート１９ａ、１９ｂを介
装して配設される。図２に示すように、負極側集電体１
６ａと積層体１４との間には、バイパスプレート２０と
中間プレート２２とが介装されている。 【００１９】図３に示すように、各単位セル１２は、電
解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）２４と、前
記電解質膜・電極構造体２４を挟持する第１および第２
セパレータ２６、２８とを備える。第１および第２セパ
レータ２６、２８は、例えば、金属製薄板により構成さ
れている。 【００２０】電解質膜・電極構造体２４と第１および第
２セパレータ２６、２８の長辺（矢印Ｂ方向）側の一端
縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、
例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給
連通孔（反応ガス供給連通孔）３０ａ、冷却媒体を供給
するための冷却媒体供給連通孔３２ａ、および燃料ガ
ス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排
出連通孔（反応ガス排出連通孔）３４ｂが設けられる。 【００２１】電解質膜・電極構造体２４と第１および第
２セパレータ２６、２８の長辺側の他端縁部には、矢印
Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃
料ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）３４ａ、冷却
媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂ、およ
び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔
（反応ガス排出連通孔）３０ｂが設けられる。 【００２２】電解質膜・電極構造体２４は、例えば、パ
ーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸されてなる固体
高分子電解質膜３６と、該固体高分子電解質膜３６を挟
持するアノード側電極３８およびカソード側電極４０と
を備える。 【００２３】アノード側電極３８およびカソード側電極
４０は、図４に示すように、カーボンペーパー等からな
るガス拡散層４２ａ、４２ｂと、白金合金が表面に担持
された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層４２ａ、４
２ｂの表面に一様に塗布されてなる電極触媒層４４ａ、
４４ｂとをそれぞれ有する。電極触媒層４４ａ、４４ｂ
は、互いに固体高分子電解質膜３６を介装して対向する
ように、前記固体高分子電解質膜３６の両面に接合され
ている。 【００２４】図３および図４に示すように、第１セパレ
ータ２６の電解質膜・電極構造体２４側の面２６ａに
は、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３
４ｂとを連通する燃料ガス流路４６が形成される。この
燃料ガス流路４６は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複
数本の溝部により構成されている。第１セパレータ２６
の面２６ｂには、冷却媒体供給連通孔３２ａと冷却媒体
排出連通孔３２ｂとを連通する冷却媒体流路４８が形成
される。この冷却媒体流路４８は、矢印Ｂ方向に延在す
る複数本の溝部により構成されている。 【００２５】第２セパレータ２８の電解質膜・電極構造
体２４側の面２８ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在す
る複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路５０が設けられ
るとともに、この酸化剤ガス流路５０は、酸化剤ガス供
給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに連通
する。 【００２６】バイパスプレート２０は、例えば、第２セ
パレータ２８と同様に構成されており、図５に示すよう
に、中間プレート２２側の面２０ａには、酸化剤ガス供
給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとを繋ぐ
バイパス流路５２が形成される。バイパス流路５２は、
燃料電池スタック１０において、積層体１４の酸化剤ガ
ス供給連通孔３０ａの入口近傍と、酸化剤ガス排出連通
孔３０ｂの出口近傍とを連通している（図２参照）。 【００２７】バイパスプレート２０の面２０ａに対向し
て中間プレート２２が配置される。この中間プレート２
２は、図２および図３に示すように、酸化剤ガス供給連
通孔３０ａに対応し、この酸化剤ガス供給連通孔３０ａ
の開口面積よりも小さな開口面積を有する開口部５４を
備えている。中間プレート２２の開口部５４の周囲に
は、バイパスプレート２０の酸化剤ガス供給連通孔３０
ａに導入される酸化剤ガス中の水分を捕捉し、この水分
をバイパス流路５２に排出するための突出部５６が形成
される。 【００２８】図１に示すように、エンドプレート１８ａ
の長辺側（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、酸化剤ガス供
給連通孔３０ａ、冷却媒体供給連通孔３２ａおよび燃料
ガス排出連通孔３４ｂに連通する酸化剤ガス供給口６０
ａ、冷却媒体供給口６２ａおよび燃料ガス排出口６４ｂ
が設けられる。エンドプレート１８ａの長辺側の他端縁
部には、燃料ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体排出連通
孔３２ｂおよび酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに連通する
燃料ガス供給口６４ａ、冷却媒体排出口６２ｂおよび酸
化剤ガス排出口６０ｂ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】燃料電池スタック１０内には、エンドプレ
ート１８ａの燃料ガス供給口６４ａ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６
０ａから酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さ
らに、冷却媒体供給口６２ａから純水やエチレングリコ
ール、オイル等の冷却媒体が供給される。このため、積
層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組の単
位セル１２に対し、燃料ガス、酸素含有ガスおよび冷却
媒体が矢印Ａ１方向に直列的に供給されることになる。 【００３１】図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤
ガス供給連通孔３０ａから第２セパレータ２８の酸化剤
ガス流路５０に導入され、電解質膜・電極構造体２４を
構成するカソード側電極４０に沿って移動する。一方、
燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａから第１セパレ
ータ２６の燃料ガス流路４６に導入され、電解質膜・電
極構造体２４を構成するアノード側電極３８に沿って移
動する。 【００３２】従って、各電解質膜・電極構造体２４で
は、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、ア
ノード側電極３８に供給される燃料ガスとが、電極触媒
層４４ｂ、４４ａ内で電気化学反応により消費され、発
電が行われる。 【００３３】次いで、アノード側電極３８に供給されて
消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３４ｂに排
出されて矢印Ａ２方向に流動した後、エンドプレート１
８ａの燃料ガス排出口６４ｂから排出される。同様に、
カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガス
は、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ２方向
に流動した後、エンドプレート１８ａの酸化剤ガス排出
口６０ｂから排出される。 【００３４】また、冷却媒体供給口６２ａに供給された
冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔３２ａから第１セパレ
ータ２６の冷却媒体流路４８に導入された後、矢印Ｂ方
向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極
構造体２４を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３２ｂを
矢印Ａ２方向に移動し、エンドプレート１８ａの冷却媒
体排出口６２ｂから排出される。 【００３５】ところで、燃料電池スタック１０の始動時
や、この燃料電池スタック１０の発電を一時的に停止し
た後、再度、運転を開始する際、特に酸化剤ガスを前記
燃料電池スタック１０に供給する配管（図示せず）の温
度が低下し、前記配管内に結露水が発生する場合があ
る。 【００３６】ここで、第１の実施形態では、酸化剤ガス
供給連通孔３０ａの入口近傍に対応し、負極側集電体１
６ａと積層体１４との間に、バイパスプレート２０およ
び中間プレート２２が介装されている。このため、エン
ドプレート１８ａの酸化剤ガス供給口６０ａに供給され
た酸化剤ガスが、バイパスプレート２０の酸化剤ガス供
給連通孔３０ａから中間プレート２２の開口部５４に移
動する際、この開口部５４の周囲に形成される突出部５
６に前記酸化剤ガス中の水分が捕捉される。 【００３７】従って、適度に加湿された酸化剤ガスが積
層体１４に供給される一方、突出部５６で捕捉された水
分は、バイパスプレート２０の面２０ａに形成されてい
るバイパス流路５２に送られる。さらに、水分は、バイ
パス流路５２から酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに送られ
た後、エンドプレート１８ａの酸化剤ガス排出口６０ｂ
から排出される。 【００３８】これにより、第１の実施形態では、積層体
１４に結露水が導入されて電極発電面が水滴で覆われる
ことを確実に阻止することができ、燃料電池スタック１
０全体の発電性能を有効に維持することが可能になると
いう効果が得られる。しかも、絶縁プレート１９ｂと積
層体１４との間に、バイパスプレート２０および中間プ
レート２２を介装するだけでよく、簡単かつコンパクト
な構成で、余分な水分を確実に除去することができる。 【００３９】図６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バイパスプレート７０の正面
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を構成するバイパスプレート２０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。 【００４０】このバイパスプレート７０は、酸化剤ガス
供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとを繋
ぐバイパス流路７２を設けている。このバイパス流路７
２は、酸化剤ガス供給連通孔３０ａから酸化剤ガス排出
連通孔３０ｂに向かって傾斜する所定本数の溝部により
構成されている。 【００４１】従って、第２の実施形態では、酸化剤ガス
中から除去された水分が、バイパス流路７２の傾斜に沿
って酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに円滑に排出されると
いう効果が得られる。しかも、バイパス流路７２が幅狭
に構成されることにより、積層体１４側に供給されずに
直接排出される酸化剤ガスの流量を有効に抑えることが
できる。このため、酸化剤ガスを効率的に使用すること
が可能になるという利点がある。 【００４２】図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃
料電池スタック８０の一部断面説明図である。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。また、以下に説明する第４および第５の実施形
態においても同様である。 【００４３】燃料電池スタック８０では、負極側集電体
１６ａと第１セパレータ２６との間に、バイパスプレー
ト８２が介装される。このバイパスプレート８２は、酸
化剤ガス供給連通孔３０ａに対応して第１開口部８４を
設けるとともに、この第１開口部８４の下流側は、突出
部８６を介して開口面積の小さな第２開口部８８に連通
する。突出部８６は、エンドプレート１８ａの酸化剤ガ
ス供給口６０ａから導入される酸化剤ガス中の水分を捕
捉し、この水分をバイパスプレート８２に形成されてい
るバイパス流路９０に排出する機能を有している。 【００４４】これにより、第３の実施形態では、単一の
バイパスプレート８２のみを用いるだけでよく、構成が
一層簡素化するとともに、燃料電池スタック８０全体の
小型化が容易に図られるという効果が得られる。 【００４５】図８は、本発明の第４の実施形態に係る燃
料電池スタック１００の一部断面説明図である。 【００４６】燃料電池スタック１００では、第１セパレ
ータ２６に代えて第１セパレータ１０２を備えている。
この第１セパレータ１０２には、酸化剤ガス供給連通孔
３０ａと、この酸化剤ガス供給連通孔３０ａよりも開口
面積の小さな開口部１０４とが形成されており、前記開
口部１０４を構成する周壁面に突出部１０６が設けられ
る。 【００４７】このため、第４の実施形態では、エンドプ
レート１８ａの酸化剤ガス供給口６０ａに導入された酸
化剤ガスが、バイパスプレート２０の酸化剤ガス供給連
通孔３０ａに導入されると、第１セパレータ１０２に設
けられている突出部１０６によって前記酸化剤ガス中の
水分が捕捉される。そして、この水分は、バイパスプレ
ート２０に設けられているバイパス流路（図示せず）か
ら排出される一方、適度に加湿された酸化剤ガスのみ
が、第１セパレータ１０２の開口部１０４から酸化剤ガ
ス供給連通孔３０ａに供給される。 【００４８】図９は、本発明の第５の実施形態に係る燃
料電池スタック１２０の一部断面説明図である。 【００４９】燃料電池スタック１２０では、バイパスプ
レート２０に重ね合わせて中間プレート１２２が設けら
れており、この中間プレート１２２には、前記バイパス
プレート２０の酸化剤ガス供給連通孔３０ａ側に突出す
る折り返し突出部１２４が形成される。折り返し突出部
１２４内には、酸化剤ガス供給連通孔３０ａよりも開口
面積の小さな開口部１２６が形成されている。 【００５０】このように構成される第５の実施形態で
は、バイパスプレート２０の酸化剤ガス供給連通孔３０
ａに酸化剤ガスが供給されると、この酸化剤ガスが中間
プレート１２２の開口部１２６を介して第１セパレータ
２６側に移動する際、折り返し突出部１２４により水分
が捕捉される。その際、折り返し突出部１２４は、酸化
剤ガスの流れ方向とは逆方向であるバイパスプレート２
０側に折り返されており、この折り返し突出部１２４に
捕捉された水分は、第１セパレータ２６側に進入するこ
とを確実に阻止される。これにより、電極発電面に水滴
が付着することを一層確実に防止することが可能にな
る。 【００５１】なお、第５の実施形態では、中間プレート
１２２に折り返し突出部１２４を設けているが、図７に
示すバイパスプレート８２の突出部８６を折り返して構
成したり、図８に示す第１セパレータ１０２の突出部１
０６をバイパスプレート２０側に折り返して構成したり
することができる。 【００５２】また、中間プレート２２、１２２に代え
て、図１０に示す中間プレート１４０を用いてもよい。
この中間プレート１４０では、酸化剤ガス供給連通孔３
０ａに連通する開口部１４２が形成されるとともに、こ
の開口部１４２の略中央部から下部側に前記酸化剤ガス
供給連通孔３０ａ側に突出する突出部１４４が設けられ
ている。このため、開口部１４２の開口面積を、酸化剤
ガス供給連通孔３０ａの開口面積に近似させることがで
き、酸化剤ガスの圧損を有効に低減し得るという効果が
ある。 【００５３】なお、第１乃至第５の実施形態では、酸化
剤ガス中の水分を捕捉して排出する場合について説明し
たが、燃料ガス側においても同様に構成してもよい。 【００５４】 【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、反
応ガス供給連通孔の入口近傍と反応ガス排出連通孔とを
繋ぐバイパス流路が設けられており、前記反応ガス供給
連通孔の入口近傍に導入される前記反応ガス中の水分が
突出部により捕捉され、前記水分が前記バイパス流路に
排出される。このため、簡単かつコンパクトな構成で、
電極発電面が水滴で覆われることを確実に阻止し、燃料
電池スタックの発電性能を有効に維持することが可能に
なる。
れぞれ電極を設けた電解質・電極構造体が、セパレータ
を介して複数個積層された燃料電池スタックに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、各種の燃料電池が開発されてお
り、例えば、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が知ら
れている。この固体高分子型燃料電池は、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・電極構造
体（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単位セル（単位発電セ
ル）が構成されている。通常、この単位セルを所定数だ
け積層することにより、燃料電池スタックとして使用し
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
に取り出されることにより、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】燃料電池スタックは、通常、反応ガスであ
る酸化剤ガスおよび燃料ガスを、カソード側電極および
アノード側電極に供給するために、前記燃料電池スタッ
クを積層方向に貫通して形成される酸化剤ガス供給連通
孔および燃料ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）
と、前記酸化剤ガスおよび燃料ガスを前記カソード側電
極および前記アノード側電極から排出するために、前記
燃料電池スタックを積層方向に貫通して形成される酸化
剤ガス排出連通孔および燃料ガス排出連通孔（反応ガス
排出連通孔）とを備えている。 【０００５】ところで、特に、酸化剤ガス排出連通孔に
は、電極発電面で反応により生成された生成水が導入さ
れ易く、この酸化剤ガス排出連通孔に滞留水が存在する
場合が多い。また、燃料ガス排出連通孔では、結露等に
より滞留水が発生するおそれがある。これにより、酸化
剤ガス排出連通孔や燃料ガス排出連通孔が、滞留水によ
って縮小または閉塞されてしまい、酸化剤ガスや燃料ガ
スの流れが妨げられて発電性能が低下するという問題が
ある。 【０００６】そこで、例えば、特開２００１−２３６９
７５号公報に開示された燃料電池スタックが知られてい
る。この燃料電池スタックでは、燃料電池スタックの積
層方向に沿って入口側酸化剤ガス連通孔と出口側酸化剤
ガス連通孔とが貫通して設けられるとともに、前記燃料
電池スタックの出口側酸化剤ガス連通孔の排出口から見
て奥側にバイパスプレートが配置されている。このバイ
パスプレートには、入口側酸化剤ガス連通孔に連通する
入口孔と、出口側酸化剤ガス連通孔に連通する吐出孔と
を連通するバイパス流路が設けられている。 【０００７】これにより、入口側酸化剤ガス連通孔に供
給された酸化剤ガスの一部が、バイパスプレートの入口
孔からバイパス流路を通って吐出孔で出口側酸化剤ガス
連通孔に噴射されている。このため、出口側酸化剤ガス
連通孔の奥側に滞留し易い生成水が良好に押し出され、
滞留する生成水や結露水の排水性を向上させて、発電性
能の低下を防止することができる。 【０００８】ところで、燃料電池スタックの起動時や、
前記燃料電池スタックの発電を一時的に停止して、再
度、運転を開始する時等に、前記燃料電池スタック本体
に反応ガス（酸化剤ガスおよび／または燃料ガス）を供
給する配管中の水分が結露している場合がある。 【０００９】特に、酸化剤ガス用配管では、結露量が多
くなり易く、燃料電池スタックが起動される際に、結露
水を吸い込んでしまう。このため、特に反応ガス入口側
の単位セルでは、電極発電面（反応面）が水滴で覆われ
てしまい、この水滴によって反応ガスの供給が阻害され
るおそれがある。これにより、単位セルの発電性能が低
下するという問題がある。 【００１０】ここで、燃料電池スタックは、各単位セル
を電気的に直列に接続しており、各単位セルから取り出
される電流が等しくなる。従って、一部の単位セルを流
れる電流値が低下すると、この低下した電流値によって
燃料電池スタックから取り出される電流値が決定されて
しまい、該燃料電池スタック全体の発電性能が低下して
しまう。また、一部の単位セルの性能が低下した状態で
発電を続けると、この単位セルの性能限界を超えた電流
を流そうとするため、逆走電流が発生するおそれがあ
る。 【００１１】そこで、例えば、特開２０００−６７１８
号公報に開示されているように、積層方向両端に配置さ
れたエンドプレート間に除湿機構が介装されるととも
に、前記除湿機構が、反応ガスを供給するための反応ガ
ス供給口から最初の単位セルに至るガス流路の途中に設
けられ、前記反応ガスの水分量を前記単位セルの温度に
応じて調整するためのチャンバと、前記チャンバ内に発
生する水を該チャンバから排出する排出手段とを備えた
燃料電池スタックが知られている。 【００１２】これにより、反応ガスが反応ガス供給口か
らチャンバに導入されると、この反応ガスの水分量が前
記チャンバに近接する単位セルの温度に応じて調整さ
れ、余分な水分が排水手段を介して排出される一方、適
度な水分を含む反応ガスが前記単位セルに供給され、結
露の発生を有効に阻止することが可能になる。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、反応ガス中
の水分量を調整するこの種の技術に関してなされたもの
であり、簡単かつコンパクトな構成で、適正な水蒸気を
含有する反応ガスを電解質・電極構造体に確実に供給す
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。 【００１４】 【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、電解質の両側にそれぞれ電極を
設けた電解質・電極構造体が、セパレータを介して複数
個積層されている。この燃料電池スタックは、少なくと
も酸化剤ガスまたは燃料ガスである反応ガスを対応する
電極に供給するために、前記燃料電池スタックを積層方
向に貫通して形成される反応ガス供給連通孔を備えてい
る。さらに、燃料電池スタックは、反応ガスを対応する
電極から排出するために、前記燃料電池スタックを積層
方向に貫通して形成される反応ガス排出連通孔を備えて
いる。 【００１５】そして、反応ガス供給連通孔の入口近傍と
反応ガス排出連通孔とを繋ぐバイパス流路が設けられて
おり、前記反応ガス供給連通孔の入口近傍に導入される
前記反応ガス中の水分を突出部により捕捉し、前記水分
を前記バイパス流路に排出するように構成されている。 【００１６】このため、簡単かつコンパクトな構成で、
電極発電面が水滴で覆われることを確実に阻止すること
ができ、燃料電池スタックの発電性能を有効に維持する
ことが可能になる。 【００１７】 【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の一部断面側面図で
ある。 【００１８】燃料電池スタック１０は、複数の単位セル
１２が矢印Ａ方向に積層された積層体１４を備え、前記
積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）両端には、負極側
集電体１６ａおよび正極側集電体１６ｂとエンドプレー
ト１８ａ、１８ｂとが絶縁プレート１９ａ、１９ｂを介
装して配設される。図２に示すように、負極側集電体１
６ａと積層体１４との間には、バイパスプレート２０と
中間プレート２２とが介装されている。 【００１９】図３に示すように、各単位セル１２は、電
解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）２４と、前
記電解質膜・電極構造体２４を挟持する第１および第２
セパレータ２６、２８とを備える。第１および第２セパ
レータ２６、２８は、例えば、金属製薄板により構成さ
れている。 【００２０】電解質膜・電極構造体２４と第１および第
２セパレータ２６、２８の長辺（矢印Ｂ方向）側の一端
縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、
例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給
連通孔（反応ガス供給連通孔）３０ａ、冷却媒体を供給
するための冷却媒体供給連通孔３２ａ、および燃料ガ
ス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排
出連通孔（反応ガス排出連通孔）３４ｂが設けられる。 【００２１】電解質膜・電極構造体２４と第１および第
２セパレータ２６、２８の長辺側の他端縁部には、矢印
Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃
料ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）３４ａ、冷却
媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３２ｂ、およ
び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔
（反応ガス排出連通孔）３０ｂが設けられる。 【００２２】電解質膜・電極構造体２４は、例えば、パ
ーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸されてなる固体
高分子電解質膜３６と、該固体高分子電解質膜３６を挟
持するアノード側電極３８およびカソード側電極４０と
を備える。 【００２３】アノード側電極３８およびカソード側電極
４０は、図４に示すように、カーボンペーパー等からな
るガス拡散層４２ａ、４２ｂと、白金合金が表面に担持
された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層４２ａ、４
２ｂの表面に一様に塗布されてなる電極触媒層４４ａ、
４４ｂとをそれぞれ有する。電極触媒層４４ａ、４４ｂ
は、互いに固体高分子電解質膜３６を介装して対向する
ように、前記固体高分子電解質膜３６の両面に接合され
ている。 【００２４】図３および図４に示すように、第１セパレ
ータ２６の電解質膜・電極構造体２４側の面２６ａに
は、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３
４ｂとを連通する燃料ガス流路４６が形成される。この
燃料ガス流路４６は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複
数本の溝部により構成されている。第１セパレータ２６
の面２６ｂには、冷却媒体供給連通孔３２ａと冷却媒体
排出連通孔３２ｂとを連通する冷却媒体流路４８が形成
される。この冷却媒体流路４８は、矢印Ｂ方向に延在す
る複数本の溝部により構成されている。 【００２５】第２セパレータ２８の電解質膜・電極構造
体２４側の面２８ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在す
る複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路５０が設けられ
るとともに、この酸化剤ガス流路５０は、酸化剤ガス供
給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとに連通
する。 【００２６】バイパスプレート２０は、例えば、第２セ
パレータ２８と同様に構成されており、図５に示すよう
に、中間プレート２２側の面２０ａには、酸化剤ガス供
給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとを繋ぐ
バイパス流路５２が形成される。バイパス流路５２は、
燃料電池スタック１０において、積層体１４の酸化剤ガ
ス供給連通孔３０ａの入口近傍と、酸化剤ガス排出連通
孔３０ｂの出口近傍とを連通している（図２参照）。 【００２７】バイパスプレート２０の面２０ａに対向し
て中間プレート２２が配置される。この中間プレート２
２は、図２および図３に示すように、酸化剤ガス供給連
通孔３０ａに対応し、この酸化剤ガス供給連通孔３０ａ
の開口面積よりも小さな開口面積を有する開口部５４を
備えている。中間プレート２２の開口部５４の周囲に
は、バイパスプレート２０の酸化剤ガス供給連通孔３０
ａに導入される酸化剤ガス中の水分を捕捉し、この水分
をバイパス流路５２に排出するための突出部５６が形成
される。 【００２８】図１に示すように、エンドプレート１８ａ
の長辺側（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、酸化剤ガス供
給連通孔３０ａ、冷却媒体供給連通孔３２ａおよび燃料
ガス排出連通孔３４ｂに連通する酸化剤ガス供給口６０
ａ、冷却媒体供給口６２ａおよび燃料ガス排出口６４ｂ
が設けられる。エンドプレート１８ａの長辺側の他端縁
部には、燃料ガス供給連通孔３４ａ、冷却媒体排出連通
孔３２ｂおよび酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに連通する
燃料ガス供給口６４ａ、冷却媒体排出口６２ｂおよび酸
化剤ガス排出口６０ｂ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】燃料電池スタック１０内には、エンドプレ
ート１８ａの燃料ガス供給口６４ａ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６
０ａから酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さ
らに、冷却媒体供給口６２ａから純水やエチレングリコ
ール、オイル等の冷却媒体が供給される。このため、積
層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組の単
位セル１２に対し、燃料ガス、酸素含有ガスおよび冷却
媒体が矢印Ａ１方向に直列的に供給されることになる。 【００３１】図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤
ガス供給連通孔３０ａから第２セパレータ２８の酸化剤
ガス流路５０に導入され、電解質膜・電極構造体２４を
構成するカソード側電極４０に沿って移動する。一方、
燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａから第１セパレ
ータ２６の燃料ガス流路４６に導入され、電解質膜・電
極構造体２４を構成するアノード側電極３８に沿って移
動する。 【００３２】従って、各電解質膜・電極構造体２４で
は、カソード側電極４０に供給される酸化剤ガスと、ア
ノード側電極３８に供給される燃料ガスとが、電極触媒
層４４ｂ、４４ａ内で電気化学反応により消費され、発
電が行われる。 【００３３】次いで、アノード側電極３８に供給されて
消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３４ｂに排
出されて矢印Ａ２方向に流動した後、エンドプレート１
８ａの燃料ガス排出口６４ｂから排出される。同様に、
カソード側電極４０に供給されて消費された酸化剤ガス
は、酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ２方向
に流動した後、エンドプレート１８ａの酸化剤ガス排出
口６０ｂから排出される。 【００３４】また、冷却媒体供給口６２ａに供給された
冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔３２ａから第１セパレ
ータ２６の冷却媒体流路４８に導入された後、矢印Ｂ方
向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極
構造体２４を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３２ｂを
矢印Ａ２方向に移動し、エンドプレート１８ａの冷却媒
体排出口６２ｂから排出される。 【００３５】ところで、燃料電池スタック１０の始動時
や、この燃料電池スタック１０の発電を一時的に停止し
た後、再度、運転を開始する際、特に酸化剤ガスを前記
燃料電池スタック１０に供給する配管（図示せず）の温
度が低下し、前記配管内に結露水が発生する場合があ
る。 【００３６】ここで、第１の実施形態では、酸化剤ガス
供給連通孔３０ａの入口近傍に対応し、負極側集電体１
６ａと積層体１４との間に、バイパスプレート２０およ
び中間プレート２２が介装されている。このため、エン
ドプレート１８ａの酸化剤ガス供給口６０ａに供給され
た酸化剤ガスが、バイパスプレート２０の酸化剤ガス供
給連通孔３０ａから中間プレート２２の開口部５４に移
動する際、この開口部５４の周囲に形成される突出部５
６に前記酸化剤ガス中の水分が捕捉される。 【００３７】従って、適度に加湿された酸化剤ガスが積
層体１４に供給される一方、突出部５６で捕捉された水
分は、バイパスプレート２０の面２０ａに形成されてい
るバイパス流路５２に送られる。さらに、水分は、バイ
パス流路５２から酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに送られ
た後、エンドプレート１８ａの酸化剤ガス排出口６０ｂ
から排出される。 【００３８】これにより、第１の実施形態では、積層体
１４に結露水が導入されて電極発電面が水滴で覆われる
ことを確実に阻止することができ、燃料電池スタック１
０全体の発電性能を有効に維持することが可能になると
いう効果が得られる。しかも、絶縁プレート１９ｂと積
層体１４との間に、バイパスプレート２０および中間プ
レート２２を介装するだけでよく、簡単かつコンパクト
な構成で、余分な水分を確実に除去することができる。 【００３９】図６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バイパスプレート７０の正面
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を構成するバイパスプレート２０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。 【００４０】このバイパスプレート７０は、酸化剤ガス
供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔３０ｂとを繋
ぐバイパス流路７２を設けている。このバイパス流路７
２は、酸化剤ガス供給連通孔３０ａから酸化剤ガス排出
連通孔３０ｂに向かって傾斜する所定本数の溝部により
構成されている。 【００４１】従って、第２の実施形態では、酸化剤ガス
中から除去された水分が、バイパス流路７２の傾斜に沿
って酸化剤ガス排出連通孔３０ｂに円滑に排出されると
いう効果が得られる。しかも、バイパス流路７２が幅狭
に構成されることにより、積層体１４側に供給されずに
直接排出される酸化剤ガスの流量を有効に抑えることが
できる。このため、酸化剤ガスを効率的に使用すること
が可能になるという利点がある。 【００４２】図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃
料電池スタック８０の一部断面説明図である。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。また、以下に説明する第４および第５の実施形
態においても同様である。 【００４３】燃料電池スタック８０では、負極側集電体
１６ａと第１セパレータ２６との間に、バイパスプレー
ト８２が介装される。このバイパスプレート８２は、酸
化剤ガス供給連通孔３０ａに対応して第１開口部８４を
設けるとともに、この第１開口部８４の下流側は、突出
部８６を介して開口面積の小さな第２開口部８８に連通
する。突出部８６は、エンドプレート１８ａの酸化剤ガ
ス供給口６０ａから導入される酸化剤ガス中の水分を捕
捉し、この水分をバイパスプレート８２に形成されてい
るバイパス流路９０に排出する機能を有している。 【００４４】これにより、第３の実施形態では、単一の
バイパスプレート８２のみを用いるだけでよく、構成が
一層簡素化するとともに、燃料電池スタック８０全体の
小型化が容易に図られるという効果が得られる。 【００４５】図８は、本発明の第４の実施形態に係る燃
料電池スタック１００の一部断面説明図である。 【００４６】燃料電池スタック１００では、第１セパレ
ータ２６に代えて第１セパレータ１０２を備えている。
この第１セパレータ１０２には、酸化剤ガス供給連通孔
３０ａと、この酸化剤ガス供給連通孔３０ａよりも開口
面積の小さな開口部１０４とが形成されており、前記開
口部１０４を構成する周壁面に突出部１０６が設けられ
る。 【００４７】このため、第４の実施形態では、エンドプ
レート１８ａの酸化剤ガス供給口６０ａに導入された酸
化剤ガスが、バイパスプレート２０の酸化剤ガス供給連
通孔３０ａに導入されると、第１セパレータ１０２に設
けられている突出部１０６によって前記酸化剤ガス中の
水分が捕捉される。そして、この水分は、バイパスプレ
ート２０に設けられているバイパス流路（図示せず）か
ら排出される一方、適度に加湿された酸化剤ガスのみ
が、第１セパレータ１０２の開口部１０４から酸化剤ガ
ス供給連通孔３０ａに供給される。 【００４８】図９は、本発明の第５の実施形態に係る燃
料電池スタック１２０の一部断面説明図である。 【００４９】燃料電池スタック１２０では、バイパスプ
レート２０に重ね合わせて中間プレート１２２が設けら
れており、この中間プレート１２２には、前記バイパス
プレート２０の酸化剤ガス供給連通孔３０ａ側に突出す
る折り返し突出部１２４が形成される。折り返し突出部
１２４内には、酸化剤ガス供給連通孔３０ａよりも開口
面積の小さな開口部１２６が形成されている。 【００５０】このように構成される第５の実施形態で
は、バイパスプレート２０の酸化剤ガス供給連通孔３０
ａに酸化剤ガスが供給されると、この酸化剤ガスが中間
プレート１２２の開口部１２６を介して第１セパレータ
２６側に移動する際、折り返し突出部１２４により水分
が捕捉される。その際、折り返し突出部１２４は、酸化
剤ガスの流れ方向とは逆方向であるバイパスプレート２
０側に折り返されており、この折り返し突出部１２４に
捕捉された水分は、第１セパレータ２６側に進入するこ
とを確実に阻止される。これにより、電極発電面に水滴
が付着することを一層確実に防止することが可能にな
る。 【００５１】なお、第５の実施形態では、中間プレート
１２２に折り返し突出部１２４を設けているが、図７に
示すバイパスプレート８２の突出部８６を折り返して構
成したり、図８に示す第１セパレータ１０２の突出部１
０６をバイパスプレート２０側に折り返して構成したり
することができる。 【００５２】また、中間プレート２２、１２２に代え
て、図１０に示す中間プレート１４０を用いてもよい。
この中間プレート１４０では、酸化剤ガス供給連通孔３
０ａに連通する開口部１４２が形成されるとともに、こ
の開口部１４２の略中央部から下部側に前記酸化剤ガス
供給連通孔３０ａ側に突出する突出部１４４が設けられ
ている。このため、開口部１４２の開口面積を、酸化剤
ガス供給連通孔３０ａの開口面積に近似させることがで
き、酸化剤ガスの圧損を有効に低減し得るという効果が
ある。 【００５３】なお、第１乃至第５の実施形態では、酸化
剤ガス中の水分を捕捉して排出する場合について説明し
たが、燃料ガス側においても同様に構成してもよい。 【００５４】 【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、反
応ガス供給連通孔の入口近傍と反応ガス排出連通孔とを
繋ぐバイパス流路が設けられており、前記反応ガス供給
連通孔の入口近傍に導入される前記反応ガス中の水分が
突出部により捕捉され、前記水分が前記バイパス流路に
排出される。このため、簡単かつコンパクトな構成で、
電極発電面が水滴で覆われることを確実に阻止し、燃料
電池スタックの発電性能を有効に維持することが可能に
なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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断面側面図であ
る。 【図３】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分
解斜視図である。 【図４】前記単位セルの一部拡大断面図である。 【図５】前記燃料電池スタックを構成するバイパスプレ
ートの正面説明図である。 【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタッ
クを構成するバイパスプレートの正面説明図である。 【図７】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの一部断面説明図である。 【図８】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの一部断面説明図である。 【図９】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの一部断面説明図である。 【図１０】別の中間プレートの正面説明図である。 【符号の説明】 １０、８０、１００、１２０…燃料電池スタック １２…単位セル １４…積層体 １６ａ…正極側集電体 １６ｂ…負極側
集電体 １８ａ、１８ｂ…エンドプレート ２０、７０、８
２…バイパスプレート ２２、１２２、１４０…中間プレート ２４…電解質膜
・電極構造体 ２６、２８、１０２…セパレータ ３０ａ…酸化剤
ガス供給連通孔 ３０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔 ３２ａ…冷却媒
体供給連通孔 ３２ｂ…冷却媒体排出連通孔 ３４ａ…燃料ガ
ス供給連通孔 ３４ｂ…燃料ガス排出連通孔 ３６…固体高分
子電解質膜 ３８…アノード側電極 ４０…カソード
側電極 ４２ａ、４２ｂ…ガス拡散層 ４４ａ、４４ｂ
…電極触媒層 ４６…燃料ガス流路 ４８…冷却媒体
流路 ５０…酸化剤ガス流路 ５２、７２、９
０…バイパス流路 ５４、８４、８８、１０４、１２６、１４２…開口部 ５６、８６、１０６、１４４…突出部 ６０ａ…酸化剤
ガス供給口 ６０ｂ…酸化剤ガス排出口 ６２ａ…冷却媒
体供給口 ６２ｂ…冷却媒体排出口 ６４ａ…燃料ガ
ス供給口 ６４ｂ…燃料ガス排出口 １２４…折り返
し突出部
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断面側面図であ
る。 【図３】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分
解斜視図である。 【図４】前記単位セルの一部拡大断面図である。 【図５】前記燃料電池スタックを構成するバイパスプレ
ートの正面説明図である。 【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタッ
クを構成するバイパスプレートの正面説明図である。 【図７】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの一部断面説明図である。 【図８】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの一部断面説明図である。 【図９】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの一部断面説明図である。 【図１０】別の中間プレートの正面説明図である。 【符号の説明】 １０、８０、１００、１２０…燃料電池スタック １２…単位セル １４…積層体 １６ａ…正極側集電体 １６ｂ…負極側
集電体 １８ａ、１８ｂ…エンドプレート ２０、７０、８
２…バイパスプレート ２２、１２２、１４０…中間プレート ２４…電解質膜
・電極構造体 ２６、２８、１０２…セパレータ ３０ａ…酸化剤
ガス供給連通孔 ３０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔 ３２ａ…冷却媒
体供給連通孔 ３２ｂ…冷却媒体排出連通孔 ３４ａ…燃料ガ
ス供給連通孔 ３４ｂ…燃料ガス排出連通孔 ３６…固体高分
子電解質膜 ３８…アノード側電極 ４０…カソード
側電極 ４２ａ、４２ｂ…ガス拡散層 ４４ａ、４４ｂ
…電極触媒層 ４６…燃料ガス流路 ４８…冷却媒体
流路 ５０…酸化剤ガス流路 ５２、７２、９
０…バイパス流路 ５４、８４、８８、１０４、１２６、１４２…開口部 ５６、８６、１０６、１４４…突出部 ６０ａ…酸化剤
ガス供給口 ６０ｂ…酸化剤ガス排出口 ６２ａ…冷却媒
体供給口 ６２ｂ…冷却媒体排出口 ６４ａ…燃料ガ
ス供給口 ６４ｂ…燃料ガス排出口 １２４…折り返
し突出部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐藤 裕也
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
(72)発明者 越沼 実
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
(72)発明者 林 正規
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 魚嶋 稔
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 後藤 修平
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08
5H027 AA06
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解
質・電極構造体が、セパレータを介して複数個積層され
ており、少なくとも酸化剤ガスまたは燃料ガスである反
応ガスを対応する電極に供給するために、積層方向に貫
通して形成される反応ガス供給連通孔と、前記反応ガス
を対応する前記電極から排出するために、前記積層方向
に貫通して形成される反応ガス排出連通孔とを備えた燃
料電池スタックであって、 前記反応ガス供給連通孔の入口近傍と前記反応ガス排出
連通孔とを繋ぐバイパス流路と、 前記反応ガス供給連通孔の入口近傍に導入される前記反
応ガス中の水分を捕捉し、前記水分を前記バイパス流路
に排出するための突出部と、 を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2001400505A JP2003203669A (ja) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 燃料電池スタック |
| US10/329,117 US7163760B2 (en) | 2001-12-28 | 2002-12-24 | Fuel cell stack having a bypass flow passage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001400505A JP2003203669A (ja) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 燃料電池スタック |
Publications (1)
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|---|---|
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ID=19189622
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|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP2003203669A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2018067460A (ja) * | 2016-10-19 | 2018-04-26 | トヨタ車体株式会社 | 燃料電池 |
| JP2018085207A (ja) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | トヨタ車体株式会社 | 燃料電池 |
| JP2022144378A (ja) * | 2021-03-19 | 2022-10-03 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
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| EP1450432A3 (en) * | 2003-02-20 | 2007-03-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| US20050142398A1 (en) * | 2003-12-24 | 2005-06-30 | General Electric Company | Prevention of chromia-induced cathode poisoning in solid oxide fuel cells (SOFC) |
| US7951501B2 (en) * | 2006-08-17 | 2011-05-31 | The Trustees Of Princeton University | Fuel cell system and method for controlling current |
| US8206871B2 (en) * | 2009-07-10 | 2012-06-26 | GM Global Technology Operations LLC | Insulating layer for a fuel cell assembly |
| US8530106B2 (en) | 2010-05-21 | 2013-09-10 | GM Global Technology Operations LLC | End cell thermal barrier having variable properties |
| KR101251254B1 (ko) | 2010-11-17 | 2013-04-10 | 기아자동차주식회사 | 물 배출 구조를 갖는 연료전지 스택 |
| JP6180331B2 (ja) * | 2013-09-06 | 2017-08-16 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| KR20150048407A (ko) | 2013-10-28 | 2015-05-07 | 현대자동차주식회사 | 더미 셀을 가지는 연료전지 스택 |
| DE102020007227A1 (de) | 2020-11-26 | 2022-06-02 | Cellcentric Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zum Abfangen von Flüssigkeit |
| CN113540515B (zh) * | 2021-05-31 | 2023-01-06 | 北京氢沄新能源科技有限公司 | 燃料电池电堆及质子交换膜燃料电池 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000006718A (ja) | 1998-06-25 | 2000-01-11 | Ichikoh Ind Ltd | 自動車用ドアミラー |
| JP4590050B2 (ja) * | 1999-10-19 | 2010-12-01 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| JP4812920B2 (ja) * | 2000-02-22 | 2011-11-09 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| JP4623795B2 (ja) * | 2000-03-16 | 2011-02-02 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| DE10006472A1 (de) | 2000-02-14 | 2001-08-23 | Siemens Ag | Brennstoffzellenblock |
-
2001
- 2001-12-28 JP JP2001400505A patent/JP2003203669A/ja active Pending
-
2002
- 2002-12-24 US US10/329,117 patent/US7163760B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005203301A (ja) * | 2004-01-19 | 2005-07-28 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及び燃料電池スタック |
| JP2006179455A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-07-06 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
| JP2011222203A (ja) * | 2010-04-07 | 2011-11-04 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
| JP2018067460A (ja) * | 2016-10-19 | 2018-04-26 | トヨタ車体株式会社 | 燃料電池 |
| JP2018085207A (ja) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | トヨタ車体株式会社 | 燃料電池 |
| US10840522B2 (en) | 2016-11-22 | 2020-11-17 | Toyota Shatai Kabushiki Kaisha | Fuel cell |
| US11575143B2 (en) | 2018-10-12 | 2023-02-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fluid confluence joint |
| JP2022144378A (ja) * | 2021-03-19 | 2022-10-03 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
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|---|---|
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| US7163760B2 (en) | 2007-01-16 |
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