JP2005294169A

JP2005294169A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2005294169A
Application number: JP2004110321A
Authority: JP
Inventors: Rie Hoshika; 理恵星加; Hisao Asai; 尚雄浅井; Kei Yamamoto; 佳位山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-10-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell in which the outside dimensions in thickness direction of the module can be reduced, while obtaining necessary electromotive force. <P>SOLUTION: (1) The fuel cell has a module 2 in which a plurality of unit cells 3 are arranged in a plate shape with an anode and a cathode alternately reversed, and each unit cell 3 comprises an MEA 7 including an electrolyte membrane and the anode and the cathode clipping the electrolyte membrane, and a pair of separators 8 clipping the MEA. (2) In the fuel cell, a plurality of unit cells 3 are connected electrically in series in the row direction of the unit cells in the module. (3) In the fuel cell, the MEA 7 and the MEA side face of the pair of separators 8 have a concavo-convex shape recessing and protruding in the thickness direction of the module 2. (4) In the fuel cell, a plurality of modules 2 are laminated to make a stack. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、１モジュールが複数セルを含み、１モジュールで必要電圧を得ることが可能な燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell in which one module includes a plurality of cells and a required voltage can be obtained with one module.

燃料電池、たとえば固体高分子電解質型燃料電池は、電解質膜と膜の一面に形成されたアノードおよび膜の他面に形成されたカソードからなる膜電極接合体（ＭＥＡ）を、セパレータで挟んだものから構成される。単位セルからモジュールを構成し、モジュールをモジュール厚み方向に複数積層して燃料電池スタックが構成される。
ＭＥＡを挟む２つのセパレータのうちアノード側のセパレータには、燃料ガス（水素）流路が形成されるとともにその背面に冷媒（冷却水）流路が形成され、カソード側のセパレータには、酸化ガス（空気）流路が形成されるとともにその背面に冷媒（冷却水）流路が形成される。
各セルの、アノード側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。 A fuel cell, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell, has a membrane electrode assembly (MEA) composed of an electrolyte membrane, an anode formed on one surface of the membrane, and a cathode formed on the other surface of the membrane, sandwiched between separators. Consists of A module is composed of unit cells, and a plurality of modules are stacked in the module thickness direction to constitute a fuel cell stack.
Of the two separators sandwiching the MEA, the anode-side separator has a fuel gas (hydrogen) passage and a refrigerant (cooling water) passage on the back thereof, and the cathode-side separator has an oxidizing gas. An (air) flow path is formed, and a refrigerant (cooling water) flow path is formed on the back surface thereof.
On the anode side of each cell, an ionization reaction in which hydrogen is converted into hydrogen ions (protons) and electrons is performed. The hydrogen ions move through the electrolyte membrane to the cathode side, and on the cathode side, oxygen, hydrogen ions, and electrons (adjacent to the adjacent cells). Electrons generated at the anode of the MEA come through the separator, or electrons generated at the anode of the cell at one end in the cell stacking direction come to the cathode of the other end cell through an external circuit), thus generating water. Is done.

従来のモジュールは、１モジュール当たり１つの単位セルを含み、単位セルおよびモジュールは、それぞれ、平板状である。
特開平１１−２２４６７７号公報は、ＭＥＡを波形に形成し、それを平板状セパレータで挟んだ平板状単位セルからなる平板状モジュールを開示している。従来の単位セルモジュールでは、理論電圧１．２３Ｖに対して実際にはセルの内部抵抗や触媒の活性化分極、ガス拡散分極による電圧損失があり、結果、単位セルモジュールの起電圧は約１Ｖとなる。この単位セルモジュールをモジュール厚み方向に積層し直列接続して、積層枚数倍の電圧を得る。たとえば必要起電圧が４００Ｖの場合は、４００枚のモジュールを積層することになるが、モジュール厚み方向のスタック外形寸法が大きくなり過ぎるので、車両に搭載される燃料電池スタックでは、通常、２００枚積層スタックを２列併置し、それらを電気的に直列接続した構造をとっている。 The conventional module includes one unit cell per module, and each of the unit cell and the module has a flat plate shape.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-224677 discloses a flat module composed of flat unit cells in which an MEA is formed in a corrugated shape and sandwiched between flat plate separators. In the conventional unit cell module, there is actually a voltage loss due to the internal resistance of the cell, the activation polarization of the catalyst, and the gas diffusion polarization with respect to the theoretical voltage of 1.23V. As a result, the electromotive voltage of the unit cell module is about 1V. Become. The unit cell modules are stacked in the module thickness direction and connected in series to obtain a voltage multiplied by the number of stacked layers. For example, when the required electromotive force is 400 V, 400 modules are stacked. However, since the stack outer dimension in the module thickness direction becomes too large, in a fuel cell stack mounted on a vehicle, usually 200 stacks are stacked. It has a structure in which two rows of stacks are juxtaposed and electrically connected in series.

しかし、従来の燃料電池には、燃料電池必要起電圧を得るために、平板状モジュールをモジュール厚み方向に多数重ねなければならず、その結果、燃料電池スタックのモジュール積層方向の外形寸法が大きくなってしまうという問題がある。
特開平１１−２２４６７７号公報 However, in order to obtain the required electromotive force of the fuel cell in the conventional fuel cell, a large number of flat modules must be stacked in the module thickness direction, and as a result, the outer dimensions of the fuel cell stack in the module stacking direction are increased. There is a problem that it ends up.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-224677

本発明が解決しようとする問題点は、従来の燃料電池では、必要起電力を得るためには燃料電池スタックのモジュール積層方向の外形寸法が必然的に大きくなってしまうという問題である。 The problem to be solved by the present invention is that in the conventional fuel cell, the outer dimension in the module stacking direction of the fuel cell stack is inevitably increased in order to obtain the required electromotive force.

本発明の目的は、必要起電力を得るための、モジュール厚み方向の外形寸法を縮小できる燃料電池を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of reducing the outer dimension in the module thickness direction in order to obtain a required electromotive force.

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）外形が板状で厚み方向を有するモジュールを有し、該モジュールは複数の単位セルを前記モジュール厚み方向と直交する方向に並べて形成されており、
前記複数の単位セルの各単位セルは、電解質膜と該電解質膜の一面に形成されたアノードおよび該電解質膜の他面に形成されたカソードを含むＭＥＡと、該ＭＥＡを挟む一対のセパレータを含んでおり、
前記モジュールの前記複数の単位セルは、任意の第１の単位セルのアノードからカソードに向かう方向を、該第１の単位セルに隣接する第２の単位セルのアノードからカソードに向かう方向と逆にして、並べられている、燃料電池。（本発明の全実施例に共通、以下、単に「共通」という）
（２）前記複数の単位セルは、前記モジュール内において、単位セルの並び方向に、電気的に直列に接続されており、該直列接続においては、一つの単位セルのアノードが次の単位セルのカソードに導通しており前記一つの単位セルのカソードが次の単位セルのアノードと絶縁されている（１）記載の燃料電池。（共通）
（３）前記セパレータには、各単位セルのアノード側に燃料ガス流路が設けられると共にカソード側に酸化ガス流路が設けられており、前記ＭＥＡの同じ側において、隣接する単位セルの燃料ガス流路と酸化ガス流路とは互いに遮断されている（１）記載の燃料電池。（共通）
（４）前記セパレータには、前記ＭＥＡと反対側の面に冷媒流路が形成されている（１）記載の燃料電池。（共通）
（５）前記アノード、カソードとセパレータとの間に配置された多孔質のガス拡散層を有する（１）記載の燃料電池。（共通）
（６）前記ＭＥＡおよび前記一対のセパレータのＭＥＡ側面は、モジュールの厚み方向に凹凸する凹凸形状を有する（１）記載の燃料電池。（共通）
（７）前記単位セルの前記ＭＥＡはＬ字状断面を有する（１）記載の燃料電池。（共通）
（８）前記セパレータのＭＥＡ側面の、各凹凸に沿って、断面Ｌ字状の、燃料ガス流路と酸化ガス流路が形成されている（６）記載の燃料電池。（共通）
（９）前記モジュールの単位セル並び方向の一端部の単位セルのアノードと単位セル並び方向の他端部の単位セルのカソードとは外部回路を介して接続している（１）記載の燃料電池。（共通）
（１０）前記モジュールが、複数、モジュールの厚み方向に重ねられてスタックを構成しており、複数の前記モジュール同士は電気的に並列に接続されている（１）記載の燃料電池。（共通）
（１１）前記セパレータが電気絶縁材からなり、
前記モジュール内における複数の単位セルの直列接続においては、一つの単位セルのアノードが次の単位セルのカソードに導電性／ガス不透性部材により導通しており、前記一つの単位セルのカソードが次の単位セルのアノードと絶縁性／ガス不透性部材により電気絶縁かつガス遮断されている請求項２記載の燃料電池。（本発明の実施例１−セル構造の案１）
（１２）前記セパレータが電気絶縁材からなり、
前記モジュール内における複数の単位セルの直列接続においては、一つの単位セルのアノード、カソードが次の単位セルのカソード、アノードと絶縁性／ガス不透性部材により電気絶縁かつガス遮断されており、
前記一つの単位セルのアノードと次の単位セルのカソードとは、ガス流路および該ガス流路に設けたリブの表面に導電性物質のメッキを施すことにより、互いに導通されている（２）記載の燃料電池。（本発明の実施例２−セル構造の案２）
（１３）前記セパレータが導電性材からなり、
前記モジュール内における複数の単位セルの直列接続においては、一つの単位セルのアノード、カソードが次の単位セルのカソード、アノードと絶縁性／ガス不透性部材により電気絶縁かつガス遮断されており、
前記一つの単位セルのアノードと次の単位セルのカソードとは、前記導電性材からなる前記セパレータにより、互いに導通されている（２）記載の燃料電池。（本発明の実施例３−セル構造の案３）
（１４）各前記酸化ガス流路は単位セル並び方向と直交する方向に延びる断面Ｌ字状流路からなり、各前記酸化ガス流路は、該酸化ガス流路の一端で単位セル並び方向に延びる入側の酸化ガスマニホールドに連通しており、該酸化ガス流路の他端で単位セル並び方向に延びる出側の酸化ガスマニホールドに連通している（３）記載の燃料電池。（本発明の実施例４−酸化ガス流路）
（１５）各前記燃料ガス流路は単位セル並び方向と直交する方向に延びる断面Ｌ字状流路からなり、各前記燃料ガス流路のガス入側端は、単位セル並び方向と直交する方向のモジュール端面に開口しており、単位セル並び方向と直交する方向のモジュール端面に一括燃料ガスマニホールドを構成するケーシングを取付け、各前記燃料ガス流路の一端を前記一括燃料ガスマニホールドに連通させた（３）記載の燃料電池。（本発明の実施例５−燃料ガス流路の案１）
（１６）各前記燃料ガス流路は単位セル並び方向と直交する方向に延びてる断面Ｌ字状流路からなり、セパレータの凹凸の各凸部に単位セルの並び方向と直交する方向に延びる燃料ガス貫通孔を設け、該燃料ガス貫通孔と前記断面Ｌ字状流路とを連通孔によって連通させ、
各前記燃料ガス貫通孔のガス入口端は、単位セル並び方向と直交する方向のモジュールの一端面に開口しており、前記モジュール一端面に、各燃料ガス貫通孔に合う孔を開けたガス入側の燃料ガスマニホールドを構成する入側ボックスを取付け、各燃料ガス貫通孔の一端を前記ガス入側の燃料ガスマニホールドに連通させ、
各前記燃料ガス貫通孔のガス出口端は、単位セル並び方向と直交する方向のモジュールの他端面に開口しており、前記モジュール他端面に、各燃料ガス貫通孔に合う孔を開けたガス出側の燃料ガスマニホールドを構成する出側ボックスを取付け、各燃料ガス貫通孔の他端を前記ガス出側の燃料ガスマニホールドに連通させた、（３）記載の燃料電池。（本発明の実施例６−燃料ガス流路の案２）
（１７）平板状の前記モジュールの一対のセパレータの、ＭＥＡと反対側の面に、単位セル並び方向と直交する方向に延びる複数の溝を形成して、該溝を前記冷媒流路とし、前記モジュールの、単位セル並び方向と直交する方向の両端に、単位セル並び方向に延びる冷媒マニホールドを設けて、前記冷媒流路を前記冷媒マニホールドに連通させ、
前記モジュールの、単位セル並び方向の２つの端部のうち、酸化ガスが供給、排出されない側の端部にて、前記冷媒マニホールドに冷媒を供給、排出するようにした、（４）記載の燃料電池。（本発明の実施例７−冷媒流路）
（１８）燃料電池の必要出力電圧がＮボルトである場合に、前記モジュールにＮ個の単位セルを並べ、かつ、前記モジュールを、燃料電池の必要電流量を得るに必要な個数以上、積層して、該積層したモジュールを互いに並列に接続した（１０）記載の燃料電池。（本発明の実施例８−スタック構造）
（１９）前記積層したモジュールの並列回路の各分岐回路に電圧管理センサを設けるとともに、各モジュールの燃料ガスマニホールドへの燃料ガスの供給を遮断することが可能な遮断弁を設置した（１８）記載の燃料電池。（本発明の実施例９−スタック構造における不良モジュールの感知と切り離し） The present invention for achieving the above object is as follows.
(1) It has a module having a plate-like outer shape and a thickness direction, and the module is formed by arranging a plurality of unit cells in a direction orthogonal to the module thickness direction,
Each unit cell of the plurality of unit cells includes an electrolyte membrane, an MEA including an anode formed on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode formed on the other surface of the electrolyte membrane, and a pair of separators sandwiching the MEA. And
The plurality of unit cells of the module have the direction from the anode to the cathode of any first unit cell opposite to the direction from the anode of the second unit cell adjacent to the first unit cell to the cathode. The fuel cells are lined up. (Common to all embodiments of the present invention, hereinafter simply referred to as “common”)
(2) The plurality of unit cells are electrically connected in series in the module in the arrangement direction of the unit cells. In the series connection, the anode of one unit cell is the next unit cell. The fuel cell according to (1), wherein the fuel cell is electrically connected to a cathode and the cathode of the one unit cell is insulated from the anode of the next unit cell. (Common)
(3) The separator is provided with a fuel gas channel on the anode side of each unit cell and an oxidant gas channel on the cathode side, and on the same side of the MEA, the fuel gas of the adjacent unit cell The fuel cell according to (1), wherein the flow path and the oxidizing gas flow path are blocked from each other. (Common)
(4) The fuel cell according to (1), wherein the separator is formed with a coolant channel on a surface opposite to the MEA. (Common)
(5) The fuel cell according to (1), further comprising a porous gas diffusion layer disposed between the anode, the cathode and the separator. (Common)
(6) The fuel cell according to (1), wherein the MEA and the MEA side surfaces of the pair of separators have an uneven shape that is uneven in the thickness direction of the module. (Common)
(7) The fuel cell according to (1), wherein the MEA of the unit cell has an L-shaped cross section. (Common)
(8) The fuel cell according to (6), wherein a fuel gas flow path and an oxidizing gas flow path having an L-shaped cross section are formed along each unevenness on the MEA side surface of the separator. (Common)
(9) The fuel cell according to (1), wherein an anode of a unit cell at one end in the unit cell arrangement direction of the module and a cathode of a unit cell at the other end in the unit cell arrangement direction are connected via an external circuit. . (Common)
(10) The fuel cell according to (1), wherein a plurality of the modules are stacked in the thickness direction of the modules to form a stack, and the plurality of modules are electrically connected in parallel. (Common)
(11) The separator is made of an electrical insulating material,
In the series connection of a plurality of unit cells in the module, the anode of one unit cell is electrically connected to the cathode of the next unit cell by a conductive / gas impermeable member, and the cathode of the one unit cell is 3. The fuel cell according to claim 2, wherein the next unit cell is electrically insulated and gas-insulated by an insulating / gas-impermeable member. (Embodiment 1 of the present invention-cell structure plan 1)
(12) The separator is made of an electrical insulating material,
In the series connection of a plurality of unit cells in the module, the anode and cathode of one unit cell are electrically insulated and gas-insulated by the cathode and anode of the next unit cell and an insulating / gas-impermeable member,
The anode of the one unit cell and the cathode of the next unit cell are electrically connected to each other by plating the surface of the gas flow path and the rib provided in the gas flow path (2). The fuel cell as described. (Example 2 of the present invention-cell structure plan 2)
(13) The separator is made of a conductive material,
In the series connection of a plurality of unit cells in the module, the anode and cathode of one unit cell are electrically insulated and gas-insulated by the cathode and anode of the next unit cell and an insulating / gas-impermeable member,
The fuel cell according to (2), wherein the anode of the one unit cell and the cathode of the next unit cell are electrically connected to each other by the separator made of the conductive material. (Embodiment 3 of the present invention-cell structure plan 3)
(14) Each of the oxidizing gas flow paths is formed of an L-shaped cross section extending in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and each of the oxidizing gas flow paths is arranged in the unit cell arrangement direction at one end of the oxidizing gas flow path. The fuel cell according to (3), wherein the fuel cell is in communication with an extending inlet side oxidizing gas manifold, and is in communication with an outlet side oxidizing gas manifold extending in the unit cell arrangement direction at the other end of the oxidizing gas channel. (Embodiment 4 of the present invention-oxidizing gas flow path)
(15) Each of the fuel gas flow paths includes a L-shaped cross section extending in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and a gas inlet side end of each of the fuel gas flow paths is a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction. The casing constituting the collective fuel gas manifold is attached to the module end face in the direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and one end of each fuel gas passage is communicated with the collective fuel gas manifold. (3) The fuel cell as described. (Embodiment 5 of the present invention-plan 1 of fuel gas flow path)
(16) Each of the fuel gas flow paths includes a L-shaped cross section extending in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and fuel extending in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction on each convex portion of the separator. A gas through hole is provided, and the fuel gas through hole and the cross-sectional L-shaped channel are communicated with each other by a communication hole;
A gas inlet end of each of the fuel gas through holes is opened at one end surface of the module in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and a gas inlet having a hole that matches each fuel gas through hole is formed in the one end surface of the module. An inlet box constituting the fuel gas manifold on the side is attached, and one end of each fuel gas through hole is communicated with the fuel gas manifold on the gas inlet side,
The gas outlet end of each of the fuel gas through holes is open to the other end face of the module in a direction perpendicular to the unit cell arrangement direction, and the gas outlet end is provided with a hole that matches the fuel gas through hole on the other end face of the module. The fuel cell according to (3), wherein an outlet box constituting the fuel gas manifold on the side is attached, and the other end of each fuel gas through hole is communicated with the fuel gas manifold on the gas outlet side. (Embodiment 6 of the present invention-plan 2 of fuel gas flow path)
(17) A plurality of grooves extending in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction is formed on the surface of the pair of separators of the flat plate-like module opposite to the MEA, and the grooves serve as the refrigerant flow path. A refrigerant manifold extending in the unit cell arrangement direction is provided at both ends of the module in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and the refrigerant flow path is communicated with the refrigerant manifold,
The fuel according to (4), wherein the refrigerant is supplied to and discharged from the refrigerant manifold at an end of the module in the unit cell arrangement direction on the side where the oxidizing gas is not supplied or discharged. battery. (Example 7 of the present invention-refrigerant flow path)
(18) When the required output voltage of the fuel cell is N volts, N unit cells are arranged in the module, and more than the number of modules necessary for obtaining the required amount of fuel cell are stacked. The fuel cell according to (10), wherein the stacked modules are connected in parallel to each other. (Embodiment 8 of the present invention-stack structure)
(19) A voltage management sensor is provided in each branch circuit of the parallel circuit of the stacked modules, and a shut-off valve capable of shutting off the supply of fuel gas to the fuel gas manifold of each module is installed. Fuel cell. (Embodiment 9 of the present invention-detection and separation of defective modules in a stack structure)

上記（１）〜（１０）の何れかの燃料電池によれば、複数の単位セルをアノード、カソードを交互に逆にして板状に並べたモジュールを有するので、従来の単位セルモジュールに比べて、１モジュールで該モジュールが含む単位セル数倍の起電圧を得ることができ、必要起電力を得るためのモジュール厚み方向の燃料電池外形寸法を小さくすることができる。
上記（６）〜（８）の何れか燃料電池によれば、ＭＥＡおよび一対のセパレータのＭＥＡ側面は、モジュールの厚み方向に凹凸する凹凸形状を有するので、平板状ＭＥＡをもつ従来燃料電池に比べて、平板状モジュール単位面積あたりの電極面積と電流量を増大でき、体格の小さい燃料電池スタックを得ることができる。
上記（１０）の燃料電池によれば、モジュールが、複数、モジュールの厚み方向に重ねられてスタックを構成し、複数のモジュール同士は電気的に並列に接続されているので、燃料電池の必要電流量を容易に得ることができる。必要電流量を得るのに必要なモジュール積層数は、従来のモジュール積層数に比べて少なく、必要起電力でかつ必要電流量を得るためのモジュール厚み方向の燃料電池外形寸法を小さくすることができる。
上記（１１）〜（１９）の燃料電池は、本発明の各実施例に特有な構造である。 According to the fuel cell of any one of the above (1) to (10), since it has a module in which a plurality of unit cells are arranged in a plate shape with anodes and cathodes alternately reversed, compared with a conventional unit cell module One module can obtain an electromotive voltage that is several times the number of unit cells included in the module, and the outer dimensions of the fuel cell in the module thickness direction for obtaining the required electromotive force can be reduced.
According to any one of the above (6) to (8), since the MEA and the MEA side surfaces of the pair of separators have an uneven shape that is uneven in the thickness direction of the module, compared to a conventional fuel cell having a planar MEA. Thus, the electrode area and the amount of current per flat module unit area can be increased, and a fuel cell stack with a small physique can be obtained.
According to the fuel cell of (10) above, a plurality of modules are stacked in the thickness direction of the modules to form a stack, and the plurality of modules are electrically connected in parallel. The quantity can be easily obtained. The number of module stacks required to obtain the required amount of current is smaller than the number of conventional module stacks, and the outer dimensions of the fuel cell in the module thickness direction can be reduced in order to obtain the required electromotive force and the required amount of current. .
The fuel cells of the above (11) to (19) have a structure unique to each embodiment of the present invention.

以下に、本発明の燃料電池を、図１〜図１９を参照して説明する。
図１、図２は本発明の実施例１を示し、
図３は本発明の実施例２を示し、
図４は本発明の実施例３を示し、
図５、図６は本発明の実施例４を示し、
図７〜図１０は本発明の実施例５を示し、
図１１は本発明の実施例６を示し、
図１２、図１３は本発明の実施例７を示し、
図１４〜図１８は本発明の実施例８を示し、
図１９は本発明の実施例９を示す。
本発明の全実施例に共通な部分には、本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。 Below, the fuel cell of this invention is demonstrated with reference to FIGS.
1 and 2 show Embodiment 1 of the present invention,
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention,
FIG. 4 shows Embodiment 3 of the present invention,
5 and 6 show a fourth embodiment of the present invention,
FIGS. 7-10 shows Example 5 of this invention,
FIG. 11 shows Embodiment 6 of the present invention,
12 and 13 show a seventh embodiment of the present invention.
FIGS. 14-18 shows Example 8 of this invention,
FIG. 19 shows Embodiment 9 of the present invention.
Portions common to all the embodiments of the present invention are denoted by the same reference numerals throughout all the embodiments of the present invention.

まず、本発明の全実施例にわたって共通な部分を、図１、図２、図１４を参照して説明する。
本発明の燃料料電池は、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池１である。該燃料電池１は、燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。 First, parts common to all the embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 14.
The fuel cell of the present invention is, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell 1. The fuel cell 1 is mounted on a fuel cell vehicle. However, it may be used other than an automobile.

本発明の燃料電池１は、複数の単位セル３をアノード５、カソード６を交互に逆にして板状（平板状）に並べたモジュール２を有する。すなわち、単位セル３の並び方向に、モジュール２の一面側に、アノード５、カソード６が交互に表れ、モジュール２の他面側に、一面側のアノード５、カソード６の対向極であるカソード６、アノード５が交互に表れる。
各単位セル３は、電解質膜４と該電解質膜４を挟むアノード（燃料極触媒層）５およびカソード（空気極触媒層）６を含むＭＥＡ（膜−電極アッセンブリー）７と、該ＭＥＡ７を挟む一対のセパレータ８を含んでいる。 The fuel cell 1 of the present invention has a module 2 in which a plurality of unit cells 3 are arranged in a plate shape (flat plate shape) with anodes 5 and cathodes 6 alternately reversed. That is, the anodes 5 and the cathodes 6 alternately appear on the one surface side of the module 2 in the arrangement direction of the unit cells 3, and the cathode 6 that is the opposite electrode of the one surface side anode 5 and the cathode 6 on the other surface side of the module 2. The anodes 5 appear alternately.
Each unit cell 3 includes an electrolyte membrane 4, an MEA (membrane-electrode assembly) 7 including an anode (fuel electrode catalyst layer) 5 and a cathode (air electrode catalyst layer) 6 sandwiching the electrolyte membrane 4, and a pair sandwiching the MEA 7. The separator 8 is included.

アノード５、カソード６とセパレータ８との間には、多孔質のガス拡散層９、１０が配置されてもよい。拡散層９はアノード５と接触する拡散層であり、拡散層１０はカソード６と接触する拡散層である。ただし、拡散層９、１０は省略されてもよい。 Porous gas diffusion layers 9 and 10 may be disposed between the anode 5 and the cathode 6 and the separator 8. The diffusion layer 9 is a diffusion layer in contact with the anode 5, and the diffusion layer 10 is a diffusion layer in contact with the cathode 6. However, the diffusion layers 9 and 10 may be omitted.

複数の単位セル３は、平板状のモジュール２内において、単位セル３の並び方向に、電気的に直列に接続されている。この直列接続においては、一つの単位セル３のアノード５（拡散層９が設けられる場合は、アノード触媒層５＋アノード拡散層９、以下、同じ）が次の単位セル３のカソード６（拡散層１０が設けられる場合は、カソード触媒層６＋カソード拡散層１０、以下、同じ）に導電性／ガス不透性部材１４を介して導通しており、一つの単位セル３のカソード６が次の単位セル３のアノード５と絶縁性／ガス不透性部材１５により電気的に絶縁されている。単位セル３の並び方向に、単位セル３に番号ｉを付すと、ｉ番目の単位セル３のアノード５が（ｉ＋１）番目の単位セル３のカソード６と導通しており、ｉ番目の単位セル３のカソード５が（ｉ＋１）番目の単位セル３のアノード５と絶縁されている。ｉ番目の単位セル３のカソード５は（ｉ−１）番目の単位セル３のアノード５と導通している。 The plurality of unit cells 3 are electrically connected in series in the arrangement direction of the unit cells 3 in the flat module 2. In this series connection, the anode 5 of one unit cell 3 (when the diffusion layer 9 is provided, the anode catalyst layer 5 + the anode diffusion layer 9, hereinafter the same) is the cathode 6 (diffusion layer 10) of the next unit cell 3. , The cathode catalyst layer 6 + the cathode diffusion layer 10, the same applies hereinafter) through the conductive / gas impermeable member 14, and the cathode 6 of one unit cell 3 is connected to the next unit cell. 3 is electrically insulated from the anode 5 by an insulating / gas-impermeable member 15. When the number i is given to the unit cell 3 in the arrangement direction of the unit cells 3, the anode 5 of the i-th unit cell 3 is electrically connected to the cathode 6 of the (i + 1) th unit cell 3, and the i-th unit cell 3 The third cathode 5 is insulated from the anode 5 of the (i + 1) th unit cell 3. The cathode 5 of the i-th unit cell 3 is electrically connected to the anode 5 of the (i−1) -th unit cell 3.

セパレータ８には、各単位セル３のアノード５側にアノード５に燃料ガス（水素）を供給する燃料ガス流路１１が設けられると共に、各単位セル３のカソード６側にカソード６に酸化ガス（空気）を供給する酸化ガス流路１２が設けられている。ＭＥＡ７の同じ側において、単位セル３の並び方向に、隣接する単位セル３の燃料ガス流路１１と酸化ガス流路１２とが交互に表れる。ＭＥＡ７の同じ側において、隣接する単位セル３の燃料ガス流路１１と酸化ガス流路１２とは互いに遮断されている。
各単位セル３の、アノード５側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜４中を同じ単位セル３のカソード６側に移動し、カソード６側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りの単位セルのアノードで生成した電子が導電性／ガス不透性部材１４を通してくる、または単位セル並び方向一端の単位セルのアノードで生成した電子が外部回路１６を通して単位セル並び方向他端のセルのカソードにくる）から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
カソード側：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ
セパレータ１８には、ＭＥＡ７と反対側の面に冷媒流路１３が形成されている。冷媒流路１３には冷媒（冷却水）が流れて、燃料電池１を冷却する。 The separator 8 is provided with a fuel gas flow path 11 for supplying fuel gas (hydrogen) to the anode 5 on the anode 5 side of each unit cell 3, and an oxidizing gas (on the cathode 6 on the cathode 6 side of each unit cell 3). An oxidizing gas passage 12 for supplying air) is provided. On the same side of the MEA 7, the fuel gas flow paths 11 and the oxidizing gas flow paths 12 of the adjacent unit cells 3 appear alternately in the arrangement direction of the unit cells 3. On the same side of the MEA 7, the fuel gas channel 11 and the oxidizing gas channel 12 of the adjacent unit cells 3 are blocked from each other.
On the anode 5 side of each unit cell 3, an ionization reaction is performed in which hydrogen is converted into hydrogen ions (protons) and electrons, and the hydrogen ions move through the electrolyte membrane 4 to the cathode 6 side of the same unit cell 3. On the side, oxygen, hydrogen ions, and electrons (electrons generated at the anode of the adjacent unit cell pass through the conductive / gas impermeable member 14, or electrons generated at the anode of the unit cell at one end in the unit cell arrangement direction are external circuits. 16 to come to the cathode of the cell at the other end in the unit cell arrangement direction), water is generated, and power generation is thus performed.
Anode side: H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻
Cathode side: 2H ⁺ + 2e ⁻ + (1/2) O ₂ → H ₂ O
In the separator 18, a coolant channel 13 is formed on the surface opposite to the MEA 7. A refrigerant (cooling water) flows through the refrigerant flow path 13 to cool the fuel cell 1.

従来の燃料電池では単位セルはモジュール厚み方向に積層されてモジュール積層方向に電気的に直列接続されるが、本発明の燃料電池１では、単位セル３はモジュール２の面内方向に並べられ、モジュール２の面内方向に電気的に直列接続される。
単位セルの起電圧が約１Ｖ（Ｖはボルト）であるから、従来の燃料電池ではＮＶの起電圧を得るためにはモジュールをモジュール厚み方向にＮ枚積層する必要があるが、本発明の燃料電池１では、たとえば、１つのモジュール２にＮ個の単位セル３をモジュール面内方向に並べておけば１つのモジュール２でＮＶを出すことができる。
しかし、単位セル３の並び方向の、各単位セル３の寸法が、従来の燃料電池に比べて縮小している分、各単位セル３の電極面積が低減する。燃料電池１として必要電極面積（したがって、必要電流量）を確保するためには、（イ）各単位セル３の電極面を凹凸させて電極面積を増大する、（ロ）多セルモジュール２をモジュール厚み方向に積層して各モジュールを並列に接続する、（ハ）イ、ロを共用する、等が有効である。 In the conventional fuel cell, the unit cells are stacked in the module thickness direction and electrically connected in series in the module stacking direction. However, in the fuel cell 1 of the present invention, the unit cells 3 are arranged in the in-plane direction of the module 2, The modules 2 are electrically connected in series in the in-plane direction.
Since the unit cell has an electromotive voltage of about 1 V (V is volt), in order to obtain an NV electromotive voltage in a conventional fuel cell, N modules must be stacked in the module thickness direction. In the battery 1, for example, if N unit cells 3 are arranged in one module 2 in the in-plane direction of the module, one module 2 can output NV.
However, since the dimensions of the unit cells 3 in the arrangement direction of the unit cells 3 are smaller than those of the conventional fuel cell, the electrode area of each unit cell 3 is reduced. In order to ensure the necessary electrode area (and hence the required current amount) as the fuel cell 1, (a) the electrode surface of each unit cell 3 is made uneven to increase the electrode area. (B) the multi-cell module 2 is a module It is effective to stack the modules in the thickness direction and connect the modules in parallel.

上記（イ）の場合、ＭＥＡ７および一対のセパレータ８のＭＥＡ側面が、モジュール２の厚み方向に凹凸する凹凸形状を有する。
単位セル３は板状の第１の領域３ａと、その第１の領域の一端において直交方向に連なる板状の第２の領域３ｂを有する。すなわち、ＭＥＡ７はその断面がＬ字状の机上とされている。
また、セパレータ８のＭＥＡ側面には、各凹凸の凸部（山）、凹部（谷）の表面に沿って、断面Ｌ字状の、燃料ガス流路１１と酸化ガス流路１２が形成されている。この断面Ｌ字状流路１１、１２にはリブ１７が形成されており、リブ１７の頂面で拡散層９、１０と接触し、かつ、拡散層９、１０を押さえるようにしてもよい。 In the case of (a) above, the MEA side surfaces of the MEA 7 and the pair of separators 8 have an uneven shape that is uneven in the thickness direction of the module 2.
The unit cell 3 has a plate-like first region 3a and a plate-like second region 3b continuous in the orthogonal direction at one end of the first region. That is, the MEA 7 is a desktop having an L-shaped cross section.
Further, on the MEA side surface of the separator 8, a fuel gas channel 11 and an oxidant gas channel 12 having an L-shaped cross section are formed along the surface of each convex and concave portion (mountain) and concave portion (valley). Yes. Ribs 17 are formed in the L-shaped flow passages 11 and 12, and the top surfaces of the ribs 17 may contact the diffusion layers 9 and 10 and hold the diffusion layers 9 and 10.

上記（ロ）の場合、モジュール２が、複数、モジュールの厚み方向に重ねられてスタック１８を構成しており、複数のモジュール２同士は電気的に並列に接続されている。各モジュール２の一端のアノード５にはアノードターミナル１９が導通され、各アノードターミナル１９からの分岐回路は一つの回路に集合されて、外部負荷２１に接続された外部回路１６に接続される。各モジュール２の他端のカソード６にはカソードターミナル２０が導通され、各カソードターミナル２０からの分岐回路は一つの回路に集合されて、外部負荷２１に接続された外部回路１６に接続される。かくして、各モジュール２では、モジュールの単位セル並び方向の一端部の単位セル２のアノード５と単位セル並び方向の他端部の単位セル３のカソード６とは外部回路１６を介して接続している。 In the case of (b) above, a plurality of modules 2 are stacked in the thickness direction of the modules to form a stack 18, and the plurality of modules 2 are electrically connected in parallel. An anode terminal 19 is electrically connected to the anode 5 at one end of each module 2, and branch circuits from each anode terminal 19 are assembled into one circuit and connected to an external circuit 16 connected to an external load 21. A cathode terminal 20 is electrically connected to the cathode 6 at the other end of each module 2, and branch circuits from each cathode terminal 20 are assembled into one circuit and connected to an external circuit 16 connected to an external load 21. Thus, in each module 2, the anode 5 of the unit cell 2 at one end in the unit cell arrangement direction of the module and the cathode 6 of the unit cell 3 at the other end in the unit cell arrangement direction are connected via the external circuit 16. Yes.

本発明の全実施例に共通する部分の作用・効果について説明する。
本発明の燃料電池１は、複数の単位セル３を、アノード５、カソード６を交互に逆にして、板状に並べたモジュール２を有するので、従来の単位セルモジュールに比べて、１モジュール２で該モジュールが含む単位セル数倍の起電圧を得ることができ、必要起電力を得るためのモジュール厚み方向の燃料電池１の外形寸法を小さくすることができる。 Operations and effects of portions common to all the embodiments of the present invention will be described.
Since the fuel cell 1 of the present invention has a module 2 in which a plurality of unit cells 3 are arranged in a plate shape with anodes 5 and cathodes 6 alternately reversed, one module 2 compared to a conventional unit cell module. Thus, it is possible to obtain an electromotive voltage that is several times the number of unit cells included in the module, and to reduce the external dimensions of the fuel cell 1 in the module thickness direction for obtaining the required electromotive force.

また、ＭＥＡ７および一対のセパレータ８のＭＥＡ側面は、モジュール２の厚み方向に凹凸する凹凸形状を有するので、平板状ＭＥＡをもつ従来燃料電池に比べて、平板状モジュール単位面積あたりの電極面積と電流量を増大でき、体格の小さい燃料電池スタック１８を得ることができる。 Further, since the MEA side surfaces of the MEA 7 and the pair of separators 8 have an uneven shape that is uneven in the thickness direction of the module 2, the electrode area and current per unit area of the flat plate module compared to a conventional fuel cell having a flat plate MEA. The amount can be increased, and the fuel cell stack 18 having a small physique can be obtained.

また、モジュール２が、複数、モジュール２の厚み方向に重ねられてスタック１８を構成し、複数のモジュール同士は電気的に並列に接続されるので、燃料電池の必要電流量を容易に得ることができる。必要電流量を得るのに必要なモジュール積層数は、従来のモジュール積層数に比べて少なく、必要起電力でかつ必要電流量を得るためのモジュール厚み方向の燃料電池スタック１８の外形寸法を小さくすることができる。 In addition, since a plurality of modules 2 are stacked in the thickness direction of the modules 2 to form a stack 18 and the plurality of modules are electrically connected in parallel, the required current amount of the fuel cell can be easily obtained. it can. The number of module stacks required to obtain the required amount of current is smaller than the number of conventional module stacks, and the external dimensions of the fuel cell stack 18 in the module thickness direction for obtaining the required current and the required electromotive force are reduced. be able to.

つぎに、本発明の各実施例に特有な部分を説明する。
〔実施例１〕本発明の実施例１は、セル構造、とくに、セル間の電気の流れとガスシール構造の案１に係るものである。
本発明の実施例１では、図１、図２に示すように、凹凸面をもつセパレータ８が、電気絶縁材、たとえば樹脂、からなる。
モジュール２内における複数の単位セル３の直列接続においては、一つの単位セル３のアノード５が次の単位セル３のカソード６に導電性／ガス不透性部材（導電性ペースト等）１４により導通しかつガス遮断されており、一つの単位セル３のカソード６が次の単位セル３のアノード５と絶縁性／ガス不透性部材（接着剤／樹脂ペースト等）１５により電気絶縁かつガス遮断されている。
導電性／ガス不透性部材１４を設けたことにより、隣接するカソード６への導電性が確保され、かつ、燃料ガスと酸化ガスの混合が防止される。
また、絶縁性／ガス不透性部材１５を設けたことにより、隣接する単位セル３において電子の逆流（図２では電子の右から左への流れ）が防止され、かつ、燃料ガスと酸化ガスの混合が防止される。 Next, parts specific to each embodiment of the present invention will be described.
[Embodiment 1] Embodiment 1 of the present invention relates to a cell structure, in particular, an electric flow between cells and a plan 1 of a gas seal structure.
In the first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, the separator 8 having an uneven surface is made of an electrical insulating material such as a resin.
In the series connection of a plurality of unit cells 3 in the module 2, the anode 5 of one unit cell 3 is electrically connected to the cathode 6 of the next unit cell 3 by a conductive / gas impermeable member (conductive paste or the like) 14. The cathode 6 of one unit cell 3 is electrically insulated and gas-blocked by the anode 5 of the next unit cell 3 and an insulating / gas-impermeable member (adhesive / resin paste, etc.) 15. ing.
By providing the conductive / gas impermeable member 14, the conductivity to the adjacent cathode 6 is ensured, and the mixing of the fuel gas and the oxidizing gas is prevented.
Further, by providing the insulating / gas-impermeable member 15, the backflow of electrons in the adjacent unit cell 3 (flow of electrons from right to left in FIG. 2) is prevented, and the fuel gas and the oxidizing gas Is prevented from mixing.

〔実施例２〕本発明の実施例２は、セル構造、とくに、セル間の電気の流れとガスシール構造の案２に係るものである。
本発明の実施例２では、図３に示すように、セパレータ８が電気絶縁材、たとえば樹脂、からなる。
モジュール２内における複数の単位セル３の直列接続においては、一つの単位セル３のアノード５、カソード６が次の単位セル３のカソード６、アノード５と絶縁性／ガス不透性部材１５により電気絶縁かつガス遮断されている。絶縁性／ガス不透性部材１５は図３に示すように、断面が平板状のものでも、断面が矩形状のものでもよい。
一つの単位セル３のアノード５と次の単位セル３のカソード６とは、ガス流路１１、１２および該ガス流路１１、１２に設けたリブ１７の表面に導電性物質のメッキ２２、たとえばＡｕメッキ層、を施すことにより、互いに導通されている。
絶縁性／ガス不透性部材１５を設けたことにより、隣接する単位セル３において電子の逆流（図３では電子の右から左への流れ）が防止され、かつ、燃料ガスと酸化ガスの混合が防止される。 [Embodiment 2] Embodiment 2 of the present invention relates to a cell structure, in particular, an electric flow between cells and a plan 2 of a gas seal structure.
In Example 2 of the present invention, as shown in FIG. 3, the separator 8 is made of an electrical insulating material, for example, a resin.
In the series connection of a plurality of unit cells 3 in the module 2, the anode 5 and cathode 6 of one unit cell 3 are electrically connected by the cathode 6 and anode 5 of the next unit cell 3 and the insulating / gas-impermeable member 15. Insulated and gas shut off. As shown in FIG. 3, the insulating / gas impermeable member 15 may have a flat cross section or a rectangular cross section.
The anode 5 of one unit cell 3 and the cathode 6 of the next unit cell 3 are formed of a gas flow path 11, 12 and a conductive material plating 22 on the surface of a rib 17 provided in the gas flow path 11, 12, for example, By applying the Au plating layer, they are electrically connected to each other.
By providing the insulating / gas-impermeable member 15, the backflow of electrons in the adjacent unit cell 3 (in FIG. 3, the flow of electrons from right to left) is prevented, and the fuel gas and the oxidizing gas are mixed. Is prevented.

〔実施例３〕本発明の実施例３は、セル構造、とくに、セル間の電気の流れとガスシール構造の案３に係るものである。
本発明の実施例３では、図４に示すように、セパレータ８が導電性材、たとえばカーボン、からなる。
モジュール２内における複数の単位セル３の直列接続においては、一つの単位セル３のアノード５、カソード６が次の単位セル３のカソード６、アノード５と絶縁性／ガス不透性部材１５により電気絶縁かつガス遮断されている。
一つの単位セル３のアノード５と次の単位セル３のカソード６とは、導電性材からなるセパレータ８により、互いに導通されている。
絶縁性／ガス不透性部材１５を設けたことにより、隣接する単位セル３において電子の逆流（図４では電子の右から左への流れ）が防止され、かつ、燃料ガスと酸化ガスの混合が防止される。 [Embodiment 3] Embodiment 3 of the present invention relates to a cell structure, in particular, an electric flow between cells and a plan 3 of a gas seal structure.
In Example 3 of the present invention, as shown in FIG. 4, the separator 8 is made of a conductive material such as carbon.
In the series connection of a plurality of unit cells 3 in the module 2, the anode 5 and cathode 6 of one unit cell 3 are electrically connected by the cathode 6 and anode 5 of the next unit cell 3 and the insulating / gas-impermeable member 15. Insulated and gas shut off.
The anode 5 of one unit cell 3 and the cathode 6 of the next unit cell 3 are electrically connected to each other by a separator 8 made of a conductive material.
By providing the insulating / gas-impermeable member 15, the backflow of electrons in the adjacent unit cell 3 (in FIG. 4, the flow of electrons from right to left) is prevented, and the fuel gas and the oxidizing gas are mixed. Is prevented.

〔実施例４〕本発明の実施例４は、ガス流路、とくに、酸化ガス流路１２とそれへの酸化ガスの供給、排出マニホールド構造に係るものである。
本発明の実施例４では、図５、図６に示すように、各酸化ガス流路１２は単位セル並び方向と直交する方向に延びてる断面Ｌ字状流路からなる。各酸化ガス流路１２は、酸化ガス流路１２の一端で単位セル並び方向に延びる入側の酸化ガスマニホールド２３に連通しており、酸化ガス流路１２の他端で単位セル並び方向に延びる出側の酸化ガスマニホールド２４に連通している。モジュール側面の上下２ケ所から、断面Ｌ字状流路１２に直交する流路を設け、一端の流路を入側の酸化ガスマニホールド２３とし、他端の流路を出側の酸化ガスマニホールド２４としている。
入側の酸化ガスマニホールド２３から供給された空気は、断面Ｌ字状流路１２を経て各セル３のカソード６に供給され、出側の酸化ガスマニホールド２４にて合流し排出される。断面Ｌ字状流路１２にはリブ１７が存在する。リブ１７は断面Ｌ字状流路１２の一端から他端までにわたって連続して延びている。 [Embodiment 4] Embodiment 4 of the present invention relates to a gas flow path, in particular, an oxidizing gas flow path 12 and supply of oxidizing gas thereto, and a discharge manifold structure.
In Example 4 of the present invention, as shown in FIGS. 5 and 6, each oxidizing gas flow channel 12 is composed of a cross-sectional L-shaped flow channel extending in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction. Each oxidizing gas channel 12 communicates with an inlet side oxidizing gas manifold 23 extending in the unit cell arrangement direction at one end of the oxidizing gas channel 12 and extends in the unit cell arrangement direction at the other end of the oxidizing gas channel 12. It communicates with the oxidant gas manifold 24 on the outlet side. A flow path perpendicular to the L-shaped flow path 12 is provided at two locations on the side of the module, and one end of the flow path is used as the inlet side oxidizing gas manifold 23 and the other end of the flow path is set as the outlet side oxidizing gas manifold 24. It is said.
The air supplied from the inlet side oxidant gas manifold 23 is supplied to the cathode 6 of each cell 3 through the L-shaped flow passage 12, and is merged and discharged by the outlet side oxidant gas manifold 24. Ribs 17 are present in the L-shaped flow passage 12. The rib 17 continuously extends from one end of the L-shaped flow path 12 to the other end.

〔実施例５〕本発明の実施例５は、ガス流路、とくに、燃料ガス流路１１とそれへの燃料ガスの供給、排出マニホールド構造の案１に係るものである。
本発明の実施例５では、図７〜図１０に示すように、各燃料ガス流路１１は単位セル並び方向と直交する方向に延びる断面Ｌ字状流路からなり、各燃料ガス流路１１のガス入側端は、単位セル並び方向と直交する方向のモジュール端面に開口しており、単位セル並び方向と直交する方向のモジュール端面に一括燃料ガスマニホールド２５を構成するケーシングを取付け、各燃料ガス流路１１の一端を一括燃料ガスマニホールド２５に連通させた構造をとっている。各燃料ガス流路１１の他端は閉塞して燃料ガスの全量を燃料ガス流路１１内で発電で消費させてもよいし、あるいは各燃料ガス流路１１の他端から流出させて一括燃料ガスマニホールド２５に循環させるようにしてもよい。
ＭＥＡ７の両端部はガスシール剤２６でシールされる。スタック化した時に燃料ガス流路１１の開口部を周りから囲みモジュール端面と一括燃料ガスマニホールド２５のケーシング間をシールするシール剤２７が設けられる。
一括燃料ガスマニホールド２５に供給された燃料ガス（水素）は、各燃料ガス流路１１に分配される。 [Embodiment 5] Embodiment 5 of the present invention relates to a gas flow path, in particular, a fuel gas flow path 11 and supply of fuel gas thereto, and a discharge manifold structure plan 1.
In the fifth embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 7 to 10, each fuel gas flow path 11 is composed of an L-shaped cross section extending in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and each fuel gas flow path 11. The gas inlet side end of the fuel cell is opened at the module end face in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and a casing constituting the collective fuel gas manifold 25 is attached to the module end face in the direction orthogonal to the unit cell arrangement direction. A structure in which one end of the gas flow path 11 is communicated with the collective fuel gas manifold 25 is employed. The other end of each fuel gas channel 11 may be closed and the entire amount of fuel gas may be consumed by power generation in the fuel gas channel 11, or it may be discharged from the other end of each fuel gas channel 11 to collect fuel. It may be circulated through the gas manifold 25.
Both ends of the MEA 7 are sealed with a gas sealant 26. A sealant 27 is provided that surrounds the opening of the fuel gas passage 11 from the periphery when the stack is formed, and seals between the module end face and the casing of the collective fuel gas manifold 25.
The fuel gas (hydrogen) supplied to the collective fuel gas manifold 25 is distributed to each fuel gas flow path 11.

〔実施例６〕本発明の実施例６は、ガス流路、とくに、燃料ガス流路１１とそれへの燃料ガスの供給、排出マニホールド構造の案２に係るものである。
本発明の実施例６では、図１１に示すように、各燃料ガス流路１１は単位セル並び方向と直交する方向に延びる断面Ｌ字状流路からなる。セパレータ８の凹凸の各凸部に単位セルの並び方向と直交する方向に延びる燃料ガス貫通孔２８が設けられており、燃料ガス貫通孔２８と断面Ｌ字状流路の燃料ガス流路１１とは連通孔２９によって連通している。
各燃料ガス貫通孔２８のガス入口端は、単位セル並び方向と直交する方向のモジュール２の一端面に開口しており、このモジュール一端面に、各燃料ガス貫通孔２８に合う孔３０を開けたガス入側の燃料ガスマニホールド３１を構成する入側ボックスが取付けられている。各燃料ガス貫通孔２８の一端はガス入側の燃料ガスマニホールド３１に連通している。
各燃料ガス貫通孔２８のガス出口端は、単位セル並び方向と直交する方向のモジュールの他端面に開口しており、このモジュール他端面に、各燃料ガス貫通孔２８に合う孔３２を開けたガス出側の燃料ガスマニホールド３３を構成する出側ボックスが取付けられている。各燃料ガス貫通孔２８の他端はガス出側の燃料ガスマニホールド３３に連通している。
ガス入側の燃料ガスマニホールド３１から供給された燃料ガスは、各燃料ガス貫通孔２８に分配され、燃料ガス貫通孔２８を通過している間に連通孔２９を通して燃料ガス流路１１に供給され、各単位セル３のアノード５に供給される。発電に消費されなかった燃料ガスは燃料ガス貫通孔２８からガス出側の燃料ガスマニホールド３３に流出し、ついでポンプで昇圧されてガス入側の燃料ガスマニホールド３１に循環する。 [Embodiment 6] Embodiment 6 of the present invention relates to the gas flow path, particularly, the fuel gas flow path 11 and the supply of the fuel gas to it, and the plan 2 of the discharge manifold structure.
In Embodiment 6 of the present invention, as shown in FIG. 11, each fuel gas flow channel 11 is composed of an L-shaped cross section extending in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction. A fuel gas through hole 28 extending in a direction perpendicular to the arrangement direction of the unit cells is provided in each convex portion of the unevenness of the separator 8, and the fuel gas through hole 28 and the fuel gas flow channel 11 having an L-shaped cross section are provided. Are communicated by a communication hole 29.
The gas inlet end of each fuel gas through-hole 28 opens to one end surface of the module 2 in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and a hole 30 that matches each fuel gas through-hole 28 is formed in this module one end surface. An inlet side box constituting the gas inlet side fuel gas manifold 31 is attached. One end of each fuel gas through hole 28 communicates with the fuel gas manifold 31 on the gas inlet side.
The gas outlet end of each fuel gas through-hole 28 opens to the other end face of the module in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and a hole 32 that matches each fuel gas through-hole 28 is formed in the other end face of the module. An outlet box constituting the gas outlet fuel gas manifold 33 is attached. The other end of each fuel gas through hole 28 communicates with a fuel gas manifold 33 on the gas outlet side.
The fuel gas supplied from the fuel gas manifold 31 on the gas inlet side is distributed to each fuel gas through hole 28 and supplied to the fuel gas flow path 11 through the communication hole 29 while passing through the fuel gas through hole 28. , And supplied to the anode 5 of each unit cell 3. The fuel gas that has not been consumed for power generation flows out from the fuel gas through hole 28 to the gas outlet side fuel gas manifold 33, and is then pressurized by a pump and circulated to the gas inlet side fuel gas manifold 31.

〔実施例７〕本発明の実施例７は、冷媒流路１３とそれへの冷媒の供給、排出マニホールド構造に係るものである。
本発明の実施例７では、図１２、図１３に示すように、平板状のモジュール２の一対のセパレータ８の、ＭＥＡ７と反対側の面に、単位セル並び方向と直交する方向に延びる複数の溝が形成されており、該溝が冷媒流路１３を構成している。
モジュール２の、単位セル並び方向と直交する方向の両端に、単位セル並び方向に延びる冷媒マニホールド３４、３５（３４は入側冷媒マニホールド、３５は出側冷媒マニホールドである）が形成されており、冷媒流路１３は冷媒マニホールド３４、３５に連通している。
モジュール２の、単位セル並び方向の２つの端部のうち、酸化ガスが供給、排出されない側の端部にて、冷媒マニホールド３４、３５に冷媒が供給、排出される。したがって、酸化ガスの供給、排出配管と、冷媒の供給、排出配管とは、互いに干渉しない。
入側冷媒マニホールド３４から供給された冷媒は、各冷媒流路１３に分配され、各単位セル２を冷却した後、各冷媒流路１３から出側冷媒マニホールド３５に流出する。 [Embodiment 7] Embodiment 7 of the present invention relates to the refrigerant flow path 13 and the supply and discharge manifold structure of the refrigerant to it.
In Example 7 of the present invention, as shown in FIGS. 12 and 13, a plurality of the pair of separators 8 of the flat module 2 are provided on a surface opposite to the MEA 7 in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction. A groove is formed, and the groove constitutes the refrigerant flow path 13.
Refrigerant manifolds 34 and 35 (34 is an inlet refrigerant manifold and 35 is an outlet refrigerant manifold) extending in the unit cell arrangement direction are formed at both ends of the module 2 in the direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, The refrigerant flow path 13 communicates with the refrigerant manifolds 34 and 35.
Of the two ends of the module 2 in the unit cell arrangement direction, the refrigerant is supplied to and discharged from the refrigerant manifolds 34 and 35 at the end where the oxidizing gas is not supplied or discharged. Therefore, the supply / discharge piping of the oxidizing gas and the supply / discharge piping of the refrigerant do not interfere with each other.
The refrigerant supplied from the inlet-side refrigerant manifold 34 is distributed to each refrigerant flow path 13, cools each unit cell 2, and then flows out from each refrigerant flow path 13 to the outlet-side refrigerant manifold 35.

〔実施例８〕本発明の実施例８は、スタック構造に係るものである。
本発明の実施例８では、図１４〜図１８に示すように、モジュール２をモジュール厚み方向に、複数、積層してスタック１８としたものである。燃料電池１の必要出力電圧がＮボルトである場合に、モジュール２の平板面内方向にＮ個の単位セル２を並べてＮ個の単位セル２を電気的に直列に接続し、かつ、モジュール２を、燃料電池の必要電流量を得るに必要な個数以上、積層して、該積層したモジュールを電気的に互いに並列に接続する。たとえば、平板状の各モジュール２内に面内方向に直列に４００個の単位セル２を配置すると、１モジュール２当たり最大４００Ｖが得られる。このモジュール２を並列に配置して並列に接続し、必要な電流量を得る仕組みとなっている。また、このスタック構造を、必要電流量より多い電流量を出せるだけの数のモジュールを積層しておき、負荷や必要電流用に応じて使用するモジュール２を選択する電流量可変構造をとることもできる。 [Embodiment 8] Embodiment 8 of the present invention relates to a stack structure.
In Example 8 of the present invention, as shown in FIGS. 14 to 18, a plurality of modules 2 are stacked in the module thickness direction to form a stack 18. When the required output voltage of the fuel cell 1 is N volts, the N unit cells 2 are arranged in the in-plane direction of the module 2 and the N unit cells 2 are electrically connected in series, and the module 2 Are stacked in the number necessary for obtaining the required current amount of the fuel cell, and the stacked modules are electrically connected in parallel with each other. For example, if 400 unit cells 2 are arranged in series in the in-plane direction in each flat module 2, a maximum of 400 V per module 2 is obtained. The modules 2 are arranged in parallel and connected in parallel to obtain a necessary amount of current. In addition, the stack structure may have a current amount variable structure in which a number of modules that can output a larger current amount than the necessary current amount are stacked, and the module 2 to be used is selected according to the load and the necessary current. it can.

スタック１８の外形寸法は、従来構成の燃料電池スタックに比べて縮小する。その一例を説明する。
図５に示すように、セパレータ厚みは現在の加工技術の限界から１ｍｍとする。流路の微細加工の寸法は、ＭＥＡ７と拡散層９、１０を含めた厚さを０．５ｍｍ、セパレータ８の凹凸の深さを２ｍｍ（＝凸部の高さ１．５ｍｍ＋ＭＥＡ７と拡散層９、１０を含めた厚さ０．５ｍｍ）、凸部の幅を１ｍｍ、凹部の底面とセパレータのＭＥＡと反対側面（セパレータのＭＥＡと反対側面に冷媒流路の溝がある場合は、冷媒流路溝の深さの１／２の位置まで）との間の寸法を１ｍｍとすると、モジュール２の平板の厚さが４．５ｍｍ、１つの単位セル２の単位セル並び方向の寸法が１．５ｍｍで２セル分で３ｍｍとなる。
図１６に示すように、１モジュールで４００Ｖを得るためには、モジュール２の単位セル並び方向の寸法（横寸法）が１．５ｍｍ×４００＝６００ｍｍとなる。現状に同じ電極面積（仮に５００ｃｍ²）を得ようとすると、奥行き（単位セル並び方向に直交する方向）は、
５００×１００（ｍｍ²）／（１．５＋１）ｍｍ＝２００００ｍｍ
となる。これを奥行き方向に分割する。車載できる奥行き寸法を１０００ｍｍとすると、分割数＝２００００／１０００＝２０
となる。
したがって、１モジュール２が、６００ｍｍ×１０００ｍｍ、厚さ４．５ｍｍとなり、電圧が４００Ｖ、電極面積が２．５×１０００ｍｍｍ＝２５００ｍｍ²となる。
これを２０枚重ねて、積層方向寸法が４．５ｍｍ×２０枚＝９０ｍｍのスタック１８を得る。
スタック１８の体格は、６００ｍｍ×１０００ｍｍ×９０ｍｍ＝５４０００ｃｍ³となる。
現状のスタックの体格は、８６０００ｃｍ³であるので、５４／８６×１００＝６２％となり、体格３８％減を実現できる。 The outer dimensions of the stack 18 are reduced as compared with the fuel cell stack of the conventional configuration. One example will be described.
As shown in FIG. 5, the separator thickness is set to 1 mm from the limit of the current processing technology. The dimension of the microfabrication of the flow path is 0.5 mm for the thickness including the MEA 7 and the diffusion layers 9 and 10, and the depth of the unevenness of the separator 8 is 2 mm (= height of the convex part 1.5 mm + MEA 7 and the diffusion layer 9, 10 (including the thickness of 0.5 mm), the width of the convex portion is 1 mm, the bottom surface of the concave portion and the side surface opposite to the MEA of the separator (if there is a coolant channel groove on the side surface opposite to the MEA of the separator) 1 mm), the thickness of the flat plate of the module 2 is 4.5 mm, and the dimension of the unit cell 2 in the unit cell arrangement direction is 1.5 mm. It becomes 3 mm for 2 cells.
As shown in FIG. 16, in order to obtain 400V with one module, the dimension (lateral dimension) in the unit cell arrangement direction of module 2 is 1.5 mm × 400 = 600 mm. When trying to obtain the same electrode area (500 cm ² ) at present, the depth (direction perpendicular to the unit cell arrangement direction) is:
500 × 100 (mm ² ) / (1.5 + 1) mm = 20000 mm
It becomes. This is divided in the depth direction. If the depth dimension that can be mounted on a vehicle is 1000 mm, the number of divisions = 20000/1000 = 20
It becomes.
Therefore, one module 2 has 600 mm × 1000 mm and a thickness of 4.5 mm, a voltage of 400 V, and an electrode area of 2.5 × 1000 mm = 2500 mm ² .
By stacking 20 sheets, a stack 18 having a dimension in the stacking direction of 4.5 mm × 20 sheets = 90 mm is obtained.
The physique of the stack 18 is 600 mm × 1000 mm × 90 mm = 54000 cm ³ .
Since the current stack has a physique of 86000 cm ³ , 54/86 × 100 = 62%, and a physique of 38% can be reduced.

〔実施例９〕本発明の実施例９は、スタック構造における不良モジュールの感知と切り離しに係るものである。
本発明の実施例９では、図１９に示すように、積層したモジュール２の並列回路の各分岐回路３６に電圧管理センサ３７が設けられるとともに、各モジュール２の燃料ガスマニホールドへの燃料ガスの供給を遮断することが可能な遮断弁３８が設置される。
一括燃料ガスマニホールド２５内部をたとえば２０段（モジュール積層数に対応）に仕切って中間マニホールド３９とし、各中間マニホールド３９からそれぞれのＬ字状の燃料ガス流路１１に分配される構造とする。
電圧管理センサ３７があるモジュール２の出力電圧が設定電圧を下回ったことを感知すると、そのモジュール２へのガス供給とそのモジュール２からの電気取り出しを停止する。その電圧管理を制御ユニット４０にて行うようにする。
これによって、スタック構造における不良モジュールの感知と切り離しを容易に行うことができる。 [Embodiment 9] Embodiment 9 of the present invention relates to detection and separation of defective modules in a stack structure.
In the ninth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 19, a voltage management sensor 37 is provided in each branch circuit 36 of the parallel circuit of the stacked modules 2 and fuel gas is supplied to the fuel gas manifold of each module 2. A shut-off valve 38 capable of shutting off is installed.
The inside of the collective fuel gas manifold 25 is divided into, for example, 20 stages (corresponding to the number of modules stacked) to form the intermediate manifolds 39, which are distributed from the respective intermediate manifolds 39 to the respective L-shaped fuel gas passages 11.
When it is detected that the output voltage of the module 2 with the voltage management sensor 37 is lower than the set voltage, the gas supply to the module 2 and the electrical extraction from the module 2 are stopped. The voltage management is performed by the control unit 40.
As a result, the defective module in the stack structure can be easily detected and separated.

本発明の実施例１の燃料電池（セル構造の案１）の一部断面図である。It is a partial cross section figure of the fuel cell (plan 1 of a cell structure) of Example 1 of the present invention. 図１の円で囲んだ部分の拡大図である。It is an enlarged view of the part enclosed with the circle | round | yen of FIG. 本発明の実施例２の燃料電池（セル構造の案２）の一部断面図である。It is a partial cross section figure of the fuel cell (plan 2 of a cell structure) of Example 2 of the present invention. 本発明の実施例３の燃料電池（セル構造の案３）の一部断面図である。It is a partial cross section figure of the fuel battery | cell (plan 3 of a cell structure) of Example 3 of this invention. 本発明の実施例４の燃料電池（酸化ガス流路）の一部斜視図である。It is a partial perspective view of the fuel cell (oxidation gas channel) of Example 4 of the present invention. 図５の円で囲んだ部分の拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of a portion surrounded by a circle in FIG. 5. 本発明の実施例５の燃料電池（燃料ガス流路の案１）の一部斜視図である。It is a partial perspective view of the fuel cell (plan 1 of a fuel gas channel) of Example 5 of the present invention. 図７のＡ方向から見た燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell seen from the A direction of FIG. 図７のＡ方向と直交方向から見た燃料電池の端面図である。FIG. 8 is an end view of the fuel cell viewed from a direction orthogonal to the A direction in FIG. 7. 図７のＡ方向と直交方向から見た燃料電池の斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of the fuel cell viewed from a direction orthogonal to the A direction in FIG. 7. 本発明の実施例６の燃料電池（燃料ガス流路の案２）の一部斜視図である。It is a partial perspective view of the fuel cell (plan 2 of fuel gas flow path) of Example 6 of the present invention. 本発明の実施例７の燃料電池（冷媒流路）の一部斜視図である。It is a partial perspective view of the fuel cell (refrigerant flow path) of Example 7 of this invention. 図１２のＡ方向から見た燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell seen from the A direction of FIG. 本発明の実施例８の燃料電池（スタック構造）の側面図である。It is a side view of the fuel cell (stack structure) of Example 8 of this invention. 図１４の燃料電池の１モジュールの一例とその一部を拡大した、寸法図である。FIG. 15 is an enlarged view of an example of one module of the fuel cell of FIG. 14 and a part of the module. 図１４の燃料電池の必要電極面積とモジュール面積の寸法図である。It is a dimension figure of the required electrode area and module area of the fuel cell of FIG. 図１４の燃料電池の１モジュールの、寸法を示す、斜視図である。It is a perspective view which shows the dimension of 1 module of the fuel cell of FIG. 図１４の燃料電池のモジュールの積層を示す斜視図である。It is a perspective view which shows lamination | stacking of the module of the fuel cell of FIG. 本発明の実施例９の燃料電池（スタック構造）の不良モジュールの感知とその切り離し構造の系統図である。It is a systematic diagram of the detection of the defective module of the fuel cell (stack structure) of Example 9 of the present invention, and its separation structure.

Explanation of symbols

１燃料電池
２モジュール
３単位セル
４電解質膜
５アノード
６カソード
７ＭＥＡ
８セパレータ
９、１０ガス拡散層
１１燃料ガス流路
１２酸化ガス流路
１３冷媒流路
１４導電性／ガス不透性部材
１５絶縁性／ガス不透性部材
１６外部回路
１７リブ
１８スタック
１９アノードターミナル
２０カソードターミナル
２１外部負荷
２２メッキ
２３入側酸化ガスマニホールド
２４出側酸化ガスマニホールド
２５一括燃料ガスマニホールド
２６、２７ガスシール剤
２８燃料ガス貫通孔
２９連通孔
３０孔
３１入側燃料ガスマニホールド
３２孔
３３出側燃料ガスマニホールド
３４入側冷媒マニホールド
３５出側冷媒マニホールド
３６分岐回路
３７電圧管理センサ
３８遮断弁
３９中間マニホールド 1 Fuel Cell 2 Module 3 Unit Cell 4 Electrolyte Membrane 5 Anode 6 Cathode 7 MEA
8 Separator 9, 10 Gas diffusion layer 11 Fuel gas channel 12 Oxidizing gas channel 13 Refrigerant channel 14 Conductive / gas impermeable member 15 Insulating / gas impermeable member 16 External circuit 17 Rib 18 Stack 19 Anode terminal 20 Cathode terminal 21 External load 22 Plating 23 Entry side oxidant gas manifold 24 Entry side oxidant gas manifold 25 Collective fuel gas manifolds 26, 27 Gas sealant 28 Fuel gas through hole 29 Communication hole 30 Hole 31 Entry side fuel gas manifold 32 Hole 33 Outlet side fuel gas manifold 34 Inlet side refrigerant manifold 35 Outlet side refrigerant manifold 36 Branch circuit 37 Voltage management sensor 38 Shut-off valve 39 Intermediate manifold

Claims

It has a module having a plate-like outer shape and a thickness direction, and the module is formed by arranging a plurality of unit cells in a direction orthogonal to the module thickness direction,
Each unit cell of the plurality of unit cells includes an electrolyte membrane, an MEA including an anode formed on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode formed on the other surface of the electrolyte membrane, and a pair of separators sandwiching the MEA. And
The plurality of unit cells of the module have the direction from the anode to the cathode of any first unit cell opposite to the direction from the anode of the second unit cell adjacent to the first unit cell to the cathode. The fuel cells are lined up.

The plurality of unit cells are electrically connected in series in the module in the arrangement direction of the unit cells. In the series connection, the anode of one unit cell is electrically connected to the cathode of the next unit cell. 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the cathode of the one unit cell is insulated from the anode of the next unit cell.

The separator is provided with a fuel gas flow path on the anode side of each unit cell and an oxidant gas flow path on the cathode side, and on the same side of the MEA, a fuel gas flow path of an adjacent unit cell and The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is isolated from the oxidizing gas flow path.

The fuel cell according to claim 1, wherein a coolant channel is formed on a surface of the separator opposite to the MEA.

The fuel cell according to claim 1, further comprising a porous gas diffusion layer disposed between the anode, the cathode, and the separator.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein MEA side surfaces of the MEA and the pair of separators have an uneven shape that is uneven in a thickness direction of the module.

The fuel cell according to claim 1, wherein the MEA of the unit cell has an L-shaped cross section.

The fuel cell according to claim 6, wherein a fuel gas channel and an oxidizing gas channel having an L-shaped cross section are formed along each unevenness on the MEA side surface of the separator.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein an anode of a unit cell at one end in the unit cell arrangement direction of the module and a cathode of a unit cell at the other end in the unit cell arrangement direction are connected via an external circuit.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein a plurality of the modules are stacked in a thickness direction of the modules to constitute a stack, and the plurality of modules are electrically connected in parallel.

The separator is made of an electrical insulating material;
In the series connection of a plurality of unit cells in the module, the anode of one unit cell is electrically connected to the cathode of the next unit cell by a conductive / gas impermeable member, and the cathode of the one unit cell is 3. The fuel cell according to claim 2, wherein the next unit cell is electrically insulated and gas-insulated by an insulating / gas-impermeable member.

The separator is made of an electrical insulating material;
In the series connection of a plurality of unit cells in the module, the anode and cathode of one unit cell are electrically insulated and gas-insulated by the cathode and anode of the next unit cell and an insulating / gas-impermeable member,
3. The anode of the one unit cell and the cathode of the next unit cell are electrically connected to each other by plating the surface of a gas channel and a rib provided in the gas channel with a conductive material. The fuel cell as described.

The separator is made of a conductive material,
In the series connection of a plurality of unit cells in the module, the anode and cathode of one unit cell are electrically insulated and gas-insulated by the cathode and anode of the next unit cell and an insulating / gas-impermeable member,
3. The fuel cell according to claim 2, wherein the anode of the one unit cell and the cathode of the next unit cell are electrically connected to each other by the separator made of the conductive material.

Each of the oxidant gas channels is formed of an L-shaped channel that extends in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and each of the oxidant gas channels is an inlet side that extends in the unit cell arrangement direction at one end of the oxidant gas channel The fuel cell according to claim 3, wherein the fuel cell communicates with an oxidizing gas manifold on the outlet side extending in the unit cell arrangement direction at the other end of the oxidizing gas flow path.

Each of the fuel gas flow paths comprises a cross-sectional L-shaped flow path extending in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and a gas inlet side end of each of the fuel gas flow paths is a module end surface in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction. A casing constituting a batch fuel gas manifold is attached to a module end face in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and one end of each fuel gas flow path is communicated with the batch fuel gas manifold. The fuel cell as described.

Each of the fuel gas flow paths is formed of an L-shaped cross section extending in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and a fuel gas through hole extending in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction is provided in each convex portion of the unevenness of the separator. Providing the fuel gas through-hole and the cross-sectional L-shaped channel through the communication hole,
A gas inlet end of each of the fuel gas through holes is opened at one end surface of the module in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and a gas inlet having a hole that matches each fuel gas through hole is formed in the one end surface of the module. An inlet box constituting the fuel gas manifold on the side is attached, and one end of each fuel gas through hole is communicated with the fuel gas manifold on the gas inlet side,
The gas outlet end of each of the fuel gas through holes is open to the other end face of the module in a direction perpendicular to the unit cell arrangement direction, and the gas outlet end is provided with a hole that matches the fuel gas through hole on the other end face of the module. The fuel cell according to claim 3, wherein an outlet box constituting a fuel gas manifold on the side is attached, and the other end of each fuel gas through hole is communicated with the fuel gas manifold on the gas outlet side.

A plurality of grooves extending in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction are formed on the surface of the pair of separators of the flat plate-like module opposite to the MEA, and the grooves serve as the refrigerant flow path. A refrigerant manifold extending in the unit cell arrangement direction is provided at both ends in a direction orthogonal to the unit cell arrangement direction, and the refrigerant flow path is communicated with the refrigerant manifold,
5. The fuel according to claim 4, wherein a refrigerant is supplied to and discharged from the refrigerant manifold at an end of the module in an end portion of the unit cell arrangement direction where the oxidizing gas is not supplied or discharged. battery.

When the required output voltage of the fuel cell is N volts, N unit cells are arranged in the module, and more than the number of modules necessary for obtaining the required current amount of the fuel cell are stacked, The fuel cell according to claim 10, wherein the stacked modules are connected to each other in parallel.

19. The fuel cell according to claim 18, wherein a voltage management sensor is provided in each branch circuit of the parallel circuit of the stacked modules, and a shutoff valve capable of shutting off the supply of fuel gas to the fuel gas manifold of each module is installed. .