JP2005317444A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つコンパクトな構成で、特に排水性を一層向上させることを可能にする。
【解決手段】インシュレータ部１８ａは、第１絶縁プレート５０、中間絶縁プレート５２及び第２絶縁プレート５４を備え、前記第１及び第２絶縁プレート５０、５４には、酸化剤ガス中の水分及び燃料ガス中の水分を排出するためのバイパス流路５６、５８が設けられる。バイパス流路５６は、入口５６ａ側の開口断面積が出口５６ｂ側の開口断面積よりも大きく構成されるとともに、バイパス流路５８は、入口５８ａ側の開口断面積が出口５８ｂ側の開口断面積よりも大きく構成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極接合体が、セパレータを介して複数積層された燃料電池スタックに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンからなるアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持する単セルにより構成されている。通常、この単セルを所定の数だけ積層した積層体を用いる燃料電池スタックが使用されている。

この種の燃料電池において、アノード側電極には、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）が供給される一方、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。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒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は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。

燃料電池スタックは、通常、反応ガスである酸化剤ガス及び燃料ガスを、カソード側電極及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側連通孔及び燃料ガス供給側連通孔（反応ガス供給側連通孔）と、前記酸化剤ガス及び燃料ガスを前記カソード側電極及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側連通孔及び燃料ガス排出側連通孔（反応ガス排出側連通孔）とを備えている。

ところで、特に、酸化剤ガス排出側連通孔には、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側連通孔に滞留水が存在する場合が多い。また、燃料ガス排出側連通孔では、電解質膜を介した生成水の逆拡散や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、酸化剤ガス排出側連通孔や燃料ガス排出側連通孔が、滞留水によって縮小又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。

そこで、例えば、特許文献１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、電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極接合体が、セパレータを介して複数積層された積層体を備えている。この積層体は、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側連通孔と、前記反応ガスを対応する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側連通孔とを備えている。積層体の積層方向両端には、それぞれターミナル端子、インシュレータ及びエンドプレートが外方に向かって順次配設されている。

そして、インシュレータ又はエンドプレートには、反応ガス供給側連通孔と反応ガス排出側連通孔とを繋ぐバイパス流路が設けられており、反応ガスが積層体に導入される前に、前記反応ガス中の水分が、前記バイパス流路から前記反応ガス排出側連通孔に排出されるように構成している。

このため、簡単且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という効果が得られている。

特開２００３−３４６８６９号公報（図５）

本発明はこの種のバイパス流路を設けるとともに、特に排水性を一層向上させ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。

本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極接合体が、セパレータを介装して複数積層された積層体を備え、前記積層体は、反応ガスを対応する前記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側連通孔と、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側連通孔とを設け、前記積層体の積層方向両端に、それぞれターミナル端子板、インシュレータ及びエンドプレートが外方に向かって順次配設された燃料電池スタックである。

そして、インシュレータ又はエンドプレートには、反応ガス供給側連通孔と反応ガス排出側連通孔とを繋ぐバイパス流路が設けられるとともに、前記バイパス流路は、入口側開口断面積が出口側開口断面積よりも大きく構成されている。

また、本発明では、エンドプレートの外方には、反応ガス供給側連通孔に反応ガスを導入する反応ガス導入通路と、反応ガス排出側連通孔から前記反応ガスを導出する反応ガス導出通路とが設けられ、前記反応ガス導入通路と前記反応ガス導出通路とがバイパス流路を介して連通するとともに、前記バイパス流路は、入口側開口断面積が出口側開口断面積よりも大きく構成されている。

さらに、反応ガス供給側連通孔は、反応ガス排出側連通孔よりも上方に配置されることが好ましい。このため、水は自重により反応ガス供給側連通孔から反応ガス排出側連通孔に向かってバイパス流路内を円滑に流れることができる。

本発明によれば、バイパス流路の入口側開口断面積が、出口側開口断面積よりも大きく設定されるため、前記バイパス流路内に水を押し出す力が増大する。これにより、反応ガス供給側連通孔の排水性が良好に向上し、簡単且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。

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。

燃料電池スタック１０は、複数の単セル１２が水平方向（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、それぞれ負極側ターミナル端子板１６ａ及び正極側ターミナル端子板１６ｂと、インシュレータ部１８ａ、１８ｂと、エンドプレート２０ａ、２０ｂとが外方に向かって、順次、配設される。

図２及び図３に示すように、各単セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極接合体）２４と、前記電解質膜・電極構造体２４を挟持する第１及び第２セパレータ２６、２８とを備える。第１及び第２セパレータ２６、２８は、例えば、金属製の板材により構成されるとともに、絶縁及びシール機能を有する樹脂シール部材が一体成形されている。なお、第１及び第２セパレータ２６、２８は、カーボン部材により構成してもよい。

単セル１２の長辺（図３中、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側連通孔（反応ガス供給側連通孔）３０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給側連通孔３２ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出側連通孔（反応ガス排出側連通孔）３４ｂが設けられる。

単セル１２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側連通孔（反応ガス供給側連通孔）３４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出側連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出側連通孔（反応ガス排出側連通孔）３０ｂが設けられる。

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た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及びカソード側電極４０とを備える。

アノード側電極３８及びカソード側電極４０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、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の表面に一様に塗布された電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜３６の両面に接合される。

図３及び図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に向かう面２６ａには、燃料ガス供給側連通孔３４ａと燃料ガス排出側連通孔３４ｂとを連通する燃料ガス流路４２が形成される。この燃料ガス流路４２は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部を備える。図３に示すように、第１セパレータ２６の面２６ｂには、冷却媒体供給側連通孔３２ａと冷却媒体排出側連通孔３２ｂとを連通する冷却媒体流路４４が形成される。この冷却媒体流路４４は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部を備える。

第２セパレータ２８の電解質膜・電極構造体２４に向かう面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４６が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路４６は、酸化剤ガス供給側連通孔３０ａと酸化剤ガス排出側連通孔３０ｂとに連通する。

図５に示すように、負極側ターミナル端子板１６ａの外方に配置されているインシュレータ部１８ａは、第１絶縁プレート５０、中間絶縁プレート５２及び第２絶縁プレート５４を矢印Ａ方向に積層して構成される。第１絶縁プレート５０の中間絶縁プレート５２に対向する面５０ａには、図５及び図６に示すように、酸化剤ガス供給側連通孔３０ａと酸化剤ガス排出側連通孔３０ｂとを繋ぐバイパス流路５６が形成される。

バイパス流路５６は、入口５６ａ側の開口断面積が出口５６ｂ側の開口断面積よりも大きく構成されている。バイパス流路５６は、実際上、入口５６ａから出口５６ｂに向かって連続的に開口断面積が減少する楔形流路を構成している。

図５に示すように、第２絶縁プレート５４の中間絶縁プレート５２に向かう面５４ａには、燃料ガス供給側連通孔３４ａと燃料ガス排出側連通孔３４ｂとを繋ぐバイパス流路５８が形成される。バイパス流路５８は、入口５８ａ側の開口断面積が出口５８ｂ側の開口断面積よりも大きく構成されており、バイパス流路５６と同様の形状に設定されている。

なお、インシュレータ部１８ｂは、上記のインシュレータ部１８ａと同様に構成されており、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。

図１に示すように、エンドプレート２０ａの長辺側（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、酸化剤ガス供給側連通孔３０ａ、冷却媒体供給側連通孔３２ａ及び燃料ガス排出側連通孔３４ｂに連通する酸化剤ガス供給口６０ａ、冷却媒体供給口６２ａ及び燃料ガス排出口６４ｂが設けられる。エンドプレート２０ａの長辺側の他端縁部には、燃料ガス供給側連通孔３４ａ、冷却媒体排出側連通孔３２ｂ及び酸化剤ガス排出側連通孔３０ｂに連通する燃料ガス供給口６４ａ、冷却媒体排出口６２ｂ及び酸化剤ガス排出口６０ｂが設けられる。

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。

燃料電池スタック１０内には、図１に示すように、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス供給口６０ａから酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、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。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セル１２に対し、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印Ａ１方向に直列的に供給されることになる。

図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給側連通孔３０ａから第２セパレータ２８の酸化剤ガス流路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、燃料ガス供給側連通孔３４ａから第１セパレータ２６の燃料ガス流路４２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。

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、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。

次いで、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、酸化剤ガス排出側連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ２方向に流動した後、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス排出口６０ｂから排出される。同様に、アノード側電極３８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出側連通孔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２０ａの燃料ガス排出口６４ｂから排出される。

また、冷却媒体供給口６２ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体供給側連通孔３２ａから第１セパレータ２６の冷却媒体流路４４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、冷却媒体排出側連通孔３２ｂを矢印Ａ２方向に移動し、エンドプレート２０ａの冷却媒体排出口６２ｂから排出される。

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、酸化剤ガスや燃料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。

ここで、第１の実施形態では、酸化剤ガス供給側連通孔３０ａの入口近傍に対応し、負極側ターミナル端子板１６ａとエンドプレート２０ａとの間に、インシュレータ部１８ａが介装されている。このため、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス供給口６０ａに供給された酸化剤ガスが、図５に示すように、第１絶縁プレート５０から中間絶縁プレート５２に導入される際に、前記第１絶縁プレート５０の面５０ａに形成されているバイパス流路５６に水（結露水）が移動する。この水分は、バイパス流路５６から酸化剤ガス排出側連通孔３０ｂに送られた後、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス排出口６０ｂから排出される。

その際、バイパス流路５６の入口５６ａに投入された水には、出口５６ｂに向かって力Ｆが付与される。この力Ｆは、Ｆ＝｛（入口５６ａ側の圧力）×（圧力が作用する面積）＋重力｝−｛（出口５６ｂ側の圧力）×（圧力が作用する面積）＋水の表面張力｝から決定される。

従って、入口５６ａ側の開口断面積が出口５６ｂ側の開口断面積よりも大きく構成されることにより、バイパス流路５６内に水を押し出す力Ｆが増大する。このため、バイパス流路５６内では、酸化剤ガス排出側連通孔３０ｂに向かって水が良好に排出され、酸化剤ガス供給側連通孔３０ａの排水性が有効に向上するという効果が得られる。

一方、エンドプレート２０ａの燃料ガス供給口６４ａに供給された燃料ガスは、第１絶縁プレート５０及び中間絶縁プレート５２を介して第２絶縁プレート５４の燃料ガス供給側連通孔３４ａに導入される。燃料ガス供給側連通孔３４ａに導入された水分は、第２絶縁プレート５４の面５４ａに形成されているバイパス流路５８に移動する。

その際、バイパス流路５８は、入口５８ａ側の開口断面積が出口５８ｂ側の開口断面積よりも大きく構成されている。従って、水分は、バイパス流路５８内から燃料ガス排出側連通孔３４ｂに向かって良好に排出された後、エンドプレート２０ａの燃料ガス排出口６４ｂから排出される。

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（電極触媒層）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１０全体の発電性能を有効に維持することが可能になる。しかも、負極側ターミナル端子板１６ａとエンドプレート２０ａとの間にインシュレータ部１８ａを介装するだけでよく、簡単且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。

また、燃料電池スタック１０では、正極側ターミナル端子板１６ｂとエンドプレート２０ｂとの間にインシュレータ部１８ｂが介装されている。このため、積層体１４の奥側（エンドプレート２０ｂ側）に滞留し易い生成水が良好に押し出され、前記生成水や結露水の排出性が有効に向上する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック７０の一部断面側面図である。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、以下に示す第３〜第５の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池スタック７０は、負極側ターミナル端子板１６ａ及び正極側ターミナル端子板１６ｂの外方に、インシュレータ板７２ａ、７２ｂを介装してエンドプレート７４ａ、７４ｂが積層されるとともに、前記エンドプレート７４ａ、７４ｂに蓋プレート７６ａ、７６ｂが取り付けられる。

図８に示すように、エンドプレート７４ａの蓋プレート７６ａに向かう面７８ａには、酸化剤ガス供給口６０ａと酸化剤ガス排出口６０ｂとを繋ぐバイパス流路８０が形成される。エンドプレート７４ａのインシュレータ板７２ａに向かう面７８ｂには、燃料ガス供給口６４ａと燃料ガス排出口６４ｂとを繋ぐバイパス流路８２が形成される。

バイパス流路８０は、入口８０ａ側の開口断面積が、出口８０ｂ側の開口断面積よりも大きく構成されるとともに、バイパス流路８２は、入口８２ａ側の開口断面積が出口８２ｂ側の開口断面積よりも大きく構成される。バイパス流路８０、８２は、実際上、流れ方向に向かって連続的に開口断面積が減少する楔形流路を構成している。なお、エンドプレート７４ｂは、上記のエンドプレート７４ａと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。

このように構成される第２の実施形態では、燃料電池スタック７０を構成するエンドプレート７４ａ、７４ｂに、酸化剤ガスに含まれる水分を除去するためのバイパス流路８０と、燃料ガスに含まれる水分を除去するためのバイパス流路８２とが設けられている。しかも、バイパス流路８０、８２は、それぞれの入口８０ａ、８２ａ側の開口断面積がそれぞれの出口８０ｂ、８２ｂ側の開口断面積よりも大きく構成されている。

このため、バイパス流路８０、８２からの排水性が良好に向上し、積層体１４に余分な水分が導入されることを確実に阻止することができる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタック７０全体の発電性能を有効に維持することができる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第１及び第２の実施形態では、バイパス流路５６、５８、８０及び８２が楔型流路を構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、図９に示す第３の実施形態と、図１０に示す第４の実施形態とを採用することができる。その際、第３及び第４の実施形態では、インシュレータ部８４、８６を用いて説明しているが、エンドプレートにも同様の構成を採用してもよい。

図９に示すように、第３の実施形態のインシュレータ部８４では、第１絶縁プレート５０の面５０ａには、酸化剤ガス供給側連通孔３０ａと酸化剤ガス排出側連通孔３０ｂとを繋ぐバイパス流路８８が形成される。バイパス流路８８は、入口８８ａ側の開口断面積が出口８８ｂ側の開口断面積よりも大きく構成されている。バイパス流路８８は、実際上、酸化剤ガス供給側連通孔３０ａで開口断面積が拡大される他、残余の部分が同一太さ（同一開口断面積）に設定されている。

第２絶縁プレート５４の面５４ａには、燃料ガス供給側連通孔３４ａと燃料ガス排出側連通孔３４ｂとを繋ぐバイパス流路９０が形成される。バイパス流路９０は、入口９０ａ側の開口断面積が出口９０ｂ側の開口断面積よりも大きく構成されており、燃料ガス供給側連通孔３４ａ側で開口断面積が増大する一方、出口９０ｂ側に向かって略同一太さに設定されている。

図１０に示すように、第４の実施形態のインシュレータ部８６では、第１絶縁プレート５０にバイパス流路９２が形成されるとともに、第２絶縁プレート５４にバイパス流路９４が形成される。バイパス流路９２、９４は、入口９２ａ、９４ａ側の開口断面積が出口９２ｂ、９４ｂ側の開口断面積よりも大きく構成されている。バイパス流路９２、９４は、実際上、入口９２ａ、９４ａから出口９２ｂ、９４ｂに向かって、暫時、開口断面積が減少する鋸刃状流路を構成している。

このように構成される第３及び第４の実施形態では、バイパス流路８８〜９４のそれぞれの入口８８ａ〜９４ａの開口断面積が、それぞれの出口８８ｂ〜９４ｂ側の開口断面積よりも大きく構成されている。従って、排水性の向上を図ることができる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図１１は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタック１００の概略全体斜視図である。

燃料電池スタック１００を構成するエンドプレート２０ａには、酸化剤ガス供給口６０ａ、冷却媒体供給口６２ａ及び燃料ガス排出口６４ｂに対応してそれぞれ酸化剤ガス供給管（反応ガス導入通路）１０２ａ、冷却媒体供給管１０４ａ及び燃料ガス排出管（反応ガス導出通路）１０６ｂが接続される。エンドプレート２０ａには、さらに燃料ガス供給口６４ａ、冷却媒体排出口６２ｂ及び酸化剤ガス排出口６０ｂに対応してそれぞれ燃料ガス供給管（反応ガス導入通路）１０６ａ、冷却媒体排出管１０４ｂ及び酸化剤ガス排出管（反応ガス導出通路）１０２ｂが取り付けられる。

酸化剤ガス供給管１０２ａと酸化剤ガス排出管１０２ｂとには、バイパス管１０８が接続されるとともに、燃料ガス供給管１０６ａと燃料ガス排出管１０６ｂとには、同様にバイパス管１１０が接続される。

図１２に示すように、酸化剤ガス供給管１０２ａ及び燃料ガス供給管１０６ａには、邪魔板であるリング状壁板部１１２が酸化剤ガス及び燃料ガスの流路内に突出して設けられる。この壁板部１１２よりも流れ方向後方（矢印Ａ２方向）に所定距離だけ離間した位置には、バイパス管１０８、１１０の入口１０８ａ、１１０ａが連結される。入口１０８ａ、１１０ａは、拡開しており、前記入口１０８ａ、１１０ａの開口断面積は、バイパス管１０８、１１０の出口１０８ｂ、１１０ｂの開口断面積よりも大きく構成されている。

なお、酸化剤ガス排出管１０２ｂ及び燃料ガス排出管１０６ｂ内には、壁板部１１２は設けられていない。バイパス管１０８、１１０には、それぞれの管路を開閉するための電磁弁１１４ａ、１１４ｂが取り付けられている。

このように構成される第５の実施形態では、始動時のように温度が低い際や、電圧が低下した際に、電磁弁１１４ａ、１１４ｂを介してバイパス管１０８、１１０の管路が開放される。このため、例えば、酸化剤ガス供給管１０２ａ内を酸化剤ガスが水分（結露水）とともに矢印Ａ１方向に移動すると、この水分は、酸化剤ガス供給管１０２ａ内に形成された壁板部１１２により補足される。

従って、水分は、酸化剤ガス供給管１０２ａの下端部側に連通するバイパス管１０８に拡開する入口１０８ａを介して良好に送られる。水分は、バイパス管１０８内を通って酸化剤ガス排出管１０２ｂに確実に排出される一方、適度に加湿された酸化剤ガスのみが、燃料電池スタック１００内に供給される。

これにより、第５の実施形態では、燃料電池スタック１００の外部に酸化剤ガス供給管１０２ａ及び燃料ガス供給管１０６ａと、酸化剤ガス排出管１０２ｂ及び燃料ガス排出管１０６ｂとを繋ぐバイパス管１０８、１１０を設けるだけでよく、前記燃料電池スタック１００全体の構成が有効に簡素化される。しかも、バイパス管１０８、１１０が、燃料電池スタック１００の外部に取り付けられており、組み立て作業性や保守管理が一層簡素化するという効果がある。

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。 前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。 前記燃料電池スタックを構成する単セルの分解斜視図である。 前記単セルを構成する第１セパレータの一方の面の正面説明図である。 前記燃料電池スタックを構成するインシュレータ部の分解斜視説明図である。 前記インシュレータ部を構成する第１絶縁プレートの一方の面の正面説明図である。 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断面側面図である。 前記燃料電池スタックを構成するエンドプレートの分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するインシュレータ部の分解斜視説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するインシュレータ部の分解斜視説明図である。 本発明の第５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。 前記燃料電池スタックを構成する反応ガス供給管の一部断面説明図である。

符号の説明

１０、７０、１００…燃料電池スタック １２…単セル
１４…積層体 １６ａ、１６ｂ…ターミナル端子板
１８ａ、１８ｂ、８４、８６…インシュレータ部
２０ａ、２０ｂ、７４ａ、７４ｂ…エンドプレート
２４…電解質膜・電極構造体 ２６、２８…セパレータ
３０ａ…酸化剤ガス供給側連通孔 ３０ｂ…酸化剤ガス排出側連通孔
３２ａ…冷却媒体供給側連通孔 ３２ｂ…冷却媒体排出側連通孔
３４ａ…燃料ガス供給側連通孔 ３４ｂ…燃料ガス排出側連通孔
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 ４２…燃料ガス流路
４４…冷却媒体流路 ４６…酸化剤ガス流路
５０、５４…絶縁プレート ５２…中間絶縁プレート
５６、５８、８０、８２、８８〜９４…バイパス流路
５６ａ、５８ａ、８０ａ、８２ａ、８８ａ〜９４ａ、１０８ａ、１１０ａ…入口
５６ｂ、５８ｂ、８０ｂ、８２ｂ、８８ｂ〜９４ｂ、１０８ｂ、１１０ｂ…出口
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
７２ａ、７２ｂ…インシュレータ板 ７６ａ、７６ｂ…蓋プレート
１０２ａ…酸化剤ガス供給管 １０２ｂ…酸化剤ガス排出管
１０４ａ…冷却媒体供給管 １０４ｂ…冷却媒体排出管
１０６ａ…燃料ガス供給管 １０６ｂ…燃料ガス排出管
１０８、１１０…バイパス管 １１２…壁板部

Claims (3)

1. 電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極接合体が、セパレータを介装して複数積層された積層体を備え、前記積層体は、反応ガスを対応する前記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側連通孔と、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側連通孔とを設け、前記積層体の積層方向両端に、それぞれターミナル端子板、インシュレータ及びエンドプレートが外方に向かって順次配設された燃料電池スタックであって、
   前記インシュレータ又は前記エンドプレートには、前記反応ガス供給側連通孔と前記反応ガス排出側連通孔とを繋ぐバイパス流路が設けられるとともに、
   前記バイパス流路は、入口側開口断面積が出口側開口断面積よりも大きく構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 電解質の両側にそれぞれ電極を設けた電解質・電極接合体が、セパレータを介装して複数積層された積層体を備え、前記積層体は、反応ガスを対応する前記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側連通孔と、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側連通孔とを設け、前記積層体の積層方向両端に、それぞれターミナル端子板、インシュレータ及びエンドプレートが外方に向かって順次配設された燃料電池スタックであって、
   前記エンドプレートの外方には、前記反応ガス供給側連通孔に前記反応ガスを導入する反応ガス導入通路と、
   前記反応ガス排出側連通孔から前記反応ガスを導出する反応ガス導出通路と、
   が設けられ、
   前記反応ガス導入通路と前記反応ガス導出通路とがバイパス流路を介して連通するとともに、
   前記バイパス流路は、入口側開口断面積が出口側開口断面積よりも大きく構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記反応ガス供給側連通孔は、前記反応ガス排出側連通孔よりも上方に配置されることを特徴とする燃料電池スタック。

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