JP2006066257A - Fuel battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関し、詳細には、燃料電池単セル積層時の位置ズレ発生を防止でき、フラッディングを抑制することのできる燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell that can prevent misalignment when a single fuel cell is stacked and can suppress flooding.
例えば、固体高分子型燃料電池の発電時には、酸化剤極側では酸素と水素イオンおよび電子から水を生成する反応が進行する。生成水が過剰になることをフラッディングと呼ぶが、このフラッディングは、酸化剤ガス流路下流部で起こり易く、酸化剤ガスの電極への拡散を低下させる。 For example, at the time of power generation of a polymer electrolyte fuel cell, a reaction for generating water from oxygen, hydrogen ions, and electrons proceeds on the oxidant electrode side. An excess of the generated water is called flooding. This flooding is likely to occur in the downstream portion of the oxidant gas flow path, and reduces the diffusion of the oxidant gas to the electrode.
また、酸化剤極側にて生成した水の一部は、逆拡散現象により燃料極側に移動するが、酸化剤極側においてフラッディングが起こると、逆拡散による燃料極側への水の移動量も増加し、その結果、燃料極側においても特にガス流速が低下する燃料ガス流路下流部にてフラッディングが起こり易い。 Some of the water generated on the oxidant electrode side moves to the fuel electrode side due to the reverse diffusion phenomenon, but if flooding occurs on the oxidant electrode side, the amount of water transferred to the fuel electrode side due to the reverse diffusion As a result, flooding is likely to occur at the downstream side of the fuel gas flow path where the gas flow velocity is reduced, particularly on the fuel electrode side.
酸化剤ガスおよび燃料ガスを無加湿もしくは低加湿で供給した場合、フラッディングは抑制できるが、一方でガス流路上流部における電解質膜の乾燥(ドライアップ)が起こり易くなり、電解質膜中の水素イオンの移動が抑制される。そのため、定電圧で燃料電池を運転しているときにこれらの現象が生じた場合は、発電で得られる電流が低下してしまう。 When oxidant gas and fuel gas are supplied without humidification or low humidification, flooding can be suppressed, but on the other hand, the electrolyte membrane tends to dry (dry up) at the upstream of the gas flow path, and hydrogen ions in the electrolyte membrane Movement is suppressed. Therefore, if these phenomena occur when operating the fuel cell at a constant voltage, the current obtained by power generation is reduced.
また、定電流にて燃料電池を運転しているときにこれらの現象が生じた場合、電圧が低下してしまうだけでなく、電極の一部が使用されなくなるため使用されている部分に電流が集中し、発電の際に発生する熱による電極や電解質膜の劣化が加速する恐れがある。 In addition, when these phenomena occur when operating the fuel cell at a constant current, not only will the voltage drop, but a part of the electrode will not be used, so current will flow in the part being used. There is a risk that the deterioration of the electrode and the electrolyte membrane due to the heat generated during power generation is accelerated.
そこで、一定厚さのセパレータにて、このセパレータに形成された燃料ガス流路の溝深さを入口から出口にかけて徐々に浅くすることで、燃料ガス流路下流部における流速の低下を防止し、燃料ガス流路におけるフラッディングを抑制した燃料電池が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in the separator having a certain thickness, the groove depth of the fuel gas passage formed in the separator is gradually shallowed from the inlet to the outlet, thereby preventing a decrease in the flow velocity in the downstream portion of the fuel gas passage, A fuel cell in which flooding in the fuel gas channel is suppressed has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかし、この場合、溝深さを変化させるのは燃料ガス流路側だけであるため、酸化剤極側のフラッディングには効果が無い。また、セパレータ厚さは溝深さの最も深い位置で決定されるため、セパレータ厚さがセル全面にて厚くなり、溝深さが浅い位置ではセパレータ厚さに無駄が生じ、その結果スタックの積層方向長さが大となりスタック重量も増加してしまう。 However, in this case, since the groove depth is changed only on the fuel gas channel side, there is no effect on flooding on the oxidant electrode side. Also, since the separator thickness is determined at the deepest position of the groove depth, the separator thickness becomes thicker on the entire cell surface, and at the shallow groove position, the separator thickness is wasted, resulting in stack stacking. The direction length becomes large and the stack weight also increases.
そこで、さらに従来、燃料ガスと酸化剤ガスの流れの向きを互いに逆向きにし、セパレータに形成された燃料ガス流路溝深さと酸化剤ガス流路溝深さを共に入口から出口にかけて徐々に浅くし、燃料ガス流路溝深さと酸化剤ガス流路溝深さの和を一定にすることで、セパレータ厚さに無駄が生じず、スタックをコンパクトかつ軽量にした構造の燃料電池が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Therefore, conventionally, the flow directions of the fuel gas and the oxidant gas are opposite to each other, and both the fuel gas channel groove depth and the oxidant gas channel groove depth formed in the separator are gradually shallow from the inlet to the outlet. However, by making the sum of the fuel gas channel groove depth and the oxidant gas channel groove depth constant, a fuel cell having a structure in which the separator thickness is not wasted and the stack is made compact and lightweight has been proposed. (For example, refer to Patent Document 2).
この特許文献2に記載の燃料電池では、燃料ガス流路下流部だけでなく酸化剤ガス流路下流部のガス流速を上げることができるので、酸化剤ガス側のフラッディングも抑制できる。さらに、冷媒の流れを酸化剤ガスと同じ向きにした場合、酸化剤ガス流路上流部の温度が下降するため、この部分におけるドライアップが抑制され、その一方、酸化剤ガス流路下流部の温度が上昇するため、この部分におけるフラッディングが抑制される。
しかし、特許文献2に記載の燃料電池では、燃料電池単セルの断面形状が平行四辺形となるため、積層したときにスタック両端から積層方向にかかる力がせん断力となり、各燃料電池単セルにズレが生じる可能性がある。
However, in the fuel cell described in
また、特許文献2に記載の燃料電池では、燃料ガスと酸化剤ガスの流れの向きが互いに逆であるため、燃料ガス流路の燃料ガス圧が高い位置の膜電極接合体(MEA:membrane electrode assembly)を挟んで反対側の酸化剤ガス流路では、酸化剤ガス圧が低くなっている。その一方で、酸化剤ガス流路の酸化剤ガス圧が高い位置の膜電極接合体を挟んで反対側の燃料ガス流路では、燃料ガス圧が低くなっている。
Further, in the fuel cell described in
このため、特許文献2に記載の燃料電池では、特に両端における燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差が大きくなり、膜電極接合体にストレスを与え、最悪の場合、当該膜電極接合体が破損する可能性もある。膜電極接合体が破損した場合、燃料ガスと酸化剤ガスが直接混合し燃焼するため、発電が継続できなくなるばかりか安全上大きな問題となる。
For this reason, in the fuel cell described in
また、冷媒の流れを酸化剤ガスと同じ向きにした場合、酸化剤ガス流路上流部の温度が下降するためにこの部分におけるドライアップが抑制され、酸化剤ガス流路下流部の温度が上昇するためにこの部分におけるフラッディングが抑制されるが、逆に燃料ガス流路上流部の温度が上昇するためにこの部分におけるドライアップが促進され、その一方で、燃料ガス下流部の温度が下降するためにこの部分におけるフラッディングが促進される。 In addition, when the flow of the refrigerant is in the same direction as the oxidant gas, the temperature of the upstream part of the oxidant gas flow path decreases, so that dry-up in this part is suppressed, and the temperature of the downstream part of the oxidant gas flow path increases. For this reason, flooding in this portion is suppressed, but conversely, the temperature in the upstream portion of the fuel gas flow path increases, so that dry-up in this portion is promoted, while the temperature in the downstream portion of the fuel gas decreases. Therefore, flooding in this part is promoted.
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、セパレータ厚さの無駄や燃料電池単セルのズレが生じず、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差による膜電極接合体の破損の恐れが無く、しかも酸化剤ガス流路と燃料ガス流路両側の上流部におけるドライアップや下流部におけるフラッディングを抑制することのできる燃料電池を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and does not cause waste of separator thickness or displacement of a single fuel cell, and a membrane electrode assembly due to a pressure difference between fuel gas and oxidant gas. It is an object of the present invention to provide a fuel cell that can suppress dry-up in the upstream portion of both sides of the oxidant gas passage and the fuel gas passage and flooding in the downstream portion.
本発明の燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により発電する膜電極接合体を、その両側から燃料ガスが流れる燃料ガス流路が形成された第1のセパレータと、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路が形成された第2のセパレータで挟み込んでなる燃料電池単セルを、複数重ね合わせて円筒形とし、その円筒形状の積層体を締結部材で締め付けて固定した。 In the fuel cell of the present invention, the membrane electrode assembly that generates power by the reaction of the fuel gas and the oxidant gas, the first separator in which the fuel gas flow path through which the fuel gas flows is formed from both sides, and the oxidant gas flow A plurality of fuel cell single cells sandwiched between second separators in which an oxidant gas flow path was formed were stacked into a cylindrical shape, and the cylindrical laminate was fastened and fixed with a fastening member.
そして、本発明の燃料電池では、第1のセパレータと第2のセパレータを、その厚みが外側から内側に向けて次第に薄くなるようにし、さらに、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の溝深さが入口側から出口側に向かって次第に浅くなるように形成している。 In the fuel cell of the present invention, the thickness of the first separator and the second separator is gradually reduced from the outside to the inside, and the groove depths of the fuel gas channel and the oxidant gas channel are further reduced. Is formed so as to gradually become shallower from the inlet side toward the outlet side.
本発明によれば、第1のセパレータ及び第2のセパレータの厚みを外側から内側に向けて次第に薄くなるようにし、さらに燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の溝深さを入口側から出口側に向かって次第に浅くなるようにしたので、これら第1および第2のセパレータで膜電極接合体を挟み込んでなる燃料電池単セルを複数重ね合わせて円筒形状の積層体を構成した場合、燃料電池単セルが平行四辺形にならず、積層によって各燃料電池単セル間のズレを防止できる。 According to the present invention, the thicknesses of the first separator and the second separator are gradually reduced from the outside to the inside, and the groove depths of the fuel gas channel and the oxidant gas channel are set from the inlet side to the outlet side. Since the fuel cell gradually becomes shallower toward the side, a fuel cell is formed when a plurality of fuel cell single cells each having a membrane electrode assembly sandwiched between the first and second separators are stacked to form a cylindrical laminate. Single cells do not become parallelograms, and stacking can prevent misalignment between the single fuel cell units.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
「燃料電池の構成」
図1は本実施の形態における燃料電池の斜視図、図2は燃料電池単セルの拡大斜視図、図3は図2のA−A線断面図、図4(A)は燃料ガス流路が形成された第1のセパレータを示す平面図、図4(B)は酸化剤ガス流路が形成された第2のセパレータの平面図、図4(C)は冷却プレートの平面図、図5(A)はガス冷媒排出用マニホールドを示す拡大斜視図、図5(B)はガス冷媒供給用マニホールドを示す拡大斜視図、図6はガス冷媒排出用マニホールドとガス冷媒供給用マニホールド間に設けた積層圧調整手段を示す図である。
"Fuel cell configuration"
1 is a perspective view of a fuel cell according to the present embodiment, FIG. 2 is an enlarged perspective view of a single fuel cell, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2, and FIG. FIG. 4B is a plan view of the second separator formed with the oxidant gas flow path, FIG. 4C is a plan view of the cooling plate, and FIG. 5A is an enlarged perspective view showing a gas refrigerant discharge manifold, FIG. 5B is an enlarged perspective view showing a gas refrigerant supply manifold, and FIG. 6 is a stack provided between the gas refrigerant discharge manifold and the gas refrigerant supply manifold. It is a figure which shows a pressure adjustment means.
本実施の形態の燃料電池1は、図1に示すように、複数個の燃料電池単セル2を積層して円筒形とし、その円筒形状の積層体を締結部材3で締め付け固定することにより構成されている。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池単セル2は、図2および図3に示すように、膜電極接合体4と、燃料ガスが流れるアノードセパレータである第1のセパレータ5と、酸化剤ガスが流れるカソードセパレータである第2のセパレータ6と、少なくとも第1のセパレータ5と第2のセパレータ6の何れかに接して設けられる冷却プレート7とからなる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell
なお、冷却プレート7は、全ての燃料電池単セル2に設置してもよく、または一部の燃料電池単セル2にのみ設置してもよい。また、冷却プレート7は、必ずしも第1のセパレータ5と第2のセパレータ6の何れかに接して設ける必要はなく、燃料電池単セル2を冷却する必要性の有無に応じて設ける。
In addition, the
膜電極接合体4は、例えば固体高分子電解質膜を挟んでその両側に燃料極と酸化剤極をそれぞれ配置して構成され、必要に応じて燃料極と酸化剤極の両側にガス拡散層が配置される。この膜電極接合体4では、その両側に配置された燃料極に供給された燃料ガス(例えば水素)と、酸化剤極に供給された酸化剤ガス(例えば酸素)とが反応することで発電がなされる。 The membrane electrode assembly 4 is configured, for example, by disposing a fuel electrode and an oxidant electrode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and if necessary, gas diffusion layers are provided on both sides of the fuel electrode and the oxidant electrode. Be placed. In this membrane electrode assembly 4, power is generated by the reaction between the fuel gas (for example, hydrogen) supplied to the fuel electrodes arranged on both sides of the membrane electrode assembly 4 and the oxidant gas (for example, oxygen) supplied to the oxidant electrode. Made.
第1のセパレータ5は、図3および図4(A)に示すように、膜電極接合体4を挟んでその一面4a、すなわち燃料極が設けられた側面に配置される。かかる第1のセパレータ5は、膜電極接合体4との接合面が平面視略矩形状とされると共に、その厚みが積層体の外側から内側に向けて次第に薄くされた、いわゆる扇形状とされている。
As shown in FIGS. 3 and 4A, the
そして、第1のセパレータ5には、膜電極接合体4の燃料極と対向する面に、該燃料極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路8が形成されている。この燃料ガス流路8は、燃料ガスの流れる方向を図3中矢印で示した場合、その溝深さが入口側から出口側に向かって次第に浅くされている。つまり、この燃料ガス流路8の入口側では燃料ガスの流速が高く、出口側に向かって次第にその燃料ガスの流速は低くなるようになされている。
In the
また、第1のセパレータ5には、燃料ガス流路8と連通する開口孔として形成される燃料ガス入口内部マニホルド9Aと燃料ガス出口内部マニホルド9Bとが対角線上の隅部に形成されている。また、第1のセパレータ5には、前記燃料ガス入口内部マニホルド9Aと燃料ガス出口内部マニホルド9Bが設けられた対角線とは反対側の対角線上の隅部に、後述する酸化剤ガス流路と連通する開口孔として形成される酸化剤ガス入口内部マニホールド10Aと酸化剤ガス出口内部マニホールド10Bとが形成されている。
In the
さらに、この第1のセパレータ5には、後述する冷媒流路と連通する開口孔として形成される冷媒入口内部マニホルド11Aと冷媒出口内部マニホルド11Bとが形成されている。冷媒入口内部マニホルド11Aは、燃料ガス入口内部マニホルド9Aと酸化剤ガス入口内部マニホールド10Aとの間に設けられ、冷媒出口内部マニホルド11Bは、燃料ガス出口内部マニホルド9Bと酸化剤ガス出口内部マイニホールド10Bとの間に設けられている。
Further, the
第2のセパレータ6は、図3および図4(B)に示すように、膜電極接合体4を挟んでその他面4b、すなわち酸化剤極が設けられた側面に配置される。かかる第2のセパレータ6は、第1のセパレータ5と同様、膜電極接合体4との接合面が平面視略矩形状とされると共に、その厚みが積層体の外側から内側に向けて次第に薄くされた、いわゆる扇形状とされている。
As shown in FIGS. 3 and 4B, the
そして、第2のセパレータ6には、膜電極接合体4の酸化剤極と対向する面に、該酸化剤極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路12が形成されている。この酸化剤ガス流路12は、酸化剤ガスの流れる方向を図3中矢印で示した場合、その溝深さが入口側から出口側に向かって次第に浅くされ、入口側では酸化剤ガスが多く流れ、出口側に向かって次第にその酸化剤ガスの流量は少なくなるようになされている。
In the
また、この第2のセパレータ6には、前記酸化剤ガス流路12と連通する酸化剤ガス入口内部マニホールド10Aと酸化剤ガス出口内部マイニホールド10Bと、厚み方向(積層方向)に貫通する燃料ガス入口内部マニホルド9Aおよび燃料ガス出口内部マニホルド9B、並びに冷媒入口内部マニホルド11Aと冷媒出口内部マニホルド11Bとが形成されている。
The
冷却プレート7は、図3および図4(C)に示すように、第2のセパレータ6に接して設けられ、この第2のセパレータ6との接合面が平面視略矩形状とされている。この冷却プレート7は、第1のセパレータ5および第2のセパレータ6とは異なり、その厚みを一定の厚みとしている。かかる冷却プレート7には、図3中矢印で示すように、円筒形状とされた積層体の中心に向かって冷媒(例えば冷却水)が流れる冷媒流路13が形成されている。
As shown in FIG. 3 and FIG. 4C, the
また、この冷却プレート7には、冷媒流路13と連通する冷媒入口内部マニホルド11Aと冷媒出口内部マニホルド11Bと、厚み方向に貫通する燃料ガス入口内部マニホルド9Aおよび燃料ガス出口内部マニホルド9B、並びに酸化剤ガス入口内部マニホールド10Aと酸化剤ガス出口内部マイニホールド10Bとが形成されている。
The
このように構成された燃料電池単セル2は、図1に示すように、お互いの燃料電池単セル2同士を密着させて複数積層することで円筒形の積層体を構成する。円筒形とされた積層体は、発電時の熱に耐えられるように耐熱性に優れたバンドやベルトなどの締結部材3で、その積層体の外周面を中心方向に締め付けることにより固定される。
As shown in FIG. 1, the fuel cell
そして、この積層体の両端部には、図5および図6に示すように、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を各燃料電池単セル2に供給するためのガス供給用マニホールド14と、各燃料電池単セル2から外部へ燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を排出させるためのガス排出用マニホールド15とが設けられている。
As shown in FIGS. 5 and 6,
ガス供給用マニホールド14は、第1および第2のセパレータ5、6と同様、扇形状とされている。このガス供給用マニホールド14には、各燃料電池単セル2の第1セパレータ5に形成された燃料ガス流路8に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給口16が設けられている。そして、このガス供給用マニホールド14の一面14aには、燃料ガス供給口16からその内部に供給された燃料ガスを、前記した燃料ガス入口内部マニホルド9Aへ供給させるための燃料ガス供給用開口窓17が形成されている。
Similarly to the first and
また、ガス供給用マニホールド14には、各燃料電池単セル2の第2のセパレータ6に形成された酸化剤ガス流路12に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給口18が設けられている。そして同様に、ガス供給用マニホールド14の一面14aには、酸化剤ガス供給口18からその内部に供給された酸化剤ガスを、前記した酸化剤ガス入口内部マニホールド10Aへ供給させるための酸化剤ガス供給用開口窓19が形成されている。
Further, the
さらに、このガス供給用マニホールド14には、冷却プレート7に形成された冷媒流路13に冷媒を供給するための冷媒供給口20が設けられている。そして、このガス供給用マニホールド14の一面14aには、冷媒供給口20からその内部に供給された冷媒を、前記した冷媒入口内部マニホルド11Aへ供給させるための冷媒供給用開口窓21が形成されている。
Further, the
一方、ガス排出用マニホールド15は、ガス供給用マニホールド14と同じく扇形状とされ、燃料電池単セル2から燃料ガスを外部へと排出させるための燃料ガス排出口22と、酸化剤ガスを外部へ排出させるための酸化剤ガス排出口23と、冷媒を外部へ排出させるための冷媒排出口24とを有している。また、このガス排出用マニホールド15の一面15aには、燃料ガス出口内部マニホルド9Bと接続される燃料ガス排出用開口窓25と、酸化剤ガス出口内部マイニホールド10Bと接続される酸化剤ガス排出用開口窓26と、冷媒出口内部マニホルド11Bと接続される冷媒排出用開口窓27とが形成されている。
On the other hand, the
また、ガス供給用マニホールド14と燃料電池単セル2との間には、燃料電池単セル2で発電して得られた電流を外部に取り出すための集電板28と、この集電板28とガス供給用マニホールド14間を絶縁する絶縁板29とが設けられている。同様に、ガス排出用マニホールド15と燃料電池単セル2との間にも集電板28と絶縁板29とが設けられている。
Further, between the
また、積層体の両端部には、図6に示すように、ガス供給用マニホールド14とガス排出用マニホールド15間の対向距離を可変して各燃料電池単セル2の積層方向に掛かる圧力を調整する積層圧調整手段が設けられている。積層圧調整手段は、全ねじボルト30と、この全ねじボルト30に螺合するナット31からなる。
Moreover, as shown in FIG. 6, the opposing distance between the
全ねじボルト30は、一方の端部をガス供給用マニホールド14に螺合させると共に、他方の端部をガス排出用マニホールド15に螺合させることで、これらガス供給用マニホールド14とガス排出用マニホールド15を連結させている。ナット31は、全ねじボルト30に取り付けられており、ガス供給用マニホールド14とガス排出用マニホールド15間の対向距離を保持するのに使用される。つまり、ガス供給用マニホールド14とガス排出用マニホールド15とが互いに離れる方向に移動するように全ねじボルト30を回して、膜電極接合体4と第1および第2のセパレータ5、6にかかる面圧が面内で均一となるようにしたときに、その状態を保持するためにナット31で固定する。
The
「作用・効果」
以上のように構成された燃料電池によれば、燃料電池単セル2の断面形状は平行四辺形ではなく、一方の面が水平面であり、且つ各燃料電池単セル2を円筒状に積層しその周面を締結部材3で締め付けるようにしたので、燃料電池単セル2の位置ずれを抑制することができる。
"Action / Effect"
According to the fuel cell configured as described above, the cross-sectional shape of the fuel cell
また、本実施の形態の燃料電池では、第1のセパレータ5および第2のセパレータ6のガス流れ上流側では燃料ガス流路8と酸化剤ガス流路12の溝深さが深く、ガス流れ下流側では溝深さが浅いため、燃料ガスならびに酸化剤ガスの流速は下流に向かうに従って高くなる。その結果、フラッディングし易いガス下流側において、凝縮水を吹き飛ばすことでフラッディングを抑制できる。
Further, in the fuel cell of the present embodiment, the groove depths of the fuel gas channel 8 and the
また、本実施の形態の燃料電池では、燃料ガスならびに酸化剤ガスの流れが円筒形状とされた積層体の中心に向かうと共に同一方向とされているため、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差が大きくなる部位がなく、膜電極接合体4の破損を抑制できる。さらに、冷媒の流れも燃料ガスならびに酸化剤ガスと同一の方向であるため、ドライアップの起こり易いガス入口付近における温度が低下することで飽和蒸気圧が低下し、凝縮し易い状況となりドライアップを抑制できる。また、フラッディングの起こり易いガス出口付近における温度が上昇することで飽和蒸気圧が上昇し、凝縮し難い状況となりフラッディングを抑制できる。 In the fuel cell according to the present embodiment, the flow of the fuel gas and the oxidant gas is directed to the center of the cylindrical laminate and is in the same direction. There is no part which becomes large, and the breakage of the membrane electrode assembly 4 can be suppressed. Furthermore, since the flow of the refrigerant is in the same direction as the fuel gas and oxidant gas, the temperature near the gas inlet where dry-up is likely to occur decreases, so that the saturated vapor pressure decreases, and condensing is likely to occur. Can be suppressed. Further, the temperature in the vicinity of the gas outlet where flooding is likely to occur increases, so that the saturated vapor pressure rises and it becomes difficult to condense, and flooding can be suppressed.
また、本実施の形態の燃料電池によれば、ガス供給用マニホールド14とガス排出用マニホールド15間にそれらの対向距離を可変して各燃料電池単セル2の積層方向に掛かる圧力を調整する積層圧調整手段を設けたので、燃料電池単セル2を円筒状に積層したときに生ずる寸法公差の合計により積層体が完全な円筒にならない場合でも、セル数を調整することなく各セパレータ5、6および膜電極接合体4にかかる面圧を面内で均一にすることができる。
Further, according to the fuel cell of the present embodiment, the stack for adjusting the pressure applied in the stacking direction of each fuel cell
1…燃料電池
2…燃料電池単セル
3…締結部材
4…膜電極接合体
5…第1のセパレータ
6…第2のセパレータ
7…冷却プレート
8…燃料ガス流路
12…酸化剤ガス流路
13…冷媒流路
14…ガス供給用マニホールド
15…ガス排出用マニホールド
28…集電板
29…絶縁板
30…全ねじボルト(積層圧調整手段)
31…ナット(積層圧調整手段)
DESCRIPTION OF
31 ... Nut (lamination pressure adjusting means)
Claims (4)
前記膜電極接合体を挟んでその一面に配置され、その厚みが外側から内側に向けて次第に薄く且つ燃料ガスが流れる燃料ガス流路の溝深さが入口側から出口側に向かって次第に浅くされた第1のセパレータと、
前記膜電極接合体を挟んでその他面に配置され、その厚みが外側から内側に向けて次第に薄く且つ酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路の溝深さが入口側から出口側に向かって次第に浅くされた第2のセパレータと、
前記第1のセパレータと第2のセパレータで前記膜電極接合体を挟み込んでなる燃料電池単セルを複数重ね合わせて円筒形とし、その円筒形状の積層体を締め付けて固定する締結部材とを備えた
ことを特徴とする燃料電池。 A membrane electrode assembly that generates electric power by the reaction of fuel gas and oxidant gas;
The membrane electrode assembly is disposed on one side of the membrane electrode assembly, the thickness thereof is gradually reduced from the outside to the inside, and the groove depth of the fuel gas passage through which the fuel gas flows is gradually reduced from the inlet side to the outlet side. A first separator;
It is arranged on the other surface across the membrane electrode assembly, the thickness of the oxidant gas passage gradually decreases from the outside to the inside, and the groove depth of the oxidant gas flow path through which the oxidant gas flows gradually from the inlet side toward the outlet side. A shallow second separator;
A plurality of fuel cell single cells formed by sandwiching the membrane electrode assembly between the first separator and the second separator to form a cylindrical shape, and a fastening member for fastening and fixing the cylindrical laminate. A fuel cell characterized by the above.
前記燃料ガスおよび酸化剤ガスは、前記円筒形状とされた積層体の中心に向かって流れる
ことを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The fuel gas, wherein the fuel gas and the oxidant gas flow toward the center of the cylindrical laminate.
前記円筒形状とされた積層体の中心に向かって冷媒が流れる冷媒流路を有した冷却プレートを有し、その冷却プレートを、前記第1または第2のセパレータの何れかに接して配置させた
ことを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2,
A cooling plate having a refrigerant flow path through which the refrigerant flows toward the center of the cylindrical laminate, and the cooling plate is disposed in contact with either the first or second separator; The fuel cell characterized by the above-mentioned.
少なくとも前記燃料ガス及び酸化剤ガスを前記第1および第2のセパレータに供給するガス供給用マニホールドと、少なくとも前記燃料ガス及び酸化剤ガスを積層体から外部へ排出させるガス排出用マニホールドを、前記積層体に相対向して設け、それらガス供給用マニホールドとガス排出用マニホールド間に、それらの対向距離を可変して各燃料電池単セルの積層方向に掛かる圧力を調整する積層圧調整手段を設けた
ことを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
A gas supply manifold that supplies at least the fuel gas and the oxidant gas to the first and second separators; and a gas discharge manifold that discharges at least the fuel gas and the oxidant gas from the stacked body to the outside. A stacking pressure adjusting means for adjusting the pressure applied in the stacking direction of each fuel cell single cell by changing the facing distance between the gas supply manifold and the gas discharge manifold is provided between the gas supply manifold and the gas discharge manifold. A fuel cell characterized by the above.
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