JP2006093106A - 燃料電池用スタック及びこれを含む燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】水素又は燃料、及び酸素の円滑な流れのためにセパレータのチャンネル構造を改善した燃料電池用スタック、及びこれを含む燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム１００は、燃料と酸素の反応によってエネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部１９を含むスタック７と、前記燃料を前記電気発生部１９に供給する燃料供給源１と、前記酸素を前記電気発生部１９に供給する酸素供給源５とを含み、前記電気発生部１９は、膜−電極アセンブリ２１と、燃料及び酸素の流れを可能にする複数の移動チャンネルとを有しながら、前記膜−電極アセンブリ２１の両面に各々密着配置されるセパレータ２３、２５として構成され、前記セパレータ２３、２５は、前記移動チャンネルの長さ方向を基準にした場合、前記各移動チャンネルを連結する連結部２６を含み、前記連結部２６の角部位がラウンド形状となっている。
【選択図】図６

Description

本発明は燃料電池システムに係り、特に、燃料電池用スタックに使用されるセパレータに関するものである。

知られたように、燃料電池システム（Fuel Cell System）は、メタノール、エタノール、天然ガスなどのような炭化水素系の燃料に含まれている水素と、別途供給される酸素との化学反応エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電システムとして構成される。

このような燃料電池システムは、高分子電解質型燃料電池（Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell）方式と、直接酸化型燃料電池（Direct Oxidation Fuel Cell）方式とに大きく区分される。

高分子電解質型燃料電池方式のシステムは、スタック（stack）と呼ばれる燃料電池本体（以下、便宜上「スタック」とする）と、燃料を改質して水素を発生させ、この水素をスタックに供給する改質装置（reformer）と、酸素をスタックに供給するための空気ポンプ又はファンとを備える。したがって、スタックでは、改質装置から供給される水素と、空気ポンプ又はファンの稼動によって供給される酸素との反応により、予め設定された容量の電気エネルギーが出力される。

直接酸化型燃料電池方式のシステムは、燃料を直接スタックに供給し、この燃料と酸素との電気化学的な反応によって電気エネルギーを発生させる構造からなる。このような方式の燃料電池システムは高分子電解質型燃料電池方式のシステムとは異なって、改質装置を必要としない。

このような燃料電池システムにおいて、スタックは、膜−電極アセンブリー（Membrane Electrode Assembly：ＭＥＡ）を中心に、その両側に密着配置されるセパレータからなる単位のセルが数個乃至数十個で積層された構造からなる。

ここで、セパレータは、水素又は燃料を膜−電極アセンブリーに供給する第１通路、及び酸素を膜−電極アセンブリーに供給する第２通路を形成する。このような第１、第２通路はセパレータの一面にチャンネルとして各々形成されるが、このチャンネルは、直線状態に配置される複数のリブの間に形成され、チャンネルの両端を交互に連結して形成されている。

ところが、従来の燃料電池用スタックにおけるセパレータは、チャンネルの両端を連結する連結部品の角部分が直角に形成されているが、その角部分で、水素又は燃料、及び酸素の流れに抵抗として作用する乱流を形成する。したがって、この乱流によって水素又は燃料、及び酸素の流れが妨害されるため、第１、第２通路を通過した水素又は燃料、及び酸素が円滑に流れなくなる問題点がある。

本発明は、前述の問題点を勘案したものであって、その目的は、水素又は燃料、及び酸素の円滑な流れのためにセパレータのチャンネル構造を改善した燃料電池用スタック、及びこれを含む燃料電池システムを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明による燃料電池用スタックは、膜−電極アセンブリーと、燃料及び酸素の流れを可能にする複数の移動チャンネルとを有しながら、前記膜−電極アセンブリーの両側面に各々密着配置されるセパレータとして構成される少なくとも一つの電気発生部を含み、前記セパレータは、前記移動チャンネルの長さ方向を基準にした場合、前記各移動チャンネルを連結する連結部を含み、前記連結部の角部位がラウンド形状に構成される。

前記燃料電池用スタックは、前記角部位を形成する円弧が１.０〜２.１２ｍｍの曲率半径を有するように形成される。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記移動チャンネルは、長さ方向に垂直な断面を基準にした場合、底部及びこの底部の側面に繋がる一対の壁部を含んでいる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記連結部は、前記一方の壁部を連結する第１部分と、前記他方の壁部を連結する第２部分とで構成されることができる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記連結部は、前記第１部分の角部位がラウンド形状からなることができる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記連結部は、前記第２部分の角部位がラウンド形状からなることができる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記連結部は、前記第１部分の角部位を形成する円弧の長さが前記第２部分の角部位を形成する円弧の長さより長く形成されるのが好ましい。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記連結部は、前記第１部分の角部位に繋がる壁部を偏平に形成することができる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記連結部は、前記第２部分の角部位に繋がる壁部を偏平に形成することができる。

前記燃料電池用スタックは、前記第１部分の角部位を形成する円弧が１.０〜２.１２ｍｍの曲率半径を有するように構成することができる。

前記燃料電池用スタックは、前記第２部分の角部位を形成する円弧が１.０〜２.１２ｍｍの曲率半径を有するように構成することができる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記セパレータは、前記膜−電極アセンブリーの一の面に密着配置されて前記移動チャンネルによる燃料通路を形成し、前記膜−電極アセンブリーの反対面に密着配置されて前記移動チャンネルによる酸素通路を形成することができる。

前記燃料電池用スタックは、前記電気発生部を複数備え、これら電気発生部を連続的に配置して前記電気発生部による集合体構造で形成される。

また、本発明による燃料電池システムは、燃料と酸素の反応によって電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部を含むスタックと、前記燃料を前記電気発生部に供給する燃料供給源と、前記酸素を前記電気発生部に供給する酸素供給源とを含み、前記電気発生部は、膜−電極アセンブリーと、燃料及び酸素の流れを可能にする複数の移動チャンネルとを有しながら、前記膜−電極アセンブリーの両面に各々密着配置されるセパレータとして構成され、前記セパレータは、前記移動チャンネルの長さ方向を基準にした場合、前記各移動チャンネルを連結する連結部を含み、前記連結部の角部位がラウンド形状からなる。

前記燃料電池システムは、前記角部位を形成する円弧が１.０〜２.１２ｍｍの曲率半径を有するように構成することができる。

前記燃料電池システムにおいて、前記移動チャンネルは、長さ方向に垂直な断面に対し、底部とこの底部の側面に繋がる一対の壁部とで構成され、前記連結部は、前記一方の壁部を連結する第１部分と、前記他方の壁部を連結する第２部分とで構成されることができる。

前記燃料電池システムにおいて、前記連結部は、前記第１部分の角部位がラウンド形状からなることができる。

前記燃料電池システムにおいて、前記連結部は、前記第２部分の角部位がラウンド形状からなることができる。

前記燃料電池システムにおいて、前記連結部は、前記第１部分の角部位に繋がる壁部を偏平に形成することができる。

前記燃料電池システムにおいて、前記連結部は、前記第２部分の角部位に繋がる壁部を偏平に形成することができる。

前記燃料電池システムは、前記燃料として水素気体を使用することができる。そして、前記燃料電池システムは、空気を通じて前記酸素を得るように構成することができる。代案として、前記燃料電池システムは液体からなる燃料を使用することもできる。

本発明によれば、セパレータのチャンネル両端部に形成される連結部の構造を改善することにより、水素通路及び空気通路に対する水素又は燃料、及び空気の流れを円滑にすることができる。

したがって、水素通路及び空気通路を通過する水素又は燃料、及び空気の流速を増加させ、ＭＥＡの活性領域に対して水素又は燃料、及び酸素を均一に拡散させることができる。したがって、ＭＥＡの活性領域全体にかけて均一な反応効率を確保することができ、結果的には燃料電池の性能をさらに向上させることができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は種々異なった形態においても実現することができ、ここで説明する実施例に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例による燃料電池システムの全体的な構成を概略的に示したブロック図である。

この図面を参照して本発明による燃料電池システム１００を説明すれば、この燃料電池システム１００は、燃料を改質して水素を発生させ、この水素と酸素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる高分子電解質型燃料電池方式で構成される。

このような燃料電池システム１００に使用される燃料は、メタノール、エタノール又は天然ガスなどのように水素を含有した液体又は気体の燃料を含むことができる。しかし、本実施例で説明する以下の燃料は、便宜上液体からなる燃料と定義する。

そして、本発明のシステム１００は、水素と反応する酸素として、別途の保存手段に保存された純粋な酸素を用いることができ、或いは酸素を含有している空気をそのまま使用することもできる。しかし、以下では、後者を例に挙げて説明する。

このような燃料電池システム１００は、基本的に、水素と酸素の電気化学的な反応を通じて電気エネルギーを発生させるスタック７と、燃料より水素を発生させ、この水素をスタック７に供給する燃料供給源１と、空気をスタック７に供給する酸素供給源５とを含む。

スタック７は、燃料供給源１と酸素供給源５とに連結設置されてこの燃料供給源１から水素の供給を受け、酸素供給源５から空気の供給を受けて、水素と酸素の反応によって電気エネルギーを発生させる燃料電池として構成される。

燃料供給源１は、燃料を保存する燃料タンク９と、この燃料タンク９から燃料を排出させる燃料ポンプ１１と、燃料タンク９から燃料の供給を受け、この燃料を改質して水素を発生させ、この水素をスタック７に供給する改質装置３とを含む。

ここで、改質装置３は、熱エネルギーによる化学触媒反応を通じて燃料より水素を発生させ、この水素に含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる通常の改質装置の構造を有する。さらに説明すれば、改質装置３は、燃料の水蒸気改質、部分酸化又は自熱反応などの触媒反応を通じてこの燃料より水素を発生させる。そして、改質装置３は、水素の水性ガス転換反応、選択的酸化反応又は分離膜を利用した水素の精製などにより、水素に含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる。

そして、酸素供給源５は、所定のポンピング力で空気を吸入し、この空気をスタック７に供給する少なくとも一つの空気ポンプ１３を含む。ここで、酸素供給源５は前記のような空気ポンプ１３を備えることに限定されず、通常の構造のファンを備えることもできる。

代案として、本発明による燃料電池システム１００は、燃料を直接スタック７に供給し、この燃料と酸素の反応によって電気エネルギーを発生させる直接酸化型燃料電池方式を採用することもできる。

このような直接酸化型燃料電池方式のシステムは高分子電解質型燃料電池方式のシステムとは異なって、改質装置３を必要とせず、燃料ポンプ１１の稼動によって燃料タンク９に保存された燃料をスタック７に直接供給できる燃料供給源１を備える。以下では、高分子電解質型燃料電池方式を適用した燃料電池システム１００を例に挙げて説明する。しかし、本発明が必ずしもこれに限られるわけではない。

このように構成される本発明による燃料電池システム１００において、前記スタック７を構成する実施例を、添付した図面を参照して詳細に説明する。

図２は、本発明の第１実施例による燃料電池用スタックの構造を概略的に示した分解斜視図であり、図３は、図２に示した電気発生部の結合断面構成図である。

図面を参照すれば、本実施例による燃料電池用スタック７は、膜−電極アセンブリー（以下、「ＭＥＡ」とする）２１を中心にその両面にセパレータ（当業界では「二極式プレート（Bipolar Plate）」という）２３、２５を配置して、水素と酸素の反応によって電気エネルギーを発生させる最小単位の電気発生部１９を含んで構成される。

したがって、本実施例では、前記のような複数の電気発生部１９を連続的に配置することにより、電気発生部１９の集合体構造によるスタック７を形成することができる。

このセパレータ２３、２５の間に介されるＭＥＡ２１は、一の面にアノード電極２９を形成し、反対面にカソード電極３１を形成し、これら二つの電極２９、３１の間に電解質膜３３を形成している。

ここで、アノード電極２９は水素を電子と水素イオンとに分離し、電解質膜３３は水素イオンをカソード電極３１に移動させ、カソード電極３１はアノード電極２９側から受けた電子、水素イオン、及び空気中に含まれている酸素を反応させて水を生成する機能を有する。

そして、セパレータ２３、２５は、ＭＥＡ２１を隔てて互いに密着して、ＭＥＡ２１のアノード電極２９とカソード電極３１とを直列に接続させる伝導体としての機能、及びＭＥＡ２１のアノード電極２９に水素を供給し、カソード電極３１に空気を供給する水素及び空気の通路としての機能を有する。

このために、各セパレータ２３、２５において、一方のセパレータ２３は、ＭＥＡ２１のアノード電極２９に密着するように配置されつつ水素をアノード電極２９に供給するための水素通路１５を形成する。そして、他方のセパレータ２５は、ＭＥＡ２１のカソード電極３１に密着するように配置されつつ空気をカソード電極３１に供給するための空気通路１７を形成する。

このような２つのセパレータ２３、２５がＭＥＡ２１を隔ててこのＭＥＡ２１に密着する場合、ＭＥＡ２１のアノード電極２９側に位置する水素通路１５は、図面を基準に上下方向に形成され、空気通路１７は、図面を基準に左右方向に形成されることにより、互いに直交する状態で形成された構造を有する。代案としては、水素通路１５及び空気通路１７は前記のような構造からなるものに限定されず、互いに平行に形成することもできる。

ここで、水素通路１５は、ＭＥＡ２１に対する一方のセパレータ２３の密着面に沿って形成された水素移動チャンネル２３ｃによって構成することができる。そして、空気通路１７は、ＭＥＡ２１に対する他方のセパレータ２５の密着面に沿って形成された空気移動チャンネル２５ｃによって構成することができる。

このような各々の移動チャンネル２３ｃ（２５ｃ）は、図４に示したように、各セパレータ２３（２５）の本体２３ａ（２５ａ）に、任意の間隔をおいて直線状態に突出形成されたリブ２３ｂ（２５ｂ）の間の空間として構成することができる。

そして、各移動チャンネル２３ｃ（２５ｃ）は、長さ方向に対して垂直な断面を基準にした場合、底部（Ｂ）とこの底部（Ｂ）の側面に繋がる一対の壁部（Ｗ_１、Ｗ_２）とによって形成することができる。この時の壁部（Ｗ_１、Ｗ_２）は、リブ２３ｂ（２５ｂ）の長さ方向に対してこのリブ２３ｂ（２５ｂ）の両側の壁部を意味する。

図５は、本発明の第１実施例による燃料電池用スタックにおいて、電気発生部のセパレータを旋回させた状態の分解斜視図であり、図６は、図５に示したセパレータの部分平面構成図である。

図面を参照にすれば、本実施例による燃料電池用スタック７の電気発生部１９において、セパレータ２３、２５は、移動チャンネル２３ｃ、２５ｃの長さ方向を基準にした場合、移動チャンネル２３ｃ、２５ｃの両端部を連結する連結部２６を含み、この連結部２６の角部位がラウンド形状からなる。

この連結部２６は、リブ２３ｂ、２５ｂによって直線状態に配置される各移動チャンネル２３ｃ、２５ｃの両端部を連結するためのものであって、一対の前記両端部を交互に連結して、移動チャンネル２３ｃ、２５ｃの両端部に形成されている。

したがって、セパレータ２３、２５がＭＥＡ２１の両面に密着配置され、移動チャンネル２３ｃ、２５ｃの両端部を交互に連結する連結部２６を備えることにより、水素通路１５（図３）及び空気通路１７（図３）は、図５のように蛇行（meander）形態を有する水素及び空気の通路を形成することができる。

具体的に、各連結部２６は、図６に示した移動チャンネル２３ｃ（２５ｃ）の一方の壁部（Ｗ_１）を連結する第１部分２６ａと、移動チャンネル２３ｃ（２５ｃ）の他方の壁部（Ｗ_２）を連結する第２部分２６ｂとで構成される。

ここで、第１部分２６ａは、移動チャンネル２３ｃ（２５ｃ）の長さ方向に対して外側の壁部（Ｗ_１）を連結する連結部分を意味し、第２部分２６ｂは、移動チャンネル２３ｃ（２５ｃ）の長さ方向に対して内側の壁部（Ｗ_２）を連結する連結部分を意味する。

本実施例によれば、各連結部２６の第１部分２６ａは、移動チャンネル２３ｃ（２５ｃ）の一方の壁部（Ｗ_１）を連結する一対の角部位（ａ）と、この角部位（ａ）に繋がる壁部（Ｗ_３）とを含んで構成されるが、各角部位（ａ）がラウンド形状となっている。

そして、各連結部２６の第２部分２６ｂは、移動チャンネル２３ｃ（２５ｃ）の他方の壁部（Ｗ_２）を連結する一対の角部位（ｃ）と、この角部位（ｃ）に繋がる壁部（Ｗ_４）とを含んで構成されるが、各角部位（ｃ）が直角形状となっている。

ここで、第１部分２６ａの角部位（ａ）は、図面での第１部分２６ａの壁部（Ｗ_３）と繋がる円弧を形成するが、この円弧はほぼ１.０〜２.１２ｍｍの曲率半径を有する。本実施例では、角部位（ａ）の曲率半径が１.０ｍｍ未満であると、その角部位（ａ）で水素及び空気の乱流が発生することが分かり、その曲率半径が２.１２ｍｍを超えると、その角部位（ａ）でＭＥＡ２１の活性領域に対する水素及び空気の接触面積が減少することが分かった。

したがって、本実施例による燃料電池用スタック７におけるセパレータ２３（２５）は、移動チャンネル２３ｃ（２５ｃ）の両端部を連結する連結部２６の第１部分２６ａがラウンド形態の角部位（ａ）を備えることにより、従来とは違い、水素通路１５（図３）及び空気通路１７（図３）に水素及び空気が流れる途中でこの水素及び空気の流れの方向が変わる連結部２６の角部位（ａ）で、水素及び空気の流れに抵抗として作用する乱流を形成しない。これにより、本実施例によるセパレータ２３、２５は、水素通路１５（図３）及び空気通路１７（図３）における水素及び空気の円滑な流れを図ることができる。

そして、本実施例による連結部２６は、第１、第２部分２６ａ、２６ｂの角部位（ａ、ｃ）に繋がる壁部（Ｗ_３、Ｗ_４）が直線状態で偏平に形成されている。

このような連結部２６の構成を下記の比較例と比較して説明すれば、比較例として、連結部２６の壁部（Ｗ_３、Ｗ_４）がラウンド形状からなる場合、この壁部（Ｗ_３、Ｗ_４）の間の空間に相当する領域の有効面積が減少することにより、ＭＥＡ２１の活性領域における水素及び空気の接触面積が減少する。このような連結部２６に対する水素及び空気の接触面積の減少は、スタック全体の性能を減少させる要因として作用する。

反面、本実施例では、第１、第２部分２６ａ、２６ｂの角部位（ａ、ｃ）に繋がる壁部（Ｗ_３、Ｗ_４）が偏平に形成されるため、前述の比較例とは違ってこの壁部（Ｗ_３、Ｗ_４）の間の空間に相当する領域の有効面積が増加し、これによってＭＥＡ２１の活性領域における水素及び空気の接触面積が増加するようになる。このような連結部２６に対する水素及び空気の接触面積の増加は、スタック全体の性能を向上させる要因として作用する。

前記のように構成される燃料電池システム１００の作用時、改質装置３から発生する水素を各電気発生部１９の水素通路１５に供給し、空気ポンプ１３の稼動によって空気を空気通路１７に供給する。

したがって、本実施例によれば、水素及び空気が予め設定された圧力で水素通路１５及び空気通路１７に沿って流れる時、連結部２６の角部位（ａ）、つまり、第１部分２６ａの角部位（ａ）がラウンド形状に形成されているので、この角部位（ａ）では水素及び空気の乱流が発生しない。

これにより、水素通路１５及び空気通路１７に沿って水素及び空気が流れる途中で、この水素及び空気が連結部２６の角部位（ａ）で停留せずにその角部位（ａ）に沿ってガイドされながら円滑に通過することができる。

このような作用によって水素通路１５を介してＭＥＡ２１のアノード電極２９に水素が供給され、空気通路１７を介してＭＥＡ２１のカソード電極３１に空気が供給される。そうすると、アノード電極２９では、水素の酸化反応を通じてこの水素を電子と水素イオン（プロトン）とに分離する。この時、前記水素イオンは電解質膜３３を介してカソード電極３１に移動するが、電子は電解質膜３３を介して移動できず、セパレータ２３、２５を介して隣接するＭＥＡ２１のカソード電極３１に移動し、この時の電子の流れによって、予め設定された容量の電流が発生する。そして、ＭＥＡ２１のカソード電極３１では、アノード電極２９から受けた水素イオンと空気中に含まれている酸素との還元反応を通じて、熱及び水が発生する。

図７は、本発明の第２実施例による燃料電池用スタックにおけるセパレータを示した部分平面構成図である。

図面を参照にすれば、本実施例による燃料電池用スタックにおけるセパレータ１２３（１２５）は、前記実施例の構造を基本としながら、第１部分１２６ａの各角部位（ａ）と、第２部分１２６ｂの各角部位（ｃ）とがラウンド形状からなる連結部１２６を構成する。

ここで、第１、第２部分１２６ａ、１２６ｂの各角部位（ａ、ｃ）は、図７に示すように同心円状に構成される円弧を形成し、この円弧はほぼ１.０〜２.１２ｍｍの曲率半径を有する。この時、第１部分１２６ａの各角部位（ａ）を形成する円弧の長さは第２部分１２６ｂの各角部位（ｃ）を形成する円弧の長さより長く形成される。

本実施例では、各角部位（ａ、ｃ）の曲率半径が１.０ｍｍ未満であると、各角部位（ａ、ｃ）で水素及び空気の乱流が発生することが分かり、その曲率半径が２.１２ｍｍを超えると、各角部位（ａ、ｃ）でＭＥＡの活性領域における水素及び空気の接触面積が減少することが分かった。

そして、本実施例によれば、第１、第２部分１２６ａ、１２６ｂの各角部位（ａ、ｃ）に繋がる壁部（Ｗ_３、Ｗ_４）が直線状態で偏平に形成される連結部１２６を構成することができる。このような連結部１２６の構成により、前記実施例のように、壁部（Ｗ_３、Ｗ_４）の間の空間に相当する領域の有効面積は増加する。

本実施例によるセパレータ１２３（１２５）のその他の構成及び作用は前記実施例と同一であるので、ここでは詳細な説明は省略する。

図８は、本発明の第３実施例による燃料電池用スタックにおけるセパレータの一部を示した平面構成図である。

図８を参照すれば、本実施例による燃料電池用スタックにおけるセパレータ２２３（２２５）は、前記第１実施例又は第２実施例のような連結部２２６（以下、「第１連結部」とする）の外側に配置される少なくとも一つの第２連結部２２８をさらに含むことができる。図８において、第１連結部２２６は、便宜上前記第２実施例と同一な連結部の構成を示している。

本実施例によれば、第２連結部２２８は、第１連結部２２６を構成する第１リブ２２３ｂ（２２５ｂ）を基準にした場合、第１リブ２２３ｂ（２２５ｂ）の両側に位置する一対の第２リブ２２３ｄ（２２５ｄ）の両端部を交互に連結して、第２リブ２２３ｄ（２２５ｄ）の外側に位置する移動チャンネル２２３ｃ（２２５ｃ）の両端部に形成されている。本実施例で第２連結部２２８は、図面を基準に第１連結部２２６の外側に単一に形成されているが、これに限定されるものではなく、第１連結部２２６の外側に複数形成することもできる。

このような第２連結部２２８は、移動チャンネル２２３ｃ（２２５ｃ）の一方の壁部と他方の壁部とを連結して形成されるが、その各角部位（ｄ）は前記実施例と同じ曲率でラウンド形状の円弧を形成する。さらに、第２連結部２２８は、各角部位（ｄ）に繋がる壁部が直線状態で偏平に形成されている。

本実施例によるセパレータ２２３（２２５）の作用は前記実施例と同一であるので、詳細な説明はここでは省略する。

図９は、本発明の第４実施例による燃料電池用スタックにおけるセパレータの一部を示した平面構成図である。

図９を参照すれば、本実施例による燃料電池用スタックにおけるセパレータ３２３（３２５）は、直線状態に配置される少なくとも三つの移動チャンネル３２３ｃ（３２５ｃ）の両端部を連結して形成される連結部３２６を備えることができる。

この連結部３２６は、移動チャンネル３２３ｃ（３２５ｃ）の長さ方向を基準にした場合、水素及び空気の流動方向が変わる各角部位（ｅ）が前記実施例と同じ曲率を有して、ラウンド形状の円弧を形成する。さらに、連結部３２６は、各角部位（ｅ）に繋がる壁部が直線状態で偏平に形成されている。

本実施例によるセパレータ３２３（３２５）の作用は前記実施例と同一であるので、詳細な説明はここでは省略する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これもまた本発明の範囲に属する。

本発明の実施例による燃料電池システムの全体的な構成を概略的に示したブロック図である。 本発明の第１実施例による燃料電池用スタックの構造を概略的に示した分解斜視図である。 図２に示した前記発生部の結合断面構成図である。 図３に示したセパレータの一部を拡大して示した断面構成図である。 本発明の第１実施例による燃料電池用スタックにおいて、前記発生部のセパレータを旋回させた状態の分解斜視図である。 図５に示したセパレータの部分平面構成図である。 本発明の第２実施例による燃料電池用スタックにおけるセパレータを示した部分平面構成図である。 本発明の第３実施例による燃料電池用スタックにおけるセパレータの一部を示した平面構成図である。 本発明の第４実施例による燃料電池用スタックにおけるセパレータの一部を示した平面構成図である。

符号の説明

１ 燃料供給源
３ 改質装置
５ 酸素供給源
７ スタック
９ 燃料タンク
１１ 燃料ポンプ
１３ 空気ポンプ
１５ 水素通路
１７ 空気通路
１９ 電気発生部
２１ 膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）
２３、２５、１２３、１２５、２２３、２２５、３２３、３２５ セパレータ
２３ｃ、２２３ｃ、３２３ｃ 水素移動チャンネル
２３ａ、２５ａ セパレータの本体
２３ｂ、２５ｂ、２２３ｂ、２２３ｄ、２２５ｂ、２２５ｄ リブ
２５ｃ、２２５ｃ、３２５ｃ 空気移動チャンネル
２６、１２６、２２６、２２８、３２６ 連結部
２６ａ、１２６ａ 連結部の第１部分
２６ｂ、１２６ｂ 連結部の第２部分
２９ アノード電極
３１ カソード電極
３３ 電解質膜
１００ 燃料電池システム

Claims (23)

1. 膜−電極アセンブリーと、燃料及び酸素の流れを可能にする複数の移動チャンネルとを有しながら、前記膜−電極アセンブリーの両側面に各々密着配置されるセパレータとして構成される少なくとも一つの電気発生部を含み、
   前記セパレータは、前記移動チャンネルの長さ方向を基準にした場合、前記各移動チャンネルを連結する連結部を含み、前記連結部の角部位がラウンド形状からなることを特徴とする燃料電池用スタック。
2. 前記角部位を形成する円弧が１．０〜２．１２ｍｍの曲率半径を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用スタック。
3. 前記移動チャンネルは、長さ方向に垂直な断面を基準にした場合、底部及びこの底部の側面に繋がる一対の壁部を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用スタック。
4. 前記連結部は、前記一方の壁部を連結する第１部分と、前記他側の壁部を連結する第２部分とで構成されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用スタック。
5. 前記連結部は、前記第１部分の角部位がラウンド形状からなることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用スタック。
6. 前記連結部は、前記第２部分の角部位がラウンド形状からなることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池用スタック。
7. 前記連結部は、前記第１部分の角部位を形成する円弧の長さが前記第２部分の角部位を形成する円弧の長さより長いことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池用スタック。
8. 前記連結部は、前記第１部分の角部位に繋がる壁部が偏平に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池用スタック。
9. 前記連結部は、前記第２部分の角部位に繋がる壁部が偏平に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池用スタック。
10. 前記第１部分の角部位を形成する円弧が１．０〜２．１２ｍｍの曲率半径を有することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池用スタック。
11. 前記第２部分の角部位を形成する円弧が１．０〜２．１２ｍｍの曲率半径を有することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池用スタック。
12. 前記セパレータは、前記膜−電極アセンブリーの一の面に密着配置されて前記移動チャンネルによる燃料通路を形成し、前記膜−電極アセンブリーの反対面に密着配置されて前記移動チャンネルによる酸素通路を形成することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用スタック。
13. 前記電気発生部を複数備え、これら電気発生部を連続的に配置して前記電気発生部による集合体構造を形成させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用スタック。
14. 燃料と酸素の反応によって電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部を含むスタックと、
    前記燃料を前記電気発生部に供給する燃料供給源と、
    前記酸素を前記電気発生部に供給する酸素供給源と、
    を含み、
    前記電気発生部は、膜−電極アセンブリーと、燃料及び酸素の流れを可能にする複数の移動チャンネルとを有しながら、前記膜−電極アセンブリーの両面に各々密着配置されるセパレータとして構成され、
    前記セパレータは、前記移動チャンネルの長さ方向を基準にした場合、前記各移動チャンネルを連結する連結部を含み、前記連結部の角部位がラウンド形状からなることを特徴とする燃料電池システム。
15. 前記角部位を形成する円弧が１．０〜２．１２ｍｍの曲率半径を有することを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
16. 前記移動チャンネルは、長さ方向に垂直な断面に対し、底部とこの底部の側面に繋がる一対の壁部とで構成され、
    前記連結部は、前記一方の壁部を連結する第１部分と、前記他方の壁部を連結する第２部分とで構成されることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
17. 前記連結部は、前記第１部分の角部位がラウンド形状からなることを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池システム。
18. 前記連結部は、前記第２部分の角部位がラウンド形状からなることを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池システム。
19. 前記連結部は、前記第１部分の角部位に繋がる壁部が偏平に形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池システム。
20. 前記連結部は、前記第２部分の角部位に繋がる壁部が偏平に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池システム。
21. 前記燃料として水素気体を使用することを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
22. 液体からなる燃料を使用することを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
23. 空気を通じて前記酸素を得るように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。

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