JP2006332006A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell.
現在、複数の単電池を積層して構成したスタック(積層体)を備える燃料電池が実用化されている。かかる燃料電池のスタックの積層方向両端に位置する単電池(以下「端セル」という)の外側には、各単電池で発生した電力を回収する集電板や、スタックの積層方向に所定の圧縮力を作用させるための締結板が配置されている。このため、端セルはスタック中央部分における単電池と比較して放熱し易く、端セル内部に結露が発生し易くなる。このような結露は、低温環境下における燃料電池の起動時間を遅延させ、発電性能の低下をもたらすものである。 Currently, a fuel cell including a stack (stacked body) configured by stacking a plurality of unit cells has been put into practical use. On the outside of the unit cells (hereinafter referred to as “end cells”) located at both ends of the stack of fuel cells in the stacking direction, a current collecting plate for collecting the electric power generated by each unit cell and a predetermined compression in the stacking direction of the stack A fastening plate for applying a force is arranged. For this reason, the end cell is easier to dissipate heat than the single cell in the central portion of the stack, and condensation tends to occur inside the end cell. Such condensation delays the start-up time of the fuel cell in a low-temperature environment and causes a decrease in power generation performance.
このため、近年においては、燃料電池の端セルと集電板との間に、導電性を有する材料で構成した発電に寄与しない層(ダミーセル)を配置することにより、端セルからの放熱を抑制して発電性能の低下を抑制する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。また、各単電池に反応ガスを供給するためのガス供給流路と、各単電池から反応ガスを排出するためのガス排出流路と、を連通接続するガスバイパス流路をダミーセルに形成することにより、単電池(特に端セル)におけるフラッディングやコンタミネーションを抑制する技術も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかし、前記特許文献1や前記特許文献2に記載された技術においては、ダミーセルが端セルと集電板との間に配置されているため、ダミーセルを経由する分だけ集電効率が低下してしまうという問題があった。
However, in the techniques described in
本発明は、複数の単電池を積層して構成した発電用の積層体と、この積層体の積層方向外側に配置される発電に寄与しない層と、を備える燃料電池において、集電効率を格段に向上させて発電性能を高めることを目的とする。 The present invention is a fuel cell comprising a stack for power generation constituted by stacking a plurality of single cells, and a layer that does not contribute to power generation arranged on the outer side in the stacking direction of the stack. The purpose is to improve the power generation performance.
前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池は、複数の単電池を積層させた積層体と、この積層体の積層方向外側に配置された集電板と、を備え、各単電池に反応ガスを供給するためのガス供給流路と、各単電池から反応ガスを排出するためのガス排出流路と、が積層体の積層方向に延在するように形成されてなる燃料電池であって、ガス供給流路とガス排出流路とを連通接続するガスバイパス流路を有する流路層を備え、この流路層は、集電板よりも積層体の積層方向外側に配置されてなるものである。 In order to achieve the above object, a fuel cell according to the present invention includes a laminate in which a plurality of single cells are laminated, and a current collector plate arranged on the outer side in the stacking direction of the laminate, and each single cell has A fuel cell in which a gas supply channel for supplying a reaction gas and a gas discharge channel for discharging a reaction gas from each unit cell are formed so as to extend in the stacking direction of the stack. The gas supply flow path and the gas discharge flow path are connected to each other, and a flow path layer having a gas bypass flow path is provided. The flow path layer is disposed on the outer side in the stacking direction of the stacked body than the current collector plate. Is.
かかる構成によれば、ガスバイパス流路を有する流路層が、集電板よりも積層体の積層方向外側に配置されているので、集電効率を格段に向上させることができ、発電性能を高めることができる。また、各単電池(特に端セル)で生成された水分や不純物を、流路層に設けたガスバイパス流路で効果的に捕捉することができるため、フラッディングやコンタミネーションを抑制することができる。また、流路層が集電板よりも積層体の積層方向外側に配置されているので、流路層を導電性材料で構成する必要がなくなり、設計の自由度を高めることができる。 According to such a configuration, since the flow path layer having the gas bypass flow path is arranged on the outer side in the stacking direction of the stacked body than the current collector plate, the current collection efficiency can be significantly improved, and the power generation performance is improved. Can be increased. In addition, since moisture and impurities generated in each unit cell (especially the end cell) can be effectively captured by the gas bypass channel provided in the channel layer, flooding and contamination can be suppressed. . In addition, since the flow path layer is disposed on the outer side in the stacking direction of the laminate than the current collector plate, it is not necessary to configure the flow path layer with a conductive material, and the degree of freedom in design can be increased.
前記燃料電池において、流路層の少なくとも集電板側の面近傍に断熱部を設けることが好ましい。かかる構成を採用することにより、端セルからの放熱を抑制して、発電性能の低下を抑制することができる。前記断熱部として、流路層の少なくとも集電板側の面近傍に形成された中空部を採用することができる。また、前記断熱部として、流路層の少なくとも集電板側の面近傍に形成された中空部に発泡材を充填して構成したものを採用することもできる。 In the fuel cell, it is preferable to provide a heat insulating portion at least near the surface of the flow path layer on the side of the current collector plate. By adopting such a configuration, it is possible to suppress heat dissipation from the end cell and suppress a decrease in power generation performance. As the heat insulating part, a hollow part formed at least near the surface of the flow path layer on the current collecting plate side can be adopted. Further, as the heat insulating part, a structure in which a hollow part formed at least in the vicinity of the surface of the flow path layer on the current collecting plate side is filled with a foaming material may be employed.
また、前記燃料電池において、流路層を絶縁性材料で構成することが好ましい。かかる構成を採用すると、流路層が絶縁層を兼ねることとなり、絶縁層を別途設ける必要がなくなるので、燃料電池の小型化が可能となる。 In the fuel cell, the flow path layer is preferably made of an insulating material. When such a configuration is adopted, the flow path layer also serves as the insulating layer, and it is not necessary to separately provide the insulating layer, so that the fuel cell can be reduced in size.
また、前記燃料電池において、流路層を断熱性材料で構成することもできる。かかる構成を採用することにより、端セルからの放熱を抑制して、発電性能の低下を抑制することができる。 Further, in the fuel cell, the flow path layer can be made of a heat insulating material. By adopting such a configuration, it is possible to suppress heat dissipation from the end cell and suppress a decrease in power generation performance.
また、前記燃料電池において、流路層のガスバイパス流路に、イオン交換樹脂を充填することもできる。このようにすることにより、コンタミネーションを効果的に抑制することができる。 In the fuel cell, the gas bypass channel of the channel layer can be filled with an ion exchange resin. By doing in this way, contamination can be suppressed effectively.
また、前記燃料電池において、各単電池は、ガス供給流路から供給された反応ガスをガス排出流路に流通させるガス流路を有し、流路層のガスバイパス流路は、各単電池のガス流路と略同一の圧力損失を有することが好ましい。かかる構成を採用すると、ガスバイパス流路の圧力損失に起因した発電効率の低下を抑制することができる。 Further, in the fuel cell, each single cell has a gas flow path for allowing the reaction gas supplied from the gas supply flow path to flow to the gas discharge flow path, and the gas bypass flow path of the flow path layer includes each single cell. It is preferable to have substantially the same pressure loss as the gas flow path. By adopting such a configuration, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency due to pressure loss in the gas bypass flow path.
本発明によれば、燃料電池において、集電効率を格段に向上させて発電性能を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a fuel cell, current collection efficiency can be improved significantly and electric power generation performance can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池について説明する。本実施形態に係る燃料電池は、端セルに集電板を直接接触させて配置することにより、集電効率の向上を実現させるものである。なお、以下の各実施形態においては、本発明を車載に好適な固体高分子電解質型の燃料電池に適用した例を示す。 Hereinafter, a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The fuel cell according to the present embodiment realizes an improvement in current collection efficiency by arranging the current collecting plate in direct contact with the end cell. In the following embodiments, examples in which the present invention is applied to a solid polymer electrolyte fuel cell suitable for in-vehicle use will be described.
<第1実施形態>
まず、図1及び図2を用いて、本発明の第1実施形態に係る燃料電池1の構成について説明する。
<First Embodiment>
First, the configuration of the
燃料電池1は、図1に示すように、複数の単電池2を積層したスタック本体3を備えており、スタック本体3の両端に位置する単電池(端セル)2の外側に、出力端子付のターミナルプレート10、ガスバイパス流路を有する流路層20及びエンドプレート6030がこの順に配置されて構成されている。また、両エンドプレート60の間には、図示されていないテンションプレートが架け渡され、これらテンションプレートが各々エンドプレート60にボルト固定されることにより、スタック本体3の積層方向に所定の圧縮力(締結荷重)が加えられるようになっている。
As shown in FIG. 1, the
単電池2は、イオン交換膜からなる電解質膜及びこれを両面から挟んだ一対の電極からなる膜・電極接合体と、この膜・電極接合体を外側から挟持する一対のセパレータと、で構成されている。セパレータは、例えば金属を基材とする導通体であり、各電極に空気等のカソードガス及び水素ガス等のアノードガスを供給するためのガス流路を有し、互いに隣接する単電池2に供給される異種流体の混合を遮断する役割を果たす。かかる構成により、単電池2の膜・電極接合体内において電気化学反応が生じて起電力が得られることとなる。また、かかる電気化学反応は発熱反応であることから、セパレータには、燃料電池冷却用の冷媒(冷却水等)を流すための冷媒流路が設けられている。
The
スタック本体3は、図1に示すように単電池2を複数積層して構成したものであり、本発明における積層体である。なお、スタック本体3を構成する各単電池2には、マニホールド形成用の図示されていない貫通孔が穿設されており、これら貫通孔が重ね合わせられることにより、アノードガス流通用、カソードガス流通用及び冷媒流通用の図示されていないマニホールドがセル積層方向に貫通形成されることとなる。
The
ターミナルプレート10は、本発明における集電板であり、鉄、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属で板状に形成されている。本実施形態におけるターミナルプレート10は、スタック本体3の両端に位置する単電池(端セル)2に直接接触するように配置されている。ターミナルプレート10のスタック本体3側の表面には、金、銀、アルミ、ニッケル、亜鉛、すず等を用いためっき処理等の表面処理が施されており、かかる表面処理により、端セル2との接触抵抗が確保されている。
The
また、ターミナルプレート10には、図2に示すように、マニホールド形成用の複数の貫通孔(11a〜13b)が穿設されている。貫通孔11a、12a、13aは、各々、アノードガス供給用、冷媒供給用、カソードガス供給用のマニホールドを形成するためのものであり、貫通孔11b、12b、13bは、各々、アノードガス排出用、冷媒排出用、カソードガス排出用のマニホールドを形成するためのものである。
Further, as shown in FIG. 2, the
流路層20は、図1及び図2に示すように、3枚の板状体(第1板状体30、第2板状体40、第3板状体50)を積層して構成したものであり、その内部には、ガス供給流路とガス排出流路とを連通接続するガスバイパス流路や、冷媒供給流路と冷媒排出流路とを連通接続する冷媒バイパス流路が設けられている。流路層20は、図1に示すように、ターミナルプレート10よりもスタック本体3の積層方向外側に配置されている。また、流路層20は絶縁性材料で構成されており、ターミナルプレート10とエンドプレート60とを絶縁する機能をも果たすものである。流路層20を構成する絶縁性材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリアミドやナイロン系等の熱に強い熱可塑性樹脂、アルミナ、酸化物性セラミックスシート、等を採用することができる。本実施形態においては、絶縁性材料として、ポリカーボネート等の樹脂材料を採用している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
流路層20を構成する第1板状体30には、図2に示すように、マニホールド形成用の複数の貫通孔(31a〜33b)が穿設されている。貫通孔31a、32a、33aは、各々、アノードガス供給用、冷媒供給用、カソードガス供給用のマニホールドを形成するためのものであり、貫通孔31b、32b、33bは、各々、アノードガス排出用、冷媒排出用、カソードガス排出用のマニホールドを形成するためのものである。第1板状体30のエンドプレート60側の面には、アノードガス供給用の貫通孔31aとアノードガス排出用の貫通孔31bとを連通接続するアノードガスバイパス流路を形成するための流路溝34が設けられている。かかる流路溝34と第2板状体40のターミナルプレート10側の面とによって、アノードガスバイパス流路が形成されることとなる。
As shown in FIG. 2, a plurality of through holes (31 a to 33 b) for forming a manifold are formed in the first plate-
流路層20を構成する第2板状体40には、図2に示すように、マニホールド形成用の複数の貫通孔(41a〜43b)が穿設されている。貫通孔41a、42a、43aは、各々、アノードガス供給用、冷媒供給用、カソードガス供給用のマニホールドを形成するためのものであり、貫通孔41b、42b、43bは、各々、アノードガス排出用、冷媒排出用、カソードガス排出用のマニホールドを形成するためのものである。第2板状体40のエンドプレート60側の面には、カソードガス供給用の貫通孔43aとカソードガス排出用の貫通孔43bとを連通接続するカソードガスバイパス流路を形成するための流路溝44が設けられている。かかる流路溝44と第3板状体50のターミナルプレート10側の面とによって、カソードガスバイパス流路が形成されることとなる。
As shown in FIG. 2, a plurality of through holes (41 a to 43 b) for forming a manifold are formed in the second plate-
流路層20を構成する第3板状体50には、図2に示すように、マニホールド形成用の複数の貫通孔(51a〜53b)が穿設されている。貫通孔51a、52a、53aは、各々、アノードガス供給用、冷媒供給用、カソードガス供給用のマニホールドを形成するためのものであり、貫通孔51b、52b、53bは、各々、アノードガス排出用、冷媒排出用、カソードガス排出用のマニホールドを形成するためのものである。第3板状体50のエンドプレート60側の面には、冷媒供給用の貫通孔52aと冷媒排出用の貫通孔52bとを連通接続する冷媒バイパス流路を形成するための流路溝54が設けられている。かかる流路溝54とエンドプレート60のターミナルプレート10側の面とによって、冷媒バイパス流路が形成されることとなる。
As shown in FIG. 2, a plurality of through holes (51 a to 53 b) for forming a manifold are formed in the third plate-
なお、本実施形態においては、流路層20に形成されるガスバイパス流路(アノードガスバイパス流路及びカソードガスバイパス流路)における圧力損失と、各単電池2のガス流路における圧力損失と、を略同一に設定している。
In the present embodiment, the pressure loss in the gas bypass channel (the anode gas bypass channel and the cathode gas bypass channel) formed in the
エンドプレート60は、ターミナルプレート10と同様に、各種金属(鉄、ステンレス、銅、アルミニウム等)で板状に形成される。本実施形態においては、銅を用いてエンドプレート60を形成している。また、エンドプレート60には、図2に示すように、マニホールド形成用の複数の貫通孔(61a〜63b)が穿設されている。貫通孔61a、62a、63aは、各々、アノードガス供給用、冷媒供給用、カソードガス供給用のマニホールドを形成するためのものであり、貫通孔61b、62b、63bは、各々、アノードガス排出用、冷媒排出用、カソードガス排出用のマニホールドを形成するためのものである。
The
スタック本体3、ターミナルプレート10、流路層20(第1板状体30〜第3板状体50)及びエンドプレート60に穿設した各貫通孔を重ね合わせることにより、アノードガス流通用、カソードガス流通用及び冷媒流通用のマニホールドがセル積層方向に形成される。各流体(アノードガス、カソードガス、冷媒)は、燃料電池1の一端に位置するエンドプレート60に設けられた図示されていない各流体供給用の配管から入口側の各マニホールドに供給され、各単電池2のセパレータに設けられたガス流路や冷媒流路を流れる。そして最終的に、各流体は、出口側の各マニホールドから燃料電池1の他端に位置するエンドプレート60に設けられた図示されていない各流体排出用の配管へと排出される。アノードガス及びカソードガス流通用の入口側のマニホールドは、本発明におけるガス供給流路であり、アノードガス及びカソードガス流通用の出口側のマニホールドは、本発明におけるガス排出流路である。
By stacking the
以上説明した実施形態に係る燃料電池1においては、流路層20がターミナルプレート10よりもスタック本体3の積層方向外側に配置され、ターミナルプレート10が端セル2に直接接触するように配置されているので、集電効率を格段に向上させることができ、発電性能を高めることができる。また、各単電池(特に端セル)2で生成された水分や不純物を、流路層20に形成されたガスバイパス流路で効果的に捕捉することができるため、フラッディングやコンタミネーションを抑制することができる。
In the
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池1においては、流路層20がターミナルプレート10よりもスタック本体3の積層方向外側に配置されているので、流路層20を導電性材料で構成する必要がなくなり、設計の自由度を高めることができる。また、ガスバイパス流路を有する流路層20には耐食性も要求されるが、流路層20を導電性材料で構成する必要がないため、導電性と耐食性との双方を兼ね備えた材料を採択したり、導電性材料に耐食用の高度な表面処理を施したりする必要がない。この結果、製造コストの低減が可能となる。
Further, in the
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池1においては、流路層20を絶縁性材料で構成しているので、流路層20が絶縁層(インシュレータ)を兼ねることとなり、絶縁層を別途設ける必要がなくなるので、燃料電池1の小型化が可能となる。また、流路層30のガスバイパス流路は、各単電池2のガス流路と略同一の圧力損失を有するので、ガスバイパス流路の圧力損失に起因した発電効率の低下を抑制することができる。
In the
<第2実施形態>
次に、図3を参照して、本発明の第2実施形態に係る燃料電池について説明する。本実施形態に係る燃料電池は、第1実施形態に係る燃料電池の流路層の構成を変更したものであり、その他の構成については第1実施形態と実質的に同一である。このため、変更した構成を中心に説明することとし、第1実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fuel cell according to this embodiment is obtained by changing the configuration of the flow path layer of the fuel cell according to the first embodiment, and the other configurations are substantially the same as those of the first embodiment. For this reason, it demonstrates centering around the changed structure, and attaches | subjects the code | symbol same about the part which is common in 1st Embodiment, and abbreviate | omits the description.
本実施形態における流路層20Aは、図3に示すように、3枚の板状体(第1板状体30、第2板状体40A、第3板状体50A)を積層して構成したものであり、その内部には、ガス供給流路とガス排出流路とを連通接続するガスバイパス流路や、冷媒供給流路と冷媒排出流路とを連通接続する冷媒バイパス流路が設けられている。また、流路層20Aは、第1実施形態と同様にターミナルプレート10よりもスタック本体の積層方向外側に配置されており、ターミナルプレート10が端セルに直接接触するように配置されている。また、流路層20Aは絶縁性材料で構成されており、ターミナルプレート10とエンドプレート60とを絶縁する機能をも果たすものである。
As shown in FIG. 3, the
流路層20Aを構成する第1板状体30は、第1実施形態における第1板状体30と同一の構成を有し、図3に示すように、そのエンドプレート60側の面には、アノードガス供給用の貫通孔31aとアノードガス排出用の貫通孔31bとを連通接続するアノードガスバイパス流路を形成するための流路溝34が設けられている。かかる流路溝34と第2板状体40Aのターミナルプレート10側の面とによって、アノードガスバイパス流路が形成されることとなる。
The first plate-
流路層20Aを構成する第2板状体40Aには、図3に示すように、マニホールド形成用の複数の貫通孔(41Aa〜43Ab)が穿設されている。貫通孔41Aa、42Aa、43Aaは、各々、アノードガス供給用、冷媒供給用、カソードガス供給用のマニホールドを形成するためのものであり、貫通孔41Ab、42Ab、43Abは、各々、アノードガス排出用、冷媒排出用、カソードガス排出用のマニホールドを形成するためのものである。
As shown in FIG. 3, a plurality of through holes (41Aa to 43Ab) for forming a manifold are formed in the second plate-
流路層20Aを構成する第3板状体50Aには、図3に示すように、マニホールド形成用の複数の貫通孔(51Aa〜53Ab)が穿設されている。貫通孔51Aa、52Aa、53Aaは、各々、アノードガス供給用、冷媒供給用、カソードガス供給用のマニホールドを形成するためのものであり、貫通孔51Ab、52Ab、53Abは、各々、アノードガス排出用、冷媒排出用、カソードガス排出用のマニホールドを形成するためのものである。
As shown in FIG. 3, a plurality of through holes (51Aa to 53Ab) for forming a manifold are formed in the third plate-
第3板状体50Aのターミナルプレート10側の面には、カソードガス供給用の貫通孔53Aaとカソードガス排出用の貫通孔53Abとを連通接続するカソードガスバイパス流路を形成するための流路溝54Aが設けられている。かかる流路溝54Aと第2板状体40Aのエンドプレート60側の面とによって、カソードガスバイパス流路が形成されることとなる。また、第3板状体50Aのエンドプレート60側の面には、冷媒供給用の貫通孔52Aaと冷媒排出用の貫通孔52Abとを連通接続する冷媒バイパス流路を形成するための流路溝55Aが設けられている。かかる流路溝55Aとエンドプレート60のターミナルプレート10側の面とによって、冷媒バイパス流路が形成されることとなる。
A channel for forming a cathode gas bypass channel that connects the cathode gas supply through hole 53Aa and the cathode gas discharge through hole 53Ab on the surface of the third plate-
なお、本実施形態においても、流路層20Aに形成されるガスバイパス流路(アノードガスバイパス流路及びカソードガスバイパス流路)を流通する場合における反応ガスの圧力損失と、各単電池のガス流路を流通する場合における反応ガスの圧力損失と、を略同一に設定している。
In the present embodiment also, the pressure loss of the reaction gas when flowing through the gas bypass channel (the anode gas bypass channel and the cathode gas bypass channel) formed in the
以上説明した実施形態に係る燃料電池においては、流路層20Aがターミナルプレート10よりもスタック本体3の積層方向外側に配置され、ターミナルプレート10が端セルに直接接触するように配置されているので、集電効率を格段に向上させることができ、発電性能を高めることができる。また、各単電池(特に端セル)で生成された水分や不純物を、流路層20Aに形成されたガスバイパス流路で効果的に捕捉することができるため、フラッディングやコンタミネーションを抑制することができる。また、流路層20Aがターミナルプレート10よりもスタック本体の積層方向外側に配置されているので、流路層20Aを導電性材料で構成する必要がなくなり、設計の自由度を高めることができる。
In the fuel cell according to the embodiment described above, the
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池においては、流路層20Aを絶縁性材料で構成しているので、流路層20Aが絶縁層(インシュレータ)を兼ねることとなり、絶縁層を別途設ける必要がなくなるので、燃料電池の小型化が可能となる。また、流路層20Aのガスバイパス流路は、各単電池のガス流路と略同一の圧力損失を有するので、ガスバイパス流路の圧力損失に起因した発電効率の低下を抑制することができる。
In the fuel cell according to the embodiment described above, since the
<第3実施形態>
次に、図4を参照して、本発明の第3実施形態に係る燃料電池について説明する。本実施形態に係る燃料電池は、第1実施形態に係る燃料電池の流路層の構成を変更したものであり、その他の構成については第1実施形態と実質的に同一である。このため、変更した構成を中心に説明することとし、第1実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a fuel cell according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fuel cell according to this embodiment is obtained by changing the configuration of the flow path layer of the fuel cell according to the first embodiment, and other configurations are substantially the same as those of the first embodiment. For this reason, it demonstrates centering around the changed structure, and attaches | subjects the code | symbol same about the part which is common in 1st Embodiment, and abbreviate | omits the description.
本実施形態における流路層20Bは、図4に示すように、3枚の板状体(第1板状体30B、第2板状体40、第3板状体50)を積層して構成したものであり、その内部には、ガス供給流路とガス排出流路とを連通接続するガスバイパス流路や、冷媒供給流路と冷媒排出流路とを連通接続する冷媒バイパス流路が設けられている。流路層20Bは、図4に示すように、ターミナルプレート10よりもスタック本体3の積層方向外側に配置されている。また、流路層20Bは絶縁性材料で構成されており、ターミナルプレート10とエンドプレート60とを絶縁する機能をも果たすものである。
As shown in FIG. 4, the
流路層20Bを構成する第1板状体30Bは、図4に示すように、第2板状体40及び第3板状体50よりも厚手とされており、そのターミナルプレート10側の面近傍には、図4に示すように、本発明における断熱部として機能する中空部31Bが設けられている。かかる中空部31Bにより、端セル2からの放熱を抑制して、発電性能の低下を抑制することができる。また、第1板状体30Bには、マニホールド形成用の貫通孔が穿設されている。これら貫通孔は第1実施形態における第1板状体30の貫通孔と実質的に同一であるので、説明を省略する。また、第2板状体40及び第3板状体50は、第1実施形態におけるものと同一であるので、説明を省略する。
As shown in FIG. 4, the first plate-
以上説明した実施形態に係る燃料電池においては、流路層20Bがターミナルプレート10よりもスタック本体3の積層方向外側に配置され、ターミナルプレート10が端セル2に直接接触するように配置されているので、集電効率を格段に向上させることができ、発電性能を高めることができる。また、各単電池(特に端セル)2で生成された水分や不純物を、流路層20Bに形成されたガスバイパス流路で効果的に捕捉することができるため、フラッディングやコンタミネーションを抑制することができる。また、流路層20Bがターミナルプレート10よりもスタック本体3の積層方向外側に配置されているので、流路層20Bを導電性材料で構成する必要がなくなり、設計の自由度を高めることができる。
In the fuel cell according to the embodiment described above, the
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池においては、流路層20Bのターミナルプレート10側の面近傍に中空部31B(断熱部)が設けられているので、端セル2からの放熱を抑制して、発電性能の低下を抑制することができる。
Further, in the fuel cell according to the embodiment described above, since the
なお、第3実施形態においては、流路層20Bの第1板状体30Bのターミナルプレート10側の面近傍にのみ断熱部(中空部31B)を設けた例を示したが、要すれば、第1板状体30Bのエンドプレート60側の面に断熱部を設けてもよい。また、第3実施形態においては、流路層20Bを構成する一枚の板状体(第1板状体30B)にのみ断熱部を設けた例を示したが、流路層20B全体を断熱性材料で構成することもできる。かかる断熱性材料としては、アルミナ、シラスバルーンを含浸させたエポキシ樹脂、中空ビーズを分散させたエポキシ樹脂等を採用することができる。
In the third embodiment, the example in which the heat insulating portion (
また、以上の各実施形態においては、流路層(20、20A、20B)の内部にガス供給流路とガス排出流路とを連通接続するガスバイパス流路(アノードガスバイパス流路及びカソードガスバイパス流路)を設けているが、かかるガスバイパス流路にイオン交換樹脂を充填することもできる。このようにガスバイパス流路にイオン交換樹脂を充填することにより、コンタミネーションを効果的に抑制することができる。 Further, in each of the above embodiments, the gas bypass flow path (the anode gas bypass flow path and the cathode gas) that connects the gas supply flow path and the gas discharge flow path inside the flow path layer (20, 20A, 20B). The bypass channel) is provided, but the gas bypass channel can be filled with an ion exchange resin. In this way, contamination can be effectively suppressed by filling the gas bypass channel with the ion exchange resin.
1…燃料電池、2…単電池、3…スタック本体(積層体)、10…ターミナルプレート(集電板)、20 20A 20B…流路層、34 44 54A…流路溝(ガスバイパス流路の一部)、31B…中空部(断熱部)、40 40A…第2板状体(ガスバイパス流路の一部)、50…第3板状体(ガスバイパス流路の一部)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ガス供給流路と前記ガス排出流路とを連通接続するガスバイパス流路を有する流路層を備え、
前記流路層は、前記集電板よりも前記積層体の積層方向外側に配置されてなる燃料電池。 A stacked body in which a plurality of unit cells are stacked, and a current collector plate disposed on the outer side in the stacking direction of the stacked body, and a gas supply channel for supplying a reaction gas to each of the unit cells, A gas discharge passage for discharging a reaction gas from each unit cell, and a fuel cell formed so as to extend in the stacking direction of the stack,
A flow path layer having a gas bypass flow path that connects the gas supply flow path and the gas discharge flow path;
The fuel cell is configured such that the flow path layer is disposed on the outer side in the stacking direction of the stacked body than the current collector plate.
前記流路層の前記ガスバイパス流路は、前記各単電池の前記ガス流路と略同一の圧力損失を有する請求項1から7の何れか一項に記載の燃料電池。
Each unit cell has a gas flow path for circulating the reaction gas supplied from the gas supply flow path to the gas discharge flow path,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the gas bypass channel of the channel layer has substantially the same pressure loss as the gas channel of each unit cell.
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