JP2007141553A - Fuel cell stack - Google Patents

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Hideaki Kikuchi
英明 菊池
Masaru Oda
優 小田
Takamasa Kawagoe
敬正 川越
Yasuhiro Watanabe
康博 渡邊
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To positively exhaust water in a reaction gas passage in a fuel cell stack. <P>SOLUTION: A unit fuel cell 10 is constituted by forming a membrane electrode assembly 20 by arranging an anode and a cathode 23 on each side of a polymer electrolyte membrane, arranging separators 30A, 30B closely contacting with the anode and the cathode 23, and forming the reaction gas passages between these electrodes and the separators 30A, 30B, and stacking a plurality of the unit fuel cells. The reaction gas passage is extended zigzag in the vertical direction, and the sum of an angle of inclination of the reaction gas passage to the vertical direction when the fuel cell stack is made to stand in the vertical direction and the maximum angle of inclination of an appliance mounting the fuel cell stack is made smaller than 90°. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、単位燃料電池を複数積層してなる燃料電池スタックに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell stack formed by stacking a plurality of unit fuel cells.

燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下、単位セルという）を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタックとするものが知られている。
この燃料電池では、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で酸素と電気化学反応を起こして発電し、その際に水（以下、生成水）を生成する。この発電には発熱を伴うため、発電を継続するために一般に冷媒を流して燃料電池を冷却している。 In a fuel cell, a membrane electrode structure is formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode from both sides, and a pair of separators are arranged on both sides of the membrane electrode structure to form a flat unit fuel. A battery (hereinafter referred to as a unit cell) is configured, and a plurality of unit cells are stacked to form a fuel cell stack.
In this fuel cell, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode electrode permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode electrode, where they generate an electrochemical reaction with oxygen at the cathode electrode. (Hereinafter, produced water) is produced. Since this power generation is accompanied by heat generation, in order to continue the power generation, the fuel cell is generally cooled by flowing a refrigerant.

この種の燃料電池には、波状に蛇行して延びる突条を備えたセパレータを、金属プレートをプレス成形して形成し、このセパレータを膜電極構造体のアノード電極およびカソード電極に密接して配置して突条とアノード電極あるいはカソード電極との間の空間を反応ガス通路（すなわち、燃料ガス通路あるいは酸化剤ガス通路）にしたものがある。（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−３３８３００号公報 In this type of fuel cell, a separator having a ridge extending in a wavy manner is formed by press-molding a metal plate, and this separator is placed in close contact with the anode electrode and the cathode electrode of the membrane electrode structure. In some cases, the space between the protrusion and the anode electrode or cathode electrode is used as a reaction gas passage (that is, a fuel gas passage or an oxidant gas passage). (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2003-338300 A

前記特許文献１に記載されている燃料電池では、波状をなす反応ガス通路を水平方向に延ばしているため、反応ガス通路において下向きに凸となる部分に生成水等の水が滞留する場合がある。水が滞留している部分では反応ガスが電極（カソード電極あるいはアノード電極）に接触することができなくなるため、発電面を実質的に狭めることとなり、発電性能が低下する。また、反応ガス通路を閉塞することになれば、発電面への反応ガスの供給が滞ってしまう。
そこで、波状をなす反応ガス通路を鉛直方向に延ばして、反応ガスを燃料電池スタックの上から下へ鉛直下向き（重力方向）に流すようにすることが考えられている、このように構成すると、水も反応ガスと一緒に鉛直方向に流れていくので、反応ガス通路内に水を滞留させないようにすることができる。 In the fuel cell described in Patent Document 1, since the wavy reaction gas passage extends in the horizontal direction, water such as generated water may stay in a portion that protrudes downward in the reaction gas passage. . Since the reaction gas cannot contact the electrode (cathode electrode or anode electrode) in the portion where the water stays, the power generation surface is substantially narrowed and the power generation performance is reduced. Moreover, if the reaction gas passage is blocked, the supply of the reaction gas to the power generation surface is delayed.
Therefore, it is considered to extend the wavy reaction gas passage in the vertical direction so that the reaction gas flows vertically downward (in the direction of gravity) from the top to the bottom of the fuel cell stack. Since water also flows in the vertical direction together with the reaction gas, it is possible to prevent water from staying in the reaction gas passage.

これにより、定置式の燃料電池であれば反応ガス通路内の水滞留の問題は解決される。しかしながら、移動体（例えば、車両）に搭載された燃料電池の場合には、移動体の姿勢が一定でないので、その姿勢の如何によっては反応ガス通路に水が滞留する可能性がある。
そこで、この発明は、姿勢変化を強いられる設置条件であっても反応ガス通路内から水を確実に排出することができる燃料電池スタックを提供するものである。 Thereby, if it is a stationary fuel cell, the problem of water retention in the reaction gas passage is solved. However, in the case of a fuel cell mounted on a moving body (for example, a vehicle), since the posture of the moving body is not constant, water may stay in the reaction gas passage depending on the posture.
Therefore, the present invention provides a fuel cell stack capable of reliably discharging water from the reaction gas passage even under installation conditions that are forced to change posture.

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、電解質膜（例えば、後述する実施例における固体高分子電解質膜２１）の両側にアノード電極（例えば、後述する実施例におけるアノード電極２２）とカソード電極（例えば、後述する実施例におけるカソード電極２３）を設けて膜電極構造体（例えば、後述する実施例における膜電極構造体２０）を構成し、前記アノード電極とカソード電極に密接してセパレータ（例えば、後述する実施例におけるアノード側セパレータ３０Ａ、カソード側セパレータ３０Ｂ）を配置しこれら電極とセパレータとの間にそれぞれ反応ガス通路（例えば、後述する実施例における燃料ガス通路５１、酸化剤ガス通路５２）を形成して単位燃料電池（例えば、後述する実施例における単位セル１０）を構成し、この単位燃料電池を複数積層してなる燃料電池スタック（例えば、後述する実施例における燃料電池スタックＳ）であって、前記反応ガス通路は波状に蛇行しながら鉛直方向に延びており、燃料電池スタックを鉛直方向に起立させたときの鉛直方向に対する前記反応ガス通路の傾き角度（例えば、後述する実施例における傾き角度β）と、該燃料電池スタックを搭載する機器（例えば、後述する実施例における車両Ｖ）の最大傾斜角度（例えば、後述する実施例における最大傾斜角度α１，α２）との和が、９０度よりも小さいことを特徴とする燃料電池スタックである。   In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is directed to an anode electrode (for example, an anode electrode 22 in an embodiment described later) on both sides of an electrolyte membrane (for example, a solid polymer electrolyte membrane 21 in an embodiment described later). And a cathode electrode (for example, cathode electrode 23 in the embodiment described later) are provided to form a membrane electrode structure (for example, membrane electrode structure 20 in the embodiment described later), and are in close contact with the anode electrode and the cathode electrode Separators (for example, anode-side separator 30A and cathode-side separator 30B in the embodiments described later) are arranged, and reaction gas passages (for example, fuel gas passage 51 and oxidant gas in the embodiments described later) are disposed between these electrodes and separators. A unit fuel cell (for example, a unit cell 10 in an embodiment to be described later) is formed by forming a passage 52). A fuel cell stack in which a plurality of unit fuel cells are stacked (for example, a fuel cell stack S in an embodiment to be described later), wherein the reaction gas passage extends in the vertical direction while meandering in a wavy shape. An inclination angle of the reaction gas passage with respect to the vertical direction when the stack is erected in the vertical direction (for example, an inclination angle β in an embodiment described later) and an apparatus (for example, in an embodiment described later) on which the fuel cell stack is mounted. The fuel cell stack is characterized in that the sum of the maximum inclination angle of the vehicle V) (for example, maximum inclination angles α1, α2 in the embodiments described later) is smaller than 90 degrees.

このように構成することにより、燃料電池スタックを搭載した機器が最大傾斜角度の姿勢になったときにも、反応ガス通路は下方に傾斜した姿勢となるので、反応ガス通路内の水を滞留させずに下方へと流れ落とすことができる。   With this configuration, even when the device on which the fuel cell stack is mounted is in the posture of the maximum inclination angle, the reaction gas passage is inclined downward, so that water in the reaction gas passage is retained. Without being able to flow down.

請求項１に係る発明によれば、燃料電池スタックを搭載した機器が最大傾斜角度の姿勢になったときにも、反応ガス通路内の水を下方へ流れ落とすことができるので、反応ガス通路内に水が滞留するのを確実に阻止することができ、流路閉塞も阻止することができる。その結果、燃料電池スタックの発電性能を良好に維持することができる。また、反応ガス通路内において水が凍結することもないので、電解質膜の損傷防止、低温始動性の向上を図ることができる。   According to the first aspect of the present invention, since the water in the reaction gas passage can flow downward even when the device on which the fuel cell stack is mounted assumes the posture of the maximum inclination angle, It is possible to reliably prevent water from staying in the channel, and to prevent blockage of the flow path. As a result, the power generation performance of the fuel cell stack can be maintained satisfactorily. Further, since water does not freeze in the reaction gas passage, it is possible to prevent damage to the electrolyte membrane and improve low-temperature startability.

以下、この発明に係る燃料電池スタックの実施例を図１から図１４の図面を参照して説明する。なお、この実施例は燃料電池自動車に搭載される燃料電池スタックの態様であり、この実施例において車両Ｖは燃料電池スタックを搭載する機器を構成する。
図１は燃料電池スタックＳの概略斜視図であり、燃料電池スタックＳは、高さ方向に細長い単位燃料電池（以下、単位セルと称す）１０を多数積層して電気的に直列接続し、その両側にエンドプレート９０Ａ，９０Ｂを配置し、図示しないタイロッドによって締結して構成されている。この実施例の燃料電池スタックＳは、高さ方向を鉛直方向に向けて車両に搭載される。以下、図中の矢印Ｘは燃料電池スタックＳの幅方向を示し、矢印Ｙは単位セル１０の積層方向を示し、矢印Ｚは燃料電池スタックＳの高さ方向を示す。 Embodiments of a fuel cell stack according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS. This embodiment is an aspect of a fuel cell stack mounted on a fuel cell vehicle. In this embodiment, the vehicle V constitutes a device on which the fuel cell stack is mounted.
FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack S. The fuel cell stack S is formed by stacking a plurality of unit fuel cells (hereinafter referred to as unit cells) 10 elongated in the height direction and electrically connecting them in series. End plates 90A and 90B are arranged on both sides and fastened by tie rods (not shown). The fuel cell stack S of this embodiment is mounted on a vehicle with the height direction oriented in the vertical direction. Hereinafter, the arrow X in the figure indicates the width direction of the fuel cell stack S, the arrow Y indicates the stacking direction of the unit cells 10, and the arrow Z indicates the height direction of the fuel cell stack S.

図２に示すように、単位セル１０は、膜電極構造体２０の両側にセパレータ３０Ａ，３０Ｂを配置したサンドイッチ構造をなす。詳述すると、膜電極構造体２０は、図５に示すように、例えばフッ素系電解質材料等からなる固体高分子電解質膜（電解質膜）２１の両側にアノード電極２２とカソード電極２３を設けて構成され、膜電極構造体２０のアノード電極２２に面してアノード側セパレータ３０Ａが、カソード電極２３に面してカソード側セパレータ３０Ｂが配置されている。両セパレータ３０Ａ，３０Ｂは金属プレートを所定にプレス成形して形成されており、前記構成の単位セル１０を積層してなる燃料電池スタックＳでは、隣接する２つの単位セル１０，１０において一方の単位セル１０のアノード側セパレータ３０Ａと他方の単位セル１０のカソード側セパレータ３０Ｂとが密接する。   As shown in FIG. 2, the unit cell 10 has a sandwich structure in which separators 30 </ b> A and 30 </ b> B are disposed on both sides of the membrane electrode structure 20. More specifically, as shown in FIG. 5, the membrane electrode structure 20 is configured by providing an anode electrode 22 and a cathode electrode 23 on both sides of a solid polymer electrolyte membrane (electrolyte membrane) 21 made of, for example, a fluorine-based electrolyte material. The anode-side separator 30 </ b> A faces the anode electrode 22 of the membrane electrode structure 20, and the cathode-side separator 30 </ b> B faces the cathode electrode 23. Both separators 30A and 30B are formed by press-molding metal plates in a predetermined manner. In the fuel cell stack S formed by laminating the unit cells 10 having the above-described configuration, one unit in two adjacent unit cells 10 and 10 is used. The anode separator 30A of the cell 10 and the cathode separator 30B of the other unit cell 10 are in close contact.

図２において、膜電極構造体２０と両セパレータ３０Ａ，３０Ｂの左上隅部には、使役前の燃料ガス（例えば、水素ガス）が流通する燃料ガス供給口１１が設けられ、その対角位置である右下隅部には、使役後の燃料ガス（以下、アノードオフガスという）が流通するアノードオフガス排出口１２が設けられている。同様に、膜電極構造体２０と両セパレータ３０Ａ，３０Ｂの右上隅部には、使役前の酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス供給口１３が設けられ、その対角位置である左下隅部には、使役後の酸化剤ガス（以下、カソードオフガスという）が流通するカソードオフガス排出口１４が設けられている。さらに、膜電極構造体２０と両セパレータ３０Ａ，３０Ｂの左端部には、使役前の冷却水が流通する４つの冷却水供給口１５，１５・・・が縦列に並んで設けられ、対称位置である右端部には、使役後の冷却水が流通する４つの冷却水排出口１６，１６・・・が縦列に並んで設けられている。冷却水供給口１５，１５・・・と冷却水排出口１６，１６・・・は、燃料ガス供給口１１および酸化剤ガス供給口１３よりも下方であって、アノードオフガス排出口１２およびカソードオフガス排出口１４よりも上方に配置されている。
また、燃料ガス供給口１１と酸化剤ガス供給口１３の間、および、アノードオフガス排出口１２とカソードオフガス排出口１４の間には、燃料電池スタックＳを締結するタイロッドを挿通するためのタイロッド挿通孔１７が設けられている。 In FIG. 2, the upper left corner of the membrane electrode structure 20 and both separators 30A, 30B is provided with a fuel gas supply port 11 through which fuel gas before use (for example, hydrogen gas) circulates. In a lower right corner, an anode off-gas discharge port 12 through which used fuel gas (hereinafter referred to as anode off-gas) flows is provided. Similarly, in the upper right corner of the membrane electrode structure 20 and both separators 30A and 30B, an oxidant gas supply port 13 through which the oxidant gas before use is circulated is provided. Is provided with a cathode offgas discharge port 14 through which the oxidant gas after use (hereinafter referred to as cathode offgas) flows. Further, at the left end portions of the membrane electrode structure 20 and both separators 30A, 30B, four cooling water supply ports 15, 15,. At a certain right end, four cooling water discharge ports 16, 16,... Through which the used cooling water flows are arranged in a column. The cooling water supply ports 15, 15... And the cooling water discharge ports 16, 16... Are lower than the fuel gas supply port 11 and the oxidant gas supply port 13, and are the anode offgas discharge port 12 and the cathode offgas. It is arranged above the outlet 14.
Further, a tie rod for inserting a tie rod for fastening the fuel cell stack S is inserted between the fuel gas supply port 11 and the oxidant gas supply port 13 and between the anode off gas discharge port 12 and the cathode off gas discharge port 14. A hole 17 is provided.

これら燃料ガス供給口１１、アノードオフガス排出口１２、酸化剤ガス供給口１３、カソードオフガス排出口１４、冷却水供給口１５，１５・・・、冷却水排出口１６，１６・・・は、単位セル１０として組み立てられた状態、および、燃料電池スタックＳとして組み立てられた状態において、後述するシール部４３，４４を介して各供給口１１，１３，１５，１５・・・毎、各排出口１２，１４，１６，１６・・・毎に連通して、分配流路もしくは集合流路として機能し、それぞれ一方のエンドプレート９０Ａに設けられた燃料ガス供給口９１、アノードオフガス排出口９２、酸化剤ガス供給口９３、カソードオフガス排出口９４、冷却水供給口９５，９５・・・、冷却水排出口９６，９６・・・に連通し、他方のエンドプレート９０Ｂによって先端を閉塞されている。   These fuel gas supply port 11, anode off gas discharge port 12, oxidant gas supply port 13, cathode off gas discharge port 14, cooling water supply ports 15, 15..., Cooling water discharge ports 16, 16. In the state assembled as the cell 10 and in the state assembled as the fuel cell stack S, each discharge port 12 is provided for each of the supply ports 11, 13, 15, 15... , 14, 16, 16... Communicate with each other and function as a distribution flow path or a collection flow path. Each of the end plates 90A has a fuel gas supply port 91, an anode off gas discharge port 92, an oxidant, and the like. The gas supply port 93, the cathode off-gas discharge port 94, the cooling water supply ports 95, 95..., The cooling water discharge ports 96, 96. It is closed to tip me.

そして、燃料ガス供給口９１に燃料ガスを、酸化剤ガス供給口９３に酸化剤ガスを、冷却水供給口９５，９５・・・に冷却水を、それぞれ図示しないマニホールドを介して供給可能に構成されており、また、アノードオフガス排出口９２から排出されるアノードオフガス、カソードオフガス排出口９４から排出されるカソードオフガス、冷却水排出口９６，９６・・・から排出される冷却水を、それぞれ図示しないマニホールドを介して排出可能に構成されている。
また、タイロッド挿通孔１７も単位セル１０として組み立てられた状態、および、燃料電池スタックＳとして組み立てられた状態において、後述するシール部４３，４４を介して連通するとともに、エンドプレート９０Ａのタイロッド挿通孔１７に連通する。 The fuel gas supply port 91 can be supplied with fuel gas, the oxidant gas supply port 93 with oxidant gas, and the cooling water supply ports 95, 95. The anode off gas discharged from the anode off gas discharge port 92, the cathode off gas discharged from the cathode off gas discharge port 94, and the cooling water discharged from the cooling water discharge ports 96, 96. It is configured so that it can be discharged through the manifold.
Further, in a state where the tie rod insertion hole 17 is also assembled as the unit cell 10 and a state where the tie rod insertion hole 17 is assembled as the fuel cell stack S, the tie rod insertion holes 17 communicate with each other via seal portions 43 and 44 which will be described later. Communicate with 17

図３に示すように、アノード側セパレータ３０Ａは膜電極構造体２０に面当接する平坦部３６を備え、冷却水供給口１５，１５・・・と冷却水排出口１６，１６・・・の間に挟まれた矩形領域には、膜電極構造体２０から離間する方向に突出する突条３１Ａがその長手方向を鉛直方向に向けて多数形成され、水平方向（Ｘ方向）等間隔に並行に配置されている。図５に示すように、この突条３１Ａの断面形状は平坦な頂部３５を有する台形状をなし、隣り合う突条３１Ａ，３１Ａの端部同士は平坦部３６によって接続されている。   As shown in FIG. 3, the anode-side separator 30 </ b> A includes a flat portion 36 that comes into surface contact with the membrane electrode structure 20, and is provided between the cooling water supply ports 15, 15... And the cooling water discharge ports 16, 16. In the rectangular region sandwiched between the protrusions 31A, a large number of protrusions 31A projecting in a direction away from the membrane electrode structure 20 are formed with the longitudinal direction thereof set to the vertical direction, and are arranged in parallel at equal intervals in the horizontal direction (X direction). Has been. As shown in FIG. 5, the cross-sectional shape of the protrusion 31 </ b> A has a trapezoidal shape having a flat top 35, and the ends of the adjacent protrusions 31 </ b> A and 31 </ b> A are connected by a flat portion 36.

各突条３１Ａは略台形波状に左右に蛇行しながら鉛直方向に延びている。詳述すると、１本の突条３１Ａは、鉛直方向へ千鳥に配置され鉛直方向直線的に延びる第１の直線部３２および第２の直線部３３が、鉛直方向に対して傾斜して延びる傾斜部３４により接続されて構成されている。以下の説明の都合上、同一突条３１Ａにおいて第１の直線部３２と第２の直線部３３の水平方向中心間距離を突条３１Ａの振幅Ｗ、同一突条３１Ａにおいて隣接する第１の直線部３２，３２の中心間距離を突条３１ＡのピッチＰと定義すると、全突条３１Ａにおいて、振幅Ｗは同一に設定されており、ピッチＰも同一に設定されている。   Each protrusion 31A extends in the vertical direction while meandering in a substantially trapezoidal shape. More specifically, one protrusion 31A is arranged in a staggered manner in the vertical direction, and the first straight portion 32 and the second straight portion 33 extending linearly in the vertical direction are inclined with respect to the vertical direction. The units 34 are connected to each other. For convenience of the following explanation, the distance between the horizontal centers of the first straight portion 32 and the second straight portion 33 in the same protrusion 31A is the amplitude W of the protrusion 31A, and the first straight line adjacent in the same protrusion 31A. When the distance between the centers of the portions 32 and 32 is defined as the pitch P of the ridge 31A, the amplitude W is set to be the same and the pitch P is set to be the same in all the ridges 31A.

アノード側セパレータ３０Ａにおいて、燃料ガス供給口１１および酸化剤ガス供給口１３よりも下方には、上部バッファー部３７が膜電極構造体２０から離間する方向に突出して形成されている。上部バッファー部３７は正面視で下方に末広がりの台形状をなし、前述した各突条３１Ａの上端が上部バッファー部３７の下端に連通している。上部バッファー部３７には膜電極構造体２０に接近する方向に突出する円筒状の凸部３８が分散して設けられており、凸部３８の先端面はアノード側セパレータ３０Ａの平坦部３６と面一にされている。さらに、上部バッファ部３７と燃料ガス供給口１１は、この間において膜電極構造体２０から離間する方向に突出して多数形成された別の突条３９を介して連通している。   In the anode separator 30 </ b> A, an upper buffer portion 37 is formed below the fuel gas supply port 11 and the oxidant gas supply port 13 so as to protrude in a direction away from the membrane electrode structure 20. The upper buffer portion 37 has a trapezoidal shape that spreads downward in a front view, and the upper end of each protrusion 31 A communicates with the lower end of the upper buffer portion 37. The upper buffer portion 37 is provided with a cylindrical convex portion 38 protruding in a direction approaching the membrane electrode structure 20, and the front end surface of the convex portion 38 faces the flat portion 36 of the anode separator 30 </ b> A. It has been united. Further, the upper buffer portion 37 and the fuel gas supply port 11 communicate with each other via another protrusion 39 formed in a large number so as to protrude in the direction away from the membrane electrode structure 20.

また、アノード側セパレータ３０Ａにおいて、アノードオフガス排出口１２およびカソードオフガス排出口１４よりも上方には、下部バッファー部４０が膜電極構造体２０から離間する方向に突出して形成されている。下部バッファ部４０は正面視で上方に末広がりの台形状をなし、前述した各突条３１Ａの下端が下部バッファー部４０の上端に連通している。下部バッファー部４０には膜電極構造体２０に接近する方向に突出する円筒状の凸部４１が分散して設けられており、凸部４１の先端面はアノード側セパレータ３０Ａの平坦部３６と面一にされている。さらに、下部バッファ部４０とアノードオフガス排出口１２は、この間において膜電極構造体２０から離間する方向に突出して多数形成された別の突条４２を介して連通している。   In the anode-side separator 30A, a lower buffer portion 40 is formed above the anode off-gas exhaust port 12 and the cathode off-gas exhaust port 14 so as to protrude in a direction away from the membrane electrode structure 20. The lower buffer part 40 has a trapezoidal shape that spreads upward in a front view, and the lower end of each protrusion 31A communicates with the upper end of the lower buffer part 40. The lower buffer portion 40 is provided with dispersed cylindrical protrusions 41 protruding in a direction approaching the membrane electrode structure 20, and the front end surface of the protrusion 41 faces the flat portion 36 of the anode separator 30 </ b> A. It has been united. Furthermore, the lower buffer part 40 and the anode offgas discharge port 12 communicate with each other via another protrusion 42 formed in a large number so as to protrude in the direction away from the membrane electrode structure 20.

そして、アノード側セパレータ３０Ａにおいて膜電極構造体２０に密接する面には、絶縁樹脂（例えば、シリコン樹脂）からなるシール部４３が設けられている。シール部４３は、燃料ガス供給口１１とアノードオフガス排出口１２と上部バッファー部３７と下部バッファ部４０と総ての突条３１Ａ，３９，４２の外側を一周して囲繞するとともに、酸化剤ガス供給口１３、カソードオフガス排出口１４、各冷却水供給口１５，１５・・・、各冷却水排出口１６，１６・・・、タイロッド挿通孔１７をそれぞれ個別に囲繞している。   A seal portion 43 made of an insulating resin (for example, silicon resin) is provided on the surface of the anode separator 30 </ b> A that is in close contact with the membrane electrode structure 20. The seal portion 43 surrounds the fuel gas supply port 11, the anode offgas discharge port 12, the upper buffer portion 37, the lower buffer portion 40, and the outer sides of all the protrusions 31A, 39, and 42, and oxidant gas. The supply port 13, the cathode off-gas discharge port 14, the cooling water supply ports 15, 15..., The cooling water discharge ports 16, 16.

アノード側セパレータ３０Ａはその平坦部３６とシール部４３を膜電極構造体２０のアノード電極２２に密接して取り付けられ、膜電極構造体２０と上部バッファー部３７との間に形成される空間、膜電極構造体２０と下部バッファ部４０との間に形成される空間、膜電極構造体２０と突条３１Ａ，３９，４２との間に形成される空間が、燃料ガスが流通するアノードガス通路（反応ガス通路）５１となる。その結果、燃料ガス供給口１１を介してアノードガス通路５１に導入された燃料ガスは、突条３９、上部バッファー部３７、突条３１Ａ、下部バッファ部４０、突条４２を順に流通して、アノードオフガス排出口１２に排出される。すなわち、燃料ガスは膜電極構造体２０のアノード電極２２に沿って蛇行しながら上から下へ鉛直方向に流れていく。
その際に、上部バッファー部３７が下方に末広がりの台形状をなし、多数の凸部３８を有しているので、燃料ガス供給口１１から上部バッファー部３７に導入した燃料ガスを拡散して総ての突条３１Ａにほぼ均一に分配することができる。また、下部バッファ部４０が上方に末広がりの台形状をなし、多数の凸部４１を有しているので、各突条３１Ａから下部バッファ部４０に導入されたアノードオフガスを整流してアノードオフガス排出口１２に集合させることができる。 The anode-side separator 30A has a flat portion 36 and a seal portion 43 closely attached to the anode electrode 22 of the membrane electrode structure 20, and a space formed between the membrane electrode structure 20 and the upper buffer portion 37, a membrane A space formed between the electrode structure 20 and the lower buffer portion 40, and a space formed between the membrane electrode structure 20 and the protrusions 31A, 39, and 42 are anode gas passages in which fuel gas flows ( Reaction gas passage 51). As a result, the fuel gas introduced into the anode gas passage 51 through the fuel gas supply port 11 circulates in order through the ridge 39, the upper buffer portion 37, the ridge 31A, the lower buffer portion 40, and the ridge 42, It is discharged to the anode off gas discharge port 12. That is, the fuel gas flows in a vertical direction from top to bottom while meandering along the anode electrode 22 of the membrane electrode structure 20.
At this time, since the upper buffer portion 37 has a trapezoidal shape that spreads downward and has a large number of convex portions 38, the fuel gas introduced from the fuel gas supply port 11 into the upper buffer portion 37 is diffused to make a total. Almost evenly distributed to all the protrusions 31A. In addition, since the lower buffer part 40 has a trapezoidal shape that spreads upward and has a large number of convex parts 41, the anode off gas discharged from each protrusion 31A is rectified to discharge the anode off gas. It can be assembled at the outlet 12.

カソード側セパレータ３０Ｂもアノード側セパレータ３０Ａとほぼ同様の構成であるので同一構成については説明を省略し、図４を参照して相違点だけを説明する。なお、図４はカソード側セパレータ３０Ｂをカソード電極２３に面する側から見た図である。
図２のように同一面側から見たときに、カソード側セパレータ３０Ｂの突条３１Ｂとアノード側セパレータ３０Ａの突条３１Ａは位相を異にしており、正弦波形で言えば１８０度位相がずれている。
突条３１Ｂの振幅ＷとピッチＰについては、カソード側セパレータ３０Ｂもアノード側セパレータ３０Ａと同一に設定されている。
酸化剤ガス供給口１３とこれに対向する上部バッファー部３７は突条３９を介して連通しており、カソードオフガス排出口１４とこれに対向する下部バッファ部４０は突条４２を介して連通している。
カソード側セパレータ３０Ｂのシール部４３は、酸化剤ガス供給口１３とカソードオフガス排出口１４と上部バッファー部３７と下部バッファ部４０と総ての突条３１Ｂ，３９，４２の外側を一周して囲繞するとともに、燃料ガス供給口１１、アノードオフガス排出口１２、各冷却水供給口１５，１５・・・、各冷却水排出口１６，１６・・・、タイロッド挿通孔１７をそれぞれ個別に囲繞している。 Since the cathode-side separator 30B has substantially the same configuration as the anode-side separator 30A, the description of the same configuration will be omitted, and only the differences will be described with reference to FIG. 4 is a view of the cathode separator 30B as viewed from the side facing the cathode electrode 23. FIG.
As shown in FIG. 2, when viewed from the same surface side, the protrusion 31B of the cathode side separator 30B and the protrusion 31A of the anode side separator 30A have different phases. Yes.
Regarding the amplitude W and pitch P of the protrusion 31B, the cathode separator 30B is also set to be the same as the anode separator 30A.
The oxidant gas supply port 13 and the upper buffer portion 37 facing the oxidant gas supply port 13 communicate with each other via a ridge 39, and the cathode off-gas discharge port 14 and the lower buffer portion 40 opposed thereto communicate with each other via a ridge 42. ing.
The seal portion 43 of the cathode separator 30B surrounds the outer sides of the ridges 31B, 39, and 42 around the oxidant gas supply port 13, the cathode offgas discharge port 14, the upper buffer portion 37, and the lower buffer portion 40. In addition, the fuel gas supply port 11, the anode off-gas discharge port 12, the cooling water supply ports 15, 15..., The cooling water discharge ports 16, 16. Yes.

カソード側セパレータ３０Ｂはその平坦部３６とシール部４３を膜電極構造体２０のカソード電極２３に密接して取り付けられ、膜電極構造体２０と上部バッファー部３７との間に形成される空間、膜電極構造体２０と下部バッファ部４０との間に形成される空間、膜電極構造体２０と突条３１Ｂ，３９，４２との間に形成される空間が、酸化剤ガスが流通するカソードガス通路（反応ガス通路）５２となる。その結果、酸化剤ガス供給口１３を介してカソードガス通路５２に導入された酸化剤ガスは、突条３９、上部バッファー部３７、突条３１Ｂ、下部バッファ部４０、突条４２を順に流通して、カソードオフガス排出口１４に排出される。すなわち、酸化剤ガスは膜電極構造体２０のカソード電極２３に沿って蛇行しながら上から下へ鉛直方向に流れていく。
その際に、上部バッファー部３７が下方に末広がりの台形状をなし、多数の凸部３８を有しているので、酸化剤ガス供給口１３から上部バッファー部３７に導入した酸化剤ガスを拡散して総ての突条３１Ｂにほぼ均一に分配することができる。また、下部バッファ部４０が上方に末広がりの台形状をなし、多数の凸部４１を有しているので、各突条３１Ｂから下部バッファ部４０に導入されたカソードオフガスを整流してカソードオフガス排出口１４に集合させることができる。
なお、図２において膜電極構造体２０の面内に二点鎖線で示すように、この燃料電池スタックＳにおいては、アノード側セパレータ３０Ａの突条３１Ａおよびカソード側セパレータ３０Ｂの突条３１Ｂが設けられている領域が実質的な発電領域Ｇとなる。 The cathode-side separator 30B has a flat portion 36 and a seal portion 43 closely attached to the cathode electrode 23 of the membrane electrode structure 20, and a space formed between the membrane electrode structure 20 and the upper buffer portion 37, a membrane The space formed between the electrode structure 20 and the lower buffer portion 40 and the space formed between the membrane electrode structure 20 and the protrusions 31B, 39, 42 are cathode gas passages through which the oxidant gas flows. (Reactive gas passage) 52 is formed. As a result, the oxidant gas introduced into the cathode gas passage 52 through the oxidant gas supply port 13 passes through the ridge 39, the upper buffer portion 37, the ridge 31B, the lower buffer portion 40, and the ridge 42 in this order. Then, it is discharged to the cathode offgas discharge port 14. That is, the oxidant gas flows in a vertical direction from top to bottom while meandering along the cathode electrode 23 of the membrane electrode structure 20.
At this time, since the upper buffer portion 37 has a trapezoidal shape spreading downward and has a large number of convex portions 38, the oxidant gas introduced into the upper buffer portion 37 from the oxidant gas supply port 13 is diffused. All of the protrusions 31B can be distributed almost uniformly. In addition, since the lower buffer portion 40 has a trapezoidal shape that spreads upward and has a large number of convex portions 41, the cathode offgas introduced into the lower buffer portion 40 from each protrusion 31B is rectified to discharge the cathode offgas. It can be assembled at the outlet 14.
2, the fuel cell stack S is provided with a protrusion 31A of the anode-side separator 30A and a protrusion 31B of the cathode-side separator 30B, as indicated by a two-dot chain line in the plane of the membrane electrode structure 20 in FIG. The region where the current is generated is the substantial power generation region G.

また、図２に示すように、カソード側セパレータ３０Ｂにおいて膜電極構造体２０に密接する面の裏面にも、絶縁樹脂（例えば、シリコン樹脂）からなるシール部４４が設けられている。シール部４４は、冷却水供給口１５，１５・・・および冷却水排出口１６，１６・・・の外側を１周して囲繞するとともに、燃料ガス供給口１１、アノードオフガス排出口１２、酸化剤ガス供給口１３、カソードオフガス排出口１４、タイロッド挿通孔１７をそれぞれ個別に囲繞している。このカソード側セパレータ３０Ｂと同様に、アノード側セパレータ３０Ａにおいて膜電極構造体２０に密接する面の裏面にも、シール部４４が設けられている。   As shown in FIG. 2, a seal portion 44 made of an insulating resin (for example, silicon resin) is also provided on the back surface of the cathode-side separator 30 </ b> B that is in close contact with the membrane electrode structure 20. The seal portion 44 surrounds and surrounds the outside of the cooling water supply ports 15, 15... And the cooling water discharge ports 16, 16..., The fuel gas supply port 11, the anode offgas discharge port 12, and the oxidation. The agent gas supply port 13, the cathode offgas discharge port 14, and the tie rod insertion hole 17 are individually enclosed. Similar to the cathode side separator 30B, a seal portion 44 is also provided on the back surface of the anode side separator 30A that is in close contact with the membrane electrode structure 20.

前述したように、単位セル１０を積層してなる燃料電池スタックＳでは、隣接する２つの単位セル１０，１０において一方の単位セル１０のアノード側セパレータ３０Ａと他方の単位セル１０のカソード側セパレータ３０Ｂとが密接するが、その際には、アノード側セパレータ３０Ａの突条３１Ａにおける第１の直線部３２の頂部３５とカソード側セパレータ３０Ｂの突条３１Ｂにおける第１の直線部３２の頂部３５とを密接させるとともに、アノード側セパレータ３０Ａの上部バッファ部３７および下部バッファ部４０とカソード側セパレータ３０Ｂの上部バッファ部３７および下部バッファ部４０とを密接させ、アノード側セパレータ３０Ａのシール部４４とカソード側セパレータ３０Ｂのシール部４４とを密接させる。これにより、両シール部４４，４４に囲繞された両セパレータ３０Ａ，３０Ｂ間の空間であって上部バッファー部３７と下部バッファ部４０の間に、冷却水供給口１５，１５・・・、冷却水排出口１６，１６・・・、突条３１Ａ，３１Ｂを包囲する領域に冷却水通路（冷媒通路）５３が形成される。そして、上部バッファ部３７，３７間、および下部バッファ部４０，４０間には冷却水が流れなくなるので、発電領域Ｇに冷媒を効率よく流通させることができ、発電領域Ｇを効率的に冷却することができる。   As described above, in the fuel cell stack S in which the unit cells 10 are stacked, in the two adjacent unit cells 10, 10, the anode side separator 30 </ b> A of one unit cell 10 and the cathode side separator 30 </ b> B of the other unit cell 10. In this case, the top 35 of the first straight portion 32 of the protrusion 31A of the anode separator 30A and the top 35 of the first straight portion 32 of the protrusion 31B of the cathode separator 30B are connected. The upper buffer part 37 and the lower buffer part 40 of the anode separator 30A and the upper buffer part 37 and the lower buffer part 40 of the cathode separator 30B are brought into close contact with each other so that the seal part 44 of the anode separator 30A and the cathode separator are separated. The seal part 44 of 30B is brought into close contact. Accordingly, the cooling water supply ports 15, 15..., The cooling water are spaces between the separators 30 </ b> A and 30 </ b> B surrounded by the seal parts 44 and 44 and between the upper buffer part 37 and the lower buffer part 40. A cooling water passage (refrigerant passage) 53 is formed in a region surrounding the discharge ports 16, 16... And the protrusions 31A and 31B. And since a cooling water does not flow between the upper buffer parts 37 and 37 and between the lower buffer parts 40 and 40, a refrigerant | coolant can be efficiently distribute | circulated to the electric power generation area G, and the electric power generation area G is cooled efficiently. be able to.

図５、図６を参照して冷却水通路５３について詳述する。なお、図６は、アノード側セパレータ３０Ａの突条３１Ａとカソード側セパレータ３０Ｂの突条３１Ｂをそれぞれ１本ずつ代表的に図示している。
前述したように、アノード側セパレータ３０Ａの突条３１Ａとカソード側セパレータ３０Ｂの突条３１Ｂは互いに位相を異にしているので、突条３１Ａにおける第１の直線部３２の頂部３５と突条３１Ｂにおける第１の直線部３２の頂部３５とを密接させて重ねたときに、突条３１Ａにおける第２の直線部３３の頂部３５と突条３１Ｂにおける第２の直線部３３の頂部３５は重なることなく、互いに水平方向に離間して位置し、この間に開口６０が形成される。 The cooling water passage 53 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 6 representatively shows one protrusion 31A of the anode separator 30A and one protrusion 31B of the cathode separator 30B.
As described above, since the protrusion 31A of the anode-side separator 30A and the protrusion 31B of the cathode-side separator 30B are out of phase with each other, the top 35 of the first straight portion 32 and the protrusion 31B in the protrusion 31A. When the top portion 35 of the first straight portion 32 is overlapped closely, the top portion 35 of the second straight portion 33 in the protrusion 31A and the top portion 35 of the second straight portion 33 in the protrusion 31B do not overlap. , Are spaced apart from each other in the horizontal direction, and an opening 60 is formed therebetween.

また、アノード側セパレータ３０Ａの突条３１Ａにおける第２の直線部３３の頂部３５はカソード側セパレータ３０Ｂの平坦部３６から離間して配置されており、同様に、カソード側セパレータ３０Ｂの突条３１Ｂにおける第２の直線部３３の頂部３５はアノード側セパレータ３０Ａの平坦部３６から離間して配置されている。これにより、アノード側セパレータ３０Ａとカソード側セパレータ３０Ｂの間に形成される冷却水通路５３は、突条３１Ａ，３１Ｂの第１の直線部３２，３２が突き合わさっている部分では水平方向を遮断されるが、突条３１Ａ，３１Ｂの第２の直線部３３，３３が存在する部分では水平方向に連通する。
その結果、冷却水供給口１５，１５・・・から冷却水通路５３に導入された冷却水は、突条３１Ａの第２の直線部３３と突条３１Ｂの第２の直線部３３との間を縫うようにして水平方向に流通し、対応する冷却水排出口１６，１６・・・へと流れる。つまり、燃料ガスと酸化剤ガスが鉛直方向に流れるのに対し、冷却水はこれら反応ガスの流れ方向と直交する水平方向に流れる。 Further, the top portion 35 of the second straight portion 33 of the protrusion 31A of the anode separator 30A is disposed away from the flat portion 36 of the cathode separator 30B, and similarly, the protrusion 31B of the cathode separator 30B has a protrusion 31B. The top portion 35 of the second straight portion 33 is disposed away from the flat portion 36 of the anode-side separator 30A. As a result, the cooling water passage 53 formed between the anode-side separator 30A and the cathode-side separator 30B is cut off in the horizontal direction at the portion where the first straight portions 32, 32 of the ridges 31A, 31B are abutted. However, the portions of the protrusions 31A and 31B where the second straight portions 33 and 33 are present communicate with each other in the horizontal direction.
As a result, the cooling water introduced into the cooling water passage 53 from the cooling water supply ports 15, 15... Is between the second straight portion 33 of the ridge 31A and the second straight portion 33 of the ridge 31B. Circulate in the horizontal direction as if sewing, and flow to the corresponding cooling water discharge ports 16, 16. That is, while the fuel gas and the oxidant gas flow in the vertical direction, the cooling water flows in a horizontal direction orthogonal to the flow direction of these reaction gases.

このように構成された燃料電池スタックＳおよび単位セル１０では、アノード電極２２で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜２１を透過してカソード電極２３まで移動し、カソード電極２３で酸素と電気化学反応を起こして発電し、その際に水を生成する。この発電に伴う発熱により単位セル１０が所定の作動温度を越えないように、冷却水通路５３を流れる冷却水で熱を奪い冷却する。   In the fuel cell stack S and the unit cell 10 configured as described above, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode electrode 22 pass through the solid polymer electrolyte membrane 21 and move to the cathode electrode 23, and at the cathode electrode 23. It generates electricity by causing an electrochemical reaction with oxygen, producing water at that time. In order to prevent the unit cell 10 from exceeding the predetermined operating temperature due to the heat generated by the power generation, the cooling water flowing through the cooling water passage 53 is deprived of heat and cooled.

ところで、図７に示すように、燃料電池スタックＳを鉛直方向（Ｚ方向）に起立した姿勢において、鉛直方向に対する傾斜部３４の傾き角度を燃料ガス通路５１あるいは酸化剤ガス通路５２（以下、総称して反応ガス通路５１，５２とする）の傾き角度βと定義すると、この実施例の燃料電池スタックＳにおいては反応ガス通路５１，５２の傾き角度βと、車両Ｖの最大傾斜角度との和が９０度よりも小さく設定されている。   Incidentally, as shown in FIG. 7, in the posture in which the fuel cell stack S is erected in the vertical direction (Z direction), the inclination angle of the inclined portion 34 with respect to the vertical direction is set to the fuel gas passage 51 or the oxidant gas passage 52 (hereinafter generically referred to as “general name”). Defined as the inclination angle β of the reaction gas passages 51 and 52), the sum of the inclination angle β of the reaction gas passages 51 and 52 and the maximum inclination angle of the vehicle V in the fuel cell stack S of this embodiment. Is set smaller than 90 degrees.

図９〜図１１は、燃料電池スタックＳを車両Ｖのセンタートンネル内に収納し、単位セル１０の積層方向（Ｙ方向）を車両の前後方向に沿わせ、燃料電池スタックＳの幅方向（Ｘ方向）を車幅方向に沿わせ、燃料電池スタックＳの高さ方向（Ｚ方向）を鉛直方向に沿わせて設置した例を示し、図９、図１０は車両Ｖが水平な路面上を走行または停止している状態、図１１は最大横傾斜角度（最大バンク角度）α１の路面上を走行または停止している状態を示す。   9 to 11, the fuel cell stack S is housed in the center tunnel of the vehicle V, the stacking direction (Y direction) of the unit cells 10 is along the vehicle front-rear direction, and the width direction (X Direction) along the vehicle width direction and the height direction (Z direction) of the fuel cell stack S along the vertical direction is shown. FIGS. 9 and 10 show the vehicle V traveling on a horizontal road surface. Alternatively, FIG. 11 shows a state where the vehicle is stopped, and FIG. 11 shows a state where the vehicle is running or stopped on the road surface having the maximum lateral inclination angle (maximum bank angle) α1.

このように燃料電池スタックＳを車両Ｖに搭載した場合には、燃料電池スタックＳにおける反応ガス通路５１，５２の傾き角度βと最大横傾斜角度α１との和を９０度よりも小さく設定しておく。
これにより、車両Ｖが最大横傾斜角度α１の姿勢になっても、図８に示すように、反応ガス通路５１，５２における傾斜部３４は水平よりも下方に傾斜した姿勢となるので、このときにも反応ガス通路５１，５２内の水を滞留させずに下方へと流れ落とすことができる。 Thus, when the fuel cell stack S is mounted on the vehicle V, the sum of the inclination angle β and the maximum lateral inclination angle α1 of the reaction gas passages 51 and 52 in the fuel cell stack S is set to be smaller than 90 degrees. deep.
As a result, even when the vehicle V is in the posture of the maximum lateral inclination angle α1, as shown in FIG. 8, the inclined portion 34 in the reaction gas passages 51 and 52 is inclined downward from the horizontal. In addition, the water in the reaction gas passages 51 and 52 can flow downward without being retained.

また、図１２〜図１４は、燃料電池スタックＳを車両ＶのリヤシートＲの下に収納し、単位セル１０の積層方向（Ｙ方向）を車幅方向に沿わせ、燃料電池スタックＳの幅方向（Ｘ方向）を車両の前後方向に沿わせ、燃料電池スタックＳの高さ方向（Ｚ方向）を鉛直方向に沿わせて設置した例を示し、図１２、図１３は車両Ｖが水平な路面上を走行または停止している状態、図１４は最大下り傾斜角度α２の路面上を走行または停止している状態を示す。   12-14, the fuel cell stack S is stored under the rear seat R of the vehicle V, the stacking direction (Y direction) of the unit cells 10 is along the vehicle width direction, and the width direction of the fuel cell stack S is shown. FIG. 12 and FIG. 13 show an example in which the vehicle V is installed along the longitudinal direction of the vehicle (X direction) and the height direction (Z direction) of the fuel cell stack S along the vertical direction. FIG. 14 shows a state where the vehicle is traveling or stopped on the road, and FIG. 14 is a state where the vehicle is traveling or stopped on the road surface having the maximum downward inclination angle α2.

このように燃料電池スタックＳを車両Ｖに搭載した場合には、燃料電池スタックＳにおける反応ガス通路５１，５２の傾き角度βと最大下り傾斜角度α２との和を９０度よりも小さく設定しておく。
これにより、車両Ｖが最大下り傾斜角度α２の姿勢になっても、図８に示すように、反応ガス通路５１，５２における傾斜部３４は水平よりも下方に傾斜した姿勢となるので、このときにも反応ガス通路５１，５２内の水を滞留させずに下方へと流れ落とすことができる。 Thus, when the fuel cell stack S is mounted on the vehicle V, the sum of the inclination angle β and the maximum downward inclination angle α2 of the reaction gas passages 51 and 52 in the fuel cell stack S is set to be smaller than 90 degrees. deep.
As a result, even when the vehicle V is in the posture of the maximum downward inclination angle α2, as shown in FIG. 8, the inclined portion 34 in the reaction gas passages 51 and 52 is inclined downward from the horizontal. In addition, the water in the reaction gas passages 51 and 52 can flow downward without being retained.

したがって、図９〜図１１に示すように燃料電池スタックＳを車両Ｖのセンタートンネル内に収納した場合であっても、あるいは、図１２〜図１４に示すように燃料電池スタックＳを車両ＶのリヤシートＲ下に収納した場合であっても、反応ガス通路５１，５２内に水が滞留するのを確実に阻止することができ、流路閉塞も阻止することができる。その結果、燃料電池スタックＳの発電性能を良好に維持することができる。また、反応ガス通路５１，５２内に水が残らないので、氷点下の雰囲気に車両Ｖを停車させておいても、反応ガス通路５１，５２内で水が凍結することがなく、これにより、固体高分子電解質膜２１の損傷防止を図ることができるとともに、燃料電池スタックＳの低温始動性が向上する。   Therefore, even when the fuel cell stack S is housed in the center tunnel of the vehicle V as shown in FIGS. 9 to 11, or the fuel cell stack S of the vehicle V as shown in FIGS. Even when stored under the rear seat R, it is possible to reliably prevent water from staying in the reaction gas passages 51 and 52, and to prevent blockage of the flow path. As a result, the power generation performance of the fuel cell stack S can be maintained satisfactorily. In addition, since no water remains in the reaction gas passages 51 and 52, water does not freeze in the reaction gas passages 51 and 52 even when the vehicle V is stopped in an atmosphere below freezing point. The damage to the polymer electrolyte membrane 21 can be prevented, and the low temperature startability of the fuel cell stack S is improved.

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、反応ガス通路の波形を台形波状としたが、これに限定されるものではなく、正弦波形状など種々の波形が採用可能である。
また、前述した実施例では、セパレータを金属プレートで形成したが、セパレータを炭素板で構成し、該炭素板の表面に溝を形成してこれを反応ガス通路としてもよい。 [Other Examples]
The present invention is not limited to the embodiment described above.
For example, in the above-described embodiment, the waveform of the reaction gas passage is a trapezoidal wave shape, but is not limited to this, and various waveforms such as a sine wave shape can be adopted.
In the embodiment described above, the separator is formed of a metal plate. However, the separator may be formed of a carbon plate, and a groove may be formed on the surface of the carbon plate to serve as a reaction gas passage.

この発明に係る燃料電池スタックの概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to the present invention. 前記燃料電池スタックを構成する単位燃料電池の分解図である。FIG. 3 is an exploded view of a unit fuel cell constituting the fuel cell stack. 前記単位燃料電池を構成するアノード側セパレータの正面図である。It is a front view of the anode side separator which comprises the said unit fuel cell. 前記単位燃料電池を構成するカソード側セパレータの正面図である。It is a front view of the cathode side separator which comprises the said unit fuel cell. 燃料電池スタックの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of a fuel cell stack. 前記燃料電池スタックにおけるセパレータ積層状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the separator lamination state in the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックにおける反応ガス通路の傾き角度を説明する図である。It is a figure explaining the inclination angle of the reaction gas channel | path in the said fuel cell stack. 車両が最大傾斜角度になったときの前記反応ガス通路の姿勢を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the attitude | position of the said reaction gas channel when a vehicle turns into the maximum inclination angle. 前記燃料電池スタックの車両搭載例１における側面図である。FIG. 3 is a side view of the fuel cell stack in a vehicle mounting example 1; 前記燃料電池スタックの車両搭載例１における正面図である。FIG. 3 is a front view of the fuel cell stack in a vehicle mounting example 1; 前記燃料電池スタックの車両搭載例１において最大横傾斜角度になったときの正面図である。FIG. 3 is a front view of the fuel cell stack when the maximum lateral inclination angle is reached in the vehicle mounting example 1; 前記燃料電池スタックの車両搭載例２における側面図である。It is a side view in the vehicle mounting example 2 of the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの車両搭載例２における正面図である。It is a front view in the vehicle mounting example 2 of the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの車両搭載例２において最大下り傾斜角度になったときの側面図である。It is a side view when it becomes the maximum downward inclination angle in the vehicle mounting example 2 of the fuel cell stack.

符号の説明Explanation of symbols

Ｓ 燃料電池スタック
Ｖ 車両（機器）
１０ 単位セル（単位燃料電池）
２０ 膜電極構造体
２１ 固体高分子電解質膜（電解質膜）
２２ アノード電極
２３ カソード電極
３０Ａ、３０Ｂ セパレータ
５１ 燃料ガス通路（反応ガス通路）
５２ 酸化剤ガス通路（反応ガス通路） S Fuel cell stack V Vehicle (equipment)
10 unit cell (unit fuel cell)
20 Membrane electrode structure 21 Solid polymer electrolyte membrane (electrolyte membrane)
22 Anode electrode 23 Cathode electrodes 30A, 30B Separator 51 Fuel gas passage (reaction gas passage)
52 Oxidant gas passage (reaction gas passage)

Claims (1)

電解質膜の両側にアノード電極とカソード電極を設けて膜電極構造体を構成し、前記アノード電極とカソード電極に密接してセパレータを配置しこれら電極とセパレータとの間にそれぞれ反応ガス通路を形成して単位燃料電池を構成し、この単位燃料電池を複数積層してなる燃料電池スタックであって、
前記反応ガス通路は波状に蛇行しながら鉛直方向に延びており、
燃料電池スタックを鉛直方向に起立させたときの鉛直方向に対する前記反応ガス通路の傾き角度と、該燃料電池スタックを搭載する機器の最大傾斜角度との和が、９０度よりも小さいことを特徴とする燃料電池スタック。 An anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane to constitute a membrane electrode structure, a separator is disposed in close contact with the anode electrode and the cathode electrode, and a reaction gas passage is formed between the electrode and the separator, respectively. A unit fuel cell, and a fuel cell stack formed by stacking a plurality of unit fuel cells,
The reaction gas passage extends in a vertical direction while meandering in a wavy shape,
The sum of the inclination angle of the reaction gas passage with respect to the vertical direction when the fuel cell stack is erected in the vertical direction and the maximum inclination angle of the device on which the fuel cell stack is mounted is smaller than 90 degrees, Fuel cell stack.
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