JP2009021050A

JP2009021050A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2009021050A
Application number: JP2007181264A
Authority: JP
Inventors: Toru Ozaki; 徹尾崎; Fumiharu Iwasaki; 文晴岩崎; Kazutaka Yuzurihara; 一貴譲原; Takashi Sarada; 孝史皿田; Tsuneaki Tamachi; 恒昭玉地; Takamasa Yanase; 考応柳瀬; Noboru Ishizone; 昇石曽根
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2009-01-29
Also published as: US20100075198A1; CN101689672A; WO2009008315A1; EP2109175A4; EP2109175A1

Abstract

【課題】マニホールドを小型化しても各セルに対して水素を均等に供給することができる燃料電池を提供する。
【解決手段】導入孔２２から供給された水素は、第１バッファ部である第１の空間１５で拡散された後、更に、第２バッファ部である第１凹部２８及び第２凹部３０で拡散され、ブロック体群２５の流路２６にそれぞれ均一に分散され、流路２６を流れる水素の量が均一にされて第２凹部２９の微小開口２４に十分な供給圧力で送られ、各セルに対して水素が均等に供給される。
【選択図】図２

Description

本発明は、マニホールドから電池スタックの各セルにアノード流体を供給する燃料電池に関する。

近年のエネルギー問題の高まりから、より高いエネルギー密度で、排出物がクリーンな電源が要求されている。燃料電池は、既存電池の数倍のエネルギー密度を有する発電機であり、エネルギー効率が高く、また、排出ガスに含まれる窒素酸化物や硫黄酸化物がない、もしくは、少ないといった特徴がある。従って、次世代の電源デバイスとしての要求に合った極めて有効なデバイスである。

燃料電池の電池セルは、電解質膜として固体高分子電解質膜の両面側にアノード側触媒体（アノード）とカソード側触媒体（カソード）を備えている。そして、アノード流体通路とカソード流体通路が背中合わせ状態で形成されたセパレータと電池セルとを交互に配することでセルが形成され、セルを複数積層させることで電池スタックが構成されている。このようなスタック構造の燃料電池では、セルのそれぞれに燃料を均一に分配して燃料の供給を電池スタックで均一に行うため、マニホールドを備え、マニホールドからの燃料を各セルに供給している。

電池スタックの各セルへの燃料の供給が不均一になると、各セルの出力にばらつきが生じ、発電効率が低下して電池スタック全体の出力が低出力のセルの出力に影響されてしまう。このため、マニホールドには、電池スタックの各セルへの燃料の供給に対して高次元での均一分配性能が要求されている。

このような状況から、電池スタックの各セルに対して燃料を均一に供給する技術が種々提案されている（例えば下記特許文献１参照）。特許文献１では、電池スタックに隣接する拡散用の第２空間と燃料としての水素リッチガスが供給される第１空間とで燃料を供給するためのマニホールドを構成している。第１空間に供給された水素リッチガスは貫通孔から第２空間に送られ、第２空間で拡散されて各セルに供給されている。

水素リッチガスは第２空間で拡散されるため、貫通孔から近いセルに対しての供給量と通孔から遠いセルに対しての供給量とのばらつきが低減され、電池スタック全体のセルに対して均等に水素リッチガスが供給されるようになっている。

しかし、従来の技術では、第２空間で水素リッチガスを拡散させる必要があるため、第１空間と第２空間を合わせた全容積に対し、第２空間の容積の割合を大きくする必要があった。このため、貫通孔からセルまでの距離をある程度確保しないと、貫通孔と各セルとの位置関係により供給量にばらつきが生じてしまい、水素リッチガスを各セルに対して均等に供給するためにはマニホールドの大型化は避けられないものであった。

特開平９−１６１８２８号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、マニホールドを小型化しても各セルに対してアノード流体を均等に供給することができる燃料電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の燃料電池は、電解質膜を介してアノード及びカソードが接合された電池セルと、アノード流体通路が備えられたセパレータと前記電池セルとを有するセルが複数積層された電池スタックと、前記セルの前記アノード流体通路が臨む位置にアノード流体を供給するためのマニホールドとを備える燃料電池おいて、前記マニホールドは、前記アノード流体が導入される導入孔を備えた天板と、前記アノード流体通路に臨む微小開口が前記セルの積層方向に沿って直列に複数個並設され、前記天板の内面との間で前記アノード流体の流通空間が上面に形成される底板とからなり、前記導入孔は、前記底板への投影部が前記微小開口の並設列を挟んで両側に位置するように２個設けられ、前記導入孔の投影部と前記微小開口との間の前記底板の上面には、前記導入孔から供給された前記アノード流体を前記微小開口に分散させるための流路を形成するブロック体群がそれぞれ備えられ、前記２つの導入孔から供給された前記アノード流体を前記底板の上面の前記投影部にそれぞれ接触させて流速を低下させ、流速が低下した前記アノード流体を前記ブロック体群の前記流路にそれぞれ流通させて前記ブロック体群に挟まれた前記微小開口に分散させることを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、２つの導入孔から供給されたアノード流体を底板の上面の投影部に接触させて流速を低下させ、流速が低下したアノード流体をブロック体群の流路にそれぞれ流通させて両側のブロック体群から微小開口に分散させるので、限られた流通空間で複数の微小開口に対してアノード流体を分散させて十分な供給圧力で微小開口に供給することができ、マニホールドを小型化してもセルのそれぞれに対してアノード流体を均等に供給することができる。

そして、請求項２に係る本発明の燃料電池は、請求項１に記載の燃料電池において、前記ブロック体群で形成される流路は複数形成され、前記投影部から遠い前記流路の幅を前記投影部から近い前記流路の幅よりも広くしたことを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、アノード流体が送られる投影部から遠い流路の幅を広くしたので、遠い流路の流通抵抗が低くなって流通しやすくなり、投影部からの距離に拘わらずアノード流体を複数の流路から微小開口に均等に送ることができる。

また、請求項３に係る本発明の燃料電池は、請求項１もしくは請求項２に記載の燃料電池において、前記ブロック体群で形成される流路は複数形成され、前記投影部から遠い前記流路の長さを前記投影部から近い前記流路の長さよりも短くしたことを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、アノード流体が送られる投影部から遠い流路の長さを短くしたので、遠い流路の流通圧力損失が小さくなって流通しやすくなり、投影部からの距離に拘わらずアノード流体を複数の流路から微小開口に均等に送ることができる。

また、請求項４に係る本発明の燃料電池は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記導入孔は、前記底板への投影部が前記微小開口の並び方向で互いに逆方向に配されるように設けられていることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、微小開口の並び方向で互いに逆方向に配された導入孔からアノード流体が供給されるので、微小開口の並び方向に対するアノード流体の供給分布を抑制することができる。

また、請求項５に係る本発明の燃料電池は、請求項４に記載の燃料電池において、前記投影部に近い前記微小開口が前記投影部に遠い前記微小開口に対し、前記投影部との間に挟まれる前記ブロック体群から離れるように、前記微小開口が並設されていることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、ブロック体群の間で微小開口が傾斜した状態で並設されているので、アノード流体の供給分布を更に抑制することができる。

また、請求項６に係る本発明の燃料電池は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記ブロック体群から前記導入孔までの距離は、前記導入孔を挟んで前記ブロック体群から前記流通空間の端部までの距離の半分以上であることを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、限られた流通空間の中でブロック体群から導入孔までの距離を十分に確保することができるので、アノード流体を十分に拡散させることができる。

上記目的を達成するための請求項７に係る本発明の燃料電池は、電解質膜を介してアノード及びカソードが接合された電池セルと、アノード流体通路が備えられたセパレータと前記電池セルとを有するセルが複数積層された電池スタックと、前記セルの前記アノード流体通路が臨む位置にアノード流体を供給するためのマニホールドとを備える燃料電池おいて、前記マニホールドは、前記アノード流体が導入される導入孔を備えた天板と、前記アノード流体通路に臨む微小開口が前記セルの積層方向に沿って直列に複数個備えられ、前記天板の内面との間で前記アノード流体の流通空間が上面に形成される底板と、前記流通空間を前記天板側の第１の空間及び前記底板側の第２の空間に仕切ると共に、前記導入孔の投影部と異なる位置に第２導入孔を備えた仕切板とからなり、前記第２導入孔は、前記底板への第２投影部が前記微小開口の並設列を挟んで両側に位置するように２個設けられ、前記第２導入孔の第２投影部と前記微小開口との間の前記底板の上面には、前記第２導入孔から供給された前記アノード流体を前記微小開口に分散させるための流路を形成するブロック体群がそれぞれ備えられ、前記導入孔から供給された前記アノード流体の流速を前記第１の空間で低下させ、流速が低下した前記アノード流体を２つの前記第２導入孔から前記底板の上面の前記第２投影部に接触させて流速を低下させ、流速が低下した前記アノード流体を前記ブロック体群の前記流路にそれぞれ流通させて前記ブロック体群に挟まれた前記微小開口に分散させることを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、導入孔から供給されたアノード流体の流速を第１の空間で低下させ、流速が低下したアノード流体を２つの第２導入孔から底板の上面の第２投影部に接触させて流速を更に低下させ、充分に流速が低下したアノード流体をブロック体群の流路にそれぞれ流通させて微小開口に分散させるので、限られた流通空間で複数の微小開口に対してアノード流体を分散させて十分な供給圧力で微小開口に供給することができ、マニホールドを小型化しても、電池セル及びセパレータからなるセルのそれぞれに対してアノード流体を均等に供給することができる。

そして、請求項８に係る本発明の燃料電池は、請求項７に記載の燃料電池において、前記導入孔の流路面積に対して前記第２導入孔の流路面積が大きくされていることを特徴とする。

請求項８に係る本発明では、アノード流体は流路面積が大きい第２導入孔を通過する際に減速が促進される。

また、請求項９に係る本発明の燃料電池は、請求項７もしくは請求項８に記載の燃料電池において、前記ブロック体群で形成される流路は複数形成され、前記第２投影部から遠い前記流路の幅を前記第２投影部から近い前記流路の幅よりも広くしたことを特徴とする。

請求項９に係る本発明では、アノード流体が送られる第２投影部から遠い流路の幅を広くしたので、遠い流路の流通抵抗が低くなって流通しやすくなり、第２投影部からの距離に拘わらずアノード流体を複数の流路から微小開口に均等に送ることができる。

また、請求項１０に係る本発明の燃料電池は、請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記ブロック体群で形成される流路は複数形成され、前記第２投影部から遠い前記流路の長さを前記第２投影部から近い前記流路の長さよりも短くしたことを特徴とする。

請求項１０に係る本発明では、アノード流体が送られる第２投影部から遠い流路の長さを短くしたので、遠い流路の流通圧力損失が小さくなって流通しやすくなり、第２投影部からの距離に拘わらずアノード流体を複数の流路から微小開口に均等に送ることができる。

また、請求項１１に係る本発明の燃料電池は、請求項７〜請求項１０のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記第２導入孔は、前記底板への前記第２投影部が前記微小開口の並び方向で互いに逆方向に配されるように設けられていることを特徴とする。

請求項１１に係る本発明では、微小開口の並び方向で互いに逆方向に配された第２導入孔からアノード流体が供給されるので、微小開口の並び方向に対するアノード流体の供給分布を抑制することができる。

また、請求項１２に係る本発明の燃料電池は、請求項１１に記載の燃料電池において、前記第２投影部に近い前記微小開口が前記第２投影部に遠い前記微小開口に対し、前記第２投影部との間に挟まれるブロック体群から離れるように、前記微小開口が並設されていることを特徴とする。

請求項１２に係る本発明では、ブロック体群の間で微小開口が傾斜した状態で並設されているので、アノード流体の供給分布を更に抑制することができる。

また、請求項１３に係る本発明の燃料電池は、請求項７〜請求項１２のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記ブロック体群から前記第２導入孔までの距離は、前記第２導入孔を挟んで前記ブロック体群から前記流通空間の端部までの距離の半分以上であることを特徴とする。

請求項１３に係る本発明では、限られた流通空間の中でブロック体群から第２導入孔までの距離を十分に確保することができるので、アノード流体を十分に拡散させることができる。

本発明の燃料電池は、マニホールドを小型化しても各セルに対してアノード流体を均等に供給することができる。

図１〜図６に基づいて本発明の第１実施形態例を説明する。

図１には本発明の第１実施形態例に係る燃料電池の外観、図２には外部マニホールドの分解斜視、図３には天板の外観を示してあり、図３（ａ）は天板の平面視、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視の状態である。また、図４には仕切板の外観、図５には底板の内側面の外観、図６には底板を流れる燃料の状況を表す底板の内側面の外観を示してある。

図に示すように、本実施形態例の燃料電池１は、アノード流体としての燃料（水素）が送られるマニホールドとしての外部マニホールド２を備え、外部マニホールド２から電池スタック３に水素が供給される。外部マニホールド２には、例えば、水素吸蔵合金等から得られた水素を供給する図示しない燃料供給部が接続され、電池スタック３の発電部には、図示しない制御回路が接続されている。

電池スタック３の電池セル４は、電解質膜として固体高分子電解質膜の両面側にアノード側触媒体（アノード）とカソード側触媒体（カソード）を備えた膜・電極接合体となっている。そして、アノード流体通路とカソード流体通路７が背中合わせ状態で形成されたセパレータ５と電池セル４とが交互に積層されてセル１１が形成され、セル１１を複数積層することで電池スタック３が構成されている。このようなスタック構造の燃料電池１では、各セル１１に積層されるセパレータ５のアノード流体通路に水素を均一に分配して水素の供給を電池スタック３で均一に行うため、外部マニホールド２を備えている。

尚、セパレータ５は、アノード流体通路とカソード流体通路７が背中合わせ状態で形成された形状に限定されるものではなく、アノード流体をアノードに供給できると共に、カソード流体をカソードに供給できる形状であればよい。

図２〜図５に基づいて外部マニホールド２を説明する。

図２に示すように、外部マニホールド２は、天板１２及び底板１３を有し、天板１２の内面と底板１３との上面との間に水素の流通空間が形成される。天板１２と底板１３との間には仕切板１４が設けられ、仕切板１４により水素の流通空間が天板１２側の第１の空間１５及び底板１３側の第２の空間１６に仕切られている。

図２、図３に示すように、天板１２の内面には流通空間を形成するための凹部２１が形成され、天板１２には水素が導入される導入孔２２が設けられている。導入孔２２には図示しない燃料供給部が接続される。

図２、図４に示すように、仕切板１４には第２導入孔としての連通孔１９、２０が設けられている。連通孔１９、２０の位置は、積層方向における導入孔２２の投影部２２ａと異なる位置に形成され、互いに対向した状態で仕切板１４の端部（図４中上下端部）に位置している。連通孔１９、２０の位置は、後述する微小開口２４の並設列を挟んで両側に位置するように配置されている。

図２、図５に示すように、底板１３の上面には仕切板１４の連通孔１９、２０を通して水素が供給され、供給された水素は、積層方向における連通孔１９、２０の投影部１９ａ、２０ａ（第２投影部）の底板１３の上面に接触して第２の空間１６に供給される。底板１３の上面にはセル１１（図１参照）のアノード流体通路に臨む微小開口２４が一列に複数（図示例では図５中左右方向に１２個）形成されている。微小開口２４は、例えば、一つのセル１１（図１参照）に対して１個もしくは複数個形成されている。

投影部１９ａと微小開口２４との間の底板１３の上面、及び、投影部２０ａと微小開口２４との間の底板１３の上面には、ブロック体群２５がそれぞれ形成され、連通孔１９、２０から供給された水素を微小開口２４に分散させるための流路２６がブロック体群２５によってそれぞれ形成されている。

底板１３と仕切板１４で形成される第２の空間１６は、投影部１９ａと図５中上側のブロック体群２５で囲まれる第１凹部２８と、それぞれのブロック体群２５の間で囲まれる微小開口２４が存在する第２凹部２９と、投影部２０ａと図５中下側のブロック体群２５で囲まれる第３凹部３０とに区画されている。

連通孔１９の位置、即ち、図５に示した投影部１９ａの位置は、ブロック体群２５から投影部１９ａまでの距離Ｌ１が、投影部１９ａを挟んでブロック体群２５から第２の空間の端部である第１凹部３０の端部までの距離Ｌ２と同じ距離に近い距離に設定されている。つまり、ブロック体群２５から投影部１９ａまでの距離Ｌ１は、第１凹部２８の端部までの距離Ｌ２の半分以上に設定される。連通孔２０の位置も微小開口２４の並び方向の中心線を中心に線対称の位置に備えられ、即ち、微小開口２４の並び方向の中心線に対して中心線を二分する位置で直交する方向の等距離Ｘの位置に配され、距離Ｌ１、Ｌ２の関係が保たれている。

ブロック体群２５から投影部１９ａ（２０ａ）までの距離Ｌ１が、第１凹部２８（第３凹部３０）の端部までの距離Ｌ２の半分以上に設定されることにより、連通孔１９（２０）から供給された水素がそれぞれのブロック体群２５の各流路２６に案内される距離を十分に確保することができ、限られた空間である第１凹部２８（第３凹部３０）の中で水素の分散を的確に行うことができる。

図５に示すように、ブロック体群２５は複数のブロック体２７が並設され、ブロック体２７の間が流路２６とされている。投影部１９ａ、２０ａに近いブロック体２７の幅（図中左右方向）が、投影部１９ａ、２０ａから遠いブロック体２７の幅に対して広く形成されている。つまり、投影部１９ａ、２０ａから遠い流路２６の幅Ｈが投影部１９ａ、２０ａに近い流路２６の幅ｈに対して広く形成され、投影部１９ａ、２０ａから遠い流路２６の圧力損失が小さくされている。

尚、図示例では、微小開口２４と流路２６が１対１で対応している状態を示したが、必ずしも対応させて設ける必要はない。

これにより、投影部１９ａ、２０ａからの距離に拘わらず、第１凹部２８及び第３凹部３０で拡散された水素が、流路２６から第２凹部２９の微小開口２４に均一に分配されて均一な量で流れる。また、第１凹部２８及び第３凹部３０から第２凹部２９に水素が流入するため、微小開口２４への供給圧力を十分に確保することができる。十分な供給圧力で微小開口２４に均一に分配された水素は、微小開口２４から下向き（流路２６を流通した方向に対して交差する方向）に流下して各セル１１（図１参照）のアノード流体通路に供給される。

尚、上述した実施形態例では、仕切板１４を設けて天板１２と底板１３で形成される水素の流通空間を第１の空間１５と第２の空間１６に仕切るようにしたが、仕切板１４を設けずに水素の流通空間を第１凹部２８、第３凹部３０及び微小開口２４が形成された第２凹部２９に区画する構成とすることも可能である。

この場合、導入孔２２の位置は第１凹部２８、第３凹部３０に対応する位置となり、導入孔２２からの水素は、導入孔２２の投影部に接触して流速が遅くされ、第１凹部２８、第３凹部３０からブロック体群２５の流路２６を流通して微小開口２４に送られる。この時、導入孔２２の流通面積を広くすることも可能である。また、外部との接続機器との関係から導入孔２２は小さい方が好ましいので、導入孔２２の経路方向に入口から出口に向けて流路面積を漸増させる形状にすることも可能である。

尚、仕切板を設けない構成は、以下に示した全てに実施形態例に適用することが可能である。

図６に基づいて水素の流通状況を説明する。

導入孔２２から第１の空間１５に水素が送られ、第１の空間１５で平面方向に拡散される（第１バッファ部）。第１の空間１５で拡散されて減速された水素は、流路面積が大きな連通孔１９、２０から底板１３の上面（投影部１９ａ、２０ａ）に当てられて第２の空間１６の第１凹部２８、第３凹部３０にそれぞれ送られ、第１凹部２８、第３凹部３０で水平方向（図６中矢印方向）に拡散される（第２バッファ部）。

連通孔１９、２０からの水素は、底板１３の上面に当たることにより水平方向（図６中矢印方向）に沿って拡散が容易になる。更に、連通孔１９、２０の流路面積が大きくされているので、第１バッファ部に供給された水素よりも第２バッファ部に流れた水素がより拡散しやすくなる。

第１凹部２８、第３凹部３０で拡散されて減速された水素は、ブロック体群２５の複数の流路２６に分配されてそれぞれ流通する。複数の流路２６は、前述したように（図５に示したように）、投影部１９ａ、２０ａから遠い流路２６の幅Ｈが投影部１９ａ、２０ａに近い流路２６の幅ｈに対して広く形成されているので、投影部１９ａ、２０ａからの距離に拘わらず、それぞれの流路２６に均一に分配される。それぞれの流路２６に均一に分配された水素は第２凹部２９に流入して十分な供給圧力をもって微小開口２４に送られ、微小開口２４から下向き（流路２６を流通した方向に対して交差する方向）に流下してセル１１のアノード流体通路に供給される。

このため、外部マニホールド２を介して水素を電池スタック３に供給する燃料電池１では、導入孔２２から供給された水素は、第１バッファ部で拡散された後、更に、第２バッファ部で拡散され、それぞれのブロック体群２５の流路２６に均一に分散され、流路２６を流れる水素の量が均一にされて十分な供給圧力をもって微小開口２４に送られる。従って、大きな拡散空間を設ける等してマニホールドを大型化することなく、即ち、マニホールドを小型化しても各セル１１に対して水素を十分な供給圧力で均等に供給することができる。

図７〜図９に基づいて第２実施形態例を説明する。

図７には本発明の第２実施形態例に係る燃料電池の外部マニホールドの分解斜視、図８には底板の内側面の外観、図９には底板を流れる燃料の状況を表す底板の内側面の外観を示してある。第２実施形態例の燃料電池は、外部マニホールドの底板に形成されたブロック体群の形状及び連通孔１９、２０の位置が第１実施形態例と異なるものである。このため、図１〜図６に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、連通孔１９、２０は、投影部１９ａ、２０ａが微小開口２４の並び方向（図８中左右方向）で互いに逆方向になるように配置されている。つまり、図８中上側に位置する投影部１９ａが図中左寄りになるように連通孔１９が配置され、図８中下側に位置する投影部２０ａが図中右寄りになるように連通孔２０が配置されている。

また、連通孔１９、２０の投影部１９ａ、２０ａと微小開口２４との間の上面にブロック体群３２がそれぞれ形成されている。ブロック体群３２により、連通孔１９、２０から供給された水素を微小開口２４に分散させるための流路３３が形成されている。

第１実施形態例と同様に、底板１３と仕切板１４で形成される第２の空間１６は、投影部１９ａと図８中上側のブロック体群３２で囲まれる第１凹部２８と、それぞれのブロック体群３２の間で囲まれる微小開口２４が存在する第２凹部２９と、投影部２０ａと図８中下側のブロック体群３２で囲まれる第３凹部３０とに区画されている。

ブロック体群３２は複数のブロック体３４が並設され、ブロック体３４の間が流路３３とされている。複数のブロック体３４の幅（図中左右方向）は均等に形成され、流路３３の幅が均一に構成されている。

連通孔１９、２０は、投影部１９ａ、２０ａが微小開口２４の並び方向（図８中左右方向）で互いに逆方向になるように配置されているので、図９に矢印で示すように、微小開口２４の並び方向に対して第２凹部２９に送られる水素の供給分布がそれぞれのブロック体３４で逆となり、第２凹部２９での微小開口２４への水素の供給量の分布を抑制することができる。

図１０に基づいて第３実施形態例を説明する。

図１０には本発明の第３実施形態例に係る燃料電池の外部マニホールドの底板の内側面の外観を示してある。尚、第２実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図１０に示した第３実施形態例は、微小開口２４の並びを傾斜させたものである。即ち、投影部１９ａ、２０ａに近い微小開口２４が投影部１９ａ、２０ａに遠い微小開口２４に対し、投影部１９ａ、２０ａとの間に挟まれるブロック体群３２から離れるように、微小開口２４が並設されている。つまり、微小開口２４は図中右上がりの傾斜状態で並設されている。

このため、第２凹部２９での微小開口２４の並び方向に対する水素の供給分布を更に抑制して微小開口に均一に水素を供給することができる。

図１１、図１２に基づいて第４実施形態例を説明する。

図１１には本発明の第４実施形態例に係る燃料電池の外部マニホールドの底板の内側面の外観、図１２には底板を流れる燃料の状況を表す底板の内側面の外観を示してある。尚、第２実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

連通孔１９、２０の投影部１９ａ、２０ａと微小開口２４との間の上面にブロック体群３７がそれぞれ形成されている。ブロック体群３７により、連通孔１９、２０（図７参照）から供給された水素を微小開口２４に分散させるための流路３８が形成されている。

投影部１９ａ、２０ａに近いブロック体３９の幅（図中左右方向）が、投影部１９ａ、２０ａから遠いブロック体３９の幅に対して広く形成されている。つまり、投影部１９ａ、２０ａから遠い流路３８（図中上側の流路３８は右側、図中下側の流路３８は左側）の幅Ｈが投影部１９ａ、２０ａに近い流路３８（図中上側の流路３８は左側、図中下側の流路３８は右側）の幅ｈに対して広く形成され、投影部１９ａ、２０ａから遠い流路３８の圧力損失が小さくされている。ブロック体群３７は底板１３の中心点を中心に点対称の形状に構成されている。

このため、図１２に示したように、投影部１９ａ、２０ａからの距離に拘わらず、それぞれの流路３８に対して水素が均一に分配される。それぞれの流路３８に均一に分配された水素は第２凹部２９に流入して十分な供給圧力をもって微小開口２４に送られ、微小開口２４から下向き（流路３８を流通した方向に対して交差する方向）に流下してセル１１（図１参照）のアノード流体通路に供給される。

図１３に基づいて第５実施形態例を説明する。

図１３には本発明の第５実施形態例に係る燃料電池の外部マニホールドの底板の内側面の外観を示してある。尚、第２実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

連通孔１９、２０の投影部１９ａ、２０ａと微小開口２４との間の上面にブロック体群４１がそれぞれ形成されている。ブロック体群４１により、連通孔１９、２０（図７参照）から供給された水素を微小開口２４に分散させるための流路４２が形成されている。

投影部１９ａ、２０ａに近いブロック体４３の長さ（図中上下方向）が、投影部１９ａ、２０ａから遠いブロック体４３の長さ対して長く形成されている。つまり、投影部１９ａ、２０ａから遠い流路４２（図中上側の流路４２は右側、図中下側の流路４２は左側）の長さｌが投影部１９ａ、２０ａに近い流路４２（図中上側の流路４２は左側、図中下側の流路４２は右側）の長さＬに対して短く形成され、投影部１９ａ、２０ａから遠い流路４２の圧力損失が小さくされている。

また、投影部１９ａ、２０ａに近いブロック体４３の幅（図中左右方向）が、投影部１９ａ、２０ａから遠いブロック体４３の幅に対して広く形成されている。つまり、投影部１９ａ、２０ａから遠い流路４２（図中上側の流路４２は右側、図中下側の流路４２は左側）の幅Ｈが投影部１９ａ、２０ａに近い流路４２（図中上側の流路４２は左側、図中下側の流路４２は右側）の幅ｈに対して広く形成され、投影部１９ａ、２０ａから遠い流路４２の圧力損失が小さくされている。ブロック体４３は底板１３の中心点を中心に点対称の形状に構成されている。

尚、ブロック体群４１の複数のブロック体４３の幅を同一に構成して流路４２の幅を等間隔にして流路４２の長さだけを変えることも可能である。

流路４２の幅及び長さを変えることにより、投影部１９ａ、２０ａからの距離に拘わらず、流路４２から微小開口２４に流れる水素の量が均一に分配される。微小開口２４に均一に分配された水素は、微小開口２４から下向き（流路４２を流通した方向に対して交差する方向）に流下して各セル１１（図１参照）のアノード流体通路に供給される。

上述した実施形態例では、アノード流体として水素を例に挙げて説明したが、メタノールをはじめその他の燃料の供給に適用することが可能である。

本発明は、マニホールドから電池スタックの各セルにアノード流体を供給する燃料電池の産業分野で利用することができる。

本発明の第１実施形態例に係る燃料電池の外観図である。外部マニホールドの分解斜視図である。天板の外観図である。仕切板の外観図である。底板の内側面の外観図である。底板を流れる燃料の状況を表す底板の内側面の外観図である。本発明の第２実施形態例に係る燃料電池の外部マニホールドの分解斜視図である。底板の内側面の外観図である。底板を流れる燃料の状況を表す底板の内側面の外観図である。本発明の第３実施形態例に係る燃料電池の外部マニホールドの底板の内側面の外観図である。本発明の第４実施形態例に係る燃料電池の外部マニホールドの底板の内側面の外観図である。底板を流れる燃料の状況を表す底板の内側面の外観図である。本発明の第５実施形態例に係る燃料電池の外部マニホールドの底板の内側面の外観図である。

符号の説明

１燃料電池
２外部マニホールド
３電池スタック
４電池セル
５セパレータ
１１セル
１２天板
１３底板
１４仕切板
１５第１の空間
１６第２の空間
１９、２０連通孔
２１凹部
２２導入孔
２４微小開口
２５、３２、３７、４１ブロック体群
２６、３３、３８、４２流路
２７、３４、３９、４３ブロック体
２８第１凹部
２９第２凹部
３０第３凹部

Claims

電解質膜を介してアノード及びカソードが接合された電池セルと、アノード流体通路が備えられたセパレータと前記電池セルとを有するセルが複数積層された電池スタックと、前記セルの前記アノード流体通路が臨む位置にアノード流体を供給するためのマニホールドとを備える燃料電池おいて、
前記マニホールドは、
前記アノード流体が導入される導入孔を備えた天板と、
前記アノード流体通路に臨む微小開口が前記セルの積層方向に沿って直列に複数個並設され、前記天板の内面との間で前記アノード流体の流通空間が上面に形成される底板とからなり、
前記導入孔は、前記底板への投影部が前記微小開口の並設列を挟んで両側に位置するように２個設けられ、
前記導入孔の投影部と前記微小開口との間の前記底板の上面には、前記導入孔から供給された前記アノード流体を前記微小開口に分散させるための流路を形成するブロック体群がそれぞれ備えられ、
前記２つの導入孔から供給された前記アノード流体を前記底板の上面の前記投影部にそれぞれ接触させて流速を低下させ、流速が低下した前記アノード流体を前記ブロック体群の前記流路にそれぞれ流通させて前記ブロック体群に挟まれた前記微小開口に分散させる
ことを特徴とする燃料電池。
請求項１に記載の燃料電池において、
前記ブロック体群で形成される流路は複数形成され、前記投影部から遠い前記流路の幅を前記投影部から近い前記流路の幅よりも広くした
ことを特徴とする燃料電池。
請求項１もしくは請求項２に記載の燃料電池において、
前記ブロック体群で形成される流路は複数形成され、前記投影部から遠い前記流路の長さを前記投影部から近い前記流路の長さよりも短くした
ことを特徴とする燃料電池。
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記導入孔は、前記底板への投影部が前記微小開口の並び方向で互いに逆方向に配されるように設けられている
ことを特徴とする燃料電池。
請求項４に記載の燃料電池において、
前記投影部に近い前記微小開口が前記投影部に遠い前記微小開口に対し、前記投影部との間に挟まれる前記ブロック体群から離れるように、前記微小開口が並設されている
ことを特徴とする燃料電池。
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記ブロック体群から前記導入孔までの距離は、前記導入孔を挟んで前記ブロック体群から前記流通空間の端部までの距離の半分以上である
ことを特徴とする燃料電池。
電解質膜を介してアノード及びカソードが接合された電池セルと、アノード流体通路が備えられたセパレータと前記電池セルとを有するセルが複数積層された電池スタックと、前記セルの前記アノード流体通路が臨む位置にアノード流体を供給するためのマニホールドとを備える燃料電池おいて、
前記マニホールドは、
前記アノード流体が導入される導入孔を備えた天板と、
前記アノード流体通路に臨む微小開口が前記セルの積層方向に沿って直列に複数個備えられ、前記天板の内面との間で前記アノード流体の流通空間が上面に形成される底板と、
前記流通空間を前記天板側の第１の空間及び前記底板側の第２の空間に仕切ると共に、前記導入孔の投影部と異なる位置に第２導入孔を備えた仕切板とからなり、
前記第２導入孔は、前記底板への第２投影部が前記微小開口の並設列を挟んで両側に位置するように２個設けられ、
前記第２導入孔の第２投影部と前記微小開口との間の前記底板の上面には、前記第２導入孔から供給された前記アノード流体を前記微小開口に分散させるための流路を形成するブロック体群がそれぞれ備えられ、
前記導入孔から供給された前記アノード流体の流速を前記第１の空間で低下させ、流速が低下した前記アノード流体を２つの前記第２導入孔から前記底板の上面の前記第２投影部に接触させて流速を低下させ、流速が低下した前記アノード流体を前記ブロック体群の前記流路にそれぞれ流通させて前記ブロック体群に挟まれた前記微小開口に分散させる
ことを特徴とする燃料電池。
請求項７に記載の燃料電池において、
前記導入孔の流路面積に対して前記第２導入孔の流路面積が大きくされている
ことを特徴とする燃料電池。
請求項７もしくは請求項８に記載の燃料電池において、
前記ブロック体群で形成される流路は複数形成され、前記第２投影部から遠い前記流路の幅を前記第２投影部から近い前記流路の幅よりも広くした
ことを特徴とする燃料電池。
請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記ブロック体群で形成される流路は複数形成され、前記第２投影部から遠い前記流路の長さを前記第２投影部から近い前記流路の長さよりも短くした
ことを特徴とする燃料電池。
請求項７〜請求項１０のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記第２導入孔は、前記底板への前記第２投影部が前記微小開口の並び方向で互いに逆方向に配されるように設けられている
ことを特徴とする燃料電池。
請求項１１に記載の燃料電池において、
前記第２投影部に近い前記微小開口が前記第２投影部に遠い前記微小開口に対し、前記第２投影部との間に挟まれるブロック体群から離れるように、前記微小開口が並設されている
ことを特徴とする燃料電池。
請求項７〜請求項１２のいずれか一項に記載の燃料電池において、
前記ブロック体群から前記第２導入孔までの距離は、前記第２導入孔を挟んで前記ブロック体群から前記流通空間の端部までの距離の半分以上である
ことを特徴とする燃料電池。