JP2009026644A - Solid polymer fuel cell - Google Patents

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隆 北川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer fuel cell in which inside temperature difference is small, and which is capable of effectively preventing dew formation of gas introduced from a gas introduction port. <P>SOLUTION: The fuel cell 1 is formed as a plurality of single cells 2 are laminated sequentially, a current collecting plate 3a, an insulating plate 4a, and a tightening plate 5a are sequentially laminated on the left side of these single cells 2, a current collector 3b, an insulating plate 4b, and a tightening plate 5b are sequentially laminated on the right side of the single cells 2, and these laminates are tightened by tightening tools 14. Then, fuel gas is introduced inside a stack from the tightening plate 5b of one side and discharged outside from the tightening plate 5a of the opposite side, and oxidant gas is introduced inside the stack from the tightening plate 5a of the side opposite to the fuel gas introduction side, and discharged outside from the tightening plate 5b of the fuel gas introduction side. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

電解質膜としてフッ素系の高分子や炭化水素系の高分子等からなる膜を用いる固体高分子型燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell using a membrane made of a fluorine-based polymer or a hydrocarbon-based polymer as an electrolyte membrane.

燃料電池の一種として、電解質層の片面に燃料電極を設け他面に酸化剤電極を設けた燃料電池セルと、燃料ガス通路を設けたセパレータと、酸化剤ガス通路を設けたセパレータとを有する扁平な単電池を、同一方向に積層し、それらの積層した単電池の両端に、それぞれ、集電板および電気絶縁板を積層し、それらの積層体の両端を、金属製の締付板によって狭持したものが知られている。また、そのようなタイプの燃料電池の一種として、フッ素系の高分子や炭化水素系の高分子からなる膜を電解質膜として用いた固体高分子型燃料電池が知られている。   As a kind of fuel cell, a flat battery having a fuel cell provided with a fuel electrode on one side of the electrolyte layer and an oxidant electrode on the other side, a separator provided with a fuel gas passage, and a separator provided with an oxidant gas passage Are stacked in the same direction, and a current collector plate and an electrical insulating plate are stacked on both ends of the stacked unit cells, respectively, and both ends of the stacked body are narrowed by a metal clamping plate. What you have is known. As one type of such a fuel cell, a solid polymer fuel cell using a membrane made of a fluorine-based polymer or a hydrocarbon-based polymer as an electrolyte membrane is known.

上記した固体高分子型燃料電池においては、動作温度が低いことに起因して、金属製の締付板に設けられたガス導入口から導入される燃料ガス(水素)、酸化剤ガス(空気)が締付板において結露し易く、結露によって生じた水が、燃料電極、酸化剤電極(酸素電極)おけるガスの拡散や、燃料電極、酸化剤電極の外側に設けられるガス通路におけるガスの流れを阻害する事態が発生する。そして、そのような事態が発生すると、単電池セル内において燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応が起こりにくくなり、出力が低下してしまう。   In the above polymer electrolyte fuel cell, the fuel gas (hydrogen) and the oxidant gas (air) introduced from the gas inlet provided in the metal clamping plate due to the low operating temperature. Is easy to condense on the clamping plate, and water generated by the dew condensation causes gas diffusion in the fuel electrode and oxidant electrode (oxygen electrode) and gas flow in the gas passage provided outside the fuel electrode and oxidant electrode. An obstruction occurs. When such a situation occurs, an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas hardly occurs in the single battery cell, and the output decreases.

それゆえ、積層した単電池(スタック)の左右両側に積層する絶縁板をポリカーボネート、フッ素系樹脂、FRP等の熱伝導性の低い材料によって形成するとともに、それらの絶縁板の側面に燃料ガスや酸化剤ガスの導入口を備えることによって、ガス導入口におけるガスの結露を抑制した固体高分子型燃料電池が開発されている(特許文献1)。   Therefore, the insulating plates to be laminated on both the left and right sides of the laminated unit cells (stack) are formed of a material having low thermal conductivity such as polycarbonate, fluorine resin, FRP, etc., and fuel gas and oxidation are formed on the side surfaces of those insulating plates. A polymer electrolyte fuel cell has been developed in which the agent gas inlet is provided to suppress the dew condensation of the gas at the gas inlet (Patent Document 1).

特開平9−120833号公報JP-A-9-120833

特許文献1の固体高分子型燃料電池によれば、ガス導入口におけるガスの結露をある程度抑制することが可能となる。しかしながら、特許文献1の固体高分子型燃料電池においては、絶縁板の内側に、銅メッキを施した金属製の集電板が積層されているため、かかる集電板に隣接した単電池は、中央部に比べて温度が低くなってしまう。それゆえ、それらの単電池においては、ガス通路内でのガスの結露を十分に抑制できないため、発電効率が悪くなってしまう。   According to the polymer electrolyte fuel cell of Patent Document 1, it is possible to suppress the condensation of gas at the gas inlet to some extent. However, in the polymer electrolyte fuel cell of Patent Document 1, since a metal current collector plate plated with copper is laminated inside the insulating plate, the unit cell adjacent to the current collector plate is: The temperature will be lower than in the center. Therefore, in those single cells, the dew condensation of the gas in the gas passage cannot be sufficiently suppressed, and the power generation efficiency is deteriorated.

本発明の目的は、上記従来の固体高分子型燃料電池が有する上記問題点を解消し、内部の温度差が非常に小さく、ガス導入口から導入されたガスの結露をきわめて効果的に防止することが可能な固体高分子型燃料電池を提供することにある。   The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems of the conventional polymer electrolyte fuel cell, and to extremely effectively prevent the dew condensation of the gas introduced from the gas inlet through a very small internal temperature difference. It is an object of the present invention to provide a polymer electrolyte fuel cell that can be used.

かかる本発明の内、請求項1に記載された発明は、高分子膜からなる電解質層の片面に燃料電極を設け他面に酸化剤電極を設けた燃料電池セルと、燃料ガス通路を設けたセパレータと、酸化剤ガス通路を設けたセパレータとを有する扁平な単電池を、同一方向に複数積層し、それらの積層された単電池の両端に、それぞれ、集電板および電気絶縁板を積層し、それらの積層体の両端を、金属製の締付板によって狭持してなる固体高分子型燃料電池であって、燃料ガスが片側の締付板から単電池の内部に導入されて反対側の締付板から外部に排出されるとともに、酸化剤ガスが燃料ガス導入側と反対側の締付板から単電池の内部に導入されて燃料ガス導入側の締付板から外部に排出されることを特徴とするものである。   Among the present inventions, the invention described in claim 1 includes a fuel cell in which a fuel electrode is provided on one side of an electrolyte layer made of a polymer film and an oxidant electrode is provided on the other side, and a fuel gas passage. A plurality of flat unit cells having a separator and a separator provided with an oxidant gas passage are stacked in the same direction, and a current collecting plate and an electric insulating plate are stacked on both ends of the stacked unit cells, respectively. , A polymer electrolyte fuel cell in which both ends of the laminate are sandwiched by metal clamping plates, and the fuel gas is introduced into the unit cell from one clamping plate on the opposite side The oxidant gas is introduced into the unit cell from the clamping plate on the side opposite to the fuel gas introduction side, and discharged from the clamping plate on the fuel gas introduction side to the outside. It is characterized by this.

請求項2に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、片方の締付板が、厚み方向における板の中心より内側に燃料ガスの排出路を設けたものであるとともに、他方の締付板が、厚み方向における板の中心より内側に酸化剤ガスの排出路を設けたものであることを特徴とするものである。   The invention described in claim 2 is the invention described in claim 1, wherein one of the clamping plates is provided with a fuel gas discharge passage inside the center of the plate in the thickness direction, and the other This fastening plate is characterized in that an oxidizing gas discharge passage is provided inside the center of the plate in the thickness direction.

請求項1の固体高分子型燃料電池は、発電のために供給された燃料ガスが、単電池の積層体(所謂スタック)の内部を通って温められた後に片側の締付板まで導かれて、熱伝導により当該締付板を加熱する。それと同時に、発電のために供給された酸化剤ガスが、スタックの内部を通って温められた後に燃料ガス排出側と反対側の締付板まで導かれて、熱伝導により当該締付板を加熱する。したがって、本発明の固体高分子型燃料電池によれば、スタック全体の温度の低下が抑制されるので、スタックの電圧低下を防止して、非常に効率良く発電することが可能となる。   In the polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, the fuel gas supplied for power generation is heated to the inside of a unit cell stack (so-called stack), and then guided to a clamping plate on one side. The clamping plate is heated by heat conduction. At the same time, the oxidant gas supplied for power generation is heated through the inside of the stack and then guided to the clamping plate on the side opposite to the fuel gas discharge side to heat the clamping plate by heat conduction. To do. Therefore, according to the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, since the temperature drop of the entire stack is suppressed, it is possible to prevent the voltage drop of the stack and to generate power very efficiently.

請求項2の固体高分子型燃料電池によれば、締付板の外側と内側(スタック側)との温度差が少なくなるため、燃料ガス、酸化剤ガスの導入口におけるガスの結露が非常に効率的に防止されるので、所謂フレッティング現象が発生せず、発電電圧を安定させることが可能となる。   According to the polymer electrolyte fuel cell of claim 2, since the temperature difference between the outer side and the inner side (stack side) of the clamping plate is reduced, the dew condensation of the gas at the introduction port of the fuel gas and the oxidant gas is extremely high. Since it is efficiently prevented, the so-called fretting phenomenon does not occur and the generated voltage can be stabilized.

以下、本発明に係る固体高分子型燃料電池(以下、単に燃料電池という)の一実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図1〜図4は、それぞれ、本発明に係る燃料電池の正面、平面、背面、左側面を示したものであり、燃料電池1は、複数の単電池2,2・・、単電池2,2・・で生じた直流電力を取り出すための集電板3a,3b、単電池2,2・・および集電板3a,3bを外部と絶縁するための絶縁板4a,4b、単電池2,2・・、集電板3a,3bおよび絶縁板4a,4bを狭持するための締付板5a,5b、長尺なボルトとナットからなる締付具14,14・・・等によって構成されている。   Hereinafter, an embodiment of a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as a fuel cell) according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 4 show a front surface, a plane surface, a rear surface, and a left side surface of a fuel cell according to the present invention. The fuel cell 1 includes a plurality of single cells 2, 2,. 2. Current collecting plates 3a, 3b for taking out DC power generated by 2 ..., single cells 2, 2 .... and insulating plates 4a, 4b for insulating current collecting plates 3a, 3b from the outside, single cells 2, 2.., Clamping plates 5a and 5b for sandwiching the current collector plates 3a and 3b and the insulating plates 4a and 4b, fastening tools 14 and 14 made of long bolts and nuts, etc. ing.

図5は、単電池2の鉛直断面を示す説明図であり、単電池2は、燃料電池セル9、セパレータ10a,10b、シール部材13等によって構成されている。燃料電池セル9は、薄い矩形状の固体高分子膜からなる電解質層6、触媒活性物質を含む触媒層と燃料ガスの供給、排出および集電機能を奏する電極基材とからなる燃料電極7、触媒活性物質を含む触媒層と酸化剤ガスの供給、排出および集電機能を奏する電極基材とからなる酸化剤電極8によって構成されている。   FIG. 5 is an explanatory view showing a vertical cross section of the unit cell 2, and the unit cell 2 is composed of fuel cells 9, separators 10 a and 10 b, a seal member 13, and the like. The fuel cell 9 includes an electrolyte layer 6 made of a thin rectangular solid polymer film, a fuel electrode 7 made of a catalyst layer containing a catalytically active substance, and an electrode base material that provides fuel gas supply, discharge, and current collecting functions, It is constituted by an oxidant electrode 8 composed of a catalyst layer containing a catalytically active substance and an electrode base material having functions of supplying, discharging and collecting current of oxidant gas.

また、セパレータ10aは、ガス不透過性の材料によって形成されており、燃料電極7と接合した面に、燃料ガスを流通させるための複数の燃料ガス通路11を備えている。セパレータ10bも、セパレータ10aと同様に、ガス不透過性の材料によって形成されており、酸化剤電極8と接合した面に、酸化剤ガスを流通させるための複数の酸化剤ガス通路12を備えている。   The separator 10a is made of a gas-impermeable material, and includes a plurality of fuel gas passages 11 on the surface joined to the fuel electrode 7 for circulating fuel gas. Similarly to the separator 10a, the separator 10b is formed of a gas-impermeable material, and has a plurality of oxidant gas passages 12 for circulating the oxidant gas on the surface joined to the oxidant electrode 8. Yes.

そして、単電池2は、燃料ガス通路11および酸化剤ガス通路12からのガスの漏洩を防止するゴムシール13を、セパレータ10a,10bの周縁の凹状部と燃料電池セル9の周縁の凹状部に嵌め込んだ状態で、燃料電池セル9の表裏両側に、それぞれ、セパレータ10a,10bを積層することによって形成されている。   In the unit cell 2, a rubber seal 13 for preventing gas leakage from the fuel gas passage 11 and the oxidant gas passage 12 is fitted into the concave portions on the periphery of the separators 10 a and 10 b and the concave portion on the periphery of the fuel cell 9. In this state, separators 10a and 10b are stacked on the front and back sides of the fuel cell 9, respectively.

燃料電池1は、上記の如く構成された複数の単電池2,2・・を順次積層し、それらの単電池2,2・・(スタック)の左側に、集電板3a、絶縁板4a、締付板5aを順次積層するとともに、単電池2,2・・の右側に、集電板3b、絶縁板4b、締付板5bを順次積層し、それらの積層体を、締付具14,14・・によって適度な圧力を加えて締め付けることによって形成されている(図1〜図4参照)。   The fuel cell 1 sequentially stacks a plurality of unit cells 2, 2... Configured as described above, and on the left side of the unit cells 2, 2,. The clamping plates 5a are sequentially stacked, and the current collector plate 3b, the insulating plate 4b, and the clamping plate 5b are sequentially stacked on the right side of the cells 2, 2,. It is formed by applying an appropriate pressure and tightening by 14.

また、右側に位置した締付板5bの外面の中央より上側には、内部に燃料ガス(水素)を導入するための金属製の燃料ガス導入口15が設けられており、左側に位置した締付板5aの外面の中央より上側には、内部に酸化剤ガス(空気)を導入するための金属製の酸化剤ガス導入口16が設けられている。なお、図2の如く、燃料ガス導入口15は、中央より後方に設けられており、酸化剤ガス導入口16は、中央より前方に設けられている。   Also, a metal fuel gas inlet 15 for introducing fuel gas (hydrogen) into the inside is provided above the center of the outer surface of the fastening plate 5b located on the right side, and the fastening plate located on the left side is provided. A metallic oxidant gas inlet 16 for introducing an oxidant gas (air) into the interior is provided above the center of the outer surface of the attached plate 5a. As shown in FIG. 2, the fuel gas inlet 15 is provided rearward from the center, and the oxidant gas inlet 16 is provided forward from the center.

また、図6は、酸化剤ガス導入口16の設置部付近の鉛直断面を示したものであり、締付板5a、絶縁板4a、集電板3a、複数の単電池2,2・・には、酸化剤ガス導入口16と連通した水平状の連通孔17が形成されている。そして、酸化剤ガス導入口16から導入された酸化剤ガスが、連通孔17を通って各単電池2,2・・へと送られるようになっている。加えて、締付板5a、絶縁板4a、集電板3aの連通孔17の外周部分には、連通孔17を流れる酸化剤ガスの外部への漏洩を防止するためにシール部材18が配設されている。なお、燃料ガス導入口15の設置部付近の構造も、上記した酸化剤ガス導入口16の設置部付近の構造と同様であり、燃料ガス導入口15から導入された燃料ガスが、連通孔17を通って各単電池2,2・・へと送られるようになっている。   FIG. 6 shows a vertical cross section in the vicinity of the installation portion of the oxidant gas introduction port 16. The fastening plate 5 a, the insulating plate 4 a, the current collector plate 3 a, and the plurality of single cells 2, 2. Is formed with a horizontal communication hole 17 communicating with the oxidant gas introduction port 16. Then, the oxidant gas introduced from the oxidant gas introduction port 16 is sent to the single cells 2 through the communication holes 17. In addition, a seal member 18 is disposed on the outer peripheral portion of the communication hole 17 of the fastening plate 5a, the insulating plate 4a, and the current collector plate 3a to prevent leakage of the oxidant gas flowing through the communication hole 17 to the outside. Has been. The structure in the vicinity of the installation portion of the fuel gas introduction port 15 is the same as that in the vicinity of the installation portion of the oxidant gas introduction port 16 described above, and the fuel gas introduced from the fuel gas introduction port 15 is connected to the communication hole 17. It is sent to each single cell 2, 2,.

一方、図1、図2、図4の如く、左側に位置した締付板5aの前面の中央より下側には、内部を通過した燃料ガス(水素)を外部へ排出するための金属製の燃料ガス排出口19が設けられており、締付板5aの内部に水平に設けられた燃料ガス排出路21と連通した状態になっている。また、図2、図3、図4の如く、右側に位置した締付板5bの後面の中央より下側には、内部を通過した酸化剤ガス(空気)を外部へ排出するための金属製の酸化剤ガス排出口20が設けられており、締付板5bの内部に水平に設けられた酸化剤ガス排出路22と連通した状態になっている。なお、燃料ガス排出路21、燃料ガス排出口19は、締付板5aの厚み方向において中央よりやや内側に位置しており、酸化剤ガス排出路22、酸化剤ガス排出口20は、締付板5bの厚み方向において中央よりやや内側に位置している。   On the other hand, as shown in FIGS. 1, 2, and 4, below the center of the front surface of the clamping plate 5 a located on the left side, is made of a metal for discharging the fuel gas (hydrogen) that has passed through the inside to the outside. A fuel gas discharge port 19 is provided, and is in a state of communicating with a fuel gas discharge path 21 provided horizontally inside the fastening plate 5a. Further, as shown in FIGS. 2, 3, and 4, below the center of the rear surface of the clamping plate 5b located on the right side, a metal made for discharging the oxidant gas (air) that has passed through the inside to the outside. The oxidant gas discharge port 20 is provided, and is in communication with an oxidant gas discharge path 22 provided horizontally inside the fastening plate 5b. The fuel gas discharge passage 21 and the fuel gas discharge port 19 are located slightly inside from the center in the thickness direction of the fastening plate 5a, and the oxidant gas discharge passage 22 and the oxidant gas discharge port 20 are tightened. It is located slightly inside from the center in the thickness direction of the plate 5b.

また、図7は、燃料ガス排出路21の設置部付近の鉛直断面を示したものであり、燃料ガス排出路21の基端部分は、内側に垂直に折れ曲がった状態になっており、その垂直に折れ曲がった部分を介して、締付板5a、絶縁板4a、集電板3a、複数の単電池2,2・・に形成された水平状の連通孔23と連通した状態になっている。加えて、締付板5a、絶縁板4a、集電板3aの連通孔23の外周部分には、連通孔23を流れる燃料ガスの外部への漏洩を防止するためにシール部材18が配設されている。そして、単電池2,2・・を通過した燃料ガスが、連通孔23を通って燃料ガス排出路21へ導かれ、燃料ガス排出口19から外部へ排出されるようになっている。なお、酸化剤ガス排出路22の設置部付近の構造も、上記した燃料ガス排出路21の設置部付近の構造と同様であり、単電池2,2・・を通過した酸化剤ガスが、連通孔23を通って酸化剤ガス排出路22へ導かれ、酸化剤ガス排出口20から外部へ排出されるようになっている。   FIG. 7 shows a vertical cross section in the vicinity of the installation portion of the fuel gas discharge passage 21, and the base end portion of the fuel gas discharge passage 21 is bent vertically inwardly. Through the bent portion, the fastening plate 5a, the insulating plate 4a, the current collecting plate 3a, and a horizontal communication hole 23 formed in the plurality of single cells 2, 2,... In addition, a seal member 18 is disposed on the outer peripheral portion of the communication hole 23 of the fastening plate 5a, the insulating plate 4a, and the current collector plate 3a in order to prevent leakage of fuel gas flowing through the communication hole 23 to the outside. ing. Then, the fuel gas that has passed through the single cells 2, 2,... Is led to the fuel gas discharge path 21 through the communication hole 23, and is discharged from the fuel gas discharge port 19 to the outside. The structure in the vicinity of the installation portion of the oxidant gas discharge path 22 is the same as the structure in the vicinity of the installation section of the fuel gas discharge path 21, and the oxidant gas that has passed through the single cells 2, 2,. It is guided to the oxidant gas discharge path 22 through the hole 23 and is discharged from the oxidant gas discharge port 20 to the outside.

上記の如く構成された燃料電池1においては、右側の締付板5bに設けられた燃料ガス導入口15から導かれた燃料ガス(水素)が、連通孔17を介して積層された単電池2,2・・へと送られ、圧力によって各単電池2,2・・の内部の燃料ガス通路11を流下する(すなわち、燃料ガスは次第に左下方向へと流下する)。そして、その流下に伴い酸化剤ガスと電気化学的に反応することによって発電する。また、反応に寄与しなかった残りの燃料ガスは、連通孔23を通って、左側の締付板5aに設けられた燃料ガス排出路21へ導かれて燃料ガス排出口19から外部へ排出される。一方、左側の締付板5aに設けられた酸化剤ガス導入口16から導かれた酸化剤ガス(空気)は、連通孔17を介して積層された単電池2,2・・へと送られ、圧力によって各単電池2,2・・の内部の酸化剤ガス通路12を流下する(すなわち、酸化剤ガスは次第に右下方向へと流下する)。そして、その流下に伴い燃料ガスと電気化学的に反応することによって発電する。また、反応に寄与しなかった残りの酸化剤ガスは、連通孔23を通って、右側の締付板5bに設けられた酸化剤ガス排出路22へ導かれて酸化剤ガス排出口20から外部へ排出される。   In the fuel cell 1 configured as described above, the unit cell 2 in which the fuel gas (hydrogen) guided from the fuel gas inlet 15 provided in the right clamping plate 5 b is stacked via the communication hole 17. , 2..., And flows down through the fuel gas passage 11 inside each unit cell 2,... By the pressure (that is, the fuel gas gradually flows downward to the left). Then, power is generated by electrochemically reacting with the oxidant gas as it flows down. Further, the remaining fuel gas that has not contributed to the reaction passes through the communication hole 23 and is led to the fuel gas discharge passage 21 provided in the left clamping plate 5a and discharged to the outside from the fuel gas discharge port 19. The On the other hand, the oxidant gas (air) guided from the oxidant gas inlet 16 provided in the left clamping plate 5a is sent to the stacked unit cells 2, 2,. , The pressure causes the oxidant gas passage 12 inside each unit cell 2, 2,... To flow down (that is, the oxidant gas gradually flows downward to the right). Then, power is generated by electrochemically reacting with the fuel gas as it flows down. Further, the remaining oxidant gas that has not contributed to the reaction is led to the oxidant gas discharge path 22 provided in the right clamping plate 5b through the communication hole 23 and is externally supplied from the oxidant gas discharge port 20. Is discharged.

燃料電池1は、上記の如く、燃料ガスが片側の締付板5bからスタックの内部に導入されて反対側の締付板5aから外部に排出されるとともに、酸化剤ガスが燃料ガス導入側と反対側の締付板5aからスタックの内部に導入されて燃料ガス導入側の締付板5bから外部に排出されるようになっている。それゆえ、発電のために供給された燃料ガスが、スタック内部を通って温められた後に片側の締付板5aまで導かれて、熱伝導により当該締付板5aを加熱するとともに、発電のために供給された酸化剤ガスが、スタック内部を通って温められた後に燃料ガス排出側と反対側の締付板5bまで導かれて、熱伝導により当該締付板5bを加熱する。それゆえ、燃料電池1によれば、従来の固体高分子型の燃料電池と比較して、スタックの中央と左右の端部との温度差が小さくなり、スタック全体の温度の低下が抑制されるため(図5参照)、スタックの温度低下に伴う電圧の低下が起こりにくくなり、非常に効率良く発電することが可能となる。   In the fuel cell 1, as described above, the fuel gas is introduced into the stack from the one side clamping plate 5b and discharged to the outside from the opposite side clamping plate 5a, and the oxidant gas is supplied to the fuel gas introduction side. It is introduced into the stack from the opposite side clamping plate 5a and discharged from the fuel gas introduction side clamping plate 5b to the outside. Therefore, after the fuel gas supplied for power generation is heated through the inside of the stack, the fuel gas is guided to the one clamping plate 5a to heat the clamping plate 5a by heat conduction, and for power generation. After being heated through the stack, the oxidant gas supplied to is guided to the clamping plate 5b on the side opposite to the fuel gas discharge side and heats the clamping plate 5b by heat conduction. Therefore, according to the fuel cell 1, the temperature difference between the center of the stack and the left and right end portions is smaller than that of the conventional solid polymer fuel cell, and the temperature drop of the entire stack is suppressed. For this reason (see FIG. 5), it is difficult for the voltage to decrease due to the temperature decrease of the stack, and it is possible to generate power very efficiently.

また、燃料電池1は、締付板5a,5bの外側と内側(スタック側)との温度差が非常に小さいため、燃料ガス導入口15、酸化剤ガス導入口16における燃料ガス、酸化剤ガスの結露がきわめて起こりにくいので、所謂フレッティング現象が発生せず、安定した電圧の発電を行うことができる。   Further, since the fuel cell 1 has a very small temperature difference between the outer side and the inner side (stack side) of the clamping plates 5a and 5b, the fuel gas and the oxidant gas at the fuel gas inlet 15 and the oxidant gas inlet 16 Therefore, the so-called fretting phenomenon does not occur and stable power generation can be performed.

なお、本発明に係る燃料電池(固体高分子型燃料電池)の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、単電池、集電板、絶縁板、締付板、燃料ガス導入口、酸化剤ガス導入口、燃料ガス排出口、酸化剤ガス排出口等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更できる。   The configuration of the fuel cell (solid polymer fuel cell) according to the present invention is not limited to the embodiment described above, but includes a single cell, a current collector plate, an insulating plate, a clamping plate, a fuel gas. The configuration of the introduction port, the oxidant gas introduction port, the fuel gas discharge port, the oxidant gas discharge port, and the like can be appropriately changed as necessary without departing from the spirit of the present invention.

たとえば、燃料電池に設ける燃料ガス導入口、酸化剤ガス導入口、燃料ガス排出口、酸化剤ガス排出口は、金属製のものに限定されず、合成樹脂製のものやセラミックス製のものに変更することも可能である。また、燃料電池は、上記実施形態の如く、単電池、集電板、絶縁板からなる積層体を左右一対の締付板で狭持したものに限定されず、単電池、集電板、絶縁板からなる積層体を直方体状等のハウジングで覆ったもの等に変更することも可能である。   For example, the fuel gas inlet, oxidant gas inlet, fuel gas outlet, and oxidant gas outlet provided in the fuel cell are not limited to those made of metal, but are changed to those made of synthetic resin or ceramics It is also possible to do. Further, the fuel cell is not limited to a cell body, a current collector plate, and a laminate composed of an insulating plate sandwiched between a pair of left and right clamping plates as in the above embodiment. It is also possible to change the laminated body made of plates to one covered with a rectangular parallelepiped housing or the like.

本発明の燃料電池(固体高分子型燃料電池)は、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、各種の用途に好適に用いることができる。   Since the fuel cell (solid polymer fuel cell) of the present invention has excellent effects as described above, it can be suitably used for various applications.

燃料電池(固体高分子型燃料電池)の正面図である。It is a front view of a fuel cell (solid polymer fuel cell). 燃料電池の平面図である。It is a top view of a fuel cell. 燃料電池の背面図である。It is a rear view of a fuel cell. 燃料電池の左側面図である。It is a left view of a fuel cell. 単電池の鉛直断面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the vertical cross section of a cell. 酸化剤ガス導入口の設置部付近の鉛直断面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the vertical cross section of the installation part vicinity of an oxidizing agent gas inlet. 燃料ガス排出路の設置部付近の鉛直断面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the vertical cross section of the installation part vicinity of a fuel gas discharge path. スタック内部の位置と温度との関係を示す説明図である(Aは従来の固体高分子型燃料電池のものであり、Bは本発明の固体高分子型燃料電池のものである)。It is explanatory drawing which shows the relationship between the position inside a stack, and temperature (A is a thing of the conventional solid polymer fuel cell, B is a thing of the polymer electrolyte fuel cell of this invention).

符号の説明Explanation of symbols

1・・燃料電池(固体高分子型燃料電池)
2・・単電池
3a,3b・・集電板
4a,4b・・絶縁板
5a,5b・・締付板
15・・燃料ガス導入口
16・・酸化剤ガス導入口
19・・燃料ガス排出口
20・・酸化剤ガス排出口
1. Fuel cell (solid polymer fuel cell)
2 .... Cells 3a, 3b ... Current collectors 4a, 4b ... Insulation plates 5a, 5b ... Fastening plates 15 .... Fuel gas inlet 16 .... Oxidant gas inlet 19 .... Fuel gas outlet 20 .. Oxidant gas outlet

Claims (2)

高分子膜からなる電解質層の片面に燃料電極を設け他面に酸化剤電極を設けた燃料電池セルと、燃料ガス通路を設けたセパレータと、酸化剤ガス通路を設けたセパレータとを有する扁平な単電池を、同一方向に複数積層し、それらの積層された単電池の両端に、それぞれ、集電板および電気絶縁板を積層し、それらの積層体の両端を、金属製の締付板によって狭持してなる固体高分子型燃料電池であって、
燃料ガスが片側の締付板から単電池の内部に導入されて反対側の締付板から外部に排出されるとともに、
酸化剤ガスが燃料ガス導入側と反対側の締付板から単電池の内部に導入されて燃料ガス導入側の締付板から外部に排出されることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
A flat battery having a fuel cell provided with a fuel electrode on one side of an electrolyte layer made of a polymer membrane and an oxidant electrode on the other side, a separator provided with a fuel gas passage, and a separator provided with an oxidant gas passage A plurality of unit cells are stacked in the same direction, and a current collector plate and an electric insulating plate are stacked on both ends of the stacked unit cells, respectively, and both ends of the stacked body are attached by metal clamping plates. A polymer electrolyte fuel cell sandwiched between
Fuel gas is introduced into the unit cell from one side of the clamping plate and discharged to the outside from the opposite side of the clamping plate,
A solid polymer fuel cell, characterized in that an oxidant gas is introduced into a single cell from a clamping plate on the side opposite to the fuel gas introduction side and discharged to the outside from the clamping plate on the fuel gas introduction side.
片方の締付板が、厚み方向における板の中心より内側に燃料ガスの排出路を設けたものであるとともに、他方の締付板が、厚み方向における板の中心より内側に酸化剤ガスの排出路を設けたものであることを特徴とする請求項1に記載の固体高分子型燃料電池。   One clamping plate is provided with a fuel gas discharge passage inside the center of the plate in the thickness direction, and the other clamping plate discharges oxidant gas inside the center of the plate in the thickness direction. 2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein a path is provided.
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