JP2010165692A - 固体高分子型セルアセンブリ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セルアセンブリ10は、第1および第2単位セル14、16を重ね合わせて構成されるとともに、前記第1および第2単位セル14、16は、第1および第2接合体18、20を備える。セルアセンブリ10内では、第1および第2単位セル14、16に沿って酸化剤ガス流路46、58および燃料ガス流路56、52が直列的に設けられている。
【選択図】図5
Description
12…燃料電池スタック
14、16142、144、162、164、182、184、202、204、242、244…単位セル
18、20、82、84146、148、206、208…接合体
22a、22b、86、88…電解質膜
24a、24b…カソード側電極 26a、26b…アノード側電極
28、28a、28b、30、30a〜30d、150、152、210、216、218…セパレータ
32、32a〜32c、154、156、212、214…中間セパレータ
36a…酸化剤ガス入口 36b…酸化剤ガス出口
38、38a…燃料ガス中間連通孔 40、40a…酸化剤ガス中間連通孔
42a…燃料ガス入口 42b…燃料ガス出口
44a…冷却媒体入口 44b…冷却媒体出口
46、46a〜46c、58、58a〜58c、246、248…酸化剤ガス流路
48、54、222、224…冷却媒体流路
50…孔部
52、52a〜52d、56、56a〜56c、250、252…燃料ガス流路
64a…酸化剤ガス供給口 64b…酸化剤ガス排出口
158…整流板 186、220…冷却媒体中間連通孔
Claims (38)
- 固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体を有する単位セルを備え、複数個の前記単位セルを重ね合わせてセルアセンブリを一体的に構成するとともに、
前記セルアセンブリ内では、複数個の前記単位セルに燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方の反応ガスを流す反応ガス流路が、少なくとも一部分を各単位セルにわたって直列的に連通することを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 請求項1記載のセルアセンブリにおいて、前記セルアセンブリ内では、少なくとも2個の前記単位セルが互いに異なる構造に設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項2記載のセルアセンブリにおいて、少なくとも2個の前記単位セルに設けられる燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方の前記反応ガス流路は、それぞれの流路断面積が異なることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項3記載のセルアセンブリにおいて、前記流路断面積は、それぞれ流路深さ、流路幅または流路本数の少なくとも1つが異なることにより設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項3または4記載のセルアセンブリにおいて、前記反応ガスの流れ方向下流側の単位セルは、流れ方向上流側の単位セルよりも前記流路断面積が減少して設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項2記載のセルアセンブリにおいて、前記反応ガス流路の流れ方向下流側の前記単位セルは、流れ方向上流側の前記単位セルよりも反応ガス流路長が長尺に設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項2または6記載のセルアセンブリにおいて、少なくとも2個の前記単位セルは、それぞれの反応ガス流路形状が異なることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項2記載のセルアセンブリにおいて、少なくとも2個の前記単位セルは、それぞれ異なる接合体を備えることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項8記載のセルアセンブリにおいて、前記反応ガス流路の流れ方向上流側の接合体は、流れ方向下流側の接合体に比べて耐熱性が高く設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項9記載のセルアセンブリにおいて、前記反応ガス流路の流れ方向上流側の前記接合体は、フッ素系の膜を備える一方、
流れ方向下流側の前記接合体は、炭化水素系の膜を備えることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 請求項1記載のセルアセンブリにおいて、前記接合体間にセパレータが介装されるとともに、
前記セパレータの面内には、各単位セルの反応ガス流路に対して前記反応ガスを供給および排出するための反応ガス供給連通孔および反応ガス排出連通孔が設けられることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 請求項1記載のセルアセンブリにおいて、前記接合体間にセパレータが介装されるとともに、
前記セパレータは、前記反応ガス流路に対応して凹凸形状に設定された金属板であることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 請求項12記載のセルアセンブリにおいて、前記セパレータは、一方の前記接合体に対向する側に前記反応ガス流路である燃料ガス流路を設けるとともに、
他方の前記接合体に対向する側に前記反応ガス流路である酸化剤ガス流路を設けることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 請求項1記載のセルアセンブリにおいて、前記反応ガス流路は、反応ガスが前記単位セルの反応面を通過した後、前記単位セルの重ね合わせ方向に流れ、さらに該単位セルに隣接する単位セルの反応面を流れるように設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項14記載のセルアセンブリにおいて、前記反応ガス流路は、前記単位セルの重ね合わせ方向に向かって蛇行するように設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項1または14記載のセルアセンブリにおいて、前記反応ガス流路である燃料ガス流路の流れ方向と前記反応ガス流路である酸化剤ガス流路の流れ方向は、前記単位セルの反応面に沿って互いに反対方向に設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項1または14記載のセルアセンブリにおいて、前記反応ガス流路である燃料ガス流路は、複数個の前記単位セルに直列的に設けられる一方、
前記反応ガス流路である酸化剤ガス流路は、各単位セル毎に並列的に設けられることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 請求項1または14記載のセルアセンブリにおいて、前記反応ガス流路である燃料ガス流路および酸化剤ガス流路は、前記単位セルの反応面に沿って直線状に設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項14または18記載のセルアセンブリにおいて、前記反応ガス流路である少なくとも燃料ガス流路または酸化剤ガス流路は、前記単位セルの面内で同一側に反応ガス入口および反応ガス出口を設けることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項14または15記載のセルアセンブリにおいて、前記反応ガス流路に連通して前記単位セルの重ね合わせ方向に設けられる中間連通孔を備え、
前記反応ガス流路は、一方の単位セルの反応ガス入口から前記中間連通孔を通って他方の単位セルの反応ガス出口に至る略U字型形状に設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 請求項1記載のセルアセンブリにおいて、複数個の前記単位セルを挟んで該単位セルの重ね合わせ方向両側に配置される冷却媒体流路を備えることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項21記載のセルアセンブリにおいて、前記冷却媒体流路は、酸化剤ガス流れ方向上流側の単位セルに設けられた酸化剤ガス流路に対し、前記酸化剤ガス流れ方向下流側の単位セルに設けられた酸化剤ガス流路よりも近接して設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項21または22記載のセルアセンブリにおいて、前記単位セルの面内には、同一側に前記冷却媒体流路に連通する冷却媒体入口および冷却媒体出口が設けられることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項21乃至23のいずれか1項に記載のセルアセンブリにおいて、前記冷却媒体流路は、冷却媒体を冷却媒体入口から隔壁部材の一方の側に沿って流した後、中間折り返し部を介して前記隔壁部材の他方の側に沿って反対方向に流す略U字型形状に設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 請求項24記載のセルアセンブリにおいて、前記冷却媒体流路は、前記単位セルの面方向に沿って直線状に設定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。
- 固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体を有する単位セルを備え、複数個の前記単位セルを重ね合わせてセルアセンブリを一体的に構成するとともに、
複数個の前記単位セルを挟んで該単位セルの重ね合わせ方向両側には、冷却媒体流路が直列的に連通して配置されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体を有する単位セルが、複数個重ね合わされるとともに、複数個の前記単位セルに燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方の反応ガスを流す反応ガス流路が、少なくとも一部分を各単位セルにわたって直列的に連通するセルアセンブリを備え、
複数組の前記セルアセンブリを重ね合わせて構成することを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項27記載の燃料電池スタックにおいて、各セルアセンブリ内では、少なくとも2個の前記単位セルが互いに異なる構造に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項27または28記載の燃料電池スタックにおいて、各セルアセンブリ間にのみ冷却媒体流路が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項27または28記載の燃料電池スタックにおいて、前記セルスタックの重ね合わせ方向に延在する反応ガス供給連通孔および反応ガス排出連通孔を設けるとともに、
前記反応ガス供給連通孔と前記反応ガス排出連通孔との流路間には、前記セルスタックの重ね合わせ方向に延在する中間連通孔が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項30記載の燃料電池スタックにおいて、前記中間連通孔は、一方の単位セル面内の反応ガス入口と他方の単位セル面内の反応ガス出口との流路間に設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項30記載の燃料電池スタックにおいて、前記中間連通孔は、各セルアセンブリ間で前記単位セル間を一体的に連通して設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項30記載の燃料電池スタックにおいて、前記中間連通孔は、各セルアセンブリ内の前記単位セル間でのみ連通して設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
- 固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体を有する単位セルを備え、複数個の前記単位セルを重ね合わせてセルアセンブリを一体的に構成し、複数組の前記セルアセンブリを重ね合わせて構成する燃料電池スタックであって、
複数個の前記単位セルを挟んで該単位セルの重ね合わせ方向両側には、冷却媒体流路が直列的に連通して配置されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体を有する単位セルが、複数個重ね合わされてセルアセンブリを構成するとともに、前記セルアセンブリ内では、複数個の前記単位セルに燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方の反応ガスを流す複数の反応ガス流路が、少なくとも一部分を各単位セルにわたって直列的に連通している固体高分子型セルアセンブリに対し、前記反応ガスを供給するための燃料電池の反応ガス供給方法であって、
反応ガス供給連通孔から前記単位セルの複数の反応ガス流路に前記反応ガスを並列的に供給し、前記反応ガスが前記反応ガス流路を流れて反応に供与された後、使用済みの該反応ガスを反応ガス排出連通孔に排出することを特徴とする燃料電池の反応ガス供給方法。 - 請求項35記載の反応ガス供給方法において、前記反応ガスは、該反応ガスの流れ方向上流側の単位セルに導入されて反応に供与された後、中間連通孔から流れ方向下流側の単位セルに導入されて反応に供与されることを特徴とする燃料電池の反応ガス供給方法。
- 請求項35または36記載の反応ガス供給方法において、反応ガスの流れ方向最上流側の単位セルには、前記セルアセンブリ全体で必要とされる全量分の前記反応ガスが導入されることを特徴とする燃料電池の反応ガス供給方法。
- 請求項36記載の反応ガス供給方法において、前記反応ガスは酸化剤ガスであり、酸化剤ガス流れ方向上流側の単位セルに設けられた酸化剤ガス流路に対し、前記酸化剤ガス流れ方向下流側の単位セルに設けられた酸化剤ガス流路よりも近接して冷却媒体を供給することを特徴とする燃料電池の反応ガス供給方法。
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