JP2011082004A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】水による固定プレートと、燃料電池スタックとが、水によって導通することを抑制する。
【解決手段】燃料電池１０であって、複数の単セルを積層して形成された積層体１００と、前記積層体の前記複数の単セルの積層方向の両端部の外側に配置される２つのエンドプレート２００と、前記積層体の前記エンドプレートが配置されていない４つの側面のうち対向する２つの側面に配置され、前記エンドプレートと接触する端部を有し、前記積層体と間隔を開けて配置される２つの固定プレート３００と、前記積層体の４つの側面のうち、他の２つの対向する側面の少なくとも一方に配置されたガスマニホールド４００を備え、前記ガスマニホールドは、前記エンドプレートと前記積層体との間隔により形成される空間に突出する凸部４１０を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。

燃料電池スタックの積層方向の側面部にガスマニホールドを備える燃料電池が知られている（例えば特許文献１）。この燃料電池では、燃料電池スタックの外周に箱状に一対のエンドプレートと一対の固定プレートを配置し、これらのエンドプレート、固定プレートにガスマニホールドが取り付けられている。

特開２００８−２５１４９０号公報

従来の燃料電池では、エンドプレートや固定プレートと、ガスマニホールドと、の間に隙間が生じる。そして、外部よりこの隙間を通って浸入した浸入水を介して、固定プレートと、燃料電池スタックとが導通する恐れがあった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決し、水による固定プレートと、燃料電池スタックとが、水によって導通することを抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
燃料電池であって、複数の単セルを積層して形成された積層体と、前記積層体の前記複数の単セルの積層方向の両端部の外側に配置される２つのエンドプレートと、前記積層体の前記エンドプレートが配置されていない４つの側面のうち対向する２つの側面に配置され、前記積層体と間隔を開けて配置される２つの固定プレートと、前記積層体の４つの側面のうち、他の２つの対向する側面の少なくとも一方に配置されたガスマニホールドを備え、前記ガスマニホールドは、前記エンドプレートと前記積層体との間隔により形成される空間に突出する凸部を有する、燃料電池。
ここ適用例によれば、突起により、固定プレートと、積層体（単セル）との間の水の移動が妨げられるので、水による固定プレートと、燃料電池スタックとの導通を抑制することが可能となる。

［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池において、前記ガスマニホールドは、前記積層体の前記エンドプレートが配置されていない４つの側面のうち、鉛直方向の最も上部の側面に配置されている、燃料電池。
突起により移動を妨げられた水は重力により落下する。この適用例によれば、突起を有するガスマニホールドは鉛直方向の最も上部の側面に配置されているので、水を落下させやすい。

［適用例３］
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、前記凸部は、一方の前記エンドプレートから他方の前記エンドプレートまでにわたり形成されている、燃料電池。
この適用例によれば、固定プレートとガス供給マニホールドの境界のどの部分から水は浸入しても、固定プレートと、積層体（単セル）との間の水の移動を妨げることが可能となる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の他、燃料電池におけるショートの抑制方法等、様々な形態で実現することができる。

酸化ガス供給マニホールドを備える燃料電池の外観を示す説明図である。 燃料電池を図１に示すｘ方向から見た説明図である。 燃料電池を図１に示すｙ方向から見た説明図である。 燃料電池を、図３に示す４Ａ−４Ａ切断線で切ったときの断面の一部を示す説明図である。 燃料電池を、図４に示す５Ａ−５Ａ切断線で切ったときの断面の一部を示す説明図である。 本実施例の効果を示す説明図である。 単セルを斜めに積層した例を示す説明図である

図１は、酸化ガス供給マニホールドを備える燃料電池の外観を示す説明図である。図１において、ｘ方向、ｙ方向は、水平方向であり、ｚ方向は、鉛直方向である。燃料電池１０は、燃料電池スタック１００と、エンドプレート２００と、固定プレート３００と、酸化ガス供給マニホールド４００と、を備える。燃料電池スタック１００は、略直方体形状を有しており、エンドプレート２００と固定プレート３００は、矩形平板形状を有している。エンドプレート２００は、燃料電池スタック１００の単セル（図示せず）の積層方向（図面ｘ方向）の両端に配置されている。なお、本実施例において単セルの積層方向は水平方向、すなわち、重力に対して直角の方向である。但し、単セルの積層方向はどの方向であってもよい。

固定プレート３００は、燃料電池スタック１００の図面ｙ方向の両端に配置されている。燃料電池スタック１００の鉛直上方（図面ｚ方向）には、酸化ガス供給マニホールド４００が配置されている。すなわち、燃料電池スタック１００は、水平方向（図面ｘ方向及びｙ方向）を、エンドプレート２００と、固定プレート３００とにより囲われており、鉛直上方（図面ｚ方向）を酸化ガス供給マニホールド４００により覆われている。なお、図１では、これらの部品を結合するためのボルト等は記載が省略されている。また、図１では、隠れて見えない状態であるが、燃料電池スタック１００の鉛直下部には、酸化排ガス排出マニホールドが配置されている。

図２は、燃料電池を図１に示すｘ方向から見た説明図である。ｘ方向からは、エンドプレート２００と、酸化ガス供給マニホールド４００と、酸化排ガス排出マニホールド５００が見えており、燃料電池スタック１００や固定プレート３００は見えない状態にある。酸化ガス供給マニホールド４００は、略直方体形状であり、その周縁には略一定幅のツバ状の外縁部４０５を有する。図２は、図１で示さなかった、テンションロッド２２０と、取付ボルト４２０を示している。テンションロッド２２０は、燃料電池スタック１００（図１）の単セル（図示せず）と、エンドプレート２００とを締結するため用いられている。取付ボルト４２０は、酸化ガス供給マニホールド４００の外縁部４０５を固定プレート３００に接合している。酸化ガス供給マニホールド４００は、その内部に略直方体形状のガス分配室４５０を有している。ガス分配室４５０は、酸化ガス供給管４６０と接続されている。酸化ガス排ガスマニホールド５００も同様に、その内部に略直方体形状のガス分配室５５０を有している。ガス分配室５５０は、酸化排ガス排出管５６０と接続されている。

図３は、燃料電池を図１に示すｙ方向から見た説明図である。ｙ方向からは、固定プレート３００と、エンドプレート２００と、酸化ガス供給マニホールド４００と、排ガス排出マニホールド５００が見えており、燃料電池スタック１００は見えない状態にある。固定プレート３００の端部は、エンドプレート２００と接触している。

図４は、燃料電池を、図３に示す４Ａ−４Ａ切断線で切ったときの断面の一部を示す説明図である。固定プレート３００は、ｙ方向において、単セル１１０と間隔を開けて配置されているため、単セル１１０と、固定プレート３００の間には、当該間隔により略直方体形状の空間３５０が形成されている。この空間３５０は、単セル１１０と固定プレート３００との間を絶縁する絶縁空気層としての機能を有している。

酸化ガス供給マニホールド４００は、例えば樹脂で形成されており、例えば、中空の略直方体形状を有している。なお、酸化ガス供給マニホールド４００は、中空であれば、特に形状は略直方体形状でなくてもよい。酸化ガス供給マニホールド４００は、燃料電池スタック１００と接するように配置されており、酸化ガス供給マニホールド４００の燃料電池スタック１００側（図４ｚ方向下側）は開いている。そのため、酸化ガス供給マニホールド４００と、燃料電池スタック１００との間には、酸化ガス供給マニホールド４００の中空部により、ガス分配室４５０が形成されている。ガス分配室４５０には、酸化ガス供給管４６０から酸化ガスとしての空気が供給される。単セル１１０のガス分配室側（図４ｚ方向上側）には、ガス分配室４５０に供給された空気を各単セル１１０の内部の電解質膜（図示せず）に導いて供給するための連通孔１１５が設けられている。すなわち、ガス分配室４５０と電解質膜とは連通孔１１５により連通しており、ガス分配室４５０から孔１１５を通って各単セル１１０の電解質膜に空気（Ｏ₂）が供給される。

酸化ガス供給マニホールド４００のｙ方向の両端の外縁部４０５は、ツバ状形状を有しており、外縁部４０５の下面には、空間３５０に突出した突起４１０が形成されている。なお、酸化ガス供給マニホールド４００は上述したように、樹脂で形成されているので、突起４１０は、酸化ガス供給マニホールド４００を射出成形するときに酸化ガスマニホールド４００の一部として同時に形成することが可能である。なお、突起４１０は、単セル１１０と固定プレート３００とのいずれとも接触していないことが好ましい。

図５は、燃料電池を、図４に示す５Ａ−５Ａ切断線で切ったときの断面の一部を示す説明図である。単セル１１０は複数積層され、燃料電池スタック１００を形成している。そして、燃料電池スタック１００の積層方向（ｘ方向）端部には、エンドプレート２００が配置されている。なお、単セル１１０とエンドプレート２００は、テンションロッド２２０により締結されている。２つのエンドプレート２００の端部の間に、固定プレート３００が配置されている。固定プレート３００は、上述したように、単セル１１０との間に間隔を開けて配置されており、固定プレート３００と、単セル１１０との間には、当該間隔により空間３５０が形成されている。そして、空間３５０に向けて、酸化ガス供給マニホールド４００の外縁部４０５に形成されたの突起４１０が突出している。なお、突起４１０は、空間３５０内に、単セルの積層方向（ｘ方向）に沿った帯状の形状を有している。

図６は、本実施例の効果を示す説明図である。酸化ガス供給マニホールド４００は、取付ボルト４２０により、固定プレート３００に取り付けられている。経年により、酸化ガス供給マニホールド４００と固定プレート３００との間に隙間が生じた場合、その隙間から水が浸入する場合がある。一般に、水は、不純物が含まれていなければ、ほとんど電気伝導性がない。しかし、浸入水には、一般に不純物が含まれているため、電気伝導性が大きい。このとき、突起４１０が存在しないと、浸入水７００が、固定プレート３００と単セル１１０とを導通させる恐れがある。これに対し、本実施例では、突起４１０を備えている。突起４１０は、浸入水７００の単セル１１０方向（図６右方向）への浸入を遮る。その結果、浸入水７００が、固定プレート３００と単セル１１０とを導通させることを抑制することが可能となる。なお、浸入水７００は、重力により排ガス排出マニホールド５００に落下し、排ガス排出マニホールド５００から燃料電池１０の外部に排出される。

なお、外部からの浸入水７００だけではなく、燃料電池の電気化学反応により生じた生成水７５０が、ガス分配室４５０から、酸化ガス供給マニホールド４００と単セル１１０の隙間から漏れ、空間３５０に浸入する場合もあり得る。この場合であっても、突起４１０は、生成水が固定プレート３００に達しないように、生成水の移動を抑制する。したがって、生成水により、固定プレート３００と単セル１１０とが導通することを抑制できる。

図５に示す実施例では、突起４１０は、一方のエンドプレート２００から他方のエンドプレートにかけて全領域に設けられているように記載されているが、突起４１０が、全領域ではなく、一部のみに設けられている構成であってもよい。

上記実施例では、突起４１０が、上部に配置した酸化ガス供給マニホールド４００に形成されているが、下部に配置した酸化排ガス排出マニホールド５００に形成されていてもよい。また、酸化ガス供給マニホールド４００を下部に配置し、酸化排ガス排出マニホールド５００を上部に配置する構成であってもよい。

上記実施例では、単セル１１０は水平方向に積層されているが、鉛直方向や、斜め鉛直方向に積層されていてもよい。図７は、単セルを斜めに積層した例を示す説明図である。図７（Ａ）は、燃料電池１０をｙ方向から見た図であり、図７（Ｂ）は、ｘ方向から見た図である。突起４１０を有する酸化ガス供給マニホールド４００は、エンドプレート２００を除く４つの面のうち最も高い面に配置されていることが好ましい。このように構成することにより、突起４１０で移動を妨げられた水７００を、自由落下させ易くすることが可能となる。

上記実施例では、酸化ガス供給マニホールド４００と酸化排ガス排出マニホールド５００は、燃料電池スタック１００を挟んで対向して配置されているが、燃料電池スタック１００の一方の面に配置されていてもよい。これにより、酸化ガス供給管４６０と酸化排ガス排出管５６０とを一方の面に集めることができる。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…燃料電池
１００…燃料電池スタック
１１０…単セル
１１５…孔
２００…エンドプレート
２２０…テンションロッド
３００…固定プレート
３５０…空間
４００…酸化ガス供給マニホールド
４０５…外縁部
４１０…突起
４２０…取付ボルト
４５０…ガス分配室
４６０…酸化ガス供給管
５００…排ガス排出マニホールド
５５０…ガス分配室
５６０…酸化排ガス排出管
７００…浸入水
７５０…生成水

Claims (3)

1. 燃料電池であって、
   複数の単セルを積層して形成された積層体と、
   前記積層体の前記複数の単セルの積層方向の両端部の外側に配置される２つのエンドプレートと、
   前記積層体の前記エンドプレートが配置されていない４つの側面のうち対向する２つの側面に配置され、前記積層体と間隔を開けて配置される２つの固定プレートと、
   前記積層体の４つの側面のうち、他の２つの対向する側面の少なくとも一方に配置されたガスマニホールドを備え、
   前記ガスマニホールドは、前記エンドプレートと前記積層体との間隔により形成される空間に突出する凸部を有する、燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池において、
   前記ガスマニホールドは、前記積層体の前記エンドプレートが配置されていない４つの側面のうち、鉛直方向の最も上部の側面に配置されている、燃料電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
   前記凸部は、一方の前記エンドプレートから他方の前記エンドプレートまでにわたり形成されている、燃料電池。

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