JP3413913B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JP3413913B2
JP3413913B2 JP31416393A JP31416393A JP3413913B2 JP 3413913 B2 JP3413913 B2 JP 3413913B2 JP 31416393 A JP31416393 A JP 31416393A JP 31416393 A JP31416393 A JP 31416393A JP 3413913 B2 JP3413913 B2 JP 3413913B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池に関し、詳し
くは、単位電池をなすセルと冷却媒体の通路を形成する
冷却部材とを複数積層してなる燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to fuel cells and, more particularly, relates to a cooling member to form a passage of the cell and the cooling medium constituting the unit battery fuel cells made by stacking a plurality.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池では、通常、各セルで行なわれ
る電気化学反応に伴う発熱や、内部抵抗に基づく発熱等
が生じる。したがって、各セルを発電効率の高い温度域
で運転するには、これらの発熱によるセルの温度上昇を
防止する必要がある。この温度上昇を防止する冷却方法
としては、積層されたセルの間に冷却部材を設けるのが
一般的である。また、さらに発電効率を高めるために、
セル面内の温度が均一になるように冷却部材の配置や冷
却媒体の通路を工夫した燃料電池が提案されている。例
えば、冷却媒体の入口と出口との配置を変えた冷却部材
を積層することにより入口と出口との温度差をなくして
温度の均一化を図るとした燃料電池(特開平3−216
961号公報)や、冷却媒体の通路が異なる冷却部材を
複数積層し温度分布の異なるセル間での熱交換により温
度の均一化を図るとした燃料電池(特開平3−9826
9号公報)等が提案されている。
2. Description of the Related Art In a fuel cell, heat is usually generated due to an electrochemical reaction carried out in each cell and heat is generated due to internal resistance. Therefore, in order to operate each cell in the temperature range where the power generation efficiency is high, it is necessary to prevent the temperature rise of the cell due to these heat generations. As a cooling method for preventing this temperature rise, a cooling member is generally provided between the stacked cells. In addition, to further increase power generation efficiency,
A fuel cell has been proposed in which the arrangement of cooling members and the passage of a cooling medium are devised so that the temperature in the cell plane becomes uniform. For example, by stacking cooling members in which the positions of the inlet and the outlet of the cooling medium are changed, the temperature difference between the inlet and the outlet is eliminated to make the temperature uniform (Japanese Patent Laid-Open No. 3-216).
961), or a fuel cell in which a plurality of cooling members having different passages for a cooling medium are stacked to make the temperature uniform by heat exchange between cells having different temperature distributions (JP-A-3-9826).
No. 9) are proposed.

【0003】また、積層方向に沿った冷却媒体の供給流
路を2系統設け、冷却部材内を流れる冷却媒体の流向
を、隣接する冷却部材毎に対向させてセル面内の温度分
布の均一化を図るとした燃料電池(特開平3−2107
72号公報)等が提案されている。
Further, two cooling medium supply flow paths are provided along the stacking direction, and the direction of the cooling medium flowing in the cooling member is opposed to each adjacent cooling member to make the temperature distribution in the cell plane uniform. Fuel cell intended to achieve
No. 72) is proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セル内
の温度の均一化を図った従来の燃料電池では、単一セル
内での温度の均一化は図れるものの、積層方向のセル間
に生じる温度差を低減できないという問題があった。こ
のセル間の温度差は、燃料電池全体の発電効率を低下さ
せる原因となる。燃料電池の運転は、発電効率の最も高
いセル状態を想定して、負荷電流密度や燃料ガスの流量
および圧力,燃料ガス中の水蒸気の量等を定めて行なわ
れる。セル間に温度差が生じる場合には、想定した状態
にないセルが生じ、このセルでは、セル内の電極で生じ
る電気化学反応がスムーズに行なわれなくなる。この結
果、発電効率が低下してしまう。
However, in the conventional fuel cell in which the temperature in the cells is made uniform, the temperature in the single cell can be made uniform, but the temperature difference generated between the cells in the stacking direction. There was a problem that it could not be reduced. The temperature difference between the cells causes a decrease in power generation efficiency of the entire fuel cell. The fuel cell is operated by setting the load current density, the flow rate and pressure of the fuel gas, the amount of water vapor in the fuel gas, etc., assuming a cell state with the highest power generation efficiency. When a temperature difference occurs between cells, some cells are not in the expected state, and in this cell, the electrochemical reaction that occurs at the electrodes in the cells cannot be smoothly performed. As a result, the power generation efficiency is reduced.

【0005】また、積層方向に沿った冷却媒体の供給流
路を2系統設けた燃料電池では、冷却媒体の供給流路を
積層体から十分に離せば、積層方向のセル間の温度差を
ある程度低減することができるが、燃料電池全体として
大型化するという問題があった。
Further, in a fuel cell in which two cooling medium supply channels are provided along the stacking direction, if the cooling medium supply channels are sufficiently separated from the stack, the temperature difference between the cells in the stacking direction will be some extent. Although it can be reduced, there is a problem that the size of the entire fuel cell is increased.

【0006】本発明の燃料電池および燃料電池用冷却部
材は、こうした問題を解決し、積層方向に沿ったセル間
の温度を均一にし、燃料電池を小型化することを目的と
し、次の構成を採った。
The fuel cell and the cooling member for a fuel cell according to the present invention are intended to solve these problems, to make the temperature between cells along the stacking direction uniform, and to miniaturize the fuel cell. I took it.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池は、電
解質と2つの電極とにより単位電池をなすセルと、該セ
ルの間に配置され冷却媒体の通路を形成する冷却部材と
を複数積層した積層体を有する燃料電池において、前記
冷却部材における前記通路に前記冷却媒体を供給する少
なくとも2つの冷却媒体流路を前記積層体内部にその積
層方向に沿って設け、該積層方向に沿って設けられた
つの冷却媒体流路における前記冷却媒体の流向を逆向き
としたことを特徴とする。
In the fuel cell of the present invention, a plurality of cells, each of which is a unit cell composed of an electrolyte and two electrodes, and a cooling member, which is disposed between the cells and forms a passage for a cooling medium, are laminated. in the fuel cell having a laminate formed by the at least two cooling medium flow passage for supplying the cooling medium is provided along the stacking direction of that inside the laminate, along the stacking direction in the passage in the cooling member Provided 2
The flow direction of the cooling medium in one cooling medium flow path is opposite.

【0008】ここで、前記燃料電池において、前記セル
および前記冷却部材の略同一箇所に貫通孔を設け、該セ
ルおよび該冷却部材を積層したとき、該貫通孔が前記冷
却媒体流路を形成してなる構成とすることもできる。ま
た、前記燃料電池において、前記各冷却媒体流路は、該
冷却媒体流路と前記冷却部材内部の前記通路とが、前記
積層体における前記冷却媒体の入口から出口まで単一流
となるよう、前記通路と連通された構成とすることも
できる。さらに、前記燃料電池において、前記積層体
は、前記2つの冷却媒体流路のうちの一方から前記冷却
媒体の供給を受ける冷却部材と、前記2つの冷却媒体流
路のうちの他方から前記冷却媒体の供給を受ける冷却部
材とを交互に配置してなる構成とすることもできる。
Here, in the fuel cell, a through hole is provided at substantially the same location of the cell and the cooling member, and when the cell and the cooling member are laminated, the through hole forms the cooling medium flow path. It can also be configured as. Further, in the fuel cell, wherein the cooling medium flow path, said
The cooling medium flow passage and the passage inside the cooling member may be communicated with the passage so that the cooling medium passage and the passage inside the cooling member form a single passage from the inlet to the outlet of the cooling medium. Further, in the fuel cell, the stacked body includes a cooling member that receives the cooling medium supplied from one of the two cooling medium channels, and the cooling medium from the other of the two cooling medium channels. It is also possible to adopt a configuration in which cooling members that receive supply of are alternately arranged.

【0009】また、この燃料電池は、前記冷却部材に、
積層した際、積層方向に沿った前記冷却媒体の流路をな
す所定形状の孔を少なくとも4つ設け、該孔のうち少な
くとも2つの孔を前記冷却媒体の前記通路で連通した
成とすることもできる
Further , in this fuel cell, the cooling member is
When stacked, it provided at least four holes of predetermined shape forming a flow path of the cooling medium along the stacking direction, at least two holes of the hole communicating with the passageway of the cooling medium structure
It can also be achieved .

【0010】ここで、前記燃料電池において、その冷却
部材の前記4つの孔が、冷却部材の回転または反転の
き換えによっても重ね合わせ可能な位置に設けられた構
成とすることもできる。例えば、冷却部材は、積層する
面が矩形形状に形成され、前記4つの孔が前記矩形形状
の四隅の各々に設けられた構成とすることもできる。
Here, in the fuel cell, the four holes of the cooling member are provided at positions where they can be overlapped with each other by rotating or reversing the cooling member. You can also For example, the cooling member may have a structure in which the surfaces to be stacked are formed in a rectangular shape, and the four holes are provided in each of the four corners of the rectangular shape.

【0011】[0011]

【作用】以上のように構成された本発明の燃料電池は、
積層体の積層方向に沿って設けられた少なくとも2つの
冷却媒体流路が、冷却部材の通路に冷却媒体を供給す
る。この積層方向に沿って設けられた2つの冷却媒体流
路には、冷却媒体が逆向きに流される。この結果、積層
体を構成するセル間の温度差が小さくなる。ここで、燃
料電池を、セルおよび冷却部材の略同一箇所に貫通孔を
設け、これらのセルおよび冷却部材を積層したとき、こ
の貫通孔が冷却媒体流路を形成する構成とすれば、燃料
電池の小型化が可能となる。また、各冷却媒体流路を、
冷却媒体流路と冷却部材内部の通路とが、積層体におけ
る冷却媒体の入口から出口まで単一流路となるよう、冷
却部材内部の通路と連通すれば、冷却媒体流路がシンプ
ルとなる。さらに、積層体が、2つの冷却媒体流路のう
ちの一方から冷却媒体の供給を受ける冷却部材と、他方
から冷却媒体の供給を受ける冷却部材とを交互に配置し
てなる燃料電池とすれば、セル間の温度差はさらに小さ
くなる。
The fuel cell of the present invention constructed as described above is
At least two cooling medium flow paths provided along the stacking direction of the stacked body supply the cooling medium to the passages of the cooling member. The cooling medium flows in opposite directions in the two cooling medium flow paths provided along the stacking direction. As a result, the temperature difference between the cells forming the stack is reduced. Here, if the fuel cell is provided with through holes at substantially the same locations of the cells and the cooling member, and when these cells and cooling members are stacked, the through holes form the cooling medium flow path, the fuel cell Can be downsized. In addition, each cooling medium flow path,
A cooling medium flow path and the cooling member internal passageway, such as a single channel from the inlet of the cooling medium to an outlet in the laminate, cold
The cooling medium flow path becomes simple if it communicates with the passage inside the cooling member . Further, if the stacked body is a fuel cell in which a cooling member supplied with the cooling medium from one of the two cooling medium channels and a cooling member supplied with the cooling medium from the other are alternately arranged , The temperature difference between cells becomes smaller.

【0012】また、本発明の燃料電池は、その冷却部材
に、所定形状の少なくとも4つの孔を設け、冷却部材を
積層することで積層方向に沿った冷却媒体の流路をなす
構成とすることができる。この孔のうち少なくとも2つ
の孔を冷却媒体の通路で連絡することにより、少なくと
も4つの冷却媒体の流路のうちの1つを冷却媒体の流入
路とし、他の1つを冷却媒体の流出路とする。ここで、
燃料電池用の冷却部材を、前記4つの孔が、冷却部材の
回転または反転の置き換えによっても重ね合わせ可能な
位置に設けた構成、例えば、その積層する面を矩形形状
に形成し、4つの孔を矩形形状の四隅の各々の位置に設
け、冷却部材を回転,反転等置き換えて積層するだけで
4つの冷却媒体の流路のうち2つを連絡する二組の流路
を形成する構成とすることができる。
In the fuel cell of the present invention, at least four holes having a predetermined shape are provided in the cooling member, and the cooling members are laminated to form a cooling medium flow path along the laminating direction. You can By connecting at least two of these holes with a cooling medium passage, one of at least four cooling medium flow passages serves as a cooling medium inflow passage, and the other one of them serves as a cooling medium outflow passage. And here,
A structure in which a cooling member for a fuel cell is provided at a position where the four holes can be overlapped by rotating or reversing the cooling member, for example, the stacking surface is formed into a rectangular shape and four holes are formed. Is provided at each of the four corners of the rectangular shape, and two sets of flow paths that connect two of the four flow paths of the cooling medium are formed only by rotating and reversing the cooling members and stacking them. be able to.

【0013】[0013]

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図1は、燃料電池10の概略を例示した外観斜
視図である。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in order to further clarify the structure and operation of the present invention described above. FIG. 1 is an external perspective view illustrating the outline of the fuel cell 10.

【0014】燃料電池10は、電池本体を構成する積層
体12と、積層体12の両端に装着するエンドプレート
50a,50bと、積層体12に取り付けられ電池本体
に燃料を供給する燃料ガス供給装置(図示せず)とから
構成される。積層体12は、単位電池を構成するセル2
0と、セル20の間に配置されセル20を冷却する冷却
部材30と、同じくセル20の間に配置されセル20を
冷却する冷却部材40とをその厚み方向に複数積層して
構成される。本実施例では、積層体12は、セル20,
冷却部材30,セル20,セル20,冷却部材40,セ
ル20の順に規則正しく積層されている。なお、実施例
では、積層体12を、セル20,冷却部材30,セル2
0,セル20,冷却部材40,セル20の順に規則正し
く積層したが、如何なる順に積層しても差し支えない。
The fuel cell 10 includes a laminated body 12 constituting the cell body, end plates 50a and 50b mounted on both ends of the laminated body 12, and a fuel gas supply device attached to the laminated body 12 for supplying fuel to the cell body. (Not shown). The laminated body 12 is a cell 2 that constitutes a unit battery.
0, a cooling member 30 arranged between the cells 20 to cool the cells 20, and a cooling member 40 arranged also between the cells 20 to cool the cells 20 are laminated in the thickness direction. In this embodiment, the laminated body 12 includes the cells 20,
The cooling member 30, the cell 20, the cell 20, the cooling member 40, and the cell 20 are regularly stacked in this order. In addition, in the embodiment, the laminated body 12 is provided with the cell 20, the cooling member 30, and the cell 2.
0, the cells 20, the cooling member 40, and the cells 20 are regularly stacked, but they may be stacked in any order.

【0015】セル20は、燃料電池の一般的な構造とし
て構成されている。例えば、セル20を図2に例示した
固体高分子型燃料電池で構成した場合、セル20は、電
解質膜23と、この電解質膜23を両側から挟んでサン
ドイッチ構造とするカソード25およびアノード26
と、このサンドイッチ構造を両側から挟むと共にカソー
25およびアノード26とでカソード側燃料および
ノード側燃料の流路を形成する集電極27および28
と、集電極27および28の外側に配置されセル20を
積層した際の隔壁をなすセパレータ29とにより構成さ
れている。
The cell 20 is constructed as a general structure of a fuel cell. For example, when the cell 20 is composed of the polymer electrolyte fuel cell illustrated in FIG. 2, the cell 20 includes an electrolyte membrane 23, and a cathode 25 and an anode 26 that sandwich the electrolyte membrane 23 from both sides to form a sandwich structure.
If, cathode along with the sandwich this sandwich structure from both sides
Cathode fuel and A in the de 25 and anode 26
Collector electrodes 27 and 28 forming a flow path for the fuel on the node side
And a separator 29 disposed outside the collecting electrodes 27 and 28 and forming a partition wall when the cells 20 are stacked.

【0016】電解質膜23は、高分子材料、例えばフッ
素系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤状
態で良好な電気電導性を示す。カソード25およびアノ
ード26は、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンク
ロスにより形成されており、このカーボンクロスには、
触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金等
を担持したカーボン粉がクロスの電解質膜23側の表面
および隙間に練り込まれている。ここで、実施例では、
カソード25およびアノード26をカーボンクロスによ
り形成したが、炭素繊維からなるカーボンペーパーまた
はカーボンフェルトにより形成する構成も好適である。
The electrolyte membrane 23 is an ion exchange membrane made of a polymer material such as a fluorine resin, and exhibits good electric conductivity in a wet state. Cathode 25 and ano
The cord 26 is formed of a carbon cloth woven with a yarn made of carbon fiber.
Carbon powder carrying platinum or an alloy of platinum and another metal as a catalyst is kneaded into the surface of the cloth on the side of the electrolyte membrane 23 and the gap. Here, in the example,
Although the cathode 25 and the anode 26 are formed of carbon cloth, a configuration in which they are formed of carbon paper or carbon felt made of carbon fiber is also suitable.

【0017】集電極27および28は、多孔質でガス透
過性を有する気孔率が40ないし80%のポーラスカー
ボンにより形成されている。集電極27には、平行に配
置された複数のリブ27aが形成されており、このリブ
27aとカソード25の表面とでカソード燃料の酸素含
有ガスの流路をなすと共にカソード25で生成する水の
集水路をなす酸素ガス流路27bを形成する。集電極2
8にも平行に配置された複数のリブ28aが形成されて
おり、このリブ28aとアノード26の表面とでアノー
燃料の水素ガスと水蒸気との混合ガスの流路をなす水
素ガス流路28bを形成する。この集電極27と集電極
28とは、リブ27aとリブ28aとが直交する配置、
すなわち酸素ガス流路27bと水素ガス流路28bとが
直交する配置で積層されている。したがって、燃料ガス
供給装置より、図中矢印A方向に沿って酸素含有ガスが
酸素ガス流路27bに供給され、図中矢印B方向に沿っ
て水素ガスが水素ガス流路28bに供給される。セパレ
ータ29は、カーボンを圧縮してガス不透過としたガス
不透過カーボンにより形成されており、電解質膜23,
カソード25およびアノード26,集電極27および2
8により構成されるセルをその厚み方向に積層する際の
隔壁をなす。
The collector electrodes 27 and 28 are made of porous carbon which is gas permeable and has a porosity of 40 to 80%. The collector electrode 27 is formed with a plurality of ribs 27a arranged in parallel, the water produced at the cathode 25 with forming a flow path of the oxygen-containing gas in the cathode fuel between the rib 27a and the cathode 25 of the surface An oxygen gas flow path 27b forming a water collection path is formed. Collector electrode 2
8 are formed a plurality of ribs 28a arranged in parallel to, anode between the rib 28a and the surface of the anode 26
A hydrogen gas flow passage 28b is formed which forms a flow passage for a mixed gas of hydrogen gas of the defuel and water vapor. The collecting electrode 27 and the collecting electrode 28 are arranged such that the ribs 27a and 28a are orthogonal to each other,
That is, the oxygen gas flow channel 27b and the hydrogen gas flow channel 28b are stacked in a perpendicular arrangement. Therefore, from the fuel gas supply device, the oxygen-containing gas is supplied to the oxygen gas flow path 27b along the arrow A direction in the drawing, and the hydrogen gas is supplied to the hydrogen gas flow path 28b along the arrow B direction in the drawing. The separator 29 is made of gas-impermeable carbon that is made gas-impermeable by compressing carbon.
Cathode 25 and anode 26, collecting electrodes 27 and 2
It forms a partition wall when the cells constituted by 8 are stacked in the thickness direction.

【0018】こうして構成されたセル20の積層する面
の四隅には、四隅から均等な位置に同一径の孔22a,
22b,22c,22dが形成されている。この孔22
a等は、積層体12としたときに積層方向に沿った冷却
媒体の流路を形成する。
At the four corners of the stacking surface of the cell 20 thus constructed, the holes 22a of the same diameter are formed at even positions from the four corners.
22b, 22c and 22d are formed. This hole 22
A and the like form a flow path of the cooling medium along the stacking direction when the stack 12 is formed.

【0019】図3(a)は、冷却部材30の外観を例示
した斜視図である。冷却部材30は、ガス不透過カーボ
ンにより形成されており、図示するように、積層する面
が正方形状の板状部材で、積層する面の四隅には、セル
20の孔22a等と同一位置に同一径の孔32a,32
b,32c,32dが形成されている。この孔32a等
は、セル20の孔22a等と同様に、積層体12とした
ときに積層方向に沿った冷却媒体の流路を形成する。ま
た、冷却部材30には、孔32aと孔32cとを葛折状
に連絡する断面形状が矩形の溝34が形成されている。
この溝34は、冷却部材30とセル20とが積層される
ことにより冷却媒体(例えば、純水,代替フロン,絶縁
油等)の通路38を形成する。なお、実施例では、冷却
部材30の孔32aと孔32cとを溝34で葛折状に連
絡したが、連絡する形態は如何なる形状であっても差し
支えない。
FIG. 3A is a perspective view illustrating the appearance of the cooling member 30. The cooling member 30 is made of gas-impermeable carbon, and is a plate-shaped member having a square surface to be stacked, as shown in the drawing, and is provided at the same position as the holes 22a of the cells 20 at four corners of the surface to be stacked. Holes 32a, 32 having the same diameter
b, 32c, 32d are formed. Similar to the holes 22a of the cell 20, the holes 32a and the like form a flow path of the cooling medium along the stacking direction when the stacked body 12 is formed. In addition, the cooling member 30 is provided with a groove 34 having a rectangular cross-sectional shape that connects the holes 32a and 32c in a zigzag shape.
The groove 34 forms a passage 38 for a cooling medium (for example, pure water, alternative CFCs, insulating oil, etc.) by stacking the cooling member 30 and the cell 20. In the embodiment, the holes 32a and 32c of the cooling member 30 are connected in a zigzag manner by the groove 34, but any shape may be used for the connection.

【0020】図3(b)は、冷却部材40の外観を例示
した斜視図である。図示するように、この冷却部材40
は、冷却部材30の鏡像体と同一形状をしており、冷却
部材30と同一の材料であるガス不透過カーボンにより
形成されている。したがって、冷却部材40は、積層す
る面が正方形状の板状部材で、積層する面の四隅には、
孔42a,42b,42c,42dが形成されている。
また、冷却部材40には、孔42bと孔42dとを葛折
状に連絡する断面形状が矩形の溝44が形成されてお
り、冷却部材40とセル20とが積層されることにより
冷却媒体の通路48を形成する。
FIG. 3B is a perspective view illustrating the appearance of the cooling member 40. As shown, this cooling member 40
Has the same shape as the mirror image of the cooling member 30, and is made of gas-impermeable carbon that is the same material as the cooling member 30. Therefore, the cooling member 40 is a plate-shaped member having a square stacking surface, and the four corners of the stacking surface are
Holes 42a, 42b, 42c, 42d are formed.
Further, the cooling member 40 is formed with a groove 44 having a rectangular cross-section that connects the holes 42b and the holes 42d in a zigzag manner, and the cooling member 40 and the cells 20 are stacked to form a cooling medium. A passage 48 is formed.

【0021】図4(a)は、エンドプレート50aの外
観を例示する斜視図である。エンドプレート50aは、
セル20よりひと回り大きな正方形状の板状部材で、積
層体12に装着した際に、セル20の孔22aおよび2
2dと整合する位置に孔22a等と同一径の孔52aお
よび52dが形成されている。図4(b)は、エンドプ
レート50bの外観を例示する斜視図である。図示する
ように、エンドプレート50bは、エンドプレート50
aと同一形状をしており、積層体12に装着する際に、
エンドプレート50aを180度回転させて上下を入れ
替え、孔52a,52dを孔52b,52cとなるよう
にしたものである。
FIG. 4A is a perspective view illustrating the appearance of the end plate 50a. The end plate 50a is
A square plate member that is slightly larger than the cell 20 and has holes 22a and 2 of the cell 20 when mounted on the laminated body 12.
Holes 52a and 52d having the same diameter as the hole 22a and the like are formed at positions matching with 2d. FIG. 4B is a perspective view illustrating the appearance of the end plate 50b. As shown, the end plate 50b is
It has the same shape as a, and when it is attached to the laminated body 12,
The end plate 50a is rotated 180 degrees and the upper and lower sides are interchanged so that the holes 52a and 52d become the holes 52b and 52c.

【0022】図5は、冷却媒体の流路を模式的に例示し
た説明図である。図5(a)に例示するように、セル2
0,冷却部材30および40を上述の順にその厚み方向
に積層して積層体12とし、積層体12の両端にエンド
プレート50aおよび50bを装着して燃料電池10と
すると、燃料電池10には、孔52a,22a,32a
および42aとにより冷却媒体の流路62aが、孔52
c,22c,32cおよび42cとにより流路62cが
形成される。各流路の内側は、電気的に絶縁性を示すコ
ーティング材によりコーティングされている。
FIG. 5 is an explanatory view schematically illustrating the flow path of the cooling medium. As illustrated in FIG. 5A, the cell 2
0, the cooling members 30 and 40 are laminated in the thickness direction in the order described above to form the laminated body 12, and the end plates 50a and 50b are attached to both ends of the laminated body 12 to form the fuel cell 10. Holes 52a, 22a, 32a
And 42a, the flow path 62a of the cooling medium is
A channel 62c is formed by c, 22c, 32c and 42c. The inside of each flow path is coated with a coating material having electrical insulation.

【0023】流路62aはエンドプレート50bによ
り、流路62cはエンドプレート50aによりその一端
が塞がれている。流路62aと流路62cとは、冷却部
材30の溝34がセル20とで形成する冷却媒体の通路
38で連絡している。また、流路62aは、パイプ72
aを介してポンプ70aおよび冷却媒体槽(図示せず)
に接続されており、流路62cは、パイプ72cを介し
て熱交換器(図示せず)および冷却媒体槽に接続されて
いる。したがって、パイプ72a,ポンプ70a,流路
62a,通路38,流路62c,パイプ72c,熱交換
器および冷却媒体槽とで冷却媒体の循環する流路を形成
する。
One end of the flow passage 62a is closed by the end plate 50b, and the other end of the flow passage 62c is closed by the end plate 50a. The flow paths 62a and 62c are connected to each other by a cooling medium passage 38 formed by the groove 34 of the cooling member 30 and the cell 20. In addition, the flow path 62a is connected to the pipe 72.
Pump 70a and cooling medium tank via a (not shown)
And the flow path 62c is connected to a heat exchanger (not shown) and a cooling medium tank via a pipe 72c. Therefore, the pipe 72a, the pump 70a, the flow passage 62a, the passage 38, the flow passage 62c, the pipe 72c, the heat exchanger, and the cooling medium tank form a flow passage through which the cooling medium circulates.

【0024】また、燃料電池10には、図5(b)に例
示するように、孔52b,22b,32bおよび42b
とにより冷却媒体の流路62bが、孔52d,22d,
32dおよび42dとにより流路62dが形成される。
流路62bはエンドプレート50aにより、流路62d
はエンドプレート50bによりその一端が塞がれてい
る。流路62bと流路62dとは、冷却部材40の溝4
4がセル20とで形成する冷却媒体の通路48で連絡し
ている。また、流路62bは、パイプ72bを介してポ
ンプ70bおよび冷却媒体槽に接続されており、流路6
2dは、パイプ72dを介して熱交換器および冷却媒体
槽に接続されている。したがって、パイプ72b,ポン
プ70b,流路62b,通路48,流路62d,パイプ
72d,熱交換器および冷却媒体槽とで冷却媒体の循環
する流路を形成する。
The fuel cell 10 has holes 52b, 22b, 32b and 42b as shown in FIG. 5 (b).
The flow path 62b for the cooling medium is formed by the holes 52d, 22d,
A flow path 62d is formed by 32d and 42d.
The flow path 62b is formed by the end plate 50a so that the flow path 62d
Has one end closed by the end plate 50b. The channel 62b and the channel 62d are the grooves 4 of the cooling member 40.
4 communicates with the cell 20 via a cooling medium passage 48. Further, the flow path 62b is connected to the pump 70b and the cooling medium tank via the pipe 72b, and the flow path 6b.
2d is connected to the heat exchanger and the cooling medium tank via the pipe 72d. Therefore, the pipe 72b, the pump 70b, the flow passage 62b, the passage 48, the flow passage 62d, the pipe 72d, the heat exchanger and the cooling medium tank form a flow passage through which the cooling medium circulates.

【0025】こうして構成された燃料電池10は、燃料
ガス供給装置(図示せず)から酸素含有ガスおよび水素
ガスがセル20の酸素ガス流路27bおよび水素ガス流
路28bに供給されることによりカソード25および
ノード26で次式で示す電気化学反応が行なわれ、化学
エネルギを直接電気エネルギに変換する。
In the fuel cell 10 thus constructed, the oxygen-containing gas and the hydrogen gas are supplied from the fuel gas supply device (not shown) to the oxygen gas passage 27b and the hydrogen gas passage 28b of the cell 20 to form the cathode. 25 and a
An electrochemical reaction represented by the following equation is performed at the node 26 to directly convert chemical energy into electrical energy.

【0026】カソード 反応:2H++2e-+(1/2)O2→H2アノード 反応:H2→2H++2e- Cathode reaction: 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O Anode reaction: H 2 → 2H + + 2e

【0027】この電気化学反応に伴う反応熱やセル20
の内部抵抗による発熱、セル20とセル20との接触抵
抗による発熱などにより燃料電池10の温度は上昇する
が、燃料電池10は、次のように冷却媒体が流されて冷
却される。図5(a)に示すように、冷却媒体槽からポ
ンプ70aにより加圧された冷却媒体は、パイプ72a
を通ってエンドプレート50aの孔52aから流路62
aに流入し、積層体12内に配置された冷却部材30の
溝34とセル20とで形成される通路38を通ることに
より隣接のセル20を冷却する。そして、冷却媒体は、
流路62c,パイプ72cを通って熱交換器により熱交
換をした後、冷却媒体槽に戻る。一方、図5(b)に示
すように、冷却媒体槽からポンプ70bにより加圧され
た冷却媒体は、パイプ72bを通ってエンドプレート5
0bの孔52bから流路62bに流入し、積層体12内
に配置された冷却部材40の溝44とセル20とで形成
される通路48を通ることにより隣接のセル20を冷却
する。そして、冷却媒体は、流路62d,パイプ72d
を通って熱交換器により熱交換をした後、冷却媒体槽に
戻る。したがって、積層体12の積層方向に沿って形成
された冷却媒体の流路62aと流路62b,流路62c
と流路62dには、冷却媒体が逆向きに流れて燃料電池
が冷却される。
The reaction heat and cell 20 associated with this electrochemical reaction
Although the temperature of the fuel cell 10 rises due to heat generation due to the internal resistance of the fuel cell, heat generation due to the contact resistance between the cells 20, and the like, the fuel cell 10 is cooled by flowing a cooling medium as follows. As shown in FIG. 5A, the cooling medium pressurized by the pump 70a from the cooling medium tank is the pipe 72a.
Through the hole 52a of the end plate 50a through the flow path 62
The adjacent cell 20 is cooled by flowing into a and passing through a passage 38 formed by the cell 20 and the groove 34 of the cooling member 30 arranged in the stacked body 12. And the cooling medium is
After exchanging heat with the heat exchanger through the flow path 62c and the pipe 72c, it returns to the cooling medium tank. On the other hand, as shown in FIG. 5B, the cooling medium pressurized by the pump 70b from the cooling medium tank passes through the pipe 72b and the end plate 5
0b from the hole 52b into the flow path 62b, and the adjacent cell 20 is cooled by passing through the passage 48 formed by the cell 44 and the groove 44 of the cooling member 40 arranged in the stacked body 12. The cooling medium is the flow path 62d and the pipe 72d.
After exchanging heat through the heat exchanger through the heat exchanger, it returns to the cooling medium tank. Therefore, the flow channels 62a, 62b, and 62c of the cooling medium formed along the stacking direction of the stacked body 12 are formed.
The cooling medium flows in the reverse direction in the channel 62d to cool the fuel cell.

【0028】次に、積層体12を構成するセル20間の
温度差について説明する。図6は、積層体12の端に位
置するセル20(エンドプレート50aの隣のセル2
0)と他のセル20との温度差と両セルの距離との関係
を例示したグラフである。グラフ中のセル番号は、積層
体12を構成する複数のセル20に、積層体12の端に
位置するセル20から順に付した番号である。グラフ中
の曲線Aは、本実施例の積層体12に所定の流量の冷却
媒体を上述の流し方によって流した際に積層体12が示
す温度特性である。曲線Bは、積層体を構成する冷却部
材をすべて冷却部材30として構成した積層体に、曲線
Aと同量の冷却媒体をセル番号1の側から反対側端に向
けて一様に流した際に積層体が示す温度特性である。グ
ラフからも明確なように、曲線Bを示す積層体では、セ
ル番号が大きくなるに従ってセル番号1のセルに対する
温度差が大きくなるのに対して、曲線Aを示す積層体1
2では、セル番号1を除くすべてのセル番号のセルでほ
とんど同じ温度差を示す。
Next, the temperature difference between the cells 20 constituting the laminated body 12 will be described. FIG. 6 shows a cell 20 (cell 2 next to the end plate 50a located at the end of the stack 12).
It is a graph which illustrated the relationship between the temperature difference between 0) and another cell 20 and the distance between both cells. The cell numbers in the graph are numbers sequentially assigned to the plurality of cells 20 forming the stacked body 12 from the cells 20 located at the ends of the stacked body 12. Curve A in the graph is the temperature characteristic of the laminated body 12 when a predetermined flow rate of the cooling medium is passed through the laminated body 12 of the present embodiment by the above-described flowing method. The curve B is obtained when the same amount of cooling medium as the curve A is uniformly flowed from the cell number 1 side to the opposite end to the laminated body in which the cooling members constituting the laminated body are all configured as the cooling members 30. Is the temperature characteristic of the laminate. As is clear from the graph, in the laminated body showing the curve B, the temperature difference with respect to the cell having the cell number 1 becomes larger as the cell number becomes larger, whereas the laminated body 1 showing the curve A becomes larger.
In the case of 2, the cells of all cell numbers except the cell number 1 show almost the same temperature difference.

【0029】以上説明した燃料電池10では、積層体1
2の積層方向に沿って冷却媒体の流路62aおよび62
bを設け、冷却媒体の流向を互いに逆向きとし、冷却部
材30と冷却部材40を交互に配置したので、積層体1
2を構成するセル20間の積層方向の温度差を小さくす
ることができるという優れた効果を奏する。この結果、
発電効率の高い状態のセルを多くすることができ、燃料
電池全体の発電効率を高くすることができる。また、セ
ル20,冷却部材30,40の四隅に設けた孔22a,
32a,42a等により冷却媒体の流路62a等を形成
したので、冷却媒体の流路を形成するための新たな部材
はなく、構造をシンプルなものとすることができ、小型
化できる。さらに、冷却部材30を積層する際に、積層
する面を誤って90度回転させて配置しても、冷却部材
40に冷却部材を供給する流路62bから冷却媒体の供
給を受けるので、流路62aから冷却媒体の供給を受け
るときより冷却効果が下がるものの冷却部材として機能
する。
In the fuel cell 10 described above, the laminated body 1
The cooling medium channels 62a and 62 along the stacking direction of
b is provided, the flow directions of the cooling medium are opposite to each other, and the cooling members 30 and the cooling members 40 are alternately arranged.
This has an excellent effect that the temperature difference in the stacking direction between the cells 20 constituting the No. 2 can be reduced. As a result,
The number of cells with high power generation efficiency can be increased, and the power generation efficiency of the entire fuel cell can be increased. In addition, holes 22a provided at the four corners of the cell 20, the cooling members 30, 40,
Since the cooling medium flow path 62a and the like are formed by 32a and 42a, there is no new member for forming the cooling medium flow path, and the structure can be simplified and downsized. Further, when the cooling member 30 is stacked, even if the surfaces to be stacked are mistakenly rotated by 90 degrees and arranged, the cooling medium is supplied from the flow path 62b that supplies the cooling member to the cooling member 40. Although the cooling effect is lower than when the cooling medium is supplied from 62a, it functions as a cooling member.

【0030】実施例では、冷却部材30の対角に位置す
る孔32aと孔32cとを溝34で連絡したが、対角の
位置にない2つの孔を連絡する構成も好適である。以下
に、その一例について説明する。
In the embodiment, the holes 32a and the holes 32c located diagonally of the cooling member 30 are connected by the groove 34, but it is also preferable to connect two holes which are not located diagonally. An example thereof will be described below.

【0031】図7(a)は、冷却部材130の外観を例
示する斜視図である。図示するように、冷却部材130
には、積層する面の四隅に孔132a,132b,13
2cおよび132dが形成されており、対角の位置にな
い孔132aと孔132bとを葛折状に連絡する溝13
4が形成されている。図7(b)は、冷却部材140の
外観を例示する斜視図である。冷却部材140は、冷却
部材130を天地を入れ替えて、冷却部材130の孔1
32aおよび孔132bを冷却部材140の孔142c
および孔142dとしたものである。すなわち、同一部
材を異なる配置としたものにすぎない。
FIG. 7A is a perspective view illustrating the appearance of the cooling member 130. As shown, the cooling member 130
Have holes 132a, 132b, 13 at the four corners of the stacking surface.
2c and 132d are formed, and the groove 13 connects the holes 132a and the holes 132b which are not diagonally arranged in a folded manner.
4 are formed. FIG. 7B is a perspective view illustrating the appearance of the cooling member 140. The cooling member 140 replaces the top and bottom of the cooling member 130 to form the holes 1 of the cooling member 130.
32a and hole 132b are replaced by hole 142c of cooling member 140.
And a hole 142d. That is, the same members are merely arranged differently.

【0032】こうした冷却部材130,140とセル2
0とを積層すると、孔22a,132aおよび142a
等により冷却媒体の流路162a等が形成される。した
がって、冷却媒体は次の二通りの流れ方をする。一方の
冷却媒体は、孔132a,142aを構成要素とする流
路162aに流入し、冷却部材130の溝134を通っ
て孔132b,142bを構成要素とする流路162b
から流出する。また、他方の冷却媒体は、孔132c,
142cを構成要素とする流路162cに流入し、冷却
部材140の溝144を通って孔132d,142dを
構成要素とする流路162dから流出する。
The cooling members 130 and 140 and the cell 2
When 0 and 0 are stacked, holes 22a, 132a and 142a are formed.
And the like form a flow path 162a for the cooling medium. Therefore, the cooling medium can flow in the following two ways. One cooling medium flows into the flow path 162a having the holes 132a and 142a as constituent elements, passes through the groove 134 of the cooling member 130, and has the flow path 162b having the holes 132b and 142b as constituent elements.
Drained from. The other cooling medium is the holes 132c,
It flows into the flow path 162c having the component 142c, passes through the groove 144 of the cooling member 140, and flows out from the flow path 162d having the holes 132d and 142d as the component.

【0033】以上説明した冷却部材130,140を用
いれば、冷却部材130と冷却部材140が同一形状な
ので、燃料電池を構成する部材の種類を少なくして低コ
スト化することができる。また、冷却媒体が流入する流
路(流路162aと流路162c)が対角の位置となる
ので、同一セル内での局所的な温度差を小さくすること
ができる。冷却部材130と140は同一部材であるが
誤って配置しても、冷却媒体の供給を受ける流路が異な
るだけで、冷却部材として機能する。
By using the cooling members 130 and 140 described above, since the cooling member 130 and the cooling member 140 have the same shape, it is possible to reduce the number of types of members constituting the fuel cell and reduce the cost. Further, since the flow paths (flow paths 162a and 162c) into which the cooling medium flows are located at diagonal positions, it is possible to reduce the local temperature difference within the same cell. Although the cooling members 130 and 140 are the same member, even if they are erroneously arranged, they function as cooling members only with different flow paths for receiving the supply of the cooling medium.

【0034】実施例では、冷却部材30および冷却部材
40は、2つの冷却媒体の供給流路(流路162aと流
路162b)のうち一方から冷却媒体の供給を受ける構
成としたが、冷却部材に冷却媒体の通路を2つ設けて双
方から冷却媒体の供給を受ける構成も好適である。その
一例を図8に示す。
In the embodiment, the cooling member 30 and the cooling member 40 are configured to receive the supply of the cooling medium from one of the two cooling medium supply channels (the channels 162a and 162b). It is also preferable to provide two cooling medium passages and receive the cooling medium from both of them. An example thereof is shown in FIG.

【0035】図8は、冷却部材230の外観を例示した
斜視図である。冷却部材230は、冷却部材30と同様
に、積層する面の四隅に孔232a,232b,232
cおよび232dが形成されている。この4つの孔のう
ち孔232aと孔232bとを溝234が葛折状に連絡
しており、孔232cと孔232dとを溝236が葛折
状に連絡している。このため、この冷却部材230をセ
ル20と積層して積層体を構成し、孔232aを構成要
素とする流路262aと孔232cを構成要素とする流
路262cとに冷却媒体を流せば、2系統の冷却媒体が
同一冷却部材230内に流れる。すなわち、孔232a
から流入して溝234を通り孔232bから流出する冷
却媒体と、孔232cから流入して溝236を通り孔2
32dから流出する冷却媒体とが同一冷却部材230に
流れる。こうした2つの冷却媒体の通路を有する冷却部
材230を用いれば、セル間の温度差をさらに小さくす
ることができる。また、燃料電池を構成する部材の種類
を少なくすることができる。
FIG. 8 is a perspective view illustrating the appearance of the cooling member 230. Like the cooling member 30, the cooling member 230 has holes 232a, 232b, 232 at the four corners of the stacking surface.
c and 232d are formed. Of these four holes, the groove 234 communicates with the hole 232a and the hole 232b in a zigzag manner, and the groove 236 communicates with the hole 232c and the hole 232d in a zigzag manner. Therefore, if the cooling member 230 is laminated with the cell 20 to form a laminated body and the cooling medium is flown into the flow passage 262a having the hole 232a as a constituent element and the flow passage 262c having the hole 232c as a constituent element, The cooling medium of the system flows into the same cooling member 230. That is, the hole 232a
From the hole 232b through the groove 234 and from the hole 232c through the groove 236 and the hole 2
The cooling medium flowing out from 32d flows into the same cooling member 230. By using the cooling member 230 having such two cooling medium passages, the temperature difference between the cells can be further reduced. In addition, it is possible to reduce the types of members that make up the fuel cell.

【0036】実施例では、冷却部材30および冷却部材
40の対角に位置する孔32aと孔32cとを溝34で
連絡したが、複数の溝で連絡する構成も好適である。以
下に、その一例について説明する。
In the embodiment, the holes 32a and the holes 32c located diagonally of the cooling member 30 and the cooling member 40 are connected by the groove 34, but a structure in which a plurality of grooves are connected is also suitable. An example thereof will be described below.

【0037】図9(a)は、冷却部材330の外観を例
示する斜視図である。図示するように、冷却部材330
には、積層する面の四隅に孔332a,332b,33
2cおよび332dが形成されている。また、冷却部材
330の積層する面には、平行に複数のリブ333が形
成されており、この複数のリブ333間は、平行な複数
の溝334として形成される。この複数の溝334によ
り孔332aと孔332bとが連絡されている。この溝
334は、冷却部材330がセル20と共に積層された
ときに冷却媒体の通路338を形成する。図9bは、冷
却部材340の外観を例示する斜視図である。図示する
ように、冷却部材340は、冷却媒体330の鏡像体と
同一形状をしている。すなわち、冷却部材340には、
冷却部材330に形成された孔332a〜dや複数のリ
ブ333および複数の溝334に相当する孔342a〜
dや複数のリブ343および複数の溝344が形成され
ており、冷却部材340とセル20とを積層することに
より冷却媒体の通路348が形成される。
FIG. 9A is a perspective view illustrating the appearance of the cooling member 330. As shown, the cooling member 330
Have holes 332a, 332b, 33 at the four corners of the stacking surface.
2c and 332d are formed. Further, a plurality of ribs 333 are formed in parallel on the surface where the cooling member 330 is laminated, and a plurality of parallel grooves 334 are formed between the plurality of ribs 333. The plurality of grooves 334 connect the holes 332a and 332b. The groove 334 forms a passage 338 for the cooling medium when the cooling member 330 is laminated with the cell 20. FIG. 9b is a perspective view illustrating the appearance of the cooling member 340. As shown, the cooling member 340 has the same shape as the mirror image body of the cooling medium 330. That is, in the cooling member 340,
Holes 332a-d formed in the cooling member 330, holes 342a-corresponding to the plurality of ribs 333 and the plurality of grooves 334, respectively.
d, a plurality of ribs 343 and a plurality of grooves 344 are formed, and a cooling medium passage 348 is formed by stacking the cooling member 340 and the cell 20.

【0038】こうした冷却部材330,340とセル2
0とを積層し、孔22a,332aおよび342a等に
より冷却媒体の流路362a等を形成したときの冷却媒
体の流路を図10に示す。図10(a)は、冷却媒体の
流路の一例を模式的に示した説明図である。図示するよ
うに、積層体12の一端には、エンドプレート50a
が、その2つの孔が流路362aおよび流路362dと
整合するように装着され、他端には、エンドプレート5
0bが、その2つの孔が流路362bおよび流路362
cと整合するように装着されている。したがって、冷却
媒体の流路は、パイプ72a,流路362a,通路33
8,流路362cおよびパイプ72cにより形成される
流路(図中実線の流路)と、パイプ72b,流路362
b,通路348,流路362dおよびパイプ72dによ
り形成される流路(図中破線の流路)との2系統形成さ
れる。冷却媒体は、図示するように、ポンプ70aおよ
びポンプ70bによりパイプ72aおよびパイプ72b
から流される。このため、通路338と通路348とに
流れる冷却媒体の流向は、逆向きとなる。すなわち、通
路338に流れる冷却媒体は、冷却部材330の溝33
4を図9(a)中、上から下方向に流れ、通路348に
流れる冷却媒体は、冷却部材340の溝344を図9
(b)中、下から上方向に流れる。
The cooling members 330 and 340 and the cell 2
FIG. 10 shows a flow path of the cooling medium when 0 and 0 are stacked and the flow path 362a of the cooling medium is formed by the holes 22a, 332a and 342a and the like. FIG. 10A is an explanatory diagram schematically showing an example of the flow path of the cooling medium. As shown in the drawing, the end plate 50 a is provided at one end of the laminated body 12.
Are mounted so that their two holes are aligned with the flow passage 362a and the flow passage 362d, and the end plate 5 is attached to the other end.
0b indicates that the two holes are the flow channel 362b and the flow channel 362.
It is mounted so as to match with c. Therefore, the flow path of the cooling medium is the pipe 72a, the flow path 362a, and the passage 33.
8, a flow path formed by the flow path 362c and the pipe 72c (flow path indicated by a solid line in the figure), the pipe 72b, and the flow path 362.
b, a passage 348, a passage 362d, and a passage formed by the pipe 72d (a passage indicated by a broken line in the figure). As shown in the figure, the cooling medium is supplied to the pipes 72a and 72b by the pumps 70a and 70b.
Shed from. Therefore, the flow directions of the cooling medium flowing in the passages 338 and 348 are opposite to each other. That is, the cooling medium flowing in the passage 338 is the groove 33 of the cooling member 330.
4 from the top to the bottom in FIG. 9A, and the cooling medium flowing in the passage 348 flows through the groove 344 of the cooling member 340 in FIG.
(B) Flows from bottom to top in the middle.

【0039】以上説明した冷却部材330および340
を用いれば、流路362aと流路362bとを流れる冷
却媒体の流向が逆向きになるだけでなく、冷却媒体の通
路338と通路348とを流れる冷却媒体の流向も逆向
きとなるので、セル20面内の温度差をさらに小さくす
ることができる。
The cooling members 330 and 340 described above
Is used, not only is the flow direction of the cooling medium flowing through the flow channels 362a and 362b reversed, but the flow direction of the cooling medium flowing through the cooling medium passages 338 and 348 is also reversed. The temperature difference within the 20 plane can be further reduced.

【0040】なお、図10(b)に示すように、冷却媒
体の通路338と通路348とを流れる冷却媒体の流向
を同じ向きとしても差し支えない。この場合、積層体1
2の一端には、エンドプレート50aを、その2つの孔
が流路362aおよび流路362bと整合するように装
着し、他端には、エンドプレート50bを、その2つの
孔が流路362cおよび流路362dと整合するように
装着し、冷却媒体をポンプ70aおよびポンプ70dか
らパイプ72aおよびパイプ72dに流せばよい。
As shown in FIG. 10B, the cooling medium may flow in the same direction in the cooling medium passages 338 and 348. In this case, the laminated body 1
The end plate 50a is attached to one end of the end plate 2 so that its two holes are aligned with the flow channels 362a and 362b, and the other end is provided with the end plate 50b whose two holes are connected to the flow channels 362c and 362c. The cooling medium may be mounted so as to be aligned with the flow path 362d and flow from the pump 70a and the pump 70d to the pipe 72a and the pipe 72d.

【0041】次に、本発明の第2の実施例である燃料電
池410について説明する。第2実施例の燃料電池41
0は、第1実施例の燃料電池10とセル20を除いて同
一の構成をしている。したがって、第1実施例の燃料電
池10と同一の構成には同一の符号を付してその説明は
省略する。
Next, a fuel cell 410 which is a second embodiment of the present invention will be described. Fuel cell 41 of the second embodiment
0 has the same structure except the fuel cell 10 and the cell 20 of the first embodiment. Therefore, the same components as those of the fuel cell 10 of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0042】燃料電池410のセルは、4種類(セル2
0a,20b,20cおよび20d)あり、そのうちの
1つのセル20aは、図2に示した第1実施例のセル2
0の孔22cおよび孔22dが形成されていないものと
同一の構成をしている。すなわち、セル20aの積層す
る面には、孔22aと孔22bが形成されており、孔2
2cおよび孔22dは形成されていない。セル20b
は、セル20の孔22aと孔22dが形成されていない
ものと同一の構成をしている。また、セル20cは、セ
ル20の孔22aと孔22bが形成されていないものと
同一の構成をしており、セル20dは、セル20の孔2
2bと孔22cが形成されていないものと同一の構成を
している。すなわち、セル20bには孔22bと孔22
c、セル20cには孔22cと孔22d、セル20dに
は孔22aと22dが形成されている。
The fuel cell 410 has four types of cells (cell 2
0a, 20b, 20c and 20d), one cell 20a of which is the cell 2 of the first embodiment shown in FIG.
The hole 22c and the hole 22d of 0 have the same structure. That is, the holes 22a and 22b are formed on the surface where the cells 20a are stacked.
2c and hole 22d are not formed. Cell 20b
Has the same structure as the cell 20 in which the holes 22a and 22d are not formed. The cell 20c has the same structure as the cell 20 in which the holes 22a and 22b are not formed, and the cell 20d is the hole 2 of the cell 20.
2b and the hole 22c are not formed. That is, the hole 22b and the hole 22 are provided in the cell 20b.
c, the cell 20c has holes 22c and 22d, and the cell 20d has holes 22a and 22d.

【0043】こうして形成されたセル20a,20b,
20c,20d,冷却部材30,40およびエンドプレ
ート50a,50bをその厚み方向に積層して構成され
る燃料電池410の一例を図11(a)に示す。燃料電
池410は、図示するように、エンドプレート50aか
らセル20a,冷却部材30,セル20bを2つ,冷却
部材40,セル20cを2つ,冷却部材30,セル20
dを2つ,冷却部材40,セル20aの順に積層して構
成される。エンドプレート50aは、その積層する面に
形成された2つの孔が、セル20aの孔22aおよび孔
22bと整合するように装着されており、エンドプレー
ト50bは、その2つの孔が、セル20cの孔22cお
よび孔22dと整合するように装着されている。
The cells 20a, 20b thus formed,
FIG. 11A shows an example of a fuel cell 410 configured by stacking 20c, 20d, cooling members 30, 40 and end plates 50a, 50b in the thickness direction. As shown in the figure, the fuel cell 410 includes a cell 20a, two cooling members 30, two cells 20b, a cooling member 40, two cells 20c, a cooling member 30, and a cell 20 from the end plate 50a.
Two d, a cooling member 40, and a cell 20a are laminated in this order. The end plate 50a is mounted so that the two holes formed on its stacking surface are aligned with the holes 22a and 22b of the cell 20a, and the end plate 50b has two holes of the cell 20c. It is mounted so as to be aligned with the holes 22c and 22d.

【0044】こうして形成された燃料電池410におけ
る冷却媒体の流路を図11(b)に示す。図示するよう
に、燃料電池410には、セル20a,セル20d,冷
却部材30および40で積層方向に沿った流路462a
が形成される。同様に、燃料電池410には、セル20
a,セル20b,冷却部材30および40で流路462
bが形成され、セル20b,セル20c,冷却部材30
および40で流路462cが形成され、セル20c,セ
ル20d,冷却部材30および40で流路462dが形
成される。
The flow path of the cooling medium in the fuel cell 410 thus formed is shown in FIG. 11 (b). As shown in the figure, in the fuel cell 410, the flow path 462a is formed in the cell 20a, the cell 20d, and the cooling members 30 and 40 along the stacking direction.
Is formed. Similarly, the fuel cell 410 includes a cell 20
a, the cell 20b, the cooling members 30 and 40, and the flow path 462.
b is formed, and the cells 20b, 20c, and the cooling member 30 are formed.
And 40 form a flow path 462c, and the cells 20c, 20d and the cooling members 30 and 40 form a flow path 462d.

【0045】流路462aと流路462cは、冷却部材
30とセル20aとで形成される通路38および冷却部
材30とセル20cとで形成される通路38により連絡
されている。流路462aの両端には、流路462aと
整合する位置に孔が形成されていないセル20bおよび
セル20cが配置されているので、流路462aは、セ
ル20aと冷却部材30とで形成する通路38からセル
20cと冷却部材30とで形成する通路38までの間で
分岐を有しない単一流路として形成される。同様に、流
路462cの両端にも、流路462cと整合する位置に
孔が形成されていないセル20aおよびセル20dが配
置されているので、流路462cは、セル20aと冷却
部材30とで形成する通路38からセル20cと冷却部
材30とで形成する通路38までの間で分岐を有しない
単一流路として形成される。
The flow paths 462a and 462c are connected by a passage 38 formed by the cooling member 30 and the cell 20a and a passage 38 formed by the cooling member 30 and the cell 20c. Since the cells 20b and the cells 20c having no holes formed at positions matching the flow path 462a are arranged at both ends of the flow path 462a, the flow path 462a forms a passage formed by the cell 20a and the cooling member 30. It is formed as a single flow path having no branch from 38 to the passage 38 formed by the cell 20c and the cooling member 30. Similarly, since the cells 20a and the cells 20d having no holes formed therein are arranged at both ends of the flow path 462c at positions matching with the flow path 462c, the flow path 462c includes the cell 20a and the cooling member 30. A single passage having no branch is formed between the passage 38 formed and the passage 38 formed by the cell 20c and the cooling member 30.

【0046】したがって、流路462a,流路462c
および通路38により積層体412に葛折状の冷却媒体
の流路を形成する。また、積層体412の一端に位置す
る流路462aはパイプ72aによりポンプ70aおよ
び冷却媒体槽(図示せず)に接続され、積層体412の
他端に位置する流路462cはパイプ72cにより熱交
換器(図示せず)および冷却媒体槽に接続されることに
より、冷却媒体の循環する流路を形成する。
Therefore, the flow paths 462a and 462c
And the passage 38 forms a folded flow path of the cooling medium in the stacked body 412. The flow passage 462a located at one end of the laminated body 412 is connected to the pump 70a and the cooling medium tank (not shown) by the pipe 72a, and the flow passage 462c located at the other end of the laminated body 412 is heat-exchanged by the pipe 72c. By connecting to a container (not shown) and a cooling medium tank, a flow path for circulating the cooling medium is formed.

【0047】同様に、ポンプ72d,パイプ72d,流
路462d,通路48,流路462b,パイプ72b,
熱交換器(図示せず),冷却媒体槽により、もう1つの
冷却媒体の循環する流路を形成する。
Similarly, the pump 72d, the pipe 72d, the flow passage 462d, the passage 48, the flow passage 462b, the pipe 72b,
A heat exchanger (not shown) and a cooling medium tank form another circulation channel for the cooling medium.

【0048】こうして構成された燃料電池410も、燃
料ガス供給装置(図示せず)から酸素含有ガスおよび水
素ガスがセル20a等の酸素ガス流路27bおよび水素
ガス流路28bに供給されることによりカソード25お
よびアノード26で上述した式の電気化学反応が行なわ
れ、化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。
In the fuel cell 410 thus constructed, the oxygen-containing gas and the hydrogen gas are supplied from the fuel gas supply device (not shown) to the oxygen gas passage 27b and the hydrogen gas passage 28b of the cell 20a or the like. An electrochemical reaction of the above formula takes place at the cathode 25 and the anode 26, converting chemical energy directly into electrical energy.

【0049】また、この電気化学反応に伴う反応熱等に
よる燃料電池410の温度上昇は、次のように冷却媒体
が流されて冷却されることにより押さえられる。図11
(b)に示すように、冷却媒体槽からポンプ70aによ
り加圧された冷却媒体は、パイプ72aに続く流路46
2a,通路38および流路462cにより形成される葛
折状の流路を通ることによりセル20a等を冷却し、パ
イプ72cを通って熱交換器により熱交換をした後、冷
却媒体槽に戻る。一方、冷却媒体槽からポンプ70dに
より加圧された冷却媒体は、パイプ72dに続く流路4
62d,通路48および流路462bにより形成される
葛折状の流路を通ることによりセル20c等を冷却し、
パイプ72dを通って熱交換器により熱交換をした後、
冷却媒体槽に戻る。したがって、積層体412に形成さ
れた2系統の冷却媒体の流路には、冷却媒体が、積層方
向に沿って互いに逆向きに流れて燃料電池410を冷却
する。
Further, the temperature rise of the fuel cell 410 due to the reaction heat and the like accompanying this electrochemical reaction is suppressed by the cooling medium flowing and being cooled as follows. Figure 11
As shown in (b), the cooling medium pressurized by the pump 70a from the cooling medium tank is the flow path 46 continuing to the pipe 72a.
The cells 20a and the like are cooled by passing through the folded flow path formed by 2a, the passage 38, and the flow path 462c, and after passing through the pipe 72c and undergoing heat exchange by the heat exchanger, return to the cooling medium tank. On the other hand, the cooling medium pressurized from the cooling medium tank by the pump 70d is the flow path 4 following the pipe 72d.
The cells 20c and the like are cooled by passing through a zigzag flow passage formed by 62d, the passage 48 and the flow passage 462b.
After exchanging heat with the heat exchanger through the pipe 72d,
Return to the cooling medium tank. Therefore, in the two channels of the cooling medium formed in the stacked body 412, the cooling media flow in directions opposite to each other along the stacking direction to cool the fuel cell 410.

【0050】以上説明した燃料電池410では、積層体
412に形成された2系統の冷却媒体の流路に、冷却媒
体を、積層方向に沿って互いに逆向きとし、冷却部材3
0と冷却部材40を交互に配置したので、積層体412
を構成するセル20a等間の積層方向の温度差を小さく
することができる。この結果、発電効率の高い状態のセ
ルを多くすることができ、燃料電池全体の発電効率を高
くすることができる。また、セル20a等に設けた孔2
2a等,冷却部材30,40の四隅に設けた32a,4
2a等により冷却媒体の流路を形成したので、冷却媒体
の流路を形成するための新たな部材はなく、構造をシン
プルなものとすることができ、小型化できる。
In the fuel cell 410 described above, the cooling mediums are made to flow in the two channels of the cooling medium formed in the laminated body 412 so as to be opposite to each other in the laminating direction.
0 and the cooling member 40 are alternately arranged, the laminated body 412
It is possible to reduce the temperature difference in the stacking direction between the cells 20a and the like configuring the above. As a result, it is possible to increase the number of cells having a high power generation efficiency and increase the power generation efficiency of the entire fuel cell. In addition, the holes 2 provided in the cell 20a or the like
2a, 32a, 4 provided at the four corners of the cooling member 30, 40
Since the cooling medium flow path is formed by 2a or the like, there is no new member for forming the cooling medium flow path, and the structure can be simplified and downsized.

【0051】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、例えば、冷却媒体の通路が冷却部材の内部に形成さ
れている構成や、冷却部材の積層する面に複数の凸部を
設けセル20とで形成される空間を冷却媒体の通路とす
る構成、セル20と冷却部材とを一体成形する構成等、
本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態
様で実施し得ることは勿論である。
The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to such an embodiment. For example, a structure in which a passage for a cooling medium is formed inside a cooling member, or a plurality of convex portions provided on a surface on which the cooling member is laminated are provided as cells 20. A structure in which the space formed by is used as a passage for the cooling medium, a structure in which the cells 20 and the cooling member are integrally molded,
Needless to say, the present invention can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃料電池で
は、積層体の積層方向に沿って少なくとも2つの冷却媒
体流路を設け、この2つの冷却媒体流路に冷却媒体を逆
向きに流したので、積層体の積層方向に沿った温度差を
小さくすることができるという優れた効果を奏する。こ
の結果、発電効率の高い状態のセルを多くすることがで
き、燃料電池全体としての発電効率を高くすることがで
きる。また、セル,冷却部材の略同一箇所に貫通孔を設
け、このセル冷却部材を積層して冷却媒体流路を形成し
てなる燃料電池とすれば、積層体の外側に冷却媒体流路
がないので、燃料電池を小型化することができる。
As described above, in the fuel cell of the present invention, at least two cooling medium passages are provided along the stacking direction of the laminated body, and the cooling medium flows in the two cooling medium passages in opposite directions. Therefore, the excellent effect that the temperature difference along the stacking direction of the stacked body can be reduced is achieved. As a result, the number of cells with high power generation efficiency can be increased, and the power generation efficiency of the fuel cell as a whole can be increased. Further, when a fuel cell is provided in which through holes are provided at substantially the same positions of the cells and the cooling member and the cell cooling members are stacked to form the cooling medium flow path, there is no cooling medium flow path outside the stacked body. Therefore, the fuel cell can be downsized.

【0053】本発明の燃料電池用冷却部材では、積層し
た際に、所定形状の少なくとも4つの孔を冷却媒体の流
路とすることができる。この孔のうち2つの孔を冷却媒
体の通路で連絡するので、4つの冷却媒体の流路で2系
統の冷却媒体の流路を形成することができる。
In the fuel cell cooling member of the present invention, when laminated, at least four holes having a predetermined shape can be used as the flow path of the cooling medium. Since two of these holes are connected by the passage of the cooling medium, the channels of the cooling medium of two systems can be formed by the passages of the four cooling media.

【0054】燃料電池用冷却部材を、前記4つの孔が、
冷却部材の回転,反転等の置き換えによっても重ね合わ
せ可能な位置に設けた構成、例えば、その積層する面を
矩形形状に形成し、4つの孔を矩形形状の四隅から所定
の位置に設ければ、冷却部材を回転,反転等置き換えて
積層することにより、4つの冷却媒体の流路のうち2つ
を連絡する二組の流路を形成することができる。この結
果、二組の流路を形成するのに一種類の冷却部材でよい
ので、燃料電池を構成する部材数を少なくすることがで
きる。
In the fuel cell cooling member, the four holes are
A configuration in which the cooling member is provided at a position where it can be overlapped by replacement such as rotation and reversal, for example, by forming the stacking surface in a rectangular shape and providing four holes at predetermined positions from the four corners of the rectangular shape. By laminating the cooling members by rotating, reversing, etc., it is possible to form two sets of channels that connect two of the four channels of the cooling medium. As a result, since only one type of cooling member is required to form the two sets of flow paths, it is possible to reduce the number of members constituting the fuel cell.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例である燃料電池10の概略を
例示した外観斜視図である。
FIG. 1 is an external perspective view schematically illustrating a fuel cell 10 that is an embodiment of the present invention.

【図2】セル20の概略を例示した外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view illustrating the outline of a cell 20.

【図3】冷却部材30および冷却部材40の外観を例示
した斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view illustrating the appearance of a cooling member 30 and a cooling member 40.

【図4】エンドプレート50aおよびエンドプレート5
0bの外観を例示する斜視図である。
FIG. 4 is an end plate 50a and an end plate 5.
It is a perspective view which illustrates the external appearance of 0b.

【図5】冷却媒体の流れを模式的に例示した説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically illustrating the flow of a cooling medium.

【図6】積層体12の端に位置するセル20と他のセル
20との温度差と両セルの距離との関係を例示したグラ
フである。
FIG. 6 is a graph exemplifying the relationship between the temperature difference between the cell 20 located at the end of the laminated body 12 and another cell 20 and the distance between both cells.

【図7】冷却部材130および冷却部材140の外観を
例示する斜視図である。
7 is a perspective view illustrating the appearance of cooling members 130 and 140. FIG.

【図8】冷却部材230の外観を例示する斜視図であ
る。
FIG. 8 is a perspective view illustrating the appearance of a cooling member 230.

【図9】冷却部材330および冷却部材340の外観を
例示した斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view illustrating the appearance of cooling members 330 and 340.

【図10】燃料電池410の冷却媒体の流れを模式的に
例示した説明図である。
FIG. 10 is an explanatory view schematically illustrating the flow of a cooling medium of the fuel cell 410.

【図11】第2実施例の燃料電池410の積層構造を例
示した説明図である。
FIG. 11 is an explanatory view illustrating a laminated structure of a fuel cell 410 according to a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,410…燃料電池 12,412…積層体 20,20a,20b,20c,20d…セル 22a,22b,22c,22d…孔 23…電解質膜 25…陽極 26…陰極 27,28…集電極 27a,28a…リブ 27b…酸素ガス流路 28b…水素ガス流路 29…セパレータ 30,40…冷却部材 32a,32b,32c,32d…孔 34,44…溝 38,48…通路 42a,42b,42c,42d…孔 50a,50b…エンドプレート 52a,52b,52c,52d…孔 62a,62b,62c,62d…流路 70a,70b…ポンプ 72a,72b,72c,72d…パイプ 130,140…冷却部材 132a,132b,132c,132d…孔 142a,142b,142c,142d…孔 134,144…溝 162a,162b,162c,162d…流路 230…冷却部材 232a,232b,232c,232d…孔 234,236…溝 262a,262c…流路 330,340…冷却部材 332a,332b,332c,332d…孔 333,343…リブ 334,344…溝 338,348…通路 342a,342b,342c,342d…孔 362a,362b,362c,362d…流路 462a,462b,462c,462d…流路 10,410 ... Fuel cell 12, 412 ... laminated body 20, 20a, 20b, 20c, 20d ... Cell 22a, 22b, 22c, 22d ... holes 23 ... Electrolyte membrane 25 ... Anode 26 ... Cathode 27, 28 ... Collection electrode 27a, 28a ... Ribs 27b ... Oxygen gas flow path 28b ... Hydrogen gas flow path 29 ... Separator 30, 40 ... Cooling member 32a, 32b, 32c, 32d ... Hole 34, 44 ... Groove 38, 48 ... Passage 42a, 42b, 42c, 42d ... Hole 50a, 50b ... End plate 52a, 52b, 52c, 52d ... Hole 62a, 62b, 62c, 62d ... Flow path 70a, 70b ... Pump 72a, 72b, 72c, 72d ... Pipe 130, 140 ... Cooling member 132a, 132b, 132c, 132d ... hole 142a, 142b, 142c, 142d ... Holes 134, 144 ... Groove 162a, 162b, 162c, 162d ... Flow path 230 ... Cooling member 232a, 232b, 232c, 232d ... holes 234, 236 ... Groove 262a, 262c ... Channel 330, 340 ... Cooling member 332a, 332b, 332c, 332d ... Hole 333, 343 ... Ribs 334, 344 ... Groove 338, 348 ... Passage 342a, 342b, 342c, 342d ... holes 362a, 362b, 362c, 362d ... Channel 462a, 462b, 462c, 462d ... Channel

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電解質と2つの電極とにより単位電池を
なすセルと、該セルの間に配置され冷却媒体の通路を形
成する冷却部材とを複数積層した積層体を有する燃料電
池において、 前記冷却部材における前記通路に前記冷却媒体を供給す
る少なくとも2つの冷却媒体流路を前記積層体内部にそ
の積層方向に沿って設け、 該積層方向に沿って設けられた2つの冷却媒体流路にお
ける前記冷却媒体の流向を逆向きとしたことを特徴とす
る燃料電池。
1. A fuel cell comprising a stack of a plurality of cells, each of which is a unit cell composed of an electrolyte and two electrodes, and a cooling member arranged between the cells to form a passage for a cooling medium. the passage provided along said at least two cooling medium flow passage for supplying the cooling medium to the stacking direction of its <br/> inside the laminate in member, the two cooling medium provided along the stacking direction you in the flow path
The fuel cell is characterized in that the flow direction of the cooling medium is reversed.
【請求項2】 前記セルおよび前記冷却部材の略同一箇
所に貫通孔を設け、 該セルおよび該冷却部材を積層したとき、該貫通孔が前
記冷却媒体流路を形成してなる請求項1記載の燃料電
池。
Wherein a through hole is formed in a substantially same position of the cell and before Symbol cooling member, when stacking the cell and the cooling member, wherein the through hole is formed by forming the cooling medium channel The fuel cell according to item 1.
【請求項3】 前記各冷却媒体流路は、該冷却媒体流路
と前記冷却部材内部の前記通路とが、前記積層体におけ
る前記冷却媒体の入口から出口まで単一流路となるよ
う、前記通路と連通された請求項1記載の燃料電池。
3. The cooling medium flow paths are each cooling medium flow path.
And the passage inside the cooling member form a single flow path from the inlet to the outlet of the cooling medium in the laminate .
The fuel cell according to claim 1 , wherein the fuel cell communicates with the passage .
【請求項4】 前記積層体は、前記2つの冷却媒体流路
のうちの一方から前記冷却媒体の供給を受ける冷却部材
と、前記2つの冷却媒体流路のうちの他方から前記冷却
媒体の供給を受ける冷却部材とを交互に配置してなる請
求項1ないし3いずれか記載の燃料電池。
4. The cooling member, wherein the laminated body receives the cooling medium supplied from one of the two cooling medium flow paths, and the cooling medium supplied from the other of the two cooling medium flow paths. The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooling members for receiving the heat are alternately arranged.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の燃
料電池において、 前記冷却部材には、 積層した際、積層方向に沿った前記
冷却媒体の流路をなす所定形状の孔を少なくとも4つ設
け、 該孔のうち少なくとも2つの孔を前記冷却媒体の前記通
路で連通したことを特徴とする燃料電池。
5. The fuel according to any one of claims 1 to 4.
In the battery, the cooling member is provided with at least four holes each having a predetermined shape and forming a flow path of the cooling medium along the stacking direction when stacked, and at least two of the holes are provided in the cooling medium. fuel cells, characterized in that communicating with said passage.
【請求項6】 前記4つの孔が、冷却部材の回転または
転の置き換えによっても重ね合わせ可能な位置に設け
られた請求項5記載の燃料電池。
Wherein said four holes, rotating or <br/> fuel cell according to claim 5, wherein provided in a position that can not be superimposed by the replacement of the inversion of the cooling member.
【請求項7】 前記冷却部材は、その積層する面が矩形
形状に形成され、前記4つの孔が前記矩形形状の四隅の
各々に設けられた請求項5記載の燃料電池。
Wherein said cooling member, the surface of the laminate is formed in a rectangular shape, the four holes of the four corners of the rectangular shape
Fuel cells according to claim 5, wherein provided in each.
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