JP3537911B2 - 固体高分子電解質膜型燃料電池およびその制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質膜型
燃料電池およびその制御方法に関し、一層詳細には、水
平方向に沿って多数の燃料電池セルが積層されて構成さ
れる燃料電池であって、それぞれの燃料電池セルの垂直
方向において可及的に温度分布を少なくし、これによっ
て安定した発電機能を達成することができるようにした
固体高分子電解質膜型燃料電池およびその制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】固体高分子電解質膜型燃料電池は、高分
子イオン交換膜からなる電解質膜と、この電解質膜の両
側にそれぞれ配置される触媒電極および多孔質カーボン
電極とからなる単位セルを複数個積層して構成される。
この種の燃料電池において、アノード側に供給された水
素は、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿され
た電解質膜を介して多孔質カーボンからなるカソード電
極側へと移動する。カソード電極には、酸化剤ガス、例
えば、酸素ガスあるいは空気が供給されているために、
このカソード電極において、前記水素イオンと酸素とが
反応して水が生成され、一方、その間に生じた電子が、
外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用
されるに至る。特開平６−２０７１３号公報は、この種
の燃料電池を開示している。この従来技術では、固体高
分子電解質膜に十分に高い発電機能を発揮させるべく、
加湿用の水を供給する際、燃料電池の運転条件によって
水分がセパレータの表面にドレンとなってしまうことに
着目し、セパレータにある燃料ガス供給用溝および酸化
剤ガス供給用溝を平行流とするとともに、その流れ方向
を重力方向の下方へ指向してドレンとして排出する構造
を採用したものである。

【０００３】すなわち、この種の固体高分子電解質膜型
燃料電池では、作動温度が比較的に低いために、燃料ガ
スと酸化剤ガスとが反応することによって生成された反
応生成水や、固体高分子電解質膜を加湿するために燃料
ガスあるいは酸化剤ガスに加えられる水分によってセパ
レータの流路内で水の凝集結露が引き起こされ、これが
燃料ガス供給流路あるいは酸化剤ガス供給流路を閉塞状
態に至らしめ、燃料電池としての性能が低下する傾向が
あった。

【０００４】しかも、図１２に示すように、燃料電池セ
ル２を、多数、その重力方向に沿うように積層して燃料
電池４を構成すると、加湿された燃料ガスあるいは酸化
剤ガスの流れの方向が変わる部位（例えば、部位６ａま
たは６ｂ）で水滴が溜まることになり、この部位６ａ若
しくは６ｂを含む燃料電池セル２に隣接する燃料電池セ
ル２の発電性能が他の燃料電池セル２に比べ著しく低下
する現象が見られた。

【０００５】また、他の燃料電池セル２においても、重
力方向と直交する方向でかつ平行に燃料ガスおよび酸化
剤ガスが流れるため、凝集した水、若しくは結露によっ
て生じた水がその一部に溜まり易い状態にあり、この結
果、各燃料電池セル間においても発生する電圧にばらつ
きが生じ、さらに、この種のガス流路中の水が一時的に
排水されることによって、燃料電池セルにおける電圧の
発生にばらつきが生ずるという事態を避けることができ
なかった。

【０００６】前記の特開平６−２０７１３号公報に開示
されている燃料電池の構成では、固体高分子電解質膜や
アノード側電極、カソード側電極に沿って燃料ガス、酸
化剤ガスを重力方向に平行に流し、これに直交して冷却
水を流す構成を採用しているが、この構成では、水分の
凝縮、結露等の発生、消滅という状態で惹起する可能性
のある発生電圧の不安定性に起因する欠点は回避するこ
とができるものの、燃料電池セル２の出口側での温度上
昇によって一時的に電流密度が上昇する事態に至ること
が確認されている。

【０００７】すなわち、図１３に示すように、アノード
側電極８とカソード側電極１０とによって挟持されてい
る固体高分子電解質膜１２に対して水素ガスの如き燃料
ガスと酸素ガスの如き酸化剤ガスとをその冷却水の流れ
と直交して流したとすると、燃料電池セル２の上流側に
対して下流側の温度が大きくなる現象が確認されてい
る。この場合、特に、冷却水の入口側よりも出口側の方
が燃料電池セル２の温度分布が高くなる。一方、固体高
分子電解質膜１２に対して、燃料ガスと酸化剤ガスとを
その冷却水の流れ方向と平行に流した場合であっても同
様の現象が惹起する。これを図１４に示す。この場合、
燃料電池セル２の下部の温度がその上部の温度よりも相
当高くなる。このような現象はカソード側電極１０とア
ノード側電極８において、発熱反応によって生じた熱が
ガスと熱交換されるとともに、接触抵抗等に起因する熱
がガスと熱交換され、燃料電池セル２の出口側にかけて
ガス温度が徐々に上昇し、そのガスによって電極自体が
加熱されるに至ることを示している。この結果、単一の
燃料電池セル２においても、ガスの上流側と下流側とで
は温度分布が発生することになり、この燃料電池セル２
によって得られる電圧にも分布が存在することになる。
従って、燃料電池セル２から得られる出力電圧が安定化
しなくなり、しかも、燃料電池セル２自体の寿命を短縮
するという欠点が露呈する。特に、この種の温度分布が
生じる燃料電池セル２からなる燃料電池４を自動車の動
力源として用いると、走行の際に制御が複雑となるとい
う欠点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の種々
の不都合を克服するためになされたものであって、固体
高分子電解質膜を用いた燃料電池セルを多数積層して燃
料電池を構成する際、それぞれの燃料電池セルの出力電
圧が安定化され、しかも、燃料電池セル自体の寿命を長
くすることができるとともに、さらに、簡単な構成で廉
価に製造することが可能な固体高分子電解質膜型燃料電
池およびその製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、固体高分子電解質膜を挟んでアノード
側電極とカソード側電極とを対設し、セパレータによっ
て挟持するように構成した燃料電池セルを水平方向に多
数積層してなる固体高分子電解質膜型燃料電池の制御方
法において、第１のセパレータとアノード側電極との間
および第２のセパレータとカソード側電極との間に、重
力方向に沿って燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給し、一
方、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとの
間に、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの流れ方向と
反対方向から冷却用媒体を送り込むことにより、前記燃
料電池セルの上下の温度分布を小さくさせることを特徴
とする。

【００１０】また、本発明は、固体高分子電解質膜を挟
んでアノード側電極とカソード側電極とを対設し、セパ
レータによって挟持するように構成した燃料電池セルを
水平方向に多数積層してなる固体高分子電解質膜型燃料
電池において、 第１のセパレータと前記アノード側電極
との間に設けられ、重力方向に沿って燃料ガスを供給す
る燃料ガス用通路と、 第２のセパレータと前記カソード
側電極との間に設けられ、重力方向に沿って酸化剤ガス
を供給する酸化剤ガス用通路と、 前記第１のセパレータ
と前記第２のセパレータとの間に設けられ、前記燃料ガ
スおよび前記酸化剤ガスの流れ方向と反対方向から冷却
用媒体を供給することにより、前記燃料電池セルの上下
の温度分布を小さくさせるための冷却媒体用通路と、 を
備えることを特徴とする。

【００１１】

【作用】燃料電池セルに重力方向に沿って燃料ガス、酸
化剤ガスを流すとともに、これとは反対方向から、すな
わち、重力に逆らって冷却用媒体、例えば、冷却水をそ
れぞれの燃料電池セルを構成するセパレータに流すため
に、特に、個々の燃料電池セルの垂直方向下側で発生す
る熱が冷却能力の優れた状態の冷却用媒体で冷却され
る。これによって、燃料電池セルの上側と下側との間で
の温度分布を可及的に少なくすることが可能となる。こ
の結果、個々の燃料電池セルにおける出力電圧がそれぞ
れ安定化するとともに、温度分布が少ないため、燃料電
池セル自体の寿命を著しく延ばすことができる。

【００１２】

【実施例】本発明に係る固体高分子電解質膜型燃料電池
の制御方法について、それを実施するための装置との関
係で実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細
に説明する。

【００１３】図１および図２に示すように、本発明に係
る固体高分子電解質膜型燃料電池は、基本的には、燃料
電池セル２０を水平方向に多数積層して構成される。該
燃料電池セル２０は、固体高分子電解質膜２２を挟んで
アノード側電極２６とカソード側電極２４とから構成さ
れるセル本体２８を含む。当該セル本体２８の構成につ
いては、例えば、国際公表公報Ｗ０９４−１５３７７号
に詳細な記載があり、本発明では、これを援用する。こ
の場合、図１では固体高分子電解質膜２２とアノード側
電極２６とカソード側電極２４とはそれぞれ分離構成さ
れているが、これらを一体構成としてもよいことは言う
までもない。

【００１４】そこで、図３に示すように、前記電解質膜
２２には水素等の燃料ガスを１つの方向へと通過させる
ための長円状の孔部２２ａと、冷却水を通過させるため
の孔部２２ｂと、酸化剤ガス、例えば、酸素ガスを通過
させるための孔部２２ｃとがその上部側に設けられ、一
方、前記電解質膜２２の下部側には燃料ガスを通過させ
るための孔部２２ｄ、冷却水を通過させるための孔部２
２ｅ、さらに、酸化剤ガスを通過させるための孔部２２
ｆが設けられている。

【００１５】このように構成されるセル本体２８の両側
に第１ガスケット３０と第２ガスケット３２とが設けら
れる。第１ガスケット３０は、カソード側電極２４を収
納するための大きな開口部３４を有し、一方、第２ガス
ケット３２にはアノード側電極２６を収納するための開
口部３６が画成されている。なお、第１ガスケット３
０、第２ガスケット３２にも同様に、燃料ガスを通過さ
せるための孔部３０ａ、３０ｄ、３２ａ、３２ｄ、冷却
水を通過させるための孔部３０ｂ、３０ｅ、３２ｂ、３
２ｅ、酸化剤ガスを通過させるための孔部３０ｃ、３０
ｆ、３２ｃ、３２ｆがそれぞれ上端部と下端部に設けら
れている（図４参照）。なお、第１と第２のガスケット
３０、３２の側部に設けられている長円は、ガスケット
３０、３２の重量を低減させるための孔部である。

【００１６】次に、前記第１ガスケット３０、第２ガス
ケット３２が当接するとともに、その一部にアノード側
電極２６、カソード側電極２４を収納する孔部が画成さ
れたセパレータ４０について説明する。

【００１７】セパレータ４０は、基本的には、第１マニ
ホールド板４２と、この第１マニホールド板４２に当接
する第１面圧発生板４４と、前記第１面圧発生板４４と
第２面圧発生板４６との間で挟持されるセパレータ本体
４８と、前記第２面圧発生板４６に当接する第２マニホ
ールド板５０とから構成される。第１マニホールド板４
２を図５に示す。

【００１８】前記第１マニホールド板４２は、基本的に
矩形状の平板で構成される。その右上隅角部に燃料ガス
を供給するための燃料ガス供給用凹部４２ａが設けら
れ、それに隣接して冷却水を排出するための冷却水排出
用孔部４２ｂが設けられている。さらにまた、第１マニ
ホールド板４２の左上隅角部には酸化剤ガスを供給する
ための酸化剤ガス供給用孔部４２ｃが設けられる。この
第１マニホールド板４２の左下隅角部には燃料ガスを排
出するための燃料ガス排出用凹部４２ｄが設けられ、ま
た、この燃料ガス排出用凹部４２ｄに隣接して冷却水供
給用孔部４２ｅが設けられる。そして、右下隅角部には
酸化剤ガス排出用孔部４２ｆが設けられる。なお、この
場合、前記燃料ガス供給用凹部４２ａと燃料ガス排出用
凹部４２ｄとは開口部４３によって連通状態にある。一
方、前記第１マニホールド板４２の両側部にあって垂直
方向へ延在する長円状の孔部は該第１マニホールド板４
２の重量軽減用のものであり、真円状の孔部は積層時に
スタッド等を挿通するために用いられる。

【００１９】この場合、図６に示すように、第１マニホ
ールド板４２と第２マニホールド板５０とは基本的に対
称に構成されている。従って、第２マニホールド板５０
についてはその詳細な説明を省略するが、ここで、参照
符号５０ａは燃料ガス供給用孔部を示し、参照符号５０
ｂは冷却水排出用孔部を示し、参照符号５０ｃは酸化剤
ガス供給用凹部を示す。さらに、参照符号５０ｄは燃料
ガス排出用孔部を示し、参照符号５０ｅは冷却水供給用
孔部を、そして、参照符号５０ｆは酸化剤ガス排出用凹
部を示す。前記酸化剤ガス供給用凹部５０ｃと酸化剤ガ
ス排出用凹部５０ｆは開口部５２によって連通状態にあ
る。

【００２０】以上のように構成される第１マニホールド
板４２に当接する第１面圧発生板４４について、図７を
参照しながら説明する。なお、第２面圧発生板４６はこ
の第１面圧発生板４４と実質的に同一であることから、
その詳細な説明を省略する。

【００２１】図から容易に諒解される通り、この第１面
圧発生板４４は、カーボンや金属等の導電性材料で構成
された平板からなり、その右上隅角部には前記燃料ガス
供給用凹部４２ａと連通する燃料ガス供給用連通孔４４
ａが設けられ、これに隣接して冷却水排出用孔部４２ｂ
と連通する冷却水排出用連通孔４４ｂが画成されてい
る。さらに、この第１面圧発生板４４の左上隅角部には
酸化剤ガス供給用孔部４２ｃに連通する酸化剤ガス供給
用連通孔４４ｃが設けられている。さらにまた、前記第
１面圧発生板４４の左下隅角部には第１マニホールド板
４２の燃料ガス排出用凹部４２ｄと連通する燃料ガス排
出用連通孔４４ｄが、そして、この連通孔４４ｄに近接
して冷却水供給用孔部４２ｅに連通する冷却水供給用連
通孔４４ｅが、またさらに、右下隅角部には酸化剤ガス
排出用孔部４２ｆに連通する酸化剤ガス排出用連通孔４
４ｆが設けられている。前記第１面圧発生板４４に画成
されている残余の長円状の孔部は、その重量軽減のため
のものであり、また、真円状の孔部は、燃料電池セル２
０を積層緊締する際のスタッド挿通用として用いられ
る。

【００２２】図８に、後述するセパレータ板を介して前
記第１マニホールド板４２と第２マニホールド板５０と
の間に挟持される第３のマニホールド板、すなわち、セ
パレータ本体４８を示す。このセパレータ本体４８は、
冷却水を供給して、セル本体２８を冷却するためのもの
である。比較的厚めのセパレータ本体４８は、カーボン
材や金属板等の導電性材料で構成され、凹部４２ａ、連
通孔４４ａと連通する燃料ガス供給用孔部４８ａをその
右上隅角部に有する。冷却水排出用孔部４２ｂ、連通孔
４４ｂに連通する冷却水排出用凹部４８ｂが前記孔部４
８ａに隣接し、かつこのセパレータ本体４８の略中央上
部に設けられるとともに、左上隅角部には酸化剤ガス供
給用孔部４２ｃ、連通孔４４ｃに連通する酸化剤供給用
孔部４８ｃが設けられる。そして、左下隅角部には燃料
ガス排出用凹部４２ｄ、連通孔４４ｄに連通する孔部４
８ｄが設けられ、図において、冷却水排出用凹部４８ｂ
の直下に冷却水供給用凹部４８ｅが設けられている。さ
らに、右下隅角部には、酸化剤ガス排出用孔部４８ｆが
設けられる。なお、凹部４８ｂと凹部４８ｅは大きく画
成された開口部６２によって連通状態にある。

【００２３】ここで、セパレータ本体４８の開口部６２
に冷却水整流板７０、７２が嵌合固定される。冷却水整
流板７０、７２を合わせると前記セパレータ本体４８の
厚さと略同じ厚さになる。冷却水整流板７０は、図にお
いて、垂直方向へと延在する複数本の並列な溝７０ａを
有し、同様に、冷却水整流板７２も平行な溝７２ａを複
数本並設して有している。従って、これら冷却水整流板
７０、７２を合わせると、その溝７０ａ、７２ａはそれ
ぞれ大きな冷却水整流用通路を互いに画成することにな
り、それぞれの冷却水整流用通路は前記凹部４８ｂ、４
８ｅと連通状態を確保する。

【００２４】図１、図２および図９から諒解されるよう
に、第１マニホールド板４２の開口部４３に燃料ガス用
整流板（第１のセパレータ）８０が嵌合される。前記燃
料ガス用整流板８０の一面は平坦に構成され、他面には
垂直方向へと延在する複数本の平行な溝８０ａを画成し
ている。この平行な溝８０ａによって燃料ガス供給用凹
部４２ａと燃料ガス排出用凹部４２ｄが連通する。一
方、第２マニホールド板５０の開口部５２に酸化剤ガス
用整流板（第２のセパレータ）８２が嵌合される。前記
酸化剤ガス用整流板８２の一面は平坦に構成され、他面
には垂直方向へと延在する複数本の平行な溝８２ａを画
成している。この平行な溝８２ａによって酸化剤ガス供
給用凹部５０ｃと酸化剤ガス排出用凹部５０ｆとが連通
する。なお、第１マニホールド板４２と燃料ガス用整流
板８０、第２マニホールド板５０と酸化剤ガス用整流板
８２の厚さは、実質的に同一である。

【００２５】このように構成されたセパレータ本体４８
を第１面圧発生板４４、第２面圧発生板４６で挟持し、
さらにこれらを第１マニホールド板４２、第２マニホー
ルド板５０で挟持する。第１マニホールド板４２には第
２ガスケット３２が当接し、第２マニホールド板５０に
は第１ガスケット３０が当接し、それぞれのガスケット
３０、３２の間に、前記のように、セル本体２８が挟持
され、積層された燃料電池セル２０が構成されるに至
る。この時、セル本体２８を構成する固体高分子電解質
膜２２の孔部２２ａと第１ガスケット３０の孔部３０
ａ、第２ガスケット３２の孔部３２ａ、第１マニホール
ド板４２の凹部４２ａ、セパレータ本体４８の孔部４８
ａおよび第２マニホールド板５０の孔部５０ａは、それ
ぞれ連通状態を確保し、以下、冷却水排出用孔部、冷却
水供給用孔部、酸化剤ガス供給用孔部、酸化剤ガス排出
用孔部もそれぞれ同様に連通状態を確保する。

【００２６】本発明に係る固体高分子電解質膜型燃料電
池の制御方法を実施する装置は以上のように構成される
ものであり、次にその作用について説明する。

【００２７】基本的に、多数の燃料電池セル２０は、互
いに積層されて燃料電池を構成するわけであるが、本発
明においては、積層された燃料電池セル２０は水平方向
へと配置される。そして、その起動にあたっては、好ま
しくは、水素ガスが燃料ガスとして第１マニホールド板
４２の凹部４２ａ、第１面圧発生板４４の連通孔４４
ａ、セパレータ本体４８の孔部４８ａ、第２面圧発生板
４６の連通孔４６ａ、第２マニホールド板５０の孔部５
０ａ、第１ガスケット３０の孔部３０ａ、固体高分子電
解質膜２２の孔部２２ａ、第２ガスケット３２の孔部３
２ａ、次段の第１マニホールド板４２の凹部４２ａの如
く通過する。その際、第１マニホールド板４２では燃料
ガスが凹部４２ａから整流板８０の溝８０ａを通り、凹
部４２ｄに到達する。前記凹部４２ｄの未反応ガスは、
第１マニホールド板４２の凹部４２ｄ、第１面圧発生板
４４の連通孔４４ｄ、セパレータ本体４８の孔部４８
ｄ、第２面圧発生板４６の連通孔４６ｄ、第２マニホー
ルド板５０の孔部５０ｄ、第１ガスケット３０の孔部３
０ｄ、固体高分子電解質膜２２の孔部２２ｄ、第２ガス
ケット３２の孔部３２ｄ、次段の第１マニホールド板４
２の凹部４２ｄの如く通過する。この間に、整流板８０
の溝８０ａを通過する燃料ガスは、アノード側電極２６
に到達する。

【００２８】一方、酸化剤ガスは第１マニホールド板４
２の孔部４２ｃ、第１面圧発生板４４の連通孔４４ｃ、
セパレータ本体４８の孔部４８ｃ、第２面圧発生板４６
の連通孔４６ｃ、第２マニホールド板５０の凹部５０
ｃ、第１ガスケット３０の孔部３０ｃ、固体高分子電解
質膜２２の孔部２２ｃ、第２ガスケット３２の孔部３２
ｃ、次段の第１マニホールド板４２の孔部４２ｃの如く
通過する。その際、第２マニホールド板５０では、酸化
剤ガスが凹部５０ｃから整流板８２の溝８２ａを通り、
凹部５０ｆに到達する。前記凹部５０ｆの酸化剤ガスは
第１マニホールド板４２の孔部４２ｆ、第１面圧発生板
４４の連通孔４４ｆ、セパレータ本体４８の孔部４８
ｆ、第２面圧発生板４６の連通孔４６ｆ、第２マニホー
ルド板５０の凹部５０ｆ、第１ガスケット３０の孔部３
０ｆ、固体高分子電解質膜２２の孔部２２ｆ、第２ガス
ケット３２の孔部３２ｆ、次段の第１マニホールド板４
２の孔部４２ｆの如く通過する。この間に、整流板８２
の溝８２ａを通過する酸化剤ガスはカソード側電極２４
に到達する。

【００２９】これに対して、冷却水は前記燃料ガス、酸
化剤ガスとは反対方向から供給される。すなわち、次段
の第１マニホールド板４２の孔部４２ｅを通過した冷却
水は、第２ガスケット３２の孔部３２ｅ、固体高分子電
解質膜２２の孔部２２ｅ、第１ガスケット３０の孔部３
０ｅ、第２マニホールド板５０の孔部５０ｅ、第２面圧
発生板４６の連通孔４６ｅ、セパレータ本体４８の凹部
４８ｅ、第１面圧発生板４４の連通孔４４ｅ、第１マニ
ホールド板４２の孔部４２ｅの如く通過する。この間
に、整流板７０と７２とが互いに接合されることによっ
て画成される冷却水整流用通路を下方から上方へと通過
する冷却水はセパレータ本体４８の凹部４８ｂに至る。
このように、上昇して前記凹部４８ｂに至った冷却水
は、第１面圧発生板４４の連通孔４４ｂ、第１マニホー
ルド板４２の孔部４２ｂ、第２ガスケット３２の孔部３
２ｂ、固体高分子電解質膜２２の孔部２２ｂ、第１ガス
ケット３０の孔部３０ｂ、第２マニホールド板５０の孔
部５０ｂ、第２面圧発生板４６の連通孔４６ｂの如く流
れる。

【００３０】すなわち、この実施例では、燃料ガスと酸
化剤ガスとが重力方向に沿って上から下へとそれぞれ流
れるとともに、冷却水はセパレータ本体４８の下から上
へと流れるに至る。結局、図１０に示すように、最も低
い温度の冷却水で燃料電池セル２０の最も温度の高くな
る部位を冷却する原理を採用し、冷却水はそのセパレー
タ本体４８に導入する際に十分な冷却能力を有している
地点で、通常、温度勾配が高くなる電解質膜２２の下部
を強制的に冷却する。従って、全体として温度分布のな
い状態で燃料電池セル２０が稼働されることになる。こ
の結果、全体的にセル面内の温度は下がり、冷却水の入
口付近に比べて出口付近での熱が取り去られ、その温度
は低下するに至るが、ガス出口側付近の熱で温められた
冷却水によってガス入口付近の燃料電池セル２０の温度
が上昇し、ガスの入口側と出口側付近の燃料電池セル２
０における温度差は実質的に小さくなる。よって、温度
分布が少ない状態で燃料電池セル２０の作動が可能とな
る。

【００３１】図１１に、本発明方法の別の実施例を示
す。前記の実施例では第１マニホールド板４２と整流板
８０とが分離構成され、同様に、第２マニホールド板５
０と整流板８２とが分離構成されている。しかしなが
ら、この実施例では、前記第１マニホールド板４２と整
流板８０、第２マニホールド板５０と整流板８２とを一
体形成して整流機構付マニホールド板９０としているた
め、製造が容易になり、かつ部品点数が少なくなる利点
がある。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、以上のように、水平方
向へと多数積層された燃料電池セルからなる燃料電池に
おいて、燃料ガス、酸化剤ガスを垂直方向下方へ、すな
わち、重力に沿った方向へと流し、一方、これを冷却す
るための冷却用媒体、例えば、水を重力に逆らう方向
で、すなわち、前記ガスの流れ方向と反対の方向から流
して、先ず、燃料電池セルにおけるガス出口側で冷却能
力の十分にある冷却媒体で一旦冷やすとともに、ガスの
入口付近、すなわち、燃料電池セルの上部では逆に燃料
電池セルを冷却する能力を落として制御している。この
結果、ガスの入口付近と出口付近での燃料電池セルにお
ける温度分布が小さくなり、結局、燃料電池セルを安定
化させた状態で駆動するとともに、燃料電池セルの寿命
を著しく向上させることができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の原理を説明する概略説明図であ
る。

【図２】本発明方法を実施するための燃料電池の分解斜
視説明図である。

【図３】本発明方法を実施するための燃料電池を構成す
る固体高分子電解質膜と電極の接合状態を示す正面図で
ある。

【図４】本発明方法を実施するための燃料電池を構成す
るガスケットの正面図である。

【図５】本発明方法を実施するための燃料電池を構成す
る第１マニホールド板の正面図である。

【図６】本発明方法を実施するための燃料電池を構成す
る第２マニホールド板の正面図である。

【図７】本発明方法を実施するための燃料電池を構成す
る面圧発生板の正面図である。

【図８】本発明方法を実施するための燃料電池を構成す
るセパレータ本体の正面図である。

【図９】本発明方法を実施するための燃料電池を構成す
る第１と第２のマニホールド板に組み込まれる整流板の
斜視図である。

【図１０】本発明方法によって燃料電池に温度分布がな
くなった状態を示す説明図である。

【図１１】本発明方法を実施するための燃料電池を構成
するマニホールド板と整流板とを一体的に形成した状態
の斜視説明図である。

【図１２】従来技術に係る燃料電池セルの積層状態を示
す概略説明図である。

【図１３】従来技術に係る燃料電池セルの配置状態と温
度分布との関係を示す斜視説明図である。

【図１４】従来技術に係る燃料電池セルの配置状態と温
度分布との関係を示す斜視説明図である。

【符号の説明】

２０…燃料電池セル ２２…固体高分子
電解質膜 ２４…カソード側電極 ２６…アノード側
電極 ２８…セル本体 ３０、３２…ガス
ケット ４０…セパレータ ４２、５０…マニ
ホールド板 ４４、４６…面圧発生板 ４８…セパレータ
本体 ７０、７２…冷却水整流板 ８０…燃料ガス用
整流板 ８２…酸化剤ガス用整流板 ９０…整流機構付
マニホールド板

フロントページの続き (72)発明者 山本 晃生 埼玉県和光市中央１−４−１ 株式会社 本田技術研究所内 (72)発明者 田中 一郎 埼玉県和光市中央１−４−１ 株式会社 本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平３−102774（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−68884（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−206157（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 8/02 H01M 8/24 H01M 8/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電
   極とカソード側電極とを対設し、セパレータによって挟
   持するように構成した燃料電池セルを水平方向に多数積
   層してなる固体高分子電解質膜型燃料電池の制御方法に
   おいて、第１のセパレータと アノード側電極との間および第２の
   セパレータとカソード側電極との間に、重力方向に沿っ
   て燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給し、一方、前記第１
   のセパレータと前記第２のセパレータとの間に、前記燃
   料ガスおよび前記酸化剤ガスの流れ方向と反対方向から
   冷却用媒体を送り込むことにより、前記燃料電池セルの
   上下の温度分布を小さくさせることを特徴とする固体高
   分子電解質膜型燃料電池の制御方法。
2. 【請求項２】固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電
   極とカソード側電極とを対設し、セパレータによって挟
   持するように構成した燃料電池セルを水平方向に多数積
   層してなる固体高分子電解質膜型燃料電池において、 第１のセパレータと前記アノード側電極との間に設けら
   れ、重力方向に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス用通
   路と、 第２のセパレータと前記カソード側電極との間に設けら
   れ、重力方向に沿って酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス
   用通路と、 前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとの間に
   設けられ、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの流れ方
   向と反対方向から冷却用媒体を供給することにより、前
   記燃料電池セルの上下の温度分布を小さくさせるための
   冷却媒体用通路と、 を備えることを特徴とする固体高分子電解質膜型燃料電
   池。