JP3914418B2

JP3914418B2 - Fuel cell stack

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Publication number: JP3914418B2
Application number: JP2001354349A
Authority: JP
Inventors: 義典割石; 英明菊池; 典昭尾棹; 優小田; 一郎馬場; 大介和知
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: JP2003157864A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体が、セパレータを介装して複数積層されたサブスタックを有し、少なくとも２個の前記サブスタックが積層される燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側に、それぞれ触媒電極と多孔質カーボンからなるアノード側電極およびカソード側電極を対設して構成される電解質膜（電解質）・電極構造体を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより構成される単位セルを備え、通常、この単位セルが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池スタックにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、触媒電極上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。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。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池スタックでは、例えば、車載用として使用する際には、比較的大きな出力が要求されている。このため、通常、多数個の単位セルを積層する構造等が採用されているが、積層個数が増加するのに伴って積層方向に温度分布が発生し易くなるとともに、電気化学反応により発生した生成水の排水性等が低下して所望の発電性能を得ることができないという不具合がある。
【０００５】
そこで、例えば、米国特許第５４７８６６２号公報に開示されている装置が知られている。この装置では、図１１に示すように、燃料電池ブロック１が第１セルグループ２、第２セルグループ３および第３セルグループ４に分割されるとともに、前記第１乃至第３セルグループ２、３および４が、反応ガス（例えば、燃料ガス）の供給方向（矢印α方向）に積層されている。第１乃至第３セルグループ２、３および４は、それぞれ所定数の単位セル５ａ、５ｂおよび５ｃを備えている。
【０００６】
燃料電池ブロック１には、ライン６を介して反応ガスが供給されており、この反応ガスは、まず、第１セルグループ２を構成する複数の単位セル５ａに並列的に供給される。次いで、第１セルグループ２から排出された反応ガスは、第２セルグループ３を構成する複数の単位セル５ｂに並列的に供給された後、前記第２セルグループ３から排出されて、第３セルグループ４を構成する複数の単位セル５ｃに並列的に供給される。これにより、生成水や不活性ガスを効果的に排出することができ、発電性能の向上を図るとともに、反応ガスの利用率の向上を図ることが可能になる、としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的な燃料電池スタックでは、配管作業の簡素化および設置自由度の向上等を図るため、前記燃料電池スタックの配管を該燃料電池スタックの同一面側に集約する構成が採用されている。そこで、燃料電池ブロック１に上記の構成を採用する場合、図１１に示すように、第３セルグループ４の反応ガス出口を、エンドプレート７に設けられたリターン流路８を介して排出流路９に連結する。このため、第３セルグループ４から排出される使用済みの反応ガスは、リターン流路８により流れ方向を反転させた後に、排出流路９を介して供給方向（矢印α方向）とは反対の排出方向（矢印β方向）に導かれることになる。
【０００８】
しかしながら、上記の従来技術では、燃料電池ブロック１全体の小型化を図るために、エンドプレート７の薄肉化およびリターン流路８の短尺化を行おうとすると、特に囲み部分Ｈでの反応ガスの圧損が相当に大きくなってしまうという問題が指摘されている。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、有効に小型化を図るとともに、反応ガスの圧損を低減することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池スタックでは、反応ガスの供給方向上流側に配置された上流側サブスタックの反応ガス出口側連通路と、前記反応ガスの供給方向下流側に配置された下流側サブスタックの反応ガス入口側連通路とを、直列に連通する反応ガス通路が設けられるとともに、使用済みの反応ガスを、前記下流側サブスタックから前記上流側サブスタックに向かって排出させる反応ガス排出流路を備えている。そして、下流側サブスタックの積層方向の同一面側では、上流側サブスタックの反応ガス出口側連通路から前記下流側サブスタックの反応ガス入口側連通路への反応ガスの供給と、前記下流側サブスタックの前記反応ガス出口側連通路から反応ガス排出流路への前記反応ガスの排出とが行われている。
【００１１】
このため、下流側サブスタックにおいて、反応ガス出口側連通路に排出された使用済みの反応ガスをリターン流路を介して排出流路に戻す構成に比べ、反応ガスの圧損が有効に削減される。しかも、エンドプレート内部にリターン流路を形成する必要がなく、前記エンドプレートの薄肉化を図るとともに、流路長を良好に短尺化することが可能になる。これにより、燃料電池スタック全体を容易に小型化し、省スペース化および組み付け作業性の向上が図られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の概略全体斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部分解斜視説明図である。
【００１３】
燃料電池スタック１０は、反応ガスである酸化剤ガスおよび燃料ガスの供給方向（矢印Ｘ方向）に配列される第１サブスタック１２、第２サブスタック１４および第３サブスタック１６を備え、前記第１乃至第３サブスタック１２、１４および１６間には中間プレート１８ａ、１８ｂが介装される。
【００１４】
第１乃至第３サブスタック１２、１４および１６は、同様に構成されており、それぞれ所定組数の単位セル２０を矢印Ａ方向に重ね合わせて構成されている。図３に示すように、単位セル２０は、電解質膜（電解質）・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１および第２セパレータ２４、２６とを備える。
【００１５】
電解質膜・電極構造体２２は、固体高分子電解質膜（電解質）２８と、前記電解質膜２８を挟んで配設されるアノード側電極３０およびカソード側電極３２とを有する。アノード側電極３０およびカソード側電極３２は、それぞれ触媒電極と多孔質カーボンとから構成されており、前記触媒電極が電解質膜２８側に対向している。
【００１６】
電解質膜・電極構造体２２のアノード側電極３０側に第１セパレータ２４が配設され、前記電解質膜・電極構造体２２のカソード側電極３２側に第２セパレータ２６が配設される。第１および第２セパレータ２４、２６は、金属製薄板またはカーボン製薄板により構成されている。
【００１７】
図３に示すように、電解質膜・電極構造体２２並びに第１および第２セパレータ２４、２６の長辺（矢印Ｃ方向）側の一端縁部には、単位セル２０の重ね合わせ方向（矢印Ａ方向）に互いに連通して、水素含有ガス等の燃料ガス（反応ガス）を通過させるための燃料ガス入口（反応ガス入口側連通路）３６ａと、冷却媒体を通過させるための冷却媒体出口３８ｂと、低加湿酸化剤ガス供給口（追加反応ガス供給口）４０と、酸素含有ガス等の酸化剤ガス（反応ガス）を通過させるための酸化剤ガス出口（反応ガス出口側連通路）４２ｂとが設けられる。
【００１８】
電解質膜・電極構造体２２並びに第１および第２セパレータ２４、２６の長辺側の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口（反応ガス入口側連通路）４２ａと、冷却媒体入口３８ａと、低加湿燃料ガス供給口（追加反応ガス供給口）４４と、燃料ガス出口（反応ガス出口側連通路）３６ｂとが設けられる。
【００１９】
低加湿酸化剤ガス供給口４０には、酸化剤ガス入口４２ａに供給される加湿された酸化剤ガスよりも低加湿の酸化剤ガスが供給される一方、低加湿燃料ガス供給口４４には、燃料ガス入口３６ａに供給される加湿された燃料ガスよりも低加湿の燃料ガスが供給される。
【００２０】
電解質膜・電極構造体２２並びに第１および第２セパレータ２４、２６の長辺側の下端縁部には、使用済みの酸化剤ガスを、供給方向（矢印Ｘ方向）とは反対の排出方向（矢印Ｙ方向）に向かって排出させる酸化剤ガス排出流路（反応ガス排出流路）４６と、使用済みの燃料ガスを矢印Ｙ方向に向かって排出させる燃料ガス排出流路（反応ガス排出流路）４８とが設けられる。
【００２１】
図３および図４に示すように、第１セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２側の面２４ａには、例えば、矢印Ｃ方向に延在する複数本の溝部からなる燃料ガス流路５０が設けられるとともに、この燃料ガス流路５０は、燃料ガス入口３６ａと燃料ガス出口３６ｂとに連通する。
【００２２】
第２セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２側の面２６ａには、酸化剤ガス入口４２ａと酸化剤ガス出口４２ｂとを連通する酸化剤ガス流路５２が形成される。この酸化剤ガス流路５２は、矢印Ｃ方向に延在する複数本の溝部を備える。第２セパレータ２６の面２６ｂには、冷却媒体入口３８ａと冷却媒体出口３８ｂとを連通する冷却媒体流路５４が形成される。この冷却媒体流路５４は、矢印Ｃ方向に延在する複数本の溝部を備える。
【００２３】
図２に示すように、中間プレート１８ａ、１８ｂは、第１流路プレート６０を備えるとともに、前記中間プレート１８ａ、１８ｂは、この第１流路プレート６０に積層される第２流路プレート６２を備える。第１流路プレート６０の一方の面６０ａには、図２および図５に示すように、燃料ガス出口３６ｂと、低加湿燃料ガス供給口４４と、燃料ガス入口３６ａとを連通する燃料ガス混合流路（反応ガス通路）６４が設けられる。この燃料ガス混合流路６４は、第１流路プレート６０の一方の面６０ａに沿って対角方向に延在する長尺状流路を構成するとともに、ガイド部６６を設けている。
【００２４】
第１流路プレート６０の他方の面６０ｂには、酸化剤ガス出口４２ｂと、低加湿酸化剤ガス供給口４０と、酸化剤ガス入口４２ａとを連通する酸化剤ガス混合流路（反応ガス通路）６８とが設けられる。この酸化剤ガス混合流路６８は、燃料ガス混合流路６４と交差するように、第１流路プレート６０の他方の面６０ｂに沿って対角方向に延在するとともに、ガイド部７０を設けている。
【００２５】
第２流路プレート６２は、図２および図６に示すように、第１流路プレート６０に対向する面とは反対の面６２ａに燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂに対応して凹部７２、７４が形成される。この凹部７２、７４は、溝状の連結流路７６、７８を介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６に連通する。
【００２６】
第１および第２サブスタック１２、１４は、同様に構成されており、前記第２サブスタック１４の酸化剤ガス入口４２ａおよび燃料ガス入口３６ａは、前記第１サブスタック１２の酸化剤ガス入口４２ａおよび燃料ガス入口３６ａと同一の位置に設けられている（図２参照）。第３サブスタック１６は、第１および第２サブスタック１２、１４と略同様に構成されているが、使用済みの酸化剤ガスおよび燃料ガスを矢印Ｙ方向に向かって排出させるための酸化剤ガス排出流路４６および燃料ガス排出流路４８を設けていない。
【００２７】
図１に示すように、上記のように構成される第１乃至第３サブスタック１２、１４および１６は、矢印Ａ方向に積層された状態で、その積層方向両端部にエンドプレート８０、８２が介装される。エンドプレート８０、８２には図示しないタイロッドが一体的に挿入されることにより、燃料電池スタック１０が締め付け保持される。
【００２８】
エンドプレート８０には、配管構造８４が設けられる。この配管構造８４は、酸化剤ガス入口４２ａに連結する酸化剤ガス供給管８６ａと、冷却媒体入口３８ａに連通する冷却媒体供給管８８ａと、低加湿燃料ガス供給口４４に連通する低加湿燃料ガス供給管９０とを長辺方向（矢印Ｃ方向）一端側に備えている。配管構造８４の長辺方向他端側には、燃料ガス入口３６ａに連通する燃料ガス供給管９２ａと、冷却媒体出口３８ｂに連通する冷却媒体排出管８８ｂと、低加湿酸化剤ガス供給口４０に連通する低加湿酸化剤ガス供給管９４とが設けられる。配管構造８４の下部側には、燃料ガス排出流路４８に連通する燃料ガス排出管９２ｂと、酸化剤ガス排出流路４６に連通する酸化剤ガス排出管８６ｂとが設けられる。
【００２９】
このように構成される第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００３０】
図１に示すように、酸化剤ガス供給管８６ａに酸化剤ガスとして、空気等の酸素含有ガス（以下、単に空気という）が供給されるとともに、燃料ガス供給管９２ａに燃料ガスとして、例えば、水素含有ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給管８８ａには、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体が供給される。また、低加湿燃料ガス供給管９０および低加湿酸化剤ガス供給管９４には、低加湿の未使用燃料ガスおよび低加湿の酸化剤ガスが供給される。
【００３１】
このため、第１サブスタック１２では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組の単位セル２０に対して燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体が、順次、供給される。
【００３２】
矢印Ａ方向に連通している酸化剤ガス入口４２ａに供給された酸化剤ガスは、図３に示すように、第２セパレータ２６に設けられている酸化剤ガス流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体２２を構成するカソード側電極３２に沿って移動する。一方、燃料ガス入口３６ａに供給された燃料ガスは、第１セパレータ２４に設けられている燃料ガス流路５０に導入され、電解質膜・電極構造体２２を構成するアノード側電極３０に沿って移動する。
【００３３】
従って、電解質膜・電極構造体２２では、カソード側電極３２に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３０に供給される燃料ガスとが、触媒電極内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【００３４】
一方、冷却媒体入口３８ａに供給された冷却媒体は、第２セパレータ２６に設けられている冷却媒体流路５４に沿って移動し、電解質膜・電極構造体２２を冷却した後に、冷却媒体出口３８ｂに排出される。
【００３５】
上記のように、各単位セル２０で消費された酸化剤ガスおよび燃料ガスは、それぞれ酸化剤ガス出口４２ｂおよび燃料ガス出口３６ｂに排出され、第１サブスタック１２の下流側に配置されている中間プレート１８ａに送られる。中間プレート１８ａでは、第１流路プレート６０の一方の面６０ａにおいて、燃料ガス出口３６ｂから燃料ガス混合流路６４に低濃度の燃料ガスが供給されるとともに、低加湿燃料ガス供給口４４から低加湿の未使用燃料ガスが前記燃料ガス混合流路６４に導入される。
【００３６】
このため、燃料ガス混合流路６４に供給された低濃度の燃料ガスと低加湿の未使用燃料ガスとは、十分かつ均一に混合された後、第２サブスタック１４の燃料ガス入口３６ａに供給される（図５参照）。
【００３７】
一方、第１流路プレート６０の他方の面６０ｂでは、酸化剤ガス出口４２ｂから酸化剤ガス混合流路６８に反応生成水を含んで加湿状態の酸化剤ガスが供給されるとともに、低加湿酸化剤ガス供給口４０から前記酸化剤ガス混合流路６８に低加湿の未使用酸化剤ガスが供給される。これにより、酸化剤ガス混合流路６８では、上記の燃料ガス混合流路６４と同様に、加湿状態の酸化剤ガスと低加湿の未使用酸化剤ガスとが均一に混合された後、第２サブスタック１４の酸化剤ガス入口４２ａに供給される。
【００３８】
第２サブスタック１４では、上記の第１サブスタック１２と同様に、燃料ガス入口３６ａに供給された燃料ガスが、電解質膜・電極構造体２２を構成するアノード側電極３０に供給される一方、酸化剤ガス入口４２ａに供給された酸化剤ガスが、前記電解質膜・電極構造体２２を構成するカソード側電極３２に供給される。このため、電解質膜・電極構造体２２で発電が行われるとともに、消費された酸化剤ガスおよび燃料ガスは、中間プレート１８ｂに送られる。
【００３９】
この消費された酸化剤ガスおよび燃料ガスは、中間プレート１８ｂを介して低加湿の未使用酸化剤ガスおよび低加湿の未使用燃料ガスと混合された後、第３サブスタック１６の燃料ガス入口３６ａおよび酸化剤ガス入口４２ａに供給される。この第３サブスタック１６では、上記の第１および第２サブスタック１２、１４と同様に、電解質膜・電極構造体２２のアノード側電極３０およびカソード側電極３２に燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電が行われる。
【００４０】
次いで、使用済みの燃料ガスおよび酸化剤ガスは、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂに排出された後、中間プレート１８ｂを構成する第２流路プレート６２の凹部７２、７４に、直接、送られる。
【００４１】
図６に示すように、凹部７２、７４には、連結流路７６、７８を介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６が連通しており、使用済みの燃料ガスおよび酸化剤ガスは、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂから前記燃料ガス排出流路４８および前記酸化剤ガス排出流路４６に送られる。
【００４２】
さらに、使用済みの燃料ガスおよび酸化剤ガスは、矢印Ｘ方向とは逆方向である矢印Ｙ方向に向かって流動し、燃料ガス排出管９２ｂおよび酸化剤ガス排出管８６ｂを介して燃料電池スタック１０の外部に排出される（図１参照）。
【００４３】
この場合、第１の実施形態では、図７に示すように、反応ガスの供給方向最下流に位置する第３サブスタック１６において、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂに排出された使用済みの燃料ガスおよび酸素ガスを、前記燃料ガス出口３６ｂおよび前記酸化剤ガス出口４２ｂから中間プレート１８ｂを介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６に、直接、戻すように構成されている。
【００４４】
このため、使用済みの燃料ガスおよび酸化剤ガスを、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂからリターン流路を介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６に戻す従来構成に比べ、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの圧損が有効に削減されるという効果が得られる。
【００４５】
しかも、エンドプレート８２の内部にリターン流路を形成する必要がなく、前記エンドプレート８２の薄肉化を図るとともに、前記リターン流路に対応する流路長を有効に短尺化することが可能になる。さらに、燃料電池スタック１０では、配管構造８４をエンドプレート８０側に集約することができる。これにより、燃料電池スタック１０全体を容易に小型化し、前記燃料電池スタック１０の設置用スペースを狭小化するとともに、組み付け作業性が有効に向上するという利点がある。
【００４６】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１００の一部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
燃料電池スタック１００は、第１乃至第３サブスタック１０２、１０４および１０６を備え、前記第１乃至第３サブスタック１０２、１０４および１０６間に中間プレート１０８ａ、１０８ｂが介装されている。第１乃至第３サブスタック１０２、１０４および１０６を構成する単位セル１０９は、図９に示すように、電解質膜・電極構造体１１０と、前記電解質膜・電極構造体１１０を挟持する第１および第２セパレータ１１２、１１４とを備える。
【００４８】
電解質膜・電極構造体１１０並びに第１および第２セパレータ１１２、１１４は、第１の実施形態で用いられた低加湿酸化剤ガス供給口４０および低加湿燃料ガス供給口４４を設けていない。
【００４９】
このように構成される第２の実施形態では、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、図１０に示すように、まず、第１サブスタック１０２の燃料ガス入口３６ａおよび酸化剤ガス入口４２ａに、第１乃至第３サブスタック１０２、１０４および１０６の発電に必要な量ずつ供給される。このため、第１サブスタック１０２で発電が行われるとともに、一部が消費された燃料ガスおよび酸化剤ガスは、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂから中間プレート１０８ａを介して第２サブスタック１０４の燃料ガス入口３６ａおよび酸化剤ガス入口４２ａに供給される。
【００５０】
第２サブスタック１０４では、燃料ガスおよび酸化剤ガスが、電解質膜・電極構造体１１０に供給されて発電が行われるとともに、一部が消費されて燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂから中間プレート１０８ｂを介して第３サブスタック１０６に送られる。この第３サブスタック１０６では、発電により消費された燃料ガスおよび酸化剤ガスが、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂから中間プレート１０８ｂを介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６に、直接、排出される。
【００５１】
これにより、第２の実施形態では、第３サブスタック１０６で消費された燃料ガスおよび酸化剤ガスを、リターン流路を介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６に戻す従来構造に比べ、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの圧損を大幅に低減することができるとともに、燃料電池スタック１００全体の小型化が容易に図られる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５２】
なお、上述した本発明の第１および第２の実施形態では、各単位セル２０、１０９が長辺側を水平方向に配置する横置きタイプで構成されているが、この長辺側を鉛直方向に指向させた縦置きタイプで構成してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックでは、下流側サブスタックにおいて、反応ガス出口に排出された使用済みの反応ガスを、直接、排出流路に排出するため、前記使用済みの反応ガスをリターン流路を介して前記排出流路に戻す従来構成に比べ、反応ガスの圧損が有効に削減される。しかも、エンドプレート内部にリターン流路を形成する必要がなく、前記エンドプレートの薄肉化を図るとともに、流路長を良好に短尺化することが可能になる。これにより、燃料電池スタック全体を容易に小型化し、省スペース化および組み付け作業性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの概略全体斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの一部分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの要部分解斜視図である。
【図４】前記単位セルを構成する第１セパレータの正面図である。
【図５】前記燃料電池スタックを構成する第１流路プレートの正面図である。
【図６】前記燃料電池スタックを構成する第２流路プレートの正面図である。
【図７】前記燃料電池スタック内の流れ説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解斜視図である。
【図９】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの要部分解斜視図である。
【図１０】前記燃料電池スタックの流れ説明図である。
【図１１】従来技術に係る燃料電池ブロックの説明図である。
【符号の説明】
１０、１００…燃料電池スタック
１２、１４、１６、１０２、１０４、１０６…サブスタック
１８ａ、１８ｂ、１０８ａ、１０８ｂ…中間プレート
２０、１０９…単位セル２２、１１０…電解質膜・電極構造体
２４、２６、１１２、１１４…セパレータ
２８…電解質膜３０…アノード側電極
３２…カソード側電極３６ａ…燃料ガス入口
３６ｂ…燃料ガス出口３８ａ…冷却媒体入口
３８ｂ…冷却媒体出口４０…低加湿酸化剤ガス供給口
４２ａ…酸化剤ガス入口４２ｂ…酸化剤ガス出口
４４…低加湿燃料ガス供給口４６…酸化剤ガス排出流路
４８…燃料ガス排出流路５０…燃料ガス流路
５２…酸化剤ガス流路５４…冷却媒体流路
６０、６２…流路プレート６４…燃料ガス混合流路
６８…酸化剤ガス混合流路７２、７４…凹部
７６、７８…連結流路８４…配管構造[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte has a substack in which a plurality of layers are stacked with a separator interposed therebetween, and at least two of the substacks are stacked Regarding the stack.
[0002]
[Prior art]
For example, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). An electrolyte membrane (electrolyte) / electrode structure constituted by an anode side electrode and a cathode side electrode each made of a catalyst electrode and porous carbon is sandwiched between separators (bipolar plates) on both sides of the electrolyte membrane. In general, the unit cell is used as a fuel cell stack in which a predetermined number of unit cells are stacked.
[0003]
In this type of fuel cell stack, a fuel gas supplied to the anode electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as a hydrogen-containing gas) is ionized by hydrogen on the catalyst electrode, To the cathode side electrode side. Electrons generated in the meantime are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. The cathode side electrode is supplied with an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas). And oxygen react to produce water.
[0004]
In the fuel cell stack described above, for example, a relatively large output is required when used for in-vehicle use. For this reason, a structure in which a large number of unit cells are stacked is usually adopted. However, as the number of stacked layers increases, temperature distribution tends to occur in the stacking direction, and generation caused by an electrochemical reaction occurs. There is a problem that the desired power generation performance cannot be obtained due to a decrease in water drainage and the like.
[0005]
Therefore, for example, an apparatus disclosed in US Pat. No. 5,478,662 is known. In this apparatus, as shown in FIG. 11, the fuel cell block 1 is divided into a first cell group 2, a second cell group 3, and a third cell group 4, and the first to third cell groups 2, 3, And 4 are stacked in the reaction gas (for example, fuel gas) supply direction (arrow α direction). The first to third cell groups 2, 3 and 4 include a predetermined number of unit cells 5a, 5b and 5c, respectively.
[0006]
A reaction gas is supplied to the fuel cell block 1 via a line 6, and this reaction gas is first supplied in parallel to the plurality of unit cells 5 a constituting the first cell group 2. Next, the reaction gas discharged from the first cell group 2 is supplied in parallel to the plurality of unit cells 5b constituting the second cell group 3, and then discharged from the second cell group 3 to obtain the third The plurality of unit cells 5c constituting the cell group 4 are supplied in parallel. Thereby, the generated water and the inert gas can be effectively discharged, and it is possible to improve the power generation performance and the utilization rate of the reaction gas.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a general fuel cell stack employs a configuration in which the piping of the fuel cell stack is concentrated on the same side of the fuel cell stack in order to simplify piping work and improve the degree of freedom of installation. . Therefore, when the above configuration is adopted in the fuel cell block 1, the reaction gas outlet of the third cell group 4 is connected to the discharge channel via the return channel 8 provided in the end plate 7, as shown in FIG. 9 is connected. For this reason, the spent reaction gas discharged from the third cell group 4 is reversed in the flow direction by the return flow path 8 and then opposite to the supply direction (direction of arrow α) through the discharge flow path 9. It is guided in the discharge direction (arrow β direction).
[0008]
However, in the above-described prior art, if the end plate 7 is thinned and the return flow path 8 is shortened in order to reduce the size of the entire fuel cell block 1, the pressure loss of the reaction gas particularly in the enclosed portion H It has been pointed out that the problem will become considerably larger.
[0009]
The present invention solves this type of problem, and an object thereof is to provide a fuel cell stack capable of effectively reducing the size and reducing the pressure loss of a reaction gas with a simple configuration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the fuel cell stack according to claim 1 of the present invention, the reaction gas outlet side communication passage of the upstream sub-stack disposed upstream of the reaction gas supply direction and the downstream disposed downstream of the reaction gas supply direction a reaction gas inlet side communication passage of the side sub-stack, together with the reaction gas communication paths communicating are provided in series, the spent reaction gas, is discharged toward the upstream side sub-stack from the downstream sub-stack reaction A gas discharge channel is provided. Then, in the same side in the lamination direction of the downstream side sub-stack, the supply of the reaction gas from the reaction gas outlet side communicating passage upstream sub-stack to the reaction gas inlet side communication passage of the downstream sub-stack, said downstream The reaction gas is discharged from the reaction gas outlet side communication passage of the sub stack to the reaction gas discharge channel.
[0011]
For this reason, in the downstream side sub-stack, the pressure loss of the reaction gas is effectively reduced as compared with the configuration in which the used reaction gas discharged to the reaction gas outlet side communication passage is returned to the discharge passage through the return passage. . In addition, it is not necessary to form a return flow path inside the end plate, and the end plate can be thinned and the flow path length can be shortened satisfactorily. As a result, the entire fuel cell stack can be easily reduced in size, saving space and improving assembly workability.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a fuel cell stack 10 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the fuel cell stack 10.
[0013]
The fuel cell stack 10 includes a first sub-stack 12, a second sub-stack 14, and a third sub-stack 16 arranged in the supply direction (arrow X direction) of an oxidant gas and a fuel gas, which are reaction gases. Intermediate plates 18a and 18b are interposed between the first to third sub-stacks 12, 14 and 16.
[0014]
The first to third sub-stacks 12, 14, and 16 are configured in the same manner, and are configured by overlapping a predetermined number of unit cells 20 in the direction of arrow A. As shown in FIG. 3, the unit cell 20 includes an electrolyte membrane (electrolyte) / electrode structure 22, and first and second separators 24 and 26 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 22.
[0015]
The electrolyte membrane / electrode structure 22 includes a solid polymer electrolyte membrane (electrolyte) 28, and an anode side electrode 30 and a cathode side electrode 32 disposed with the electrolyte membrane 28 interposed therebetween. The anode side electrode 30 and the cathode side electrode 32 are each composed of a catalyst electrode and porous carbon, and the catalyst electrode faces the electrolyte membrane 28 side.
[0016]
A first separator 24 is disposed on the anode side electrode 30 side of the electrolyte membrane / electrode structure 22, and a second separator 26 is disposed on the cathode side electrode 32 side of the electrolyte membrane / electrode structure 22. The 1st and 2nd separators 24 and 26 are comprised by the metal thin plate or the carbon thin plate.
[0017]
As shown in FIG. 3, the overlapping direction (arrow A) of the unit cell 20 is formed at one end edge of the electrolyte membrane / electrode structure 22 and the first and second separators 24 and 26 on the long side (arrow C direction) side. A fuel gas inlet (reactive gas inlet side communication passage) 36a for allowing a fuel gas (reactive gas) such as a hydrogen-containing gas to pass therethrough, and a cooling medium outlet 38b for allowing a cooling medium to pass therethrough. , A low-humidified oxidant gas supply port (additional reaction gas supply port) 40 and an oxidant gas outlet (reaction gas outlet side communication passage) 42b for passing an oxidant gas (reaction gas) such as an oxygen-containing gas. Provided.
[0018]
The electrolyte membrane / electrode structure 22 and the other edge portions on the long side of the first and second separators 24 and 26 are in communication with each other in the direction of arrow A, and an oxidant gas inlet (reactive gas inlet side communication passage). 42a, a cooling medium inlet 38a, a low-humidified fuel gas supply port (additional reaction gas supply port) 44, and a fuel gas outlet (reaction gas outlet side communication passage) 36b are provided.
[0019]
The low-humidified oxidant gas supply port 40 is supplied with an oxidant gas that is less humid than the humidified oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet 42a. A fuel gas that is less humidified than the humidified fuel gas supplied to the fuel gas inlet 36a is supplied.
[0020]
At the lower edge of the long side of the electrolyte membrane / electrode structure 22 and the first and second separators 24, 26, the used oxidant gas is discharged in the direction opposite to the supply direction (arrow X direction) ( An oxidant gas discharge passage (reaction gas discharge passage) 46 that discharges in the direction of arrow Y) and a fuel gas discharge passage (reaction gas discharge passage) that discharges used fuel gas in the direction of arrow Y 48).
[0021]
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, for example, a fuel gas channel 50 including a plurality of grooves extending in the direction of arrow C is formed on the surface 24 a of the first separator 24 on the electrolyte membrane / electrode structure 22 side. The fuel gas passage 50 is provided and communicates with the fuel gas inlet 36a and the fuel gas outlet 36b.
[0022]
An oxidant gas flow path 52 that connects the oxidant gas inlet 42a and the oxidant gas outlet 42b is formed on the surface 26a of the second separator 26 on the electrolyte membrane / electrode structure 22 side. The oxidant gas flow path 52 includes a plurality of grooves extending in the direction of arrow C. On the surface 26b of the second separator 26, a cooling medium flow path 54 that connects the cooling medium inlet 38a and the cooling medium outlet 38b is formed. The cooling medium flow path 54 includes a plurality of grooves extending in the direction of arrow C.
[0023]
As shown in FIG. 2, the intermediate plates 18 a and 18 b include a first flow path plate 60, and the intermediate plates 18 a and 18 b include a second flow path plate 62 stacked on the first flow path plate 60. Prepare. As shown in FIG. 2 and FIG. 5, the first gas flow path plate 60 has one surface 60 a mixed with fuel gas that communicates the fuel gas outlet 36 b, the low-humidified fuel gas supply port 44, and the fuel gas inlet 36 a. A flow path (reaction gas passage) 64 is provided. The fuel gas mixing channel 64 constitutes a long channel extending diagonally along one surface 60 a of the first channel plate 60 and is provided with a guide portion 66.
[0024]
The other surface 60b of the first flow path plate 60 has an oxidant gas mixing flow path (reactive gas passage) communicating with the oxidant gas outlet 42b, the low humidified oxidant gas supply port 40, and the oxidant gas inlet 42a. 68 ) is provided. The oxidant gas mixing channel 68 extends diagonally along the other surface 60b of the first channel plate 60 so as to intersect the fuel gas mixing channel 64, and is provided with a guide portion 70. ing.
[0025]
As shown in FIGS. 2 and 6, the second flow path plate 62 has a recess corresponding to the fuel gas outlet 36 b and the oxidant gas outlet 42 b on a surface 62 a opposite to the surface facing the first flow path plate 60. 72, 74 are formed. The recesses 72 and 74 communicate with the fuel gas discharge channel 48 and the oxidant gas discharge channel 46 through groove-like connection channels 76 and 78.
[0026]
The first and second substacks 12 and 14 are similarly configured, and the oxidant gas inlet 42a and the fuel gas inlet 36a of the second substack 14 are connected to the oxidant gas inlet 42a of the first substack 12. And provided at the same position as the fuel gas inlet 36a (see FIG. 2). The third sub-stack 16 is configured in substantially the same manner as the first and second sub-stacks 12 and 14, but the oxidant gas for discharging the used oxidant gas and fuel gas in the direction of arrow Y. The discharge channel 46 and the fuel gas discharge channel 48 are not provided.
[0027]
As shown in FIG. 1, the first to third sub-stacks 12, 14, and 16 configured as described above are stacked in the direction of arrow A, and end plates 80, 82 are provided at both ends in the stacking direction. Intervened. The fuel cell stack 10 is clamped and held by inserting tie rods (not shown) into the end plates 80 and 82 integrally.
[0028]
A pipe structure 84 is provided on the end plate 80. The piping structure 84 includes an oxidant gas supply pipe 86a connected to the oxidant gas inlet 42a, a cooling medium supply pipe 88a communicating with the cooling medium inlet 38a, and a low humidified fuel gas communicating with the low humidified fuel gas supply port 44. A supply pipe 90 is provided on one end side in the long side direction (arrow C direction). On the other side in the long side direction of the piping structure 84, a fuel gas supply pipe 92 a communicating with the fuel gas inlet 36 a, a cooling medium discharge pipe 88 b communicating with the cooling medium outlet 38 b, and a low humidified oxidant gas supply port 40 are connected. A low-humidified oxidant gas supply pipe 94 that communicates is provided. On the lower side of the piping structure 84, a fuel gas discharge pipe 92b communicating with the fuel gas discharge flow path 48 and an oxidant gas discharge pipe 86b communicating with the oxidant gas discharge flow path 46 are provided.
[0029]
The operation of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment configured as described above will be described below.
[0030]
As shown in FIG. 1, an oxygen-containing gas such as air (hereinafter simply referred to as air) is supplied to the oxidant gas supply pipe 86a as an oxidant gas, and as a fuel gas to the fuel gas supply pipe 92a, for example, A hydrogen-containing gas is supplied. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium supply pipe 88a. The low-humidified fuel gas supply pipe 90 and the low-humidified oxidant gas supply pipe 94 are supplied with a low-humidified unused fuel gas and a low-humidified oxidant gas.
[0031]
Therefore, in the first sub-stack 12, the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium are sequentially supplied to the plurality of sets of unit cells 20 that are overlapped in the direction of the arrow A.
[0032]
The oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet 42a communicating with the arrow A direction is introduced into the oxidant gas flow path 52 provided in the second separator 26 as shown in FIG. -It moves along the cathode side electrode 32 which comprises the electrode structure 22. On the other hand, the fuel gas supplied to the fuel gas inlet 36 a is introduced into the fuel gas flow path 50 provided in the first separator 24, and moves along the anode side electrode 30 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 22. To do.
[0033]
Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 22, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 32 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 30 are consumed by an electrochemical reaction in the catalyst electrode to generate power. Done.
[0034]
On the other hand, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet 38a moves along the cooling medium flow path 54 provided in the second separator 26, cools the electrolyte membrane / electrode structure 22, and then cools the cooling medium outlet 38b. To be discharged.
[0035]
As described above, the oxidant gas and the fuel gas consumed in each unit cell 20 are discharged to the oxidant gas outlet 42b and the fuel gas outlet 36b, respectively, and are arranged on the downstream side of the first sub-stack 12. Sent to the plate 18a. In the intermediate plate 18a, a low-concentration fuel gas is supplied from the fuel gas outlet 36b to the fuel gas mixing channel 64 on the one surface 60a of the first channel plate 60, and also from the low humidified fuel gas supply port 44. A humidified unused fuel gas is introduced into the fuel gas mixing channel 64.
[0036]
For this reason, the low-concentration fuel gas supplied to the fuel gas mixing channel 64 and the low-humidified unused fuel gas are sufficiently and uniformly mixed and then supplied to the fuel gas inlet 36a of the second sub-stack 14. (See FIG. 5).
[0037]
On the other hand, on the other surface 60b of the first flow path plate 60, a humidified oxidant gas containing reaction product water is supplied from the oxidant gas outlet 42b to the oxidant gas mixing flow path 68, and low humidified oxidation. A low-humidified unused oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply port 40 to the oxidant gas mixing channel 68. As a result, in the oxidant gas mixing channel 68, the humidified oxidant gas and the low-humidified unused oxidant gas are uniformly mixed, as in the fuel gas mixing channel 64, and then the second An oxidant gas inlet 42a of the sub stack 14 is supplied.
[0038]
In the second substack 14, the fuel gas supplied to the fuel gas inlet 36 a is supplied to the anode side electrode 30 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 22, as in the first substack 12. The oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet 42 a is supplied to the cathode side electrode 32 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 22. Therefore, power is generated by the electrolyte membrane / electrode structure 22, and the consumed oxidant gas and fuel gas are sent to the intermediate plate 18b.
[0039]
The consumed oxidant gas and fuel gas are mixed with the low humidified unused oxidant gas and the low humidified unused fuel gas via the intermediate plate 18b, and then the fuel gas inlet 36a of the third sub-stack 16 is used. And an oxidant gas inlet 42a. In the third sub-stack 16, fuel gas and oxidant gas are supplied to the anode-side electrode 30 and the cathode-side electrode 32 of the electrolyte membrane / electrode structure 22, as in the first and second sub-stacks 12, 14. Then, power generation is performed.
[0040]
Next, the spent fuel gas and oxidant gas are discharged to the fuel gas outlet 36b and the oxidant gas outlet 42b, and then directly into the recesses 72 and 74 of the second flow path plate 62 constituting the intermediate plate 18b. Sent.
[0041]
As shown in FIG. 6, the fuel gas discharge channel 48 and the oxidant gas discharge channel 46 are communicated with the recesses 72 and 74 via connection channels 76 and 78, so that the spent fuel gas and oxidation are used. The agent gas is sent from the fuel gas outlet 36 b and the oxidant gas outlet 42 b to the fuel gas discharge passage 48 and the oxidant gas discharge passage 46.
[0042]
Further, the used fuel gas and oxidant gas flow in the direction of arrow Y, which is opposite to the direction of arrow X, and the fuel cell stack 10 via the fuel gas discharge pipe 92b and the oxidant gas discharge pipe 86b. (See FIG. 1).
[0043]
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 7, in the third sub-stack 16 located on the most downstream side in the reaction gas supply direction, the spent gas discharged to the fuel gas outlet 36b and the oxidant gas outlet 42b is used. The fuel gas and the oxygen gas are directly returned from the fuel gas outlet 36b and the oxidant gas outlet 42b to the fuel gas discharge passage 48 and the oxidant gas discharge passage 46 through the intermediate plate 18b. ing.
[0044]
For this reason, the conventional fuel gas and the oxidant gas are returned from the fuel gas outlet 36b and the oxidant gas outlet 42b to the fuel gas discharge channel 48 and the oxidant gas discharge channel 46 through the return channel. In comparison, it is possible to effectively reduce the pressure loss of the fuel gas and the oxidant gas.
[0045]
In addition, it is not necessary to form a return channel inside the end plate 82, and it is possible to reduce the thickness of the end plate 82 and to effectively shorten the channel length corresponding to the return channel. . Furthermore, in the fuel cell stack 10, the piping structure 84 can be concentrated on the end plate 80 side. As a result, the fuel cell stack 10 as a whole can be easily downsized, the installation space for the fuel cell stack 10 can be reduced, and the assembly workability can be effectively improved.
[0046]
FIG. 8 is a partially exploded perspective view of the fuel cell stack 100 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0047]
The fuel cell stack 100 includes first to third substacks 102, 104, and 106, and intermediate plates 108a and 108b are interposed between the first to third substacks 102, 104, and 106, respectively. As shown in FIG. 9, the unit cells 109 constituting the first to third sub-stacks 102, 104, and 106 include an electrolyte membrane / electrode structure 110 and first and second sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 110, respectively. Second separators 112 and 114.
[0048]
The electrolyte membrane / electrode structure 110 and the first and second separators 112 and 114 do not have the low-humidified oxidant gas supply port 40 and the low-humidified fuel gas supply port 44 used in the first embodiment.
[0049]
In the second embodiment configured as described above, the fuel gas and the oxidant gas are first supplied to the fuel gas inlet 36a and the oxidant gas inlet 42a of the first substack 102 as shown in FIG. Through the third sub-stacks 102, 104, and 106, the amount necessary for power generation is supplied. For this reason, power is generated in the first sub-stack 102, and the partially consumed fuel gas and oxidant gas are supplied from the fuel gas outlet 36b and the oxidant gas outlet 42b to the second sub-stack via the intermediate plate 108a. 104 is supplied to the fuel gas inlet 36a and the oxidant gas inlet 42a.
[0050]
In the second sub-stack 104, the fuel gas and the oxidant gas are supplied to the electrolyte membrane / electrode structure 110 to generate electric power, and a part of the fuel gas and the oxidant gas are consumed and intermediate from the fuel gas outlet 36b and oxidant gas outlet 42b It is sent to the third sub-stack 106 via the plate 108b. In the third sub-stack 106, the fuel gas and the oxidant gas consumed by the power generation flow from the fuel gas outlet 36b and the oxidant gas outlet 42b to the fuel gas discharge passage 48 and the oxidant gas discharge flow through the intermediate plate 108b. It is discharged directly to the passage 46.
[0051]
Thus, in the second embodiment, the fuel gas and the oxidant gas consumed in the third sub-stack 106 are returned to the fuel gas discharge channel 48 and the oxidant gas discharge channel 46 through the return channel. Compared to the structure, the pressure loss of the fuel gas and the oxidant gas can be greatly reduced, and the entire fuel cell stack 100 can be easily downsized, and the same effects as those of the first embodiment can be obtained. It is done.
[0052]
In the above-described first and second embodiments of the present invention, each unit cell 20, 109 is configured as a horizontal type in which the long side is arranged in the horizontal direction. You may comprise by the vertical installation type oriented to.
[0053]
【The invention's effect】
In the fuel cell stack according to the present invention, in the downstream sub-stack, the used reaction gas discharged to the reaction gas outlet is directly discharged to the discharge flow path. Therefore, the pressure loss of the reaction gas is effectively reduced as compared with the conventional configuration in which the pressure is returned to the discharge flow path. In addition, it is not necessary to form a return flow path inside the end plate, and the end plate can be thinned and the flow path length can be shortened satisfactorily. As a result, the entire fuel cell stack can be easily reduced in size, saving space and improving assembly workability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the fuel cell stack.
FIG. 3 is an exploded perspective view of a main part of a unit cell constituting the fuel cell stack.
FIG. 4 is a front view of a first separator constituting the unit cell.
FIG. 5 is a front view of a first flow path plate constituting the fuel cell stack.
FIG. 6 is a front view of a second flow path plate constituting the fuel cell stack.
FIG. 7 is an explanatory diagram of the flow in the fuel cell stack.
FIG. 8 is a partially exploded perspective view of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an exploded perspective view of a main part of a unit cell constituting the fuel cell stack.
FIG. 10 is a flow explanatory diagram of the fuel cell stack.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a fuel cell block according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,100 ... Fuel cell stack 12, 14, 16, 102, 104, 106 ... Substack 18a, 18b, 108a, 108b ... Intermediate plate 20, 109 ... Unit cell 22, 110 ... Electrolyte membrane electrode assembly 24, 26 112, 114 ... separator 28 ... electrolyte membrane 30 ... anode side electrode 32 ... cathode side electrode 36a ... fuel gas inlet 36b ... fuel gas outlet 38a ... cooling medium inlet 38b ... cooling medium outlet 40 ... low humidified oxidant gas supply port 42a ... Oxidant gas inlet 42b ... Oxidant gas outlet 44 ... Low humidified fuel gas supply port 46 ... Oxidant gas discharge channel 48 ... Fuel gas discharge channel 50 ... Fuel gas channel 52 ... Oxidant gas channel 54 ... Cooling Medium channel 60, 62 ... Channel plate 64 ... Fuel gas mixing channel 68 ... Oxidant gas mixing channel 72, 74 ... Recess 76, 78 ... Yuiryuro 84 ... piping structure

Claims

The electrolyte electrode assembly in which a pair of electrodes on both sides of the electrolyte has a sub-stack formed by stacking a plurality with interposed separators, the sub-stack, the reaction gas inlet side communication path along the stacking direction and A fuel that has a reaction gas outlet side communication passage and is laminated at least with an upstream substack disposed upstream in the reaction gas supply direction and a downstream substack disposed downstream in the reaction gas supply direction A battery stack,
Between the upstream-side sub-stack and the downstream sub-stack, and the reaction gas outlet side communication passage of the upstream sub-stack, and the reaction gas inlet side communication passage of the previous SL Downstream side sub-stack, the reaction gas communication paths communicating the provided we are in series,
The upstream sub-stack includes a reaction gas discharge channel for discharging the used reaction gas from the reaction gas outlet side communication path of the downstream sub-stack toward the upstream sub-stack,
The downstream sub-stack is on the same surface side close to the upstream sub-stack with respect to the stacking direction, and from the reaction gas outlet-side communication path of the upstream sub-stack to the reaction gas inlet side of the downstream sub-stack the supply of the reaction gas into the communication path, the hand that performs the discharge of the reaction gas from the reaction gas outlet side communication passage of the downstream sub-stack into the reaction gas discharge channel,
The upstream sub-stack is on the same surface side opposite to the downstream sub-stack with respect to the stacking direction, and the supply of the reaction gas to the reaction gas inlet side communication passage and the reaction gas discharge channel fuel cell stack, characterized in row Ukoto a discharge of the used reaction gases.

2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the upstream side sub-stack extends the reaction gas inlet side communication passage, the reaction gas outlet communication passage, and the reaction gas discharge passage independently of each other and in the stacking direction. A fuel cell stack characterized by being provided.

According to claim 1 or 2 fuel cell stack according to the upstream sub-stack through the reaction gas channel for supplying a reaction gas before use in the reaction gas inlet side communication passage of the downstream sub-stack The additional reaction gas supply port is provided penetrating in the stacking direction .