JP3983530B2 - 燃料電池スタック - Google Patents
燃料電池スタック Download PDFInfo
- Publication number
- JP3983530B2 JP3983530B2 JP2001370430A JP2001370430A JP3983530B2 JP 3983530 B2 JP3983530 B2 JP 3983530B2 JP 2001370430 A JP2001370430 A JP 2001370430A JP 2001370430 A JP2001370430 A JP 2001370430A JP 3983530 B2 JP3983530 B2 JP 3983530B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- terminal
- oxidant gas
- fuel cell
- cell stack
- water vapor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 38
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 57
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 57
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 28
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 61
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 44
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 14
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 14
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 8
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 3
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池スタックに係り、特に、燃料電池スタックの両端に位置する単セルの発電性能低下防止に有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）の両側にそれぞれアノード側電極とカソード側電極を対設し、更にその外側を一対のセパレータによって挟持することにより構成されている。
この固体高分子型燃料電池の単セルは、通常、所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
こ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、水素ガス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ーとして利用される。カソード側電極には、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、このカソード側電極において、前記水素イオン、前記電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。
【０００４】
上記燃料電池スタックを車両、特に乗用車に搭載して使用する場合、車室の床下に配置される場合が多いことから、高さ方向のスペースが大きく制限される。
燃料電池スタックの高さを抑える技術として、各単セルを水平方向に複数個積層し、かつ、供給する燃料ガスや酸化剤ガスなどの供給通路を各セパレータの面内に連通孔として設けた内部マニホールド構造が知られている（例えば、特開平８−１７１９２６号公報参照）。
【０００５】
図１２を用いてその一例について説明すると、同図において、符号１は燃料電池スタックを示し、この燃料電池スタック１は、固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟持し、更にその外側を一対のセパレータで挟持してなる単セル２を水平方向に複数個積層させたものである。アノード側電極及びカソード側電極には、各々の面内を貫く燃料ガス、酸化剤ガス、冷却液の供給・排出用の各連通孔（図示略）が設けられ、内部マニホールドが構成されている。
【０００６】
各単セル２は、スタッドボルト４により締め付けられる。
燃料電池スタック１の積層方向の一端側には皿ばね等から成る締め付け構造部５が、また、他端側にはワッシャー等から成る他の締め付け構造部６が各々設けられており、これらによって、発電部分である各単セル２に、必要な締め付け力が付与されている。
【０００７】
燃料電池スタック１の積層方向両端に位置する単セル２ａ，２ｂの端面には、銅製のターミナルプレート７が密接して設けられており、前記締め付け構造部５，６は、このターミナルプレート７の外側に絶縁プレート８を介して設けられている。
ターミナルプレート７の上部には電力取り出し用のターミナル端子９が延出し、このターミナル端子９が燃料電池スタック１の端部側に向かって屈曲形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の如く構成された燃料電池スタック１は、外部マニホールドタイプに比較して設置高さを低くできる点で優れるが、ターミナル端子９が燃料電池スタック１の高さ方向に延出する分だけ、燃料電池スタック１の周囲のスペースを狭くしてしまう。
また、ターミナル端子９がターミナルプレート７の周囲に設けられていることから、中央部から電力を取り出す場合と比較して、電気抵抗が大きい。
【０００９】
そこで、積層方向及び高さ方向の占有スペースをできるかぎり少なくし、かつ、効率よく電力を取り出すための方策として、例えば、ターミナル端子９を積層方向に沿って延出させる構成（以下、「改良案」という。）が考えられる。
しかしながら、単セル２ａ，２ｂに密接するターミナルプレート７からの放熱、とりわけ、ターミナル端子配設箇所からの放熱が多いことに起因して、以下の問題が生じる。
【００１０】
図８は、酸化剤ガス流路内での飽和水蒸気圧と水蒸気分圧との関係の一例を示す特性図であり、鎖線は水蒸気分圧、破線はターミナルプレート７が全面にわたって温度一定である場合の飽和水蒸気圧、実線は上記改良案に係る構成であって、ターミナルプレート７の中央部よりも酸化剤ガス流路の排出側に寄せてターミナル端子９を配置した場合の飽和水蒸気圧である。
【００１１】
この図は、水蒸気分圧が酸化剤ガス流路の排出側に近づくに従って、飽和蒸気圧曲線に漸近していることから、酸化剤ガス流路の排出側に近いほど結露が発生し易いことを示している。
また、飽和水蒸気圧が温度のみに関連して変動することから、上記改良案では、ターミナル端子９の配設箇所付近で飽和水蒸気圧が局部的に低下し、該配設箇所付近で結露が特に発生し易くなっていることを示している。
【００１２】
そして、飽和水蒸気圧が水蒸気分圧を下回って結露が発生すると、生成された結露水が水膜となって電極反応面を覆い、この水膜が電極反応面への酸化剤ガス供給を阻害して、単セル２ａ，２ｂのセル電圧低下を招く。
他方、ターミナル端子９を酸化剤ガス流路の排出側から遠ざければ、結露の問題は回避できるが、図９に示すように、ターミナルプレート７の中央部から遠ざかるほど電気抵抗は増大する。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気抵抗の増大を抑制しつつ、積層方向端部に位置する単セルの温度低下を抑制し、該単セルの発電性能低下を有効に防止することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用した。
【００１８】
請求項１に記載した発明は、電解質（例えば、実施の形態における固体高分子電解質膜１２）を一対の電極（例えば、実施の形態におけるアノード側電極１３，カソード側電極１４）で挟持し、更にその外側を酸化剤ガス排出側の連通孔（例えば、実施の形態における連通孔２５ｂ）が長方形状の短辺側の縁部に形成された一対のセパレータ（例えば、実施の形態におけるセパレータ１６，１７）で挟持してなる単セル（例えば、実施の形態における単セル１５）を、複数個積層して構成される燃料電池スタック（例えば、実施の形態における燃料電池スタック１１）において、前記積層方向の両端に位置する単セル（例えば、実施の形態における単セル１５ａ，１５ｂ）の更に外側に配設される一対のターミナルプレート（例えば、実施の形態におけるターミナルプレート２１）のうち、少なくとも一方のターミナルプレートの端面から前記積層方向に沿って延出させるターミナル端子（例えば、実施の形態におけるターミナル端子３６）を、当該ターミナルプレートの長辺側の中央部よりも前記酸化剤ガス排出側の連通孔から遠ざけて配置したことを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、飽和水蒸気圧と水蒸気分圧との差が大きい領域にターミナル端子が配置されるので、ターミナル端子の配設箇所付近で飽和水蒸気圧が局部的に低下することによる結露の発生を有効に防止できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図１において、符号１１は車載用の燃料電池スタックを示している。
燃料電池スタック１１は、固体高分子電解質膜（電解質）１２をアノード側電極１３とカソード側電極１４とで挟持し、更にその外側を一対のセパレータ１６，１７で挟持してなる単セル１５を水平方向に複数個積層して構成される、いわゆる固体高分子型燃料電池スタックである。
【００２１】
アノード側電極１３と、これに隣接するセパレータ１６との間には、燃料ガス（例えば、水素ガス）を流通させる燃料ガス流路１８が形成されている。また、カソード側電極１４と、これに隣接するセパレータ１７との間には、酸化剤ガス（例えば、酸素含有ガスまたは空気）を流通させる酸化剤ガス流路１９が形成されている。
【００２２】
さらに、各セパレータ１６，１７の背面間に形成された冷却液流路２０には、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却液が供給され、単セル１５を冷却するようになっている。
なお、図示都合上、図１において、断面を示すハッチングは省略する。
【００２３】
そして、上記水素ガス、空気、冷却液を各流路１８，１９，２０に供給するため、各単セル１５のアノード側電極１３，カソード側電極１４，後述するターミナルプレート２１，導電プレート２２，絶縁プレート２３，及びエンドプレート２４の各面内を貫通して連通孔２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂが各々形成されている。すなわち、この燃料電池スタック１１は、内部マニホールド構造となっている。
【００２４】
積層された単セル１５は、スタッドボルト２８により締め付けられるが、これら単セル１５のうち積層方向の両端に位置する単セル１５ａ，１５ｂの外側には、冷却液隔離用の導電プレート２２が各単セル１５ａ，１５ｂの端面に接触して配設されている。
【００２５】
燃料電池スタック１１の一端側（図１において左側）の導電プレート２２の外側には、後述するターミナルプレート２１を介して樹脂などからなる絶縁プレート２３が配置され、この絶縁プレート２３の更に外側には、エンドプレート２４とバックアッププレート２９との間に複数の皿ばね３０が介装されてなる、締め付け構造部３１が設けられている。
ここで、上記皿ばね３０は、図３に図１のＡ−Ａ線に沿う断面図として示すように、バックアッププレート２９の面上に上下各３つで合計６つが対称位置に配設されている。
【００２６】
燃料電池スタック１１の他端側（図１において右側）の導電プレート２２の外側には、後述するターミナルプレート２１を介して樹脂などからなる絶縁プレート２３が配置され、この絶縁プレート２３の更に外側には、エンドプレート２４とバックアッププレート２９との間にワッシャー３２が介装されてなる、締め付け構造部３３が設けられている。
ここで、上記ワッシャーは、図４に図１のＢ−Ｂ線に沿う断面として示すように、バックアッププレート２９の面上に左右に２つ配設され、その内の１つに後述するターミナル端子３６が貫通している。
【００２７】
次に、カソード側電極１４に隣接するセパレータ１７の具体的形状を図６に基づいて説明する。
セパレータ１７は、カソード側電極１４に対向する面１７ａ及び反対側の面１７ｂが長方形状に設定されており、例えば、長辺が水平方向に指向するとともに、短辺が上下方向に指向して配置されている。
【００２８】
セパレータ１７の短辺側の両端縁部下部側には、酸化剤ガスを通過させるための酸化剤ガス供給側の連通孔２５ａと、燃料ガスを通過させるための燃料ガス供給側の連通孔２６ａとが、上下方向に長尺形状を有して設けられており、また、セパレータ１７の短辺側の両端縁部上部側には、酸化剤ガス排出側の連通孔２５ｂと、燃料ガス排出側の連通孔２６ｂとが、連通孔２５ａ，２６ａと対角位置になるように、かつ上下方向に長尺形状を有して設けられている。
【００２９】
セパレータ１７の長辺側の上端縁部には、水平方向に長尺な２つの冷却液供給側の連通孔２７ａ，２７ａが設けられると共に、長辺側の下端縁部にも同様に、水平方向に長尺な２つの冷却液排出側の連通孔２７ｂ，２７ｂが設けられている。これら冷却液供給側の連通孔２７ａ，２７ａに、冷却液が供給される。
【００３０】
セパレータ１７の面１７ａには、酸化剤ガス供給側の連通孔２５ａに連通する１０本のそれぞれ独立した第１酸化剤ガス流路溝１７１が設けられている。この第１酸化剤ガス流路溝１７１は、酸化剤ガス排出側の連通孔２５ｂに連通するそれぞれ独立した５本の第２酸化剤ガス流路溝１７２に合流して、セパレータ１７の面１７ａ上で１往復半の蛇行形状（サーペンタイン）に形成されている。
そして、酸化剤ガスは反応に供されると徐々に減少していくため、それに対応して排出側の流路を狭めるべく、第２酸化剤ガス流路溝１７２の本数を第１酸化剤ガス流路溝１７１よりも減少させる（１０本を５本とする）トーナメント型として、セパレータ１７の面１７ａの利用効率を高めるようにしている。
【００３１】
これら第１及び第２酸化剤ガス流路溝１７１，１７２の開口がカソード側電極１４で閉塞されることにより、前記酸化剤ガス流路１９が形成される。
そして、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給側の連通孔２５ａから第１酸化剤ガス流路１７１へと流入し、そこから更に第２酸化剤ガス流路１７２へと蛇行しながら進み、酸化剤ガス排出側の連通孔２５ｂから流出する。
ここで、前述したように流路１９が蛇行形状で、且つ、流路が減少するトーナメント型に形成されることで、セパレータ１７の水平方向に沿って一方の短辺側から他方の短辺側に延びる水平直線状の流路と比べ、酸化剤ガスがより長い流路を通過することになり、酸化剤ガスを十分に、且つ、利用効率が高い状態で反応に寄与することができ、効率良く発電を行うことが可能となる。
【００３２】
なお、セパレータ１６のアノード側電極１３に対向する面にも、セパレータ１７の面１７ａに形成された第１及び第２酸化剤ガス流路溝１７１，１７２と同様に１往復半の蛇行形状となるように構成された第１及び第２燃料ガス流路溝（図示略）が形成されているが、ここでの説明は省略する。
【００３３】
次に、ターミナルプレート２１の具体的形状を図２に基づいて説明する。
両端に配置された２つのターミナルプレート２１は構成が同じであるため、ここでは、一端側のターミナルプレート２１のみを説明する。
ターミナルプレート２１は、セパレータ１６，１７と同様に長方形状に形成されており、その一面が積層方向両端の単セル１５ａ，１５ｂの外側に配設された導電プレート２２に当接して導通し、電力を取り出すものである。
【００３４】
ターミナルプレート２１は、その周囲が樹脂などの絶縁部材３４で形成され、中央部に電気伝導率の高い長方形状の銅製の平板３５を備えてなる。
絶縁部材３４には、空気の供給側及び排出側の連通孔２５ａ，２５ｂと、水素ガスの供給側及び排出側の連通孔２６ａ，２６ｂが、各々側部の対角位置に設けられ、冷却液の連通孔２７ａ，２７ｂは、スタッドボルト２８の挿通孔３７が形成された上部と下部であって、これら挿通孔３７間に設けられている。
【００３５】
平板３５の短辺側中央部には、水平方向（図２の左右方向）にオフセットした位置において、紙面に略垂直方向に延出する、換言すれば、単セル１５の積層方向に沿って延出するターミナル端子３６が設けられている。
すなわち、ターミナル端子３６は、ターミナルプレート２１の長辺側中央部よりも酸化剤ガス排出側の連通孔２５ｂから遠ざけて配置されている。
【００３６】
さらに、ターミナル端子３６は、想定した燃料電池スタック１１の運転条件下（下記例を参照）において、酸化剤ガス流路１９の排出側に位置する第２酸化剤ガス流路溝１７２内の水蒸気分圧が飽和水蒸気圧以下となる範囲（例えば、図５のハッチング領域）内、かつターミナルプレート２１との電気抵抗和（図７の縦軸）が最小となるように、ターミナルプレート２１の中央部にできる限り寄せて配置されている。
【００３７】
［燃料電池１１の運転条件例］
▲１▼水素
供給ガス温度 ：７０〜８０［℃］
供給ガス露点 ：６０〜７０［℃］
圧力 ：１００〜２００［Ｋｐａ］
▲２▼空気
供給ガス温度 ：７０〜８０［℃］
供給ガス露点 ：６０〜７０［℃］
圧力 ：１００〜２００［Ｋｐａ］
▲３▼出力電流密度 ：５００〜１２００［ｍＡ／ｃｍ2］
【００３８】
例えば、図７において、飽和水蒸気圧Ｌが比較的低めとなる温度で燃料電池スタック１１を運転させる場合、ターミナル端子３６が酸化剤ガス流路の排出側付近に配置されていると、飽和水蒸気圧Ｌの低下部Ｌａ２（破線）が水蒸気分圧（鎖線）を下回って結露が発生してしまうため、飽和水蒸気圧Ｌの低下部Ｌａ１（実線）が水蒸気分圧（鎖線）を下回らない範囲Ｔ内であって、ターミナルプレート２１との電気抵抗和が最小となる位置、すなわち、ターミナルプレート２１の中央部に最も近い位置Ｔ１にターミナル端子３６を配置することになる。
【００３９】
これに対し、飽和水蒸気圧Ｈが比較的高めとなる温度で燃料電池スタック１１を運転させる場合は、ターミナル端子３６がターミナルプレート２１のいかなる場所に配置されていても、飽和水蒸気圧Ｈの低下部Ｈａ１（実線）〜Ｈａ２（破線）が水蒸気分圧（鎖線）を下回ることがないため、ターミナルプレート２１との電気抵抗和が最小となる位置、すなわち、ターミナルプレート２１の中央にターミナル端子３６を配置することが可能である。
【００４０】
図５は、上記運転条件下において、結露の発生及び電気抵抗和の増大を有効に回避できるターミナル端子３６の中心の配設可能範囲（ハッチング領域）を示す平面図である。
同図において、ターミナル端子３６の中心の配設可能範囲は、アノード側電極１３及びカソード側電極１４の電極反応面の外縁（図中では銅製の平板３５の外縁と同一）の高さをＨ１、幅をＷ１とした場合、高さＨ１方向の上縁部を基準としてその下方に０．２Ｈ１から０．６Ｈ１までの領域、すなわち０．４Ｈ１の高さをもつ領域で、なおかつＷ１方向の左外縁部上辺部を基準としてその右方に０．２Ｗ１から０．５Ｗ１の領域、すなわち０．３Ｗ１の幅をもつ領域で囲まれた長方形状の範囲であり、図中ではその高さをＨ２、幅をＷ２で示している。
尚、この配設可能範囲は、酸化剤ガス流路１９の排出側の流路本数が供給側よりも少なくなっていくトーナメント型の蛇行形状に形成されているので、ターミナル端子３６の中心の配設可能範囲は若干上寄りに設定されることとなる。
【００４１】
以上の如く構成された燃料電池スタック１１によれば、図７に示すように、飽和水蒸気圧と水蒸気分圧との差ΔＰが大きい領域にターミナル端子３６が配置されることになるので、ターミナル端子３６の配設箇所付近で飽和水蒸気圧Ｈが局部的に低下することによる結露の発生を防止し得て、単セル１５ａ，１５ｂの性能低下を回避できる。
【００４２】
特に、本実施の形態による燃料電池スタック１１では、酸化剤ガス流路１９の排出側の流路幅が供給側よりも狭くなる構成（トーナメント型）であるため、酸化剤ガス流路１９の供給側から排出側に至るまで流路幅が一定となるように構成された燃料電池スタック１１に比して、結露発生防止の効果が顕著に現れる。
また、図６に示すように、酸化剤ガス流路１９は蛇行形状となっており、セパレータ１６，１７の一方の短辺側から他方の短辺側に直線状の流路を採用した場合に比べて流路幅が狭いため、酸化剤ガス流路１９を通過する酸化剤ガスの全流量の内、ターミナル端子３６の配設箇所付近を通過する酸化剤ガスの割合が高い。よって、ターミナル端子３６の配設箇所付近で飽和水蒸気圧Ｈが局部的に低下することによる結露の発生を防止する効果が顕著に現れる。
【００４３】
さらに、酸化剤ガス流路１９内の水蒸気分圧が飽和水蒸気圧以下となる範囲（図５のハッチング領域）内であって、該範囲内でターミナルプレート２１との電気抵抗和が最小となるようにターミナル端子３６を配置したので、ターミナル端子３６の配設箇所付近で飽和水蒸気圧が局部的に低下することによる結露の発生防止と、ターミナル端子３６がターミナルプレート２１の中央部から遠ざかることによる電気抵抗の増大防止とを両立させることができる。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、上記実施の形態では、セパレータ１６の燃料ガス流路１８及びセパレータ１７の酸化剤ガス流路１９を蛇行形状に形成したが、これら流路１８，１９をセパレータ１６，１７の長手方向（図６の水平方向）に沿って一方の短辺側から他方の短辺側に延びる水平直線状の流路として形成してもよい。
この時、図１０に示すように、上記実施の形態におけるセパレータ１６，１７の形状（図中鎖線で示す）に対し、セパレータの面積が同一でも長辺がより長く、短辺がより短いものを採用すれば、酸化剤ガス流路幅が狭くなるので、上述した蛇行形状の酸化剤ガス流路１９の場合と同様に、結露発生防止の効果が顕著に現れる。
尚、他の構成及び作用については前述の実施の形態と同様であるので同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
【００４５】
また、上記実施の形態によるターミナルプレート２１は、その周囲を樹脂などの絶縁部材３４で形成すると共に、中央部を電気伝導率の高い銅製の平板３５で構成したが、該平板３５を周囲まで延長して１体の銅製平板で構成してもよい。また、上記実施の形態によるターミナル端子３６の軸方向の断面形状は円形状であるが、例えば短形状、多角形状としても良い。
【００４６】
また、上記実施の形態におけるセパレータ１６，１７には、連通孔２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂが、セパレータ１６，１７の長方形状の短辺側に短手方向に長尺形状を有して設けられているが、例えば図１１に示すように、連通孔２５ａ，２５ｂをセパレータ１６，１７の長方形状の短辺側に長手方向に長尺形状を有して設けても良い。またこの場合は、同図に示すように、セパレータ１６，１７にスタッドボルト２８の挿通孔３７を設けず別の手段により各セルを固定することで対応できる。
尚、他の構成及び作用については前述の実施の形態と同様であるので同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、以下の効果を得る。
（１）本発明によれば、ターミナル端子の配設箇所付近で飽和水蒸気圧が局部的に低下することによる結露の発生を有効に防止し得て、積層方向端部に位置する単セルの発電性能低下を回避できる。
【００４９】
（２）本発明によれば、飽和水蒸気圧と水蒸気分圧との差が大きい領域にターミナル端子が配置されるので、ターミナル端子の配設箇所付近で飽和水蒸気圧が局部的に低下することによる結露の発生を有効に防止し得て、積層方向端部に位置する単セルの発電性能低下を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る燃料電池スタックの一実施の形態を示す正断面図である。
【図２】 図１に示すターミナルプレートの平面図である。
【図３】 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】 図１に示すターミナルプレートの簡略図であって、ターミナル端子の中心の配置可能範囲（ハッチング領域）を説明するための図である。
【図６】 図１に示すカソード側セパレータの平面図である。
【図７】 酸化剤ガス流路（横軸）内における、飽和水蒸気圧（左縦軸）と水蒸気分圧（右縦軸）との関係を示す特性図である。
【図８】 酸化剤ガス流路（横軸）内における、飽和水蒸気圧（左縦軸）と水蒸気分圧（右縦軸）との関係を示す特性図であって、ターミナル端子の配設箇所近傍で飽和水蒸気圧が局所的に低下することを説明するための図である。
【図９】 ターミナル端子の配置（横軸）と、ターミナル端子及びターミナルプレートの電気抵抗和（縦軸）との関係を示す特性図である。
【図１０】 他の実施の形態の平面図である。
【図１１】 別の実施の形態の平面図である。
【図１２】 燃料電池スタックの一従来例を示す正面図である。
【符号の説明】
１１ 燃料電池スタック
１２ 固体高分子電解質膜（電解質）
１３ アノード側電極
１４ カソード側電極
１６、１７ セパレータ
１５、１５ａ、１５ｂ 単セル
１９ 酸化剤ガス流路
２１ ターミナルプレート
２５ｂ 酸化剤ガス排出側の連通孔
３６ ターミナル端子
１７１ 第１酸化剤ガス流路溝
１７２ 第２酸化剤ガス流路溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池スタックに係り、特に、燃料電池スタックの両端に位置する単セルの発電性能低下防止に有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）の両側にそれぞれアノード側電極とカソード側電極を対設し、更にその外側を一対のセパレータによって挟持することにより構成されている。
この固体高分子型燃料電池の単セルは、通常、所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
こ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、水素ガス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ーとして利用される。カソード側電極には、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、このカソード側電極において、前記水素イオン、前記電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。
【０００４】
上記燃料電池スタックを車両、特に乗用車に搭載して使用する場合、車室の床下に配置される場合が多いことから、高さ方向のスペースが大きく制限される。
燃料電池スタックの高さを抑える技術として、各単セルを水平方向に複数個積層し、かつ、供給する燃料ガスや酸化剤ガスなどの供給通路を各セパレータの面内に連通孔として設けた内部マニホールド構造が知られている（例えば、特開平８−１７１９２６号公報参照）。
【０００５】
図１２を用いてその一例について説明すると、同図において、符号１は燃料電池スタックを示し、この燃料電池スタック１は、固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟持し、更にその外側を一対のセパレータで挟持してなる単セル２を水平方向に複数個積層させたものである。アノード側電極及びカソード側電極には、各々の面内を貫く燃料ガス、酸化剤ガス、冷却液の供給・排出用の各連通孔（図示略）が設けられ、内部マニホールドが構成されている。
【０００６】
各単セル２は、スタッドボルト４により締め付けられる。
燃料電池スタック１の積層方向の一端側には皿ばね等から成る締め付け構造部５が、また、他端側にはワッシャー等から成る他の締め付け構造部６が各々設けられており、これらによって、発電部分である各単セル２に、必要な締め付け力が付与されている。
【０００７】
燃料電池スタック１の積層方向両端に位置する単セル２ａ，２ｂの端面には、銅製のターミナルプレート７が密接して設けられており、前記締め付け構造部５，６は、このターミナルプレート７の外側に絶縁プレート８を介して設けられている。
ターミナルプレート７の上部には電力取り出し用のターミナル端子９が延出し、このターミナル端子９が燃料電池スタック１の端部側に向かって屈曲形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の如く構成された燃料電池スタック１は、外部マニホールドタイプに比較して設置高さを低くできる点で優れるが、ターミナル端子９が燃料電池スタック１の高さ方向に延出する分だけ、燃料電池スタック１の周囲のスペースを狭くしてしまう。
また、ターミナル端子９がターミナルプレート７の周囲に設けられていることから、中央部から電力を取り出す場合と比較して、電気抵抗が大きい。
【０００９】
そこで、積層方向及び高さ方向の占有スペースをできるかぎり少なくし、かつ、効率よく電力を取り出すための方策として、例えば、ターミナル端子９を積層方向に沿って延出させる構成（以下、「改良案」という。）が考えられる。
しかしながら、単セル２ａ，２ｂに密接するターミナルプレート７からの放熱、とりわけ、ターミナル端子配設箇所からの放熱が多いことに起因して、以下の問題が生じる。
【００１０】
図８は、酸化剤ガス流路内での飽和水蒸気圧と水蒸気分圧との関係の一例を示す特性図であり、鎖線は水蒸気分圧、破線はターミナルプレート７が全面にわたって温度一定である場合の飽和水蒸気圧、実線は上記改良案に係る構成であって、ターミナルプレート７の中央部よりも酸化剤ガス流路の排出側に寄せてターミナル端子９を配置した場合の飽和水蒸気圧である。
【００１１】
この図は、水蒸気分圧が酸化剤ガス流路の排出側に近づくに従って、飽和蒸気圧曲線に漸近していることから、酸化剤ガス流路の排出側に近いほど結露が発生し易いことを示している。
また、飽和水蒸気圧が温度のみに関連して変動することから、上記改良案では、ターミナル端子９の配設箇所付近で飽和水蒸気圧が局部的に低下し、該配設箇所付近で結露が特に発生し易くなっていることを示している。
【００１２】
そして、飽和水蒸気圧が水蒸気分圧を下回って結露が発生すると、生成された結露水が水膜となって電極反応面を覆い、この水膜が電極反応面への酸化剤ガス供給を阻害して、単セル２ａ，２ｂのセル電圧低下を招く。
他方、ターミナル端子９を酸化剤ガス流路の排出側から遠ざければ、結露の問題は回避できるが、図９に示すように、ターミナルプレート７の中央部から遠ざかるほど電気抵抗は増大する。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気抵抗の増大を抑制しつつ、積層方向端部に位置する単セルの温度低下を抑制し、該単セルの発電性能低下を有効に防止することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用した。
【００１８】
請求項１に記載した発明は、電解質（例えば、実施の形態における固体高分子電解質膜１２）を一対の電極（例えば、実施の形態におけるアノード側電極１３，カソード側電極１４）で挟持し、更にその外側を酸化剤ガス排出側の連通孔（例えば、実施の形態における連通孔２５ｂ）が長方形状の短辺側の縁部に形成された一対のセパレータ（例えば、実施の形態におけるセパレータ１６，１７）で挟持してなる単セル（例えば、実施の形態における単セル１５）を、複数個積層して構成される燃料電池スタック（例えば、実施の形態における燃料電池スタック１１）において、前記積層方向の両端に位置する単セル（例えば、実施の形態における単セル１５ａ，１５ｂ）の更に外側に配設される一対のターミナルプレート（例えば、実施の形態におけるターミナルプレート２１）のうち、少なくとも一方のターミナルプレートの端面から前記積層方向に沿って延出させるターミナル端子（例えば、実施の形態におけるターミナル端子３６）を、当該ターミナルプレートの長辺側の中央部よりも前記酸化剤ガス排出側の連通孔から遠ざけて配置したことを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、飽和水蒸気圧と水蒸気分圧との差が大きい領域にターミナル端子が配置されるので、ターミナル端子の配設箇所付近で飽和水蒸気圧が局部的に低下することによる結露の発生を有効に防止できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図１において、符号１１は車載用の燃料電池スタックを示している。
燃料電池スタック１１は、固体高分子電解質膜（電解質）１２をアノード側電極１３とカソード側電極１４とで挟持し、更にその外側を一対のセパレータ１６，１７で挟持してなる単セル１５を水平方向に複数個積層して構成される、いわゆる固体高分子型燃料電池スタックである。
【００２１】
アノード側電極１３と、これに隣接するセパレータ１６との間には、燃料ガス（例えば、水素ガス）を流通させる燃料ガス流路１８が形成されている。また、カソード側電極１４と、これに隣接するセパレータ１７との間には、酸化剤ガス（例えば、酸素含有ガスまたは空気）を流通させる酸化剤ガス流路１９が形成されている。
【００２２】
さらに、各セパレータ１６，１７の背面間に形成された冷却液流路２０には、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却液が供給され、単セル１５を冷却するようになっている。
なお、図示都合上、図１において、断面を示すハッチングは省略する。
【００２３】
そして、上記水素ガス、空気、冷却液を各流路１８，１９，２０に供給するため、各単セル１５のアノード側電極１３，カソード側電極１４，後述するターミナルプレート２１，導電プレート２２，絶縁プレート２３，及びエンドプレート２４の各面内を貫通して連通孔２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂが各々形成されている。すなわち、この燃料電池スタック１１は、内部マニホールド構造となっている。
【００２４】
積層された単セル１５は、スタッドボルト２８により締め付けられるが、これら単セル１５のうち積層方向の両端に位置する単セル１５ａ，１５ｂの外側には、冷却液隔離用の導電プレート２２が各単セル１５ａ，１５ｂの端面に接触して配設されている。
【００２５】
燃料電池スタック１１の一端側（図１において左側）の導電プレート２２の外側には、後述するターミナルプレート２１を介して樹脂などからなる絶縁プレート２３が配置され、この絶縁プレート２３の更に外側には、エンドプレート２４とバックアッププレート２９との間に複数の皿ばね３０が介装されてなる、締め付け構造部３１が設けられている。
ここで、上記皿ばね３０は、図３に図１のＡ−Ａ線に沿う断面図として示すように、バックアッププレート２９の面上に上下各３つで合計６つが対称位置に配設されている。
【００２６】
燃料電池スタック１１の他端側（図１において右側）の導電プレート２２の外側には、後述するターミナルプレート２１を介して樹脂などからなる絶縁プレート２３が配置され、この絶縁プレート２３の更に外側には、エンドプレート２４とバックアッププレート２９との間にワッシャー３２が介装されてなる、締め付け構造部３３が設けられている。
ここで、上記ワッシャーは、図４に図１のＢ−Ｂ線に沿う断面として示すように、バックアッププレート２９の面上に左右に２つ配設され、その内の１つに後述するターミナル端子３６が貫通している。
【００２７】
次に、カソード側電極１４に隣接するセパレータ１７の具体的形状を図６に基づいて説明する。
セパレータ１７は、カソード側電極１４に対向する面１７ａ及び反対側の面１７ｂが長方形状に設定されており、例えば、長辺が水平方向に指向するとともに、短辺が上下方向に指向して配置されている。
【００２８】
セパレータ１７の短辺側の両端縁部下部側には、酸化剤ガスを通過させるための酸化剤ガス供給側の連通孔２５ａと、燃料ガスを通過させるための燃料ガス供給側の連通孔２６ａとが、上下方向に長尺形状を有して設けられており、また、セパレータ１７の短辺側の両端縁部上部側には、酸化剤ガス排出側の連通孔２５ｂと、燃料ガス排出側の連通孔２６ｂとが、連通孔２５ａ，２６ａと対角位置になるように、かつ上下方向に長尺形状を有して設けられている。
【００２９】
セパレータ１７の長辺側の上端縁部には、水平方向に長尺な２つの冷却液供給側の連通孔２７ａ，２７ａが設けられると共に、長辺側の下端縁部にも同様に、水平方向に長尺な２つの冷却液排出側の連通孔２７ｂ，２７ｂが設けられている。これら冷却液供給側の連通孔２７ａ，２７ａに、冷却液が供給される。
【００３０】
セパレータ１７の面１７ａには、酸化剤ガス供給側の連通孔２５ａに連通する１０本のそれぞれ独立した第１酸化剤ガス流路溝１７１が設けられている。この第１酸化剤ガス流路溝１７１は、酸化剤ガス排出側の連通孔２５ｂに連通するそれぞれ独立した５本の第２酸化剤ガス流路溝１７２に合流して、セパレータ１７の面１７ａ上で１往復半の蛇行形状（サーペンタイン）に形成されている。
そして、酸化剤ガスは反応に供されると徐々に減少していくため、それに対応して排出側の流路を狭めるべく、第２酸化剤ガス流路溝１７２の本数を第１酸化剤ガス流路溝１７１よりも減少させる（１０本を５本とする）トーナメント型として、セパレータ１７の面１７ａの利用効率を高めるようにしている。
【００３１】
これら第１及び第２酸化剤ガス流路溝１７１，１７２の開口がカソード側電極１４で閉塞されることにより、前記酸化剤ガス流路１９が形成される。
そして、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給側の連通孔２５ａから第１酸化剤ガス流路１７１へと流入し、そこから更に第２酸化剤ガス流路１７２へと蛇行しながら進み、酸化剤ガス排出側の連通孔２５ｂから流出する。
ここで、前述したように流路１９が蛇行形状で、且つ、流路が減少するトーナメント型に形成されることで、セパレータ１７の水平方向に沿って一方の短辺側から他方の短辺側に延びる水平直線状の流路と比べ、酸化剤ガスがより長い流路を通過することになり、酸化剤ガスを十分に、且つ、利用効率が高い状態で反応に寄与することができ、効率良く発電を行うことが可能となる。
【００３２】
なお、セパレータ１６のアノード側電極１３に対向する面にも、セパレータ１７の面１７ａに形成された第１及び第２酸化剤ガス流路溝１７１，１７２と同様に１往復半の蛇行形状となるように構成された第１及び第２燃料ガス流路溝（図示略）が形成されているが、ここでの説明は省略する。
【００３３】
次に、ターミナルプレート２１の具体的形状を図２に基づいて説明する。
両端に配置された２つのターミナルプレート２１は構成が同じであるため、ここでは、一端側のターミナルプレート２１のみを説明する。
ターミナルプレート２１は、セパレータ１６，１７と同様に長方形状に形成されており、その一面が積層方向両端の単セル１５ａ，１５ｂの外側に配設された導電プレート２２に当接して導通し、電力を取り出すものである。
【００３４】
ターミナルプレート２１は、その周囲が樹脂などの絶縁部材３４で形成され、中央部に電気伝導率の高い長方形状の銅製の平板３５を備えてなる。
絶縁部材３４には、空気の供給側及び排出側の連通孔２５ａ，２５ｂと、水素ガスの供給側及び排出側の連通孔２６ａ，２６ｂが、各々側部の対角位置に設けられ、冷却液の連通孔２７ａ，２７ｂは、スタッドボルト２８の挿通孔３７が形成された上部と下部であって、これら挿通孔３７間に設けられている。
【００３５】
平板３５の短辺側中央部には、水平方向（図２の左右方向）にオフセットした位置において、紙面に略垂直方向に延出する、換言すれば、単セル１５の積層方向に沿って延出するターミナル端子３６が設けられている。
すなわち、ターミナル端子３６は、ターミナルプレート２１の長辺側中央部よりも酸化剤ガス排出側の連通孔２５ｂから遠ざけて配置されている。
【００３６】
さらに、ターミナル端子３６は、想定した燃料電池スタック１１の運転条件下（下記例を参照）において、酸化剤ガス流路１９の排出側に位置する第２酸化剤ガス流路溝１７２内の水蒸気分圧が飽和水蒸気圧以下となる範囲（例えば、図５のハッチング領域）内、かつターミナルプレート２１との電気抵抗和（図７の縦軸）が最小となるように、ターミナルプレート２１の中央部にできる限り寄せて配置されている。
【００３７】
［燃料電池１１の運転条件例］
▲１▼水素
供給ガス温度 ：７０〜８０［℃］
供給ガス露点 ：６０〜７０［℃］
圧力 ：１００〜２００［Ｋｐａ］
▲２▼空気
供給ガス温度 ：７０〜８０［℃］
供給ガス露点 ：６０〜７０［℃］
圧力 ：１００〜２００［Ｋｐａ］
▲３▼出力電流密度 ：５００〜１２００［ｍＡ／ｃｍ2］
【００３８】
例えば、図７において、飽和水蒸気圧Ｌが比較的低めとなる温度で燃料電池スタック１１を運転させる場合、ターミナル端子３６が酸化剤ガス流路の排出側付近に配置されていると、飽和水蒸気圧Ｌの低下部Ｌａ２（破線）が水蒸気分圧（鎖線）を下回って結露が発生してしまうため、飽和水蒸気圧Ｌの低下部Ｌａ１（実線）が水蒸気分圧（鎖線）を下回らない範囲Ｔ内であって、ターミナルプレート２１との電気抵抗和が最小となる位置、すなわち、ターミナルプレート２１の中央部に最も近い位置Ｔ１にターミナル端子３６を配置することになる。
【００３９】
これに対し、飽和水蒸気圧Ｈが比較的高めとなる温度で燃料電池スタック１１を運転させる場合は、ターミナル端子３６がターミナルプレート２１のいかなる場所に配置されていても、飽和水蒸気圧Ｈの低下部Ｈａ１（実線）〜Ｈａ２（破線）が水蒸気分圧（鎖線）を下回ることがないため、ターミナルプレート２１との電気抵抗和が最小となる位置、すなわち、ターミナルプレート２１の中央にターミナル端子３６を配置することが可能である。
【００４０】
図５は、上記運転条件下において、結露の発生及び電気抵抗和の増大を有効に回避できるターミナル端子３６の中心の配設可能範囲（ハッチング領域）を示す平面図である。
同図において、ターミナル端子３６の中心の配設可能範囲は、アノード側電極１３及びカソード側電極１４の電極反応面の外縁（図中では銅製の平板３５の外縁と同一）の高さをＨ１、幅をＷ１とした場合、高さＨ１方向の上縁部を基準としてその下方に０．２Ｈ１から０．６Ｈ１までの領域、すなわち０．４Ｈ１の高さをもつ領域で、なおかつＷ１方向の左外縁部上辺部を基準としてその右方に０．２Ｗ１から０．５Ｗ１の領域、すなわち０．３Ｗ１の幅をもつ領域で囲まれた長方形状の範囲であり、図中ではその高さをＨ２、幅をＷ２で示している。
尚、この配設可能範囲は、酸化剤ガス流路１９の排出側の流路本数が供給側よりも少なくなっていくトーナメント型の蛇行形状に形成されているので、ターミナル端子３６の中心の配設可能範囲は若干上寄りに設定されることとなる。
【００４１】
以上の如く構成された燃料電池スタック１１によれば、図７に示すように、飽和水蒸気圧と水蒸気分圧との差ΔＰが大きい領域にターミナル端子３６が配置されることになるので、ターミナル端子３６の配設箇所付近で飽和水蒸気圧Ｈが局部的に低下することによる結露の発生を防止し得て、単セル１５ａ，１５ｂの性能低下を回避できる。
【００４２】
特に、本実施の形態による燃料電池スタック１１では、酸化剤ガス流路１９の排出側の流路幅が供給側よりも狭くなる構成（トーナメント型）であるため、酸化剤ガス流路１９の供給側から排出側に至るまで流路幅が一定となるように構成された燃料電池スタック１１に比して、結露発生防止の効果が顕著に現れる。
また、図６に示すように、酸化剤ガス流路１９は蛇行形状となっており、セパレータ１６，１７の一方の短辺側から他方の短辺側に直線状の流路を採用した場合に比べて流路幅が狭いため、酸化剤ガス流路１９を通過する酸化剤ガスの全流量の内、ターミナル端子３６の配設箇所付近を通過する酸化剤ガスの割合が高い。よって、ターミナル端子３６の配設箇所付近で飽和水蒸気圧Ｈが局部的に低下することによる結露の発生を防止する効果が顕著に現れる。
【００４３】
さらに、酸化剤ガス流路１９内の水蒸気分圧が飽和水蒸気圧以下となる範囲（図５のハッチング領域）内であって、該範囲内でターミナルプレート２１との電気抵抗和が最小となるようにターミナル端子３６を配置したので、ターミナル端子３６の配設箇所付近で飽和水蒸気圧が局部的に低下することによる結露の発生防止と、ターミナル端子３６がターミナルプレート２１の中央部から遠ざかることによる電気抵抗の増大防止とを両立させることができる。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、上記実施の形態では、セパレータ１６の燃料ガス流路１８及びセパレータ１７の酸化剤ガス流路１９を蛇行形状に形成したが、これら流路１８，１９をセパレータ１６，１７の長手方向（図６の水平方向）に沿って一方の短辺側から他方の短辺側に延びる水平直線状の流路として形成してもよい。
この時、図１０に示すように、上記実施の形態におけるセパレータ１６，１７の形状（図中鎖線で示す）に対し、セパレータの面積が同一でも長辺がより長く、短辺がより短いものを採用すれば、酸化剤ガス流路幅が狭くなるので、上述した蛇行形状の酸化剤ガス流路１９の場合と同様に、結露発生防止の効果が顕著に現れる。
尚、他の構成及び作用については前述の実施の形態と同様であるので同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
【００４５】
また、上記実施の形態によるターミナルプレート２１は、その周囲を樹脂などの絶縁部材３４で形成すると共に、中央部を電気伝導率の高い銅製の平板３５で構成したが、該平板３５を周囲まで延長して１体の銅製平板で構成してもよい。また、上記実施の形態によるターミナル端子３６の軸方向の断面形状は円形状であるが、例えば短形状、多角形状としても良い。
【００４６】
また、上記実施の形態におけるセパレータ１６，１７には、連通孔２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂが、セパレータ１６，１７の長方形状の短辺側に短手方向に長尺形状を有して設けられているが、例えば図１１に示すように、連通孔２５ａ，２５ｂをセパレータ１６，１７の長方形状の短辺側に長手方向に長尺形状を有して設けても良い。またこの場合は、同図に示すように、セパレータ１６，１７にスタッドボルト２８の挿通孔３７を設けず別の手段により各セルを固定することで対応できる。
尚、他の構成及び作用については前述の実施の形態と同様であるので同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、以下の効果を得る。
（１）本発明によれば、ターミナル端子の配設箇所付近で飽和水蒸気圧が局部的に低下することによる結露の発生を有効に防止し得て、積層方向端部に位置する単セルの発電性能低下を回避できる。
【００４９】
（２）本発明によれば、飽和水蒸気圧と水蒸気分圧との差が大きい領域にターミナル端子が配置されるので、ターミナル端子の配設箇所付近で飽和水蒸気圧が局部的に低下することによる結露の発生を有効に防止し得て、積層方向端部に位置する単セルの発電性能低下を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る燃料電池スタックの一実施の形態を示す正断面図である。
【図２】 図１に示すターミナルプレートの平面図である。
【図３】 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】 図１に示すターミナルプレートの簡略図であって、ターミナル端子の中心の配置可能範囲（ハッチング領域）を説明するための図である。
【図６】 図１に示すカソード側セパレータの平面図である。
【図７】 酸化剤ガス流路（横軸）内における、飽和水蒸気圧（左縦軸）と水蒸気分圧（右縦軸）との関係を示す特性図である。
【図８】 酸化剤ガス流路（横軸）内における、飽和水蒸気圧（左縦軸）と水蒸気分圧（右縦軸）との関係を示す特性図であって、ターミナル端子の配設箇所近傍で飽和水蒸気圧が局所的に低下することを説明するための図である。
【図９】 ターミナル端子の配置（横軸）と、ターミナル端子及びターミナルプレートの電気抵抗和（縦軸）との関係を示す特性図である。
【図１０】 他の実施の形態の平面図である。
【図１１】 別の実施の形態の平面図である。
【図１２】 燃料電池スタックの一従来例を示す正面図である。
【符号の説明】
１１ 燃料電池スタック
１２ 固体高分子電解質膜（電解質）
１３ アノード側電極
１４ カソード側電極
１６、１７ セパレータ
１５、１５ａ、１５ｂ 単セル
１９ 酸化剤ガス流路
２１ ターミナルプレート
２５ｂ 酸化剤ガス排出側の連通孔
３６ ターミナル端子
１７１ 第１酸化剤ガス流路溝
１７２ 第２酸化剤ガス流路溝
Claims (1)
- 電解質を一対の電極で挟持し、更にその外側を酸化剤ガス排出側の連通孔が長方形状の短辺側の縁部に形成された一対のセパレータで挟持してなる単セルを、複数個積層して構成される燃料電池スタックにおいて、前記積層方向の両端に位置する単セルの更に外側に配設される一対のターミナルプレートのうち、少なくとも一方のターミナルプレートの端面から前記積層方向に沿って延出させるターミナル端子を、当該ターミナルプレートの長辺側の中央部よりも前記酸化剤ガス排出側の連通孔から遠ざけて配置したことを特徴とする燃料電池スタック。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001370430A JP3983530B2 (ja) | 2000-12-18 | 2001-12-04 | 燃料電池スタック |
| US10/022,589 US6723463B2 (en) | 2000-12-18 | 2001-12-17 | Fuel cell stack having terminal element located at specified location |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-383552 | 2000-12-18 | ||
| JP2000383552 | 2000-12-18 | ||
| JP2001370430A JP3983530B2 (ja) | 2000-12-18 | 2001-12-04 | 燃料電池スタック |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002252022A JP2002252022A (ja) | 2002-09-06 |
| JP3983530B2 true JP3983530B2 (ja) | 2007-09-26 |
Family
ID=26606005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001370430A Expired - Lifetime JP3983530B2 (ja) | 2000-12-18 | 2001-12-04 | 燃料電池スタック |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6723463B2 (ja) |
| JP (1) | JP3983530B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3801096B2 (ja) * | 2002-05-20 | 2006-07-26 | トヨタ自動車株式会社 | スタック構造を有する燃料電池 |
| JP4174025B2 (ja) | 2002-12-27 | 2008-10-29 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池及びその製造方法 |
| EP1469542A1 (en) * | 2003-04-09 | 2004-10-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| WO2005099019A1 (ja) | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池スタック |
| JP4820068B2 (ja) * | 2004-08-02 | 2011-11-24 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| JP5079994B2 (ja) * | 2004-11-25 | 2012-11-21 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| JPWO2008047822A1 (ja) * | 2006-10-17 | 2010-02-25 | パナソニック株式会社 | 高分子電解質型燃料電池システム |
| US8812253B2 (en) * | 2010-06-08 | 2014-08-19 | Rosemount Inc. | Fluid flow measurement with phase-based diagnostics |
| JP5378329B2 (ja) | 2010-09-02 | 2013-12-25 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| CN107010449B (zh) * | 2017-04-22 | 2019-01-29 | 广州明森科技股份有限公司 | 一种电子票证前段加工设备 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58194262A (ja) * | 1982-05-10 | 1983-11-12 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| JPS61284064A (ja) | 1985-06-07 | 1986-12-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池 |
| US4710527A (en) | 1985-10-11 | 1987-12-01 | Ici Americas Inc. | Malonate-based light stabilizers for plastics |
| US4708916A (en) * | 1985-11-08 | 1987-11-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Molten carbonate fuel cell |
| JPS62243259A (ja) | 1986-04-16 | 1987-10-23 | Yamaha Motor Co Ltd | 燃料電池の端板構造 |
| JPS6448381A (en) | 1987-08-19 | 1989-02-22 | Sanyo Electric Co | Current collector for fuel cell |
| JP3135991B2 (ja) * | 1992-06-18 | 2001-02-19 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池および燃料電池スタック締め付け方法 |
| JP3111124B2 (ja) | 1993-04-01 | 2000-11-20 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料電池 |
| US5750280A (en) * | 1994-08-23 | 1998-05-12 | Osaka Gas Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP3595027B2 (ja) | 1994-10-21 | 2004-12-02 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池およびその製造方法 |
| JPH11224684A (ja) | 1998-02-06 | 1999-08-17 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池 |
| JPH11273706A (ja) | 1998-03-20 | 1999-10-08 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池 |
| JP3632468B2 (ja) * | 1998-04-22 | 2005-03-23 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用ガスセパレータおよび該燃料電池用ガスセパレータを用いた燃料電池 |
-
2001
- 2001-12-04 JP JP2001370430A patent/JP3983530B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2001-12-17 US US10/022,589 patent/US6723463B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020127463A1 (en) | 2002-09-12 |
| US6723463B2 (en) | 2004-04-20 |
| JP2002252022A (ja) | 2002-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7767355B2 (en) | Fuel cell stack with dummy cell | |
| JP3801096B2 (ja) | スタック構造を有する燃料電池 | |
| JP3548433B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
| CA2446540C (en) | Fuel cell stack with electrically conductive corrugated heat insulation plate | |
| US8574778B2 (en) | Fuel cell stack | |
| JP4592940B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池スタック | |
| JP5098128B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP4880836B2 (ja) | 燃料電池スタックおよび反応ガス供給方法 | |
| JP3983530B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
| JP4447204B2 (ja) | メタルセパレータを備えた燃料電池 | |
| US20010046618A1 (en) | Fuel cell stack | |
| JP2005166304A (ja) | 燃料電池 | |
| JP4042547B2 (ja) | 燃料電池のシール構造 | |
| JP4507453B2 (ja) | 燃料電池のマニホールド | |
| JP4650424B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2003217615A (ja) | 燃料電池のセパレータ | |
| JP2003297395A (ja) | 燃料電池 | |
| JP3875612B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
| JP2004342442A (ja) | 燃料電池のセパレータ | |
| JP4438762B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP4507650B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP4032633B2 (ja) | 燃料電池 | |
| CN111937206B (zh) | 燃料电池 | |
| JP2002216806A (ja) | 固体高分子型燃料電池スタック | |
| JP2003346834A (ja) | 燃料電池スタック |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050818 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050906 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051104 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070206 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070405 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070508 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070606 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070626 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070704 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3983530 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110713 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110713 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120713 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120713 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130713 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140713 Year of fee payment: 7 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |