JP4781516B2

JP4781516B2 - Fuel cell and power source using the fuel cell

Info

Publication number: JP4781516B2
Application number: JP2000336094A
Authority: JP
Inventors: 憲朗光田; 秀雄前田; 龍也林; 啓介小田; 久敏福本; 浩司濱野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2020-11-02
Also published as: JP2001223018A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池に関するもので、燃料電池の構成や集電方法、更にはその燃料電池を用いた電源に関するものである。
以下、本発明は固体高分子型燃料電池を例として説明するが、メタノール直接型燃料電池やリン酸燃料電池等他の燃料電池にも適用することができる。又、本発明の燃料電池の構成及び集電方法は、電気自動車用燃料電池の他に、可搬型燃料電池、家庭用や小型ビル用の燃料電池等に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は周知のように、電解質を介して一対の電極を有し、この電極の一方に燃料を、他方の電極に酸化剤を供給し、燃料と酸化剤を電池内で電気化学的に反応させることにより化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。
燃料電池には電解質によりいくつかの型があるが、近年高出力の得られる燃料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が注目されている。例えば燃料電極に水素ガスを、酸化剤電極に酸素ガスを供給し、外部回路より電流を取り出すときに下記化学反応式（１）及び（２）で示されるような反応が生じる。
燃料電極反応：Ｈ２ → ２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- （１）
酸化剤電極反応：２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- ＋（１／２）Ｏ２→ Ｈ２Ｏ（２）
この反応が生じるとき、燃料電極上で水素はプロトンとなり、水を伴って電解質体中を酸化剤電極上まで移動し、酸化剤電極上で酸素と反応して水を生じる。従って、前記のような燃料電池の運転には、反応ガスの供給と排出、電流の取り出しが必要となる。
【０００３】
電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持した単セルと表裏に燃料ガス流路、酸化剤ガス流路、冷却水流路の何れかが設けられたセパレータとを交互に積層して燃料電池積層体（以下、積層体ともいう）が構成される。燃料電池積層体は、燃料ガスと酸化剤ガスのガスシール性を確保し、単セルとセパレータとの接触電気抵抗を極力下げるために、一定の面圧をかける構造が用いられる。
通常、押え板にシャフトを通し、コイルバネや円盤状の板バネを用いてナットで締めて面圧が保たれる。シャフトは積層体の外周部に通されるのが一般的であったが、近年は、単セルやセパレータの主表面に貫通孔を設けてシャフトを通す方式が用いられている。この方式は、単セルやセパレータのガスシール構造が複雑になる反面、コンパクト化が容易になるので、電気自動車用燃料電池、可搬型燃料電池、家庭用や小型ビル用燃料電池等コンパクト化を求められる用途に適している。
【０００４】
単セルやセパレータの主表面に貫通孔を設けてシャフトを通す方式の積層体としては、本願出願人が平成１１年３月１６日に出願した特願平１１−６９５９０号がある。図１８は、この特願平１１−６９５９０号に記載されているような燃料電池積層体であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
図１８において、１は燃料電池積層体、６は電気絶縁被覆、７は円盤状の板バネ、８は押え板、５１はシャフト、５２は燃料電極側電流端子、５３は酸化剤電極側電流端子、５４は燃料電極側集電板、５５は酸化剤電極側集電板である。
上記のシャフト５１は、積層体の両端側に配された押え板８を介して積層体に面圧を掛けるため、当該積層体に貫通させた軸である。
【０００５】
従来の積層体では、上記のシャフト５１は、燃料電極や酸化剤電極とは電気的に絶縁されており、積層体１の積層方向両端側に配置された燃料電極側及び酸化剤電極側の集電板５４、５５から、当該集電板５４、５５の積層面方向即ち積層体１の積層方向と直交する当該積層体１の側面方向(以下、外周部若しくは側面側ともいう)に突き出された電流端子５２、５３に電流線を接続して、外部負荷に接続していた。
しかし、積層体１の外周部は、断熱や電気絶縁のために断熱材を巻いたりアクリル等のプラスチック板でふさがれることが多く、又、複数の積層体１を並べられることも多いので、外周部側即ち横に張り出された電流端子５２、５３との電気接続はコンパクト化の支障になっていた。
又、燃料電池積層体には電圧が低い割に大きな電流が流れるので、電流ケーブル(非図示)は太いものを使用せざるを得ず、結線のための電流ケーブルの長さをできるだけ短くする必要があるが、酸化剤電極側と燃料電極側とで電流端子の位置が離れていると、複数の積層体１をこの電流ケーブルで結線する場合に、配線が複雑になると共に、長い電流ケーブルを必要とするため、コンパクト化に支障があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の積層体では、電流端子が互いに離れた位置にあり、しかも、積層体の外周部に突き出して電気配線を行う必要がある上、長い電流ケーブルが必要になる等、燃料電池や燃料電池を用いた電源のコンパクト化に大きな支障があった。
本発明は、このような課題を解消するためなされたものであり、燃料電池の外周部（側面側）をコンパクトにすると共に、電気配線が簡単にでき、長い電流ケーブルを不要とする燃料電池とその燃料電池を用いた電源の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃料電池は、電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持してなり、主表面に２つの貫通孔を有する単セルと、前記燃料電極に燃料流体を供給するために燃料供給口から燃料排出口までを並行する複数の燃料流路と前記酸化剤電極に酸化剤流体を供給するために酸化剤供給口から酸化剤排出口までを並行する複数の酸化剤流路を備え、主表面に２つの貫通孔を有するセパレータとを順次積層し、更に、主表面に２つの貫通孔を有する酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板で挟んで積層体を構成し、前記単セル、前記セパレータ、前記酸化剤電極側集電板および前記燃料電極側集電板に設けられた、互いに連通している前記２つの貫通孔にそれぞれ外周に電気絶縁被覆が施されたシャフトを挿嵌すると共に、前記酸化剤電極側集電板と一方のシャフトとを電気的に接続し、前記燃料電極側集電板と他方のシャフトとを電気的に接続して、前記２本のシャフトの端部を電流端子としたことを特徴とする。
【０００８】
この発明に係る燃料電池は、電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持してなり、主表面に２つの貫通孔を有する単セルと、前記燃料電極に燃料流体を供給するために燃料供給口から燃料排出口までを並行する複数の燃料流路と前記酸化剤電極に酸化剤流体を供給するために酸化剤供給口から酸化剤排出口までを並行する複数の酸化剤流路を備え、主表面に２つの貫通孔を有するセパレータとを順次積層し、更に、主表面に２つの貫通孔を有する酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板で挟んで積層体を構成し、主表面に２つの貫通孔を有する電気絶縁体を介して、前記積層体を少なくとも２つ連結し、前記単セル、前記セパレータ、前記酸化剤電極側集電板、前記燃料電極側集電板および前記電気絶縁体に設けられた、互いに連通している前記２つの貫通孔にそれぞれ外周に電気絶縁被覆が施されたシャフトを挿嵌すると共に、全ての積層体の酸化剤電極側集電板とシャフトの１本とを電気的に接続し、全ての積層体の燃料電極側集電板と他方のシャフトとを電気的に接続し、前記２本のシャフトの端部を電流端子としたことを特徴とする。
【０００９】
この発明に係る電源は、燃料電池を、シャフトの軸が横並びとなる方向に並べ、隣り合う燃料電池の酸化剤電極側電流端子と燃料電極側電流端子とを連結子を介して接続したことを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る電源は、燃料電池を、シャフトの軸が縦並びとなる方向であって、前後の燃料電池の酸化剤電極側電流端子及び燃料電極側電流端子の極性が異極となるように並べ、前後の燃料電池の酸化剤電極側電流端子と燃料電極側電流端子とを連結子を介して接続させたことを特徴とする。
【００１１】
この発明に係る電源は、燃料電池を、シャフトの軸が縦並びとなる方向であって、前後の燃料電池の酸化剤電極側電流端子及び燃料電極側電流端子の極性が同極となるように並べ、前後の燃料電池の酸化剤電極側電流端子と燃料電極側電流端子とを連結子を介して接続させたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態を示す図１乃至図１２に基づいて説明する。尚、図１８において説明した従来と同一若しくは相当部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００１３】
実施の形態１．
実施の形態１は、電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持し主表面に少なくとも２つの貫通孔を有する単セルと、前記燃料電極に燃料流体を供給するために流体供給口から流体排出口までを並行する複数の燃料流路と前記酸化剤電極に酸化剤流体を供給するために流体供給口から流体排出口までを並行する複数の酸化剤流路とを備え主表面に少なくとも２つの貫通孔を有するセパレータとを順次積層し、更に、主表面に少なくとも２つの貫通孔を有する酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板で挟んで積層体を構成し、前記２つの貫通孔に、それぞれ導電体としてのシャフトを挿嵌すると共に、前記酸化剤電極側集電板と一方のシャフトとを電気的に接続し、前記燃料電極側集電板と他方のシャフトとを電気的に接続して、前記２本のシャフトの端部を電流端子として用いた構成の燃料電池である。
【００１４】
以下、この実施の形態１を図１、図２に基づいて説明する。図１は、燃料電池の積層体を示すもので、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図、図２は、前記のシャフト２、３を通すための２つの貫通孔を有するセパレータ１２の平面図である。
図１において、２は酸化剤電極側のシャフト、３は燃料電極側のシャフト、４は酸化剤電極側集電板、５は燃料電極側集電板、６は電気絶縁被覆、７は円盤状の板バネ、８は押え板、９は締め付けナット、１０は電気絶縁板、１１は単セル、１２はセパレータ、１３は酸化剤電極側集電板と酸化剤電極側のシャフトとの接合部、１４は燃料電極側集電板と燃料電極側のシャフトとの接合部、１５は酸化剤電極側電流端子、１６は燃料電極側電流端子である。尚、図１において、単セル１１とセパレータ１２については部分的に模式的に示しているが、積層体の全域にわたって積層されている。
【００１５】
単セル１１は、電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持してなり、主表面に少なくとも２本のシャフト２、３を通すための２つの貫通孔を有している。
セパレータ１２は、燃料電極に燃料流体を供給するために流体供給口から流体排出口までを並行する複数の燃料流路と酸化剤電極に酸化剤流体を供給するために流体供給口から流体排出口までを並行する複数の酸化剤流路等を備え、主表面に前記のシャフト２、３、を通すための２つの貫通孔を有している。
酸化剤電極側集電板４及び燃料電極側集電板５の各主表面も、前記の２本のシャフト２、３を通すための２つの貫通孔を有する。
更に、押え板８にも２つの貫通孔があって、これに前記のシャフト２、３が挿嵌され、円盤状の板バネ７によって積層体全体が積層方向に締め付けられる構造になっている。
【００１６】
前記の酸化剤電極側集電板４と酸化剤電極側のシャフト２とは、接合部１３において電気的に接続されており、燃料電極側集電板５と燃料電極側のシャフト３も接合部１４において電気的に接続されている。
図示の実施の形態１では、前記２本のシャフト２、３の両端部が積層体１の積層方向の両端側に配設されているため、積層体１の両端側のどちらの端面側からでも、それぞれ酸化剤電極側電流端子１５、燃料電極側電流端子１６として用いることができる。（以下、積層体１の積層方向の両側の端面を両端という。）
勿論、これに限らず、積層体１の一方端側にだけ酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とを設けてもよいし、積層体１の一方端側に酸化剤電極側電流端子１５を、他方端側に燃料電極側電流端子１６を設けてもよい。
【００１７】
押え板８、８は、前記のシャフト２、３に支持されて積層体１を積層方向に押圧するため、当該積層体１の両端側に配置されており、これ等の押え板８、８には、絶縁被膜としての電気絶縁フィルムが張られている。又、酸化剤電極側集電板４或いは燃料電極側集電板５とも短絡しないようになっている。
又、前記のシャフト２、３も同様に絶縁被膜としての電気絶縁フィルム６によって被覆されており、従って、単セル１１やセパレータ１２と電気的に絶縁されている。
このように実施の形態１によれば、集電はシャフト２、３の両端部を用いて行うことができ、従来のように、集電板の一部が積層体１の外周部（側面側）に突き出されて形成された電流端子から取り出す必要がなくなる。
【００１８】
図２に示すセパレータの平面図において、２４は酸化剤供給口、２５は酸化剤排出口、２６は燃料供給口、２７は燃料排出口、２８は冷却水供給口、２９は冷却水排出口、４３は燃料流路、４５は燃料電極側のシャフト孔、４６は酸化剤電極側のシャフト孔である。
酸化剤電極側のシャフト孔４６は燃料ガスの中間マニホールドとしても用いられる構造になっている。又、前記のようなセパレータ１２の構造については、従来のものをそのまま用いることができる。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態２を図３に基づいて説明する。図３は前記実施の形態１における接合部１３の構成例を示すもので、（Ａ）は例えば酸化剤電極側集電板４と酸化剤電極側のシャフト２の接合部１３を拡大して示した横断面図、（Ｂ）はその縦断面図である。尚、燃料電極側集電板５と燃料電極側のシャフト３についても同様の構造になる。
図３において、酸化剤電極側集電板４とこの酸化剤電極側集電板４を貫通する酸化剤電極側のシャフト２とは、その貫通部位の接合部１３において、溶接によって電気的に接続された構成となっている。この場合の溶接部１７は酸化剤電極側集電板４の表裏においてシャフト２に溶接されている。尚、１８はゴムパッキンである。
酸化剤電極側及び燃料電極側の集電板４、５やシャフト２、３等はステンレスや銅等の金属で構成されているので、一般的な溶接手段を用いて容易に接続させることができる。
【００２０】
実施の形態３．
実施の形態３を図４に基づいて説明する。図４は前記実施の形態１における接合部１３の別の構成例を示すもので、酸化剤電極側集電板４と酸化剤電極側のシャフト２の接合部１３を拡大して示した断面図である。尚、燃料電極側集電板５と燃料電極側のシャフト３との接合部１４についても同様の構造になる。
図４において、酸化剤電極側集電板４と酸化剤電極側のシャフト２の接合部１３は、電気接面摺動部１９を介して、シャフト２の抜き差しが可能な摺動接触する構成とされている。図示の電気接面摺動部１９はシャフト２が抜き差し可能な筒状形態のもので、酸化剤電極側集電板４の貫通孔に挿入固定されている。
【００２１】
図中の２０は、電気接面摺動部１９を酸化剤電極側集電板４に固定させる固定部である。この固定部２０は、酸化剤電極側集電板４の表裏をドーナツ状に巻いて電気接面摺動部１９を固定することで、酸化剤電極側集電板４と電気接面摺動部１９との電気接続を確実に行うように構成されている。
又、電気接面摺動部１９はシャフト２に筒状に密着するので、電気的な接続が確実に行なわれる。
この実施の形態３によれば、前記実施の形態２の溶接と異なり、電気接面摺動部１９を用いることで、シャフト２の摺動、即ち移動が可能となるので、シャフト２を後で挿入する等積層体１の組立工程に選択の余地が増え、より組立作業が容易となる。
【００２２】
実施の形態４．
実施の形態４を図５に基づいて説明する。図５は前記実施の形態１における接合部１３の別の構成例を示すもので、酸化剤電極側のシャフト２の端部側即ち酸化剤電極側の電流端子部を拡大して示した断面図である。尚、燃料電極側集電板５と燃料電極側のシャフト３との接合部１４についても同様の構造になる。
図５において、８は押え板、１０は電気絶縁板、７は押え板８を付勢する板バネ、２１はワッシャー、２２は電流ケーブル、２３は電流端子取り付けナット、３０はネジ部分である。
このシャフト２の端子部は、当該端子部に螺合する着脱自在な２つのナット９、２３を介して、電流ケーブル２２と着脱自在に構成されている。
従って、電流ケーブル２２は、シャフト２の端部に形成されたネジ部分において、一般のワッシャー２１やナット９、２３を用いて、端子部に簡単に取り付け、取り外しができる。
【００２３】
実施の形態５．
実施の形態５を図６に基づいて説明する。図６は前記実施の形態１における接合部１３の別の構成例の積層体を示すもので、（Ａ）はその横断面図、（Ｂ）はその縦断面図である。
この実施の形態５に示す接合部は、前記実施の形態１でいう酸化剤電極側集電板４及び燃料電極側集電板５とこれに相応するシャフト２、３との接合ではなく、積層体１の両端側に配設された押え板８、８を、前記実施の形態１の酸化剤電極側集電板４及び燃料電極側集電板５として兼用させ、これ等の集電板としての機能を果たす押え板８、８とシャフト２、３とを接合させた構成としたものである。
従って、図６の（Ｂ）に示すように、前記実施の形態１における酸化剤電極側集電板４及び燃料電極側集電板５は存在しない。尚、押え板８、８をその外側から付勢する円盤状の板バネ７、７には電気絶縁フィルムが貼られており、更に、ポリカーボネートからなる分厚い絶縁板１７，１７を挿入することで、集電板代わりに用いられている押え板８、８との電気絶縁を確実なものとしている。尚、押え板８とシャフト２との電気接続は、図５に示すようなワッシャー２１やナット９、２３等を用いるだけで容易に接続することができる。
このように、この実施の形態５によれば、集電板４、５を省くことができると共に、シャフト２、３と集電板としての押え板８、８との電気接続を容易に構成することができる。
【００２４】
次に、実施の形態６乃至９において、上記実施の形態１乃至５の何れかに記載の燃料電池を複数用いた電源の構成例を示す。
【００２５】
実施の形態６．
実施の形態６は、前記実施の形態１の燃料電池を横手方向に４つ並べ、電気的に直列に接続した構成例であり、これを図７に基づいて説明する。図７の（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
図において、４つの燃料電池は、各燃料電池のシャフト２、３の軸が、横並びとなる方向に並べられ、隣り合う燃料電池３１、３１の酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とが連結子、この例では横手方向に延在するよう形成された横手方向の連結子３２を介して接続されている。そして、横方向両端側に位置する酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とには電流ケーブル２２がそれぞれ接続されている。
この実施の形態６によれば、横手方向の連結子３２を用いることで、４つの燃料電池３１を横並びにコンパクトに構成することができる。
又、横手方向の連結子３２は燃料電池３１の両側に取付けることができるので、確実な電気接続が得られると共に、複数の燃料電池を確実に固定することもできる。尚、この実施の形態６では４つの燃料電池を用いたが、２つ以上の燃料電池を用いても、同様の効果が得られる。
【００２６】
実施の形態７．
実施の形態７は、前記実施の形態１の燃料電池を長手方向に４つ並べ、電気的に直列に接続した構成例であり、これを図８に基づいて説明する。図８は断面図である。
図において、４つの燃料電池３１は、各燃料電池３１のシャフト２、３の軸が縦並びとなる方向に並べられ、前後の燃料電池３１、３１の酸化剤電極側電流端子１５及び燃料電極側電流端子１６の極性が異極となるように並べ、前後の燃料電池３１、３１の所要、即ち、直列接続となる酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とを連結子、この例では長手方向の連結子３３、３３、３３を介して接続している。
この実施の形態７によれば、長手方向の連結子３３を用いることで、複数の燃料電池３１を縦並びにコンパクトに構成することができる。
又、長手方向の連結子３３により、確実な電気接続が得られると共に、複数の燃料電池を確実に固定することもできる。
尚、図中の３４は絶縁キャップであり、接続されない酸化剤電極側電流端子１５及び燃料電極側電流端子１６に装着されて、燃料電池３１間の短絡が防止されている。
又、この実施の形態７では４つの燃料電池を用いたが、２つ以上の燃料電池を用いても、同様の効果が得られる。
【００２７】
実施の形態８．
実施の形態８は、前記実施の形態１の燃料電池を長手方向に４つ並べ、電気的に直列に接続した構成例であり、これを図９に基づいて説明する。図９は断面図である。
図において、４つの燃料電池３１は、各燃料電池３１のシャフト２、３の軸が縦並びとなる方向に並べられ、前後の燃料電池３１、３１の酸化剤電極側電流端子１５及び燃料電極側電流端子１６の極性が同極となるように並べ、前後の燃料電池３１、３１の所要、即ち、直列接続となる酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とを連結子、この例では斜め方向の連結子３５、３５、３５を介して接続している。
【００２８】
この実施の形態８によれば、斜め方向の連結子３５を用いることで、複数の燃料電池３１を縦並びにコンパクトに構成することができる。
又、斜め方向の連結子３５により、確実な電気接続が得られると共に、複数の燃料電池を確実に固定することもできる。
更に、上記実施の形態７と異なり、燃料電池３１の左右の極性が異なるように交互に組み込む必要が無く、左右の極性を同じ状態にしたまま単純に組み込むことができるので、その作業が容易となる。
尚、図中の符号３４は絶縁キャップであり、接続されない酸化剤電極側電流端子１５及び燃料電極側電流端子１６に装着されて、燃料電池３１間の短絡が防止されている。又、この実施の形態７では４つの燃料電池を用いたが、２つ以上の燃料電池を用いても、同様の効果が得られる。
【００２９】
実施の形態９．
実施の形態９は、前記実施の形態１の燃料電池を縦横に複数個ずつ、例えば田の字に４つ並べ、前記実施の形態７の横並び構成と実施の形態８の縦並び構成とを組み合わせて、電気的に直列に接続した構成例であり、これを図１０に基づいて説明する。図１０の（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
図において、３１は実施の形態１の燃料電池、３２は燃料電池間の横手方向の連結子、３３は燃料電池間の長手方向の連結子、３４は絶縁キャップである。
図において、シャフト２、３の軸が横並びとなる横方向に複数の燃料電池３１、３１を並べ、隣り合う燃料電池３１、３１の酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とを横手方向の連結子３２を介して接続する。
こうして接続し、組み合わされた横組み燃料電池、この例では横並びの２つの燃料電池３１、３１の横組みを一組として、２つの横組みをシャフト２、３の軸方向に縦に２段に並べ、段の前後の横組み燃料電池３１、３１、即ち、前後２組の横組み燃料電池３１、３１の所要の酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とを縦方向の連結子３３、３３を介して接続させている。
このように、４つ以上の燃料電池３１を縦横に配置し、所要の酸化剤電極側電流端子１５と燃料電極側電流端子１６とを横手方向の連結子３２或いは長手方向の連結子３３等で組み合わせることでコンパクトな電源を構成することができる。
尚、実施の形態６乃至９における連結子３２、３３、３５は何れも金属、例えば銅板或いは銅線等で形成されており、電流ケーブル等と結線される連結子３２、３３、３５の端部を除いて絶縁被覆（非図示）が施されている。
【００３０】
実施の形態１０．
実施の形態１０は、電解質膜を燃料電極及び酸化剤電極で挟持し、主表面に少なくとも２つの貫通孔を有する単セルと、前記燃料電極に燃料流体を供給するために流体供給口から流体排出口までを並行する複数の燃料流路と前記酸化剤電極に酸化剤流体を供給するために流体供給口から流体排出口までを並行する複数の酸化剤流路を備え、主表面に少なくとも２つの貫通孔を有するセパレータとを順次積層し、更に、主表面に少なくとも２つの貫通孔を有する酸化剤電極側集電板及び燃料電極側集電板で前記積層体を挟んで燃料電池ブロックとしての積層体を構成し、主表面に少なくとも２つの貫通孔を有する電気絶縁体を介して、前記燃料電池ブロックとしての積層体を少なくとも２つ連結し、前記２つの貫通孔にそれぞれシャフトを挿嵌すると共に、全ての燃料電池ブロックとしての積層体の酸化剤電極側集電板とシャフトの１本とを電気的に接続し、全ての燃料電池ブロックとしての積層体の燃料電極側集電板と他方のシャフトとを電気的に接続し、前記２本のシャフトの端部を電流端子として用いる構成としたものである。
この実施の形態１０を図１１、図１２に基づいて説明する。図１１は燃料電池ブロックとしての積層体を２つ連結した例を示すもので、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図であり、図１２はこの燃料電池ブロックを３つ連結した例を示すもので、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【００３１】
図１１、図１２において、図中の符号３６は単セル１１とセパレータ１２とが交互に積層された燃料電池ブロック３６としての積層体であり、この燃料電池ブロック３６の両端側の一方には酸化剤電極側ブロック集電板４、３８が、他方には燃料電極側ブロック集電板５、３７が配設されている。
このように構成された燃料ブロック３６を、図１１では２つ、図１２では３つ、電気絶縁板３９を挟んで積層方向に積み上げ、積み上げた状態において積層方向両端に押え板を８、８を当てて、積層方向に２本のシャフト２、３を貫通させている。
従って、各々の燃料電池ブロック３６相互は両者間に介在する電気絶縁板３９によって区切られており、互いに電気絶縁されている。
この電気絶縁板３９は例えばポリカーボネートで形成されており、この電気絶縁板３９を始め、単セル１１、セパレータ１２、酸化剤電極側ブロック集電板４、３８、燃料電極側ブロック集電板５、３７、押え板８、８には、予めシャフト２、３を通すための２つの穴が設けられている。
【００３２】
酸化剤電極側のシャフト２には、各燃料電池ブロック３６の酸化剤電極側集電板４、３８が、同様に、燃料電極側のシャフト３には、各燃料電池ブロック３６の燃料電極側集電板５、３７が電気的に接続されている。
従って、各々の燃料電池ブロック３６は、ガス的に並列に接続され、電気的にも並列に接続されており、実施の形態１の燃料電池に比べると、同じセル数でも、積層体としての出力は、図１１の場合では、電圧が２分の１、電流は２倍、図１２の場合では、電圧が３分の１、電流は３倍になる。
【００３３】
従って、この実施の形態１０によれば、燃料電池ブロック３６の数を適宜変化させることによって、外部の電流ケーブルとの取り合いを変化させることなく、電流と電圧を変化させることができる。
又、電流や電圧の要求スペックが異なる場合でも、同じ形状の単セルやセパレータを用いて燃料電池を構成することができるので、製造コストを大幅に低減させることができる。
【００３４】
上記実施の形態１乃至実施の形態１０においては、貫通孔に通す導電体としてシャフトを用いたが、本発明は、これに限らず、導電体としては線状部材、例えばケーブル等であってもよい。
又、この導電体は、積層板を押圧する機能を必ずしも備えている必要はなく、この場合には、別途に、積層板を押圧する適当な装置を備えることになろう。
又、シャフトを通す穴が２つの場合を示したが、３つ以上ある場合でも同様の効果が得られる。
又、前記実施の形態１０においても、実施の形態２乃至５で示したシャフトと集電板或いは集電板を兼ねる押え板との接合構成を適用することができる。
【００３５】
実施の形態１１．
実施の形態１１は、内側に単セルとセパレータとが交互に積層され、積層された一方端側に酸化剤電極側集電板、他方端側に燃料電極側集電板を有する積層体を備えた燃料電池の前記酸化剤電極側集電板と燃料電極側集電板とに、それぞれ導電体を接続し、それぞれの集電板から最寄りの積層体端面に延在させ、当該両導電体の延在端部をそれぞれ電流端子として構成された燃料電池である。これを図１３に基づいて説明する。図１３の（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその底面図である。
【００３６】
図１３の（Ａ）、（Ｂ）において、図中の符号１は積層体であり、上記実施の形態１乃至１０の積層体１と同様である。即ち、積層体１は、内側に単セル１１とセパレータ１２とが交互に積層されており（図１に示す）、この単セル１１とセパレータ１２とが積層された構成部の、積層方向両端側のうちの一方端側に酸化剤電極側集電板４が、他方端側に燃料電極側集電板５を有する構成となっている。
【００３７】
積層体１の両端側に配置された酸化剤電極側集電板４と燃料電極側集電板５との、更に両外側には、それぞれ電気絶縁板１０で覆われており、この電気絶縁板１０を介して、抑え板８や板ばね７の順に接圧構成部材が、積層体１を積層方向に貫通したシャフト６２，６３に関連して構成されている。
即ち、上記実施の形態１において説明したように、このシャフト６２（２），６３（３）の両端側からねじ込まれたナット９，９によって、積層体１が積層方向の面圧を受けている。
【００３８】
図中の符号７４は一端が酸化剤電極側集電板４に接続された導電体であり、この導電体７４の他端即ち延在端部は、当該酸化剤電極側集電板４に当接された電気絶縁板１０を貫通して積層方向の外側に延在させると共に、燃料電極側集電板５にも同様にして導電体７５が配設され、これらの導電体７４，７５のそれぞれの延長端部が電流端子とされている。
【００３９】
上記実施の形態１１によれば、各集電板４，５から、それぞれ最寄りの積層体端面の外側、即ち積層方向の両端面側にそれぞれ導電体７４，７５が引出され、引出された導電体７４，７５の延在端部がそれぞれ電流端子として構成されているので、一方端側の電流端子にプラスの電流ケーブルを、他方端側の電流端子にマイナスの電流ケーブルが接続されることになる。
【００４０】
従って、従来のように、積層方向の外周部即ち側面側で電流ケーブルと接続する場合に比べて、側面側のスペースを接続に使用しないため、燃料電池の側面側をコンパクトに構成することができる。
又、複数個の燃料電池を直列に接続する場合には、同一端面側に両極の電流端子が併存するよりも、両端側にそれれぞれ一方の電流端子が在る方が、却って、一方の燃料電池のプラス側と他方の燃料電池のマイナス側とを近距離で接続できるという利点がある。
【００４１】
実施の形態１２．
実施の形態１２は、上記実施の形態１１のように、燃料電極側及び酸化剤電極側の集電板４，５にそれぞれ接続した導電体７４、７５の延長端部を積層体１の積層方向の外側に引出して電流端子とするものであるが、上記実施の形態１１と異なる点は、何れか一方の導電体の延在端部を、積層方向の内側方向即ち積層体１の内部を貫いて他方端側の外側に引出して、他方の導電体の延在端部が引出されている同じ積層体端面に両電極の電流端子を併存させる構成としたものである。これを図１４に基づいて説明する。図１４の（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその底面図である。
【００４２】
図１４の（Ａ）、（Ｂ）において、図示の例では、積層体１の一方端側に位置する一方の集電板としての例えば燃料電極側集電板５に接続された導電体７５の延在端部を、積層体１の単セルとセパレータとが交互に積層された積層体１の内部側から積層体１の他方端側の酸化剤電極側集電板４及び電気絶縁板１０を貫いて、当該他方端側の外側に引出している。尚、その他の構成は上記実施の形態１１と同様である。
【００４３】
上記実施の形態１２によれば、積層体の何れか一方端側の端面に、両極の電流端子を並んで併存させることができるので、燃料電池への電流ケーブルの接続作業を同一面に対して行うことができ、接続作業が容易になると共に、従来のように、離れた反対側の主表面に位置している電流端子へ電流ケーブルを引き回す必要がなくなるので、短い電流ケーブルで所要の接続を行うことができる。
【００４４】
実施の形態１３．
実施の形態１３は、積層体１を貫通するシャフトを備えた上記実施の形態１１の燃料電池において、積層体１の両端側にそれぞれ引出された導電体のうち、何れか一方端側の導電体の延在端部を、当該一方端側に突出させた最寄りのシャフトの端部に接続し、接続された当該シャフトの他方端を、当該導電体が接続された集電板の電流端子として構成したものである。これを図１７に基づいて説明する。図１７の（Ａ）はその断面図、（Ｂ）は底面図である。
【００４５】
図１７の（Ａ）、（Ｂ）において、上記実施の形態１１の場合と同様に、酸化剤電極側集電板４と燃料電極側集電板５とにそれぞれに接続された酸化剤電極側導電体７４と燃料電極側導電体７５とを、それぞれ最寄りの積層体１の端面にそれぞれ延在させる。
こうして延在させた両導電体７４，７５の何れか一方の延在端部、この実施の形態では、燃料電極側導電体７５の延在端部を、当該端面側において、最寄りの１本のシャフト６２の端部に接続して、当該シャフト６２（６３）の他方の端部を燃料電極側電流端子７５０としてある。図中の符号６６は燃料電極側導電体７５の延在端部とシャフト６２の端部とに架け渡された電気的接続手段としての接続板である。
【００４６】
上記実施の形態１３によれば、積層体１の両端面の内何れか一方の同一端面側に両極の電流端子７４，７５０を併存させることができるので、上記実施の形態１２と同様の作用効果を発揮させることができる。
又、この実施の形態１３では、上記実施の形態１２のように導電体７４，７５の一方をわざわざ積層体１の内部に貫通させる必要はなく、既存のシャフト６２を導電体として利用しているので、上記実施の形態１２の燃料電池に比べて、構造が簡易となり、製造コストを低減させることができる。
【００４７】
上記実施の形態１１乃至１３における導電体７４，７５は、文字通り、導電体であれば如何なる形態の部材を用いてもよいが、上記実施の形態１１乃至１３では、図示のような丸棒状で、剛性を備えた棒状部材(以下、集電棒ともいう)を用いている。
以下、この集電棒７４，７５を実施の形態１２を示す図１５及び図１６に基づいて説明する。図１５は酸化剤電極側集電板と酸化剤電極側導電体を示す図であり、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）はその底面図、図１６は燃料電極側集電板と燃料電極側導電体を示す図であり、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）はその底面図である。
【００４８】
図１５及び図１６において、導電体としての集電棒７４，７５は何れも集電板４，５の板面に対して直交するよう垂直に、即ち積層方向に向けて接続されている。この集電棒７４，７５は、集電板４，５と同様に、ステンレスや銅等の金属で構成されており一般的な溶接手段を用いて接続される。
この形態に示す集電棒７４，７５は、その端部にネジが形成されており、ナット９やばねワッシャー等を用いて、電流ケーブル(非図示)と容易に接続できるように構成している。
【００４９】
このように、導電体として集電棒を用いて上記実施の形態１２のように、一方の集電棒(導電体７５)を積層体１の積層方向に向けて垂直に貫通させた構成とすると、積層体１を構成する単セル１１やセパレータ１２等の組み立ての際には、位置合わせするためのガイド棒として活用することができると共に、組み立て後には、単セル１１やセパレータ１２の位置ずれを防止する機能を発揮させることができる。
【００５０】
又、上記実施の形態１１乃至１３の燃料電池を用いて電源を構成すると、各燃料電池自体の側面がコンパク化されるので、小スペースに効率よく収めることができ、しかも、配線（電流ケーブル）の全長を短くできるので、容積の小さいコンパクトな電源を提供することができる。
【００５１】
【発明の効果】
この発明によれば、電流端子が積層体の外周部（側面側）に突き出ること無く、積層方向の端面側において近接した位置に配設されるので、電気配線が簡単になり、長い電流ケーブルが不要になる。
又、従来では積層体を面圧する為だけに用いられていたシャフトを電流端子として用いているので、構成部品点数が少なくて済み、製造コストが低く、コンパクトな燃料電池及びその燃料電池を用いた電源を提供することができる。
【００５２】
また、積層体の数を変化させるだけで、外部の電流ケーブルの取り合いを変化させること無く、電流と電圧とを変化させることができる。従って、電流や電圧の要求スペックが異なる場合でも、同じ形状の単セルやセパレータを用いて燃料電池積層体を構成することができ、低コストの電源を提供することができる。
【００５３】
また、溶接されているので、電気的接続が確実となる。
【００５４】
また、組立て作業或いは交換作業において、シャフトを容易に取付けたり取り外したりすることができる。
【００５５】
また、電流ケーブルとの接続或いは取外しを容易に行うことができる。
【００５６】
また、従来積層体の押圧用としてのみ用いられていた押え板を集電板として兼用したるので、構成部品点数が削減され、組立てが容易となり、製造コストを低減することができる。
【００５７】
また、比較的短い連結子や電流ケーブルを用いるだけで、燃料電池間の配線を行うことができ、しかも、全体の形状も自由に選択することができるので、限られた収納空間に燃料電池を効率的に収納でき、コンパクトな電源を提供することができる。
【００５８】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の燃料電池を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図２】セパレータの平面図である。
【図３】実施の形態２の接合部を示す図で、（Ａ）は拡大して示した横断面図、（Ｂ）はその縦断面図である。
【図４】実施の形態３の接合部を拡大して示した断面図である。
【図５】実施の形態４の接合部を拡大して示した断面図である。
【図６】実施の形態５の接合部を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図７】実施の形態６の燃料電池の配置の構成例を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図８】実施の形態７を示す燃料電池の配置の構成例を示す断面図である。
【図９】実施の形態８を示す燃料電池の配置の構成例を示す断面図である。
【図１０】実施の形態９の燃料電池の配置の構成例を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図１１】実施の形態１０の燃料電池ブロックを２つ連結した例を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図１２】実施の形態１０の燃料電池ブロックを３つ連結した例を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図１３】実施の形態１１の燃料電池を示す図で、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図１４】実施の形態１２の燃料電池を示す図で、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図１５】実施の形態１２の酸化剤電極側集電棒を示す図で、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図１６】実施の形態１２の燃料電極側集電棒を示す図で、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図１７】実施の形態１３の燃料電池を示す図で、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図１８】従来の燃料電池を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【符号の説明】
１積層体、２酸化剤電極側のシャフト、３燃料電極側のシャフト、４酸化剤電極側集電板(集電板)、５燃料電極側集電板(集電板)、７板バネ、８押さ板、９ナット、１０電気絶縁板、１１単セル、１２セパレータ、１３接合部（酸化剤電極側集電板と酸化剤電極側のシャフト）、１４接合部（燃料電極側集電板と燃料電極側のシャフト）、１５酸化剤電極側電流端子（電流端子）、１６燃料電極側電流端子（電流端子）、１７溶接部、１９電気接面摺動部分、２１ワッシャー、２２電流ケーブル、２３ナット、３０ネジ部分、３１燃料電池、３２横手方向の連結子、３３長手方向の連結子、３４絶縁キャップ、３５斜め方向の接続子、３６積層体（燃料電池ブロック）、３７酸化剤電極側ブロック集電板、３８燃料電極側ブロック集電板、３９電気絶縁板、６２，６３シャフト、６６接続板(電気的接続部材)７４酸化剤電極側導電体(導電体)、７５燃料電極側導電体(導電体)、７５０燃料電極側電流端子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell, and relates to a configuration of a fuel cell, a current collecting method, and a power source using the fuel cell.
Hereinafter, the present invention will be described by taking a solid polymer fuel cell as an example, but can also be applied to other fuel cells such as a methanol direct fuel cell and a phosphoric acid fuel cell. Further, the fuel cell configuration and current collecting method of the present invention can be applied to a portable fuel cell, a fuel cell for home use or a small building, in addition to a fuel cell for an electric vehicle.
[0002]
[Prior art]
As is well known, a fuel cell has a pair of electrodes via an electrolyte, fuel is supplied to one of the electrodes, an oxidant is supplied to the other electrode, and the fuel and the oxidant react electrochemically in the cell. It is a device that converts chemical energy directly into electrical energy.
There are several types of fuel cells depending on the electrolyte. Recently, a solid polymer fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte has attracted attention as a fuel cell capable of obtaining high output. For example, fuel very When hydrogen gas is supplied to the oxidant electrode and oxygen gas is supplied to the oxidant electrode, and a current is taken out from the external circuit, reactions shown in the following chemical reaction formulas (1) and (2) occur.
Fuel electrode Reaction: H2 → 2H ⁺ + 2e ^- (1)
Oxidant electrode Reaction: 2H ⁺ + 2e ^- + (1/2) O2 → H2O (2)
When this reaction occurs, hydrogen becomes protons on the fuel electrode, moves with the water through the electrolyte to the oxidant electrode, and reacts with oxygen on the oxidant electrode to produce water. Therefore, the operation of the fuel cell as described above requires supply and discharge of reaction gas and extraction of current.
[0003]
A fuel cell laminate in which a single cell having an electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode and a separator provided with any one of a fuel gas channel, an oxidant gas channel, and a cooling water channel on both sides are alternately stacked. (Hereinafter also referred to as a laminate). The fuel cell stack has a structure in which a constant surface pressure is applied in order to ensure the gas sealing property of the fuel gas and the oxidant gas and to reduce the contact electric resistance between the single cell and the separator as much as possible.
Usually, the shaft is passed through the presser plate, and the surface pressure is maintained by tightening with a nut using a coil spring or a disc-shaped plate spring. In general, the shaft is passed through the outer peripheral portion of the laminate, but in recent years, a system in which a through-hole is provided on the main surface of a single cell or a separator and the shaft is passed is used. While this method complicates the gas seal structure of single cells and separators, it is easy to make compact. Therefore, it is required to make fuel cells for electric vehicles, portable fuel cells, fuel cells for homes and small buildings, etc. more compact. Suitable for the intended use.
[0004]
Japanese Patent Application No. 11-69590 filed on March 16, 1999 by the applicant of the present application is a laminated body in which a through-hole is provided on the main surface of a single cell or separator and a shaft is passed therethrough. FIG. 18 shows a fuel cell stack as described in Japanese Patent Application No. 11-69590, (A) is a plan view thereof, and (B) is a cross-sectional view thereof.
In FIG. 18, 1 is a fuel cell stack, 6 is an electrical insulation coating, 7 is a disc-shaped leaf spring, 8 is a presser plate, 51 is a shaft, 52 is Fuel electrode Side current terminal 53 Oxidant electrode Side current terminal 54 Fuel electrode Side current collector 55 Oxidant electrode It is a side current collector.
The shaft 51 is an axis that penetrates the laminated body in order to apply a surface pressure to the laminated body via the presser plates 8 disposed on both ends of the laminated body.
[0005]
In the conventional laminate, the shaft 51 is Fuel electrode And Oxidant electrode Are electrically insulated from each other, and are disposed on both ends of the stack 1 in the stacking direction. Fuel electrode Side and Oxidant electrode From the current collector plates 54, 55 on the side, in the direction of the laminated surfaces of the current collector plates 54, 55, that is, in the side surface direction of the laminated body 1 orthogonal to the laminated direction of the laminated body 1 (hereinafter also referred to as the outer peripheral portion or the side surface side). A current line was connected to the protruding current terminals 52 and 53 to connect to an external load.
However, the outer peripheral portion of the laminated body 1 is often wrapped with a heat insulating material for heat insulation or electrical insulation or covered with a plastic plate such as acrylic, and a plurality of the laminated bodies 1 are often arranged. Electrical connection with the current terminals 52 and 53 projecting sideways, that is, laterally has been an obstacle to downsizing.
In addition, since a large current flows through the fuel cell stack for a low voltage, it is necessary to use a thick current cable (not shown), and it is necessary to make the length of the current cable as short as possible. There are Oxidant electrode Side and Fuel electrode If the current terminals are separated from each other on the side, the wiring is complicated and a long current cable is required when connecting the plurality of laminates 1 with this current cable. It was.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional laminate, the current terminals are located at positions apart from each other, and it is necessary to perform electrical wiring by protruding to the outer peripheral portion of the laminate, and a long current cable is required. There has been a major hindrance to downsizing power sources using batteries and fuel cells.
The present invention has been made in order to solve such problems, and a fuel cell in which the outer peripheral portion (side surface side) of the fuel cell is made compact, electric wiring can be simplified, and a long current cable is not required. An object is to provide a power source using the fuel cell.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The fuel cell according to the present invention comprises an electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode, and has a main surface. 2 A single cell having two through holes and for supplying fuel fluid to the fuel electrode fuel From supply port fuel To supply an oxidant fluid to a plurality of fuel flow paths parallel to the discharge port and the oxidant electrode Oxidant From supply port Oxidant Main surface with multiple oxidant channels running in parallel to the outlet 2 A separator having two through-holes, and a main surface 2 A laminate is constituted by sandwiching between an oxidant electrode side current collector plate and a fuel electrode side current collector plate having two through holes, The single cell, the separator, the oxidant electrode side current collector plate, and the fuel electrode side current collector plate, which are in communication with each other. The fuel electrode side current collector plate is inserted into the two through-holes and electrically connected between the oxidant electrode side current collector plate and one shaft while inserting a shaft having an outer periphery coated with an electric insulation coating. And the other shaft are electrically connected, and the ends of the two shafts serve as current terminals.
[0008]
The fuel cell according to the present invention comprises an electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode, and has a main surface. 2 A single cell having two through holes and for supplying fuel fluid to the fuel electrode fuel From supply port fuel To supply an oxidant fluid to a plurality of fuel flow paths parallel to the discharge port and the oxidant electrode Oxidant From supply port Oxidant Main surface with multiple oxidant channels running in parallel to the outlet 2 A separator having two through-holes, and a main surface 2 A main body surface comprising a laminate sandwiched between an oxidant electrode side current collector plate and a fuel electrode side current collector plate having two through holes 2 Connecting at least two of the laminates via an electrical insulator having two through holes, The single cell, the separator, the oxidant electrode side current collector plate, the fuel electrode side current collector plate, and the electrical insulator, which are in communication with each other. Each of the two through-holes is fitted with a shaft having an electrically insulating coating on the outer periphery, and the oxidant electrode side current collecting plates of all the laminates are electrically connected to one of the shafts. The fuel electrode side current collecting plate of the laminate and the other shaft are electrically connected, and the ends of the two shafts are used as current terminals.
[0009]
The power source according to the present invention is Line up the fuel cells in the direction in which the shaft axes line up side by side. Oxidant electrode Side current terminal and Fuel electrode The side current terminal is connected via a connector.
[0010]
In the power source according to the present invention, the fuel cell is arranged in a direction in which the shaft axes are arranged vertically, and the polarities of the oxidant electrode side current terminal and the fuel electrode side current terminal of the front and rear fuel cells are different from each other. Lined up and down fuel cells Acid The agent electrode side current terminal and the fuel electrode side current terminal are connected via a connector.
[0011]
In the power source according to the present invention, the fuel cell is arranged in a direction in which the shaft axes are arranged vertically, and the polarities of the oxidant electrode side current terminal and the fuel electrode side current terminal of the front and rear fuel cells are the same polarity. Lined up and down fuel cells Acid The agent electrode side current terminal and the fuel electrode side current terminal are connected via a connector.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12 showing an embodiment. 18 that are the same as or equivalent to those in the related art described with reference to FIG.
[0013]
Embodiment 1 FIG.
In the first embodiment, a single cell having an electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode and having at least two through holes in the main surface, and a fluid discharge port from a fluid supply port for supplying a fuel fluid to the fuel electrode A plurality of fuel flow paths parallel to each other and a plurality of oxidant flow paths parallel from the fluid supply port to the fluid discharge port for supplying the oxidant fluid to the oxidant electrode. A separator having holes is sequentially laminated, and at least two through holes are provided on the main surface. Oxidant electrode Side current collector and Fuel electrode A laminated body is sandwiched between side current collector plates, and a shaft as a conductor is inserted into each of the two through holes, and the Oxidant electrode Electrically connecting the side current collector plate and one of the shafts, Fuel electrode In this fuel cell, the side current collecting plate and the other shaft are electrically connected, and the ends of the two shafts are used as current terminals.
[0014]
Hereinafter, this Embodiment 1 is demonstrated based on FIG. 1, FIG. FIG. fuel 1A is a plan view, FIG. 2B is a cross-sectional view thereof, and FIG. 2 is a plan view of a separator 12 having two through holes through which the shafts 2 and 3 are passed. It is.
In FIG. 1, 2 is Oxidant electrode Side shaft, 3 Fuel electrode Side shaft, 4 is Oxidant electrode Side collector plate, 5 Fuel electrode Side current collecting plate, 6 is an electrical insulation coating, 7 is a disc-shaped leaf spring, 8 is a holding plate, 9 is a clamping nut, 10 is an electrical insulation plate, 11 is a single cell, 12 is a separator, Oxidant electrode Side current collector and Oxidant electrode The joint with the side shaft, 14 Fuel electrode Side current collector and Fuel electrode The joint with the shaft on the side, 15 Oxidant electrode Side current terminal, 16 Fuel electrode Side current terminal. In FIG. 1, the single cell 11 and the separator 12 are partially schematically illustrated, but are stacked over the entire area of the stacked body.
[0015]
The single cell 11 has an electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode, and has two through holes for passing at least two shafts 2 and 3 on the main surface.
The separator 12 includes a plurality of fuel flow paths extending in parallel from the fluid supply port to the fluid discharge port for supplying the fuel fluid to the fuel electrode, and a fluid discharge port from the fluid supply port for supplying the oxidant fluid to the oxidant electrode. A plurality of oxidant flow paths and the like parallel to each other are provided, and two through holes for passing the shafts 2 and 3 through the main surface are provided.
Oxidant electrode Side current collector 4 and Fuel electrode Each main surface of the side current collecting plate 5 also has two through holes for allowing the two shafts 2 and 3 to pass therethrough.
Furthermore, the presser plate 8 also has two through holes, into which the shafts 2 and 3 are inserted, and the entire laminate is tightened in the stacking direction by the disc-shaped plate spring 7.
[0016]
Above Oxidant electrode Side current collector plate 4 and Oxidant electrode The side shaft 2 is electrically connected at the joint 13, Fuel electrode Side current collector plate 5 and Fuel electrode The side shaft 3 is also electrically connected at the joint 14.
In the first embodiment shown in the drawing, since both end portions of the two shafts 2 and 3 are disposed on both end sides in the stacking direction of the laminate 1, it can be seen from either end face side of the laminate 1. ,Respectively Oxidant electrode side Current terminal 15, Fuel electrode side It can be used as the current terminal 16. (Hereinafter, end faces on both sides in the stacking direction of the laminate 1 are referred to as both ends.)
Of course, not limited to this, only on one end side of the laminate 1 Oxidant electrode side Current terminal 15 and Fuel electrode side A current terminal 16 may be provided, or on one end side of the laminate 1. Oxidant electrode side Current terminal 15 on the other end side Fuel electrode side A current terminal 16 may be provided.
[0017]
The presser plates 8 and 8 are supported by the shafts 2 and 3 so as to press the laminated body 1 in the laminating direction, and are arranged on both ends of the laminated body 1. Is electrically stretched as an insulating film. or, Oxidant electrode Side current collector 4 or Fuel electrode side The current collector plate 5 is not short-circuited.
The shafts 2 and 3 are similarly covered with an electric insulating film 6 as an insulating film, and are therefore electrically insulated from the single cell 11 and the separator 12.
As described above, according to the first embodiment, current collection can be performed by using both end portions of the shafts 2 and 3, and a part of the current collector plate is the outer peripheral portion (side surface side) of the laminated body 1 as in the related art. ), It is not necessary to take out from the current terminal formed.
[0018]
In the plan view of the separator shown in FIG. 2, 24 is an oxidant supply port, 25 is an oxidant discharge port, 26 is a fuel supply port, 27 is a fuel discharge port, 28 is a cooling water supply port, 29 is a cooling water discharge port, 43 is a fuel flow path, 45 is Fuel electrode Side shaft hole, 46 Oxidant electrode This is the side shaft hole.
Oxidant electrode Side shaft hole 46 Is used as an intermediate manifold for fuel gas. As for the structure of the separator 12 as described above, the conventional one can be used as it is.
[0019]
Embodiment 2. FIG.
The second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a configuration example of the joint portion 13 in the first embodiment. Oxidant electrode Side current collector plate 4 and Oxidant electrode The cross-sectional view which expanded and showed the junction part 13 of the shaft 2 of the side, (B) is the longitudinal cross-sectional view. still, Fuel electrode Side current collector plate 5 and On the fuel electrode side The shaft 3 has a similar structure.
In FIG. Oxidant electrode Side current collector 4 and this Oxidant electrode Penetrates the side current collector 4 Oxidant electrode The shaft 2 on the side is electrically connected by welding at the joint 13 at the penetrating site. In this case, the weld 17 is Oxidant electrode Shaft on both sides of current collector 4 2 It is welded to. Reference numeral 18 denotes a rubber packing.
Oxidant electrode Side and Fuel electrode Since the current collecting plates 4 and 5 and the shafts 2 and 3 on the side are made of a metal such as stainless steel or copper, they can be easily connected using general welding means.
[0020]
Embodiment 3 FIG.
The third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows another configuration example of the joint portion 13 in the first embodiment. Oxidant electrode Side current collector plate 4 and Oxidant electrode It is sectional drawing which expanded and showed the junction part 13 of the shaft 2 of the side. still, Fuel electrode Side current collector plate 5 and On the fuel electrode side The joint portion 14 with the shaft 3 has a similar structure.
In FIG. Oxidant electrode Side current collector plate 4 and Oxidant electrode The joint portion 13 of the shaft 2 on the side is configured to be in sliding contact with which the shaft 2 can be inserted and removed via the electrical contact surface sliding portion 19. The electrical contact surface sliding portion 19 shown in the figure has a cylindrical shape in which the shaft 2 can be inserted and removed. Oxidant electrode It is inserted and fixed in the through hole of the side current collector plate 4.
[0021]
20 in the figure indicates the electrical contact surface sliding portion 19. Oxidant electrode It is a fixing part to be fixed to the side current collecting plate 4. The fixing portion 20 is Oxidant electrode By winding the front and back of the side current collector plate 4 in a donut shape and fixing the electric contact surface sliding portion 19, Oxidant electrode The side current collecting plate 4 and the electric contact surface sliding portion 19 are configured to be surely electrically connected.
Further, since the electrical contact surface sliding portion 19 is in close contact with the shaft 2 in a cylindrical shape, electrical connection is reliably performed.
According to the third embodiment, unlike the welding in the second embodiment, the shaft 2 can be slid, that is, moved by using the electric contact surface sliding portion 19, so that the shaft 2 can be moved later. The room for selection increases in the assembly process of the laminated body 1 to be inserted, and the assembly work becomes easier.
[0022]
Embodiment 4 FIG.
The fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows another configuration example of the joint portion 13 in the first embodiment. Oxidant electrode The end side of the shaft 2 on the side, Oxidant electrode It is sectional drawing which expanded and showed the current terminal part of the side. still, Fuel electrode Side current collector plate 5 and On the fuel electrode side The joint portion 14 with the shaft 3 has a similar structure.
In FIG. 5, 8 is a presser plate, 10 is an electrical insulating plate, 7 is a leaf spring for biasing the presser plate 8, 21 is a washer, 22 is a current cable, 23 is a current terminal mounting nut, and 30 is a screw portion.
The terminal portion of the shaft 2 is configured to be detachable from the current cable 22 via two detachable nuts 9 and 23 that are screwed into the terminal portion.
Therefore, the current cable 22 can be easily attached to and detached from the terminal portion using the general washer 21 and the nuts 9 and 23 at the screw portion formed at the end portion of the shaft 2.
[0023]
Embodiment 5 FIG.
The fifth embodiment will be described with reference to FIG. 6A and 6B show a laminated body of another configuration example of the joint portion 13 in the first embodiment, in which FIG. 6A is a transverse sectional view and FIG. 6B is a longitudinal sectional view thereof.
The joint shown in the fifth embodiment is referred to in the first embodiment. Oxidant electrode Side current collector 4 and Fuel electrode Instead of joining the side current collector plate 5 and the shafts 2 and 3 corresponding to the side current collector plate 5, the presser plates 8 and 8 disposed on both ends of the laminated body 1 are the same as those in the first embodiment. Oxidant electrode Side current collector 4 and Fuel electrode The side current collecting plate 5 is also used as a structure in which the presser plates 8 and 8 and the shafts 2 and 3 serving as the current collecting plates are joined together.
Therefore, as shown in FIG. 6B, in the first embodiment. Oxidant electrode Side current collector 4 and Fuel electrode There is no side current collector plate 5. In addition, an electrical insulating film is affixed to the disk-shaped leaf springs 7 and 7 for urging the holding plates 8 and 8 from the outside, and further, by inserting thick insulating plates 17 and 17 made of polycarbonate, The electrical insulation with the presser plates 8 and 8 used instead of the current collector plate is ensured. In addition, the electrical connection between the presser plate 8 and the shaft 2 can be easily made only by using the washer 21, the nuts 9, 23 and the like as shown in FIG.
Thus, according to the fifth embodiment, the current collecting plates 4 and 5 can be omitted, and the electrical connection between the shafts 2 and 3 and the presser plates 8 and 8 as current collecting plates can be easily configured. be able to.
[0024]
Next, in Embodiments 6 to 9, configuration examples of a power source using a plurality of the fuel cells described in any of Embodiments 1 to 5 will be described.
[0025]
Embodiment 6 FIG.
The sixth embodiment is a configuration example in which four fuel cells of the first embodiment are arranged in the lateral direction and electrically connected in series, and this will be described with reference to FIG. 7A is a plan view thereof, and FIG. 7B is a sectional view thereof.
In the figure, four fuel cells are arranged in a direction in which the shafts 2 and 3 of the fuel cells are arranged side by side, and the adjacent fuel cells 31 and 31 are arranged. Oxidant electrode Side current terminal 15 and Fuel electrode The side current terminal 16 is connected via a connector, in this example, a connector 32 in the lateral direction formed so as to extend in the lateral direction. And located on both sides Oxidant electrode Side current terminal 15 and Fuel electrode A current cable 22 is connected to each of the side current terminals 16.
According to the sixth embodiment, by using the transverse connector 32, the four fuel cells 31 can be configured side by side and compactly.
Further, since the transverse connector 32 can be attached to both sides of the fuel cell 31, a reliable electrical connection can be obtained and a plurality of fuel cells can be securely fixed. In the sixth embodiment, four fuel cells are used, but the same effect can be obtained by using two or more fuel cells.
[0026]
Embodiment 7 FIG.
The seventh embodiment is a configuration example in which four fuel cells of the first embodiment are arranged in the longitudinal direction and electrically connected in series, which will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a sectional view.
In the figure, four fuel cells 31 are arranged in a direction in which the axes of the shafts 2 and 3 of the fuel cells 31 are vertically aligned. Oxidant electrode Side current terminal 15 and Fuel electrode The side current terminals 16 are arranged so that the polarities thereof are different from each other, so that the front and rear fuel cells 31, 31 are required, that is, connected in series. Oxidant electrode Side current terminal 15 and Fuel electrode The side current terminals 16 are connected to each other via a connector, in this example, longitudinal connectors 33, 33, 33.
According to the seventh embodiment, by using the connector 33 in the longitudinal direction, the plurality of fuel cells 31 can be configured vertically and compactly.
In addition, the longitudinal connector 33 can provide a reliable electrical connection, and can securely fix a plurality of fuel cells.
In addition, 34 in the figure is an insulating cap and is not connected. Oxidant electrode Side current terminal 15 and Fuel electrode A short circuit between the fuel cells 31 is prevented by being attached to the side current terminal 16.
Further, in the seventh embodiment, four fuel cells are used, but the same effect can be obtained even if two or more fuel cells are used.
[0027]
Embodiment 8 FIG.
The eighth embodiment is a configuration example in which four fuel cells of the first embodiment are arranged in the longitudinal direction and electrically connected in series, and this will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a sectional view.
In the figure, four fuel cells 31 are arranged in a direction in which the axes of the shafts 2 and 3 of the fuel cells 31 are vertically aligned. Oxidant electrode Side current terminal 15 and Fuel electrode The side current terminals 16 are arranged so that the polarities are the same, and the front and rear fuel cells 31, 31 are required, that is, connected in series. Oxidant electrode Side current terminal 15 and Fuel electrode The side current terminals 16 are connected to each other through a connector, in this example, an oblique connector 35, 35, 35.
[0028]
According to the eighth embodiment, by using the oblique connector 35, the plurality of fuel cells 31 can be configured vertically and compactly.
In addition, the diagonally connected connector 35 can provide a reliable electrical connection, and can securely fix a plurality of fuel cells.
Furthermore, unlike the seventh embodiment, it is not necessary to incorporate the fuel cells 31 alternately so that the left and right polarities are different, and the left and right polarities can be simply incorporated while maintaining the same state, which facilitates the work. Become.
In addition, the code | symbol 34 in a figure is an insulation cap and is not connected. Oxidant electrode Side current terminal 15 and Fuel electrode A short circuit between the fuel cells 31 is prevented by being attached to the side current terminal 16. Further, in the seventh embodiment, four fuel cells are used, but the same effect can be obtained even if two or more fuel cells are used.
[0029]
Embodiment 9 FIG.
In the ninth embodiment, a plurality of the fuel cells of the first embodiment are arranged vertically and horizontally. Z FIG. 10 shows an example of a configuration in which four are arranged in a square shape, for example, and the horizontal arrangement of the seventh embodiment and the vertical arrangement of the eighth embodiment are combined and electrically connected in series. This will be explained based on. 10A is a plan view thereof, and FIG. 10B is a cross-sectional view thereof.
In the figure, 31 is the fuel cell of the first embodiment, 32 is a lateral connector between the fuel cells, 33 is a longitudinal connector between the fuel cells, and 34 is an insulating cap.
In the figure, a plurality of fuel cells 31, 31 are arranged in a lateral direction in which the axes of the shafts 2, 3 are arranged side by side, and the adjacent fuel cells 31, 31 are arranged. Oxidant electrode Side current terminal 15 and Fuel electrode The side current terminals 16 are connected to each other through a transverse connector 32.
The horizontally assembled fuel cells thus connected and combined, in this example, the two horizontally aligned fuel cells 31, 31 are set as one set, and the two horizontally assembled are vertically arranged in two stages in the axial direction of the shafts 2 and 3. Side by side, horizontal fuel cells 31, 31 before and after the stage, that is, two sets of front and rear horizontal fuel cells 31, 31 Oxidant electrode Side current terminal 15 and Fuel electrode The side current terminals 16 are connected to each other through vertical connectors 33 and 33.
In this way, four or more fuel cells 31 are arranged vertically and horizontally, and the required Oxidant electrode Side current terminal 15 and Fuel electrode A compact power source can be configured by combining the side current terminal 16 with the transverse connector 32 or the longitudinal connector 33.
Each of the connectors 32, 33, and 35 in the sixth to ninth embodiments is formed of a metal, such as a copper plate or a copper wire, and ends of the connectors 32, 33, and 35 connected to a current cable or the like. An insulating coating (not shown) is applied except for.
[0030]
Embodiment 10 FIG.
In the tenth embodiment, an electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode, a single cell having at least two through holes on the main surface, and a fluid discharge port from the fluid supply port for supplying the fuel fluid to the fuel electrode. A plurality of fuel flow paths extending in parallel to the outlet and a plurality of oxidant flow paths extending in parallel from the fluid supply port to the fluid discharge port for supplying an oxidant fluid to the oxidant electrode; A separator having a through hole is sequentially laminated, and at least two through holes are formed on the main surface. Oxidant electrode Side current collector and Fuel electrode A laminated body as a fuel cell block is formed by sandwiching the laminated body with a side current collector plate, and at least 2 laminated bodies as the fuel cell block are interposed via an electrical insulator having at least two through holes on the main surface. And the shafts are inserted into the two through holes, and all the fuel cell blocks are stacked. Oxidant electrode The side current collector plate and one of the shafts are electrically connected, and the laminated body as all fuel cell blocks Fuel electrode The side current collecting plate and the other shaft are electrically connected, and the end portions of the two shafts are used as current terminals.
The tenth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 11 shows an example in which two laminated bodies as fuel cell blocks are connected, (A) is a plan view thereof, (B) is a sectional view thereof, and FIG. 12 is a connection of three fuel cell blocks. 1A is a plan view thereof, and FIG. 1B is a cross-sectional view thereof.
[0031]
11 and 12, reference numeral 36 in the drawing is a stacked body as a fuel cell block 36 in which the single cells 11 and the separators 12 are alternately stacked. Oxidant electrode Side block current collectors 4 and 38 are on the other side Fuel electrode Side block current collecting plates 5 and 37 are provided.
11, two fuel blocks 36 in FIG. 11 and three fuel blocks 36 in FIG. 12 are stacked in the stacking direction with the electric insulating plate 39 interposed therebetween, and in the stacked state, press plates 8 and 8 are attached to both ends in the stacking direction. The two shafts 2 and 3 are penetrated in the stacking direction.
Therefore, the fuel cell blocks 36 are separated from each other by the electric insulating plate 39 interposed therebetween, and are electrically insulated from each other.
The electrical insulation plate 39 is made of, for example, polycarbonate. The electrical insulation plate 39, the single cell 11, the separator 12, Oxidant electrode Side block current collecting plates 4, 38, Fuel electrode The side block current collecting plates 5 and 37 and the holding plates 8 and 8 are provided with two holes for passing the shafts 2 and 3 in advance.
[0032]
Oxidant electrode The shaft 2 on the side of each fuel cell block 36 Oxidant electrode The side current collectors 4 and 38 are similarly Fuel electrode The shaft 3 on the side of each fuel cell block 36 Fuel electrode The side current collecting plates 5 and 37 are electrically connected.
Therefore, each fuel cell block 36 is connected in parallel in terms of gas and electrically connected in parallel. Even when the number of cells is the same as that of the fuel cell of the first embodiment, the output as a stacked body is obtained. In the case of FIG. 11, the voltage is halved and the current is doubled, and in the case of FIG. 12, the voltage is ３ and the current is tripled.
[0033]
Therefore, according to the tenth embodiment, by appropriately changing the number of fuel cell blocks 36, the current and voltage can be changed without changing the relationship with the external current cable.
Even when the required specifications of current and voltage are different, a fuel cell can be configured using single cells and separators having the same shape, so that the manufacturing cost can be greatly reduced.
[0034]
In the first to tenth embodiments, the shaft is used as the conductor passing through the through hole. However, the present invention is not limited to this, and the conductor may be a linear member such as a cable. Good.
Moreover, this conductor does not necessarily have a function of pressing the laminated plate, and in this case, an appropriate device for pressing the laminated plate will be provided separately.
Moreover, although the case where there are two holes through which the shaft passes is shown, the same effect can be obtained even when there are three or more holes.
Also in the tenth embodiment, the joint configuration of the shaft and the current collector plate or the presser plate that also serves as the current collector plate shown in the second to fifth embodiments can be applied.
[0035]
Embodiment 11 FIG.
In the eleventh embodiment, single cells and separators are alternately stacked on the inner side, and the stacked one end side is Oxidant electrode Side current collector, on the other end Fuel electrode Said fuel cell comprising a laminate having a side current collector Oxidant electrode Side current collector and Fuel electrode A fuel cell in which a conductor is connected to each side current collector plate, extends from each current collector plate to the end face of the nearest laminated body, and the extended end portions of both conductors are used as current terminals, respectively. is there. This will be described with reference to FIG. 13A is a sectional view thereof, and FIG. 13B is a bottom view thereof.
[0036]
In FIGS. 13A and 13B, reference numeral 1 in the drawing denotes a laminated body, which is the same as the laminated body 1 in the first to tenth embodiments. That is, in the laminated body 1, the single cells 11 and the separators 12 are alternately laminated on the inner side (shown in FIG. 1), and both end sides in the laminating direction of the constituent parts in which the single cells 11 and the separators 12 are laminated. On one end of Oxidant electrode Side current collector 4 is on the other end side Fuel electrode The side current collecting plate 5 is provided.
[0037]
Arranged on both ends of the laminate 1 Oxidant electrode Side current collector plate 4 and Fuel electrode Further, both outer sides of the side current collector plate 5 are covered with an electric insulating plate 10, and the pressure contact members are laminated in this order of the holding plate 8 and the leaf spring 7 through the electric insulating plate 10. It is comprised in relation to the shafts 62 and 63 which penetrated the body 1 in the lamination direction.
That is, as described in the first embodiment, the laminated body 1 is subjected to the surface pressure in the laminating direction by the nuts 9 and 9 screwed from both ends of the shafts 62 (2) and 63 (3). .
[0038]
Reference numeral 74 in the figure is one end. Oxidant electrode It is a conductor connected to the side current collector plate 4, and the other end of the conductor 74, that is, the extended end portion, is Oxidant electrode The electrical insulating plate 10 that is in contact with the side current collector plate 4 extends through the outside in the stacking direction, and Fuel electrode The side current collecting plate 5 is similarly provided with a conductor 75, and the extended ends of the conductors 74 and 75 are current terminals.
[0039]
According to the eleventh embodiment, the conductors 74 and 75 are drawn out from the current collector plates 4 and 5 to the outer side of the nearest laminated body end face, that is, the both end face sides in the laminating direction, respectively. Since the extended end portions 74 and 75 are each configured as a current terminal, a positive current cable is connected to the current terminal on one end side, and a negative current cable is connected to the current terminal on the other end side. .
[0040]
Therefore, as compared with the conventional case where the current cable is connected to the outer peripheral portion in the stacking direction, that is, the side surface side, the side surface side space is not used for connection, so the side surface side of the fuel cell can be made compact. .
Also, when connecting a plurality of fuel cells in series, rather than having both poles of current terminals on the same end face side, it is preferable to have one current terminal on both ends. There is an advantage that the plus side of the other fuel cell and the minus side of the other fuel cell can be connected at a short distance.
[0041]
Embodiment 12 FIG.
In the twelfth embodiment, like the eleventh embodiment, Fuel electrode Side and Oxidant electrode The extension ends of the conductors 74 and 75 respectively connected to the current collector plates 4 and 5 on the side are drawn out to the outside in the stacking direction of the stacked body 1 to be current terminals, but are different from the above-described eleventh embodiment. Is that the extending end of one of the conductors is pulled out to the inner side in the stacking direction, that is, the inside of the stack 1 to the outside on the other end side, and the extending end of the other conductor is pulled out. The current terminals of both electrodes coexist on the same laminate end face. This will be described with reference to FIG. 14A is a sectional view thereof, and FIG. 14B is a bottom view thereof.
[0042]
In (A) and (B) of FIG. 14, in the illustrated example, as one current collector plate located on one end side of the laminate 1, for example, Fuel electrode The extending end portion of the conductor 75 connected to the side current collector plate 5 is connected to the other end side of the stacked body 1 from the inner side of the stacked body 1 in which the single cells and the separators of the stacked body 1 are alternately stacked. Oxidant electrode It penetrates the side current collector plate 4 and the electrical insulating plate 10 and is drawn to the outside on the other end side. Other configurations are the same as those of the eleventh embodiment.
[0043]
According to the twelfth embodiment, since current terminals of both poles can be juxtaposed side by side on the end face on either one end side of the laminate, the connection work of the current cable to the fuel cell is performed on the same face. This makes it easy to connect and eliminates the need to route the current cable to the current terminal located on the main surface on the opposite side as in the prior art. It can be carried out.
[0044]
Embodiment 13 FIG.
The thirteenth embodiment penetrates the laminate 1 Ru In the fuel cell according to the eleventh embodiment provided with the shaft, the conductor extending at either one end of the conductors drawn out to the both ends of the laminate 1 is connected to the one end. It is connected to the end portion of the nearest shaft that is projected, and the other end of the connected shaft is configured as a current terminal of a current collector plate to which the conductor is connected. This will be described with reference to FIG. 17A is a sectional view thereof, and FIG. 17B is a bottom view thereof.
[0045]
In (A) and (B) of FIG. 17, as in the case of the eleventh embodiment, Oxidant electrode Side current collector plate 4 and Fuel electrode Connected to the side current collector plate 5 respectively Oxidant electrode Side conductor 74 and Fuel electrode The side conductors 75 are respectively extended to the end faces of the nearest laminated body 1.
In this embodiment, the extended end portion of either one of the two conductors 74 and 75 thus extended, Fuel electrode The extended end portion of the side conductor 75 is connected to the end portion of the nearest one shaft 62 on the end surface side, and the other end portion of the shaft 62 (63) is connected to the end portion of the shaft 62 (63). Fuel electrode A side current terminal 750 is provided. Reference numeral 66 in the figure is Fuel electrode It is a connection plate as an electrical connection means spanned between the extending end portion of the side conductor 75 and the end portion of the shaft 62.
[0046]
According to the thirteenth embodiment, since both bipolar current terminals 74 and 750 can coexist on either one of the two end faces of the laminate 1, the same effect as that of the twelfth embodiment is achieved. Can be demonstrated.
In the thirteenth embodiment, one of the conductors 74 and 75 does not need to bother through the laminated body 1 as in the twelfth embodiment, and the existing shaft 62 is used as the conductor. Therefore, compared with the fuel cell of Embodiment 12, the structure is simplified and the manufacturing cost can be reduced.
[0047]
The conductors 74 and 75 in the eleventh to thirteenth embodiments may literally be any form of members as long as they are conductors. However, in the eleventh to thirteenth embodiments, the conductors 74 and 75 have a round bar shape as illustrated. A rod-like member having rigidity (hereinafter also referred to as a current collecting rod) is used.
Hereinafter, the current collecting rods 74 and 75 will be described with reference to FIGS. 15 and 16 showing the twelfth embodiment. FIG. Oxidant electrode Side current collector and Oxidant electrode It is a figure which shows a side conductor, (A) is the side view, (B) is the bottom view, FIG. Fuel electrode Side current collector and Fuel electrode It is a figure which shows a side conductor, (A) is the side view, (B) is the bottom view.
[0048]
In FIGS. 15 and 16, current collecting rods 74 and 75 as conductors are connected perpendicularly to the plate surfaces of the current collecting plates 4 and 5, that is, in the stacking direction. Similar to the current collecting plates 4 and 5, the current collecting rods 74 and 75 are made of a metal such as stainless steel or copper, and are connected using general welding means.
The current collector rods 74 and 75 shown in this embodiment have screws formed at their ends, and can be easily connected to a current cable (not shown) using a nut 9 or a spring washer.
[0049]
Thus, when the current collector rod is used as the conductor and one current collector rod (conductor 75) is vertically penetrated in the stacking direction of the multilayer body 1 as in the above-described embodiment 12, When assembling the unit cell 11 or the separator 12 constituting the body 1, it can be used as a guide rod for positioning, and prevents the unit cell 11 or the separator 12 from being displaced after assembly. The function can be demonstrated.
[0050]
Further, when the power source is configured using the fuel cells of the above-described embodiments 11 to 13, the side surfaces of the fuel cells themselves are made compact, so that they can be efficiently stored in a small space, and the wiring (current cable) Therefore, a compact power source with a small volume can be provided.
[0051]
【The invention's effect】
According to this invention, Since the current terminal does not protrude from the outer peripheral portion (side surface side) of the laminated body and is disposed at a position close to the end face side in the laminating direction, electric wiring is simplified and a long current cable is not required.
In addition, since the shaft, which has been used only for the surface pressure of the laminate in the past, is used as the current terminal, the number of components is small, the manufacturing cost is low, and the compact fuel cell and the fuel cell are used. Power can be provided.
[0052]
Also The current and the voltage can be changed by changing the number of the laminated bodies without changing the connection of the external current cables. Therefore, even when the required specifications of current and voltage are different, the fuel cell stack can be configured using single cells and separators having the same shape, and a low-cost power supply can be provided.
[0053]
Also Since it is welded, the electrical connection is ensured.
[0054]
Also The shaft can be easily attached or removed during assembly or replacement.
[0055]
Also The connection or disconnection with the current cable can be easily performed.
[0056]
Also Since the press plate that has been used only for pressing the conventional laminate is also used as the current collector plate, the number of components is reduced, the assembly is facilitated, and the manufacturing cost can be reduced.
[0057]
Also By using a relatively short connector and current cable, wiring between fuel cells can be performed, and the overall shape can be freely selected, so that the fuel cell can be efficiently used in a limited storage space. Can be housed and a compact power supply can be provided.
[0058]
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams showing a fuel cell according to Embodiment 1, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view thereof.
FIG. 2 is a plan view of a separator.
3A and 3B are diagrams showing a joint portion according to a second embodiment, in which FIG. 3A is an enlarged transverse sectional view, and FIG. 3B is a longitudinal sectional view thereof.
4 is an enlarged cross-sectional view showing a joint portion according to Embodiment 3. FIG.
5 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion according to a fourth embodiment. FIG.
6A and 6B are diagrams showing a joint portion according to Embodiment 5, in which FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a cross-sectional view thereof.
7A and 7B are diagrams showing a configuration example of an arrangement of a fuel cell according to a sixth embodiment, where FIG. 7A is a plan view thereof and FIG. 7B is a sectional view thereof.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration example of a fuel cell arrangement according to a seventh embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration example of a fuel cell arrangement according to an eighth embodiment.
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing a configuration example of the arrangement of the fuel cell according to the ninth embodiment, where FIG. 10A is a plan view and FIG.
11A and 11B are diagrams showing an example in which two fuel cell blocks of Embodiment 10 are connected, where FIG. 11A is a plan view and FIG. 11B is a cross-sectional view thereof.
12 is a view showing an example in which three fuel cell blocks of Embodiment 10 are connected, (A) is a plan view thereof, and (B) is a sectional view thereof. FIG.
13A and 13B are views showing a fuel cell according to an eleventh embodiment, in which FIG. 13A is a cross-sectional view thereof, and FIG. 13B is a bottom view thereof.
14A and 14B are views showing a fuel cell according to a twelfth embodiment, wherein FIG. 14A is a cross-sectional view thereof, and FIG. 14B is a bottom view thereof.
FIG. 15 is the same as in the twelfth embodiment Oxidant electrode It is a figure which shows a side current collecting rod, (A) is the side view, (B) is the bottom view.
FIG. 16 shows the twelfth embodiment. Fuel electrode It is a figure which shows a side current collecting rod, (A) is the side view, (B) is the bottom view.
17A and 17B are views showing a fuel cell according to a thirteenth embodiment, wherein FIG. 17A is a cross-sectional view thereof, and FIG. 17B is a bottom view thereof.
18A and 18B are views showing a conventional fuel cell, in which FIG. 18A is a plan view and FIG. 18B is a cross-sectional view thereof.
[Explanation of symbols]
1 Laminate 2 Oxidant electrode Side shaft, 3 Fuel electrode Side shaft, 4 Oxidant electrode Side current collector (current collector), 5 Fuel electrode Side current collecting plate (current collecting plate), 7 leaf spring, 8 pressing plate, 9 nut, 10 electrical insulating plate, 11 single cell, 12 separator, 13 joint ( Oxidant electrode Side current collector and Oxidant electrode Side shaft), 14 joints ( Fuel electrode Side current collector and Fuel electrode Side shaft), 15 Oxidant electrode Side current terminal (current terminal), 16 Fuel electrode Side current terminal (current terminal), 17 welded portion, 19 electrical contact sliding portion, 21 washer, 22 current cable, 23 nut, 30 screw portion, 31 fuel cell, 32 transverse connector, 33 longitudinal connection Child, 34 insulation cap, 35 diagonal connector, 36 laminate (fuel cell block), 37 Oxidant electrode Side block current collector plate, 38 Fuel electrode Side block current collecting plate, 39 Electrical insulating plate, 62, 63 shaft, 66 Connection plate (electrical connection member) 74 Oxidant electrode Side conductor (conductor), 75 Fuel electrode Side conductor (conductor), 750 Fuel electrode Side current terminal.

Claims

It becomes an electrolytic membrane sandwiched by the fuel electrode and the oxidant electrode, in parallel with a single cell having two through holes on the main surface, up to the fuel outlet from the fuel supply port for supplying the fuel fluid to the fuel electrode comprising a plurality of oxidant flow path parallel to the oxidizing agent outlet from the oxidizing agent supply port for supplying an oxidant fluid to the oxidant electrode and the plurality of fuel passages has two through holes on the main surface A separator is sequentially laminated, and further, a laminated body is formed by sandwiching between an oxidant electrode side current collector plate and a fuel electrode side current collector plate having two through holes on the main surface , and the single cell, the separator, the oxidation Inserted into each of the two through-holes provided in the agent electrode side current collector plate and the fuel electrode side current collector plate, the shafts of which are provided with an electrical insulating coating on the outer periphery, and the oxidant The electrode side current collector plate and one shaft Fuel cell air to connect, by electrically connecting the fuel electrode side current collector plate and the other shaft, characterized in that the ends of the two shafts and the current terminal.

It becomes an electrolytic membrane sandwiched by the fuel electrode and the oxidant electrode, in parallel with a single cell having two through holes on the main surface, up to the fuel outlet from the fuel supply port for supplying the fuel fluid to the fuel electrode comprising a plurality of oxidant flow path parallel to the oxidizing agent outlet from the oxidizing agent supply port for supplying an oxidant fluid to the oxidant electrode and the plurality of fuel passages has two through holes on the main surface sequentially stacking a separator, further, it constitutes a laminate by being sandwiched oxidant electrode side collector plate and the fuel electrode side current collector plate having two through holes on the main surface, having two through holes on the main surface At least two of the laminates are connected via an electrical insulator, and provided to the single cell, the separator, the oxidant electrode side current collector plate, the fuel electrode side current collector plate, and the electrical insulator, it the two through-holes in communication with each other A shaft with an electrically insulating coating applied to the outer periphery is inserted, and the oxidant electrode side current collecting plate of all the laminates and one of the shafts are electrically connected, and the fuel electrode side current collectors of all the laminates are connected. A fuel cell, wherein the plate and the other shaft are electrically connected, and the ends of the two shafts serve as current terminals.

3. The fuel cell according to claim 1, wherein the electrical connection between the oxidant electrode side current collector plate and the fuel electrode side current collector plate and the corresponding shaft is a welding connection. 4.

The electrical connection between the oxidant electrode side current collector plate and the fuel electrode side current collector plate and the corresponding shaft is a connection by sliding contact allowing the shaft to be inserted and removed. 2. The fuel cell according to 2.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein an end portion of the shaft is configured to be detachable from a current cable via a detachable nut that is screwed to the end portion.

Oxidant electrode side collector plate and the fuel collecting electrode side current collector plate is, according to any one of claims 1 to 5, characterized in that also serves as a retainer plate disposed on both end sides of the stack Fuel cell.

The fuel cells according to any one of claims 1 to 6 are arranged in a direction in which the shafts of the shafts are arranged side by side, and an oxidant electrode side current terminal and a fuel electrode side current terminal of adjacent fuel cells are connected with a connector. A power supply characterized by being connected through.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the shaft axis is vertically aligned, and the polarities of the oxidant electrode side current terminal and the fuel electrode side current terminal of the front and rear fuel cells are the same. arranged such that different poles, characterized in that to connect the acid agent electrode side current terminal and the fuel electrode side current terminals before and after the fuel cell through the coupling element power.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the shaft axis is vertically aligned, and the polarities of the oxidant electrode side current terminal and the fuel electrode side current terminal of the front and rear fuel cells are the same. power, characterized in that the same poles and arranged such that, were connected with an acid agent electrode side current terminal and the fuel electrode side current terminals before and after the fuel cell through the coupling element.