JP5090651B2

JP5090651B2 - 燃料電池

Info

Publication number: JP5090651B2
Application number: JP2006055735A
Authority: JP
Inventors: 英明菊池; 成利杉田; 敬正川越; 優小田; 高小阪; 武史馬場; 康博渡邊
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: DE102007009905B4; JP2007234438A; DE102007009905A1; US20070207372A1; US8034506B2; CA2578009C; CA2578009A1

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、縦長形状を有し長辺が重力方向で短辺が水平方向に向かうセパレータとを、水平方向に積層するとともに、電極面に沿って重力方向に反応ガスを供給する反応ガス流路が形成される燃料電池に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを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。

上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード側電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。さらに、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。

一般的に、燃料電池は、セパレータの積層方向に貫通する流体供給連通孔及び流体排出連通孔が燃料電池内部に設けられた、所謂、内部マニホールドを構成している。そして、流体である燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体は、それぞれの流体供給連通孔から燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷却媒体流路に供給された後、それぞれの流体排出連通孔に排出されている。

この種の内部マニホールド型燃料電池としては、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池が知られている。この燃料電池は、図８に示すように、燃料電池セル１を備え、この燃料電池セル１は、固体高分子膜１ａの両面に酸化剤極１ｂ及び燃料極１ｃが設けられている。燃料電池セル１の左右には、パッキン２が取り付けられている。燃料電池セル１及びパッキン２の両主面側は、セパレータ３により挟持されている。セパレータ３は、燃料極１ｃに向かう面に燃料ガス供給溝４が上下に向かって設けられる一方、酸化剤極１ｂに向かう面に酸化剤ガス供給溝５が上下方向に設けられている。

セパレータ３の上部両角部近傍には、燃料ガス供給孔６ａ及び酸化剤ガス供給孔７ａが設けられるとともに、前記セパレータ３の下部両角部近傍には、燃料ガス排出孔６ｂ及び酸化剤ガス排出孔７ｂが形成されている。

このような構成において、燃料ガス供給孔６ａから導入された燃料ガスは、燃料ガス供給溝４を介して重力方向下方に流動されるとともに、酸化剤ガス供給孔７ａから導入された酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給溝５に沿って重力方向下方に流動している。

特開平６−２０７１３号公報（図１）

しかしながら、上記の特許文献１では、燃料ガス排出孔６ｂの位置が、燃料ガス供給溝４の下端位置よりも上方に設定される一方、酸化剤ガス排出孔７ｂの位置が、酸化剤ガス供給溝５の下端よりも上方に設定されている。このため、燃料ガス供給溝４及び酸化剤ガス供給溝５の下端部には、生成水が滞留し易くなり、特に停止中の燃料電池が氷点下の雰囲気に曝された際に、残留水分が凍結するという問題がある。これにより、残留水分の膨張によって燃料電池に損傷が発生するおそれがある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、生成水の残留を可及的に阻止することができ、所望の発電性能及び耐久性を保持することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、縦長形状を有し長辺が重力方向で短辺が水平方向に向かうセパレータとを、水平方向に積層するとともに、電極面に沿って重力方向に反応ガスを供給する反応ガス流路が形成される燃料電池である。

少なくとも一方の反応ガス流路は、上部に入口バッファ部及び下部に出口バッファ部を設け、前記一方の反応ガス流路に反応ガスを供給する反応ガス供給連通孔及び前記一方の反応ガス流路から前記反応ガスを排出する反応ガス排出連通孔が、積層方向に貫通して設けられている。そして、反応ガス排出連通孔は、出口バッファ部よりも下方に配置し、且つ少なくとも前記出口バッファ部は、前記反応ガス排出連通孔に向かって傾斜している。

また、反応ガス供給連通孔は、入口バッファ部よりも上方に配置することが好ましい。さらに、反応ガス流路は、複数の波状流路溝で構成されるとともに、電極面を冷却するための冷却媒体流路は、冷却媒体を水平方向に流動させることが好ましい。

さらにまた、出口バッファ部と反応ガス排出連通孔との間には、複数の出口通路溝が複数の凸状部間に形成されるとともに、前記凸状部の下端位置は、千鳥状に配置されることが好ましい。また、凸状部の下端は、湾曲端面を構成することが好ましい。さらに、冷却媒体流路は、複数の電解質膜・電極構造体を挟んで設けられることが好ましい。

また、反応ガス流路は、複数の波状流路溝と複数の波状凸部とにより構成されるとともに、前記波状凸部の下端位置は、千鳥状に配置されることが好ましい。さらに、波状凸部の下端は、湾曲端面を構成することが好ましい。

本発明によれば、重力方向に長尺な反応ガス流路は、該重力方向に反応ガスを流すため、生成水は自重によって円滑に排出される。その際、出口バッファ部の下方に反応ガス排出連通孔が配置されるとともに、前記出口バッファ部は、前記反応ガス排出連通孔に向かって傾斜している。このため、生成水が反応ガス流路の下端部に滞留することがなく、前記生成水を反応ガス排出連通孔に確実且つ円滑に排水することが可能になる。

特に、運転停止時には、生成水が自重によって反応ガス排出連通孔に排出されるため、燃料電池内に前記生成水が滞留することがない。これにより、簡単な構成で、残留水分の凍結による燃料電池の損傷が良好に阻止される。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック（燃料電池）１０の一部分解概略斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部断面説明図である。

燃料電池スタック１０は、複数の単セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備える。積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８ａ及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。

積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される（図１参照）。燃料電池スタック１０は、例えば、四角形に構成されるエンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）により一体的に保持され、あるいは、矢印Ａ方向に延在する複数のタイロッド（図示せず）により一体的に締め付け保持される。

ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部２６ａ、２６ｂが設けられる。端子部２６ａ、２６ｂは、絶縁性筒体２８に挿入されてエンドプレート２０ａ、２０ｂの外部に突出する。

図２及び図３に示すように、各単セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３０と、前記電解質膜・電極構造体３０を挟持する第１及び第２金属セパレータ３２、３４とを備える。第１及び第２金属セパレータ３２、３４は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有している。第１及び第２金属セパレータ３２、３４は、縦長形状を有するとともに、長辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に向かい且つ短辺が水平方向（矢印Ｂ方向）に向かうように構成される。

単セル１２の長辺方向（図３中、矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）３６ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）３８ａが設けられる。

単セル１２の長辺方向の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔（反応ガス排出連通孔）３８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔（反応ガス排出連通孔）３６ｂが設けられる。

単セル１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔４０ａが設けられるとともに、短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔４０ｂが設けられる。

電解質膜・電極構造体３０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。

アノード側電極４４及びカソード側電極４６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布して形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４２の両面に形成される。

第１金属セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、燃料ガス供給連通孔３８ａと燃料ガス排出連通孔３８ｂとを連通する燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、図３及び図４に示すように、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝４８ａを有し、前記波状流路溝４８ａの矢印Ｃ方向上端及び下端に位置して、複数のエンボスを備える入口バッファ部５０ａ及び出口バッファ部５０ｂが設けられる。

入口バッファ部５０ａは、燃料ガス供給連通孔３８ａ及び酸化剤ガス供給連通孔３６ａに向かって傾斜する傾斜面５２ａ、５２ｂを有する。出口バッファ部５０ｂは、燃料ガス排出連通孔３８ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに向かって傾斜する傾斜面５４ａ、５４ｂを有する。燃料ガス供給連通孔３８ａは、入口バッファ部５０ａの上端位置よりも上方に配置されるとともに、燃料ガス排出連通孔３８ｂは、出口バッファ部５０ｂの下端位置よりも下方に配置される。

燃料ガス供給連通孔３８ａと入口バッファ部５０ａとの間には、前記燃料ガス供給連通孔３８ａに向かって傾斜する複数の入口通路溝５６ａが、複数の凸状部５８ａ間に形成される。同様に、燃料ガス排出連通孔３８ｂと出口バッファ部５０ｂとの間には、前記燃料ガス排出連通孔３８ｂに向かって傾斜する複数の出口通路溝５６ｂが、複数の凸状部５８ｂ間に形成される。各凸状部５８ｂの下端位置は、千鳥状に配置されるとともに、前記凸状部５８ｂの下端は、湾曲端面（Ｒ面）を構成する。

図５に示すように、第２金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとを連通する酸化剤ガス流路６０が形成される。この酸化剤ガス流路６０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝６０ａを有し、前記波状流路溝６０ａの矢印Ｃ方向上端及び下端に位置して、複数のエンボスを備える入口バッファ部６２ａ及び出口バッファ部６２ｂが設けられる。

入口バッファ部６２ａは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ及び燃料ガス供給連通孔３８ａに向かって傾斜する傾斜面６４ａ、６４ｂを有する。出口バッファ部６２ｂは、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ及び燃料ガス排出連通孔３８ｂに向かって傾斜する傾斜面６６ａ、６６ｂを有する。酸化剤ガス供給連通孔３６ａは、入口バッファ部６２ａの上端位置よりも上方に配置されるとともに、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂは、出口バッファ部６２ｂの下端位置よりも下方に配置される。

酸化剤ガス供給連通孔３６ａと入口バッファ部６２ａとの間には、前記酸化剤ガス供給連通孔３６ａに向かって傾斜する複数の入口通路溝６８ａが、複数の凸状部７０ａ間に形成される。同様に、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂと出口バッファ部６２ｂとの間には、前記酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに向かって傾斜する複数の出口通路溝６８ｂが、複数の凸状部７０ｂ間に形成される。各凸状部７０ｂの下端位置は、千鳥状に配置されるとともに、前記凸状部７０ｂの下端は、湾曲端面（Ｒ面）を構成する。

第２金属セパレータ３４の面３４ｂと、第１金属セパレータ３２の面３２ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４０ａと冷却媒体排出連通孔４０ｂとに連通する冷却媒体流路７２が形成される（図３参照）。この冷却媒体流路７２は、燃料ガス流路４８の裏面形状と酸化剤ガス流路６０の裏面形状とが重なり合うことによって、矢印Ｂ方向に延在して形成される。

第１金属セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、この第１金属セパレータ３２の外周端縁部を周回して第１シール部材７４が一体成形される。第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第２金属セパレータ３４の外周端縁部を周回して第２シール部材７６が一体成形される。

図１及び図２に示すように、絶縁プレート１８ａ、１８ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成される。絶縁プレート１８ａ、１８ｂは、中央部に矩形状の凹部８０ａ、８０ｂが設けられるとともに、この凹部８０ａ、８０ｂの略中央に孔部８２ａ、８２ｂが形成される。

凹部８０ａ、８０ｂには、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂが収容され、前記ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの端子部２６ａ、２６ｂが絶縁性筒体２８を介装して孔部８２ａ、８２ｂに挿入される。なお、エンドプレート２０ａ、２０ｂの略中央部には、孔部８２ａ、８２ｂと同軸的に孔部８４ａ、８４ｂが形成される。

図２に示すように、エンドプレート２０ａは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、燃料ガス供給連通孔３８ａ、冷却媒体供給連通孔４０ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ、燃料ガス排出連通孔３８ｂ及び冷却媒体排出連通孔４０ｂの内周面に対応してそれぞれシール材、例えば、ガスケット９０を設ける。

このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、燃料電池スタック１０では、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス供給連通孔３６ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔３８ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔４０ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、積層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の単セル１２に対し、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が、それぞれ矢印Ａ方向に供給される。

図３及び図５に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａから第２金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路６０に導入され、電解質膜・電極構造体３０のカソード側電極４６に沿って移動する。

その際、図５に示すように、第２金属セパレータ３４の面３４ａでは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａを流れる酸化剤ガスは、複数の凸状部７０ａ間に形成された複数の入口通路溝６８ａから入口バッファ部６２ａに供給される。この入口バッファ部６２ａに供給された酸化剤ガスは、矢印Ｂ方向に分散されるとともに、酸化剤ガス流路６０を構成する複数の波状流路溝６０ａに沿って鉛直下方向に流動する。

一方、燃料ガスは、図３及び図４に示すように、第１金属セパレータ３２の面３２ａにおいて、燃料ガス供給連通孔３８ａから複数の凸状部５８ａ間に形成された複数の入口通路溝５６ａに供給された後、入口バッファ部５０ａに導入される。入口バッファ部５０ａで矢印Ｂ方向に分散された燃料ガスは、燃料ガス流路４８を構成する複数の波状流路溝４８ａに沿って移動し、電解質膜・電極構造体３０のアノード側電極４４に供給される。

従って、各電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる（図２参照）。

次いで、カソード側電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、図５に示すように、酸化剤ガス流路６０の下部に連通する出口バッファ部６２ｂに送られる。さらに、酸化剤ガスは、出口バッファ部６２ｂから複数の凸状部７０ｂ間に形成された複数の出口通路溝６８ｂに沿って酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに排出される。

同様に、アノード側電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、図３及び図４に示すように、燃料ガス流路４８の下部に連通する出口バッファ部５０ｂに送られた後、複数の凸状部５８ｂ間に形成された複数の出口通路溝５６ｂに沿って燃料ガス排出連通孔３８ｂに排出される。

また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔４０ａから第１及び第２金属セパレータ３２、３４間の冷却媒体流路７２に導入された後、矢印Ｂ方向（水平方向）に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体排出連通孔４０ｂから排出される。

この場合、第１の実施形態では、例えば、図５に示すように、第２金属セパレータ３４は、縦長に構成されて長辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に設定されるとともに、酸化剤ガス流路６０は、重力方向に延在する複数の波状流路溝６０ａを有している。このため、長尺な波状流路溝６０ａには、反応により生成水が比較的多量に発生し易いが、酸化剤ガスが重力方向に沿って流動するため、前記生成水は、自重によって前記波状流路溝６０ａに沿って鉛直下方向に確実に排出される。

さらに、酸化剤ガス流路６０の下部には、出口バッファ部６２ｂが設けられるとともに、この出口バッファ部６２ｂよりも下方には、複数の出口通路溝６８ｂを介して酸化剤ガス排出連通孔３６ｂが配置されている。従って、酸化剤ガス流路６０で反応により生成された生成水は、この酸化剤ガス流路６０の下部や出口バッファ部６２ｂに滞留することがなく、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに排出される。

その際、出口バッファ部６２ｂには、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに向かって傾斜する傾斜面６６ａが設けられるとともに、この傾斜面６６ａから前記酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに向かって複数の出口通路溝６８ｂが傾斜して設けられている。

これにより、酸化剤ガス流路６０の下部から出口バッファ部６２ｂに送られた生成水は、出口通路溝６８ｂを介して酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに円滑且つ確実に流動し、生成水の滞留を一層確実に阻止することができるという効果が得られる。

特に、燃料電池スタック１０の運転停止時には、酸化剤ガス流路６０の生成水は、自重によって酸化剤ガス排出連通孔３６ｂに排出される。このため、単セル１２内に生成水が滞留することがなく、例えば、残留水分の凍結による前記単セル１２の損傷を良好に阻止することができるという利点がある。

なお、図４に示す燃料ガス流路４８においても、上記の酸化剤ガス流路６０と同様の効果が得られる。また、以下においても同様である。

さらにまた、第１の実施形態では、酸化剤ガス流路６０が複数の波状流路溝６０ａを有しており、直線状流路に比べて酸化剤ガス流路長を良好に長尺化することが可能になる。従って、酸化剤ガス流路６０における流路圧損が増加し、酸化剤ガスの流速が高まって生成水の排水性が向上する。

さらに、酸化剤ガスは、波状流路溝６０ａに沿って矢印Ｃ方向に移動するため、この酸化剤ガスの流れ方向が波状に変化している。これにより、カソード側電極４６での酸化剤ガスの拡散性が高まって、発電性能が有効に向上するという効果がある。

また、出口通路溝６８ｂを構成する複数の凸状部７０ｂの下端位置は、千鳥状に配置されている。このため、各凸状部７０ｂの下端位置同士の間隔が大きくなり、前記凸状部７０ｂに沿って自重により下降する生成水は、水滴となって残留することがなく、出口通路溝６８ｂから確実に排出することが可能になる。その際、凸状部７０ｂの下端は、湾曲端面（Ｒ面）を構成している。これにより、凸状部７０ｂの下端に水滴が付着することを、一層確実に阻止することができる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック（燃料電池）１００の一部断面側面図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

燃料電池スタック１００は、複数のセルユニット１０２が水平方向に積層される。各セルユニット１０２は、第１金属セパレータ３２、第１電解質膜・電極構造体３０ａ、第３金属セパレータ１０４、第２電解質膜・電極構造体３０ｂ及び第２金属セパレータ３４を矢印Ａ方向に積層して構成される。なお、第１及び第２電解質膜・電極構造体３０ａ、３０ｂは、電解質膜・電極構造体３０と同様に構成される。

第３金属セパレータ１０４は、第１電解質膜・電極構造体３０ａに向かう面に酸化剤ガス流路６０（図５と同様に構成される）を設けるとともに、第２電解質膜・電極構造体３０ｂに向かう面には、燃料ガス流路４８（図４に示す構成と同様）を設けている。

このように構成される第２の実施形態では、第１及び第２電解質膜・電極構造体３０ａ、３０ｂ間には、冷却媒体流路７２が設けられておらず、いわゆる、間引き冷却構造を採用している。これにより、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、燃料電池スタック１００全体の積層方向の寸法を有効に短尺化することができるという利点がある。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１金属セパレータ１１０の一部正面図である。なお、第１金属セパレータ３２と同様の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。

第１金属セパレータ１１０の電解質膜・電極構造体３０に向かう面１１０ａには、燃料ガス流路１１２が形成される。この燃料ガス流路１１２は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状凸部１１２ａと複数の波状流路溝１１２ｂとを交互に有する。各波状凸部１１２ａの下端位置は、千鳥状に配置されるとともに、前記波状凸部１１２ａの下端は、湾曲端面（Ｒ面）を構成する。

なお、図示しないが、第２金属セパレータは、上記の第１金属セパレータ１１０と同様に構成される。

この第３の実施形態では、燃料ガス流路１１２を構成する複数の波状凸部１１２ａは、それぞれの下端位置が千鳥状に配置されている。このため、各波状凸部１１２ａに沿って自重により下降する生成水は、水滴となって残留することがなく、出口バッファ部５０ｂに確実に排出することが可能になる。その際、波状凸部１１２ａの下端は、湾曲端面（Ｒ面）を構成しており、前記波状凸部１１２ａの下端に水滴が付着することを、一層確実に阻止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解斜視図である。前記燃料電池スタックの一部断面説明図である。前記燃料電池スタックを構成する単セルの要部分解斜視図である。前記単セルを構成する第１金属セパレータの正面図である。前記単セルを構成する第２金属セパレータの正面図である。本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面側面図である。本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１金属セパレータの一部正面図である。特許文献１に係る燃料電池の要部斜視説明図である。

符号の説明

１０、１００…燃料電池スタック１２…単セル
１４…積層体１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ…絶縁プレート２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
３０…電解質膜・電極構造体３２、３４、１０４、１１０…金属セパレータ
３６ａ…酸化剤ガス供給連通孔３６ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
３８ａ…燃料ガス供給連通孔３８ｂ…燃料ガス排出連通孔
４０ａ…冷却媒体供給連通孔４０ｂ…冷却媒体排出連通孔
４２…固体高分子電解質膜４４…アノード側電極
４６…カソード側電極４８、１１２…燃料ガス流路
４８ａ、６０ａ、１１２ｂ…波状流路溝
５０ａ、６２ａ…入口バッファ部５０ｂ、６２ｂ…出口バッファ部
５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂ、６４ａ、６４ｂ、６６ａ、６６ｂ…傾斜面
５６ａ、６８ａ…入口通路溝５６ｂ、６８ｂ…出口通路溝
５８ａ、５８ｂ、７０ａ、７０ｂ…凸状部
６０…酸化剤ガス流路７２…冷却媒体流路
１０２…セルユニット１１２ａ…波状凸部

Claims

電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体と、縦長形状を有し長辺が重力方向で短辺が水平方向に向かうセパレータとを、水平方向に積層するとともに、電極面に沿って重力方向に反応ガスを供給する反応ガス流路が形成される燃料電池であって、
少なくとも一方の反応ガス流路は、上部に入口バッファ部及び下部に出口バッファ部を設け、
前記一方の反応ガス流路に反応ガスを供給する反応ガス供給連通孔及び前記一方の反応ガス流路から前記反応ガスを排出する反応ガス排出連通孔が、積層方向に貫通して設けられるとともに、
前記反応ガス排出連通孔は、前記出口バッファ部よりも下方に配置され、
前記出口バッファ部の下部側は、前記反応ガス流路に連なる両側部から下部にかけて幅狭となるように傾く一対の傾斜面を有し、前記一対の傾斜面のうちの一方が前記反応ガス排出連通孔に対向することを特徴とする燃料電池。
請求項１記載の燃料電池において、前記反応ガス供給連通孔は、前記入口バッファ部よりも上方に配置することを特徴とする燃料電池。
請求項１記載の燃料電池において、前記反応ガス流路は、複数の波状流路溝で構成されるとともに、
前記電極面を冷却するための冷却媒体流路は、冷却媒体を水平方向に流動させることを特徴とする燃料電池。
請求項１記載の燃料電池において、前記出口バッファ部と前記反応ガス排出連通孔との間には、複数の出口通路溝が複数の凸状部間に形成されるとともに、
前記凸状部の下端位置は、千鳥状に配置されることを特徴とする燃料電池。
請求項４記載の燃料電池において、前記凸状部の下端は、湾曲端面を構成することを特徴とする燃料電池。
請求項３記載の燃料電池において、前記冷却媒体流路は、複数の前記電解質膜・電極構造体を挟んで設けられることを特徴とする燃料電池。
請求項３記載の燃料電池において、前記反応ガス流路は、前記複数の波状流路溝と複数の波状凸部とにより構成されるとともに、
前記波状凸部の下端位置は、千鳥状に配置されることを特徴とする燃料電池。
請求項７記載の燃料電池において、前記波状凸部の下端は、湾曲端面を構成することを特徴とする燃料電池。