JP6663553B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
先ず、燃料電池の概略構成について説明する。
図1に示すように、燃料電池は、積層された複数(本実施形態では、330個)の発電セル10と、それら発電セル10をその積層方向D(図1の左右方向)において挟む位置に設けられた一対のエンドセル11とを備えている。
発電セル10は膜電極接合体50Aを有している。この膜電極接合体50Aは、固体高分子膜である電解質膜と、同電解質膜を挟む一対の電極と、それら電解質膜および電極を挟むカーボンシートからなる一対のガス拡散層とを備えた5層構造になっている。各発電セル10は、上流側第1セパレータ30と下流側第1セパレータ60との間に平板形状のフレームプレート50が挟まれた構造になっている。フレームプレート50は、中央部分が上記膜電極接合体50Aをなすとともにそれ以外の部分が絶縁体によって構成されている。
図1に示すように、エンドセル11は、上流側第2セパレータ80と下流側第2セパレータ110との間にフレームプレート100が挟まれた構造になっている。
また、上流側第2セパレータ80では、下方側の並列路90(図5参照)の中で最も上方側に配置される並列路90の上記水素ガス導入路12側の端部上端(図中に矢印Eで示す部分)が最大水位Wよりも上方になるように、各並列路90の形状が定められている。なお図10中の一点鎖線は、下方側の並列路90と上方側の並列路90との境界を示している。
エンドセル11の内部には、水素ガス導入路12と水素ガス排出路14とを連通するバイパス流路11Aが形成されている。そのため、水素ガス配管17や加湿器20で発生して燃料電池の内部(水素ガス導入路12)に侵入した水を、水素ガス導入路12からエンドセル11(詳しくは、バイパス流路11A)に流入する水素ガスの流れによって同エンドセル11の内部に吸引することができる。これにより、発電セル10への水の流入を抑えることができるようになる。
(1)水素ガス配管17や加湿器20で発生して水素ガス導入路12に侵入した水を、水素ガス導入路12からエンドセル11のバイパス流路11Aに流入する水素ガスの流れによって同バイパス流路11Aの内部に吸引することができる。そのため、発電セル10への水の流入を抑えることができる。しかも、水素ガス導入路12のエンドセル11内に配置された部分のうちの上流側の部分が下方に広がる構造になっており、同下流側の部分が、発電セル10の対応する部分と比較して、底壁が上方に向けて突出した形状になっている。これにより、エンドセル11のバイパス流路11Aに水が流入し易い構造になるため、発電セル10への水の流入を抑えることができるようになる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上流側第1セパレータ30や上流側第2セパレータ80の主流路43を波状の流路が並列に延びる形状にしたり、下流側第1セパレータ60や下流側第2セパレータ110の主流路73を直線状の流路が平行に延びる形状にしたりしてもよい。
・エンドセルの下流側第2セパレータとして、基本構造が上流側第2セパレータ80の形状の鏡像となるものを採用することができる。例えばエンドセルの下流側第2セパレータの複数の並列路のうちの、上方側の並列路の圧力損失と比較して、下方側の並列路の圧力損失を小さくするようにしてもよい。こうした構成によれば、空気配管から空気導入路に水が侵入するおそれのある燃料電池において、その侵入した水を空気導入路からバイパス流路に流入する空気の流れによって同バイパス流路の内部に吸引することができ、発電セルへの水の流入を抑えることができる。しかも、エンドセルの下方側の並列路内に水が吸引されて流入した場合に、その流入した水が同並列路内に流入する比較的多量のガス流れによって押し流され易くなるため、並列路内での水の滞留を抑えることができ、バイパス流路に水を吸引する機能を維持することができる。
・水素ガス導入路12に適用した「第1構造」および「第2構造」と同様の構造を、空気導入路13に適用することができる。
・複数の発電セル10の積層方向Dの両端に、エンドセル11を1つずつ設けることに限らず、複数のエンドセルを設けるようにしてもよい。
・上記実施形態の燃料電池は、水素ガス配管17に加湿器20が設けられていない燃料電池にも適用することができる。
Claims (4)
- 膜電極接合体を有する第1プレートと、同第1プレートを挟む一対の第1セパレータと、それら前記第1セパレータおよび前記第1プレートの間に形成されて発電用ガスが通過する第1流路と、を備えて積層された複数の発電セルと、
第2プレートと、同第2プレートを挟む一対の第2セパレータと、それら前記第2セパレータおよび前記第2プレートの間に形成されて発電用ガスが通過する第2流路と、を備えて前記発電セルの積層方向における両端のうちの少なくとも一方に設けられたエンドセルと、
前記第1セパレータと前記第1プレートと前記第2セパレータと前記第2プレートとに各別に形成された貫通孔からなるとともに、前記積層方向に延びて前記第1流路および前記第2流路に発電用ガスを分配して導入する導入路と、を有する燃料電池であって、
前記エンドセルは、
前記一対の第2セパレータのうちのガス流れ方向上流側のセパレータに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分、および前記第2プレートに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分の少なくとも一方が、前記発電セルの対応する部分と比較して下方に窪んでなる「第1構造」と、
前記第2プレートに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分、および前記一対の第2セパレータのうちのガス流れ方向下流側のセパレータに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分の少なくとも一方が、前記発電セルの対応する部分と比較して上方に突出してなる「第2構造」と、の両方の構造をなし、
前記エンドセルは、前記「第2構造」をなしており、前記第2プレートに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分、および前記一対の第2セパレータのうちのガス流れ方向下流側のセパレータに形成された前記貫通孔における前記導入路の底壁にあたる部分の少なくとも一方の上端が、前記導入路に流入する水の最大水位よりも上方になっている燃料電池。 - 請求項1に記載の燃料電池において、
前記積層方向における一方の端部に配置される前記エンドセルは、前記導入路の外部から内部に発電用ガスを流入させるガス供給路が接続されており、前記「第1構造」と前記「第2構造」との両方の構造をなしていることを特徴とする燃料電池。 - 請求項1または2に記載の燃料電池において、
前記エンドセルは、前記第2流路が前記導入路に各別に連通される複数の並列路からなるとともに、同複数の並列路のうちの下方側の並列路の圧力損失が上方側の並列路の圧力損失よりも小さくなっていることを特徴とする燃料電池。 - 請求項3に記載の燃料電池において、
前記エンドセルは、前記下方側の並列路における前記導入路側の端部の上端が、前記導入路に流入する水の最大水位よりも上方になっていることを特徴とする燃料電池。
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