JP7402118B2 - 燃料電池および燃料電池のマニホールド - Google Patents
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Description
図1は、マニホールドを外した燃料電池1の構造の一例を示す斜視図である。図2は、マニホールドを装着した状態の燃料電池1の構造の一例を示す斜視図である。図1及び図2に示すように、第1実施形態による燃料電池1は、燃料電池セルにおける電気化学反応により発電する構造体である。すなわち、燃料電池1は、セル積層体10と、2つの集電板20と、2つの絶縁板25と、燃料電池締付構造体30と、第1マニホールド40と、第2マニホールド42と、第3マニホールド44と、第4マニホールド46と、を備えて構成されている。セル積層体10は、複数の燃料電池セル10aを積層したものである。燃料電池セル10aは、水素を含む燃料極ガスと酸素を含む酸化剤極ガスとの電気化学反応により発電する。すなわち、セル積層体10は、複数の燃料電池セル10aを直列に接続した構造体である。燃料電池セル10aの詳細な構成は後述する。図1及び図2は、セル積層体10の積層方向に平行なZ方向と、Z方向に垂直で互いに平行なX方向およびY方向を示している。本実施形態の燃料電池1を水平面上に設置する場合、Z方向は重力方向に平行となる。
燃料極反応:H2 → 2H+ + 2e-
酸化剤極反応:1/2O2 + 2H+ +2e- → H2O
図11は、変形例によるセル積層体10の配置および電気的な接続を示す模式図である。第1実施形態の変形例は、セル積層体10が電気的に並列に接続される点で、第1実施形態と異なる。
図13は、第2実施形態による燃料電池1の構成を示す模式図である。第2実施形態は、酸化剤ガスに代えて、燃料極ガスが複数のセル積層体10を貫通するように通過する点で、第1実施形態と異なる。従って、燃料極ガスが第5マニホールド48を通過する。尚、図13に示す例では、冷却水は、第5マニホールド48を通過せず、セル積層体10毎に供給される。図13に示す例では、冷却水の集合管は省略されている。しかし、冷却水の入口集合管は、例えば、各セル積層体10の配管継ぎ手部40aと接続する。冷却水の出口集合管は、例えば、各セル積層体10の配管継ぎ手部44aと接続する。
Claims (12)
- 電解質膜と、前記電解質膜を挟む燃料極および酸化剤極と、前記燃料極に面したガス流路が設けられる燃料極流路板と、前記酸化剤極に面したガス流路が設けられる酸化剤極流路板と、を有するセルが積層されたセル積層体と、
前記セル積層体の積層方向に沿った前記セル積層体の側面に設けられ、前記セル積層体内の前記燃料極流路板または前記酸化剤極流路板に反応ガスを供給するマニホールドと、を備える燃料電池であって、
前記マニホールドは、積層方向に垂直な第1方向に並べて配置される複数の前記セル積層体間に設けられ、前記反応ガスが通過するように前記セル積層体間を連通するガス流路部を備え、
前記マニホールドは、前記第1方向の一端の前記セル積層体のうち、前記ガス流路部の反対側の前記側面に設けられ、前記反応ガスを前記セル積層体内に導入するガス導入部をさらに備え、
前記ガス導入部が設けられる前記セル積層体内の前記電解質膜は、他の前記セル積層体内の前記電解質膜よりも厚い、燃料電池。 - 前記マニホールドは、
前記第1方向の他端の前記セル積層体のうち、前記ガス流路部の反対側の前記側面に設けられ、前記反応ガスが通過するように、前記セル積層体内の第1領域と該第1領域とは異なる前記セル積層体内の第2領域との間を連通するガス通過部と、
前記ガス導入部が設けられる前記側面の少なくとも一部に設けられ、前記セル積層体内から前記反応ガスを排出するガス排出部と、をさらに備える、請求項1に記載の燃料電池。 - 前記ガス流路部は、
前記セル積層体内の前記第1領域と、隣接する前記セル積層体内の前記第1領域と、の間を連通する第1流路部と、
前記セル積層体内の前記第2領域と、隣接する前記セル積層体内の前記第2領域と、の間を連通する第2流路部と、を有する、請求項2に記載の燃料電池。 - 前記燃料極流路板または前記酸化剤極流路板は、冷却水流路がさらに設けられ、
前記マニホールドは、前記第1方向に並べて配置される複数の前記セル積層体間に設けられ、冷却水が通過するように前記セル積層体間を連通する冷却水流路部をさらに備える、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の燃料電池。 - 前記マニホールドは、
前記第1方向の一端の前記セル積層体のうち、前記ガス流路部の反対側の前記側面に設けられ、冷却水を前記セル積層体内に導入する冷却水導入部と、
前記第1方向の他端の前記セル積層体のうち、前記ガス流路部の反対側の前記側面に設けられ、前記セル積層体内から冷却水を排出する冷却水排出部と、をさらに備える、請求項4に記載の燃料電池。 - 前記セル積層体の積層方向の両端部に設けられ、前記セル積層体と電気的に接続する正極端子および負極端子と、
複数の前記セル積層体を電気的に直列に接続するように、隣接する前記セル積層体の前記正極端子と前記負極端子とを電気的に接続する電極接続部と、さらに備える、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池。 - 前記セル積層体は、前記正極端子および前記負極端子の向きが隣接する前記セル積層体と逆になるように、並べて配置される、請求項6に記載の燃料電池。
- 前記セル積層体の積層方向の両端部に設けられ、前記セル積層体と電気的に接続する正極端子および負極端子と、
複数の前記セル積層体を電気的に並列に接続するように、隣接する前記セル積層体の前記正極端子を電気的に接続する正極接続部、および、隣接する前記セル積層体の前記負極端子を電気的に接続する負極接続部と、をさらに備える、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池。 - 前記セル積層体は、前記正極端子および前記負極端子の向きが隣接する前記セル積層体と同じになるように、並べて配置される、請求項8に記載の燃料電池。
- 前記ガス流路部は、前記セル積層体の第1側面と、該第1側面に対向する、隣接する前記セル積層体の第2側面と、の間に設けられる、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の燃料電池。
- 前記反応ガスは、水素含有ガスおよび酸素含有ガスのいずれかである、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の燃料電池。
- 電解質膜と、前記電解質膜を挟む燃料極および酸化剤極と、前記燃料極に面したガス流路が設けられる燃料極流路板と、前記酸化剤極に面したガス流路が設けられる酸化剤極流路板と、を有するセルが積層されたセル積層体の積層方向に沿った前記セル積層体の側面に設けられ、前記セル積層体内の前記燃料極流路板または前記酸化剤極流路板に反応ガスを供給する、燃料電池のマニホールドであって、
積層方向に垂直な第1方向に並べて配置される複数の前記セル積層体間に設けられ、前記反応ガスが通過するように前記セル積層体間を連通するガス流路部を備え、
前記マニホールドは、前記第1方向の一端の前記セル積層体のうち、前記ガス流路部の反対側の前記側面に設けられ、前記反応ガスを前記セル積層体内に導入するガス導入部をさらに備え、
前記ガス導入部が設けられる前記セル積層体内の前記電解質膜は、他の前記セル積層体内の前記電解質膜よりも厚い、燃料電池のマニホールド。
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