JP7484763B2 - 燃料電池モジュール - Google Patents
燃料電池モジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP7484763B2 JP7484763B2 JP2021024488A JP2021024488A JP7484763B2 JP 7484763 B2 JP7484763 B2 JP 7484763B2 JP 2021024488 A JP2021024488 A JP 2021024488A JP 2021024488 A JP2021024488 A JP 2021024488A JP 7484763 B2 JP7484763 B2 JP 7484763B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- separator
- fuel cell
- gas flow
- cell
- 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.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 108
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 98
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 92
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 50
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 39
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 24
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 13
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 6
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 31
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 26
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 8
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 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 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 235000012209 glucono delta-lactone Nutrition 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-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
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 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
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
-
- 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
- H01M8/0254—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
-
- 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
-
- 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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
-
- 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
-
- 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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric 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
- H01M8/02—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
- H01M8/24—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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
本明細書に開示の技術は、燃料電池モジュールに関する。
特許文献１に開示の燃料電池モジュールは、燃料電池セルの積層体と、積層体の端部に接するダミーセルを有する。各燃料電池セルとダミーセルには、反応ガス供給路が接続されている。反応ガス供給路から各燃料電池セルとダミーセルに、反応ガス（例えば、アノードガス）が供給される。反応ガスが燃料電池セルの内部で反応することで、発電が行われる。
特許文献１の燃料電池モジュールにおいて、反応ガス供給路内で液体が発生する場合がある。例えば、燃料電池モジュールに加速度が加わったときに、反応ガス供給路の上流にある装置から反応ガス供給路内に水が流入する場合がある。また、例えば、燃料電池モジュールが長時間低温環境に曝された場合に、反応ガス供給路内で結露水が生じる場合がある。反応ガス供給路から燃料電池セルに液体が流入すると、燃料電池セルの内部の反応ガス流路が液体によって閉塞され、燃料電池セルで適切に発電を行うことができなくなる。その結果、燃料電池モジュールの発電効率が低下する。本明細書では、反応ガス供給路から燃料電池セルに液体が流入し難い燃料電池モジュールを提案する。
本明細書が開示する燃料電池モジュールは、積層された複数の燃料電池セルによって構成された積層体と、前記積層体の積層方向の端部において前記積層体に接する少なくとも１つのダミーセルと、前記各燃料電池セルと前記ダミーセルに燃料ガスと酸化ガスのいずれかである反応ガスを供給する反応ガス供給路と、前記各燃料電池セルと前記ダミーセルに接続された反応ガス排出路と、を有する。前記各燃料電池セルと前記ダミーセルが、内部に、前記反応ガス供給路から前記反応ガス排出路へ向かって前記反応ガスを流す反応ガス流路を有している。前記ダミーセルの前記反応ガス流路の圧力損失が、前記各燃料電池セルの前記反応ガス流路の圧力損失よりも小さい。
この燃料電池モジュールでは、ダミーセルの反応ガス流路の圧力損失が、各燃料電池セルの反応ガス流路の圧力損失よりも小さい。したがって、反応ガス供給路からダミーセルの反応ガス流路に流入する反応ガスの流量は、反応ガス供給路から各燃料電池セルの反応ガス流路に流入する反応ガスの流量よりも多い。反応ガス供給路内に液体が存在していると、反応ガスによって液体が押し流される。ダミーセルの反応ガス流路に流入する反応ガスの流量が各燃料電池セルの反応ガス流路に流入する反応ガスの流量よりも多いので、反応ガス供給路内に存在する液体の大部分がダミーセルの反応ガス流路内に流入する。これによって、各燃料電池セルの反応ガス流路に液体が流入することが抑制される。このように、この燃料電池モジュールでは、燃料電池セルに液体が流入し難い。
本明細書が開示する一例の燃料電池モジュールでは、前記ダミーセルが、第１セパレータと、第２セパレータと、前記第１セパレータと前記第２セパレータの間に挟まれているとともに通気性を有するスペーサを有していてもよい。前記スペーサが前記ダミーセルの前記反応ガス流路の一部を構成していてもよい。
この構成によれば、ダミーセルの反応ガス流路の圧力損失を小さくすることができる。
本明細書が開示する一例の燃料電池モジュールでは、前記各燃料電池セルが、第３セパレータと、第４セパレータと、前記第３セパレータと前記第４セパレータの間に挟まれている膜電極接合体を有していてもよい。前記膜電極接合体が、通気性を有するガス拡散層を有していてもよい。前記スペーサの透気度が、前記ガス拡散層の透気度よりも高くてもよい。
この構成によれば、ダミーセルの反応ガス流路の圧力損失を小さくすることができる。
図１に示す燃料電池モジュール１０は、燃料電池自動車に搭載されている。燃料電池モジュール１０は、複数の燃料電池セル１２と、２つのダミーセル１１２（すなわち、ダミーセル１１２ａ、１１２ｂ）を有している。各燃料電池セル１２と各ダミーセル１１２は、板形状を有している。複数の燃料電池セル１２は、厚み方向に積層されている。図１を含む各図において、複数の燃料電池セル１２が積層された方向がｚ方向として示され、ｚ方向に直交する一方向がｘ方向として示され、ｘ方向及びｚ方向に直交する方向がｙ方向として示される。ダミーセル１１２は、燃料電池セル１２の積層体１３の両側に配置されている。ダミーセル１１２ａは、ｚ方向における一方の端部において積層体１３（すなわち、その端部の燃料電池セル１２）に接している。ダミーセル１１２ｂは、ｚ方向における他方の端部において積層体１３（すなわち、その端部の燃料電池セル１２）に接している。
図１、２に示すように、各燃料電池セル１２と各ダミーセル１１２には、貫通孔７３ａ、７４ａが設けられている。図２に示すように、各貫通孔７４ａは互いに繋がっている。ダミーセル１１２ａの貫通孔７４ａに、配管７４ｂが接続されている。各貫通孔７４ａと配管７４ｂによって、燃料ガス供給路７４が形成されている。図２に示すように、
各貫通孔７３ａは互いに繋がっている。ダミーセル１１２ａの貫通孔７３ａに、配管７３ｂが接続されている。各貫通孔７３ａと配管７３ｂによって、燃料ガス排出路７３が形成されている。燃料ガス供給路７４を介して各燃料電池セル１２と各ダミーセル１１２に燃料ガス（本実施形態では水素（Ｈ２））が供給される。各燃料電池セル１２と各ダミーセル１１２を通過した燃料ガスは、燃料ガス排出路７３を介して燃料電池モジュール１０の外部に排出される。
各貫通孔７３ａは互いに繋がっている。ダミーセル１１２ａの貫通孔７３ａに、配管７３ｂが接続されている。各貫通孔７３ａと配管７３ｂによって、燃料ガス排出路７３が形成されている。燃料ガス供給路７４を介して各燃料電池セル１２と各ダミーセル１１２に燃料ガス（本実施形態では水素（Ｈ２））が供給される。各燃料電池セル１２と各ダミーセル１１２を通過した燃料ガスは、燃料ガス排出路７３を介して燃料電池モジュール１０の外部に排出される。
図１に示すように、各燃料電池セル１２と各ダミーセル１１２には、貫通孔７１ａ、７６ａが設けられている。図示していないが、各貫通孔７４ａと同様に、各貫通孔７１ａは互いに繋がっている。図示していないが、ダミーセル１１２ａの貫通孔７１ａに配管が接続されている。各貫通孔７１ａと配管によって、酸化剤ガス供給路７１が形成されている。図示していないが、各貫通孔７４ａと同様に、各貫通孔７６ａは互いに繋がっている。図示していないが、ダミーセル１１２ａの貫通孔７６ａに配管が接続されている。各貫通孔７６ａと配管によって、酸化剤ガス排出路７６が形成されている。酸化剤ガス供給路７１を介して各燃料電池セル１２と各ダミーセル１１２に酸化剤ガス（本実施形態では酸素（Ｏ２））が供給される。各燃料電池セル１２と各ダミーセル１１２を通過した酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出路７６を介して燃料電池モジュール１０の外部に排出される。
図１に示すように、各燃料電池セル１２と各ダミーセル１１２には、貫通孔７２ａ、７５ａが設けられている。図示していないが、各貫通孔７４ａと同様に、各貫通孔７５ａは互いに繋がっている。図示していないが、ダミーセル１１２ａの貫通孔７５ａに配管が接続されている。各貫通孔７５ａと配管によって、冷媒供給路７５が形成されている。図示していないが、各貫通孔７４ａと同様に、各貫通孔７２ａは互いに繋がっている。図示していないが、ダミーセル１１２ａの貫通孔７２ａに配管が接続されている。各貫通孔７２ａと配管によって、冷媒排出路７２が形成されている。冷媒供給路７５を介して各燃料電池セル１２と各ダミーセル１１２に冷媒が供給される。各燃料電池セル１２と各ダミーセル１１２を通過した冷媒は、冷媒排出路７２を介して燃料電池モジュール１０の外部に排出される。燃料電池モジュール１０内を流れる冷媒によって、各燃料電池セル１２が冷却される。
図３は、１つの燃料電池セル１２の分解斜視図である。図３に示すように、燃料電池セル１２は、膜／電極接合体（以下、ＭＥＡ（membrane electrode assembly）という）２０と、樹脂フレーム３０と、セパレータ４０と、セパレータ５０を有している。樹脂フレーム３０、セパレータ４０及びセパレータ５０のそれぞれは、ｘ方向に長い長方形の板形状を有している。樹脂フレーム３０、セパレータ４０及びセパレータ５０は、ｚ方向に積層されている。以下では、樹脂フレーム３０のセパレータ４０に近い方の表面を表面３０ａといい、その反対側の樹脂フレーム３０の表面を表面３０ｂという。また、以下では、セパレータ４０の樹脂フレーム３０に近い方の表面を表面４０ｂといい、その反対側のセパレータ４０の表面を表面４０ａという。また、以下では、セパレータ５０の樹脂フレーム３０に近い方の表面を表面５０ａといい、その反対側のセパレータ５０の表面を表面５０ｂという。樹脂フレーム３０は、絶縁性の樹脂により構成されている。樹脂フレーム３０の中央には、ｚ方向に樹脂フレーム３０を貫通する貫通孔３６が設けられている。ＭＥＡ２０は、貫通孔３６内に配置されている。セパレータ４０は、金属製の板部材である。セパレータ４０の表面４０ｂは、樹脂フレーム３０の表面３０ａに接着されている。セパレータ４０によって、貫通孔３６が覆われている。セパレータ５０は、金属製の板部材である。セパレータ５０の表面５０ａは、樹脂フレーム３０の表面３０ｂに接着されている。セパレータ５０によって、貫通孔３６が覆われている。このように、樹脂フレーム３０は、セパレータ４０とセパレータ５０の間に挟まれている。樹脂フレーム３０、セパレータ４０及びセパレータ５０のそれぞれには、上述した貫通孔７１ａ～７６ａが設けられている。
図４、６、７に示すように、セパレータ４０の一部は折れ曲がっており、これによってセパレータ４０の表面４０ｂに溝４４が設けられている。溝４４は、貫通孔７４ａから貫通孔７３ａまで伸びている。図４の範囲６０は、セパレータ４０がＭＥＡ２０と対向する範囲（ｚ方向に沿って見たときにセパレータ４０がＭＥＡ２０と重複する範囲）を示している。溝４４は、範囲６０内を蛇行して伸びている。図６、７に示すように、セパレータ４０の表面４０ｂは、溝４４以外の部分で樹脂フレーム３０とＭＥＡ２０に接している。溝４４と樹脂フレーム３０とＭＥＡ２０によって囲まれた空間によって、燃料ガス流路７７が構成されている。図４に示すように、燃料ガス流路７７の上流端は燃料ガス供給路７４に接続されており、燃料ガス流路７７の下流端は燃料ガス排出路７３に接続されている。
図５～７に示すように、セパレータ５０の一部は折れ曲がっており、これによってセパレータ５０の表面５０ａに溝５４が設けられている。溝５４は、貫通孔７１ａから貫通孔７６ａまで伸びている。図５の範囲６２は、セパレータ５０がＭＥＡ２０と対向する範囲（ｚ方向に沿って見たときにセパレータ５０がＭＥＡ２０と重複する範囲）を示している。溝５４は、範囲６２内を蛇行して伸びている。図６，７に示すように、セパレータ５０の表面５０ａは、溝５４以外の部分で樹脂フレーム３０とＭＥＡ２０に接している。溝５４と樹脂フレーム３０とＭＥＡ２０によって囲まれた空間によって、酸化剤ガス流路７８が構成されている。酸化剤ガス流路７８の上流端は酸化剤ガス供給路７１に接続されており、酸化剤ガス流路７８の下流端は酸化剤ガス排出路７６に接続されている。
図６、７に示すように、ＭＥＡ２０は、ガス拡散層２１（以下、ＧＤＬ（gas diffusion layer）という）、アノード層２２、電解質膜２３、カソード層２４、及び、ＧＤＬ２５を有している。電解質膜２３は、固体高分子材料により構成されている。アノード層２２とカソード層２４は、電解質中に白金等の触媒を含む導電性粒子が拡散された材料等により構成されている。アノード層２２は、セパレータ４０に近い側の電解質膜２３の表面を覆っている。カソード層２４は、セパレータ５０に近い側の電解質膜２３の表面を覆っている。ＧＤＬ２１、２５は、導電性の多孔質材料（例えば、カーボンクロス等）により構成されている。ＧＤＬ２１は、セパレータ４０に近い側のアノード層２２の表面を覆っている。ＧＤＬ２１は、セパレータ４０の表面４０ｂに接している。ＧＤＬ２５は、セパレータ５０に近い側のカソード層２４の表面を覆っている。ＧＤＬ２５は、セパレータ５０の表面５０ａに接している。
図８に示すように、ダミーセル１１２は、燃料電池セル１２と同様に、樹脂フレーム３０、セパレータ４０及びセパレータ５０を有している。ダミーセル１１２の樹脂フレーム３０、セパレータ４０及びセパレータ５０の構成は、燃料電池セル１２の樹脂フレーム３０、セパレータ４０及びセパレータ５０の構成と等しい。また、ダミーセル１１２は、スペーサ１２０を有している。スペーサ１２０は、樹脂フレーム３０の貫通孔３６内に配置されている。すなわち、燃料電池セル１２のＭＥＡ２０をスペーサ１２０に置き換えたものがダミーセル１１２である。スペーサ１２０は、導電性の多孔質材料（例えば、カーボンクロス等）により構成されている。スペーサ１２０の透気度は、ＧＤＬ２１、２５の透気度よりも高い。スペーサ１２０は、ＭＥＡ２０と同様に、溝４４以外の位置でセパレータ４０の表面４０ｂに接している。溝４４と樹脂フレーム３０とスペーサ１２０によって囲まれた空間によって、燃料ガス流路７７が構成されている。スペーサ１２０は、ＭＥＡ２０と同様に、溝５４以外の位置でセパレータ５０の表面５０ａに接している。溝５４と樹脂フレーム３０とスペーサ１２０によって囲まれた空間によって、酸化剤ガス流路７８が構成されている。
各燃料電池セル１２を動作させるときには、燃料ガス供給路７４に燃料ガスを流し、酸化剤ガス供給路７１に酸化剤ガスを流す。燃料ガス供給路７４（すなわち、貫通孔７４ａ）内の燃料ガスは、図７の矢印に示すように、各燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７へ流入する。燃料ガスは、各燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７内を上流端から下流端まで流れた後に、燃料ガス排出路７３（すなわち、貫通孔７３ａ）へ排出される。また、酸化剤ガス供給路７１（すなわち、貫通孔７１ａ）内の酸化剤ガスは、各燃料電池セル１２の酸化剤ガス流路７８へ流入する。酸化剤ガスは、各燃料電池セル１２の酸化剤ガス流路７８内を上流端から下流端まで流れた後に、酸化剤ガス排出路７６（すなわち、貫通孔７６ａ）へ排出される。このように、各燃料電池セル１２内では、燃料ガス流路７７に燃料ガスが流れるとともに、酸化剤ガス流路７８に酸化剤ガスが流れる。これによって、ＭＥＡ２０に燃料ガスと酸化剤ガスが供給され、ＭＥＡ２０で発電が行われる。その結果、燃料電池モジュール１０の積層方向の両端部の間に電圧が発生する。
また、燃料ガスと酸化剤ガスは、各ダミーセル１１２内にも流れる。すなわち、燃料ガス供給路７４（すなわち、貫通孔７４ａ）内の燃料ガスは、図８の矢印に示すように、各ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７へ流入する。燃料ガスは、各ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７内を上流端から下流端まで流れた後に、燃料ガス排出路７３（すなわち、貫通孔７３ａ）へ排出される。また、酸化剤ガス供給路７１（すなわち、貫通孔７１ａ）内の酸化剤ガスは、各ダミーセル１１２の酸化剤ガス流路７８へ流入する。酸化剤ガスは、各ダミーセル１１２の酸化剤ガス流路７８内を上流端から下流端まで流れた後に、酸化剤ガス排出路７６（すなわち、貫通孔７６ａ）へ排出される。ダミーセル１１２内には、ＭＥＡが配置されていないので、ダミーセル１１２では発電は行われない。
ＧＤＬ２１は通気性を有するので、各燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７内を流れる燃料ガスの一部はＧＤＬ２１内を流れる。すなわち、ＧＤＬ２１は、燃料ガス流路７７の一部を構成している。また、スペーサ１２０は通気性を有するので、各ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７内を流れる燃料ガスの一部は、スペーサ１２０内を流れる。すなわち、スペーサ１２０は、燃料ガス流路７７の一部を構成している。上述したように、スペーサ１２０の透気度は、ＧＤＬ２１の透気度よりも高い。また、図７、８から明らかなように、スペーサ１２０の厚みは、ＧＤＬ２１の厚みよりも厚い。したがって、各ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７の断面積（より詳細には、スペーサ１２０を有する部分の燃料ガス流路７７の断面積）は、各燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７の断面積（より詳細には、ＧＤＬ２１を有する部分の燃料ガス流路７７の断面積）よりも広い。このため、各ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７に燃料ガスが流れるときに生じる圧力損失は、各燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７に燃料ガスが流れるときに生じる圧力損失よりも小さい。このため、燃料ガス供給路７４から各ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７内に流入する燃料ガスの流量は、燃料ガス供給路７４から各燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７内に流入する燃料ガスの流量よりも多い。
図示していないが、燃料ガス供給路７４の上流には、気液分離装置が設けられている。したがって、通常時は、燃料ガス供給路７４内に水は進入しない。しかしながら、燃料電池自動車の急加速や急減速によって燃料電池モジュール１０に高い加速度が加わると、気液分離装置から燃料ガス供給路７４内に水が流入する場合がある。また、燃料電池自動車が長時間低温環境に曝されると、燃料ガス供給路７４内に結露水が生じる場合がある。燃料ガス供給路７４内に水が存在している状態で燃料ガス供給路７４内に燃料ガスが流れると、水が燃料ガスによって押し流される。このように押し流された水がいずれかの燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７に流入すると、その燃料ガス流路７７が水によって閉塞され、その燃料電池セル１２で適切に発電を行うことができなくなる。しかしながら、本実施形態の燃料電池モジュール１０では、以下に説明するように、燃料ガス供給路７４内の水が燃料電池セル１２内に流入することが抑制される。すなわち、上述したように、各ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７の圧力損失は、各燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７の圧力損失よりも小さい。このため、各ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７内の燃料ガスの流量は、各燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７内の燃料ガスの流量よりも多い。したがって、燃料ガス供給路７４内の水の大部分は、燃料ガスの流量が多い各ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７へ流入する。その結果、各燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７へ水が流入することが抑制される。これによって、各燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７が水で閉塞されることが抑制され、各燃料電池セル１２で適切に発電を行うことができる。
なお、上述した実施形態では、スペーサ１２０の透気度がＧＤＬ２１の透気度よりも大きいこと、及び、スペーサ１２０の厚みがＧＤＬ２１の厚みよりも厚いことによって、ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７の圧力損失が燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７の圧力損失よりも小さくなっていた。しかしながら、他の構成によって、ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７の圧力損失を燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７の圧力損失よりも小さくしてもよい。例えば、ダミーセル１１２の溝４４の深さを燃料電池セル１２の溝４４の深さよりも深くして、ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７の断面積を燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７の断面積よりも大きくしてもよい。
また、上述した実施形態では、各ダミーセル１１２の燃料ガス流路７７の圧力損失が、各燃料電池セル１２の燃料ガス流路７７の圧力損失よりも小さかった。しかしながら、他の実施形態においては、各ダミーセル１１２の酸化剤ガス流路７８の圧力損失が、各燃料電池セル１２の酸化剤ガス流路７８の圧力損失よりも小さくてもよい。この構成によれば、酸化剤ガス供給路７１から各燃料電池セル１２の酸化剤ガス流路７８に水が流入することを抑制できる。また、別の実施形態においては、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路の両方に、本明細書に開示の技術を適用してもよい。
また、上述した実施形態では、各ダミーセル１１２内に、燃料ガスと酸化剤ガスの両方が流れたが、各ダミーセル１１２内に燃料ガスと酸化剤ガスのいずれか一方のみが流れるように構成されていてもよい。
また、上述した実施形態では、燃料電池セル１２の積層体１３の両側の端部にダミーセル１１２が配置されていた。しかしながら、積層体１３の一方の端部にのみダミーセル１１２が配置されていてもよい。
上述した実施形態の構成要素の対応関係について説明する。実施形態の燃料ガスは、反応ガスの一例である。実施形態の燃料ガス供給路７４は、反応ガス供給路の一例である。実施形態の燃料ガス排出路７３は、反応ガス排出路の一例である。実施形態の燃料ガス流路７７は、反応ガス流路の一例である。実施形態のダミーセル１１２のセパレータ４０は、第１セパレータの一例である。実施形態のダミーセル１１２のセパレータ５０は、第２セパレータの一例である。実施形態の燃料電池セル１２のセパレータ４０は、第３セパレータの一例である。実施形態の燃料電池セル１２のセパレータ５０は、第４セパレータの一例である。
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
１０ ：燃料電池モジュール
１２ ：燃料電池セル
１３ ：積層体
２０ ：ＭＥＡ
２１ ：ＧＤＬ
２２ ：アノード層
２３ ：電解質膜
２４ ：カソード層
２５ ：ＧＤＬ
３０ ：樹脂フレーム
４０ ：セパレータ
５０ ：セパレータ
７３ ：燃料ガス排出路
７４ ：燃料ガス供給路
７７ ：燃料ガス流路
１１２ ：ダミーセル
１２０ ：スペーサ
１２ ：燃料電池セル
１３ ：積層体
２０ ：ＭＥＡ
２１ ：ＧＤＬ
２２ ：アノード層
２３ ：電解質膜
２４ ：カソード層
２５ ：ＧＤＬ
３０ ：樹脂フレーム
４０ ：セパレータ
５０ ：セパレータ
７３ ：燃料ガス排出路
７４ ：燃料ガス供給路
７７ ：燃料ガス流路
１１２ ：ダミーセル
１２０ ：スペーサ
Claims (1)
- 燃料電池モジュールであって、
積層された複数の燃料電池セルによって構成された積層体と、
前記積層体の積層方向の端部において前記積層体に接する少なくとも１つのダミーセルと、
前記各燃料電池セルと前記ダミーセルに、燃料ガスと酸化ガスのいずれかである反応ガスを供給する反応ガス供給路と、
前記各燃料電池セルと前記ダミーセルに接続された反応ガス排出路と、
を有し、
前記各燃料電池セルと前記ダミーセルが、内部に、前記反応ガス供給路から前記反応ガス排出路へ向かって前記反応ガスを流す反応ガス流路を有しており、
前記ダミーセルの前記反応ガス流路の圧力損失が、前記各燃料電池セルの前記反応ガス流路の圧力損失よりも小さく、
前記ダミーセルが、第１セパレータと、第２セパレータと、前記第１セパレータと前記第２セパレータの間に挟まれているとともに通気性を有するスペーサを有しており、
前記スペーサが前記ダミーセルの前記反応ガス流路の一部を構成しており、
前記各燃料電池セルが、第３セパレータと、第４セパレータと、前記第３セパレータと前記第４セパレータの間に挟まれている膜電極接合体を有しており、
前記膜電極接合体が、通気性を有するガス拡散層を有しており、
前記スペーサの透気度が、前記ガス拡散層の透気度よりも高い、
燃料電池モジュール。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021024488A JP7484763B2 (ja) | 2021-02-18 | 2021-02-18 | 燃料電池モジュール |
| DE102022100115.6A DE102022100115A1 (de) | 2021-02-18 | 2022-01-04 | Brennstoffzellenmodul |
| CN202210017021.9A CN115020773A (zh) | 2021-02-18 | 2022-01-07 | 燃料电池模块 |
| US17/572,561 US11710835B2 (en) | 2021-02-18 | 2022-01-10 | Fuel cell module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021024488A JP7484763B2 (ja) | 2021-02-18 | 2021-02-18 | 燃料電池モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022126426A JP2022126426A (ja) | 2022-08-30 |
| JP7484763B2 true JP7484763B2 (ja) | 2024-05-16 |
Family
ID=82610470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021024488A Active JP7484763B2 (ja) | 2021-02-18 | 2021-02-18 | 燃料電池モジュール |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11710835B2 (ja) |
| JP (1) | JP7484763B2 (ja) |
| CN (1) | CN115020773A (ja) |
| DE (1) | DE102022100115A1 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003338305A (ja) | 2002-05-20 | 2003-11-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池のスタック構造 |
| JP2007048484A (ja) | 2005-08-05 | 2007-02-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
| JP2008135188A (ja) | 2005-02-01 | 2008-06-12 | Toyota Motor Corp | 燃料電池スタック |
| JP2018067460A (ja) | 2016-10-19 | 2018-04-26 | トヨタ車体株式会社 | 燃料電池 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005056671A (ja) * | 2003-08-04 | 2005-03-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2009252442A (ja) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| JP4741643B2 (ja) * | 2008-09-18 | 2011-08-03 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| JP5265289B2 (ja) * | 2008-10-01 | 2013-08-14 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| JP5338903B2 (ja) * | 2009-05-08 | 2013-11-13 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の水素濃度推定装置、燃料電池システム |
| CN103996868B (zh) * | 2013-02-18 | 2016-06-15 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池堆 |
| JP6519576B2 (ja) * | 2016-12-14 | 2019-05-29 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池スタック |
| JP6769300B2 (ja) | 2016-12-28 | 2020-10-14 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池スタック及びダミーセル |
| JP6848580B2 (ja) * | 2017-03-24 | 2021-03-24 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池スタック |
| JP6659770B2 (ja) * | 2018-06-08 | 2020-03-04 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| DE102019203401A1 (de) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | Honda Motor Co., Ltd. | Brennstoffzellenstapel, dummyzelle für einen brennstoffzellenstapel, verfahren zur herstellung einer dummyzelle |
| JP6633127B2 (ja) * | 2018-04-27 | 2020-01-22 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック、燃料電池スタック用のダミーセル及びダミーセルの製造方法 |
| JP6817357B2 (ja) * | 2019-03-05 | 2021-01-20 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック及びダミーセルの製造方法 |
| JP6817361B2 (ja) * | 2019-03-13 | 2021-01-20 | 本田技研工業株式会社 | ダミーセルの製造方法及びダミーセルの製造装置 |
-
2021
- 2021-02-18 JP JP2021024488A patent/JP7484763B2/ja active Active
-
2022
- 2022-01-04 DE DE102022100115.6A patent/DE102022100115A1/de active Pending
- 2022-01-07 CN CN202210017021.9A patent/CN115020773A/zh active Pending
- 2022-01-10 US US17/572,561 patent/US11710835B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003338305A (ja) | 2002-05-20 | 2003-11-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池のスタック構造 |
| JP2008135188A (ja) | 2005-02-01 | 2008-06-12 | Toyota Motor Corp | 燃料電池スタック |
| JP2007048484A (ja) | 2005-08-05 | 2007-02-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
| JP2018067460A (ja) | 2016-10-19 | 2018-04-26 | トヨタ車体株式会社 | 燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022126426A (ja) | 2022-08-30 |
| US11710835B2 (en) | 2023-07-25 |
| US20220263103A1 (en) | 2022-08-18 |
| DE102022100115A1 (de) | 2022-08-18 |
| CN115020773A (zh) | 2022-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7413821B2 (en) | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly with gas passages in serial communication, and method of supplying reaction gas in fuel cell | |
| US7678490B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
| JP2007115525A (ja) | 燃料電池用セパレータおよび燃料電池 | |
| WO2007105072A2 (en) | Fuel cell | |
| KR20070073340A (ko) | 하우징을 구비한 평판형 연료전지 어셈블리 | |
| JP5062392B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| US20090068519A1 (en) | Fuel cell and method of manufacturing the same | |
| JP5098652B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP5144226B2 (ja) | 燃料電池 | |
| EP2330668A1 (en) | Polymer electrolyte fuel cell and fuel cell stack provided with same | |
| JP4473519B2 (ja) | 燃料電池 | |
| US20050158599A1 (en) | Fuel cell | |
| JP4957091B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP5541291B2 (ja) | 燃料電池及び燃料電池を備えた車両 | |
| JP5109570B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
| JP7484763B2 (ja) | 燃料電池モジュール | |
| CN113675422A (zh) | 燃料电池组 | |
| WO2008142557A2 (en) | Separator and fuel cell | |
| JP2009081116A (ja) | 燃料電池の膜電極接合体 | |
| JP5165353B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
| KR101145561B1 (ko) | 연료전지 | |
| JP2005032578A (ja) | 燃料電池用セパレータ、燃料電池および燃料電池自動車 | |
| JP5233184B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ | |
| JP2006012462A (ja) | 燃料電池のシール構造 | |
| JP5364278B2 (ja) | 燃料電池のシール構造 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230323 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231129 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240109 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240119 |
|
| 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: 20240402 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240415 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7484763 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |