JPH07142078A

JPH07142078A - 燃料電池および燃料電池用冷却部材

Info

Publication number: JPH07142078A
Application number: JP5314163A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Nonobe; 康宏野々部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-11-19
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 1995-06-02
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JP3413913B2

Abstract

(57)【要約】【目的】積層方向に沿ったセル間の温度差を小さくす
る。【構成】セルと冷却部材との四隅に所定の孔を形成
し、積層体１２に積層方向に沿った冷却媒体の流路６２
ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄを形成する。流路６２ａと
６２ｃおよび流路６２ｂと６２ｄは、冷却部材の積層面
に設けられた溝とセルとで形成する通路３８，４８によ
り連絡している。冷却媒体は、ポンプ７０ａで加圧され
てエンドプレート５０ａの孔５２ａから流路６２ａに流
入し、通路３８，流路６２ｃを通ってエンドプレート５
０ｂの孔５２ｃから流出する。また、冷却媒体は、ポン
プ７０ｂで加圧されて孔５２ｂから流路６２ｂに流入
し、通路４８，流路６２ｄを通って孔５２ｄから流出す
る。積層体１２の積層方向に沿った流路６２ａと流路６
２ｂとを冷却媒体が逆向きに流れて積層体１２を冷却す
る。この結果、積層方向に沿ったセル間の温度差を小さ
くすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池および燃料電
池用冷却部材に関し、詳しくは、単位電池をなすセルと
冷却媒体の通路を形成する冷却部材とを複数積層してな
る燃料電池およびこの燃料電池に用いられる冷却部材に
関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池では、通常、各セルで行なわれ
る電気化学反応に伴う発熱や、内部抵抗に基づく発熱等
が生じる。したがって、各セルを発電効率の高い温度域
で運転するには、これらの発熱によるセルの温度上昇を
防止する必要がある。この温度上昇を防止する冷却方法
としては、積層されたセルの間に冷却部材を設けるのが
一般的である。また、さらに発電効率を高めるために、
セル面内の温度が均一になるように冷却部材の配置や冷
却媒体の通路を工夫した燃料電池が提案されている。例
えば、冷却媒体の入口と出口との配置を変えた冷却部材
を積層することにより入口と出口との温度差をなくして
温度の均一化を図るとした燃料電池（特開平３−２１６
９６１号公報）や、冷却媒体の通路が異なる冷却部材を
複数積層し温度分布の異なるセル間での熱交換により温
度の均一化を図るとした燃料電池（特開平３−９８２６
９号公報）等が提案されている。

【０００３】また、積層方向に沿った冷却媒体の供給流
路を２系統設け、冷却部材内を流れる冷却媒体の流向
を、隣接する冷却部材毎に対向させてセル面内の温度分
布の均一化を図るとした燃料電池（特開平３−２１０７
７２号公報）等が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セル内
の温度の均一化を図った従来の燃料電池では、単一セル
内での温度の均一化は図れるものの、積層方向のセル間
に生じる温度差を低減できないという問題があった。こ
のセル間の温度差は、燃料電池全体の発電効率を低下さ
せる原因となる。燃料電池の運転は、発電効率の最も高
いセル状態を想定して、負荷電流密度や燃料ガスの流量
および圧力，燃料ガス中の水蒸気の量等を定めて行なわ
れる。セル間に温度差が生じる場合には、想定した状態
にないセルが生じ、このセルでは、セル内の電極で生じ
る電気化学反応がスムーズに行なわれなくなる。この結
果、発電効率が低下してしまう。

【０００５】また、積層方向に沿った冷却媒体の供給流
路を２系統設けた燃料電池では、冷却媒体の供給流路を
積層体から十分に離せば、積層方向のセル間の温度差を
ある程度低減することができるが、燃料電池全体として
大型化するという問題があった。

【０００６】本発明の燃料電池および燃料電池用冷却部
材は、こうした問題を解決し、積層方向に沿ったセル間
の温度を均一にし、燃料電池を小型化することを目的と
し、次の構成を採った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池は、電
解質と２つの電極とにより単位電池をなすセルと、該セ
ルの間に配置され冷却媒体の通路を形成する冷却部材と
を複数積層した積層体を有する燃料電池において、前記
冷却部材の前記通路に前記冷却媒体を供給する少なくと
も２つの冷却媒体流路を前記積層体の積層方向に沿って
設け、該２つの冷却媒体流路の前記冷却媒体の流向を逆
向きとしたことを特徴とする。

【０００８】ここで、前記燃料電池において、前記セル
および／または前記冷却部材の略同一箇所に貫通孔を設
け、該セルおよび該冷却部材を積層したとき、該貫通孔
が前記冷却媒体流路を形成してなる構成とすることもで
きる。また、前記燃料電池において、前記各冷却媒体流
路は、分岐を有しない単一流路として形成された構成と
することもできる。さらに、前記燃料電池において、前
記積層体は、前記２つの冷却媒体流路のうちの一方から
前記冷却媒体の供給を受ける冷却部材と、前記２つの冷
却媒体流路のうちの他方から前記冷却媒体の供給を受け
る冷却部材とを交互に配置してなる構成とすることもで
きる。

【０００９】本発明の燃料電池用冷却部材は、冷却媒体
の通路を形成し、電解質と２つの電極とにより単位電池
をなすセルの間に配置され、該セルと共に複数積層して
燃料電池を構成する燃料電池用冷却部材において、積層
した際、積層方向に沿った前記冷却媒体の流路をなす所
定形状の孔を少なくとも４つ設け、該孔のうち少なくと
も２つの孔を前記冷却媒体の前記通路で連絡したことを
特徴とする。

【００１０】ここで、前記燃料電池用冷却部材におい
て、前記４つの孔が、冷却部材の回転，反転等の置き換
えによっても重ね合わせ可能な位置に設けられた構成と
することもできる。例えば、積層する面が矩形形状に形
成され、前記４つの孔が前記矩形形状の四隅から所定の
位置に設けられた構成とすることもできる。

【００１１】

【作用】以上のように構成された本発明の燃料電池は、
積層体の積層方向に沿って設けられた少なくとも２つの
冷却媒体流路が、冷却部材の通路に冷却媒体を供給す
る。この２つの冷却媒体流路には、冷却媒体が逆向きに
流される。この結果、積層体を構成するセル間の温度差
が小さくなる。ここで、燃料電池を、セルおよび／また
は冷却部材の略同一箇所に貫通孔を設け、これらのセル
および冷却部材を積層したとき、この貫通孔が冷却媒体
流路を形成する構成とすれば、燃料電池の小型化が可能
となる。また、各冷却媒体流路を、分岐を有しないしな
い単一流路として形成すれば、冷却媒体流路がシンプル
となる。さらに、積層体が、２つの冷却媒体流路のうち
の一方から冷却媒体の供給を受ける冷却部材と、他方か
ら冷却媒体の供給を受ける冷却部材とを交互に配置して
なる燃料電池とすれば、セル間の温度差はさらに小さく
なる。

【００１２】本発明の燃料電池用冷却部材は、所定形状
の少なくとも４つの孔が、積層した際、積層方向に沿っ
た冷却媒体の流路をなす。この孔のうち少なくとも２つ
の孔を冷却媒体の通路で連絡することにより、少なくと
も４つの冷却媒体の流路のうちの１つを冷却媒体の流入
路とし、他の１つを冷却媒体の流出路とする。ここで、
燃料電池用冷却部材を、前記４つの孔が、冷却部材の回
転，反転等の置き換えによっても重ね合わせ可能な位置
に設けた構成、例えば、その積層する面を矩形形状に形
成し、４つの孔を矩形形状の四隅から所定の位置に設け
れば、冷却部材を回転，反転等置き換えて積層するだけ
で４つの冷却媒体の流路のうち２つを連絡する二組の流
路を形成する。

【００１３】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図１は、燃料電池１０の概略を例示した外観斜
視図である。

【００１４】燃料電池１０は、電池本体を構成する積層
体１２と、積層体１２の両端に装着するエンドプレート
５０ａ，５０ｂと、積層体１２に取り付けられ電池本体
に燃料を供給する燃料ガス供給装置（図示せず）とから
構成される。積層体１２は、単位電池を構成するセル２
０と、セル２０の間に配置されセル２０を冷却する冷却
部材３０と、同じくセル２０の間に配置されセル２０を
冷却する冷却部材４０とをその厚み方向に複数積層して
構成される。本実施例では、積層体１２は、セル２０，
冷却部材３０，セル２０，セル２０，冷却部材４０，セ
ル２０の順に規則正しく積層されている。なお、実施例
では、積層体１２を、セル２０，冷却部材３０，セル２
０，セル２０，冷却部材４０，セル２０の順に規則正し
く積層したが、如何なる順に積層しても差し支えない。

【００１５】セル２０は、燃料電池の一般的な構造とし
て構成されている。例えば、セル２０を図２に例示した
固体高分子型燃料電池で構成した場合、セル２０は、電
解質膜２３と、この電解質膜２３を両側から挟んでサン
ドイッチ構造とする陽極２５および陰極２６と、このサ
ンドイッチ構造を両側から挟むと共に陽極２５および陰
極２６とで陽極側燃料および陰極側燃料の流路を形成す
る集電極２７および２８と、集電極２７および２８の外
側に配置されセル２０を積層した際の隔壁をなすセパレ
ータ２９とにより構成されている。

【００１６】電解質膜２３は、高分子材料、例えばフッ
素系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤状
態で良好な電気電導性を示す。陽極２５および陰極２６
は、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスによ
り形成されており、このカーボンクロスには、触媒とし
ての白金または白金と他の金属からなる合金等を担持し
たカーボン粉がクロスの電解質膜２３側の表面および隙
間に練り込まれている。ここで、実施例では、陽極２５
および陰極２６をカーボンクロスにより形成したが、炭
素繊維からなるカーボンペーパーまたはカーボンフェル
トにより形成する構成も好適である。

【００１７】集電極２７および２８は、多孔質でガス透
過性を有する気孔率が４０ないし８０％のポーラスカー
ボンにより形成されている。集電極２７には、平行に配
置された複数のリブ２７ａが形成されており、このリブ
２７ａと陽極２５の表面とで陽極燃料の酸素含有ガスの
流路をなすと共に陽極２５で生成する水の集水路をなす
酸素ガス流路２７ｂを形成する。集電極２８にも平行に
配置された複数のリブ２８ａが形成されており、このリ
ブ２８ａと陰極２６の表面とで陰極燃料の水素ガスと水
蒸気との混合ガスの流路をなす水素ガス流路２８ｂを形
成する。この集電極２７と集電極２８とは、リブ２７ａ
とリブ２８ａとが直交する配置、すなわち酸素ガス流路
２７ｂと水素ガス流路２８ｂとが直交する配置で積層さ
れている。したがって、燃料ガス供給装置より、図中矢
印Ａ方向に沿って酸素含有ガスが酸素ガス流路２７ｂに
供給され、図中矢印Ｂ方向に沿って水素ガスが水素ガス
流路２８ｂに供給される。セパレータ２９は、カーボン
を圧縮してガス不透過としたガス不透過カーボンにより
形成されており、電解質膜２３，電極２５および２６，
集電極２７および２８により構成されるセルをその厚み
方向に積層する際の隔壁をなす。

【００１８】こうして構成されたセル２０の積層する面
の四隅には、四隅から均等な位置に同一径の孔２２ａ，
２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが形成されている。この孔２２
ａ等は、積層体１２としたときに積層方向に沿った冷却
媒体の流路を形成する。

【００１９】図３（ａ）は、冷却部材３０の外観を例示
した斜視図である。冷却部材３０は、ガス不透過カーボ
ンにより形成されており、図示するように、積層する面
が正方形状の板状部材で、積層する面の四隅には、セル
２０の孔２２ａ等と同一位置に同一径の孔３２ａ，３２
ｂ，３２ｃ，３２ｄが形成されている。この孔３２ａ等
は、セル２０の孔２２ａ等と同様に、積層体１２とした
ときに積層方向に沿った冷却媒体の流路を形成する。ま
た、冷却部材３０には、孔３２ａと孔３２ｂとを葛折状
に連絡する断面形状が矩形の溝３４が形成されている。
この溝３４は、冷却部材３０とセル２０とが積層される
ことにより冷却媒体（例えば、純水，代替フロン，絶縁
油等）の通路３８を形成する。なお、実施例では、冷却
部材３０の孔３２ａと孔３２ｃとを溝３４で葛折状に連
絡したが、連絡する形態は如何なる形状であっても差し
支えない。

【００２０】図３（ｂ）は、冷却部材４０の外観を例示
した斜視図である。図示するように、この冷却部材４０
は、冷却部材３０の鏡像体と同一形状をしており、冷却
部材３０と同一の材料であるガス不透過カーボンにより
形成されている。したがって、冷却部材４０は、積層す
る面が正方形状の板状部材で、積層する面の四隅には、
孔４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが形成されている。
また、冷却部材４０には、孔４２ｃと孔４２ｄとを葛折
状に連絡する断面形状が矩形の溝４４が形成されてお
り、冷却部材４０とセル２０とが積層されることにより
冷却媒体の通路４８を形成する。

【００２１】図４（ａ）は、エンドプレート５０ａの外
観を例示する斜視図である。エンドプレート５０ａは、
セル２０よりひと回り大きな正方形状の板状部材で、積
層体１２に装着した際に、セル２０の孔２２ａおよび２
２ｄと整合する位置に孔２２ａ等と同一径の孔５２ａお
よび５２ｄが形成されている。図４（ｂ）は、エンドプ
レート５０ｂの外観を例示する斜視図である。図示する
ように、エンドプレート５０ｂは、エンドプレート５０
ａと同一形状をしており、積層体１２に装着する際に、
エンドプレート５０ａを１８０度回転させて上下を入れ
替え、孔５２ａ，５２ｄを孔５２ｂ，５２ｃとなるよう
にしたものである。

【００２２】図５は、冷却媒体の流路を模式的に例示し
た説明図である。図５（ａ）に例示するように、セル２
０，冷却部材３０および４０を上述の順にその厚み方向
に積層して積層体１２とし、積層体１２の両端にエンド
プレート５０ａおよび５０ｂを装着して燃料電池１０と
すると、燃料電池１０には、孔５２ａ，２２ａ，３２ａ
および４２ａとにより冷却媒体の流路６２ａが、孔５２
ｃ，２２ｃ，３２ｃおよび４２ｃとにより流路６２ｃが
形成される。各流路の内側は、電気的に絶縁性を示すコ
ーティング材によりコーティングされている。

【００２３】流路６２ａはエンドプレート５０ｂによ
り、流路６２ｃはエンドプレート５０ａによりその一端
が塞がれている。流路６２ａと流路６２ｃとは、冷却部
材３０の溝３４がセル２０とで形成する冷却媒体の通路
３８で連絡している。また、流路６２ａは、パイプ７２
ａを介してポンプ７０ａおよび冷却媒体槽（図示せず）
に接続されており、流路６２ｃは、パイプ７２ｃを介し
て熱交換器（図示せず）および冷却媒体槽に接続されて
いる。したがって、パイプ７２ａ，ポンプ７０ａ，流路
６２ａ，通路３８，流路６２ｃ，パイプ７２ｃ，熱交換
器および冷却媒体槽とで冷却媒体の循環する流路を形成
する。

【００２４】また、燃料電池１０には、図５（ｂ）に例
示するように、孔５２ｂ，２２ｂ，３２ｂおよび４２ｂ
とにより冷却媒体の流路６２ｂが、孔５２ｄ，２２ｄ，
３２ｄおよび４２ｄとにより流路６２ｄが形成される。
流路６２ｂはエンドプレート５０ａにより、流路６２ｄ
はエンドプレート５０ｂによりその一端が塞がれてい
る。流路６２ｂと流路６２ｄとは、冷却部材４０の溝４
４がセル２０とで形成する冷却媒体の通路４８で連絡し
ている。また、流路６２ｂは、パイプ７２ｂを介してポ
ンプ７０ｂおよび冷却媒体槽に接続されており、流路６
２ｄは、パイプ７２ｄを介して熱交換器および冷却媒体
槽に接続されている。したがって、パイプ７２ｂ，ポン
プ７０ｂ，流路６２ｂ，通路４８，流路６２ｄ，パイプ
７２ｄ，熱交換器および冷却媒体槽とで冷却媒体の循環
する流路を形成する。

【００２５】こうして構成された燃料電池１０は、燃料
ガス供給装置（図示せず）から酸素含有ガスおよび水素
ガスがセル２０の酸素ガス流路２７ｂおよび水素ガス流
路２８ｂに供給されることにより陽極２５および陰極２
６で次式で示す電気化学反応が行なわれ、化学エネルギ
を直接電気エネルギに変換する。

【００２６】陽極反応：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ陰極反応：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-

【００２７】この電気化学反応に伴う反応熱やセル２０
の内部抵抗による発熱、セル２０とセル２０との接触抵
抗による発熱などにより燃料電池１０の温度は上昇する
が、燃料電池１０は、次のように冷却媒体が流されて冷
却される。図５（ａ）に示すように、冷却媒体槽からポ
ンプ７０ａにより加圧された冷却媒体は、パイプ７２ａ
を通ってエンドプレート５０ａの孔５２ａから流路６２
ａに流入し、積層体１２内に配置された冷却部材３０の
溝３４とセル２０とで形成される通路３８を通ることに
より隣接のセル２０を冷却する。そして、冷却媒体は、
流路６２ｃ，パイプ７２ｃを通って熱交換器により熱交
換をした後、冷却媒体槽に戻る。一方、図５（ｂ）に示
すように、冷却媒体槽からポンプ７０ｂにより加圧され
た冷却媒体は、パイプ７２ｂを通ってエンドプレート５
０ｂの孔５２ｂから流路６２ｂに流入し、積層体１２内
に配置された冷却部材４０の溝４４とセル２０とで形成
される通路４８を通ることにより隣接のセル２０を冷却
する。そして、冷却媒体は、流路６２ｄ，パイプ７２ｄ
を通って熱交換器により熱交換をした後、冷却媒体槽に
戻る。したがって、積層体１２の積層方向に沿って形成
された冷却媒体の流路６２ａと流路６２ｂ，流路６２ｃ
と流路６２ｄには、冷却媒体が逆向きに流れて燃料電池
が冷却される。

【００２８】次に、積層体１２を構成するセル２０間の
温度差について説明する。図６は、積層体１２の端に位
置するセル２０（エンドプレート５０ａの隣のセル２
０）と他のセル２０との温度差と両セルの距離との関係
を例示したグラフである。グラフ中のセル番号は、積層
体１２を構成する複数のセル２０に、積層体１２の端に
位置するセル２０から順に付した番号である。グラフ中
の曲線Ａは、本実施例の積層体１２に所定の流量の冷却
媒体を上述の流し方によって流した際に積層体１２が示
す温度特性である。曲線Ｂは、積層体を構成する冷却部
材をすべて冷却部材３０として構成した積層体に、曲線
Ａと同量の冷却媒体をセル番号１の側から反対側端に向
けて一様に流した際に積層体が示す温度特性である。グ
ラフからも明確なように、曲線Ｂを示す積層体では、セ
ル番号が大きくなるに従ってセル番号１のセルに対する
温度差が大きくなるのに対して、曲線Ａを示す積層体１
２では、セル番号１を除くすべてのセル番号のセルでほ
とんど同じ温度差を示す。

【００２９】以上説明した燃料電池１０では、積層体１
２の積層方向に沿って冷却媒体の流路６２ａおよび６２
ｂを設け、冷却媒体の流向を互いに逆向きとし、冷却部
材３０と冷却部材４０を交互に配置したので、積層体１
２を構成するセル２０間の積層方向の温度差を小さくす
ることができるという優れた効果を奏する。この結果、
発電効率の高い状態のセルを多くすることができ、燃料
電池全体の発電効率を高くすることができる。また、セ
ル２０，冷却部材３０，４０の四隅に設けた孔２２ａ，
３２ａ，４２ａ等により冷却媒体の流路６２ａ等を形成
したので、冷却媒体の流路を形成するための新たな部材
はなく、構造をシンプルなものとすることができ、小型
化できる。さらに、冷却部材３０を積層する際に、積層
する面を誤って９０度回転させて配置しても、冷却部材
４０に冷却部材を供給する流路６２ｂから冷却媒体の供
給を受けるので、流路６２ａから冷却媒体の供給を受け
るときより冷却効果が下がるものの冷却部材として機能
する。

【００３０】実施例では、冷却部材３０の対角に位置す
る孔３２ａと孔３２ｃとを溝３４で連絡したが、対角の
位置にない２つの孔を連絡する構成も好適である。以下
に、その一例について説明する。

【００３１】図７（ａ）は、冷却部材１３０の外観を例
示する斜視図である。図示するように、冷却部材１３０
には、積層する面の四隅に孔１３２ａ，１３２ｂ，１３
２ｃおよび１３２ｄが形成されており、対角の位置にな
い孔１３２ａと孔１３２ｂとを葛折状に連絡する溝１３
４が形成されている。図７（ｂ）は、冷却部材１４０の
外観を例示する斜視図である。冷却部材１４０は、冷却
部材１３０を天地を入れ替えて、冷却部材１３０の孔１
３２ａおよび孔１３２ｂを冷却部材１４０の孔１４２ｃ
および孔１４２ｄとしたものである。すなわち、同一部
材を異なる配置としたものにすぎない。

【００３２】こうした冷却部材１３０，１４０とセル２
０とを積層すると、孔２２ａ，１３２ａおよび１４２ａ
等により冷却媒体の流路１６２ａ等が形成される。した
がって、冷却媒体は次の二通りの流れ方をする。一方の
冷却媒体は、孔１３２ａ，１４２ａを構成要素とする流
路１６２ａに流入し、冷却部材１３０の溝１３４を通っ
て孔１３２ｂ，１４２ｂを構成要素とする流路１６２ｂ
から流出する。また、他方の冷却媒体は、孔１３２ｃ，
１４２ｃを構成要素とする流路１６２ｃに流入し、冷却
部材１４０の溝１４４を通って孔１３２ｄ，１４２ｄを
構成要素とする流路１６２ｄから流出する。

【００３３】以上説明した冷却部材１３０，１４０を用
いれば、冷却部材１３０と冷却部材１４０が同一形状な
ので、燃料電池を構成する部材の種類を少なくして低コ
スト化することができる。また、冷却媒体が流入する流
路（流路１６２ａと流路１６２ｃ）が対角の位置となる
ので、同一セル内での局所的な温度差を小さくすること
ができる。冷却部材１３０と１４０は同一部材であるが
誤って配置しても、冷却媒体の供給を受ける流路が異な
るだけで、冷却部材として機能する。

【００３４】実施例では、冷却部材３０および冷却部材
４０は、２つの冷却媒体の供給流路（流路１６２ａと流
路１６２ｂ）のうち一方から冷却媒体の供給を受ける構
成としたが、冷却部材に冷却媒体の通路を２つ設けて双
方から冷却媒体の供給を受ける構成も好適である。その
一例を図８に示す。

【００３５】図８は、冷却部材２３０の外観を例示した
斜視図である。冷却部材２３０は、冷却部材３０と同様
に、積層する面の四隅に孔２３２ａ，２３２ｂ，２３２
ｃおよび２３２ｄが形成されている。この４つの孔のう
ち孔２３２ａと孔２３２ｂとを溝２３４が葛折状に連絡
しており、孔２３２ｃと孔２３２ｄとを溝２３６が葛折
状に連絡している。このため、この冷却部材２３０をセ
ル２０と積層して積層体を構成し、孔２３２ａを構成要
素とする流路２６２ａと孔２３２ｃを構成要素とする流
路２６２ｃとに冷却媒体を流せば、２系統の冷却媒体が
同一冷却部材２３０内に流れる。すなわち、孔２３２ａ
から流入して溝２３４を通り孔２３２ｂから流出する冷
却媒体と、孔２３２ｃから流入して溝２３６を通り孔２
３２ｄから流出する冷却媒体とが同一冷却部材２３０に
流れる。こうした２つの冷却媒体の通路を有する冷却部
材２３０を用いれば、セル間の温度差をさらに小さくす
ることができる。また、燃料電池を構成する部材の種類
を少なくすることができる。

【００３６】実施例では、冷却部材３０および冷却部材
４０の対角に位置する孔３２ａと孔３２ｃとを溝３４で
連絡したが、複数の溝で連絡する構成も好適である。以
下に、その一例について説明する。

【００３７】図９（ａ）は、冷却部材３３０の外観を例
示する斜視図である。図示するように、冷却部材３３０
には、積層する面の四隅に孔３３２ａ，３３２ｂ，３３
２ｃおよび３３２ｄが形成されている。また、冷却部材
３３０の積層する面には、平行に複数のリブ３３３が形
成されており、この複数のリブ３３３間は、平行な複数
の溝３３４として形成される。この複数の溝３３４によ
り孔３３２ａと孔３３２ｂとが連絡されている。この溝
３３４は、冷却部材３３０がセル２０と共に積層された
ときに冷却媒体の通路３３８を形成する。図９ｂは、冷
却部材３４０の外観を例示する斜視図である。図示する
ように、冷却部材３４０は、冷却媒体３３０の鏡像体と
同一形状をしている。すなわち、冷却部材３４０には、
冷却部材３３０に形成された孔３３２ａ〜ｄや複数のリ
ブ３３３および複数の溝３３４に相当する孔３４２ａ〜
ｄや複数のリブ３４３および複数の溝３４４が形成され
ており、冷却部材３４０とセル２０とを積層することに
より冷却媒体の通路３４８が形成される。

【００３８】こうした冷却部材３３０，３４０とセル２
０とを積層し、孔２２ａ，３３２ａおよび３４２ａ等に
より冷却媒体の流路３６２ａ等を形成したときの冷却媒
体の流路を図１０に示す。図１０（ａ）は、冷却媒体の
流路の一例を模式的に示した説明図である。図示するよ
うに、積層体１２の一端には、エンドプレート５０ａ
が、その２つの孔が流路３６２ａおよび流路３６２ｄと
整合するように装着され、他端には、エンドプレート５
０ｂが、その２つの孔が流路３６２ｂおよび流路３６２
ｃと整合するように装着されている。したがって、冷却
媒体の流路は、パイプ７２ａ，流路３６２ａ，通路３３
８，流路３６２ｃおよびパイプ７２ｃにより形成される
流路（図中実線の流路）と、パイプ７２ｂ，流路３６２
ｂ，通路３４８，流路３６２ｄおよびパイプ７２ｄによ
り形成される流路（図中破線の流路）との２系統形成さ
れる。冷却媒体は、図示するように、ポンプ７０ａおよ
びポンプ７０ｂによりパイプ７２ａおよびパイプ７２ｂ
から流される。このため、通路３３８と通路３４８とに
流れる冷却媒体の流向は、逆向きとなる。すなわち、通
路３３８に流れる冷却媒体は、冷却部材３３０の溝３３
４を図９（ａ）中、上から下方向に流れ、通路３４８に
流れる冷却媒体は、冷却部材３４０の溝３４４を図９
（ｂ）中、下から上方向に流れる。

【００３９】以上説明した冷却部材３３０および３４０
を用いれば、流路３６２ａと流路３６２ｂとを流れる冷
却媒体の流向が逆向きになるだけでなく、冷却媒体の通
路３３８と通路３４８とを流れる冷却媒体の流向も逆向
きとなるので、セル２０面内の温度差をさらに小さくす
ることができる。

【００４０】なお、図１０（ｂ）に示すように、冷却媒
体の通路３３８と通路３４８とを流れる冷却媒体の流向
を同じ向きとしても差し支えない。この場合、積層体１
２の一端には、エンドプレート５０ａを、その２つの孔
が流路３６２ａおよび流路３６２ｂと整合するように装
着し、他端には、エンドプレート５０ｂを、その２つの
孔が流路３６２ｃおよび流路３６２ｄと整合するように
装着し、冷却媒体をポンプ７０ａおよびポンプ７０ｄか
らパイプ７２ａおよびパイプ７２ｄに流せばよい。

【００４１】次に、本発明の第２の実施例である燃料電
池４１０について説明する。第２実施例の燃料電池４１
０は、第１実施例の燃料電池１０とセル２０を除いて同
一の構成をしている。したがって、第１実施例の燃料電
池１０と同一の構成には同一の符号を付してその説明は
省略する。

【００４２】燃料電池４１０のセルは、４種類（セル２
０ａ，２０ｂ，２０ｃおよび２０ｄ）あり、そのうちの
１つのセル２０ａは、図２に示した第１実施例のセル２
０の孔２２ｃおよび孔２２ｄが形成されていないものと
同一の構成をしている。すなわち、セル２０ａの積層す
る面には、孔２２ａと孔２２ｂが形成されており、孔２
２ｃおよび孔２２ｄは形成されていない。セル２０ｂ
は、セル２０の孔２２ａと孔２２ｄが形成されていない
ものと同一の構成をしている。また、セル２０ｃは、セ
ル２０の孔２２ａと孔２２ｂが形成されていないものと
同一の構成をしており、セル２０ｄは、セル２０の孔２
２ｂと孔２２ｃが形成されていないものと同一の構成を
している。すなわち、セル２０ｂには孔２２ｂと孔２２
ｃ、セル２０ｃには孔２２ｃと孔２２ｄ、セル２０ｄに
は孔２２ａと２２ｄが形成されている。

【００４３】こうして形成されたセル２０ａ，２０ｂ，
２０ｃ，２０ｄ，冷却部材３０，４０およびエンドプレ
ート５０ａ，５０ｂをその厚み方向に積層して構成され
る燃料電池４１０の一例を図１１（ａ）に示す。燃料電
池４１０は、図示するように、エンドプレート５０ａか
らセル２０ａ，冷却部材３０，セル２０ｂを２つ，冷却
部材４０，セル２０ｃを２つ，冷却部材３０，セル２０
ｄを２つ，冷却部材４０，セル２０ａの順に積層して構
成される。エンドプレート５０ａは、その積層する面に
形成された２つの孔が、セル２０ａの孔２２ａおよび孔
２２ｂと整合するように装着されており、エンドプレー
ト５０ｂは、その２つの孔が、セル２０ｃの孔２２ｃお
よび孔２２ｄと整合するように装着されている。

【００４４】こうして形成された燃料電池４１０におけ
る冷却媒体の流路を図１１（ｂ）に示す。図示するよう
に、燃料電池４１０には、セル２０ａ，セル２０ｄ，冷
却部材３０および４０で積層方向に沿った流路４６２ａ
が形成される。同様に、燃料電池４１０には、セル２０
ａ，セル２０ｂ，冷却部材３０および４０で流路４６２
ｂが形成され、セル２０ｂ，セル２０ｃ，冷却部材３０
および４０で流路４６２ｃが形成され、セル２０ｃ，セ
ル２０ｄ，冷却部材３０および４０で流路４６２ｄが形
成される。

【００４５】流路４６２ａと流路４６２ｃは、冷却部材
３０とセル２０ａとで形成される通路３８および冷却部
材３０とセル２０ｃとで形成される通路３８により連絡
されている。流路４６２ａの両端には、流路４６２ａと
整合する位置に孔が形成されていないセル２０ｂおよび
セル２０ｃが配置されているので、流路４６２ａは、セ
ル２０ａと冷却部材３０とで形成する通路３８からセル
２０ｃと冷却部材３０とで形成する通路３８までの間で
分岐を有しない単一流路として形成される。同様に、流
路４６２ｃの両端にも、流路４６２ｃと整合する位置に
孔が形成されていないセル２０ａおよびセル２０ｄが配
置されているので、流路４６２ｃは、セル２０ａと冷却
部材３０とで形成する通路３８からセル２０ｃと冷却部
材３０とで形成する通路３８までの間で分岐を有しない
単一流路として形成される。

【００４６】したがって、流路４６２ａ，流路４６２ｃ
および通路３８により積層体４１２に葛折状の冷却媒体
の流路を形成する。また、積層体４１２の一端に位置す
る流路４６２ａはパイプ７２ａによりポンプ７０ａおよ
び冷却媒体槽（図示せず）に接続され、積層体４１２の
他端に位置する流路４６２ｃはパイプ７２ｃにより熱交
換器（図示せず）および冷却媒体槽に接続されることに
より、冷却媒体の循環する流路を形成する。

【００４７】同様に、ポンプ７２ｄ，パイプ７２ｄ，流
路４６２ｄ，通路４８，流路４６２ｂ，パイプ７２ｂ，
熱交換器（図示せず），冷却媒体槽により、もう１つの
冷却媒体の循環する流路を形成する。

【００４８】こうして構成された燃料電池４１０も、燃
料ガス供給装置（図示せず）から酸素含有ガスおよび水
素ガスがセル２０ａ等の酸素ガス流路２７ｂおよび水素
ガス流路２８ｂに供給されることにより陽極２５および
陰極２６で上述した式の電気化学反応が行なわれ、化学
エネルギを直接電気エネルギに変換する。

【００４９】また、この電気化学反応に伴う反応熱等に
よる燃料電池４１０の温度上昇は、次のように冷却媒体
が流されて冷却されることにより押さえられる。図１１
（ｂ）に示すように、冷却媒体槽からポンプ７０ａによ
り加圧された冷却媒体は、パイプ７２ａに続く流路４６
２ａ，通路３８および流路４６２ｃにより形成される葛
折状の流路を通ることによりセル２０ａ等を冷却し、パ
イプ７２ｃを通って熱交換器により熱交換をした後、冷
却媒体槽に戻る。一方、冷却媒体槽からポンプ７０ｄに
より加圧された冷却媒体は、パイプ７２ｄに続く流路４
６２ｄ，通路４８および流路４６２ｂにより形成される
葛折状の流路を通ることによりセル２０ｃ等を冷却し、
パイプ７２ｄを通って熱交換器により熱交換をした後、
冷却媒体槽に戻る。したがって、積層体４１２に形成さ
れた２系統の冷却媒体の流路には、冷却媒体が、積層方
向に沿って互いに逆向きに流れて燃料電池４１０を冷却
する。

【００５０】以上説明した燃料電池４１０では、積層体
４１２に形成された２系統の冷却媒体の流路に、冷却媒
体を、積層方向に沿って互いに逆向きとし、冷却部材３
０と冷却部材４０を交互に配置したので、積層体４１２
を構成するセル２０ａ等間の積層方向の温度差を小さく
することができる。この結果、発電効率の高い状態のセ
ルを多くすることができ、燃料電池全体の発電効率を高
くすることができる。また、セル２０ａ等に設けた孔２
２ａ等，冷却部材３０，４０の四隅に設けた３２ａ，４
２ａ等により冷却媒体の流路を形成したので、冷却媒体
の流路を形成するための新たな部材はなく、構造をシン
プルなものとすることができ、小型化できる。

【００５１】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、例えば、冷却媒体の通路が冷却部材の内部に形成さ
れている構成や、冷却部材の積層する面に複数の凸部を
設けセル２０とで形成される空間を冷却媒体の通路とす
る構成、セル２０と冷却部材とを一体成形する構成等、
本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態
様で実施し得ることは勿論である。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃料電池で
は、積層体の積層方向に沿って少なくとも２つの冷却媒
体流路を設け、この２つの冷却媒体流路に冷却媒体を逆
向きに流したので、積層体の積層方向に沿った温度差を
小さくすることができるという優れた効果を奏する。こ
の結果、発電効率の高い状態のセルを多くすることがで
き、燃料電池全体としての発電効率を高くすることがで
きる。また、セル，冷却部材の略同一箇所に貫通孔を設
け、このセル冷却部材を積層して冷却媒体流路を形成し
てなる燃料電池とすれば、積層体の外側に冷却媒体流路
がないので、燃料電池を小型化することができる。

【００５３】本発明の燃料電池用冷却部材では、積層し
た際に、所定形状の少なくとも４つの孔を冷却媒体の流
路とすることができる。この孔のうち２つの孔を冷却媒
体の通路で連絡するので、４つの冷却媒体の流路で２系
統の冷却媒体の流路を形成することができる。

【００５４】燃料電池用冷却部材を、前記４つの孔が、
冷却部材の回転，反転等の置き換えによっても重ね合わ
せ可能な位置に設けた構成、例えば、その積層する面を
矩形形状に形成し、４つの孔を矩形形状の四隅から所定
の位置に設ければ、冷却部材を回転，反転等置き換えて
積層することにより、４つの冷却媒体の流路のうち２つ
を連絡する二組の流路を形成することができる。この結
果、二組の流路を形成するのに一種類の冷却部材でよい
ので、燃料電池を構成する部材数を少なくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である燃料電池１０の概略を
例示した外観斜視図である。

【図２】セル２０の概略を例示した外観斜視図である。

【図３】冷却部材３０および冷却部材４０の外観を例示
した斜視図である。

【図４】エンドプレート５０ａおよびエンドプレート５
０ｂの外観を例示する斜視図である。

【図５】冷却媒体の流れを模式的に例示した説明図であ
る。

【図６】積層体１２の端に位置するセル２０と他のセル
２０との温度差と両セルの距離との関係を例示したグラ
フである。

【図７】冷却部材１３０および冷却部材１４０の外観を
例示する斜視図である。

【図８】冷却部材２３０の外観を例示する斜視図であ
る。

【図９】冷却部材３３０および冷却部材３４０の外観を
例示した斜視図である。

【図１０】燃料電池４１０の冷却媒体の流れを模式的に
例示した説明図である。

【図１１】第２実施例の燃料電池４１０の積層構造を例
示した説明図である。

【符号の説明】

１０，４１０…燃料電池１２，４１２…積層体２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ…セル２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ…孔２３…電解質膜２５…陽極２６…陰極２７，２８…集電極２７ａ，２８ａ…リブ２７ｂ…酸素ガス流路２８ｂ…水素ガス流路２９…セパレータ３０，４０…冷却部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ…孔３４，４４…溝３８，４８…通路４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ…孔５０ａ，５０ｂ…エンドプレート５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ…孔６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ…流路７０ａ，７０ｂ…ポンプ７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ…パイプ１３０，１４０…冷却部材１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄ…孔１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ…孔１３４，１４４…溝１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６２ｄ…流路２３０…冷却部材２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃ，２３２ｄ…孔２３４，２３６…溝２６２ａ，２６２ｃ…流路３３０，３４０…冷却部材３３２ａ，３３２ｂ，３３２ｃ，３３２ｄ…孔３３３，３４３…リブ３３４，３４４…溝３３８，３４８…通路３４２ａ，３４２ｂ，３４２ｃ，３４２ｄ…孔３６２ａ，３６２ｂ，３６２ｃ，３６２ｄ…流路４６２ａ，４６２ｂ，４６２ｃ，４６２ｄ…流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質と２つの電極とにより単位電池を
なすセルと、該セルの間に配置され冷却媒体の通路を形
成する冷却部材とを複数積層した積層体を有する燃料電
池において、前記冷却部材の前記通路に前記冷却媒体を供給する少な
くとも２つの冷却媒体流路を前記積層体の積層方向に沿
って設け、該２つの冷却媒体流路の前記冷却媒体の流向を逆向きと
したことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】前記セルおよび／または前記冷却部材の
略同一箇所に貫通孔を設け、該セルおよび該冷却部材を積層したとき、該貫通孔が前
記冷却媒体流路を形成してなる請求項１記載の燃料電
池。
【請求項３】前記各冷却媒体流路は、分岐を有しない
単一流路として形成された請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】前記積層体は、前記２つの冷却媒体流路
のうちの一方から前記冷却媒体の供給を受ける冷却部材
と、前記２つの冷却媒体流路のうちの他方から前記冷却
媒体の供給を受ける冷却部材とを交互に配置してなる請
求項１ないし３いずれか記載の燃料電池。
【請求項５】冷却媒体の通路を形成し、電解質と２つ
の電極とにより単位電池をなすセルの間に配置され、該
セルと共に複数積層して燃料電池を構成する燃料電池用
冷却部材において、積層した際、積層方向に沿った前記冷却媒体の流路をな
す所定形状の孔を少なくとも４つ設け、該孔のうち少なくとも２つの孔を前記冷却媒体の前記通
路で連絡したことを特徴とする燃料電池用冷却部材。
【請求項６】前記４つの孔が、冷却部材の回転，反転
等の置き換えによっても重ね合わせ可能な位置に設けら
れた請求項５記載の燃料電池用冷却部材。
【請求項７】積層する面が矩形形状に形成され、前記
４つの孔が前記矩形形状の四隅から所定の位置に設けら
れた請求項５記載の燃料電池用冷却部材。