JPH07245116A

JPH07245116A - 燃料電池

Info

Publication number: JPH07245116A
Application number: JP6064518A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Ishimaru; 洋一石丸; Seiji Mizuno; 誠司水野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 1995-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】スタック内に加湿装置を設けることにより装
置のコンパクト化を図る。【構成】スタック内に設けられた冷却板５１中に、酸
素ガス供給配管３５または水素ガス供給配管４５を構成
する中空糸膜６９を配置する。中空糸膜６９は、水に対
して透過性を示す膜を中空の糸形状に形成したものであ
り、その材料は、ガスの透過速度より水の透過速度の方
が大きい性質を備えた多孔質の樹脂膜に、この樹脂膜を
支持する支持膜を接着して形成したものである。こうし
た構成により、各セルに供給される酸素ガスおよび水素
ガスへの加湿を、従来からある冷却用の水の通路を利用
してスタック内で行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電極にガスを供給し
てその供給ガスの化学反応から起電力を得る燃料電池に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、燃料電池の一つである固体高分
子型燃料電池では、次式に示すように、アノードでは水
素ガスを水素イオンと電子にする反応が、カソードでは
酸素ガスと水素イオンおよび電子から水を生成する反応
が行なわれる。アノード反応：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- カソード反応：２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ

【０００３】アノードで発生した水素イオンは、水和状
態（Ｈ⁺・ｘＨ₂Ｏ）となって電解質膜中をカソードに移
動する。このため、電解質膜のアノード側表面付近で
は、水が不足する状態となり、上述の反応を連続して行
なうには、この不足する水を補給する必要がある。固体
高分子型燃料電池に用いられる電解質膜は、湿潤状態で
良好な電気伝導性を有するが、含水率が低下すると、電
解質膜の電気抵抗が大きくなって電解質として十分に機
能しなくなり、場合によっては、電極反応を停止させて
しまう。

【０００４】この水の補給は、燃料ガスを加湿すること
により行なうのが一般的である。燃料ガスを加湿する装
置としては、燃料ガスをバブリングして加湿する装置
や、水蒸気を透過するガス拡散膜を介して燃料ガスを加
湿する装置（例えば、特開平３−２０９７１号公報）等
があり、これら装置で加湿された燃料ガスを固体高分子
型燃料電池の本体内に供給する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の技術では、前記加湿装置が、前記固体高分子型
燃料電池本体を収納するスタックの外部に別体で設けら
れていることから、装置が大型化する問題が生じた。

【０００６】この発明の燃料電池は、こうした問題に鑑
みてなされたもので、スタック内に加湿装置を設けるこ
とにより、装置の小型化を図ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
べく、前記課題を解決するための手段として、以下に示
す構成をとった。

【０００８】即ち、本発明の燃料電池は、電解質と２つ
の電極からなる単電池を複数収納するスタック内に水の
通路を設けて、該通路に水を循環させることにより前記
複数の単電池を冷却する燃料電池において、前記水の通
路を前記電極への供給ガスの通路に接触させると共に、
該接触部分の少なくとも一部を前記水を透過させる透過
膜により構成したことを、その要旨としている。

【０００９】こうした構成の燃料電池において、前記透
過膜は、前記供給ガスの透過速度より水の透過速度の方
が大きい多孔質層と、該多孔質層に接着されて該多孔質
層を支持する支持層とを有するように構成してもよい。
また、前記水の通路と供給ガスの通路の内のいずれか一
方が、前記透過膜を中空の糸形状に形成した中空糸膜の
集合から構成された部分を備える構成としてもよい。

【００１０】

【作用】請求項１記載の燃料電池によれば、スタック内
に設けられた冷却用の水の通路から透過膜を介して水が
供給ガス側に移ることで、供給ガスへの加湿がなされ
る。このため、供給ガスへの加湿は、スタック内で、従
来からある冷却用の水の通路を用いて可能となる。

【００１１】請求項２記載の燃料電池によれば、供給ガ
スの透過速度より水の透過速度の方が大きい多孔質層を
備えていることから、供給ガス側と水側とに差圧を設け
なくても供給ガスの冷却水内への流入を抑制できる。こ
のため、余分な流量制御手段を設ける必要がなくなる。
また、支持層を備えることで、耐圧性がよくなり、ま
た、透過膜の加工が容易となる。

【００１２】請求項３記載の燃料電池によれば、透過膜
が中空糸膜から構成されていることから、透過膜自体で
通路自体を兼ねることができ、しかも、冷却板等の従来
から備えられた装置への組み込みが容易となる。

【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。

【００１４】図１は、本発明の第１実施例としての固体
高分子型燃料電池１０の一部分の概略構成を示す模式
図、図２は、その固体高分子型燃料電池１０の全体構成
を冷却水の通路と共に示す模式図である。両図に示すよ
うに、固体高分子型燃料電池１０は、単電池を含むセル
２０をその厚み方向に複数積層し、さらに、２つのセル
２０おきに、各セル２０を冷却する冷却層５０を配置し
たもので、これらの構成部品は所定のスタック内に収納
されている。なお、図１と図２との関係は、図２のａ点
からｂ点に至る範囲が図１に相当する。

【００１５】セル２０は、図３の概略構成図に示すよう
に、電解質膜２１と、この電解質膜２１を両側から挟ん
でサンドイッチ構造とするガス拡散電極としてのカソー
ド２２およびアノード２３と、このサンドイッチ構造を
両側から挟みつつカソード２２およびアノード２３とで
材料ガスおよび燃料ガスの流路をそれぞれ形成し、且つ
セル２０を積層した際の隔壁となるセパレータ２４，２
５とにより構成されている。

【００１６】電解質膜２１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。カソード２２およびアノ
ード２３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隙間に練り込まれてい
る。セパレータ２４，２５は、ち密質のカーボンプレー
トにより形成されている。カソード２２側のセパレータ
２４は、カソード２２の表面とで材料ガスである酸素含
有ガスの流路をなすと共にカソード２２で生成する水の
集水路をなす酸素ガス流路２７を形成する。また、アノ
ード２３側のセパレータ２５は、アノード２３の表面と
で燃料ガスである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２９を形成する。

【００１７】なお、前記酸素ガス流路２７および水素ガ
ス流路２９は、図３に示すように、実際は、セパレータ
２４，２５に複数形成した矩形の通路であるが、図１で
は、模式的に図中上下方向に延びる通路として描いた。
図１に示すように、各セル２０の酸素ガス流路２７は、
図中下方側で酸素ガス分配管３１に接続され、図中上方
側で酸素ガス集合管３３に接続されている。酸素ガス分
配管３１は、酸素ガスを送る酸素ガス供給配管３５に接
続されており、この酸素ガス供給配管３５から送られて
きた酸素ガスの流量を各酸素ガス流路２７に分配する。
酸素ガス集合管３３は、酸素ガスの排出路３７に接続さ
れており、各セル２０の酸素ガス流路２７から送られて
きた酸素ガスを集めて排出路３７に送る。

【００１８】一方、各セル２０の水素ガス流路２９は、
図１中下方側で水素ガス分配管４１に接続され、図中上
方側で水素ガス集合管４３に接続されている。水素ガス
分配管４１は、水素ガスを送る水素ガス供給配管４５に
接続されており、この水素ガス供給配管４５から送られ
てきた水素ガスの流量を各水素ガス流路２９に分配す
る。水素ガス集合管４３は、水素ガスの排出路４７に接
続されており、各セル２０の水素ガス流路２９から送ら
れてきた水素ガスを集めて排出路４７に送る。

【００１９】前述した酸素ガス供給配管３５および水素
ガス供給配管４５は、図２に示すように、冷却水路４９
の最も下流側に位置する２つの冷却層５０ａ，５０ｂ内
をそれぞれ通過するように構成されている。冷却水路４
９は、ポンプＰにより圧送された冷却水を各冷却層５０
に配送するもので、詳しくは、前記最も下流側の冷却層
５０ａ，５０ｂに至る前で両冷却層５０ａ，５０ｂを除
いた各冷却層５０の排出側を一旦集合させて、その集合
部分から各冷却層５０ａ，５０ｂに冷却水を分配する。

【００２０】冷却層５０ａ，５０ｂの構成について次に
説明する。図４は冷却層５０ａ，５０ｂを構成する冷却
板５１の鉛直方向の断面図、図５は図４におけるＡ−
Ａ′線方向の断面図である。両図に示すように、冷却板
５１は、直方体形状の箱体からなる貯水槽５３を備えて
おり、その貯水槽５３の上方に円筒形状の水入口５５
が、その下方に円筒形状の水出口５７がそれぞれ設けら
れている。水入口５５から供給された循環水は貯水槽５
３を通過して、水出口５７から排出される。

【００２１】この貯水槽５３内には、前述した酸素ガス
供給配管３５または水素ガス供給配管４５が配置されて
いる。酸素ガス供給配管３５と水素ガス供給配管４５と
は、内部の流体が相違するだけで、同様に、円筒形状の
ガス入口６１を立設する中空の板形状のガス入口側基部
６３と、円筒形状のガス出口６５を立設する中空の板形
状のガス出口側基部６７と、ガス入口側基部６３とガス
出口側基部６７との間に配設されて両者の間の流路を形
成する複数本の中空糸膜６９とを備える。

【００２２】図６に示すように、中空糸膜６９は、水に
対して透過性を示す膜を中空の糸形状に形成したもので
ある。その材料は、供給ガス（酸素ガスまたは水素ガ
ス）の透過速度より水の透過速度の方が大きい性質を備
えた多孔質の樹脂膜６９ａを用いて、この両面に支持膜
６９ｂを接着して形成したものであり、例えば、三菱レ
イヨン（株）製の［商品名］三層複合中空糸膜（ＭＨ
Ｆ）が用いられている。

【００２３】こうした構成の酸素ガス供給配管３５もし
くは水素ガス供給配管４５によれば、ガス入口６１から
供給された酸素ガスもしくは水素ガスは、ガス入口側基
部６３から各中空糸膜６９を通過して、ガス出口側基部
６７に送られ、続いて、ガス出口６５から排出される。
従って、冷却層５０ａ，５０ｂでは、前述したように冷
却水が貯水槽５３を通過することで、各セル２０の冷却
がなされると共に、次のようにも働く。即ち、貯水槽５
３内に配置された中空糸膜６９内を酸素ガスもしくは水
素ガスが通過することで、貯水槽５３内の冷却水が中空
糸膜６９の壁面を浸透して、その酸素ガスもしくは水素
ガスの湿度を高める。こうした湿度の高い酸素ガスもし
くは水素ガスは、その後、各セル２０の酸素ガス流路２
７または水素ガス流路２９にそれぞれ分配供給される。

【００２４】この中空糸膜６９により供給ガスがどの程
度加湿されるかを実験的に調べてみたので、その結果を
説明する。図７は、この実験条件を示す概略構成図であ
る。この図に示すように、中央部分の径が大きい円環状
の管路１０１を用いて、その管路１０１内に、その中心
軸方向に中空糸膜６９を複数本配置し、その両端を、鍔
状のシール部材１０３，１０４で固定した。管路１０１
内はシール部材１０３、１０４で密封され、管路１０１
の側壁に設けた水入口１０７から水を供給し、水出口１
０９からその水を排出可能とすることで、その密封され
た空間内に水が収容される。なお、管路１０１の一方の
端部であるガス入口１１１からはガス（空気）が任意の
流量Ｑで供給され、そのガスは他方の端部であるガス出
口１１３から排気される。ガス出口１１３には、排出さ
れる空気の湿度を測定することのできる温湿度計１１５
が設けられている。

【００２５】この実験で用いた中空糸膜６９は、複数本
全体で総表面積が０．６［ｍ² ］となっている。ガス入
口１１１から供給されたガスは、中空糸膜６９を通過し
てガス出口１１３から排気されるが、その中空糸膜６９
を通過の際に、その周囲の水が浸透して、そのガス中の
湿度Ｈを高める。その湿度Ｈは、管路１０１を流れるガ
スの流量Ｑを変化させることにより変化することから、
この実験では、ガス入口１１１から供給するガスの流量
Ｑを変化させて、そのときのガスの湿度Ｈを温湿度計１
１５により測定した。この実験により得られたガスの流
量Ｑとガスの湿度Ｈとの関係を図８に示した。図８に示
すように、流量Ｑが７［ｌ／ｍｉｎ］に至るまでは、ガ
スの湿度Ｈは１００［％］となり、流量Ｑが大きくなる
につれて湿度Ｈは次第に低下する。

【００２６】この実験結果から、中空糸膜６９は、総表
面積が０．６［ｍ² ］の場合、ガスの流量Ｑを７［ｌ／
ｍｉｎ］以下とすることで、最良の加湿性が得られるこ
とがわかる。第１実施例では、この見識に基づいて酸素
ガス供給配管３５および水素ガス供給配管４５を流れる
ガス流量を定めている。

【００２７】以上、詳述してきたように、この第１実施
例の固体高分子型燃料電池１０では、スタック内に設け
られた冷却板５１中に酸素ガス供給配管３５または水素
ガス供給配管４５を構成する中空糸膜６９が配置されて
いることから、各セル２０に供給される酸素ガスおよび
水素ガスへの加湿を、従来からある冷却用の水の通路を
利用してスタック内で行なうことができる。このため、
固体高分子型燃料電池１０はコンパクト化が図られる。

【００２８】また、この実施例では、中空糸膜６９を、
供給ガスの透過速度より水の透過速度の方が大きい性質
を備えた多孔質の樹脂膜６９ａを備える構成としている
ことから、供給ガス側と水側とに差圧を設けなくても供
給ガスの冷却水内への流入を抑制できる。このため、余
分な流量制御手段を設ける必要がなくなり、より装置の
コンパクト化を図ることができるとともに、加湿のため
に余分なエネルギーを消費することがないので省エネ化
を図ることができる。また、支持膜６９ｂを備えること
で、電池始動・停止時における差圧に充分耐えることが
でき、さらには、透過膜の細工が容易となる。

【００２９】さらに、中空糸膜６９は、供給ガスへの加
湿とともに、供給ガスの通路を兼ねることから、冷却板
５１内への組み込みが容易となる。この結果、より一
層、コンパクト化を図ることができるという効果を奏す
る。

【００３０】この実施例では、ガス通路の上流側に配設
した酸素ガス供給配管３５または水素ガス供給配管４５
により、ガスが各セル２０のガス流路（酸素ガス流路２
７または水素ガス流路２９）に分配される前に加湿を行
なうように構成されていることから、加湿部分を各セル
毎に行なうことに比べて、スタック全体のコンパクト化
をより一層図ることができる。

【００３１】さらに、この実施例では、酸素ガスまたは
水素ガスに加湿を行なう冷却板５１は、冷却水路４９の
最も下流側の冷却層５０ａ，５０ｂに設けられているも
のであることから、次のような効果も奏する。冷却水路
４９の下流側を流れる冷却水は、下流側に至るまでに各
冷却層５０内を循環してきたものであることから各セル
２０の発熱を吸収し温度が高められるが、これに対し
て、ガスに加湿を行なう冷却板５１が冷却水路４９の上
流側の冷却層に設けられている場合を考えてみると、冷
却水は低温となる。低温の冷却水によってガスの加湿を
行なうと、高温のガスが急激に冷やされることによって
反応ガス中に添加された水分が結露し易く、また、結露
しないまでも保有できる水分量が減り、さらに、せっか
く外部の放熱器で冷やされた冷却水の温度が高められ、
燃料電池本体の冷却効果自体が低減されてしまうという
デメリットを生じるが、翻ってこの変形例では、温めら
れた冷却水によってガスの加湿を行なうことができるこ
とから、熱効率が高まり燃料電池システム全体の省エネ
化が図られると共に、十分な加湿が行なえて高出力時の
特性が向上する。

【００３２】なお、この第１実施例では、酸素ガス供給
配管３５と水素ガス供給配管４５とも同じ中空糸膜６９
を用いていたが、実際は、酸素ガスは水素ガスに比べて
それ程の高い加湿性を必要としないことから、これに換
えて、酸素ガス供給配管３５に用いる中空糸膜を水素ガ
ス供給配管４５のそれに比べて透水性の劣ったものとし
てもよい。この構成により、コストダウンを図ることが
可能である。

【００３３】また、前記第１実施例では、冷却水路４９
をセル２０の外側を渡って各冷却層５０内に分岐する構
成としていたが、これに換えて、冷却水路４９を、セル
２０を構成するフレーム内部に設けた、所謂、内部マニ
ホールドタイプの燃料電池に適用した構成としてもよ
い。図９に内部マニホールドタイプの燃料電池の要部の
分解図を示したが、この図に示すように、このタイプの
燃料電池１５０は、セル１６０および冷却層１７０の４
隅に円形の孔（冷却孔）１６２ａ〜１６２ｄ，１７２ａ
〜１７２ｄを設け、これらをセル１６０と冷却層１７０
との積層方向に貫通させ、また、各冷却孔１６２ａ〜１
６２ｄ，１７２ａ〜１７２ｄの相互間には、酸素ガス通
路１６４ａ，１６４ｂ，１７４ａ，１７４ｂと水素ガス
通路１６６ａ，１６６ｂ，１７６ａ，１７６ｂを設け、
これらを上記積層方向に貫通させる。

【００３４】冷却層１７０は、積層する面が正方形状の
板状部材から構成されており、その表面には複数のリブ
１７８が形成されており、冷却層１７０とセル１６０と
が積層されることにより、冷却孔１７２ａと冷却孔１７
２ｃとを連絡する断面形状が略矩形の冷却水の通路１７
９が形成される。この構成により、冷却孔１７２ａから
流入した冷却水は、通路１７９を進むことで冷却層１７
０内を巡って、その後、冷却孔１７２ｃに至る。

【００３５】図１０に、こうしたセル１６０と冷却層１
７０を積層して構成した燃料電池１５０の全体を示す模
式図を示した。この図に示すように、冷却水路１８０
は、前述した冷却孔１６２ａ〜１６２ｄ，１７２ａ〜１
７２ｄと冷却層１７０内の通路１７９とから構成される
ことで、積層方向に延びる一本の経路１８０ａから各冷
却層１７０の通路１７９に分岐し、その後、積層方向に
延びる一方の経路１８０ｂに集合し、スタック外部に至
る。なお、冷却水路１８０の最も下流側に位置する２つ
の冷却層１７０ａ，１７０ｂ内には、第１実施例と同様
に、中空糸膜を備えた酸素ガス供給管１９２または水素
ガス供給管１９４が配設されている。

【００３６】こうした変形例では、酸素ガス供給管１９
２または水素ガス供給管１９４を備えた冷却層１７０
ａ，１７０ｂに供給される冷却水は、第１実施例のよう
に、他の冷却層１７０ａ，１７０ｂを通過した後のもの
でないが、内部マニホールドタイプのものであることか
ら、各セル１６０で発生する熱を経路１８０ａから受け
ることから、その温度は高くなる。このため、第１実施
例と同様に、熱効率が高まり燃料電池システム全体の省
エネ化が図られると共に、十分な加湿が行なえることか
ら高出力時の特性が向上するといった効果を奏する。

【００３７】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。この第２実施例の固体高分子型燃料電池は、第１実
施例で示したセル２０をその厚み方向に複数積層し、さ
らに、セル２０の間に第１実施例と同様に冷却層を配置
したものである。この冷却層５０には、第１実施例で示
した酸素ガス供給配管３５または水素ガス供給配管４５
は配置されておらず、これに換えて、次のような構成を
備える。

【００３８】図１１は、第２実施例の固体高分子型燃料
電池に備えられたセパレータ２４，２５の斜視図であ
る。この図に示すように、セパレータ２４，２５には、
第１実施例で示したように、カソード２２の表面または
アノード２３の表面とで酸素ガス流路２７または水素ガ
ス流路２９が形成されている。さらに、この流路２７，
２９の入口直前に、第１実施例の中空糸膜６９と同じ構
成の中空糸膜２６９が複数本束ねて、横たわった状態で
配置されており、この中空糸膜２６９に冷却層５０から
排出された冷却水が送られている。なお、この中空糸膜
２６９の本数は、１つのセル２０に供給されるガス流量
を充分に加湿するために必要な数となっている。

【００３９】こうして構成されたこの固体高分子型燃料
電池では、酸素ガスまたは水素ガスは、セル２０の酸素
ガス流路２７または水素ガス流路２９に供給される直前
で、循環水が流れる中空糸膜２６９を横切ることにな
る。このため、中空糸膜２６９を流れる循環水がガス中
に透過して、酸素ガスまたは水素ガスを加湿する。した
がって、第１実施例と同様に、装置全体のコンパクト化
を図りつつ酸素ガス，水素ガスへの加湿を行なうことが
できる。特に、この実施例では、積層方向の寸法が増大
することがない。また、中空糸膜２６９の本数を換える
ことでガスの流量を換えることなしに、容易にガスの加
湿の程度を調整することができる。

【００４０】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。この第３実施例の固体高分子型燃料電池は、第１実
施例と比較して、セル２０をその厚み方向に複数積層す
ると共に、セル２０の間に冷却層を配置した点で一致
し、第１実施例と相違する点は、冷却層５０の構造にあ
る。

【００４１】図１２は、冷却層を構成する冷却板３５１
の鉛直方向の断面図、図１３は、図１２におけるＢ−
Ｂ′線方向の断面図である。両図に示すように、冷却板
３５１は、鉛直方向に配置された板状の４枚の膜板３６
１，３６２，３６３，３６４を、その内部に備えてお
り、これらにより、その内部は第１ないし第５の小部屋
３７１〜３７５に分割されている。第２および第４の小
部屋３７２，３７４には、水入口３７２ａ，３７４ａお
よび水出口３７２ｂ，３７４ｂがそれぞれ設けられてい
る。第１の小部屋３７１と第３の小部屋３７３との間に
は連結管３７８が、第３の小部屋３７３と第５の小部屋
３７５との間には連結管３７９がそれぞれ設けられてお
り、さらに、第１の小部屋３７１にはガス入口３７１ａ
が、第５の小部屋３７５にはガス出口３７５ｂがそれぞ
れ設けられている。なお、膜板３６１ないし３６４は、
第１実施例の中空糸膜６９と同じ材料を板状に形成した
ものである。

【００４２】こうした構成により、水入口３７２ａ，３
７４ａから供給された冷却用の循環水は、小部屋３７
２，３７４を通って水出口３７２ｂ，３７４ｂからそれ
ぞれ排出される。ガス入口３７１ａから供給された酸素
ガスまたは水素ガスは、小部屋３７１，連結管３７８，
小部屋３７３，連結管３７９，小部屋３７５を通ってガ
ス出口から排出される。しかも、第２および第４の小部
屋３７２，３７４中の循環水と、第１，第３および第５
の小部屋３７１，３７３，３７５中の酸素ガスまたは水
素ガスとは、膜板３６１，３６２，３６３，３６４を介
してそれぞれ接触される。このため、循環水が膜板３６
１，３６２，３６３，３６４を介してガス側に透過し
て、酸素ガスまたは水素ガスは加湿されることになる。
従って、第１実施例と同様に、装置全体のコンパクト化
を図りつつ、酸素ガスまたは水素ガスの加湿を行なうこ
とができる。

【００４３】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、中空糸膜６９を断面が多角形となるように
形成した構成等、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。

【００４４】また、この発明の実施例には、特許請求の
範囲に記載した技術的事項以外に次の様な各種の技術的
事項の実施態様を有するものであることを付記してお
く。

【００４５】（１）電解質と２つの電極からなる単電池
と該単電池間に配され冷却水が流れる冷却板とをそれぞ
れ複数組み積層してなるスタックと、該スタック内に供
給ガスを供給するガス通路とを備えた燃料電池であっ
て、前記ガス通路の少なくともスタック最上流側の所定
領域が前記冷却板内を通るように配設すると共に、該冷
却板の内部でガス通路と冷却水が水を透過させる透過膜
を介して互いに接していることを特徴とする燃料電池。

【００４６】（２）前記（１）記載の燃料電池であっ
て、スタックの内部を通り各冷却板間を積層方向に連絡
する冷却通路を備え、かつ、前記ガス通路を内部に備え
る前記冷却板は、前記冷却通路の下流側に位置する冷却
板であることを特徴とする燃料電池。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃料電池で
は、供給ガスへの加湿を、従来からある冷却用の水の通
路を利用して、スタック内で行なうことができることか
ら、装置のコンパクト化を図ることができるという効果
を奏する。

【００４８】また、水を透過させる透過膜を、供給ガス
の透過速度より水の透過速度の方が大きい多孔質層と、
その多孔質層を支持する支持層とを有する構成とするこ
とで、次の効果を奏する。即ち、上記性質を持った多孔
質層を備えることで、特別の流量制御手段を設けること
なしに、供給ガスの水側への逆流を防ぐことができ、よ
り装置のコンパクト化を図ることができ、それと共に、
支持層を備えることで、透過膜の耐圧性を高め、透過膜
の加工性を容易なものとすることができるという効果を
併せ持つ。

【００４９】さらに、透過膜を中空糸膜とした構成によ
れば、透過膜自体で通路自体を兼ねることができ、しか
も、冷却板等の従来から備えられた装置への組み込みが
容易となる。この結果、より一層、コンパクト化を図る
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例としての固体高分子型燃料
電池の一部分の概略構成を示す模式図である。

【図２】その固体高分子型燃料電池１０の全体構成を冷
却水の通路と共に示す模式図である。

【図３】単電池を含むセルの概略構成を示す概略構成図
である。

【図４】冷却層５０ａ，５０ｂを構成する冷却板５１の
鉛直方向の断面図である。

【図５】図４におけるＡ−Ａ′線方向の断面図である。

【図６】中空糸膜６９の部分斜視図である。

【図７】中空糸膜６９により供給ガスがどの程度加湿さ
れるかを調べる実験についての条件を示す概略構成図で
ある。

【図８】実験により得られたガスの流量Ｑとガスの湿度
Ｈとの関係を示すグラフである。

【図９】第１実施例の変形例としての内部マニホールド
タイプの燃料電池１５０の要部を示す分解図である。

【図１０】その燃料電池１５０の全体を冷却水の通路と
共に示す模式図である。

【図１１】第２実施例の固体高分子型燃料電池に備えら
れたセパレータ２４，２５の斜視図である

【図１２】第３実施例の固体高分子型燃料電池に備えら
れた冷却層を構成する冷却板３５１の鉛直方向の断面図
である。

【図１３】図１２におけるＢ−Ｂ′線方向の断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…固体高分子型燃料電池２０…セル２１…電解質膜２２…カソード２３…アノード２４，２５…セパレータ２７…酸素ガス流路２９…水素ガス流路３１…酸素ガス分配管３３…酸素ガス集合管３５…酸素ガス供給配管３７…排出路４１…水素ガス分配管４３…水素ガス集合管４５…水素ガス供給配管４７…排出路５０…冷却層５１…冷却板５３…貯水槽５５…水入口５７…水出口６１…ガス入口６３…ガス入口側基部６５…ガス出口６７…ガス出口側基部６９…中空糸膜６９ａ…樹脂膜６９ｂ…支持膜２６９…中空糸膜３５１…冷却板３６１，３６２，３６３，３６４…膜板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質と２つの電極からなる単電池を複
数収納するスタック内に水の通路を設けて、該通路に水
を循環させることにより前記複数の単電池を冷却する燃
料電池において、前記水の通路を前記電極への供給ガスの通路に接触させ
ると共に、該接触部分の少なくとも一部を前記水を透過させる透過
膜により構成したことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】前記透過膜は、前記供給ガスの透過速度より水の透過速度の方が大きい
多孔質層と、該多孔質層に接着されて該多孔質層を支持する支持層と
を有する請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】前記水の通路と供給ガスの通路の内のい
ずれか一方が、前記透過膜を中空の糸形状に形成した中空糸膜の集合か
ら構成された部分を備える請求項１または２記載の燃料
電池。