JPH07282836A

JPH07282836A - 燃料電池のガス配管取付構造

Info

Publication number: JPH07282836A
Application number: JP6066996A
Authority: JP
Inventors: Nariyuki Kawazu; 成之河津
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-04-05
Filing date: 1994-04-05
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】ガス配管を冷却しない燃料電池のガス配管取
付構造を提供する。【構成】エンドプレート７には、貫通孔１１が設けら
れており、ガス配管パイプ１０は、この貫通孔１１によ
ってエンドプレート７に接することなく燃料電池に挿入
され、ガス配管取付構造部８によって絶縁板６に取り付
けられる。また、ガス配管パイプ１０のうち燃料ガス供
給パイプは、ガス配管取付構造部８を介して電池内部ガ
ス通路９に接続され、ガス流路３に燃料ガスを供給して
いる。従って、電池内部ガス通路９、ガス配管取付構造
部８及びガス配管パイプ１０が燃料電池内部温度より低
くなっているエンドプレート７に接することがない。こ
のため、冷却によって生じた水によって配管内が詰まる
ことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池のガス配管取付
構造、特にエンドプレートによるガス配管の冷却を防止
した燃料電池のガス配管取付構造の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気化学反応により発電方式を用いた燃
料電池は、高効率と優れた環境特性を有することから、
小出力電池として近年脚光を浴びている。燃料電池の原
理は、水の電気分解の逆反応、すなわち水素と酸素が結
びついて水を生成する際に発生する電気エネルギーを利
用している。実際の燃料電池発電システムは、発電を行
う燃料電池本体を中心とし、燃料電池本体へ水素リッチ
ガスを供給するための改質器と、該水素リッチガスに水
分を添加する加湿装置等の周辺装置で構成されている。

【０００３】燃料電池としては、無機酸であるリン酸を
電解質とするリン酸型燃料電池と、炭酸リチウムと炭酸
カリウムとの混合炭酸塩を含浸させた電解質板を用いる
溶融炭酸塩型燃料電池と、リン酸水溶液や溶融炭酸塩の
ような液体状材料の代わりにイオン導電性を有する固体
の安定化ジルコニアを電解質とし作動温度１０００℃の
固体電解質型燃料電池と、水酸化カリウム水溶液を電解
質とするアルカリ型燃料電池と、水素イオン導電性のフ
ッ素樹脂系のイオン交換膜（例えばナフィオン（Nafion
デュポン社の登録商標））を電解質とし作動温度８０
〜９０℃である固体高分子型燃料電池がある。

【０００４】例えば、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦ
Ｃ:Polymer Electrolyte Fuel Cells）の構造の概要
は、図８の通りである。図８には、単一セルを電気的に
直列に３枚積層した燃料電池の集合体、いわゆる３セル
スタックの構造を示されている。

【０００５】すなわち、固体高分子電解質膜１の両側面
には、ガス拡散能を有する多孔質のカーボンクロスから
なるアノード電極２ａとカソード電極２ｂが配置され、
更に両極の外側面には、固体高分子電解質膜１を挟持す
るようにカーボン製のアノード極側セパレータ４ａとカ
ーボン製のカソードセパレータ４ｂとが配置されてい
る。そして、このアノード極側セパレータ４ａとカソー
ド極側セパレータ４ｂの外郭には、それぞれ銅からなる
集電体５ａ、５ｂが配置されている。そして、各部材は
相互に接合されて配置されている。更に、アノード極側
セパレータ４ａのアノード極２ａと接する側には、リブ
状の複数の溝からなるアノード極側ガス流路３ａが形成
され、このアノード極側ガス流路３ａには改質器から電
気化学反応の燃料ガスとして供給される水素リッチガス
の改質ガスが流通する。一方、カソード極側セパレータ
４ｂのカソード極２ｂと接する側には、リブ状の複数の
溝からなるカソード極側ガス流路３ｂが形成され、この
カソード極側ガス流路３ｂには電気化学反応の燃料ガス
として供給される酸素ガス又は空気が流通する。なお、
固体高分子電解質膜１とアノード極２ａの間には、以下
に示す水素酸化の過電圧を小さくするために白金触媒担
持済カーボン粉が薄く積層されている。

【０００６】上記構造によって単一セルが構成されてい
るが、図８のような３セルスタックの構造の場合、各セ
ル間は、アノード極側セパレータ４ａとカソード極側セ
パレータ４ｂを１枚で兼ねる緻密カーボンからなるリブ
付きセパレータ１４によって仕切られている。このリブ
付きセパレータ１４は、両面に異なる燃焼ガスを流通さ
せるために各面にそれぞれアノード極側ガス流路３ａと
カソード極側ガス流路３ｂとが設けられている。

【０００７】そして、アノード電極２ａにおいては、次
式の水素酸化反応が起こる。

【０００８】Ｈ₂→ ２Ｈ⁺＋２ｅ^- 発生した水素イオンＨ⁺は、固体高分子電解質膜１を通
過してカソード極２ｂに移動する。一方、カソード極２
ｂでは、供給された酸素又は空気と水素イオンＨ⁺とが
次式のように反応する。

【０００９】１／２Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→ Ｈ₂Ｏこれらの電気化学的反応により、固体高分子型燃料電池
は起電力を呈する。

【００１０】また、積層されたスタックの両端には、発
電による発熱を吸収し所定反応温度、例えば固体高分子
型燃料電池では８０〜９０℃に保つための冷却水流路２
０と、その外郭にアノード集電体５ａ、カソード集電体
５ｂとが設けられ、更にアノード集電体５ａ、カソード
集電体５ｂの外郭にセルとエンドプレート７とを電気的
に絶縁する絶縁板（インシュレータともいう）６が配置
されている。そして、各部材は密着接合し、直列接続さ
れた電池としてセル間の接触抵抗の低減させるために、
エンドプレート７の上から締め付けボルト３０により約
４．９〜６．８６Ｐａ（５〜７ｋｇｆ／ｍ²）でトルク
締めされている。従って、エンドプレート７は、強度及
び耐久性が要求されるために、通常は、ある程度の厚み
を有した金属板（例えば、ステンレス金属板）からな
る。

【００１１】一方、各セルに燃料ガスを供給する場合、
通常燃料電池スタックに一括して燃料ガスを供給し、燃
料電池内部に設けたガス通路を通じて各セル間に燃料ガ
スが分配される。しかし、一般にガス配管は塑性及びコ
ストの点で金属性である。従って、そのガス配管に直接
燃料電池を接続すると、ガス配管に電流が流れ、場合に
よっては燃料電池のアノード極とカソード極とが短絡す
る恐れがある。そこで、通常、図９に示すように、燃料
ガスを外部より供給するガス配管パイプ１０は、絶縁板
６によってセル体を電気的に絶縁されたエンドプレート
７にガス配管取付構造部８を介して取り付けられる。こ
のようなガス配管の取り付け構造が、米国特許第５，１
７６，９６６号及び特開平５−９４８３１号公報に開示
されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セル内
の電気化学反応は放熱反応であるが、セルとエンドプレ
ートとの間に設けられた絶縁板は、一般に熱伝導率が低
いのでエンドプレートはセル内発熱によってが加温され
にくい。一方、エンドプレートは、積層体の最も外側に
位置するため、表面の大部分が外気等の低温雰囲気中に
さらされる。また、燃料電池が小出力の場合（例えば、
自動車に搭載する場合）は加熱されて供給される燃料ガ
ス量が少ない。従って、エンドプレートは、燃料電池の
セルの温度より低い温度（例えば７０〜７５℃）になっ
てしまう。

【００１３】また、上記の理由のため、起動時には安定
した温度に昇温するまでに長い時間がかかってしまう。
尚、そのように温まり難い又は冷えやすいエンドプレー
トを電気エネルギー等を用いて加熱することは経済性の
観点からは有利ではない。

【００１４】一方、通常燃料ガスは、所定温度に加熱さ
れ、特に固体高分子燃料電池には更に燃料電池内での反
応を促進するために燃料ガスが加湿されている。

【００１５】そこで、上記構成のように、エンドプレー
トに反応ガス（アノードガス、カソードガス）を供給す
る供給ガス配管を取り付けると、折角反応温度に加熱さ
れ燃料電池に供給された燃料ガスがエンドプレートのと
ころで冷却され、燃料ガス内の加湿された水蒸気が一部
水になって供給ガス配管を詰まらせる恐れがあった。
尚、水滴となった水が反応電極に達すると、電極表面を
覆ってしまい、反応低下要因となる場合もあった。

【００１６】また、排ガス配管をエンドプレートに取り
付けると、排ガス中の反応によって生成した水蒸気等が
同様の理由で水になり、排ガス配管の詰まりの原因とな
っていた。更に、固体高分子燃料電池において、固体高
分子電解質に−ＳＯ₃官能基を有する場合、カソード極
側で電気化学反応で生成したＨ₂Ｏは、−ＳＯ₃基によ
ってＨ⁺とＯＨ^-とに電離される。従って、配管の詰ま
りによってＨ⁺が存在する水が配管内に滞留すると、配
管が腐食されてしまう恐れがあった。

【００１７】本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、ガス配管を冷却しない燃料
電池のガス配管取付構造を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る燃料電池のガス配管取付構造は、以下
のことを特徴である。

【００１９】（１）燃料電池単セル体を複数積層したセ
ル体の両端を狭持するエンドプレートを有する燃料電池
において、前記エンドプレートに積層方向に貫通する貫
通孔を設け、前記貫通孔を介して前記エンドプレートに
接触することなく、各エンドプレートとセル体との間に
設けられた間設部材にガス配管を配設することを特徴と
する。

【００２０】（２）上記（１）記載の燃料電池のガス配
管取付構造において、前記間設部材は、前記エンドプレ
ートに内接する絶縁部材であって、前記ガス配管は、前
記貫通孔を介して絶縁部材に配設されていることを特徴
とする。

【００２１】（３）上記（１）記載の燃料電池のガス配
管取付構造において、前記間設部材は、前記セル体に外
接する集電極であって、前記ガス配管は、少なくとも一
部が電気的絶縁性を有し、前記貫通孔を介して更にエン
ドプレートに内接する絶縁部材を貫通し前記集電極に配
設されていることを特徴とする。

【００２２】（４）燃料電池単セル体を複数積層したセ
ル体の両端を狭持するエンドプレートを有する燃料電池
において、前記エンドプレートに接触することなく、両
エンドプレート間に配された中間部材の積層方向に直交
する側面にガス配管を配設することを特徴とする。

【００２３】（５）上記（４）記載の燃料電池のガス配
管取付構造において、前記中間部材が、前記エンドプレ
ートに内接する絶縁部材であることを特徴とする。

【００２４】（６）上記（４）記載の燃料電池のガス配
管取付構造において、前記中間部材が、前記セル体に外
接する集電極であって、前記ガス配管は、少なくとも一
部が電気的絶縁性を有し、前記集電極に配設されている
ことを特徴とする。

【００２５】（７）上記（４）記載の燃料電池のガス配
管取付構造において、前記中間部材が積層端部に配され
たセル体を構成するセパレータであって、前記ガス配管
は、少なくとも一部が電気絶縁性を有し、前記セパレー
タに取り付けられていることを特徴とする。

【００２６】

【作用】上記燃料電池のガス配管取付構造の構成によれ
ば、エンドプレートに積層方向に貫通する貫通孔を設
け、その貫通孔を介してエンドプレートに接触すること
なく、各エンドプレートとセル体との間に設けられた間
設部材、例えば絶縁部材にガス配管を配設すれば、ガス
配管の冷却が好適に抑制される。

【００２７】また、少なくとも一部が電気的絶縁性を有
するガス配管が、エンドプレートの貫通孔を介してエン
ドプレートに内接する絶縁部材を貫通し更にその下層の
集電極に配設されているので、ガス配管の冷却が更に抑
制できる。また、ガス配管に電気が流れることがない。

【００２８】また、エンドプレートに接触することな
く、両エンドプレート間に配された中間部材、例えば絶
縁部材の積層方向に直交する側面にガス配管を配設する
ので、ガス配管の冷却が好適に抑制される。

【００２９】また、少なくとも一部が電気的絶縁性を有
するガス配管が、集電極またはセル体内のガス通路を有
するプレートの側面に配設されているので、ガス配管が
冷却されることない。また、ガス配管に電気が流れるこ
とがない。

【００３０】

【実施例】以下図面に基づいて、本発明の好適な実施例
を説明する。なお、従来と同様の構成要素には同一の符
号を付してその説明を省略する。

【００３１】第１実施例図１は、本発明に係る第１実施例の燃料電池のガス配管
取付構造の構造を示す断面図である。また、図４は、本
発明に係る燃料電池のガス配管取付構造の構造を示す平
面図である。

【００３２】図１に示すように、エンドプレート７に
は、貫通孔１１が設けられており、ガス配管パイプ１０
は、この貫通孔１１によってエンドプレート７に接する
ことなく燃料電池に挿入され、ガス配管取付構造部８に
よって絶縁板６に取り付けられる。ここで、ガス配管パ
イプ１０は、燃料ガス供給パイプ及び排ガス排出パイプ
の総称である。また、ガス配管取付構造部８は、絶縁板
６に取り付けられているので、ガス配管パイプ１０に電
気が流れることはないので、金属製であってもよい。

【００３３】また、ガス配管パイプ１０のうち燃料ガス
供給パイプは、ガス配管取付構造部８を介して電池内部
ガス通路９に接続され、ガス流路３に燃料ガスを供給し
ている。従って、電池内部ガス通路９、ガス配管取付構
造部８及びガス配管パイプ１０が燃料電池内部温度より
低くなっているエンドプレート７に接することがない。
このため、冷却によって生じた水によって配管内が詰ま
ることがない。

【００３４】また、ガス配管パイプ１０のうち排ガス排
出パイプについても同様に、電池内部排ガスガス通路
（図示せず）、ガス配管取付構造部８及びガス配管パイ
プ１０が燃料電池内部温度より低くなっているエンドプ
レート７に接することがない。このため、冷却によって
生じた水によって配管内が詰まることがない。特に、固
体高分子燃料電池の場合、上述したように固体高分子電
解質によって生じたＨ⁺が水と一緒に配管内に滞留し、
配管を腐食させることを防止することができる。更に、
ガス配管取付構造部８は、図４に示すように、燃料電池
の電極部分１３、すなわち電気化学反応を行う部分にあ
たらない位置に設けられている。例えば、エンドプレー
ト７の四隅に設けらている。従って、エンドプレート７
を締付けボルトボルトで締めしても、電極部分１３に所
定の締め付け圧を伝えることができる。

【００３５】第２実施例図２は、本発明に係る第２実施例の燃料電池のガス配管
取付構造の構造を示す断面図である。また、図４は、本
発明に係る燃料電池のガス配管取付構造の構造を示す平
面図である。第１実施例と同様の構成要件には、同一の
符号を付しその説明を省略する。

【００３６】図２に示すように、エンドプレート７及び
エンドプレート７に内接する絶縁板６に貫通孔１１が設
けられ、ガス配管パイプ１０は、この貫通孔１１によっ
てエンドプレート７に接することなく燃料電池に挿入さ
れ、ガス配管取付構造部８によって集電極５に取り付け
られる。ここで、ガス配管取付構造部１８は、集電極５
に取り付けられているので、ガス配管パイプ１０に電気
が流れないように、電気的絶縁性である例えばＰＴＦＥ
製、ＰＦＡ製のプラスチックからなる。

【００３７】従って、電池内部ガス通路９、ガス配管取
付構造部１８及びガス配管パイプ１０が燃料電池内部温
度より低くなっているエンドプレート７に接することが
ない。このため、冷却によって生じた水によって配管内
が詰まることがない。

【００３８】また、ガス配管パイプ１０のうち排ガス排
出パイプについても同様に、電池内部排ガスガス通路
（図示せず）、ガス配管取付構造部１８及びガス配管パ
イプ１０が燃料電池内部温度より低くなっているエンド
プレート７に接することがない。このため、冷却によっ
て生じた水によって配管内が詰まることがない。特に、
固体高分子燃料電池の場合、上述したように固体高分子
電解質によって生じたＨ⁺が水と一緒に配管内に滞留
し、配管を腐食させることを防止することができる。

【００３９】更に、ガス配管取付構造部１８は、図４に
示すように、燃料電池の電極部分１３がエンドプレート
７の四隅に設けらている。従って、エンドプレート７を
締付けボルトでボルト締めしても、電極部分１３に所定
の締め付け圧を伝えることができる。

【００４０】第３実施例図３は、本発明に係る第３実施例の燃料電池のガス配管
取付構造の構造を示す断面図である。また、図４は、本
発明に係る燃料電池のガス配管取付構造の構造を示す平
面図である。第１実施例及び第２実施例と同様の構成要
件には、同一の符号を付しその説明を省略する。

【００４１】図３に示すように、エンドプレート７及び
エンドプレート７に内接する絶縁板６に貫通孔１１が設
けられ、金属製のガス配管パイプ１０は、この貫通孔１
１によってエンドプレート７に接することなく燃料電池
に挿入され、ガス配管取付構造部８によって集電極５に
取り付けられる。ここで、ガス配管取付構造部８が金属
製からなる場合、外部に電流が流れ出ないように、ガス
配管パイプ１０の途中でパイプ同士が絶縁カップリング
１２によって接続されている。

【００４２】本実施例の絶縁カップリング１２は、両端
に金属製の取付部を有し、この両金属製取付部を接続す
る部分が絶縁部材、例えばＰＦＡ製である。

【００４３】上記構成により、電池内部ガス通路９、ガ
ス配管取付構造部８及びガス配管パイプ１０が燃料電池
内部温度より低くなっているエンドプレート７に接する
ことがない。このため、冷却によって生じた水によって
配管内が詰まることがない。また、ガス配管パイプ１０
のうち排ガス排出パイプについても同様に、電池内部排
ガスガス通路（図示せず）、ガス配管取付構造部８及び
ガス配管パイプ１０が燃料電池内部温度より低くなって
いるエンドプレート７に接することがない。このため、
冷却によって生じた水によって配管内が詰まることがな
い。特に、固体高分子燃料電池の場合、上述したように
固体高分子電解質によって生じたＨ⁺が水と一緒に配管
内に滞留し、配管を腐食させることを防止することがで
きる。更に、ガス配管取付構造部１８は、図４に示すよ
うに、燃料電池の電極部分１３がエンドプレート７の四
隅に設けらている。従って、エンドプレート７を締付け
ボルトでボルト締めしても、電極部分１３に所定の締め
付け圧を伝えることができる。

【００４４】第４実施例図５は、本発明に係る第４実施例の燃料電池のガス配管
取付構造の構造を示す断面図である。第１実施例及び第
２実施例と同様の構成要件には、同一の符号を付しその
説明を省略する。

【００４５】図５に示すように、エンドプレート７に接
触することなく、絶縁板６の積層方向に直交する側面に
ガス配管取付構造部１８が設けられている。ガス配管取
付構造部１８が金属製であっても、絶縁板６に取り付け
られているので、ガス配管取付構造部１８及びガス配管
パイプ１０に電気が流れることはない。

【００４６】また、電池内部ガス通路９は、絶縁板６の
内部で屈曲し、集電極５とガス流路３を有するセパレー
タ４とを貫通してガス流路３に燃料ガスを供給してい
る。

【００４７】従って、電池内部ガス通路９、ガス配管取
付構造部１８及びガス配管パイプ１０が燃料電池内部温
度より低くなっているエンドプレート７に接することが
ない。このため、冷却によって生じた水によって配管内
が詰まることがない。

【００４８】また、ガス配管パイプ１０のうち排ガス排
出パイプについても同様に、電池内部排ガスガス通路
（図示せず）、ガス配管取付構造部１８及びガス配管パ
イプ１０が燃料電池内部温度より低くなっているエンド
プレート７に接することがない。このため、冷却によっ
て生じた水によって配管内が詰まることがない。特に、
固体高分子燃料電池の場合、上述したように固体高分子
電解質によって生じたＨ⁺が水と一緒に配管内に滞留
し、配管を腐食させることを防止することができる。

【００４９】第５実施例図６は、本発明に係る第５実施例の燃料電池のガス配管
取付構造の構造を示す断面図である。第１実施例及び第
２実施例と同様の構成要件には、同一の符号を付しその
説明を省略する。

【００５０】図６に示すように、エンドプレート７に接
触することなく、集電極５の積層方向に直交する側面に
ガス配管取付構造部１８が設けられている。上述したよ
うにガス配管取付構造部１８は、ガス配管パイプ１０に
電気が流れないように、電気的絶縁性である例えばＰＴ
ＦＥ製、ＰＦＡ製のプラスチックからなる。

【００５１】また、電池内部ガス通路９は、集電極５の
内部で屈曲し、ガス流路３を有するセパレータ４を貫通
してガス流路３に燃料ガスを供給している。

【００５２】従って、電池内部ガス通路９、ガス配管取
付構造部１８及びガス配管パイプ１０が燃料電池内部温
度より低くなっているエンドプレート７に接することが
ない。このため、冷却によって生じた水によって配管内
が詰まることがない。

【００５３】また、ガス配管パイプ１０のうち排ガス排
出パイプについても同様に、電池内部排ガスガス通路
（図示せず）、ガス配管取付構造部１８及びガス配管パ
イプ１０が燃料電池内部温度より低くなっているエンド
プレート７に接することがない。このため、冷却によっ
て生じた水によって配管内が詰まることがない。特に、
固体高分子燃料電池の場合、上述したように固体高分子
電解質によって生じたＨ⁺が水と一緒に配管内に滞留
し、配管を腐食させることを防止することができる。

【００５４】第６実施例図７は、本発明に係る第６実施例の燃料電池のガス配管
取付構造の構造を示す断面図である。第１実施例及び第
２実施例と同様の構成要件には、同一の符号を付しその
説明を省略する。

【００５５】図７に示すように、エンドプレート７に接
触することなく、セパレータ４の積層方向に直交する側
面にガス配管取付構造部１８が設けられている。

【００５６】また、電池内部ガス通路９は、集電極５の
内部で屈曲し、ガス流路３を有するセパレータ４を貫通
してガス流路３に燃料ガスを供給している。

【００５７】従って、電池内部ガス通路９、ガス配管取
付構造部１８及びガス配管パイプ１０が燃料電池内部温
度より低くなっているエンドプレート７に接することが
ない。このため、冷却によって生じた水によって配管内
が詰まることがない。

【００５８】また、ガス配管パイプ１０のうち排ガス排
出パイプについても同様に、電池内部排ガスガス通路
（図示せず）、ガス配管取付構造部１８及びガス配管パ
イプ１０が燃料電池内部温度より低くなっているエンド
プレート７に接することがない。このため、冷却によっ
て生じた水によって配管内が詰まることがない。特に、
固体高分子燃料電池の場合、上述したように固体高分子
電解質によって生じたＨ⁺が水と一緒に配管内に滞留
し、配管を腐食させることを防止することができる。

【００５９】上述した実施例の構成によれば、更に、発
熱体であるセルからの熱によってガス配管が加熱される
こととなり、水が配管内で凝集することない。このた
め、ガス配管を詰まらせることも腐食させることもな
い。

【００６０】また、別個にエンドプレートのみを加温す
る設備もいらず、燃料電池を小型化できる。

【００６１】以上説明してきた実施例において、ガス配
管の取り付け構造として、例えば、ＪＩＳ−Ｂ−０２０
２の管用平行ネジや、ＡＮＳＩ−Ｂ１．２０に規定され
たアメリカ管用テーパーネジを、被配管物（例えば、集
電板）に開け、ここにガス配管部品（一般にオスコネク
タと呼ばれる）をねじ込んで取り付けることができる。

【００６２】すなわち、ＪＩＳ−Ｂ−０２０２の管用平
行ネジ又はＡＮＳＩ−Ｂ１．２０に規定されたアメリカ
管用テーパーネジを集電板に開け、ここにガス配管部品
をねじ込んで取り付ける場合には、集電板に貫通穴を開
け、特に配管パイプを挿入される開口部から一定の深さ
までは、貫通穴の奥の部分（電極側）に比べ穴の径を大
きめにしておく。つまり、貫通穴の断面が電極側に向か
って凸状になるように形成しておく。従って、穴の径の
大きいある深さまで、配管パイプを挿入し、配管パイプ
が貫通穴の径の変わり目に当接したところで、配管パイ
プと集電板とを全周を溶接して、配管パイプと集電板と
を固定する。

【００６３】この方法によれば、取り付け部分の構造が
簡単で低コストに実施することができるだけでなく、接
続部分の強度を大きく、配管の取り外しもしやすいなど
の特長がある。なお、被配管物とガス配管パイプとは溶
接されるため、ガス配管パイプの一部を挿入するのに必
要なねじ切る部分は少量でよい。このため、被配管物の
厚みを大きくすることがない。また、被配管物（例え
ば、集電板）に配管パイプを直接溶接し、この配管パイ
プに配管接続部品を取り付ければ、これより先の配管に
接続することができる。

【００６４】また、別の実施態様として、集電板に貫通
穴の断面が電極側に向かって凸状になるように開け、そ
こにＪＩＳ−Ｂ−０２０２の管用平行ネジ又はＡＮＳＩ
−Ｂ１．２０に規定されたアメリカ管用テーパーネジを
開けておいたソケットを、挿入して全周を溶接し、この
ソケットにガス配管部品をねじ込んで取り付てもよい。
ここで、ソケットに設けられた貫通穴の断面は、集電板
に向かって凸状になるように開けられており、ソケット
の径の大きい方の穴には、ねじ切り部分が設けられ、こ
こにガス配管パイプ（オスコネクタ）が挿入される。そ
して、配管パイプが貫通穴の径の変わり目に当接したと
ころで、配管パイプとソケットとを全周を溶接して、配
管パイプとソケットとを固定する。

【００６５】この方法の場合、配管のねじ切り部分が集
電板の厚みより大きい場合には有効である。すなわち、
ソケットの貫通穴の径の大きい方の深さは、配管のねじ
切り部分の大きさに合わせて自在に変えることができる
からである。

【００６６】本発明では、内容を平易に説明するため
に、固体高分子型燃料電池のアノード側の材料ガス供給
源の詳細を図示しなかったが、高圧水素ガスボンベによ
る供給、メタノール改質法による水素発生器からの供
給、水素吸蔵合金からの供給、液体水素タンクからの供
給など、固体高分子型燃料電池のアノード側材料ガスの
供給方法として用いられているいずれの方式にも適用す
ることができる。

【００６７】同様に、カソード側の材料ガスの供給源に
おいても、高圧酸素（または空気）ガスボンベによる供
給、コンプレッサにより大気加圧供給、液体酸素（また
は空気）タンクからの供給など、固体高分子型燃料電池
のカソード側材料ガスの供給方法として用いているいず
れの方式にも適用することができる。

【００６８】本発明では、内容を平易に説明するため、
固体高分子型燃料電池の材料委ガスの加湿方法の詳細に
ついて述べなかった。ここでは、一般的に示したバブリ
ング方法による加湿器ではなく、水を直接ガス気流中で
霧化する方式や、特開平３−２６９９５８号公報に述べ
られているような気体状の水は通すが、液体状の水は通
さない多孔質膜により、気化される方式など、いずれの
加湿方法にも適用することが可能である。

【００６９】なお、アノード側に改質器（メタノール改
質器またはメタン改質器）を用いた場合、一般には改質
反応に必要とされる水分以上の水分量を解く入試手改質
反応を行うので、改質器から得られた改質ガスは、すで
でに一定の水蒸気を含有している。従って、この水蒸気
含有量で不足する場合にのみ加湿器を設ければよい。ま
た、上述の実施例では、その内容を平易に説明するた
め、材料ガスを加熱する手段を明示しなかったが、固体
高分子型燃料電池は、８０℃〜１００℃で運転されるの
で、材料ガスも固体高分子型燃料電池と同じか、あるい
は少し高い温度まで加熱することが望ましい。ただし、
アノード側材料ガスを改質器による改質ガスを用いる場
合には、改質器の運転温度が２００℃以上であるから、
別に加熱手段を設ける必要はない。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る燃料
電池のガス配管取付構造によれば、エンドプレートに積
層方向に貫通孔を設け、その貫通孔を介してエンドプレ
ートに接触することなく、各エンドプレートとセル体と
の間に設けられた間設部材、例えば絶縁部材にガス配管
を配設すれば、ガス配管が冷却されることない。

【００７１】また、少なくとも一部が電気的絶縁性を有
するガス配管が、エンドプレートの貫通孔を介してエン
ドプレートに内接する絶縁部材を貫通し更にその下層の
集電極に配設されているので、安全にかつガス配管が冷
却されることない。また、ガス配管に電気が流れること
がない。

【００７２】また、エンドプレートに接触することな
く、各エンドプレートとセル体との間に設けられた間設
部材、例えば絶縁部材の積層方向に直交する側面にガス
配管を配設するので、ガス配管が冷却されることない。

【００７３】また、少なくとも一部が電気的絶縁性を有
するガス配管が、集電極またはセル体内のガス通路を有
するプレートの側面に配設されているので、ガス配管が
冷却されることない。また、ガス配管に電気が流れるこ
とがない。

【００７４】更に、発熱体であるセルからの熱によって
配管が加熱されることとなり、水が配管内で凝集するこ
とない。このため、配管を詰まらせることも腐食させる
こともない。

【００７５】また、別個にエンドプレートのみを加温す
る設備もいらず、燃料電池を小型化できる。

【００７６】更に、エンドプレートに反応ガス（アノー
ドガス及びカソードガス）を供給する供給ガス配管が取
り付けられていないので、反応温度に加熱され燃料電池
に供給された燃料ガスがエンドプレートのところで冷却
され、燃料ガス内の加湿された水蒸気が一部水になって
供給ガス配管を詰まらせる恐れがない。また、排ガス配
管もエンドプレートに取り付けられていないので、排ガ
ス中の反応によって生成した水蒸気等が同様の理由で水
になることがなく、排ガス配管を詰まらせる恐れがな
い。

【００７７】また、エンドプレートに反応ガスを供給す
る供給ガス配管が取り付けられていないので、反応ガス
温度が低下することがない。このため、燃料電池内の反
応の低下を防止することができる。

【００７８】特に、固体高分子燃料電池において、固体
高分子電解質に−ＳＯ₃官能基を有する場合、カソード
極側で電気化学反応で生成したＨ₂Ｏは、−ＳＯ₃基に
よってＨ⁺とＯＨ^-とに電離される。本発明によれば、
エンドプレートに反応ガス（アノードガス及びカソード
ガス）を供給する供給ガス配管、及び排ガス配管が取り
付けられていないので、配管にＨ⁺が存在する水が滞留
することがない。このため、配管が腐食されてしまう恐
れがない。

【００７９】また、エンドプレートに積層方向に貫通孔
を設けて、この貫通孔を介してガス配管を配設したり、
両エンドプレート間に配された中間部材の積層方向に直
交する側面にガス配管を配設するので、簡便な構造で容
易にエンドプレートに接触することなくガス配管を配設
できる。

【００８０】従って、別個にエンドプレートのみを加温
する設備もいらず、燃料電池を小型化でき、更に燃料電
池システムを低コストにすることができる。また、耐久
性能に優れる。

【００８１】腐食が抑制されるため、燃料電池（すなわ
ち、燃料電池本体及びシステムを構成する配管）の長期
的な性能低下を防止し、長期寿命の燃料電池、特に固体
燃料電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の燃料電池のガス配管
取付構造の構造を示す断面図である。

【図２】本発明に係る第２実施例の燃料電池のガス配管
取付構造の構造を示す断面図である。

【図３】本発明に係る第３実施例の燃料電池のガス配管
取付構造の構造を示す断面図である。

【図４】本発明に係る燃料電池のガス配管取付構造の構
造を示す平面図である。

【図５】本発明に係る第４実施例の燃料電池のガス配管
取付構造の構造を示す断面図である。

【図６】本発明に係る第５実施例の燃料電池のガス配管
取付構造の構造を示す断面図である。

【図７】本発明に係る第６実施例の燃料電池のガス配管
取付構造の構造を示す断面図である。

【図８】単一セルを電気的に直列に３枚積層した燃料電
池の集合体の構造を示す断面図である。

【図９】従来の燃料電池のガス配管取付構造の構造を示
す断面図である。

【符号の説明】

１固体高分子電解質膜２電極３ガス流路４セパレータ５集電極６絶縁板７エンドプレート８ガス配管取付構造部１０ガス配管パイプ１１貫通孔１２絶縁カップリング１３電極部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池単セル体を複数積層したセル体
の両端を狭持するエンドプレートを有する燃料電池にお
いて、前記エンドプレートに積層方向に貫通する貫通孔を設
け、前記貫通孔を介して前記エンドプレートに接触する
ことなく、各エンドプレートとセル体との間に設けられ
た間設部材にガス配管を配設することを特徴とする燃料
電池のガス配管取付構造。
【請求項２】請求項１記載の燃料電池のガス配管取付
構造において、前記間設部材は、前記エンドプレートに内接する絶縁部
材であって、前記ガス配管は、前記貫通孔を介して絶縁
部材に配設されていることを特徴とする燃料電池のガス
配管取付構造。
【請求項３】請求項１記載の燃料電池のガス配管取付
構造において、前記間設部材は、前記セル体に外接する集電極であっ
て、前記ガス配管は、少なくとも一部が電気的絶縁性を
有し、前記貫通孔を介して更にエンドプレートに内接す
る絶縁部材を貫通し前記集電極に配設されていることを
特徴とする燃料電池のガス配管取付構造。
【請求項４】燃料電池単セル体を複数積層したセル体
の両端を狭持するエンドプレートを有する燃料電池にお
いて、前記エンドプレートに接触することなく、両エンドプレ
ート間に配された中間部材の積層方向に直交する側面に
ガス配管を配設することを特徴とする燃料電池のガス配
管取付構造。
【請求項５】請求項４記載の燃料電池のガス配管取付
構造において、前記間設部材が、前記エンドプレートに内接する絶縁部
材であることを特徴とする燃料電池のガス配管取付構
造。
【請求項６】請求項４記載の燃料電池のガス配管取付
構造において、前記中間部材が、前記セル体に外接する集電極であっ
て、前記ガス配管は、少なくとも一部が電気的絶縁性を
有し、前記集電極に配設されていることを特徴とする燃
料電池のガス配管取付構造。
【請求項７】請求項４記載の燃料電池のガス配管取付
構造において、前記中間部材が積層端部に配されたセル体を構成するセ
パレータであって、前記ガス配管は、少なくとも一部が
電気絶縁性を有し、前記セパレータに取り付けられてい
ることを特徴とする燃料電池のガス配管取付構造。