JPH08167424A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池Info
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- JPH08167424A JPH08167424A JP6308510A JP30851094A JPH08167424A JP H08167424 A JPH08167424 A JP H08167424A JP 6308510 A JP6308510 A JP 6308510A JP 30851094 A JP30851094 A JP 30851094A JP H08167424 A JPH08167424 A JP H08167424A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】単位燃料電池の積層方向における温度の分布の
均一化が容易な、固体高分子電解質型燃料電池を提供す
る。 【構成】固体高分子電解質型燃料電池(スタック)1
は、従来例に対して、それぞれの集電板91と、この集
電板91に隣り合う単電池6との間に、薄板状で、しか
も、スタック1から出力される電流がその厚さ方向に通
流される発熱体2が、挟挿されていることが相異してい
る。発熱体2は、体積抵抗率値が1.0〜1.5〔μΩ
m〕程度である電熱用合金材の薄板を、単電池6が備え
る燃料電極,酸化剤電極が持つ面積方向寸法と同等の面
積に形成したものであり、発熱体2の厚さは、スタック
1から出力される電流によって発熱体2に発生するジュ
ール熱の値が、スタック1の積層方向の端部から放散さ
れる熱量に見合った値になるように定められる。
均一化が容易な、固体高分子電解質型燃料電池を提供す
る。 【構成】固体高分子電解質型燃料電池(スタック)1
は、従来例に対して、それぞれの集電板91と、この集
電板91に隣り合う単電池6との間に、薄板状で、しか
も、スタック1から出力される電流がその厚さ方向に通
流される発熱体2が、挟挿されていることが相異してい
る。発熱体2は、体積抵抗率値が1.0〜1.5〔μΩ
m〕程度である電熱用合金材の薄板を、単電池6が備え
る燃料電極,酸化剤電極が持つ面積方向寸法と同等の面
積に形成したものであり、発熱体2の厚さは、スタック
1から出力される電流によって発熱体2に発生するジュ
ール熱の値が、スタック1の積層方向の端部から放散さ
れる熱量に見合った値になるように定められる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、固体高分子電解質型
燃料電池に係わり、単位燃料電池が持つ燃料電池セルの
温度の,単位燃料電池の積層方向における温度分布の均
一化が容易となるように改良されたその構造に関する。
燃料電池に係わり、単位燃料電池が持つ燃料電池セルの
温度の,単位燃料電池の積層方向における温度分布の均
一化が容易となるように改良されたその構造に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池として、これに使用される電解
質の種類により、固体高分子電解質型,りん酸型,溶融
炭酸塩型,固体酸化物型などの各種の燃料電池が知られ
ている。この内、固体高分子電解質型燃料電池は、分子
中にプロトン(水素イオン)交換基を有する高分子樹脂
膜を飽和に含水させると,低い抵抗率を示してプロトン
導電性電解質として機能することを利用した燃料電池で
ある。この分子中にプロトン交換基を有する高分子樹脂
膜(以降、固体高分子電解質膜または単にPE膜と略称
することがある。)としては、スルホン酸基を持つポリ
スチレン系の陽イオン交換膜をカチオン導電性膜として
使用するもの、パ−フルオロスルホン酸樹脂膜(例え
ば、米国のデュポン社製、商品名ナフィオン膜)等が用
いられている。これ等の固体高分子電解質膜(PE膜)
は、飽和に含水させることにより、常温で20〔Ω・c
m〕以下の抵抗率を示し、いずれもプロトン導電性電解
質として機能する。
質の種類により、固体高分子電解質型,りん酸型,溶融
炭酸塩型,固体酸化物型などの各種の燃料電池が知られ
ている。この内、固体高分子電解質型燃料電池は、分子
中にプロトン(水素イオン)交換基を有する高分子樹脂
膜を飽和に含水させると,低い抵抗率を示してプロトン
導電性電解質として機能することを利用した燃料電池で
ある。この分子中にプロトン交換基を有する高分子樹脂
膜(以降、固体高分子電解質膜または単にPE膜と略称
することがある。)としては、スルホン酸基を持つポリ
スチレン系の陽イオン交換膜をカチオン導電性膜として
使用するもの、パ−フルオロスルホン酸樹脂膜(例え
ば、米国のデュポン社製、商品名ナフィオン膜)等が用
いられている。これ等の固体高分子電解質膜(PE膜)
は、飽和に含水させることにより、常温で20〔Ω・c
m〕以下の抵抗率を示し、いずれもプロトン導電性電解
質として機能する。
【0003】固体高分子電解質型燃料電池では、このP
E膜を挟んで燃料電極(アノード極でもある。)と、酸
化剤電極(カソード極でもある。)とを配置しており、
燃料電極には燃料ガス(例えば、水素あるいは水素を高
濃度に含んだガスである。)が、また、酸化剤電極には
酸化剤ガス(例えば、空気である。)がそれぞれ供給さ
れる。これ等の燃料電極,酸化剤電極においては、気相
(燃料ガスまたは酸化剤ガス)・液相(固体高分子電解
質)・固相(燃料電極,酸化剤電極が持つ触媒)の三相
界面が形成され、次記する電気化学反応が生じることで
直流電力を発生する。すなわち、燃料電極では(1)式
による反応が生じる。
E膜を挟んで燃料電極(アノード極でもある。)と、酸
化剤電極(カソード極でもある。)とを配置しており、
燃料電極には燃料ガス(例えば、水素あるいは水素を高
濃度に含んだガスである。)が、また、酸化剤電極には
酸化剤ガス(例えば、空気である。)がそれぞれ供給さ
れる。これ等の燃料電極,酸化剤電極においては、気相
(燃料ガスまたは酸化剤ガス)・液相(固体高分子電解
質)・固相(燃料電極,酸化剤電極が持つ触媒)の三相
界面が形成され、次記する電気化学反応が生じることで
直流電力を発生する。すなわち、燃料電極では(1)式
による反応が生じる。
【0004】
【化1】 H2 → 2H+ +2e- ………………(1) また、酸化剤電極側では(2)式による反応が生じる。
【0005】
【化2】 (1/2)O2 +2H+ +2e- →H2 O ……(2) この反応の結果、燃料電極で生成されたH+ イオン(プ
ロトン)は、PE膜中を酸化剤電極に向かって移動し、
また、燃料電極で生成されたe- (電子)は、燃料電極
と酸化剤電極との間に接続された図示しない負荷を通っ
て、燃料電極から酸化剤電極に移動する。一方、酸化剤
電極では、酸化剤ガス中に含有される酸素と、PE膜中
を燃料電極から移動してきたH+ イオンと、負荷を通っ
て移動してきたe- とが反応し、水(H2 O)が生成さ
れる。
ロトン)は、PE膜中を酸化剤電極に向かって移動し、
また、燃料電極で生成されたe- (電子)は、燃料電極
と酸化剤電極との間に接続された図示しない負荷を通っ
て、燃料電極から酸化剤電極に移動する。一方、酸化剤
電極では、酸化剤ガス中に含有される酸素と、PE膜中
を燃料電極から移動してきたH+ イオンと、負荷を通っ
て移動してきたe- とが反応し、水(H2 O)が生成さ
れる。
【0006】図6は、固体高分子電解質型燃料電池が備
える前記した動作を行う一般例の単位燃料電池を、展開
した状態で模式的に示した要部の側面断面図であり、図
7は、図6に示した単位燃料電池を展開した状態で模式
的に示した斜視図であり、図8は、単位燃料電池が有す
るセパレータを図6におけるP矢方向から見た図であ
る。
える前記した動作を行う一般例の単位燃料電池を、展開
した状態で模式的に示した要部の側面断面図であり、図
7は、図6に示した単位燃料電池を展開した状態で模式
的に示した斜視図であり、図8は、単位燃料電池が有す
るセパレータを図6におけるP矢方向から見た図であ
る。
【0007】図6〜図8において、6は、燃料電池セル
7と、その両主面のそれぞれに対向させて配置されたセ
パレータ61,62とで構成された単位燃料電池(以
降、単電池と略称することがある。)である。燃料電池
セル7は、電解質層としてのPE膜7Cと、燃料電極7
Aと、酸化剤電極7Bとで構成され、前記したところに
より直流電力を発生する機能を備えている。また、PE
膜7Cは、0.1〔mm〕程度の厚さ寸法と、電極膜7
A,7Bの面方向の外形寸法よりも大きい面方向の外形
寸法とを持つものであり、従って、電極膜7A,7Bの
周辺部には、PE膜7Cの端部との間にPE膜7Cの露
出面が存在することになる。
7と、その両主面のそれぞれに対向させて配置されたセ
パレータ61,62とで構成された単位燃料電池(以
降、単電池と略称することがある。)である。燃料電池
セル7は、電解質層としてのPE膜7Cと、燃料電極7
Aと、酸化剤電極7Bとで構成され、前記したところに
より直流電力を発生する機能を備えている。また、PE
膜7Cは、0.1〔mm〕程度の厚さ寸法と、電極膜7
A,7Bの面方向の外形寸法よりも大きい面方向の外形
寸法とを持つものであり、従って、電極膜7A,7Bの
周辺部には、PE膜7Cの端部との間にPE膜7Cの露
出面が存在することになる。
【0008】燃料電極7Aは、PE膜7Cの一方の主面
に密接されて積層されて、燃料ガスの供給を受ける電極
である。また,酸化剤電極7Bは、PE膜7Cの他方の
主面に密接されて積層されて、酸化剤ガスの供給を受け
る電極である。燃料電極7Aの外側面が,燃料電池セル
7の一方の側面7aであり、酸化剤電極7Bの外側面
が,燃料電池セル7の他方の側面7bである。燃料電極
7Aおよび酸化剤電極7Bは共に、触媒活物質を含む触
媒層と電極基材とを備えて構成されており、前記の触媒
層側でPE膜7Cの両主面にホットプレスにより密着さ
せるのが一般である。電極基材は、触媒層を支持すると
共に反応ガス(以降、燃料ガスと酸化剤ガスを総称して
このように言うことが有る。)を供給および排出すると
共に,集電体としての機能を有する多孔質のシート(使
用材料としては、例えば、カーボンペーパーが用いられ
る。)である。触媒層は、多くの場合に、微小な粒子状
の白金触媒とはっ水性を有するフッ素樹脂から形成され
ており、しかも層内に多数の細孔が形成されるようにす
ることで、反応ガスに対して広い面積で接触が可能であ
るように配慮されているものである。そうして、燃料電
極7A,PE膜7Cおよび酸化剤電極7Bを合わせた燃
料電池セル7の厚さ寸法は、多くの場合に1〔mm〕前
後程度である。
に密接されて積層されて、燃料ガスの供給を受ける電極
である。また,酸化剤電極7Bは、PE膜7Cの他方の
主面に密接されて積層されて、酸化剤ガスの供給を受け
る電極である。燃料電極7Aの外側面が,燃料電池セル
7の一方の側面7aであり、酸化剤電極7Bの外側面
が,燃料電池セル7の他方の側面7bである。燃料電極
7Aおよび酸化剤電極7Bは共に、触媒活物質を含む触
媒層と電極基材とを備えて構成されており、前記の触媒
層側でPE膜7Cの両主面にホットプレスにより密着さ
せるのが一般である。電極基材は、触媒層を支持すると
共に反応ガス(以降、燃料ガスと酸化剤ガスを総称して
このように言うことが有る。)を供給および排出すると
共に,集電体としての機能を有する多孔質のシート(使
用材料としては、例えば、カーボンペーパーが用いられ
る。)である。触媒層は、多くの場合に、微小な粒子状
の白金触媒とはっ水性を有するフッ素樹脂から形成され
ており、しかも層内に多数の細孔が形成されるようにす
ることで、反応ガスに対して広い面積で接触が可能であ
るように配慮されているものである。そうして、燃料電
極7A,PE膜7Cおよび酸化剤電極7Bを合わせた燃
料電池セル7の厚さ寸法は、多くの場合に1〔mm〕前
後程度である。
【0009】ところで、PE膜7Cの露出面に形成され
ている貫通穴71は、セパレータ61に設けられている
貫通穴615A,616A、および、セパレータ62に
設けられている貫通穴625A,626Aに対向させて
形成されており、反応ガスの通流路の一部をなす穴であ
る。同じくPE膜7Cの露出面に形成されている貫通穴
72は、セパレータ61に設けられている貫通穴613
B,614B、および、セパレータ62に設けられてい
る貫通穴623B,624Bに対向させて形成されてお
り、後記する冷却用流体99の通流路の一部をなす穴で
ある。
ている貫通穴71は、セパレータ61に設けられている
貫通穴615A,616A、および、セパレータ62に
設けられている貫通穴625A,626Aに対向させて
形成されており、反応ガスの通流路の一部をなす穴であ
る。同じくPE膜7Cの露出面に形成されている貫通穴
72は、セパレータ61に設けられている貫通穴613
B,614B、および、セパレータ62に設けられてい
る貫通穴623B,624Bに対向させて形成されてお
り、後記する冷却用流体99の通流路の一部をなす穴で
ある。
【0010】ところで、燃料電池セル7では、前記した
(1)式,(2)式に示した電気化学反応によって直流
電力を発生する際には、この反応が発熱反応であるため
に、発生される直流電力値とほぼ同等値の熱が発生する
ことも避けられないものである。このために、セパレー
タ61とセパレータ62とは、燃料電池セル7に反応ガ
スを供給すると共に、燃料電池セル7で発生された直流
電力の燃料電池セル7からの取り出し、および、直流電
力の発生に伴って燃料電池セル7で発生した熱を燃料電
池セル7から除去する役目を担っている。
(1)式,(2)式に示した電気化学反応によって直流
電力を発生する際には、この反応が発熱反応であるため
に、発生される直流電力値とほぼ同等値の熱が発生する
ことも避けられないものである。このために、セパレー
タ61とセパレータ62とは、燃料電池セル7に反応ガ
スを供給すると共に、燃料電池セル7で発生された直流
電力の燃料電池セル7からの取り出し、および、直流電
力の発生に伴って燃料電池セル7で発生した熱を燃料電
池セル7から除去する役目を担っている。
【0011】セパレータ61は、その側面61aを燃料
電池セル7の側面7aに密接させて、また、セパレータ
62は、その側面62aを燃料電池セル7の側面7bに
密接させて、それぞれ燃料電池セル7を挟むようにして
配設される。セパレータ61,62は共に、ガスを透過
せず,しかも良好な熱伝導性と良好な電気伝導性を備え
た材料(例えば炭素,金属等である。)を用いて製作さ
れている。
電池セル7の側面7aに密接させて、また、セパレータ
62は、その側面62aを燃料電池セル7の側面7bに
密接させて、それぞれ燃料電池セル7を挟むようにして
配設される。セパレータ61,62は共に、ガスを透過
せず,しかも良好な熱伝導性と良好な電気伝導性を備え
た材料(例えば炭素,金属等である。)を用いて製作さ
れている。
【0012】セパレータ61,62には、燃料電池セル
7に反応ガスを供給する手段として、それぞれガス通流
用の溝が備えられている。すなわち、セパレータ61
は、燃料電池セル7の側面7aに接する側面61a側
に、燃料ガスを通流させると共に,未消費の水素を含む
燃料ガスを排出するための間隔を設けて複数個設けられ
た凹状の溝(ガス通流用の溝)611Aと、この溝61
1A間に介在する凸状の隔壁612Aとが、互いに交互
に形成されている。セパレータ62は、燃料電池セル7
の側面7bに接する側面62a側に、酸化剤ガスを通流
させると共に,未消費の酸素を含む酸化剤ガスを排出す
るための間隔を設けて複数個設けられた凹状の溝(ガス
通流用の溝)621Aと、この溝621A間に介在する
凸状の隔壁622Aとが、互いに交互に形成されてい
る。なお、凸状の隔壁612A,622Aの頂部は、そ
れぞれ、セパレータ61,62のそれぞれの側面61
a,62aと同一面になるように形成されている。
7に反応ガスを供給する手段として、それぞれガス通流
用の溝が備えられている。すなわち、セパレータ61
は、燃料電池セル7の側面7aに接する側面61a側
に、燃料ガスを通流させると共に,未消費の水素を含む
燃料ガスを排出するための間隔を設けて複数個設けられ
た凹状の溝(ガス通流用の溝)611Aと、この溝61
1A間に介在する凸状の隔壁612Aとが、互いに交互
に形成されている。セパレータ62は、燃料電池セル7
の側面7bに接する側面62a側に、酸化剤ガスを通流
させると共に,未消費の酸素を含む酸化剤ガスを排出す
るための間隔を設けて複数個設けられた凹状の溝(ガス
通流用の溝)621Aと、この溝621A間に介在する
凸状の隔壁622Aとが、互いに交互に形成されてい
る。なお、凸状の隔壁612A,622Aの頂部は、そ
れぞれ、セパレータ61,62のそれぞれの側面61
a,62aと同一面になるように形成されている。
【0013】セパレータ62に形成されたそれぞれの溝
621Aの両端部は、これ等の溝621Aが互いに並列
になって溝624A,624Aに連通されている。この
溝624A,624Aの端部には、側面62aとは反対
側となる側面62b側に開口する1対の貫通穴625
A,625Aが形成されている。また、セパレータ62
には、側面62aと側面62bとを結ぶ1対の貫通穴6
26A,626Aが、貫通穴625A,625Aと互い
にたすき掛けの位置関係となる部位に形成されている。
溝621A、溝624A、貫通穴625Aは、セパレー
タ62における酸化剤ガスを通流させるためのガス通流
路を構成している。
621Aの両端部は、これ等の溝621Aが互いに並列
になって溝624A,624Aに連通されている。この
溝624A,624Aの端部には、側面62aとは反対
側となる側面62b側に開口する1対の貫通穴625
A,625Aが形成されている。また、セパレータ62
には、側面62aと側面62bとを結ぶ1対の貫通穴6
26A,626Aが、貫通穴625A,625Aと互い
にたすき掛けの位置関係となる部位に形成されている。
溝621A、溝624A、貫通穴625Aは、セパレー
タ62における酸化剤ガスを通流させるためのガス通流
路を構成している。
【0014】また、セパレータ61にも、貫通穴615
A,615Aと貫通穴616A,616Aが形成されて
いる。すなわち、セパレータ61のそれぞれの溝611
Aの両端部は、これ等の溝611Aが互いに並列になっ
て,セパレータ62の場合の溝624A,624Aと同
様形状の溝に連通されている。貫通穴615A,615
Aは、この溝(624Aと同様形状の溝である。)の端
部から、側面61aとは反対側となる側面61b側に開
口されている。貫通穴616A,616Aは、側面61
aと側面61bとを結んで、図7(a)中に示すよう
に、1対の貫通穴615A,615Aとは互いにたすき
掛けの位置関係となる部位に形成されている。溝611
A、前記の溝(624Aと同様形状の溝である。)、貫
通穴615Aは、セパレータ61における燃料ガスを通
流させるためのガス通流路を構成している。
A,615Aと貫通穴616A,616Aが形成されて
いる。すなわち、セパレータ61のそれぞれの溝611
Aの両端部は、これ等の溝611Aが互いに並列になっ
て,セパレータ62の場合の溝624A,624Aと同
様形状の溝に連通されている。貫通穴615A,615
Aは、この溝(624Aと同様形状の溝である。)の端
部から、側面61aとは反対側となる側面61b側に開
口されている。貫通穴616A,616Aは、側面61
aと側面61bとを結んで、図7(a)中に示すよう
に、1対の貫通穴615A,615Aとは互いにたすき
掛けの位置関係となる部位に形成されている。溝611
A、前記の溝(624Aと同様形状の溝である。)、貫
通穴615Aは、セパレータ61における燃料ガスを通
流させるためのガス通流路を構成している。
【0015】さらに、73は、前記したガス通流路内を
通流する反応ガスが、ガス通流路外に漏れ出るのを防止
する役目を負う弾性材製のガスシール体(例えば、Oリ
ングである。)である。ガスシール体73は、それぞれ
のセパレータ61,62の溝611A,624Aと同様
形状の溝、および、溝621A,624Aが形成された
部位の周縁部に形成された凹形状の溝619,629中
に収納されて配置されている。なお、図示するのは省略
したが、セパレータ61が持つ貫通穴615A,616
Aの側面61bへのそれぞれの開口部と、616Aの側
面61aへのそれぞれの開口部を取り巻いて、また、セ
パレータ62が持つ貫通穴625A,626Aの側面6
2bへのそれぞれの開口部と、626Aの側面62aへ
のそれぞれの開口部を取り巻いて、反応ガスがこの部位
からガス通流路外に漏れ出るのを防止する役目を負う弾
性材製のガスシール体(例えば、Oリングである。)を
収納するための凹形状の溝が形成されている。
通流する反応ガスが、ガス通流路外に漏れ出るのを防止
する役目を負う弾性材製のガスシール体(例えば、Oリ
ングである。)である。ガスシール体73は、それぞれ
のセパレータ61,62の溝611A,624Aと同様
形状の溝、および、溝621A,624Aが形成された
部位の周縁部に形成された凹形状の溝619,629中
に収納されて配置されている。なお、図示するのは省略
したが、セパレータ61が持つ貫通穴615A,616
Aの側面61bへのそれぞれの開口部と、616Aの側
面61aへのそれぞれの開口部を取り巻いて、また、セ
パレータ62が持つ貫通穴625A,626Aの側面6
2bへのそれぞれの開口部と、626Aの側面62aへ
のそれぞれの開口部を取り巻いて、反応ガスがこの部位
からガス通流路外に漏れ出るのを防止する役目を負う弾
性材製のガスシール体(例えば、Oリングである。)を
収納するための凹形状の溝が形成されている。
【0016】また、セパレータ61,62には、燃料電
池セル7で発生した熱を燃料電池セル7から除去するた
めの冷却部として、冷却用流体99を通流させる溝が備
えられている。すなわち、セパレータ62は、その側面
62bに冷却用流体99を通流させる2個の凹状の溝
(冷却用流体99の通流用の溝)621Bが形成されて
いる。各溝621Bの両端部には、側面62aに開口す
る1対の貫通穴623B,624Bが形成されている。
それぞれの溝621B,貫通穴623B,624Bは、
セパレータ62における冷却用流体99を通流させる冷
却部を構成している。また、セパレータ61には、セパ
レータ62と同様に、その側面61bに、冷却用流体9
9を通流させる2個の凹状の溝(冷却用流体99の通流
用の溝)611Bが形成されている。各溝611Bの両
端部には、側面61aに開口する1対の貫通穴613
B,614Bが形成されている。それぞれの溝611
B,貫通穴613B,614Bは、セパレータ61にお
ける冷却用流体99を通流させる冷却部を構成してい
る。
池セル7で発生した熱を燃料電池セル7から除去するた
めの冷却部として、冷却用流体99を通流させる溝が備
えられている。すなわち、セパレータ62は、その側面
62bに冷却用流体99を通流させる2個の凹状の溝
(冷却用流体99の通流用の溝)621Bが形成されて
いる。各溝621Bの両端部には、側面62aに開口す
る1対の貫通穴623B,624Bが形成されている。
それぞれの溝621B,貫通穴623B,624Bは、
セパレータ62における冷却用流体99を通流させる冷
却部を構成している。また、セパレータ61には、セパ
レータ62と同様に、その側面61bに、冷却用流体9
9を通流させる2個の凹状の溝(冷却用流体99の通流
用の溝)611Bが形成されている。各溝611Bの両
端部には、側面61aに開口する1対の貫通穴613
B,614Bが形成されている。それぞれの溝611
B,貫通穴613B,614Bは、セパレータ61にお
ける冷却用流体99を通流させる冷却部を構成してい
る。
【0017】セパレータ61の側面61b,セパレータ
62の側面62bには、それぞれの溝611B,621
Bを取り巻いて、凹形状の溝618B,628Bがそれ
ぞれ形成されている。これ等の凹形状の溝は、冷却用流
体99が漏れ出るのを防止するための、弾性材製のシー
ル体(例えば、Oリングである。)を収納するためのも
のである。なお、図示するのは省略したが、セパレータ
61が持つ貫通穴613B,614Bの側面61aへの
それぞれの開口部を取り巻いて、また、セパレータ62
が持つ貫通穴623B,624Bの側面62aへのそれ
ぞれの開口部を取り巻いて、冷却用流体99がこの部位
から冷却部外に漏れ出るのを防止する役目を負う弾性材
製のシール体(例えば、Oリングである。)を収納する
ための凹形状の溝が形成されている。
62の側面62bには、それぞれの溝611B,621
Bを取り巻いて、凹形状の溝618B,628Bがそれ
ぞれ形成されている。これ等の凹形状の溝は、冷却用流
体99が漏れ出るのを防止するための、弾性材製のシー
ル体(例えば、Oリングである。)を収納するためのも
のである。なお、図示するのは省略したが、セパレータ
61が持つ貫通穴613B,614Bの側面61aへの
それぞれの開口部を取り巻いて、また、セパレータ62
が持つ貫通穴623B,624Bの側面62aへのそれ
ぞれの開口部を取り巻いて、冷却用流体99がこの部位
から冷却部外に漏れ出るのを防止する役目を負う弾性材
製のシール体(例えば、Oリングである。)を収納する
ための凹形状の溝が形成されている。
【0018】1個の燃料電池セル7が発生する電圧は、
1〔V〕程度以下と低い値であるので、前記した構成を
持つ単電池6の複数個(数十個から数百個であることが
多い。)を、燃料電池セル7の発生電圧が互いに直列接
続されるように積層した単電池の積層体として構成し、
電圧を高めて実用に供されるのが一般である。図9は、
従来例の固体高分子電解質型燃料電池を模式的に示した
要部の構成図で,(a)はその側面図であり、(b)は
その上面図である。また、図10は、図9中に示した固
体高分子電解質型燃料電池に与える冷却用流体の通流路
を説明する説明図である。なお、図9中には、図6〜図
8で付した符号については、代表的な符号のみを記し
た。
1〔V〕程度以下と低い値であるので、前記した構成を
持つ単電池6の複数個(数十個から数百個であることが
多い。)を、燃料電池セル7の発生電圧が互いに直列接
続されるように積層した単電池の積層体として構成し、
電圧を高めて実用に供されるのが一般である。図9は、
従来例の固体高分子電解質型燃料電池を模式的に示した
要部の構成図で,(a)はその側面図であり、(b)は
その上面図である。また、図10は、図9中に示した固
体高分子電解質型燃料電池に与える冷却用流体の通流路
を説明する説明図である。なお、図9中には、図6〜図
8で付した符号については、代表的な符号のみを記し
た。
【0019】図9において、9は、複数(図9では、単
電池6の個数が8個である場合を例示した。)の単電池
6を積層して構成された、単電池6の積層体を主体とし
た固体高分子電解質型燃料電池(以降、スタックと略称
することがある。)である。スタック9は、単電池6の
積層体の両端部に、単電池6で発生した直流電力をスタ
ック9から取り出すための,銅材等の導電材製の集電板
91,91と、単電池6、集電板91を構造体から電気
的に絶縁するための電気絶縁材製の電気絶縁板92,9
2と、両電気絶縁板92のそれぞれの外側面側に配設さ
れる鉄材等の金属製の加圧板93,94とを順次積層
し、加圧板93,94にその両外側面側から複数の締付
けボルト95により適度の加圧力を与えるようにして構
成されている。
電池6の個数が8個である場合を例示した。)の単電池
6を積層して構成された、単電池6の積層体を主体とし
た固体高分子電解質型燃料電池(以降、スタックと略称
することがある。)である。スタック9は、単電池6の
積層体の両端部に、単電池6で発生した直流電力をスタ
ック9から取り出すための,銅材等の導電材製の集電板
91,91と、単電池6、集電板91を構造体から電気
的に絶縁するための電気絶縁材製の電気絶縁板92,9
2と、両電気絶縁板92のそれぞれの外側面側に配設さ
れる鉄材等の金属製の加圧板93,94とを順次積層
し、加圧板93,94にその両外側面側から複数の締付
けボルト95により適度の加圧力を与えるようにして構
成されている。
【0020】互いに隣接する単電池6において、セパレ
ータ61に形成された貫通穴615Aとセパレータ62
に形成された貫通穴626Aとは、また、セパレータ6
1に形成された貫通穴616Aと、セパレータ62に形
成された貫通穴625Aとは、互いにその開口部位を合
致させて形成されている。また、集電板91,電気絶縁
板92,加圧板93の、セパレータ61が備えている貫
通穴615A,616Aと対向する部位には、それぞれ
図示しない貫通穴が形成されている。また、集電板9
1,電気絶縁板92,加圧板94の、セパレータ62が
備えている貫通穴625A,626Aと対向する部位に
も、それぞれ図示しない貫通穴が形成されている。これ
等により、複数の単電池6を積層する際に、全部の単電
池6がそれぞれに持つ燃料ガス用のガス通流路および酸
化剤ガス用のガス通流路は、それぞれが互いに連通した
ガス通流路を形成している。
ータ61に形成された貫通穴615Aとセパレータ62
に形成された貫通穴626Aとは、また、セパレータ6
1に形成された貫通穴616Aと、セパレータ62に形
成された貫通穴625Aとは、互いにその開口部位を合
致させて形成されている。また、集電板91,電気絶縁
板92,加圧板93の、セパレータ61が備えている貫
通穴615A,616Aと対向する部位には、それぞれ
図示しない貫通穴が形成されている。また、集電板9
1,電気絶縁板92,加圧板94の、セパレータ62が
備えている貫通穴625A,626Aと対向する部位に
も、それぞれ図示しない貫通穴が形成されている。これ
等により、複数の単電池6を積層する際に、全部の単電
池6がそれぞれに持つ燃料ガス用のガス通流路および酸
化剤ガス用のガス通流路は、それぞれが互いに連通した
ガス通流路を形成している。
【0021】また、互いに隣接する単電池6において、
セパレータ61に形成された貫通穴613Bとセパレー
タ62に形成された貫通穴623Bとは、また、セパレ
ータ61に形成された貫通穴614Bとセパレータ62
に形成された貫通穴624Bとは、互いにその開口部位
を合致させて形成されている。また、集電板91,電気
絶縁板92,加圧板93の、セパレータ61が備えてい
る各貫通穴613Bと対向する部位には、それぞれ、貫
通穴613Bとほぼ同形の図示しない貫通穴が形成され
ている。そうして、加圧板93のスタック9の外側面と
なる側面には、それぞれの貫通穴に対向させて、冷却用
流体99用の配管接続体98が装着されている。また、
電気絶縁板92の両側面の貫通穴の開口部、および、加
圧板93の配管接続体98が装着される側面の,貫通穴
の開口部のそれぞれには、貫通穴を取り巻いて、凹形状
の溝が形成されている。それぞれの溝には、冷却用流体
99がこれ等の部位から冷却部外に漏れ出るのを防止す
る役目を負う図示しない弾性材製のシール体(例えば、
Oリングである。)が装着される。なお、セパレータ6
1に形成されているそれぞれの溝618Bにも、図示し
ないシール体が装着される。
セパレータ61に形成された貫通穴613Bとセパレー
タ62に形成された貫通穴623Bとは、また、セパレ
ータ61に形成された貫通穴614Bとセパレータ62
に形成された貫通穴624Bとは、互いにその開口部位
を合致させて形成されている。また、集電板91,電気
絶縁板92,加圧板93の、セパレータ61が備えてい
る各貫通穴613Bと対向する部位には、それぞれ、貫
通穴613Bとほぼ同形の図示しない貫通穴が形成され
ている。そうして、加圧板93のスタック9の外側面と
なる側面には、それぞれの貫通穴に対向させて、冷却用
流体99用の配管接続体98が装着されている。また、
電気絶縁板92の両側面の貫通穴の開口部、および、加
圧板93の配管接続体98が装着される側面の,貫通穴
の開口部のそれぞれには、貫通穴を取り巻いて、凹形状
の溝が形成されている。それぞれの溝には、冷却用流体
99がこれ等の部位から冷却部外に漏れ出るのを防止す
る役目を負う図示しない弾性材製のシール体(例えば、
Oリングである。)が装着される。なお、セパレータ6
1に形成されているそれぞれの溝618Bにも、図示し
ないシール体が装着される。
【0022】さらに、集電板91,電気絶縁板92,加
圧板94の、セパレータ62が備えている各貫通穴62
4Bと対向する部位にも、集電板91,電気絶縁板9
2,加圧板93の場合と同様に、図示しない貫通穴,溝
が形成されている。また、加圧板94のスタック9の外
側面となる側面には、それぞれの貫通穴に対向させて、
冷却用流体99用の配管接続体98が装着されている。
それぞれの溝には図示しないシール体が、また、セパレ
ータ62に形成されているそれぞれの溝628Bにも図
示しないシール体が装着される。かくして、複数の単電
池6を積層する際に、単電池6等がそれぞれに持つ冷却
用流体99の通流路は、図10中に示したようにして互
いに連通されて構成されることになる。
圧板94の、セパレータ62が備えている各貫通穴62
4Bと対向する部位にも、集電板91,電気絶縁板9
2,加圧板93の場合と同様に、図示しない貫通穴,溝
が形成されている。また、加圧板94のスタック9の外
側面となる側面には、それぞれの貫通穴に対向させて、
冷却用流体99用の配管接続体98が装着されている。
それぞれの溝には図示しないシール体が、また、セパレ
ータ62に形成されているそれぞれの溝628Bにも図
示しないシール体が装着される。かくして、複数の単電
池6を積層する際に、単電池6等がそれぞれに持つ冷却
用流体99の通流路は、図10中に示したようにして互
いに連通されて構成されることになる。
【0023】この結果、冷却用流体99は、加圧板93
に装着された一方の配管接続体98(図10中に「入
口」と付記してある。)等を介して、集電板91に隣接
する単電池6が持つ、セパレータ61に形成された一方
の溝611Bにまず流入する。そうして、貫通穴613
B,623Bを介してそれぞれの単電池6が持つ一方の
溝611B,621B中を分流して流れ、貫通穴614
B,624B等を介して、加圧板94に装着された一方
の配管接続体98からスタック9の外部にいったん流れ
出る。この流れ出た冷却用流体99は、配管97中を流
れて、加圧板94に装着された他方の配管接続体98か
ら、再びスタック9内に流れ込む。この冷却用流体99
は、集電板91に隣接する単電池6が持つ、セパレータ
62に形成された他方の溝621Bにまず流入する。そ
うして、貫通穴614B,624Bを介してそれぞれの
単電池6が持つ他方の溝611B,621B中を分流し
て流れ、貫通穴613B,623B等を介して、加圧板
93に装着された他方の配管接続体98(図10中に
「出口」と付記してある。)からスタック9の外部に排
出されることになる。
に装着された一方の配管接続体98(図10中に「入
口」と付記してある。)等を介して、集電板91に隣接
する単電池6が持つ、セパレータ61に形成された一方
の溝611Bにまず流入する。そうして、貫通穴613
B,623Bを介してそれぞれの単電池6が持つ一方の
溝611B,621B中を分流して流れ、貫通穴614
B,624B等を介して、加圧板94に装着された一方
の配管接続体98からスタック9の外部にいったん流れ
出る。この流れ出た冷却用流体99は、配管97中を流
れて、加圧板94に装着された他方の配管接続体98か
ら、再びスタック9内に流れ込む。この冷却用流体99
は、集電板91に隣接する単電池6が持つ、セパレータ
62に形成された他方の溝621Bにまず流入する。そ
うして、貫通穴614B,624Bを介してそれぞれの
単電池6が持つ他方の溝611B,621B中を分流し
て流れ、貫通穴613B,623B等を介して、加圧板
93に装着された他方の配管接続体98(図10中に
「出口」と付記してある。)からスタック9の外部に排
出されることになる。
【0024】締付けボルト95は、加圧板93,94に
跨がって装着される六角ボルト等であり、それぞれの締
付けボルト95は、これ等と嵌め合わされる六角ナット
等と、安定した加圧力を与えるための皿ばね等と協同し
て、単電池6をその積層方向に加圧する。この締付けボ
ルト95が単電池6を加圧する加圧力は、燃料電池セル
7の見掛けの表面積あたりで、5〔kg/cm2〕内外程度で
あるのが一般である。
跨がって装着される六角ボルト等であり、それぞれの締
付けボルト95は、これ等と嵌め合わされる六角ナット
等と、安定した加圧力を与えるための皿ばね等と協同し
て、単電池6をその積層方向に加圧する。この締付けボ
ルト95が単電池6を加圧する加圧力は、燃料電池セル
7の見掛けの表面積あたりで、5〔kg/cm2〕内外程度で
あるのが一般である。
【0025】このように構成されたスタック9におい
て、反応ガスは、それぞれのセパレータ61,62に形
成されたガス通流用の溝611A,621A中を、図9
(a)中に矢印で示したごとく、重力方向に対して上側
から,重力方向に対して下側に向かって流れる。しか
も、反応ガスは、複数個有る単電池6に関してはそれぞ
れ並列に供給されることになる。そうして、燃料電池セ
ル7に使用されているPE膜7Cは、前述したとうりに
飽和に含水させることにより良好なプロトン導電性電解
質として機能する膜であるので、反応ガスは、適度の値
の湿度状態に加湿・調整されてスタック9に供給されて
いる。
て、反応ガスは、それぞれのセパレータ61,62に形
成されたガス通流用の溝611A,621A中を、図9
(a)中に矢印で示したごとく、重力方向に対して上側
から,重力方向に対して下側に向かって流れる。しか
も、反応ガスは、複数個有る単電池6に関してはそれぞ
れ並列に供給されることになる。そうして、燃料電池セ
ル7に使用されているPE膜7Cは、前述したとうりに
飽和に含水させることにより良好なプロトン導電性電解
質として機能する膜であるので、反応ガスは、適度の値
の湿度状態に加湿・調整されてスタック9に供給されて
いる。
【0026】単電池6が持つ燃料電池セル7で発生する
前記した熱を除去するためにスタック9に供給されるの
が、例えば、市水である冷却用流体99である。単電池
6では、この冷却用流体99が、セパレータ61,62
に形成されたそれぞれの溝611B,621B中を図1
0等を用いて既に説明したように通流することで、燃料
電池セル7は、セパレータ61,62を介して冷却され
る。燃料電池セル7は、これにより、70〔℃〕から8
0〔℃〕程度の温度条件で運転されるのが一般である。
前記した熱を除去するためにスタック9に供給されるの
が、例えば、市水である冷却用流体99である。単電池
6では、この冷却用流体99が、セパレータ61,62
に形成されたそれぞれの溝611B,621B中を図1
0等を用いて既に説明したように通流することで、燃料
電池セル7は、セパレータ61,62を介して冷却され
る。燃料電池セル7は、これにより、70〔℃〕から8
0〔℃〕程度の温度条件で運転されるのが一般である。
【0027】なお、セパレータに設けられる溝611
B,621Bの個数は、例えば、1個の燃料電池セル7
で発生される直流電力値等の多少に対応させて、適宜の
個数が選択されるものであり、従って、セパレータに
は、溝611B,621Bを、それぞれ4個備えるもの
も知られている。図11は、このようなセパレータを備
えた単位燃料電池を用いる、異なる従来例の固体高分子
電解質型燃料電池を模式的に示した要部の構成を示す上
面図ある。また、図12は、図11において用いられて
いるセパレータを図11におけるQ矢方向から見た図で
ある。図11,図12において、図6〜図8に示した一
般例の固体高分子電解質型燃料電池用の単位燃料電池,
および図9に示した従来例の固体高分子電解質型燃料電
池と、同一部分には同じ符号を付してその説明を省略す
る。なお、図11中には、図6〜図9,図12で付した
符号については、代表的な符号のみを記した。
B,621Bの個数は、例えば、1個の燃料電池セル7
で発生される直流電力値等の多少に対応させて、適宜の
個数が選択されるものであり、従って、セパレータに
は、溝611B,621Bを、それぞれ4個備えるもの
も知られている。図11は、このようなセパレータを備
えた単位燃料電池を用いる、異なる従来例の固体高分子
電解質型燃料電池を模式的に示した要部の構成を示す上
面図ある。また、図12は、図11において用いられて
いるセパレータを図11におけるQ矢方向から見た図で
ある。図11,図12において、図6〜図8に示した一
般例の固体高分子電解質型燃料電池用の単位燃料電池,
および図9に示した従来例の固体高分子電解質型燃料電
池と、同一部分には同じ符号を付してその説明を省略す
る。なお、図11中には、図6〜図9,図12で付した
符号については、代表的な符号のみを記した。
【0028】図11,図12において、9Aは、図9に
示した従来例のスタック9に対して、単位燃料電池6、
集電板91、電気絶縁板92および加圧板93,94に
替えて単位燃料電池(以降、単電池と略称することがあ
る。)6A、集電板91A、電気絶縁板92Aおよび加
圧板93A,94Aを用いるようにした固体高分子電解
質型燃料電池(以降、スタックと略称することがあ
る。)である。単電池6Aは、図6〜図8に示した単電
池6に対して、セパレータ61,62、燃料電池セル7
に替えてセパレータ61A,62A、燃料電池セル8を
用いるようにしている。セパレータ61Aとセパレータ
62Aは、セパレータ61,セパレータ62に対して、
それぞれ、溝611B,621Bを4個備えていること
が相異している。なお、これ等の溝611B,621B
のそれぞれを区分する場合には、図12中に溝621B
について例示したごとく、符号611Bまたは621B
に(A)・・・(D) のサフィックスを付すことにする。
示した従来例のスタック9に対して、単位燃料電池6、
集電板91、電気絶縁板92および加圧板93,94に
替えて単位燃料電池(以降、単電池と略称することがあ
る。)6A、集電板91A、電気絶縁板92Aおよび加
圧板93A,94Aを用いるようにした固体高分子電解
質型燃料電池(以降、スタックと略称することがあ
る。)である。単電池6Aは、図6〜図8に示した単電
池6に対して、セパレータ61,62、燃料電池セル7
に替えてセパレータ61A,62A、燃料電池セル8を
用いるようにしている。セパレータ61Aとセパレータ
62Aは、セパレータ61,セパレータ62に対して、
それぞれ、溝611B,621Bを4個備えていること
が相異している。なお、これ等の溝611B,621B
のそれぞれを区分する場合には、図12中に溝621B
について例示したごとく、符号611Bまたは621B
に(A)・・・(D) のサフィックスを付すことにする。
【0029】また、燃料電池セル8は燃料電池セル7に
対して、図示しないPE膜に形成される貫通穴72を溝
611B,621Bの個数と同数の4対(従って、合計
8個である。)備えていることが相異している。図11
中に示すように、加圧板93A,94Aは、加圧板9
3,94に対して、それぞれ配管接続体98を4個備え
ている。また、加圧板93A、集電板91A、電気絶縁
板92Aは、加圧板93、集電板91、電気絶縁板92
に対して、セパレータ61Aが備えているそれぞれの貫
通穴613Bと対向する部位に、また、加圧板94A、
集電板91A、電気絶縁板92Aは、加圧板94、集電
板91、電気絶縁板92に対して、セパレータ62Aが
備えているそれぞれの貫通穴624Bと対向する部位
に、それぞれ図示しない貫通穴が形成されていることが
相異している。
対して、図示しないPE膜に形成される貫通穴72を溝
611B,621Bの個数と同数の4対(従って、合計
8個である。)備えていることが相異している。図11
中に示すように、加圧板93A,94Aは、加圧板9
3,94に対して、それぞれ配管接続体98を4個備え
ている。また、加圧板93A、集電板91A、電気絶縁
板92Aは、加圧板93、集電板91、電気絶縁板92
に対して、セパレータ61Aが備えているそれぞれの貫
通穴613Bと対向する部位に、また、加圧板94A、
集電板91A、電気絶縁板92Aは、加圧板94、集電
板91、電気絶縁板92に対して、セパレータ62Aが
備えているそれぞれの貫通穴624Bと対向する部位
に、それぞれ図示しない貫通穴が形成されていることが
相異している。
【0030】このため、スタック9Aにおける冷却用流
体99の通流経路は、基本的には、図10等を用いて説
明済のスタック9における冷却用流体99の通流経路と
同様である。スタック9Aにおける冷却用流体99は、
その主要な経路を図11中に一点鎖線と矢印とを用いて
例示した経路で、スタック9A内を通流する。すなわ
ち、冷却用流体99は、加圧板93Aに装着されている
配管接続体98(図11中に「入口」と付記してあ
る。)からスタック9Aに流入する。そうして、溝61
1BA に形成されている貫通穴613Bと対向する部位
に形成されている加圧板93A,集電板91A,電気絶
縁板92Aのそれぞれの貫通穴を介して単電池の積層体
に流入し、溝611BA ,621BA に関連する貫通穴
613B,72,623B中を通流しつつ、それぞれの
単電池6Aが持つ溝611BA ,621BA 中を分流し
て流れる。そうして、溝611BA ,621BA に関連
する貫通穴614B,72,624B、および、溝62
1BA に形成されている貫通穴624Bと対向する部位
に形成されている集電板91A,電気絶縁板92A,加
圧板94Aのそれぞれの貫通穴を介して、加圧板94A
に装着された配管接続体98からスタック9の外部にい
ったん流れ出る。
体99の通流経路は、基本的には、図10等を用いて説
明済のスタック9における冷却用流体99の通流経路と
同様である。スタック9Aにおける冷却用流体99は、
その主要な経路を図11中に一点鎖線と矢印とを用いて
例示した経路で、スタック9A内を通流する。すなわ
ち、冷却用流体99は、加圧板93Aに装着されている
配管接続体98(図11中に「入口」と付記してあ
る。)からスタック9Aに流入する。そうして、溝61
1BA に形成されている貫通穴613Bと対向する部位
に形成されている加圧板93A,集電板91A,電気絶
縁板92Aのそれぞれの貫通穴を介して単電池の積層体
に流入し、溝611BA ,621BA に関連する貫通穴
613B,72,623B中を通流しつつ、それぞれの
単電池6Aが持つ溝611BA ,621BA 中を分流し
て流れる。そうして、溝611BA ,621BA に関連
する貫通穴614B,72,624B、および、溝62
1BA に形成されている貫通穴624Bと対向する部位
に形成されている集電板91A,電気絶縁板92A,加
圧板94Aのそれぞれの貫通穴を介して、加圧板94A
に装着された配管接続体98からスタック9の外部にい
ったん流れ出る。
【0031】この流れ出た冷却用流体99は、配管97
中を流れて、加圧板94Aに装着された配管接続体98
から、再びスタック9Aに流れ込む。この冷却用流体9
9は、集電板91Aに隣接する単電池6Aが持つ、セパ
レータ62Aに形成された溝621BB にまず流入す
る。そうして、溝611BB ,621BB に関連する貫
通穴614B,72,624Bを介してそれぞれの単電
池6Aが持つ溝611B B ,621BB 中を分流して流
れ、溝611BB ,621BB に関連する貫通穴613
B,72,623B、および、溝611BB に形成され
ている貫通穴613Bと対向する部位に形成されている
集電板91A,電気絶縁板92A,加圧板93Aのそれ
ぞれの貫通穴を介し、加圧板93Aに装着された配管接
続体98からスタック9の外部に流れ出る。以降、この
手順を繰り返し、最終的には、溝611BD ,621B
D に関連する貫通穴613B,72,623B、およ
び、溝611BB に形成されている貫通穴613Bと対
向する部位に形成されている集電板91A,電気絶縁板
92A,加圧板93Aのそれぞれの貫通穴を介し、加圧
板93Aに装着された配管接続体98(図11中に「出
口」と付記してある。)からスタック9の外部に排出さ
れることになる。
中を流れて、加圧板94Aに装着された配管接続体98
から、再びスタック9Aに流れ込む。この冷却用流体9
9は、集電板91Aに隣接する単電池6Aが持つ、セパ
レータ62Aに形成された溝621BB にまず流入す
る。そうして、溝611BB ,621BB に関連する貫
通穴614B,72,624Bを介してそれぞれの単電
池6Aが持つ溝611B B ,621BB 中を分流して流
れ、溝611BB ,621BB に関連する貫通穴613
B,72,623B、および、溝611BB に形成され
ている貫通穴613Bと対向する部位に形成されている
集電板91A,電気絶縁板92A,加圧板93Aのそれ
ぞれの貫通穴を介し、加圧板93Aに装着された配管接
続体98からスタック9の外部に流れ出る。以降、この
手順を繰り返し、最終的には、溝611BD ,621B
D に関連する貫通穴613B,72,623B、およ
び、溝611BB に形成されている貫通穴613Bと対
向する部位に形成されている集電板91A,電気絶縁板
92A,加圧板93Aのそれぞれの貫通穴を介し、加圧
板93Aに装着された配管接続体98(図11中に「出
口」と付記してある。)からスタック9の外部に排出さ
れることになる。
【0032】なおまた、単電池として、冷却用流体99
を通流させる溝が備えられていないセパレータを用い、
その代わりに、専用の冷却体を備えたスタックも知られ
ている。この場合には、冷却体には適宜の配管を介して
冷却用流体99の供給を行うことが一般である。
を通流させる溝が備えられていないセパレータを用い、
その代わりに、専用の冷却体を備えたスタックも知られ
ている。この場合には、冷却体には適宜の配管を介して
冷却用流体99の供給を行うことが一般である。
【0033】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る固体高分子電解質型燃料電池においては、燃料電池セ
ル7等がセパレータ等を介して冷却用流体99により冷
却され、スタックの運転にとって適温に保持されること
で、直流発電の機能を十分に発揮するのであるが、次記
する問題が有る。すなわち、従来技術によるスタック
9,9A等においては、それぞれの単電池6,6A等が
持つ燃料電池セル7等の温度の、単電池6,6A等の積
層方向の分布が、図13に例示したように積層方向の中
央部で高く、かつ、積層方向の両端部で低いという事実
が有ることである。ここで図13は、従来例の固体高分
子電解質型燃料電池の単位燃料電池積層方向における、
各単位燃料電池が持つ燃料電池セルの面積方向における
中心部の温度分布の測定例を示すグラフである。
る固体高分子電解質型燃料電池においては、燃料電池セ
ル7等がセパレータ等を介して冷却用流体99により冷
却され、スタックの運転にとって適温に保持されること
で、直流発電の機能を十分に発揮するのであるが、次記
する問題が有る。すなわち、従来技術によるスタック
9,9A等においては、それぞれの単電池6,6A等が
持つ燃料電池セル7等の温度の、単電池6,6A等の積
層方向の分布が、図13に例示したように積層方向の中
央部で高く、かつ、積層方向の両端部で低いという事実
が有ることである。ここで図13は、従来例の固体高分
子電解質型燃料電池の単位燃料電池積層方向における、
各単位燃料電池が持つ燃料電池セルの面積方向における
中心部の温度分布の測定例を示すグラフである。
【0034】単電池積層方向における温度分布が一様で
はないことで高い温度となった燃料電池セル7,8等で
は、燃料電池セル7,8等に使用されているPE膜7C
等は水の蒸発が促進されるために乾燥する。他方、単電
池積層方向における温度分布が一様ではないことで低い
温度となった燃料電池セル7,8等では、燃料電池セル
7,8等に使用されている燃料電極7A,酸化剤電極7
B等では、水の蒸発量が低減されることで、その表面に
水分が凝結する度合いが高くなる。
はないことで高い温度となった燃料電池セル7,8等で
は、燃料電池セル7,8等に使用されているPE膜7C
等は水の蒸発が促進されるために乾燥する。他方、単電
池積層方向における温度分布が一様ではないことで低い
温度となった燃料電池セル7,8等では、燃料電池セル
7,8等に使用されている燃料電極7A,酸化剤電極7
B等では、水の蒸発量が低減されることで、その表面に
水分が凝結する度合いが高くなる。
【0035】乾燥したPE膜7C等は、前述したPE膜
が持つ特有の性質によりその抵抗率値が増大する。PE
膜の抵抗率値が増大すると、その結果、PE膜の電気抵
抗値が増大するので、燃料電池セル7,8等におけるジ
ュール損失が増大し、その発電効率は低下することにな
る。また、表面が水で覆われた燃料電極7A,酸化剤電
極7B等では、この水が電極中に含浸して反応ガスの電
極中における拡散を阻害することで、その発電性能が低
下することになるのである。
が持つ特有の性質によりその抵抗率値が増大する。PE
膜の抵抗率値が増大すると、その結果、PE膜の電気抵
抗値が増大するので、燃料電池セル7,8等におけるジ
ュール損失が増大し、その発電効率は低下することにな
る。また、表面が水で覆われた燃料電極7A,酸化剤電
極7B等では、この水が電極中に含浸して反応ガスの電
極中における拡散を阻害することで、その発電性能が低
下することになるのである。
【0036】これ等のスタックの性能の低下をもたらす
単電池の積層方向における温度分布の不均一性は、スタ
ック9,9A等における単電池の積層方向の両端部に
は、集電板91,91A、加圧板93,93A、加圧板
94,94A等が装着されていること、単電池として冷
却用流体99を通流させる溝が備えられているセパレー
タを用いる単電池が採用されている場合には、スタック
の両端部に配設された単電池が持つ集電板側のセパレー
タに形成された冷却部は、冷却対象の燃料電池セルとし
て、1個の燃料電池セルしか持たないこと等に起因して
いる。すなわち、集電板91,91Aに用いられている
銅材等の導電材は熱の良導体でもある。また、加圧板9
3,93A,94,94Aは、機械的強度を考慮して鉄
材等の金属材が用いられるが、これ等の金属材も熱の良
導体である。これ等の熱良導体の存在は、この部位から
の熱放散量を増大させることになるので、スタック9,
9A等の両端部の温度が低下するのである。また、1個
の燃料電池セルしか冷却しないセパレータで片側を冷却
される両端部に配設された単電池が持つ燃料電池セルで
は、他の部位に配設された燃料電池セルと比較して、冷
却される度合いが大きくなることで、これ等の燃料電池
セルの温度が低下するのである。
単電池の積層方向における温度分布の不均一性は、スタ
ック9,9A等における単電池の積層方向の両端部に
は、集電板91,91A、加圧板93,93A、加圧板
94,94A等が装着されていること、単電池として冷
却用流体99を通流させる溝が備えられているセパレー
タを用いる単電池が採用されている場合には、スタック
の両端部に配設された単電池が持つ集電板側のセパレー
タに形成された冷却部は、冷却対象の燃料電池セルとし
て、1個の燃料電池セルしか持たないこと等に起因して
いる。すなわち、集電板91,91Aに用いられている
銅材等の導電材は熱の良導体でもある。また、加圧板9
3,93A,94,94Aは、機械的強度を考慮して鉄
材等の金属材が用いられるが、これ等の金属材も熱の良
導体である。これ等の熱良導体の存在は、この部位から
の熱放散量を増大させることになるので、スタック9,
9A等の両端部の温度が低下するのである。また、1個
の燃料電池セルしか冷却しないセパレータで片側を冷却
される両端部に配設された単電池が持つ燃料電池セルで
は、他の部位に配設された燃料電池セルと比較して、冷
却される度合いが大きくなることで、これ等の燃料電池
セルの温度が低下するのである。
【0037】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、単位燃料電池の積
層方向における温度の分布の均一化が容易な、固体高分
子電解質型燃料電池を提供することにある。
みなされたものであり、その目的は、単位燃料電池の積
層方向における温度の分布の均一化が容易な、固体高分
子電解質型燃料電池を提供することにある。
【0038】
【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 1)燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主面のそれ
ぞれに対向させて配置されて,燃料電池セルに燃料ガス
または酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝が形成さ
れている1対のセパレータ、を持つ単位燃料電池を複数
個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレータの反
ガス通流溝側の側面を,互いに隣り合う単位燃料電池が
有するセパレータの反ガス通流溝側の側面に対向させ
て,隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単位燃料
電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の積層体
の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側面に当
接された導電材製の集電板と、これ等の集電板の,少な
くとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置する集電
板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶縁板と、
これ等の電気絶縁板の,少なくとも単位燃料電池の積層
体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に当接さ
れ,単位燃料電池の積層体,集電板,電気絶縁板をこれ
等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板と、燃料
電池セルで発生した熱を除去する冷却用流体を供給する
部位および排出する部位に設置された冷却用流体用の配
管接続体とを備え、燃料電池セルで発生した熱を除去す
る冷却用流体は、冷却用流体の供給側用の配管接続体を
介して単位燃料電池の積層体の外部から供給され,単位
燃料電池を冷却した後,冷却用流体の排出側用の配管接
続体を介して単位燃料電池の積層体の外部に排出される
ものである、固体高分子電解質型燃料電池において、単
位燃料電池の積層体の少なくとも両端末に位置するセパ
レータの外側面に当接されている集電板の部位に、固体
高分子電解質型燃料電池が出力する電流によって加熱さ
れる発熱体が形成されてなる構成とすること、または、 2)前記1項に記載の手段において、集電板の部位に形
成される発熱体は、単位燃料電池の積層体と集電板との
間に挟挿される薄板状で抵抗材料製の発熱体である構成
とすること、または、 3)前記1項に記載の手段において、集電板の部位に形
成される発熱体は、抵抗材料製の集電板である構成とす
ること、または、 4)燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主面のそれ
ぞれに対向させて配置されて,燃料電池セルに燃料ガス
または酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝が形成さ
れている1対のセパレータ、を持つ単位燃料電池を複数
個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレータの反
ガス通流溝側の側面を,互いに隣り合う単位燃料電池が
有するセパレータの反ガス通流溝側の側面に対向させ
て,隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単位燃料
電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の積層体
の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側面に当
接された導電材製の集電板と、これ等の集電板の,少な
くとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置する集電
板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶縁板と、
これ等の電気絶縁板の,少なくとも単位燃料電池の積層
体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に当接さ
れ,単位燃料電池の積層体,集電板,電気絶縁板をこれ
等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板と、燃料
電池セルで発生した熱を除去する冷却用流体を供給する
部位および排出する部位に設置された冷却用流体用の配
管接続体とを備え、燃料電池セルで発生した熱を除去す
る冷却用流体は、冷却用流体の供給側用の配管接続体を
介して単位燃料電池の積層体の外部から供給され,単位
燃料電池を冷却した後,冷却用流体の排出側用の配管接
続体を介して単位燃料電池の積層体の外部に排出される
ものである、固体高分子電解質型燃料電池において、集
電板は、単位燃料電池を冷却することで温度が上昇した
冷却用流体で加熱される加熱部を備える構成とするこ
と、さらにまたは、 5)前記4項に記載の手段において、集電板が備える加
熱部は、集電板内に形成され,単位燃料電池を冷却する
ことで温度が上昇した冷却用流体を通流させる冷却用流
体用の通流路である構成とすること、により達成され
る。
は、 1)燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主面のそれ
ぞれに対向させて配置されて,燃料電池セルに燃料ガス
または酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝が形成さ
れている1対のセパレータ、を持つ単位燃料電池を複数
個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレータの反
ガス通流溝側の側面を,互いに隣り合う単位燃料電池が
有するセパレータの反ガス通流溝側の側面に対向させ
て,隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単位燃料
電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の積層体
の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側面に当
接された導電材製の集電板と、これ等の集電板の,少な
くとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置する集電
板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶縁板と、
これ等の電気絶縁板の,少なくとも単位燃料電池の積層
体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に当接さ
れ,単位燃料電池の積層体,集電板,電気絶縁板をこれ
等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板と、燃料
電池セルで発生した熱を除去する冷却用流体を供給する
部位および排出する部位に設置された冷却用流体用の配
管接続体とを備え、燃料電池セルで発生した熱を除去す
る冷却用流体は、冷却用流体の供給側用の配管接続体を
介して単位燃料電池の積層体の外部から供給され,単位
燃料電池を冷却した後,冷却用流体の排出側用の配管接
続体を介して単位燃料電池の積層体の外部に排出される
ものである、固体高分子電解質型燃料電池において、単
位燃料電池の積層体の少なくとも両端末に位置するセパ
レータの外側面に当接されている集電板の部位に、固体
高分子電解質型燃料電池が出力する電流によって加熱さ
れる発熱体が形成されてなる構成とすること、または、 2)前記1項に記載の手段において、集電板の部位に形
成される発熱体は、単位燃料電池の積層体と集電板との
間に挟挿される薄板状で抵抗材料製の発熱体である構成
とすること、または、 3)前記1項に記載の手段において、集電板の部位に形
成される発熱体は、抵抗材料製の集電板である構成とす
ること、または、 4)燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主面のそれ
ぞれに対向させて配置されて,燃料電池セルに燃料ガス
または酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝が形成さ
れている1対のセパレータ、を持つ単位燃料電池を複数
個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレータの反
ガス通流溝側の側面を,互いに隣り合う単位燃料電池が
有するセパレータの反ガス通流溝側の側面に対向させ
て,隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単位燃料
電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の積層体
の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側面に当
接された導電材製の集電板と、これ等の集電板の,少な
くとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置する集電
板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶縁板と、
これ等の電気絶縁板の,少なくとも単位燃料電池の積層
体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に当接さ
れ,単位燃料電池の積層体,集電板,電気絶縁板をこれ
等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板と、燃料
電池セルで発生した熱を除去する冷却用流体を供給する
部位および排出する部位に設置された冷却用流体用の配
管接続体とを備え、燃料電池セルで発生した熱を除去す
る冷却用流体は、冷却用流体の供給側用の配管接続体を
介して単位燃料電池の積層体の外部から供給され,単位
燃料電池を冷却した後,冷却用流体の排出側用の配管接
続体を介して単位燃料電池の積層体の外部に排出される
ものである、固体高分子電解質型燃料電池において、集
電板は、単位燃料電池を冷却することで温度が上昇した
冷却用流体で加熱される加熱部を備える構成とするこ
と、さらにまたは、 5)前記4項に記載の手段において、集電板が備える加
熱部は、集電板内に形成され,単位燃料電池を冷却する
ことで温度が上昇した冷却用流体を通流させる冷却用流
体用の通流路である構成とすること、により達成され
る。
【0039】
【作用】この発明においては、固体高分子電解質型燃料
電池(スタック)において、 (1)単位燃料電池(単電池)の積層体の少なくとも両
端末に位置するセパレータの外側面に当接されている集
電板の部位に、例えば、単電池の積層体と集電板との間
に挟挿される薄板状で抵抗材料製の発熱体等の、スタッ
クが出力する電流によって加熱される発熱体が形成され
てなる構成とすることにより、発熱体には、スタックか
ら出力される電流が通流されることになり、このため発
熱体には、発熱体が持つ電気抵抗値と,発熱体に通流さ
れる電流値の二乗値との積に比例する値のジュール熱が
発生する。この発熱体で発生されるジュール熱の値を、
スタックの単電池の積層方向の端部から放散される熱量
に見合った値にする等のことにより、単電池の積層方向
における温度の分布の均一化を図ることが可能となる。
電池(スタック)において、 (1)単位燃料電池(単電池)の積層体の少なくとも両
端末に位置するセパレータの外側面に当接されている集
電板の部位に、例えば、単電池の積層体と集電板との間
に挟挿される薄板状で抵抗材料製の発熱体等の、スタッ
クが出力する電流によって加熱される発熱体が形成され
てなる構成とすることにより、発熱体には、スタックか
ら出力される電流が通流されることになり、このため発
熱体には、発熱体が持つ電気抵抗値と,発熱体に通流さ
れる電流値の二乗値との積に比例する値のジュール熱が
発生する。この発熱体で発生されるジュール熱の値を、
スタックの単電池の積層方向の端部から放散される熱量
に見合った値にする等のことにより、単電池の積層方向
における温度の分布の均一化を図ることが可能となる。
【0040】(2)前記(1)項において、集電板の部
位に形成される発熱体を、抵抗材料製の集電板である構
成とすることにより、集電板にはスタックから出力され
る電流が通流されるのであるから、集電板には、集電板
が持つ電気抵抗値と,集電板に通流される電流値の二乗
値との積に比例する値のジュール熱が発生する。この集
電板から発生されるジュール熱の値を、スタックの単電
池の積層方向の端部から放散される熱量に見合った値に
する等のことにより、前記(1)項の場合と同様に、単
電池の積層方向における温度の分布の均一化を図ること
が可能となる。 (3)この発明は、スタックを冷却する冷却用液体が、
スタックを冷却することで温度上昇し、その温度上昇値
が従来例のスタックの場合で10〔℃〕程度存在するこ
とに着目したものである。すなわち、集電板は、単電池
を冷却することで温度が上昇した冷却用流体で加熱され
る、例えば、集電板内に形成され,単電池を冷却するこ
とで温度が上昇した冷却用流体を通流させる冷却用流体
用の通流路である等の、加熱部を備える構成とすること
により、集電板は、加熱部を介して温度が上昇した冷却
用流体により積極的に加熱されることになる。この温度
が上昇した冷却用流体により加熱される集電板の加熱量
を、スタックの単電池の積層方向の端部から放散される
熱量に見合った値にする等のことにより、単電池の積層
方向における温度の分布の均一化を図ることが可能とな
る。
位に形成される発熱体を、抵抗材料製の集電板である構
成とすることにより、集電板にはスタックから出力され
る電流が通流されるのであるから、集電板には、集電板
が持つ電気抵抗値と,集電板に通流される電流値の二乗
値との積に比例する値のジュール熱が発生する。この集
電板から発生されるジュール熱の値を、スタックの単電
池の積層方向の端部から放散される熱量に見合った値に
する等のことにより、前記(1)項の場合と同様に、単
電池の積層方向における温度の分布の均一化を図ること
が可能となる。 (3)この発明は、スタックを冷却する冷却用液体が、
スタックを冷却することで温度上昇し、その温度上昇値
が従来例のスタックの場合で10〔℃〕程度存在するこ
とに着目したものである。すなわち、集電板は、単電池
を冷却することで温度が上昇した冷却用流体で加熱され
る、例えば、集電板内に形成され,単電池を冷却するこ
とで温度が上昇した冷却用流体を通流させる冷却用流体
用の通流路である等の、加熱部を備える構成とすること
により、集電板は、加熱部を介して温度が上昇した冷却
用流体により積極的に加熱されることになる。この温度
が上昇した冷却用流体により加熱される集電板の加熱量
を、スタックの単電池の積層方向の端部から放散される
熱量に見合った値にする等のことにより、単電池の積層
方向における温度の分布の均一化を図ることが可能とな
る。
【0041】
【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例1;図1は、請求項1,2に対応するこの発明の
一実施例による固体高分子電解質型燃料電池の要部の構
成を模式的に示したその上面図である。図1において、
図9等に示した従来例による固体高分子電解質型燃料電
池と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略す
る。なお、図1中には、図6〜図10で付した符号につ
いては、代表的な符号のみを記した。図1において、1
は、図9等に示した従来例による固体高分子電解質型燃
料電池9に対して、それぞれの集電板91と、この集電
板91に隣り合う単電池6との間に、薄板状の発熱体2
が挟挿されてなる固体高分子電解質型燃料電池(以降、
スタックと略称することがある。)である。発熱体2
は、電熱用合金材(その体積抵抗率値は、1.0〜1.
5〔μΩm〕程度である。)等の抵抗材料製の薄板を、
燃料電極7A,酸化剤電極7Bが持つ面積方向寸法と同
等の面積に形成したものであり、発熱体2の厚さは、ス
タック1から出力される電流によって発熱体2に発生す
るジュール熱の値が、スタック1の積層方向の端部から
放散される熱量に見合った値になるように定められるこ
とが好ましい。
に説明する。 実施例1;図1は、請求項1,2に対応するこの発明の
一実施例による固体高分子電解質型燃料電池の要部の構
成を模式的に示したその上面図である。図1において、
図9等に示した従来例による固体高分子電解質型燃料電
池と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略す
る。なお、図1中には、図6〜図10で付した符号につ
いては、代表的な符号のみを記した。図1において、1
は、図9等に示した従来例による固体高分子電解質型燃
料電池9に対して、それぞれの集電板91と、この集電
板91に隣り合う単電池6との間に、薄板状の発熱体2
が挟挿されてなる固体高分子電解質型燃料電池(以降、
スタックと略称することがある。)である。発熱体2
は、電熱用合金材(その体積抵抗率値は、1.0〜1.
5〔μΩm〕程度である。)等の抵抗材料製の薄板を、
燃料電極7A,酸化剤電極7Bが持つ面積方向寸法と同
等の面積に形成したものであり、発熱体2の厚さは、ス
タック1から出力される電流によって発熱体2に発生す
るジュール熱の値が、スタック1の積層方向の端部から
放散される熱量に見合った値になるように定められるこ
とが好ましい。
【0042】図1に示す実施例では前述の構成としたの
で、それぞれの発熱体2には、スタック1から出力され
る電流が、その厚さ方向に通流されることになる。この
ため発熱体2には、発熱体2が持つ電気抵抗値と,スタ
ック1から出力される電流値の二乗値との積に比例する
値のジュール熱が発生し、発熱体2は電気発熱体として
機能する。発熱体2から発生されるこのジュール熱の値
は、発熱体2が持つ前記した電気抵抗値から、スタック
1の単電池6の積層方向の端部から放散される熱量にほ
ぼ見合った値であるので、スタック1の単電池6の積層
方向の端部から放散される熱量と、それぞれの発熱体2
で発生されるジュール熱の値とは、ほぼ相殺されること
になる。従って、スタック1においては、それぞれの単
電池6が持つ燃料電池セル7の温度は、単電池6の積層
方向においてほぼ同一値にすることが可能となるのであ
る。そうして、スタック1内を通流するスタック1の出
力電流を利用できることで、単電池6の積層方向におけ
る温度分布を均一化するための電気発熱体用の電源を別
途準備する必要が無いという利点も有るのである。
で、それぞれの発熱体2には、スタック1から出力され
る電流が、その厚さ方向に通流されることになる。この
ため発熱体2には、発熱体2が持つ電気抵抗値と,スタ
ック1から出力される電流値の二乗値との積に比例する
値のジュール熱が発生し、発熱体2は電気発熱体として
機能する。発熱体2から発生されるこのジュール熱の値
は、発熱体2が持つ前記した電気抵抗値から、スタック
1の単電池6の積層方向の端部から放散される熱量にほ
ぼ見合った値であるので、スタック1の単電池6の積層
方向の端部から放散される熱量と、それぞれの発熱体2
で発生されるジュール熱の値とは、ほぼ相殺されること
になる。従って、スタック1においては、それぞれの単
電池6が持つ燃料電池セル7の温度は、単電池6の積層
方向においてほぼ同一値にすることが可能となるのであ
る。そうして、スタック1内を通流するスタック1の出
力電流を利用できることで、単電池6の積層方向におけ
る温度分布を均一化するための電気発熱体用の電源を別
途準備する必要が無いという利点も有るのである。
【0043】実施例2;図2は、請求項1,3に対応す
るこの発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電
池の要部の構成を模式的に示したその上面図である。図
2において、図9等に示した従来例による固体高分子電
解質型燃料電池と同一部分には同じ符号を付し、その説
明を省略する。なお、図2中には、図6〜図10で付し
た符号については、代表的な符号のみを記した。図2に
おいて、1Aは、図9等に示した従来例による固体高分
子電解質型燃料電池9に対して、集電板91に替えて集
電板3を用いるようにした固体高分子電解質型燃料電池
(以降、スタックと略称することがある。)である。集
電板3は、電熱用合金材(その体積抵抗率値は、1.0
〜1.5〔μΩm〕程度である。)等の抵抗材料を用い
て製作されている。集電板3の電気抵抗値は、スタック
1Aから出力される電流によって集電板3に発生するジ
ュール熱の値が、スタック1Aの積層方向の端部から放
散される熱量に見合った値になるように定められること
が好ましい。
るこの発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電
池の要部の構成を模式的に示したその上面図である。図
2において、図9等に示した従来例による固体高分子電
解質型燃料電池と同一部分には同じ符号を付し、その説
明を省略する。なお、図2中には、図6〜図10で付し
た符号については、代表的な符号のみを記した。図2に
おいて、1Aは、図9等に示した従来例による固体高分
子電解質型燃料電池9に対して、集電板91に替えて集
電板3を用いるようにした固体高分子電解質型燃料電池
(以降、スタックと略称することがある。)である。集
電板3は、電熱用合金材(その体積抵抗率値は、1.0
〜1.5〔μΩm〕程度である。)等の抵抗材料を用い
て製作されている。集電板3の電気抵抗値は、スタック
1Aから出力される電流によって集電板3に発生するジ
ュール熱の値が、スタック1Aの積層方向の端部から放
散される熱量に見合った値になるように定められること
が好ましい。
【0044】図2に示す実施例では前述の構成としたの
で、それぞれの集電板3には、スタック1Aから出力さ
れる電流が通流されることになる。このため集電板3に
は、集電板3が持つ電気抵抗値と,スタック1Aから出
力される電流値の二乗値との積に比例する値のジュール
熱が発生し、集電板3は電気発熱体としても機能する。
集電板3から発生されるこのジュール熱の値は、集電板
3が持つ前記した電気抵抗値から、スタック1Aの単電
池6の積層方向の端部から放散される熱量にほぼ見合っ
た値であるので、スタック1Aの単電池6の積層方向の
端部から放散される熱量と、それぞれの集電板3で発生
されるジュール熱の値とは、ほぼ相殺されることにな
る。従って、スタック1Aにおいては、それぞれの単電
池6が持つ燃料電池セル7の温度は、単電池6の積層方
向においてほぼ同一値にすることが可能となるのであ
る。そうして、実施例2によるスタック1Aは、実施例
1によるスタック1と比較して、発熱体2が不要である
ので部品点数を増加することが無く、単電池6の積層方
向における温度分布を均一化を図ることが可能であると
の利点を有している。なお、スタック1Aも、スタック
1の場合と同様に、スタック1A内を通流するスタック
1Aの出力電流を利用できることで、単電池6の積層方
向における温度分布を均一化するための電気発熱体用の
電源を別途準備する必要が無いという利点を有してい
る。
で、それぞれの集電板3には、スタック1Aから出力さ
れる電流が通流されることになる。このため集電板3に
は、集電板3が持つ電気抵抗値と,スタック1Aから出
力される電流値の二乗値との積に比例する値のジュール
熱が発生し、集電板3は電気発熱体としても機能する。
集電板3から発生されるこのジュール熱の値は、集電板
3が持つ前記した電気抵抗値から、スタック1Aの単電
池6の積層方向の端部から放散される熱量にほぼ見合っ
た値であるので、スタック1Aの単電池6の積層方向の
端部から放散される熱量と、それぞれの集電板3で発生
されるジュール熱の値とは、ほぼ相殺されることにな
る。従って、スタック1Aにおいては、それぞれの単電
池6が持つ燃料電池セル7の温度は、単電池6の積層方
向においてほぼ同一値にすることが可能となるのであ
る。そうして、実施例2によるスタック1Aは、実施例
1によるスタック1と比較して、発熱体2が不要である
ので部品点数を増加することが無く、単電池6の積層方
向における温度分布を均一化を図ることが可能であると
の利点を有している。なお、スタック1Aも、スタック
1の場合と同様に、スタック1A内を通流するスタック
1Aの出力電流を利用できることで、単電池6の積層方
向における温度分布を均一化するための電気発熱体用の
電源を別途準備する必要が無いという利点を有してい
る。
【0045】実施例3;図3は、請求項4,5に対応す
るこの発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電
池の要部の構成を模式的に示したその上面図である。図
4は、図3中に示した一方の集電板の、(a)は一部破
断して図3におけるR矢方向から見た図であり、(b)
は図4(a)におけるA−A矢視図である。また図5
は、図3中に示した他方の集電板の、(a)は一部破断
して図3におけるS矢方向から見た図であり、(b)は
図5(a)におけるB−B矢視図である。図3におい
て、図11等に示した異なる従来例による固体高分子電
解質型燃料電池、および、図11中に示した異なる従来
例の固体高分子電解質型燃料電池に用いられている集電
板と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略す
る。なお、図3中には、図4〜図12で付した符号につ
いては、代表的な符号のみを記した。
るこの発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電
池の要部の構成を模式的に示したその上面図である。図
4は、図3中に示した一方の集電板の、(a)は一部破
断して図3におけるR矢方向から見た図であり、(b)
は図4(a)におけるA−A矢視図である。また図5
は、図3中に示した他方の集電板の、(a)は一部破断
して図3におけるS矢方向から見た図であり、(b)は
図5(a)におけるB−B矢視図である。図3におい
て、図11等に示した異なる従来例による固体高分子電
解質型燃料電池、および、図11中に示した異なる従来
例の固体高分子電解質型燃料電池に用いられている集電
板と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略す
る。なお、図3中には、図4〜図12で付した符号につ
いては、代表的な符号のみを記した。
【0046】図3において、1Bは、図11等に示した
従来例による固体高分子電解質型燃料電池9Aに対し
て、集電板91A、冷却用流体99の「入口」,「出
口」側の加圧板93A,電気絶縁板92Aに替えて、そ
れぞれ、集電板4,集電板5、および、加圧板93B,
電気絶縁板92Bを用いるようにした固体高分子電解質
型燃料電池(以降、スタックと略称することがある。)
である。集電板4は、集電板91Aに対して、セパレー
タ61Aが備えているそれぞれの貫通穴613Bと対向
する部位に形成されている貫通孔の内,冷却用流体99
の「出口」に連なる貫通孔に替えて有底孔42を備える
と共に、有底孔43と、加熱部である冷却用流体99の
通流路44を備えることが相異している。すなわち、集
電板4は、セパレータ61Aが持つ溝611Bに形成さ
れている貫通穴613Bと対向する部位に貫通穴41が
形成されている。この貫通穴41の内、貫通穴41A は
溝611BA に形成されている貫通穴613Bの、貫通
穴41B は溝611BB に形成されている貫通穴613
Bの、また、貫通穴41C は溝611BC に形成されて
いる貫通穴613Bの、それぞれと対向する部位に形成
されている。
従来例による固体高分子電解質型燃料電池9Aに対し
て、集電板91A、冷却用流体99の「入口」,「出
口」側の加圧板93A,電気絶縁板92Aに替えて、そ
れぞれ、集電板4,集電板5、および、加圧板93B,
電気絶縁板92Bを用いるようにした固体高分子電解質
型燃料電池(以降、スタックと略称することがある。)
である。集電板4は、集電板91Aに対して、セパレー
タ61Aが備えているそれぞれの貫通穴613Bと対向
する部位に形成されている貫通孔の内,冷却用流体99
の「出口」に連なる貫通孔に替えて有底孔42を備える
と共に、有底孔43と、加熱部である冷却用流体99の
通流路44を備えることが相異している。すなわち、集
電板4は、セパレータ61Aが持つ溝611Bに形成さ
れている貫通穴613Bと対向する部位に貫通穴41が
形成されている。この貫通穴41の内、貫通穴41A は
溝611BA に形成されている貫通穴613Bの、貫通
穴41B は溝611BB に形成されている貫通穴613
Bの、また、貫通穴41C は溝611BC に形成されて
いる貫通穴613Bの、それぞれと対向する部位に形成
されている。
【0047】45,45は、セパレータ61Aが備えて
いる貫通穴615A,616A中の、反応ガス流入側の
貫通穴615A,616Aに対向させて形成されている
貫通穴である。46は、スタック1Bの出力電流を取り
出すための端子部である。端子部46に形成されている
貫通穴47は、締付けボルト95を貫通させるために必
要に応じて備えられるものであり、貫通穴48は、出力
電流を取り出す図示しない接続体を装着するために必要
に応じて備えられるものである。有底孔42は、セパレ
ータ61Aと接触し合う側面4a側に開口されており、
有底孔43は、側面4aに対する反対側の側面側に開口
されている。両有底孔42,43を集電板4内で結ん
で、冷却用流体99の通流路44が図示のごとくに形成
されている。また、この有底孔42は、セパレータ61
Aが持つ溝611BD に形成されている貫通穴613B
と対向する部位に形成されている。
いる貫通穴615A,616A中の、反応ガス流入側の
貫通穴615A,616Aに対向させて形成されている
貫通穴である。46は、スタック1Bの出力電流を取り
出すための端子部である。端子部46に形成されている
貫通穴47は、締付けボルト95を貫通させるために必
要に応じて備えられるものであり、貫通穴48は、出力
電流を取り出す図示しない接続体を装着するために必要
に応じて備えられるものである。有底孔42は、セパレ
ータ61Aと接触し合う側面4a側に開口されており、
有底孔43は、側面4aに対する反対側の側面側に開口
されている。両有底孔42,43を集電板4内で結ん
で、冷却用流体99の通流路44が図示のごとくに形成
されている。また、この有底孔42は、セパレータ61
Aが持つ溝611BD に形成されている貫通穴613B
と対向する部位に形成されている。
【0048】集電板5は、集電板91Aに対して、セパ
レータ62Aが備えているそれぞれの貫通穴624Bと
対向する部位に形成されている貫通孔の内、セパレータ
62Aが持つ溝621BC に連なる貫通孔に替えて有底
孔52を、セパレータ62Aが持つ溝621BD に連な
る貫通孔に替えて有底孔53を備えると共に、加熱部で
ある冷却用流体99の通流路54を備えることが相異し
ている。すなわち、集電板5は、セパレータ62Aが持
つ溝621Bに形成されている貫通穴624Bと対向す
る部位に貫通穴51が形成されている。この貫通穴51
の内、貫通穴51A は溝621BA に形成されている貫
通穴624B、また、貫通穴51B は溝621BB に形
成されている貫通穴624B、それぞれと対向する部位
に形成されている。55,55は、セパレータ62Aが
備えている貫通穴625A,626A中の、反応ガス流
出側の貫通穴625A,626Aに対向させて形成され
ている貫通穴である。56は、集電板4が持つ端子部4
6と同様の、スタック1Bの出力電流を取り出すための
端子部である。端子部56に形成されている貫通穴57
は、締付けボルト95を貫通させるために必要に応じて
備えられるものであり、貫通穴58は、出力電流を取り
出す図示しない接続体を装着するために必要に応じて備
えられるものである。有底孔52と有底孔53は共に、
セパレータ62Aと接触し合う側面5a側に開口されて
おり、両有底孔52,53を集電板5内で結んで、冷却
用流体99の通流路54が図示のごとくに形成されてい
る。
レータ62Aが備えているそれぞれの貫通穴624Bと
対向する部位に形成されている貫通孔の内、セパレータ
62Aが持つ溝621BC に連なる貫通孔に替えて有底
孔52を、セパレータ62Aが持つ溝621BD に連な
る貫通孔に替えて有底孔53を備えると共に、加熱部で
ある冷却用流体99の通流路54を備えることが相異し
ている。すなわち、集電板5は、セパレータ62Aが持
つ溝621Bに形成されている貫通穴624Bと対向す
る部位に貫通穴51が形成されている。この貫通穴51
の内、貫通穴51A は溝621BA に形成されている貫
通穴624B、また、貫通穴51B は溝621BB に形
成されている貫通穴624B、それぞれと対向する部位
に形成されている。55,55は、セパレータ62Aが
備えている貫通穴625A,626A中の、反応ガス流
出側の貫通穴625A,626Aに対向させて形成され
ている貫通穴である。56は、集電板4が持つ端子部4
6と同様の、スタック1Bの出力電流を取り出すための
端子部である。端子部56に形成されている貫通穴57
は、締付けボルト95を貫通させるために必要に応じて
備えられるものであり、貫通穴58は、出力電流を取り
出す図示しない接続体を装着するために必要に応じて備
えられるものである。有底孔52と有底孔53は共に、
セパレータ62Aと接触し合う側面5a側に開口されて
おり、両有底孔52,53を集電板5内で結んで、冷却
用流体99の通流路54が図示のごとくに形成されてい
る。
【0049】加圧板93B,電気絶縁板92Bは、加圧
板93A,電気絶縁板92Aに対して、集電板4が備え
ている有底孔43と対向する部位に、それぞれ貫通孔が
形成されていることが相異している。そうして、冷却用
流体99の「出口」部の配管接続体98は、加圧板93
Bが備えるこの貫通孔の部位で、加圧板93Bに装着さ
れている。
板93A,電気絶縁板92Aに対して、集電板4が備え
ている有底孔43と対向する部位に、それぞれ貫通孔が
形成されていることが相異している。そうして、冷却用
流体99の「出口」部の配管接続体98は、加圧板93
Bが備えるこの貫通孔の部位で、加圧板93Bに装着さ
れている。
【0050】前述した構成を持つスタック1Bにおける
冷却用流体99の通流経路は、それぞれの単電池6Aが
持つ溝611BC 621BC に関連する貫通穴613
B,72,623B中を通流して、それぞれの溝611
BC ,621BC 中を分流して流れ、そうして、溝61
1BC ,621BC に関連する貫通穴614B,72,
624B中を通流して、集電板5に隣接する単電池6A
が備えるセパレータ62Aに形成された溝621BC が
持つ貫通穴624Bから流れ出るところまでは、スタッ
ク9Aにおける冷却用流体99の通流経路と全く同一で
ある。
冷却用流体99の通流経路は、それぞれの単電池6Aが
持つ溝611BC 621BC に関連する貫通穴613
B,72,623B中を通流して、それぞれの溝611
BC ,621BC 中を分流して流れ、そうして、溝61
1BC ,621BC に関連する貫通穴614B,72,
624B中を通流して、集電板5に隣接する単電池6A
が備えるセパレータ62Aに形成された溝621BC が
持つ貫通穴624Bから流れ出るところまでは、スタッ
ク9Aにおける冷却用流体99の通流経路と全く同一で
ある。
【0051】スタック1Bにおいて冷却用流体99は、
溝621BC が持つ貫通穴624Bから流れ出た以降、
次の経路で通流する。すなわち、まず、集電板5が持つ
有底孔52から集電板5が持つ通流路54内を通流し、
集電板5が持つ有底孔53から、単電池6Aが備えるセ
パレータ62Aに形成された溝621BD が持つ貫通穴
624Bを介して、単電池の積層体に流入する。従っ
て、この間では、配管接続体98および配管97は不要
である。
溝621BC が持つ貫通穴624Bから流れ出た以降、
次の経路で通流する。すなわち、まず、集電板5が持つ
有底孔52から集電板5が持つ通流路54内を通流し、
集電板5が持つ有底孔53から、単電池6Aが備えるセ
パレータ62Aに形成された溝621BD が持つ貫通穴
624Bを介して、単電池の積層体に流入する。従っ
て、この間では、配管接続体98および配管97は不要
である。
【0052】溝621BD が持つ貫通穴624Bから単
電池の積層体に再流入した冷却用流体99は、スタック
9Aの場合と同様に、溝611BD ,621BD に関連
する貫通穴624B,72,624B中を通流しつつ、
それぞれの溝611BD ,621BD 中を分流して流
れ、そうして、溝611BD ,621BD に関連する貫
通穴613B,72,623B中を通流して、集電板4
に隣接する単電池6Aが備えるセパレータ61Aに形成
された溝611BD が持つ貫通穴613Bから流れ出
る。スタック1Bにおいては、溝611BD が持つ貫通
穴613Bから流れ出た冷却用流体99は、集電板4が
持つ有底孔42から集電板4が持つ通流路44内を通流
し、集電板4が持つ有底孔43から、電気絶縁板92B
に形成されている有底孔43と対向する貫通孔に流れ込
む。そうして、加圧板93Bに形成されている有底孔4
3と対向する貫通孔の部位に装着された、「出口」部用
の配管接続体98から、スタック1Bの外部に排出され
ることになる。
電池の積層体に再流入した冷却用流体99は、スタック
9Aの場合と同様に、溝611BD ,621BD に関連
する貫通穴624B,72,624B中を通流しつつ、
それぞれの溝611BD ,621BD 中を分流して流
れ、そうして、溝611BD ,621BD に関連する貫
通穴613B,72,623B中を通流して、集電板4
に隣接する単電池6Aが備えるセパレータ61Aに形成
された溝611BD が持つ貫通穴613Bから流れ出
る。スタック1Bにおいては、溝611BD が持つ貫通
穴613Bから流れ出た冷却用流体99は、集電板4が
持つ有底孔42から集電板4が持つ通流路44内を通流
し、集電板4が持つ有底孔43から、電気絶縁板92B
に形成されている有底孔43と対向する貫通孔に流れ込
む。そうして、加圧板93Bに形成されている有底孔4
3と対向する貫通孔の部位に装着された、「出口」部用
の配管接続体98から、スタック1Bの外部に排出され
ることになる。
【0053】図3〜図5に示す実施例では前述の構成と
したので、集電板4,5が備える加熱部である通流路4
4,54内には、単電池6Aの積層体を通流することで
温度が上昇した冷却用流体99が通流することになる。
この冷却用流体99の温度上昇値は、作用の項で述べた
ようにほぼ10〔℃〕であり、他方、従来技術のスタッ
クの場合に問題とされている,単電池の積層方向におけ
る各単電池が持つ燃料電池セルの温度差は、図13中に
例示したように5〔℃〕程度である。従って、ほぼ10
〔℃〕の温度上昇値を持つスタックを冷却した冷却用流
体99を用いるならば、加熱源を別途準備すること無し
に、単電池の積層方向における各単電池が持つ燃料電池
セルの温度差を低減する可能性が有るのである。
したので、集電板4,5が備える加熱部である通流路4
4,54内には、単電池6Aの積層体を通流することで
温度が上昇した冷却用流体99が通流することになる。
この冷却用流体99の温度上昇値は、作用の項で述べた
ようにほぼ10〔℃〕であり、他方、従来技術のスタッ
クの場合に問題とされている,単電池の積層方向におけ
る各単電池が持つ燃料電池セルの温度差は、図13中に
例示したように5〔℃〕程度である。従って、ほぼ10
〔℃〕の温度上昇値を持つスタックを冷却した冷却用流
体99を用いるならば、加熱源を別途準備すること無し
に、単電池の積層方向における各単電池が持つ燃料電池
セルの温度差を低減する可能性が有るのである。
【0054】すなわち、図示のごとき通流路44,54
を備える集電板4,5は、この通流路44,54に温度
上昇した冷却用流体99が通流されることで、集電板
4,5が熱の良導体でもある導電材で製作されているこ
とも有り、冷却用流体99によってほぼ全面的に加熱さ
れ、かつ、冷却用流体99によって積極的に加熱される
ことになる。これにより、単電池6Aの積層方向におけ
る温度の差異を低減することが可能となるのである。そ
うして、スタック1Bに用いられている電気絶縁板92
A,92Bは電気絶縁材を用いて製作されており、この
電気絶縁材は、集電板4,5に用いられている導電材と
比較するとその熱伝導率は小さいのが一般である。この
ような場合には、単電池6Aの温度に対してさして大き
な温度差を持たない温度上昇した冷却用流体99の熱に
よって、集電板4,5の加熱を能率的に行うことができ
るのである。このことは、温度上昇した冷却用流体99
により集電板4,5の加熱を行ううえで、極めて好まし
いことなのである。
を備える集電板4,5は、この通流路44,54に温度
上昇した冷却用流体99が通流されることで、集電板
4,5が熱の良導体でもある導電材で製作されているこ
とも有り、冷却用流体99によってほぼ全面的に加熱さ
れ、かつ、冷却用流体99によって積極的に加熱される
ことになる。これにより、単電池6Aの積層方向におけ
る温度の差異を低減することが可能となるのである。そ
うして、スタック1Bに用いられている電気絶縁板92
A,92Bは電気絶縁材を用いて製作されており、この
電気絶縁材は、集電板4,5に用いられている導電材と
比較するとその熱伝導率は小さいのが一般である。この
ような場合には、単電池6Aの温度に対してさして大き
な温度差を持たない温度上昇した冷却用流体99の熱に
よって、集電板4,5の加熱を能率的に行うことができ
るのである。このことは、温度上昇した冷却用流体99
により集電板4,5の加熱を行ううえで、極めて好まし
いことなのである。
【0055】また、スタック1Bによる構成は、単電池
の積層方向における各単電池が持つ燃料電池セルの温度
差の低減を図るに当たり、温度上昇した冷却用流体99
を直接、集電板4,5内に形成された通流路44,54
に通流させることが可能であるので、配管,配管接続具
等を別途準備する必要が無いという利点も有る。そうし
て、実施例3によるスタック1Bは、実施例1,2によ
るスタック1,1Aと比較して、単電池6Aの積層方向
における温度分布の均一化を図るに当たり、温度上昇し
た冷却用流体99を利用できることで、スタック1にお
ける発熱体2等内のジュール熱の発生を不要にすること
が可能となる。これにより、少なくともこのジュール熱
の分だけスタック1Bの出力電力値を増大することが可
能であるとの利点も有しているのである。
の積層方向における各単電池が持つ燃料電池セルの温度
差の低減を図るに当たり、温度上昇した冷却用流体99
を直接、集電板4,5内に形成された通流路44,54
に通流させることが可能であるので、配管,配管接続具
等を別途準備する必要が無いという利点も有る。そうし
て、実施例3によるスタック1Bは、実施例1,2によ
るスタック1,1Aと比較して、単電池6Aの積層方向
における温度分布の均一化を図るに当たり、温度上昇し
た冷却用流体99を利用できることで、スタック1にお
ける発熱体2等内のジュール熱の発生を不要にすること
が可能となる。これにより、少なくともこのジュール熱
の分だけスタック1Bの出力電力値を増大することが可
能であるとの利点も有しているのである。
【0056】実施例3における今までの説明では、集電
板4,5は、特定の通流路44,54を備えるとしてき
たが、これに限定されるものではなく、例えば、集電板
4,5が備える温度上昇した冷却用流体99を通流させ
る通流路は、各単電池が持つ燃料電池セル中心部のスタ
ックの単電池積層方向における温度差値、スタックの仕
様、冷却用流体99の「入口」,出口」間の温度上昇
値、燃料電池セルの面積方向における温度分布の状況等
によって、通流路の形状・配置位置,通流路の複数の分
岐路への分割、集電板4,5における冷却用流体99の
取入口,排出口の位置等を適宜に設定することが可能で
あることは勿論のことである。
板4,5は、特定の通流路44,54を備えるとしてき
たが、これに限定されるものではなく、例えば、集電板
4,5が備える温度上昇した冷却用流体99を通流させ
る通流路は、各単電池が持つ燃料電池セル中心部のスタ
ックの単電池積層方向における温度差値、スタックの仕
様、冷却用流体99の「入口」,出口」間の温度上昇
値、燃料電池セルの面積方向における温度分布の状況等
によって、通流路の形状・配置位置,通流路の複数の分
岐路への分割、集電板4,5における冷却用流体99の
取入口,排出口の位置等を適宜に設定することが可能で
あることは勿論のことである。
【0057】また、実施例3における今までの説明で
は、固体高分子電解質型燃料電池の集電板が備える加熱
部は、集電板内に形成された冷却用流体99の通流路で
あるとしてきたが、これに限定されるものではなく、例
えば、集電板に隣接される冷却用流体99によって加熱
される加熱体であってもよいものである。また、実施例
3における今までの説明では、単電池6Aの積層体にお
いて、冷却用流体99は単電池6Aが備えるセパレータ
61A,62Aに形成された冷却部を通流するとしてき
たが、これに限定されるものではなく、例えば、単電池
として、冷却用流体99を通流させる冷却部が備えられ
ていないセパレータを用い、その代わりに専用の冷却体
を備えて、この専用の冷却体を通流した冷却用流体99
を適宜の配管を介して、集電板,または,集電板に隣接
されて冷却用流体99によって加熱される加熱体に供給
を行うようにしてもよいものである。
は、固体高分子電解質型燃料電池の集電板が備える加熱
部は、集電板内に形成された冷却用流体99の通流路で
あるとしてきたが、これに限定されるものではなく、例
えば、集電板に隣接される冷却用流体99によって加熱
される加熱体であってもよいものである。また、実施例
3における今までの説明では、単電池6Aの積層体にお
いて、冷却用流体99は単電池6Aが備えるセパレータ
61A,62Aに形成された冷却部を通流するとしてき
たが、これに限定されるものではなく、例えば、単電池
として、冷却用流体99を通流させる冷却部が備えられ
ていないセパレータを用い、その代わりに専用の冷却体
を備えて、この専用の冷却体を通流した冷却用流体99
を適宜の配管を介して、集電板,または,集電板に隣接
されて冷却用流体99によって加熱される加熱体に供給
を行うようにしてもよいものである。
【0058】実施例1〜3における今までの説明では、
実施例3は、実施例3による構成によるのみで、単電池
の積層方向における温度の差異の低減を図るとしてきた
が、これに限定されるものではなく、例えば、実施例3
と実施例1,2とを併用する構成としてもよいものであ
る。
実施例3は、実施例3による構成によるのみで、単電池
の積層方向における温度の差異の低減を図るとしてきた
が、これに限定されるものではなく、例えば、実施例3
と実施例1,2とを併用する構成としてもよいものであ
る。
【0059】
【発明の効果】この発明においては、前述の構成とする
ことにより次記する効果を奏する。 単位燃料電池の積層方向における温度の分布の均一化
を図ることが可能となる。また、 前記項から、固体高分子電解質膜の乾燥による固体
高分子電解質膜の抵抗率値の増大、電極中に水が含浸す
ることによる電極中における反応ガスの拡散の阻害等の
問題が解消され、固体高分子電解質型燃料電池の出力性
能等の諸性能を向上することが可能となる。また、 前記,項による効果を得るに当たり、加熱用電源
装置,加熱源装置を別途準備する必要が無いので、前記
した出力性能等の諸性能が向上された固体高分子電解質
型燃料電池を、僅かの製造原価の上昇のみで得ることが
可能となる。また、 前記〜項による効果を得るに当たり、集電板の部
位に形成される発熱体を、抵抗材料製の集電板である構
成とすることにより、部品点数の増加が発生しないの
で、前記した出力性能等の諸性能が向上された固体高分
子電解質型燃料電池を、安価な製造原価により得ること
が可能となる。さらにまた、 前記〜項による効果を得るに当たり、集電板を、
単位燃料電池を冷却することで温度が上昇した冷却用流
体で加熱される、例えば、集電板内に形成され,単位燃
料電池を冷却することで温度が上昇した冷却用流体を通
流させる冷却用流体用の通流路である等の、加熱部を備
える構成とすることにより、単位燃料電池の積層方向に
おける温度の分布の均一化を図るためにジュール熱の発
生が不要となるので、前記した固体高分子電解質型燃料
電池の出力値をさらに向上することが可能となる。
ことにより次記する効果を奏する。 単位燃料電池の積層方向における温度の分布の均一化
を図ることが可能となる。また、 前記項から、固体高分子電解質膜の乾燥による固体
高分子電解質膜の抵抗率値の増大、電極中に水が含浸す
ることによる電極中における反応ガスの拡散の阻害等の
問題が解消され、固体高分子電解質型燃料電池の出力性
能等の諸性能を向上することが可能となる。また、 前記,項による効果を得るに当たり、加熱用電源
装置,加熱源装置を別途準備する必要が無いので、前記
した出力性能等の諸性能が向上された固体高分子電解質
型燃料電池を、僅かの製造原価の上昇のみで得ることが
可能となる。また、 前記〜項による効果を得るに当たり、集電板の部
位に形成される発熱体を、抵抗材料製の集電板である構
成とすることにより、部品点数の増加が発生しないの
で、前記した出力性能等の諸性能が向上された固体高分
子電解質型燃料電池を、安価な製造原価により得ること
が可能となる。さらにまた、 前記〜項による効果を得るに当たり、集電板を、
単位燃料電池を冷却することで温度が上昇した冷却用流
体で加熱される、例えば、集電板内に形成され,単位燃
料電池を冷却することで温度が上昇した冷却用流体を通
流させる冷却用流体用の通流路である等の、加熱部を備
える構成とすることにより、単位燃料電池の積層方向に
おける温度の分布の均一化を図るためにジュール熱の発
生が不要となるので、前記した固体高分子電解質型燃料
電池の出力値をさらに向上することが可能となる。
【図1】請求項1,2に対応するこの発明の一実施例に
よる固体高分子電解質型燃料電池の要部の構成を模式的
に示したその上面図
よる固体高分子電解質型燃料電池の要部の構成を模式的
に示したその上面図
【図2】請求項1,3に対応するこの発明の一実施例に
よる固体高分子電解質型燃料電池の要部の構成を模式的
に示したその上面図
よる固体高分子電解質型燃料電池の要部の構成を模式的
に示したその上面図
【図3】請求項4,5に対応するこの発明の一実施例に
よる固体高分子電解質型燃料電池の要部の構成を模式的
に示したその上面図
よる固体高分子電解質型燃料電池の要部の構成を模式的
に示したその上面図
【図4】図3中に示した一方の集電板の、(a)は一部
破断して図3におけるR矢方向から見た図、(b)は図
4(a)におけるA−A矢視図
破断して図3におけるR矢方向から見た図、(b)は図
4(a)におけるA−A矢視図
【図5】図3中に示した他方の集電板の、(a)は一部
破断して図3におけるS矢方向から見た図、(b)は図
5(a)におけるB−B矢視図
破断して図3におけるS矢方向から見た図、(b)は図
5(a)におけるB−B矢視図
【図6】固体高分子電解質型燃料電池が備える一般例の
単位燃料電池を展開した状態で模式的に示した要部の側
面断面図
単位燃料電池を展開した状態で模式的に示した要部の側
面断面図
【図7】図6に示した単位燃料電池を展開した状態で模
式的に示した斜視図
式的に示した斜視図
【図8】単位燃料電池が有するセパレータを図6におけ
るP矢方向から見た図
るP矢方向から見た図
【図9】従来例の固体高分子電解質型燃料電池を模式的
に示した要部の構成図で,(a)はその側面図、(b)
はその上面図
に示した要部の構成図で,(a)はその側面図、(b)
はその上面図
【図10】図9中に示した固体高分子電解質型燃料電池
に与える冷却用流体の通流路を説明する説明図
に与える冷却用流体の通流路を説明する説明図
【図11】異なる従来例の固体高分子電解質型燃料電池
を模式的に示した要部の構成を示す上面図
を模式的に示した要部の構成を示す上面図
【図12】図11において用いられているセパレータを
図11におけるQ矢方向から見た図
図11におけるQ矢方向から見た図
【図13】従来例の固体高分子電解質型燃料電池の単位
燃料電池積層方向における、各単位燃料電池が持つ燃料
電池セルの面積方向における中心部の温度分布の測定例
を示すグラフ
燃料電池積層方向における、各単位燃料電池が持つ燃料
電池セルの面積方向における中心部の温度分布の測定例
を示すグラフ
1 固体高分子電解質型燃料電池(スタック) 2 発熱体 6 単電池 91 集電板
Claims (5)
- 【請求項1】燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて
直流電力を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主
面のそれぞれに対向させて配置されて,燃料電池セルに
燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝
が形成されている1対のセパレータ、を持つ単位燃料電
池を複数個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレ
ータの反ガス通流溝側の側面を,互いに隣り合う単位燃
料電池が有するセパレータの反ガス通流溝側の側面に対
向させて,隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単
位燃料電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の
積層体の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側
面に当接された導電材製の集電板と、これ等の集電板
の,少なくとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置
する集電板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶
縁板と、これ等の電気絶縁板の,少なくとも単位燃料電
池の積層体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に
当接され,単位燃料電池の積層体,集電板,電気絶縁板
をこれ等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板
と、燃料電池セルで発生した熱を除去する冷却用流体を
供給する部位および排出する部位に設置された冷却用流
体用の配管接続体とを備え、燃料電池セルで発生した熱
を除去する冷却用流体は、冷却用流体の供給側用の配管
接続体を介して単位燃料電池の積層体の外部から供給さ
れ,単位燃料電池を冷却した後,冷却用流体の排出側用
の配管接続体を介して単位燃料電池の積層体の外部に排
出されるものである、固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、 単位燃料電池の積層体の少なくとも両端末に位置するセ
パレータの外側面に当接されている集電板の部位に、固
体高分子電解質型燃料電池が出力する電流によって加熱
される発熱体が形成されてなることを特徴とする固体高
分子電解質型燃料電池。 - 【請求項2】請求項1に記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、 集電板の部位に形成される発熱体は、単位燃料電池の積
層体と集電板との間に挟挿される薄板状で抵抗材料製の
発熱体であることを特徴とする固体高分子電解質型燃料
電池。 - 【請求項3】請求項1に記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、 集電板の部位に形成される発熱体は、抵抗材料製の集電
板であることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
池。 - 【請求項4】燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて
直流電力を発生する燃料電池セル、燃料電池セルの両主
面のそれぞれに対向させて配置されて,燃料電池セルに
燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するためのガス通流溝
が形成されている1対のセパレータ、を持つ単位燃料電
池を複数個有し、これ等の単位燃料電池は、そのセパレ
ータの反ガス通流溝側の側面を,互いに隣り合う単位燃
料電池が有するセパレータの反ガス通流溝側の側面に対
向させて,隣り合う単位燃料電池と互いに積層された単
位燃料電池の積層体をなしており、この単位燃料電池の
積層体の少なくとも両端末に位置するセパレータの外側
面に当接された導電材製の集電板と、これ等の集電板
の,少なくとも単位燃料電池の積層体の両端末部に位置
する集電板の外側面に当接される電気絶縁材製の電気絶
縁板と、これ等の電気絶縁板の,少なくとも単位燃料電
池の積層体の両端末部に位置する電気絶縁板の外側面に
当接され,単位燃料電池の積層体,集電板,電気絶縁板
をこれ等の積層方向に加圧する加圧力を与える加圧板
と、燃料電池セルで発生した熱を除去する冷却用流体を
供給する部位および排出する部位に設置された冷却用流
体用の配管接続体とを備え、燃料電池セルで発生した熱
を除去する冷却用流体は、冷却用流体の供給側用の配管
接続体を介して単位燃料電池の積層体の外部から供給さ
れ,単位燃料電池を冷却した後,冷却用流体の排出側用
の配管接続体を介して単位燃料電池の積層体の外部に排
出されるものである、固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、 集電板は、単位燃料電池を冷却することで温度が上昇し
た冷却用流体で加熱される加熱部を備えることを特徴と
する固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項5】請求項4に記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、 集電板が備える加熱部は、集電板内に形成され,単位燃
料電池を冷却することで温度が上昇した冷却用流体を通
流させる冷却用流体用の通流路であることを特徴とする
固体高分子電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6308510A JPH08167424A (ja) | 1994-12-13 | 1994-12-13 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6308510A JPH08167424A (ja) | 1994-12-13 | 1994-12-13 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08167424A true JPH08167424A (ja) | 1996-06-25 |
Family
ID=17981900
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6308510A Pending JPH08167424A (ja) | 1994-12-13 | 1994-12-13 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08167424A (ja) |
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---|---|---|---|---|
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- 1994-12-13 JP JP6308510A patent/JPH08167424A/ja active Pending
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