JPH0955216A

JPH0955216A - 燃料電池

Info

Publication number: JPH0955216A
Application number: JP7208246A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Mizuno; 裕水野; Tomio Yasuma; 富男安間
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-08-15
Filing date: 1995-08-15
Publication date: 1997-02-25
Anticipated expiration: 2015-08-15
Also published as: JP3491066B2

Abstract

(57)【要約】【課題】反応ガスの供給を円滑に行なうことが可能で、
セルの信頼性が向上し、且つ性能維持が容易である燃料
電池を提供する。【解決手段】燃料電池１は、セパレータ４ａ，４ｂを組
みにして複数積層して組み付けたセル６のセルスタック
３を構成し、セル６は、イオン交換膜７、正の触媒電極
８及び負の触媒電極９を有し、イオン交換膜７の外周部
７ａをセパレータ４ａ，４ｂの間に挟んで保持され、セ
ル６により反応ガスの水素と酸素とを反応させて水を生
成し、その際に電気を発生させ、反応ガスのガス通路の
流れを所定流量に維持するための手段Ａを設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、セルにより反応
ガスの水素と酸素とを反応させて水を生成し、その際に
電気を発生させる燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池システムとして、例えば加熱器
によって蒸発器を加熱し、この蒸発器で気化した原料を
触媒層に供給するようにした改質装置により、原料を改
質して水素を製造し、得られた水素を燃料電池に供給し
て発電を行うものがある。この燃料電池には、セパレー
タを組みにして複数積層して組み付けたセルのセルスタ
ックを備え、セルは、イオン交換膜、正の触媒電極及び
負の触媒電極を有し、イオン交換膜の外周部をセパレー
タの間に挟んで保持され、セルにより反応ガスの水素と
酸素とを反応させて水を生成し、その際に電気を発生さ
せている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなイオン交換
膜型燃料電池のセルスタックにおいては、時間の経過と
ともに、加湿用の水蒸気、水、生成水などがガス通路に
詰ったり、イオン交換膜が水により変形してガス通路を
塞いだりすることがあった。そのために、反応ガスの供
給が充分でない、各セル毎の反応ガスの供給量が均一で
ないなどの問題が発生する虞れがあった。

【０００４】また、イオン交換膜型燃料電池のセルスタ
ックにおいて、セルを構成するセパレータを板状の材料
を多層接着して作製する場合、接着剤がガス通路にはみ
出してガス通路を塞ぐことがあった。特に、セルスタッ
クのガス通路の出入口から発電部への連通する部分のト
ンネル通路は断面積が小さく接着剤のはみ出しの影響を
受けやすかった。また、接着時熱処理を伴う加圧を行う
ので、イオン交換膜は接着面方向に横ズレを起しやす
く、位置が正確に定り難かった。そのために、反応ガス
の供給が充分でない、各セル毎の供給量が均一でないな
どの問題があった。また、接着剤のはみ出しを考慮し
て、ガス通路幅などを大きく設定すると、小型化が困難
であった。

【０００５】また、イオン交換膜型燃料電池のセルスタ
ックでは、発電による生成水に加えて加湿蒸気の凝縮水
がセルスタックの出口側に次第に溜り、出口通路を塞い
でしまう虞れがあった。

【０００６】さらに、イオン交換膜型燃料電池のセルス
タックにおいては、製造上の通路面積の誤差、及びイオ
ン交換膜の変形、水詰りなどによる運転中の通路閉塞な
どにより、各セル毎のガス供給量が均一でないという問
題があった。

【０００７】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
ので、請求項１乃至請求項６記載の発明は、反応ガスの
供給を円滑に行なうことが可能で、セルの信頼性が向上
し、且つ性能維持が容易である燃料電池を提供すること
を目的としている。請求項７乃至請求項９記載の発明
は、ガス通路からの排水を円滑に行なうことが可能で、
セルの信頼性が向上し、且つ性能維持が容易である燃料
電池を提供することを目的としている。請求項１０記載
の発明は、反応ガスの流量の調整が可能で、セルの信頼
性が向上し、且つ性能維持が容易である燃料電池を提供
することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、かつ
目的を達成するために、請求項１記載の発明は、セパレ
ータを組みにして複数積層して組み付けたセルのセルス
タックを備え、前記セルは、イオン交換膜、正の触媒電
極及び負の触媒電極を有し、前記イオン交換膜の外周部
をセパレータの間に挟んで保持され、前記セルにより反
応ガスの水素と酸素とを反応させて水を生成し、その際
に電気を発生させる燃料電池において、前記反応ガスの
ガス通路の流れを所定流量に維持するための手段を設け
たことを特徴としている。このように、反応ガスのガス
通路の流れを所定流量に維持することで、時間の経過と
ともに、加湿用の水蒸気、水、生成水などがガス通路に
詰ったり、イオン交換膜が水により変形してガス通路を
塞いだりすることがないようにし、反応ガスの供給が充
分であり、各セル毎の反応ガスの供給量を均一にして性
能を容易に維持することができる。

【０００９】請求項２記載の発明は、前記所定流量に維
持するための手段が、前記イオン交換膜の変形を防止す
る構造であることを特徴としている。このように、イオ
ン交換膜の変形を防止することで、反応ガスのガス通路
の流れを所定流量に維持することで、特別な装置や制御
を不要で、低コストで反応ガスの供給が充分であり、各
セル毎の反応ガスの供給量を均一にして性能を容易に維
持することができる。

【００１０】請求項３記載の発明は、前記所定流量に維
持するための手段が、前記イオン交換膜の変形を許容す
る構造であることを特徴としている。このように、イオ
ン交換膜の変形を許容し、反応ガスのガス通路の流れを
所定流量に維持することで、特別な装置や制御を不要
で、低コストで反応ガスの供給が充分であり、各セル毎
の反応ガスの供給量を均一にして性能を容易に維持する
ことができる。

【００１１】請求項４記載の発明は、前記所定流量に維
持するための手段が、前記反応ガスのガス通路側に接着
剤のはみ出しを規制する空間を設けた構造であることを
特徴としている。このように、反応ガスのガス通路側に
接着剤のはみ出しを規制する空間を設けた構造であり、
セルを構成するセパレータを板状の材料を多層接着して
作製する場合、接着剤がガス通路側にはみ出してガス通
路を塞ぐことが防止され、接着剤がはみ出しても、反応
ガスの流量が確保でき、セルの信頼性向上し、性能維持
が容易である。

【００１２】請求項５記載の発明は、前記所定流量に維
持するための手段が、前記セパレータの横ズレを規制す
る構造であることを特徴としている。このように、セパ
レータの横ズレを規制することで、イオン交換膜の位置
が正確に定め、特別な装置や制御を不要で、低コストで
反応ガスの供給が充分であり、各セル毎の反応ガスの供
給量を均一にして性能を容易に維持することができる。

【００１３】請求項６記載の発明は、セパレータを組み
にして複数積層して組み付けたセルのセルスタックを備
え、前記セルは、イオン交換膜、正の触媒電極及び負の
触媒電極を有し、前記イオン交換膜の外周部をセパレー
タの間に挟んで保持され、前記セルにより反応ガスの水
素と酸素とを反応させて水を生成し、その際に電気を発
生させる燃料電池において、前記反応ガスのガス通路の
流れの流量を均一にするための手段を設けたことを特徴
としている。このように、反応ガスのガス通路の流れの
流量を均一にすることで、加湿用蒸気を含んだ反応ガス
の流れは、比重の重い蒸気と軽い反応ガスの二層に分か
れやすく、たとえ同じガス通路面積を割当てても、各セ
ルヘの蒸気とガスの流量が均一でないという問題が解消
されて蒸気と反応ガスの流量が均一化され、特別な装置
や制御を不要で、低コストで反応ガスの供給が充分であ
り、各セル毎の反応ガスの供給量を均一にして性能を容
易に維持することができる。

【００１４】請求項７記載の発明は、セパレータを組み
にして複数積層して組み付けたセルのセルスタックを備
え、前記セルは、イオン交換膜、正の触媒電極及び負の
触媒電極を有し、前記イオン交換膜の外周部をセパレー
タの間に挟んで保持され、前記セルにより反応ガスの水
素と酸素とを反応させて水を生成し、その際に電気を発
生させる燃料電池において、前記反応ガスのガス通路に
ガス成分から水分を分離して排出するための手段を設け
たことを特徴としている。このように、反応ガスをガス
成分から水分を分離して排出することで、発電による生
成水に加えて加湿蒸気の凝縮水がセルスタックの出口側
に次第に溜り、出口通路を塞いでしまう虞が解消され、
自動的に排水されて、反応ガスの流れが安定し、かつ据
付けが容易で、特別な装置や制御を不要で、低コストで
排水が充分であり、セルの信頼性、耐久性が向上する。

【００１５】請求項８記載の発明は、前記ガス成分から
水分を分離して排出するための手段が、前記ガス通路の
底面を排出方向へ傾斜させた構造であることを特徴とし
ている。このように、ガス通路の底面を排出方向へ傾斜
させてガス成分から水分を分離して排出することで、発
電による生成水に加えて加湿蒸気の凝縮水がセルスタッ
クの出口側に次第に溜り、出口通路を塞いでしまう虞が
解消され、自動的に排水されて、反応ガスの流れが安定
し、かつ据付けが容易で、特別な装置や制御を不要で、
低コストで排水が充分であり、セルの信頼性、耐久性が
向上する。

【００１６】請求項９記載の発明は、前記ガス成分から
水分を分離して排出するための手段が、前記ガス通路の
底面を排出方向へステップ状に低下させた構造であるこ
とを特徴としている。このように、ガス通路の底面を排
出方向へステップ状に低下させ、ガス成分から水分を分
離して排出すことができ、発電による生成水に加えて加
湿蒸気の凝縮水がセルスタックの出口側に次第に溜り、
出口通路を塞いでしまう虞が解消され、自動的に排水さ
れて、反応ガスの流れが安定し、かつ据付けが容易で、
特別な装置や制御を不要で、低コストで排水が充分であ
り、セルの信頼性、耐久性が向上する。

【００１７】請求項１０記載の発明は、セパレータを組
みにして複数積層して組み付けたセルのセルスタックを
備え、前記セルは、イオン交換膜、正の触媒電極及び負
の触媒電極を有し、前記イオン交換膜の外周部をセパレ
ータの間に挟んで保持され、前記セルにより反応ガスの
水素と酸素とを反応させて水を生成し、その際に電気を
発生させる燃料電池において、前記反応ガスのガス通路
に前記イオン交換膜を露出可能にし、前記イオン交換膜
の伸縮により反応ガス流量を調整するための手段を設け
たことを特徴としている。このように、反応ガスのガス
通路に前記イオン交換膜を露出可能にし、イオン交換膜
の伸縮により反応ガス流量を調整しており、製造上の通
路面積の誤差及びイオン交換膜の変形、水詰りなどによ
る運転中の通路閉塞などにより、各セル毎のガス供給量
が均一でないという問題が解消され、各セル毎の反応ガ
スの供給量を均一にでき、運転中の性能低下が防止で
き、セルの信頼性が向上し、特別な装置や制御を不要
で、低コストで反応ガスの供給が充分であり、各セル毎
の反応ガスの供給量を均一にして性能を容易に維持する
ことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の燃料電池の実施
例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１９】まず、図１乃至図４は燃料電池の実施例を
示し、図１は燃料電池の正面図、図２は図１のII-II線
に沿う断面図、図３は図１のX-X線及びY-Y線に沿ウ断面
図、図４は燃料電池のガス通路部の拡大図である。

【００２０】燃料電池１は、組付軸２により組み付けら
れたセルスタック３を備えている。セルスタック３はセ
パレータ４ａ，４ｂを組みにして複数積層して組み付け
て構成され、セパレータ４ａとセパレータ４ｂとの間に
ガス遮断板４ｄが設けられている。セパレータ４ｂに
は、ガス遮断板４ｄとの間にトンネル通路１５ｂが形成
され、さらにトンネル通路１５ｂから反応ガスの水素が
セル６に供給される。セル６は、セパレータ４ａ，４ｂ
の間に備えられている。セル６の電極基材は、イオン交
換膜７、正の触媒電極８及び負の触媒電極９から構成さ
れている。イオン交換膜７の外周部７ａは、ガスケット
４０，４１の間に挟んで保持され、イオン交換膜７の一
方面には正の触媒電極８を有し、他方面に負の触媒電極
９を有しており、セル６により反応ガスの水素と酸素と
を反応させて水を生成し、その際に電気を発生させる。

【００２１】セル６の正の触媒電極８の外側には、ポー
ラスガイド体１０を接触させて配置され、負の触媒電極
９の外側にもポーラスガイド体１１を接触させて配置さ
れている。ポーラスガイド体１０，１１は多孔質なポー
ラス部材で成形されており、それぞれ一面側には等間隔
に溝１０ａ，１１ａが形成されている。ポーラスガイド
体１０は溝１０ａが形成された側を正の触媒電極８と接
触させ、ポーラスガイド体１１は溝１１ａをポーラスガ
イド体１０の溝１０ａと直交する方向に向けて配置され
ている。ポーラスガイド体１０の溝１０ａと正の触媒電
極８との間に連通するガス通路１２が設けられ、ポーラ
スガイド体１１の溝１１ａと負の触媒電極９との間に連
通するガス通路１３が設けられている。

【００２２】セルスタック３には、セル６が角度α傾斜
させて配置され、セル６の周囲を囲むガスケット１４が
設けられ、ガスケット１４によりセル６をシールしてい
る。セルスタック３の左側上方には水素の入口部１５が
設けられ、右側下方には水素の出口部１６が設けられ、
入口部１５及び出口部１６の周囲を囲むようにセパレー
タ４ａ，４ｂとの間にガスケット１７，１８が設けら
れ、入口部１５及び出口部１６をシールしている。入口
部１５には、セル６の積層方向に入口通路１５ａが形成
され、この入口通路１５ａから４個のトンネル通路１５
ｂがガスケット１４の下方を通ってセル６の分配通路１
５ｃに連通し、分配通路１５ｃからガス通路１３に連通
している。出口部１６には、セル６の積層方向に出口通
路１６ａが形成され、この出口通路１６ａに連通された
４個のトンネル通路１６ｂはガスケット１４の下方を通
ってセル６の集合通路１６ｃに連通し、集合通路１６ｃ
はガス通路１３と連通している。

【００２３】セルスタック３の上方右側には酸素の入口
部１９が設けられ、下方左側には酸素の出口部２０が設
けられ、入口部１９及び出口部２０の周囲を囲むように
セパレータ４ａ，４ｂの間にガスケット２１，２２が設
けられ、入口部１９及び出口部２０をシールしている。
入口部１９には、セル６の積層方向に入口通路１９ａが
形成され、この入口通路１９ａから４個のトンネル通路
１９ｂがガスケット１４の下方を通ってセル６の分配通
路１９ｃに連通し、分配通路１９ｃからガス通路１２に
連通している。出口部２０には、セル６の積層方向に出
口通路２０ａが形成され、この出口通路２０ａに連通さ
れた４個のトンネル通路２０ｂはガスケット１４の下方
を通ってセル６の集合通路２０ｃに連通し、集合通路２
０ｃはガス通路１２と連通している。

【００２４】また、ガス遮断板４ｄの図２での下面であ
るポーラスガイド体１０との接触部には水通路２３が形
成されている。水通路２３の一方２３ａは、ガスケット
１４の下方を通るトンネル通路２４ａを介して水素の入
口部１５の近傍で上側に設けられた排出部２４に連通さ
れ、他方２３ｂはガスケット１４の下方を通るトンネル
通路２５ａを介して水素の出口部１６の近傍で下側に設
けられた供給部２５に連通されている。排出部２４及び
供給部２５の周囲を囲むようにセパレータ４ａ，４ｂの
間にガスケット２６ａ，２７ａが設けられ、排出部２４
及び供給部２５をシールしている。

【００２５】また、セパレータ４ｂの図２での上面であ
るポーラスガイド体１０との接触部には、水通路２８が
形成されている。水通路２８の一方２８ａはガスケット
１４の下方を通るトンネル通路２９ａを介して酸素の入
口部１９の近傍で右側に設けられた排出部２９に連通さ
れ、他方２８ｂはガスケット１４の下方を通るトンネル
通路３０ａを介して酸素の出口部２０の近傍で左側に設
けられた供給部３０に連通されている。排出部２９及び
供給部３０の周囲を囲むようにセパレータ４ａ，４ｂの
間にガスケット２６ｂ，２７ｂが設けられ、排出部２９
及び供給部３０をシールしている。

【００２６】従って、セルスタック３の水素の入口部１
５から加温、加湿した水素を供給すると、この水分を含
む水素は入口通路１５ａからトンネル通路１５ｂを通っ
てセル６の分配通路１５ｃに導かれ、分配通路１５ｃか
らガス通路１３を流れる。一方、酸素の入口部１９から
加温、加湿した酸素を供給すると、この水分を含む酸素
は入口通路１９ａからトンネル通路１９ｂを通ってセル
６の分配通路１９ｃに連通し、分配通路１９ｃからガス
通路１２を流れる。

【００２７】このとき、セル６により反応ガスの水素と
酸素の電気化学的な反応により水を生成し、その際の自
由エネルギーの変化を電気エネルギーとして取り出す発
電が行われる。セル６は、セパレータ４ｂを介して隣接
したセル６と直列に接続され、発生した電力はセルスタ
ック３の両端部に設けられた不図示の集電部より取り出
される。

【００２８】主として水素と水はセル６の集合通路１６
ｃに集められ、トンネル通路１６ｂを通って出口通路１
６ａに導かれて出口部１６から排出される。主として酸
素と水はセル６の集合通路２０ｃに集められ、トンネル
通路２０ｂを通って出口通路２０ａに導かれて出口部２
０から排出される。

【００２９】セル６による水素と酸素の電気化学的な反
応は、一方では酸素と水がポーラスガイド体１０、正の
触媒電極８を通り、イオン交換膜７の表面に供給され、
他方では水素と水がポーラスガイド体１１、負の触媒電
極９を通り、イオン交換膜７の表面に供給され、この正
の触媒電極８とイオン交換膜７の界面及び負の触媒電極
９とイオン交換膜７の界面で行われる。イオン交換膜７
は、含水率により伸びが大きく変化するので、イオン交
換膜７の加湿レベルを常に適正に保ってイオン交換膜７
の伸びを一定に保ち、界面を安定に保つことが必要であ
る。

【００３０】このセル６による反応ガスの水素と酸素の
電気化学的な反応で電気が発生し、その際に水が生成さ
れるが、このセル６内部の相対湿度による伸びだけでは
なく、内部に発生する凝縮水、生成水、供給過剰水など
の過剰水が、イオン交換膜７に直接接触するとさらに伸
び、セル６の性能が劣化するが、セル６の両側の触媒電
極８，９にポーラスガイド体１０，１１を接触させて配
置しており、セル６内部に発生する凝縮水、生成水、供
給過剰水などの過剰水をポーラスガイド体１０，１１に
より吸収して除去することができる。

【００３１】このため、イオン交換膜７の伸びを防止で
き、セル６の性能を長期間、高効率に保つことができ、
また反応ガスの拡散性低下を防止している。このよう
に、特別な装置を使用しないで過剰水を除去することが
でき、簡単、低価格、コンパクト及び軽量な装置とする
ことができる。ポーラスガイド体１０，１１によりガス
通路１２，１３を形成することで、水を供給する時にポ
ーラスガイド体１０，１１により吸収されて一部はガス
通路１２，１３に拡散し、一部は直接触媒電極８，９へ
移動することにより加湿を効果的に行なうとともに、過
剰水が発生した場合、これを吸収して不足時に供給する
ダンパー効果があり、適量の加湿が可能である。

【００３２】この燃料電池１には、図２及び図４に示す
ように、酸素の反応ガスのガス通路の流れを所定流量に
維持するための手段Ａが設けられ、図４はイオン交換膜
７が変形した状態を示している。なお、水素の反応ガス
のガス通路も同様に構成されるので酸素の反応ガスのガ
ス通路について説明する。

【００３３】所定流量に維持するための手段Ａは、イオ
ン交換膜７の変形を許容する構造であり、セパレータ４
ｂの反応ガスの流れ接触部４ｂ１とポーラスガイド体１
１の接触部１１ｅの角をカットし、図４に示すようにイ
オン交換膜７が延びてガス通路の分配通路１５ｃに入り
込むことがあっても、カット部９０，９１を通って反応
ガスが流れるため、反応ガスの分配通路１５ｃの流れを
所定流量に維持することができる。このように、反応ガ
スの分配通路１５ｃの流れを所定流量に維持すること
で、時間の経過とともに、加湿用の水蒸気、水、生成水
などがガス通路に詰ったり、イオン交換膜７が水により
変形してガス通路を塞いだりすることがないようにし、
反応ガスの供給が充分であり、各セル６毎の反応ガスの
供給量を均一にして性能を容易に維持することができ
る。しかも、セパレータ４ｂの反応ガスの流れ接触部４
ｂ１，１１ｅの角をカットする簡単な構造であり、特別
な装置や制御を不要で、低コストで軽量、コンパクトで
あり、車両に搭載される燃料電池等に移動用に好適であ
る。

【００３４】図５は燃料電池の他の実施例を示すガス通
路部の拡大図である。この実施例でも、所定流量に維持
するための手段Ａは、前記と同様にイオン交換膜７の変
形を許容する構造であり、イオン交換膜７が反応ガスと
接触するセパレータ４ｂのガス通路の分配通路１５ｃ
は、分配通路１５ｃの幅Ｌが深さＷより小さく設定され
ている。このように、セパレータ４ｂのガス通路の分配
通路１５ｃは、幅Ｌが深さＷより小さく設定されている
ため、イオン交換膜７が延びても分配通路１５ｃの底ま
で延びて塞ぐことが防止できる。従って、反応ガスがガ
ス通路の分配通路１５ｃを円滑に流れ、反応ガスのガス
通路の流れを所定流量に維持することができ、しかもセ
パレータ４ｂのガス通路の分配通路１５ｃの幅Ｌを深さ
Ｗより小さく設定する簡単な構造である。

【００３５】図６は燃料電池のさらに他の実施例を示す
ガス通路部の拡大図である。この実施例でも、所定流量
に維持するための手段Ａは、イオン交換膜７の変形を防
止する構造であり、イオン交換膜７のガス通路の分配通
路１５ｃに対応する部分７ｂに、補強部材４３を設けて
いる。この補強部材４３は、例えばテフロン樹脂シート
を接着剤で固着した構造であり、イオン交換膜７が延び
て変形することを防止している。従って、イオン交換膜
７が延びてガス通路の分配通路１５ｃを塞ぐことが防止
され、反応ガスがガス通路を円滑に流れ、反応ガスのガ
ス通路の流れを所定流量に維持することができる。しか
も、イオン交換膜７はガス通路の分配通路１５ｃに対応
する部分７ｂを補強部材４３により補強すればよく、簡
単な構造である。

【００３６】図７及び図８は燃料電池の他の実施例を示
し、図７は燃料電池のガス通路部の拡大図、図８はスペ
ーサの他の実施例を示す図である。この実施例でも、所
定流量に維持するための手段Ａは、イオン交換膜７の変
形を防止する構造であり、ガス通路の分配通路１５ｃに
スペーサ４４を設けて塞ぎ、このスペーサ４４でイオン
交換膜７が分配通路１５ｃに入り込むことを規制してい
る。スペーサ４４は、例えばテフロン樹脂板、金網、多
孔質シート等で形成され、テフロン樹脂板ではイオン交
換膜７と反応ガスとを遮断するが、金網、多孔質シート
等を用いると、イオン交換膜７を加湿可能である。

【００３７】また、スペーサ４４は、金網、多孔質部材
を用いる場合、図８（ａ）に示すように断面門形、図８
（ｂ）に示すように断面方形、図８（ｃ）に示すように
断面バネ形に形成することができる。

【００３８】このように、スペーサ４４は、イオン交換
膜７が変形してガス通路の分配通路１５ｃに入り込むこ
とを防止するため、反応ガスがガス通路を円滑に流れ、
反応ガスのガス通路の流れを所定流量に維持することが
でき、しかもセパレータ４ｂのガス通路の分配通路１５
ｃを塞ぐだけの簡単な構造である。

【００３９】図９は燃料電池のさらに他の実施例を示す
ガス通路部の拡大図である。この実施例では、所定流量
に維持するための手段Ａは、イオン交換膜７のガス通路
の分配通路１５ｃに対応する部分７ｂに、撥水化処理４
５を施している。この撥水化処理４５は、例えばテフロ
ン樹脂液を散布して塗布し、これを乾燥したものであ
り、イオン交換膜７が延びて変形することを防止してい
る。従って、イオン交換膜７が延びてガス通路の分配通
路１５ｃを塞ぐことが防止され、反応ガスがガス通路を
円滑に流れ、反応ガスのガス通路の流れを所定流量に維
持することができる。しかも、イオン交換膜７はガス通
路の分配通路１５ｃに対応する部分７ｂに撥水化処理４
５を施すればよく、簡単な構造である。

【００４０】図１０及び図１１は燃料電池の他の実施例
を示し、図１０は燃料電池のガス通路部の拡大図、図１
１は横ズレ防止構造の他の実施例を示す図である。この
実施例の所定流量に維持するための手段Ａは、セパレー
タ４ｂとポーラスガイド体１１の反応ガスのガス通路の
分配通路１５ｃ側の角部に接着剤４６のはみ出しを規制
する空間４７を設けた構造である。このように、反応ガ
スのガス通路の分配通路１５ｃ側に接着剤４６のはみ出
しを規制する空間４７を設けた構造であり、ガス遮断板
４ｄとセパレータ４ａ，４ｂを多層接着して作製する場
合、接着剤４６がはみ出しても、空間４７から分配通路
１５ｃにはみ出しすことがなく、接着剤４６がガス通路
の分配通路１５ｃにはみ出してガス通路を塞ぐことが、
空間４７を設ける加工が簡単な構造で防止され、反応ガ
スの流量が確保でき、セル６の信頼性向上し、性能維持
が容易である。特別な装置や制御を不要で、低コストで
軽量、コンパクトであり、車両に搭載される燃料電池等
に移動用に好適である。

【００４１】また、反応ガスのガス通路の分配通路１５
ｃ側に接着剤４６のはみ出しを規制する空間４７を設け
る他の実施例を、図１１に示す。

【００４２】図１１（ａ）はセパレータ４ｂとポーラス
ガイド体１１の反応ガスのガス通路の分配通路１５ｃ側
に、接着剤４６のはみ出しを規制する凹部の空間４７を
設けたもので、図１０の実施例と同様に加工が簡単であ
る。

【００４３】図１１（ｂ）はガス遮断板４ｄ側に分配通
路１５ｃより広幅の凹部４ｄ１を形成し、セパレータ４
ｂとポーラスガイド体１１の反応ガスのガス通路の分配
通路１５ｃ側に、接着剤４６のはみ出しを規制する凹部
の空間４７を設けたもので広い通路面積が確保される。

【００４４】図１１（ｃ）はガス遮断板４ｄ側に分配通
路１５ｃ近傍に接着剤４６のはみ出しを規制する凹部の
空間４７を設けたもので、分配通路１５ｃ側に特別の加
工を施さないため通路面積の管理が容易である。

【００４５】図１１（ｄ）はガス遮断板４ｄの分配通路
１５ｃに対向する部分に凸部４ｄ２を設け、この凸部４
ｄ２の両側に接着剤４６のはみ出しを規制する凹部の空
間４７を設けたもので、分配通路１５ｃ側に特別の加工
を施さないため通路面積の管理が容易である。また、凸
部４ｄ２が分配通路１５ｃ側に入り込んでおり、所定流
量に維持するための手段Ａが、セパレータ４ｂ及びポー
ラスガイド体１１の横ズレを規制する構造である。この
ように、セパレータ４ｂ及びポーラスガイド体１１の横
ズレを規制することで、イオン交換膜７の位置が正確に
定め、特別な装置や制御を不要で、低コストで反応ガス
の供給が充分であり、各セル毎の反応ガスの供給量を均
一にして性能を容易に維持することができる。

【００４６】図１１（ｅ）はガス遮断板４ｄの分配通路
１５ｃに対向する部分に、分配通路１５ｃより広幅に凹
部４ｄ３を形成し、この凹部４ｄ３にスペーサ４８が嵌
合されており、スペーサ４８の両側に接着剤４６のはみ
出しを規制する凹部の空間４７を設けたもので、分配通
路１５ｃ側に特別の加工を施さないため通路面積の管理
が容易である。また、スペーサ４８が分配通路１５ｃ側
に入り込んでおり、所定流量に維持するための手段Ａ
が、セパレータ４ｂ及びポーラスガイド体１１の横ズレ
を規制する構造である。

【００４７】図１２は燃料電池のさらに他の実施例を示
し、図１２（ａ）は燃料電池のガス通路を示す概略構成
図、図１２（ｂ）はガス通路部を上流側から視た状態を
示す図である。燃料電池１のセルスタック３には、反応
ガスを供給するガス通路５０が各セル６を貫通して形成
され、このガス通路５０からトンネル通路５２を介して
反応ガスがそれぞれのセル６に供給され、この反応ガス
のガス通路５０の流れの流量を均一にするための手段Ｂ
が設けられている。即ち、セルスタック３のガス通路５
０の入口側には、反応ガスの流れを鉛直上向きとするガ
イド部５３が形成され、水蒸気流を上向きとし再混合す
る。上流側のセル６から下流側のセル６に対応して邪魔
板５４が、鉛直方向上側から下側に位置するように形成
され、図１２（ｂ）に示すようにガス通路５０を上流側
から視て、それぞれの邪魔板５４の一部が見えるように
配置されている。ガス通路５０を流れる反応ガスは、そ
の一部が最上流の邪魔板５４でセル６のトンネル通路５
２に導かれ、一部は邪魔板５４の下方を通り下流側のセ
ル６に導かれ、下流側のセル６では同様にその一部が邪
魔板５４でセル６のトンネル通路５２に導かれ、一部は
邪魔板５４の上下を越えて下流側のセル６に導かれる。
このように、反応ガスのガス通路５０の流れの流量を均
一にすることで、加湿用蒸気を含んだ反応ガスの流れ
は、比重の重い蒸気と軽い反応ガスの二層に分かれやす
く、たとえ同じガス通路面積を割当てても、各セル６ヘ
の蒸気とガスの流量が均一でないという問題が解消さ
れ、蒸気と反応ガスの流量が均一化され、特別な装置や
制御を不要で、低コストで反応ガスの供給が充分であ
り、各セル６毎の反応ガスの供給量を均一にして性能を
容易に維持することができる。また、特別な装置や制御
を不要で、低コストで軽量、コンパクトであり、車両に
搭載される燃料電池等に移動用に好適である。

【００４８】図１３は燃料電池のさらに他の実施例のガ
ス通路を示す概略構成図である。燃料電池１のセルスタ
ック３には、同様に反応ガスを供給するガス通路５０、
各セル６が形成され、反応ガスのガス通路５０の流れの
流量を均一にするための手段Ｂが設けられている。この
実施例のガス通路５０の入口側には、反応ガスの流れを
鉛直上向きとする邪魔板５５が形成され、水蒸気流を上
向きとし再混合する。上流側のセル６から下流側のセル
６に対応して邪魔板５６が設けられ、これらの各セル６
に対応する邪魔板５６は、鉛直方向上側から下側に順次
長く延びるように形成されている。ガス通路５０を流れ
る反応ガスは、その一部が邪魔板５６でセル６のトンネ
ル通路５２に導かれ、一部は邪魔板５６の下方を通り下
流側のセル６に導かれ、下流側のセル６では同様にその
一部が邪魔板５６でセル６のトンネル通路５２に導か
れ、一部は邪魔板５６の下方を通り下流側のセル６に導
かれる。各セル６ヘの蒸気とガスの流量が均一でないと
いう問題が解消され、蒸気と反応ガスの流量が均一化さ
れ、特別な装置や制御を不要で、低コストで反応ガスの
供給が充分であり、各セル毎の反応ガスの供給量を均一
にして性能を容易に維持することができる。

【００４９】図１４は燃料電池のさらに他の実施例のガ
ス通路を示す概略構成図である。燃料電池１のセルスタ
ック３には、同様に反応ガスを供給するガス通路５０、
各セル６が形成され、反応ガスのガス通路５０の流れの
流量を均一にするための手段Ｂが設けられている。この
実施例のガス通路５０の入口側には、反応ガスの流れを
鉛直上向きとするガイド通路５０ａが形成され、水蒸気
流を上向きとし再混合する。上流側のセル６と下流側の
セル６との間には、透過性部材５７が配置されている。
透過性部材５７は、例えば金網、多孔性シート等で形成
され、透過率は上流側より下流側が小さくなっている。
ガス通路５０を流れる反応ガスは、その一部が透過性部
材５７でセル６のトンネル通路５２に導かれ、一部は透
過性部材５７を透過して下流側のセル６に導かれ、下流
側のセル６では同様にその一部が透過性部材５７でセル
６のトンネル通路５２に導かれ、一部は透過性部材５７
を透過して下流側のセル６に導かれ、各セル６ヘの蒸気
とガスの流量が均一でないという問題が解消され、蒸気
と反応ガスの流量が均一化され、特別な装置や制御を不
要で、低コストで反応ガスの供給が充分であり、各セル
６毎の反応ガスの供給量を均一にして性能を容易に維持
することができる。

【００５０】図１５は燃料電池の他の実施例のガス通路
を示す概略構成図である。燃料電池１のセルスタック３
には、反応ガスを排出するガス通路６０が各セル６を貫
通して形成され、このガス通路６０へそれぞれのセル６
のトンネル通路６２から反応ガスが排出される。この反
応ガスのガス通路にガス成分から水分を分離して排出す
るための手段Ｃが設けられ、この実施例のガス成分から
水分を分離して排出するための手段Ｃは、ガス通路６０
の底面６０ａを排出方向へ傾斜させた構造であり、通路
断面積は下流側程大きくなっており、ガス成分が上方を
流れ、水分は底面６０ａに沿って流れて排出する。この
ように、反応ガスをガス成分から水分を分離して排出す
ることで、発電による生成水に加えて加湿蒸気の凝縮水
がセルスタック３の出口側に次第に溜り、出口通路を塞
いでしまう虞が解消され、自動的に排水されて、反応ガ
スの流れが安定し、セルの信頼性、耐久性が向上する。

【００５１】また、ガス成分から水分を分離して排出す
るための手段Ｃは、ガス通路６０の底面６０ａを排出方
向へ傾斜させた構造であり、据付けが容易で、特別な装
置や制御を不要で、低コストで軽量、コンパクトであ
り、車両に搭載される燃料電池等に移動用に好適であ
る。

【００５２】図１６は燃料電池のさらに他の実施例のガ
ス通路を示す概略構成図である。燃料電池１のセルスタ
ック３には、同様に反応ガスを排出するガス通路６０、
各セル６が形成され、この実施例のガス成分から水分を
分離して排出するための手段Ｃは、ガス通路６０の底面
６０ａをセル６に応じて排出方向へステップ状に低下さ
せた構造であり、セル６に応じた部分の通路形状は同じ
に形成されている。

【００５３】図１７は燃料電池のさらに他の実施例のガ
ス通路を示す概略構成図である。この実施例のガス成分
から水分を分離して排出するための手段Ｃは、図１６と
同様にガス通路６０の底面６０ａをセル６に応じて排出
方向へステップ状に低下させた構造であるが、この実施
例ではガス通路６０の上面６０ｂをセル６に応じて排出
方向へステップ状に上昇させた構造であり、下流側に向
けて次第に通路断面積が大きくなっている。

【００５４】図１８は燃料電池のさらに他の実施例のガ
ス通路を示す概略構成図である。この実施例のガス成分
から水分を分離して排出するための手段Ｃは、図１６及
び図１７と同様にガス通路６０の底面６０ａをセル６に
応じて排出方向へステップ状に低下させた構造である
が、この実施例ではガス通路６０の上面６０ｂは変化さ
せないで水平にした構造であり、下流側に向けて次第に
通路断面積が大きくなっている。

【００５５】図１９は燃料電池のさらに他の実施例を示
し、図１９（ａ）は燃料電池のガス通路部の拡大図、図
１９（ｂ）は燃料電池の各セルへの配置状態を示す図で
ある。この実施例では、図１９（ａ）に示すように燃料
電池１の各セル６に応じた反応ガスのガス通路には、そ
の分配通路１５ｃにイオン交換膜７を露出可能にし、こ
の分配通路１５ｃにイオン交換膜７の伸縮により反応ガ
ス流量を調整するための手段Ｄを設けた構造である。こ
のイオン交換膜の伸縮により反応ガス流量を調整するた
めの手段Ｄは、例えば金網、多孔性シート等の透過性部
材で形成されたスペーサ７０で構成され、反応ガスの流
量が多いと、イオン交換膜７が伸び、不足すると加湿量
が不足して縮み、このイオン交換膜７の伸縮を利用して
反応ガスの流量の調整をする。

【００５６】図１９（ｂ）に示すように、下流側に向か
うに従うセル６に応じて、ガス通路の分配通路１５ｃに
大きなスペーサ７０を配置することで、イオン交換膜７
の伸縮量が調整され、製造上の通路面積の誤差及びイオ
ン交換膜の変形、水詰りなどによる運転中の通路閉塞な
どにより、各セル６毎のガス供給量が均一でないという
問題が解消され、各セル６毎の反応ガスの供給量を均一
にでき、運転中の性能低下が防止でき、各セル６毎の反
応ガスの供給量を均一にして性能を容易に維持すること
ができる。また、特別な装置や制御を不要で、低コスト
で軽量、コンパクトであり、車両に搭載される燃料電池
等に移動用に好適である。

【００５７】なお、前記各実施例では、ガス通路の分配
通路１５ｃに、所定流量に維持するための手段Ａ、反応
ガスのガス通路５０の流れの流量を均一にするための手
段Ｂ及びガス成分から水分を分離して排出するための手
段Ｃを設けているが、トンネル通路１５ｂ側に設けても
良い。

【００５８】

【発明の効果】前記したように、請求項１記載の発明
は、反応ガスのガス通路の流れを所定流量に維持するた
めの手段を設けたから、時間の経過とともに、加湿用の
水蒸気、水、生成水などがガス通路に詰ったり、イオン
交換膜が水により変形してガス通路を塞いだりすること
がないようにでき、反応ガスの供給が充分であり、各セ
ル毎の反応ガスの供給量を均一にして性能を容易に維持
することができる。

【００５９】請求項２記載の発明は、所定流量に維持す
るための手段が、イオン交換膜の変形を防止する簡単な
構造で、各セル毎の反応ガスの供給量を均一にして性能
を容易に維持することができ、しかも特別な装置や制御
を不要で、低コストで軽量、コンパクトであり、車両に
搭載される燃料電池等に移動用に好適である。

【００６０】請求項３記載の発明は、所定流量に維持す
るための手段が、イオン交換膜の変形を許容する簡単な
構造で、各セル毎の反応ガスの供給量を均一にして性能
を容易に維持することができ、しかも特別な装置や制御
を不要で、低コストで軽量、コンパクトであり、車両に
搭載される燃料電池等に移動用に好適である。

【００６１】請求項４記載の発明は、所定流量に維持す
るための手段が、反応ガスのガス通路側に接着剤のはみ
出しを規制する空間を設けた簡単な構造で、セルを構成
するセパレータを板状の材料を多層接着して作製する場
合、接着剤がガス通路側にはみ出してガス通路を塞ぐこ
とが防止され、接着剤がはみ出しても、反応ガスの流量
が確保でき、セルの信頼性向上し、性能維持が容易であ
り、しかも特別な装置や制御を不要で、低コストで軽
量、コンパクトであり、車両に搭載される燃料電池等に
移動用に好適である。

【００６２】請求項５記載の発明は、所定流量に維持す
るための手段が、セパレータの横ズレを規制する構造で
あり、セパレータの横ズレを規制することで、イオン交
換膜の位置が正確に定め、特別な装置や制御を不要で、
低コストで反応ガスの供給が充分であり、各セル毎の反
応ガスの供給量を均一にして性能を容易に維持すること
ができ、しかも特別な装置や制御を不要で、低コストで
軽量、コンパクトであり、車両に搭載される燃料電池等
に移動用に好適である。

【００６３】請求項６記載の発明は、反応ガスのガス通
路の流れの流量を均一にするための手段を設けたから、
蒸気と反応ガスの流量が均一化され、特別な装置や制御
を不要で、低コストで反応ガスの供給が充分であり、各
セル毎の反応ガスの供給量を均一にして性能を容易に維
持することができ、しかも特別な装置や制御を不要で、
低コストで軽量、コンパクトであり、車両に搭載される
燃料電池等に移動用に好適である。

【００６４】請求項７記載の発明は、反応ガスのガス通
路にガス成分から水分を分離して排出するための手段を
設け、反応ガスをガス成分から水分を分離して排出する
から、発電による生成水に加えて加湿蒸気の凝縮水がセ
ルスタックの出口側に次第に溜り、出口通路を塞いでし
まう虞が解消され、自動的に排水されて、反応ガスの流
れが安定し、かつ据付けが容易で、特別な装置や制御を
不要で、低コストで排水が充分であり、セルの信頼性、
耐久性が向上する。

【００６５】請求項８記載の発明は、ガス成分から水分
を分離して排出するための手段が、ガス通路の底面を排
出方向へ傾斜させた簡単な構造であり、据付けが容易
で、特別な装置や制御を不要で、低コストで排水が充分
であり、セルの信頼性、耐久性が向上し、しかも軽量、
コンパクトであり、車両に搭載される燃料電池等に移動
用に好適である。

【００６６】請求項９記載の発明は、ガス成分から水分
を分離して排出するための手段が、ガス通路の底面を排
出方向へステップ状に低下させた簡単な構造であり、据
付けが容易で、特別な装置や制御を不要で、低コストで
排水が充分であり、セルの信頼性、耐久性が向上し、し
かも軽量、コンパクトであり、車両に搭載される燃料電
池等に移動用に好適である。

【００６７】請求項１０記載の発明は、反応ガスのガス
通路にイオン交換膜を露出可能にし、イオン交換膜の伸
縮により反応ガス流量を調整するための手段を設けたか
ら、イオン交換膜の伸縮により反応ガス流量を調整によ
り、製造上の通路面積の誤差及びイオン交換膜の変形、
水詰りなどによる運転中の通路閉塞などにより、各セル
毎のガス供給量が均一でないという問題が解消され、各
セル毎の反応ガスの供給量を均一にでき、運転中の性能
低下が防止でき、セルの信頼性が向上し、特別な装置や
制御を不要で、低コストで反応ガスの供給が充分であ
り、各セル毎の反応ガスの供給量を均一にして性能を容
易に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池の正面図である。

【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。

【図３】図１のX-X線及びY-Y線に沿う断面図である。

【図４】燃料電池のガス通路部の拡大図である。

【図５】燃料電池の他の実施例を示すガス通路部の拡大
図である。

【図６】燃料電池のさらに他の実施例を示すガス通路部
の拡大図である。

【図７】燃料電池の他の実施例を示すガス通路部の拡大
図である。

【図８】スペーサの他の実施例を示す図である。

【図９】燃料電池のさらに他の実施例を示すガス通路部
の拡大図である。

【図１０】燃料電池の他の実施例を示すガス通路部の拡
大図である。

【図１１】横ズレ防止構造の他の実施例を示す図であ
る。

【図１２】燃料電池のさらに他の実施例を示すガス通路
の概略構成図である。

【図１３】燃料電池のさらに他の実施例のガス通路を示
す概略構成図である。

【図１４】燃料電池のさらに他の実施例のガス通路を示
す概略構成図である。

【図１５】燃料電池の他の実施例のガス通路を示す概略
構成図である。

【図１６】燃料電池のさらに他の実施例のガス通路を示
す概略構成図である。

【図１７】燃料電池のさらに他の実施例のガス通路を示
す概略構成図である。

【図１８】燃料電池のさらに他の実施例のガス通路を示
す概略構成図である。

【図１９】燃料電池のさらに他の実施例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１燃料電池３セルスタック４ａ，４ｂセパレータ６セル７イオン交換膜７ａ外周部８正の触媒電９負の触媒電極１５ｃ分配通路Ａ反応ガスの流れを所定流量に維持するための手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セパレータを組みにして複数積層して組み
付けたセルのセルスタックを備え、前記セルは、イオン
交換膜、正の触媒電極及び負の触媒電極を有し、前記イ
オン交換膜の外周部をセパレータの間に挟んで保持さ
れ、前記セルにより反応ガスの水素と酸素とを反応させ
て水を生成し、その際に電気を発生させる燃料電池にお
いて、前記反応ガスのガス通路の流れを所定流量に維持
するための手段を設けたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】前記所定流量に維持するための手段は、前
記イオン交換膜の変形を防止する構造であることを特徴
とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】前記所定流量に維持するための手段は、前
記イオン交換膜の変形を許容する構造であることを特徴
とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】前記所定流量に維持するための手段は、前
記反応ガスのガス通路側に接着剤のはみ出しを規制する
空間を設けた構造であることを特徴とする請求項１記載
の燃料電池。
【請求項５】前記所定流量に維持するための手段は、前
記セパレータの横ズレを規制する構造であることを特徴
とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項６】セパレータを組みにして複数積層して組み
付けたセルのセルスタックを備え、前記セルは、イオン
交換膜、正の触媒電極及び負の触媒電極を有し、前記イ
オン交換膜の外周部をセパレータの間に挟んで保持さ
れ、前記セルにより反応ガスの水素と酸素とを反応させ
て水を生成し、その際に電気を発生させる燃料電池にお
いて、前記反応ガスのガス通路の流れの流量を均一にす
るための手段を設けたことを特徴とする燃料電池。
【請求項７】セパレータを組みにして複数積層して組み
付けたセルのセルスタックを備え、前記セルは、イオン
交換膜、正の触媒電極及び負の触媒電極を有し、前記イ
オン交換膜の外周部をセパレータの間に挟んで保持さ
れ、前記セルにより反応ガスの水素と酸素とを反応させ
て水を生成し、その際に電気を発生させる燃料電池にお
いて、前記反応ガスのガス通路にガス成分から水分を分
離して排出するための手段を設けたことを特徴とする燃
料電池。
【請求項８】前記ガス成分から水分を分離して排出する
ための手段は、前記ガス通路の底面を排出方向へ傾斜さ
せた構造であることを特徴とする請求項７記載の燃料電
池。
【請求項９】前記ガス成分から水分を分離して排出する
ための手段は、前記ガス通路の底面を排出方向へステッ
プ状に低下させた構造であることを特徴とする請求項７
記載の燃料電池。
【請求項１０】セパレータを組みにして複数積層して組
み付けたセルのセルスタックを備え、前記セルは、イオ
ン交換膜、正の触媒電極及び負の触媒電極を有し、前記
イオン交換膜の外周部をセパレータの間に挟んで保持さ
れ、前記セルにより反応ガスの水素と酸素とを反応させ
て水を生成し、その際に電気を発生させる燃料電池にお
いて、前記反応ガスのガス通路に前記イオン交換膜を露
出可能にし、前記イオン交換膜の伸縮により反応ガス流
量を調整するための手段を設けたことを特徴とする燃料
電池。