JPH1012262A - Solid high polymer electrolyte fuel cell - Google Patents
Solid high polymer electrolyte fuel cellInfo
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- JPH1012262A JPH1012262A JP8163537A JP16353796A JPH1012262A JP H1012262 A JPH1012262 A JP H1012262A JP 8163537 A JP8163537 A JP 8163537A JP 16353796 A JP16353796 A JP 16353796A JP H1012262 A JPH1012262 A JP H1012262A
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Abstract
Description
【0001】[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、燃料ガスあるいは酸化剤ガスに含ま
れる水蒸気の凝縮を防止するように改良されたその構造
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell and, more particularly, to a structure improved to prevent condensation of water vapor contained in a fuel gas or an oxidizing gas.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池は水素と酸素とを利用して直流
電力を発生する一種の発電装置であり、すでによく知ら
れているとおり、他のエネルギー機関と比較して、電気
エネルギーへの変換効率が高く,しかも,炭酸ガスや窒
素酸化物等の大気汚染物質の排出量が少ないことから、
いわゆるクリーン・エネルギー源として期待されてい
る。この燃料電池としては、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。2. Description of the Related Art A fuel cell is a kind of power generator that generates DC power using hydrogen and oxygen. As is well known, a fuel cell is converted into electric energy as compared with other energy engines. High efficiency and low emissions of air pollutants such as carbon dioxide and nitrogen oxides
It is expected as a so-called clean energy source. Depending on the type of electrolyte used, this fuel cell may be a solid polymer electrolyte type, a phosphoric acid type, a molten carbonate type,
Various fuel cells such as a solid oxide fuel cell are known.
【0003】これ等の燃料電池の内、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、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)を代表とするフッ素系イオン
交換樹脂膜が現時点では著名であるが、この他に、炭化
水素系イオン交換樹脂膜、複合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
されることにより、常温で20〔Ω・cm〕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
する膜である。Among these fuel cells, a solid polymer electrolyte fuel cell shows low resistivity when a polymer resin membrane having a proton (hydrogen ion) exchange group in a molecule is saturated with water, and exhibits a low resistivity. This is a fuel cell utilizing the function as a conductive electrolyte. The polymer resin membrane having a proton exchange group in the molecule (hereinafter, may be abbreviated as a solid polymer electrolyte membrane or simply a PE membrane) may be used.
At present, a fluorine-based ion exchange resin membrane represented by a fluorosulfonic acid resin membrane (for example, trade name: Nafion membrane manufactured by DuPont, USA) is famous. A film or the like is used.
These solid polymer electrolyte membranes (PE membranes) exhibit a resistivity of 20 [Ω · cm] or less at room temperature by being saturated with water, and all are membranes that function as proton conductive electrolytes. .
【0004】まず、従来例の固体高分子電解質型燃料電
池が備える単位燃料電池を、図10〜図12を用いて説
明する。ここで、図10は、従来例の固体高分子電解質
型燃料電池が備える単位燃料電池を展開した状態で模式
的に示した要部の上部側から見た断面図であり、図11
は、図10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12は、単位燃料電池が有
するセパレータを図10におけるP矢方向から見た図で
ある。First, a unit fuel cell provided in a conventional solid polymer electrolyte fuel cell will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 10 is a cross-sectional view seen from the upper side of a main part schematically showing a unit fuel cell included in a conventional solid polymer electrolyte fuel cell in a developed state.
12 is a perspective view schematically showing the unit fuel cell shown in FIG. 10 in a developed state, and FIG. 12 is a view of a separator included in the unit fuel cell as viewed from the direction of arrow P in FIG.
【0005】図10〜図12において、8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81,82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、シート状の固体高分子電解質膜7Cと、
シート状の燃料電極膜(アノード極でもある。)7A
と、シート状の酸化剤電極膜(カソード極でもある。)
7Bとで構成され、後記する電気化学反応によって直流
電力を発生する。固体高分子電解質膜7Cには、前記の
PE膜が用いられている。このPE膜7Cは、0.1
〔mm〕程度の厚さ寸法と、電極膜7A,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。In FIG. 10 to FIG. 12, reference numeral 8 denotes a unit fuel cell (hereinafter referred to as a unit cell) comprising a fuel cell 7 and separators 81 and 82 disposed opposite to both main surfaces thereof. (May be abbreviated). The fuel cell 7 includes a sheet-like solid polymer electrolyte membrane 7C,
Sheet-shaped fuel electrode membrane (also an anode electrode) 7A
And a sheet-like oxidant electrode film (also a cathode electrode)
7B, and generates DC power by an electrochemical reaction described later. The PE film described above is used for the solid polymer electrolyte membrane 7C. The PE film 7C has a thickness of 0.1
It has a thickness dimension of about [mm] and an outer dimension in the plane direction larger than the outer dimension in the plane direction of the electrode films 7A and 7B.
An exposed surface of the PE film 7C exists between the end of the film 7C.
【0006】燃料電極膜7Aは、PE膜7Cの一方の主
面に密接されて積層されて、後記する燃料ガス(例え
ば、水素あるいは水素を高濃度に含んだガスである。)
97の供給を受ける電極膜である。また,酸化剤電極膜
7Bは、PE膜7Cの他方の主面に密接されて積層され
て、後記する酸化剤ガス(例えば、空気である。)98
の供給を受ける電極膜である。燃料電極膜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
極膜7Bの外側面が,燃料電池セル7の他方の側面7b
である。燃料電極膜7Aおよび酸化剤電極膜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。)
の供給および排出を行い、しかも、集電体としての機能
も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。The fuel electrode film 7A is closely stacked on one main surface of the PE film 7C, and is a fuel gas described later (for example, hydrogen or a gas containing a high concentration of hydrogen).
This is an electrode film receiving the supply of 97. Further, the oxidant electrode film 7B is closely stacked on the other main surface of the PE film 7C, and an oxidant gas (for example, air) 98 described later.
Is an electrode film that receives the supply of. The outer surface of the fuel electrode film 7A is one side surface 7a of the fuel cell 7, and the outer surface of the oxidant electrode film 7B is the other side surface 7b of the fuel cell 7.
It is. Each of the fuel electrode film 7A and the oxidant electrode film 7B is provided with a catalyst layer containing a catalyst active material and an electrode base material. It is common to make them adhere. The electrode substrate supports the catalyst layer and reacts with the reaction gas (hereinafter, the fuel gas and the oxidant gas are sometimes collectively referred to as such).
Supply and discharge, and also have a function as a current collector porous sheet (for example, as a material used, for example,
Carbon paper is used. ). The catalyst layer is
In many cases, the catalyst is formed from a fine particulate platinum catalyst and a fluororesin having water repellency. It is designed so that contact is possible by area.
【0007】燃料電極膜7A,酸化剤電極膜7Bに反応
ガスが供給されると、それぞれの電極膜7A,7Bに備
えられた触媒層と、PE膜7Cとの界面に、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(燃料電極膜,酸化剤電極膜が持つ触媒)の三相界
面が形成され、電気化学反応を生じさせることで直流電
力を発生させている。なお、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と
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、反応ガスの三相界面までの効率
的な拡散を維持するすると共に、十分広い面積の三相界
面が形成されるように構成されている。When the reactant gas is supplied to the fuel electrode film 7A and the oxidant electrode film 7B, a gas phase (fuel gas) is formed at the interface between the catalyst layer provided on each of the electrode films 7A and 7B and the PE film 7C. Or oxidant gas), liquid phase (solid polymer electrolyte),
A three-phase interface of a solid phase (a catalyst of the fuel electrode film and the oxidant electrode film) is formed, and a DC power is generated by causing an electrochemical reaction. In many cases, the catalyst layer is formed of a fine particulate platinum catalyst and a water-repellent fluororesin, and by forming a large number of pores in the layer, It is configured to maintain efficient diffusion of the reaction gas to the three-phase interface and to form a sufficiently large three-phase interface.
【0008】この三相界面では、次記する電気化学反応
が生じる。まず、燃料電極膜7A側では(1)式による
反応が起こる。At the three-phase interface, the following electrochemical reaction occurs. First, a reaction according to equation (1) occurs on the fuel electrode film 7A side.
【0009】[0009]
【化1】 H2 →2H+ +2e- ………………(1) また、酸化剤電極膜7B側では(2)式による反応が起
こる。Embedded image H 2 → 2H + + 2e − (1) Further, a reaction according to the formula (2) occurs on the oxidant electrode film 7B side.
【0010】[0010]
【化2】 (1/2)O2 +2H+ +2e- H2 O ……(2) すなわち、この反応の結果、燃料電極膜7Aで生成され
たH+ イオン(プロトン)は、PE膜7C中を酸化剤電
極膜7Bに向かって移動し、また、電子(e-)は、固
体高分子電解質型燃料電池の図示しない負荷を通って酸
化剤電極膜7Bに移動する。一方、酸化剤電極膜7Bで
は、酸化剤ガス98中に含有される酸素と、PE膜7C
中を燃料電極膜7Aから移動してきたH+ イオンと、図
示しない負荷装置を通って移動してきた電子とが反応
し、H2 O(水蒸気)が生成される。かくして、固体高
分子電解質型燃料電池は、水素と酸素とを得て直流電力
を発生し、そうして、副生物としてH2 O(水蒸気)を
生成している。(1/2) O 2 + 2H + + 2e − H 2 O (2) That is, as a result of this reaction, H + ions (protons) generated in the fuel electrode film 7A are transferred to the PE film 7C. Move toward the oxidant electrode film 7B, and the electrons (e − ) move to the oxidant electrode film 7B through a load (not shown) of the polymer electrolyte fuel cell. On the other hand, in the oxidant electrode film 7B, the oxygen contained in the oxidant gas 98 and the PE film 7C
The H + ions moving through the inside from the fuel electrode film 7A react with the electrons moving through a load device (not shown) to generate H 2 O (water vapor). Thus, the solid polymer electrolyte fuel cell obtains hydrogen and oxygen to generate DC power, thereby generating H 2 O (water vapor) as a by-product.
【0011】前記の機能を備える燃料電池セル7の厚さ
寸法は、多くの場合に1〔mm〕前後程度あるいはそれ
以下であり、燃料電池セル7においてPE膜7Cは、燃
料ガス97と酸化剤ガス98との混合を防止するため
の、シール用膜の役目も兼ねていることになる。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81に設けられている貫通穴815A,
816A、および、セパレータ82に設けられている貫
通穴825A,826A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81に設けられている貫通穴813B,814B、お
よび、セパレータ82に設けられている貫通穴823
B,824Bに対向させて形成されており、後記する熱
媒99の通流路の一部をなす穴である。In many cases, the thickness of the fuel cell 7 having the above function is about 1 mm or less, and in the fuel cell 7, the PE film 7C is composed of the fuel gas 97 and the oxidant. This also serves as a sealing film for preventing mixing with the gas 98. By the way, the through hole 71 formed on the exposed surface of the PE film 7C
Are through holes 815A provided in the separator 81,
816A and the through holes 825A and 826A provided in the separator 82.
This hole forms a part of the reaction gas passage. Similarly, the through-hole 72 formed on the exposed surface of the PE film 7C includes through-holes 813B and 814B provided in the separator 81 and a through-hole 823 provided in the separator 82.
B, 824B, and a hole which forms a part of a flow path of a heat medium 99 described later.
【0012】また、セパレータ81とセパレータ82
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、直流電力の発生に関連して燃料電
池セル7で発生する熱を燃料電池セル7から除去する役
目を担うものである。セパレータ81は、その側面81
a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82は、その側面82a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
うにして配設されている。セパレータ81,82は共
に、ガスを透過せず,かつ、良好な熱伝導性と良好な電
気伝導性を備え、しかも、生成水を汚損させることの無
い材料(例えば、炭素系の材料,金属材料が使用されて
いる。)を用いて製作されている。The separator 81 and the separator 82
Supplies the reaction gas to the fuel cell 7, takes out the DC power generated in the fuel cell 7 from the fuel cell 7, and generates the DC power in the fuel cell 7 in association with the generation of the DC power. It serves to remove heat from the fuel cell 7. The separator 81 has a side surface 81.
a is in close contact with the side surface 7 a of the fuel cell 7, and the separator 82 is disposed such that the side surface 82 a is in close contact with the side surface 7 b of the fuel cell 7 so as to sandwich the fuel cell 7. Both the separators 81 and 82 do not allow gas to permeate, have good thermal conductivity and good electrical conductivity, and do not pollute the generated water (for example, a carbon-based material or a metal material). Are used.).
【0013】セパレータ81,82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81
は、燃料電池セル7の側面7aに接する側面81a側
に、燃料ガス97を通流させると共に,未消費の水素を
含む燃料ガス97を排出するための間隔を設けて4個設
けられた凹状の溝(ガス通流用の溝)811Aと、この
溝811A間に介在する凸状の隔壁812Aとが、互い
に交互に形成されている。セパレータ82は、燃料電池
セル7の側面7bに接する側面82a側に、酸化剤ガス
98を通流させると共に,未消費の酸素を含む酸化剤ガ
ス98を排出するための間隔を設けて4個設けられた凹
状の溝(ガス通流用の溝)821Aと、この溝821A
間に介在する凸状の隔壁822Aとが、互いに交互に形
成されている。なお、凸状の隔壁812A,822Aの
頂部は、それぞれ、セパレータ81,82のそれぞれの
側面81a,82aと同一面になるように形成されてい
る。Each of the separators 81 and 82 is provided with a gas flow groove as a means for supplying a reaction gas to the fuel cell 7. That is, the separator 81
Are formed on the side face 81a of the fuel cell unit 7 in contact with the side face 7a, through which the fuel gas 97 flows, and at the same time, four concave grooves are provided at intervals to discharge the fuel gas 97 containing unconsumed hydrogen. Grooves (grooves for gas flow) 811A and convex partition walls 812A interposed between the grooves 811A are formed alternately. Four separators 82 are provided on the side surface 82 a of the fuel cell unit 7 in contact with the side surface 7 b so that the oxidizing gas 98 can flow therethrough and at intervals for discharging the oxidizing gas 98 containing unconsumed oxygen. Recessed groove (groove for gas flow) 821A and this groove 821A
Protruding partition walls 822A interposed therebetween are alternately formed. The tops of the convex partitions 812A and 822A are formed so as to be flush with the side surfaces 81a and 82a of the separators 81 and 82, respectively.
【0014】セパレータ82のそれぞれの溝821Aの
両端部は、これ等の溝821Aが互いに並列になって溝
824A,824Aに連通されている。この溝824
A,824Aの端部には、側面82aとは反対側となる
側面82b側に開口する1対の貫通穴825A,825
Aが形成されている。また、セパレータ82には、側面
82aと側面82bとを結ぶ1対の貫通穴826A,8
26Aが、図12中に示すように、1対の貫通穴825
A,825A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821A、溝824A、貫通穴
825Aは、セパレータ82における酸化剤ガス98を
通流させるためのガス通流路を構成している。また、セ
パレータ81にも、貫通穴815A,815Aと貫通穴
816A,816Aが形成されている。At both ends of each groove 821A of the separator 82, these grooves 821A are connected to the grooves 824A, 824A in parallel with each other. This groove 824
A and 824A have a pair of through holes 825A and 825 that open on the side surface 82b opposite to the side surface 82a.
A is formed. The separator 82 has a pair of through holes 826A, 8B connecting the side surfaces 82a and 82b.
26A has a pair of through holes 825 as shown in FIG.
A and 825A are formed at portions that are in a cross-positional relationship with each other. The groove 821A, the groove 824A, and the through-hole 825A constitute a gas passage for passing the oxidizing gas 98 in the separator 82. The separator 81 also has through holes 815A, 815A and through holes 816A, 816A.
【0015】すなわち、セパレータ81のそれぞれの溝
811Aの両端部は、これ等の溝811Aが互いに並列
になって,セパレータ82の場合の溝824A,824
Aと同様形状の溝に連通されている。貫通穴815A,
815Aは、この溝(824Aと同様形状の溝であ
る。)の端部から、側面81aとは反対側となる側面8
1b側に開口されている。貫通穴816A,816A
は、側面81aと側面81bとを結んで、セパレータ8
2における貫通穴825Aと貫通穴826Aとの関係と
同様の位置関係で、図11中に示すように,1対の貫通
穴815A,815Aとは互いにたすき掛けとなる部位
に形成されている。溝811A、前記の溝(824Aと
同様形状の溝である。)、貫通穴815Aは、セパレー
タ81における燃料ガス97を通流させるためのガス通
流路を構成している。That is, both ends of each of the grooves 811A of the separator 81 are arranged in parallel with each other to form the grooves 824A and 824 of the separator 82.
It communicates with a groove having the same shape as A. 815A through hole,
815A is a side surface 8 opposite to the side surface 81a from an end of the groove (a groove having the same shape as the groove 824A).
1b side. Through holes 816A, 816A
Connects the side surface 81a and the side surface 81b to form the separator 8
In a positional relationship similar to the relationship between the through hole 825A and the through hole 826A in FIG. 2, as shown in FIG. 11, the pair of through holes 815A, 815A are formed at portions that cross each other. The groove 811A, the above-described groove (a groove having the same shape as that of the groove 824A), and the through hole 815A constitute a gas passage for allowing the fuel gas 97 in the separator 81 to flow.
【0016】さらに、73は、前記したガス通流路中を
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81,82の溝811A,824Aと同様
形状の溝、および、溝821A,824Aが形成された
部位の周縁部に形成された凹形状の溝819,829中
に収納されて装着されている。また、図10〜図12中
に図示するのは省略したが、セパレータ82が持つ貫通
穴825Aの側面82bへの開口部を取り巻いて、酸化
剤ガス98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。)を収納するために、後記する凹形状
の溝827A(後記する図14を参照。)が形成されて
いる。なお、貫通穴825Aの場合と同様に、セパレー
タ82が持つ貫通穴826Aの側面82bへの開口部
と、貫通穴826Aの側面82aへの開口部を取り巻い
て、また、セパレータ81が持つ貫通穴815A,81
6Aの側面81bへのそれぞれの開口部と、貫通穴81
6Aの側面81aへ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。Further, reference numeral 73 denotes a gas seal body (for example, an O-ring) made of an elastic material serving to prevent the above-described reaction gas flowing through the gas passage from leaking out of the gas passage. ). The gas seal body 73 is formed in the grooves having the same shape as the grooves 811A and 824A of the separators 81 and 82, and the concave grooves 819 and 829 formed on the periphery of the portion where the grooves 821A and 824A are formed. It is stored and mounted. Although not shown in FIGS. 10 to 12, the oxidizing gas 98 leaks out of the gas flow passage from this portion around the opening of the through hole 825 </ b> A of the separator 82 to the side surface 82 b. Gas seals made of elastic material that serve to prevent
O-ring. ) Are formed in a concave groove 827A (see FIG. 14 described later). As in the case of the through hole 825A, the through hole 826A of the separator 82 and the opening to the side surface 82a of the through hole 826A surround the opening of the through hole 826A to the side surface 82a. , 81
6A, each opening to the side surface 81b and the through hole 81
A gas seal body (for example, an O-ring) made of an elastic material and serving to prevent the reaction gas from leaking out of the gas flow passage from this portion around the opening of the side surface 81a of the 6A. A concave groove for storing is formed.
【0017】セパレータ81,82には、燃料電池セル
7で発生した熱を燃料電池セル7から除去するなどのた
めの熱交換部として、熱媒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82は、その側面82
b側に熱媒99を通流させる凹状の溝(熱媒通流用の
溝)821Bが2個形成されている。それぞれの溝82
1Bの両端部には、側面82aに開口する1対の貫通穴
823B,824Bが形成されている。溝821B,貫
通穴823B,824Bは、セパレータ82における熱
媒99を通流させる熱交換部を構成している。また、セ
パレータ81にも、セパレータ82と同様に、その側面
81b側に熱媒99を通流させる凹状の溝(熱媒通流用
の溝)811Bが2個形成されている。それぞれの溝8
11Bの両端部には、側面81aに開口する1対の貫通
穴813B,814Bが形成されている。溝811B,
貫通穴813B,814Bは、セパレータ81における
熱媒99を通流させる熱交換部を構成している。The separators 81 and 82 are provided with grooves through which a heat medium 99 flows as a heat exchange section for removing heat generated in the fuel cell 7 from the fuel cell 7. That is, the separator 82 is
On the b side, two concave grooves (grooves for flowing the heat medium) 821B through which the heat medium 99 flows are formed. Each groove 82
At both ends of 1B, a pair of through holes 823B and 824B that are open to the side surface 82a are formed. The groove 821B and the through-holes 823B, 824B constitute a heat exchanging part for allowing the heat medium 99 in the separator 82 to flow. Similarly to the separator 82, the separator 81 is provided with two concave grooves (grooves for flowing the heat medium) 811B through which the heat medium 99 flows, on the side surface 81b side. Each groove 8
At both ends of 11B, a pair of through holes 813B and 814B opening to the side surface 81a are formed. Groove 811B,
The through holes 813B and 814B constitute a heat exchange unit that allows the heat medium 99 in the separator 81 to flow.
【0018】セパレータ81の側面81b,セパレータ
82の側面82bには、溝811B,821Bを取り巻
いて、凹形状の溝818B,828Bがそれぞれ形成さ
れている。これ等の凹形状の溝は、熱媒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81が持つ貫通穴
813B,814Bの側面81aへのそれぞれの開口部
を取り巻いて、また、セパレータ82が持つ貫通穴82
3B,824Bの側面82aへのそれぞれの開口部を取
り巻いて、熱媒99がこの部位から熱交換部外に漏れ出
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。On the side surface 81b of the separator 81 and the side surface 82b of the separator 82, concave grooves 818B and 828B are formed surrounding the grooves 811B and 821B, respectively. These concave grooves are provided with a sealing member made of an elastic material (for example, O 2) for preventing the heat medium 99 from leaking.
It is a ring. ) Is stored. In addition,
Although not shown, the through holes 813B and 814B of the separator 81 surround the respective openings of the side surface 81a, and the through holes 82 of the separator 82.
A sealing member made of an elastic material (for example, an O-ring) that serves to prevent the heat medium 99 from leaking out of this portion to the outside of the heat exchange portion around the respective openings of the side surfaces 82a of the 3B and 824B. .) Are formed.
【0019】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8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位燃料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
13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。図14は、図13における
Q部の詳細断面図である。図15は、図13中に示した
固体高分子電解質型燃料電池に与える反応ガスの通流路
を説明する説明図であり、図16は、図13中に示した
固体高分子電解質型燃料電池に与える熱媒の通流路を説
明する説明図である。なお図13〜図16中には、図1
0〜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。The voltage generated by one fuel cell 7 is:
Since the voltage is as low as about 1 [V] or less, a plurality (often several tens to several hundreds) of the cells 8 having the above-described configuration are used to generate a voltage of the fuel cell 7 mutually. In general, the unit fuel cell is configured as a stacked body of unit fuel cells stacked so as to be connected in series, and is put to practical use with an increased voltage. FIG. 13 is a schematic view of a main part schematically showing a conventional solid polymer electrolyte fuel cell, and FIG. 13 (a) is a side view thereof.
(B) is a top view thereof. FIG. 14 is a detailed sectional view of a portion Q in FIG. FIG. 15 is an explanatory view illustrating a flow path of a reaction gas supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 13, and FIG. 16 is a solid polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a flow path of a heat medium given to the device. 13 to FIG.
As for the reference numerals given in FIG. 0 to FIG. 12, only representative reference numerals are described.
【0020】図13〜図16において、9は、複数(図
13では、単電池8の個数が8個である場合を例示し
た。)の単電池8を積層して構成された、単電池8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8の積層体の両端部に、単電池8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8,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92,92と、両電気絶縁板92の両外側面側に
配設される鉄材等の金属製の加圧板93,94とを順次
積層して構成されている。そうして、加圧板93,94
にそれぞれの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いる。In FIGS. 13 to 16, reference numeral 9 denotes a unit cell 8 formed by stacking a plurality of unit cells 8 (in FIG. 13, the case where the number of unit cells 8 is eight). Polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as
It may be abbreviated as a stack. ). Stack 9
Are current collector plates 91, 91 made of a conductive material such as a copper material for extracting the DC power generated in the cell 8 from the stack 9 at both ends of the stacked body of the cell 8; Electric insulating plates 92, 92 made of an electric insulating material for electrically insulating the electric plate 91 from the structure, and a metal pressing plate made of a metal material such as an iron material disposed on both outer side surfaces of the electric insulating plates 92. 93 and 94 are sequentially laminated. Then, the pressing plates 93, 94
An appropriate pressing force is applied from the outer surface side by a plurality of tightening bolts 95.
【0021】互いに隣接する単電池8において、セパレ
ータ81に形成された貫通穴815Aとセパレータ82
に形成された貫通穴826Aとは、また、セパレータ8
1に形成された貫通穴816Aと、セパレータ82に形
成された貫通穴825A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82が備えている一
方の側の貫通穴825A,826Aと対向する部位に
は、図14中に示されているように、貫通穴911,9
21,および,管用めねじが形成された貫通穴931が
それぞれ形成されている。また、集電板91,電気絶縁
板92,加圧板94の、セパレータ81が備えている他
方の貫通穴815A,816Aと対向する部位にも、そ
の図示を省略したが、貫通穴911,921と同様の貫
通穴,および,管用めねじが形成された貫通穴931と
同様の貫通穴がそれぞれ形成されている。In the unit cells 8 adjacent to each other, the through-hole 815A formed in the separator 81 and the separator 82
The through hole 826A formed in the
The through-hole 816A formed in the first and the through-hole 825A formed in the separator 82 are formed so that their opening portions match each other. As shown in FIG. 14, the current collector plate 91, the electric insulating plate 92, and the pressurizing plate 93 are provided at portions facing the through holes 825A and 826A on one side of the separator 82, as shown in FIG. Through holes 911, 9
21 and a through hole 931 in which a female pipe thread is formed. Although not shown, the current collector plate 91, the electric insulating plate 92, and the pressing plate 94 are also not shown in the portions facing the other through holes 815 A and 816 A provided in the separator 81. A similar through-hole and a through-hole similar to the through-hole 931 in which the female pipe thread is formed are formed.
【0022】これ等により、複数の単電池8を積層する
際に、全部の単電池8がそれぞれに持つ燃料ガス97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。このことは、酸化剤ガス98用のガス
通流路に関しても同様である。そうして、加圧板93の
スタック9の外側面となる側面に、貫通穴825Aに対
応する管用めねじが形成された貫通穴931には、酸化
剤ガス98用の管用おねじを備えた配管接続体981
が、また、貫通穴826Aに対応する管用めねじが形成
された貫通穴931には、燃料ガス97用の管用おねじ
を備えた配管接続体971が装着されている。また、集
電板91の一方の側面の貫通穴911の開口部、およ
び、電気絶縁板92の一方の側面の貫通穴921の開口
部には、それぞれの貫通穴を取り巻いて、凹形状の溝9
12,922が形成されている。そうして、それぞれの
溝827A,912,922には、酸化剤ガス98がこ
れ等の部位から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。)982が装
着されている(図14を参照)。なお、配管接続体97
1,981が装着される部位に関する反応ガスの漏れ止
め処理は、一般の配管工事で採用されている公知のガス
体の漏れ止め処理と同様の処理で行われている。Thus, when a plurality of unit cells 8 are stacked, the gas passages for the fuel gas 97 possessed by all the unit cells 8 form gas passages which are connected to each other. ing. The same applies to the gas passage for the oxidizing gas 98. Then, in the through hole 931 in which the female pipe thread corresponding to the through hole 825A is formed on the side surface of the pressing plate 93 which is the outer side surface of the stack 9, a pipe having a male pipe thread for the oxidizing gas 98 is provided. Connection 981
However, a pipe connector 971 provided with a male pipe thread for the fuel gas 97 is mounted in the through hole 931 formed with a female pipe thread corresponding to the through hole 826A. The opening of the through hole 911 on one side of the current collector plate 91 and the opening of the through hole 921 on one side of the electric insulating plate 92 surround the respective through holes and have a concave groove. 9
12,922 are formed. In each of the grooves 827A, 912, and 922, a sealing member (for example, an O-ring) 982 made of an elastic material serving to prevent the oxidizing gas 98 from leaking out of these portions. (See FIG. 14). In addition, the pipe connector 97
The reaction gas leakage prevention processing for the portion where 1,981 is mounted is performed in the same manner as the known gas body leakage prevention processing employed in general plumbing work.
【0023】さらに、集電板91,電気絶縁板92,加
圧板94のセパレータ81が備えている他方の貫通穴8
15A,816Aと対向する部位に形成された、貫通穴
911,921,931と同様の貫通穴にも、集電板9
1,電気絶縁板92,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、燃料ガス97用
の配管接続体971と、酸化剤ガス98用の配管接続体
981とが、それぞれの貫通穴に装着されている。Further, the other through hole 8 provided in the separator 81 of the current collecting plate 91, the electric insulating plate 92, and the pressing plate 94.
15A, 816A, and through holes similar to the through holes 911, 921, 931 are also provided in the current collector plate 9.
1, through holes and grooves (not shown) are formed as in the case of the electric insulating plate 92 and the pressing plate 93. The pressing plate 94
A pipe connector 971 for the fuel gas 97 and a pipe connector 981 for the oxidizing gas 98 are mounted in respective through holes on the outer side surface of the stack 9.
【0024】また、互いに隣接する単電池8において、
セパレータ81に形成された貫通穴813Bとセパレー
タ82に形成された貫通穴823Bと、および、セパレ
ータ81に形成された貫通穴814Bとセパレータ82
に形成された貫通穴824B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82が備えてい
るそれぞれの貫通穴824Bと対向する部位には、貫通
穴824Bと同形の図示しない貫通穴,貫通穴931と
同様の管用めねじが形成された図示しない貫通穴が形成
されている。さらに、集電板91の一方の側面の貫通穴
の開口部、電気絶縁板92の一方の側面の貫通穴の開口
部のそれぞれには、酸化剤ガス98に対する場合と同様
に、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、熱媒99がこれ等の部位から熱交換
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
れている。さらにまた、セパレータ82に形成されてい
るそれぞれの溝828Bにも、図示しないシール体が装
着される。In the unit cells 8 adjacent to each other,
A through hole 813B formed in the separator 81 and a through hole 823B formed in the separator 82, and a through hole 814B formed in the separator 81 and the separator 82
The through-hole 824B is formed in such a manner that its opening portions match each other. Further, in the portions of the current collector plate 91, the electric insulating plate 92, and the pressing plate 93 facing the respective through holes 824B provided in the separator 82, there are formed through holes and through holes 931 (not shown) having the same shape as the through holes 824B. A through-hole (not shown) formed with a similar female pipe thread is formed. Further, each of the opening of the through hole on one side of the current collector plate 91 and the opening of the through hole on one side of the electric insulating plate 92 surround the through hole as in the case of the oxidizing gas 98. A concave groove is formed.
Each of the grooves is provided with an unillustrated seal member (for example, an O-ring) made of an elastic material, which serves to prevent the heat medium 99 from leaking out of these portions to the outside of the heat exchange section. I have. Furthermore, seal members (not shown) are also mounted in the respective grooves 828B formed in the separator 82.
【0025】そうして、集電板91,電気絶縁板92,
加圧板94の、セパレータ81が備えているそれぞれの
貫通穴813Bと対向する部位にも、貫通穴813Bと
同形の図示しない貫通穴,貫通穴931と同様の管用め
ねじが形成された図示しない貫通穴がそれぞれ形成され
ている。さらに、集電板91の一方の側面の貫通穴の開
口部、電気絶縁板92の一方の側面の貫通穴の開口部の
それぞれには、酸化剤ガス98に対する場合と同様に、
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、熱媒99がこれ等の部位から熱交換部外
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。)が装着されて
いる。さらにまた、セパレータ81に形成されているそ
れぞれの溝818Bにも、図示しないシール体が装着さ
れる。加圧板93,94に備えられたそれぞれの管用め
ねじが形成された貫通穴の、スタック9の外側面となる
側面には、熱媒99用の配管接続体991がそれぞれ装
着されている。なお、配管接続体991が装着される部
位に関する熱媒99の漏れ止め処理も、配管接続体97
1,981の場合と同様な処理で行われている。Then, the current collecting plate 91, the electric insulating plate 92,
A through-hole (not shown) having the same shape as the through-hole 813B and a female pipe thread similar to the through-hole 931 is also formed at a portion of the pressure plate 94 facing each through-hole 813B of the separator 81. Holes are respectively formed. Further, the opening of the through hole on one side of the current collector plate 91 and the opening of the through hole on one side of the electrical insulating plate 92 are respectively provided in the same manner as in the case of the oxidizing gas 98,
A concave groove is formed around the through hole. Each of the grooves is provided with an unillustrated seal member (for example, an O-ring) made of an elastic material, which serves to prevent the heat medium 99 from leaking out of these portions to the outside of the heat exchange section. I have. Furthermore, seal members (not shown) are also mounted in the respective grooves 818B formed in the separator 81. Pipe connecting bodies 991 for the heat medium 99 are respectively mounted on the side surfaces of the through holes formed in the pressurizing plates 93 and 94 in which the female pipe threads are formed, which are the outer surfaces of the stack 9. It should be noted that the process for preventing the heat medium 99 from leaking at the portion where the pipe connector 991 is attached is also performed by the pipe connector 97.
The processing is performed in the same manner as in the case of 1,981.
【0026】かくして、これ等により、複数の単電池8
を積層する際に、単電池8等がそれぞれに持つ反応ガス
と熱媒99の通流路は、反応ガスに関しては図15中
に、また、熱媒99に関しては図16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。すなわ
ち、燃料ガス97は、加圧板94に装着された配管接続
体971(図13,図15中に「入口」と付記してあ
る。)から供給され、配管接続体971等を介して集電
板91に隣接する単電池8が持つ、セパレータ81に形
成された一方の溝(セパレータ82の場合の溝824A
と同様形状の溝である。)にまず流入する。そうして、
一方の貫通穴815A,826A等を介してそれぞれの
単電池8が持つ一方の溝(セパレータ82の場合の溝8
24Aと同様形状の溝である。)中を分流して流れ、他
方の貫通穴815A,826A等を介して、加圧板93
に装着された配管接続体971(図13,図15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。また、酸化剤ガス98は、加圧板93に装着
された配管接続体981(図13,図15中に「入口」
と付記してある。)から供給され、配管接続体981等
を介して集電板91に隣接する単電池8が持つ、セパレ
ータ82に形成された一方の溝824Aにまず流入す
る。そうして、一方の貫通穴825A,816A等を介
してそれぞれの単電池8が持つ一方の溝824A中を分
流して流れ、他方の貫通穴816A,825A等を介し
て、加圧板94に装着された配管接続体981(図1
3,図15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。Thus, a plurality of single cells 8
When the cells are stacked, the flow paths of the reaction gas and the heating medium 99 of the unit cells 8 and the like are as shown in FIG. 15 for the reaction gas and as shown in FIG. Therefore, they are configured to communicate with each other. That is, the fuel gas 97 is supplied from a pipe connection body 971 (denoted as “inlet” in FIGS. 13 and 15) mounted on the pressurizing plate 94 and is collected through the pipe connection body 971 and the like. One of the grooves formed in the separator 81 of the cell 8 adjacent to the plate 91 (the groove 824A in the case of the separator 82)
The groove has the same shape as that of the groove. First). And then
One groove (the groove 8 in the case of the separator 82) of each unit cell 8 is provided through one through hole 815A, 826A or the like.
The groove has the same shape as 24A. ), And flows through the inside of the pressure plate 93 through the other through holes 815A and 826A.
Are discharged from the stack 9 from a pipe connector 971 (denoted as “outlet” in FIGS. 13 and 15) attached to the stack 9. The oxidizing gas 98 is supplied to a pipe connecting member 981 (“inlet” in FIGS. 13 and 15) mounted on the pressure plate 93.
It has been added. ), And first flows into one groove 824A formed in the separator 82 of the unit cell 8 adjacent to the current collector plate 91 via the pipe connector 981 or the like. Then, the current flows in one groove 824A of each unit cell 8 via one through hole 825A, 816A, etc., and is attached to the pressure plate 94 via the other through hole 816A, 825A, etc. Pipe connection 981 (FIG. 1)
3, "Exit" is added in FIG. ) Is discharged out of the stack 9.
【0027】さらに熱媒99は、加圧板93に装着され
た配管接続体991(図13,図16中に「入口」と付
記してある。)から供給され、配管接続体991等を介
して集電板91に隣接する単電池8が持つ、セパレータ
82に形成された一方の溝821Bにまず流入する。そ
うして、貫通穴813B,823Bを介してそれぞれの
単電池8が持つ一方の溝811B,821B中を分流し
て流れ、貫通穴814B,824B等を介して、加圧板
94に装着された配管接続体991からスタック9の外
部にいったん流れ出る。この流れ出た熱媒99は、配管
992中を流れて、加圧板94に装着され,貫通穴82
4Bに連接されている配管接続体991から、再びスタ
ック9に流れ込む。この熱媒99は、集電板91に隣接
する単電池8が持つ、セパレータ81に形成された他方
の溝811Bにまず流入する。そうして、貫通穴814
B,824Bを介してそれぞれの単電池8が持つ他方の
溝811B,821B中を分流して流れ、貫通穴813
B,823B等を介して、加圧板93に装着された配管
接続体991(図13,図16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。Further, the heat medium 99 is supplied from a pipe connector 991 (denoted as "inlet" in FIGS. 13 and 16) mounted on the pressurizing plate 93, and is passed through the pipe connector 991 and the like. First, it flows into one of the grooves 821B formed in the separator 82 of the unit cell 8 adjacent to the current collector plate 91. Then, the flow is divided and flows through one of the grooves 811B and 821B of each unit cell 8 through the through holes 813B and 823B, and the pipe attached to the pressurizing plate 94 through the through holes 814B and 824B. The connection body 991 once flows out of the stack 9. The heat medium 99 that has flowed out flows through the pipe 992 and is attached to the pressurizing plate 94, and the through-hole 82.
From the pipe connector 991 connected to 4B, it flows into the stack 9 again. The heat medium 99 first flows into the other groove 811B formed in the separator 81 of the unit cell 8 adjacent to the current collector plate 91. Then, the through hole 814
B, 824B, and flows through the other grooves 811B, 821B of the respective cells 8 through the through holes 813B.
B, 823B and the like, and are discharged out of the stack 9 from a pipe connector 991 (denoted as “outlet” in FIGS. 13 and 16) attached to the pressurizing plate 93.
【0028】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8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8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。The tightening bolts 95 are hexagonal bolts or the like mounted over the pressing plates 93 and 94. Each of the tightening bolts 95 is provided with a hexagonal nut or the like fitted with the bolts and a stable pressing force. The unit cells 8 are pressed in the stacking direction in cooperation with a coned disc spring or the like. The pressure applied by the tightening bolt 95 to the unit cell 8 is generally about 5 [kg / cm 2 ] per apparent surface area of the fuel cell 7.
【0029】このように構成されたスタック9におい
て、燃料電池セル7に供給される反応ガスは、それぞれ
のセパレータ81,82に形成されたガス通流用の溝8
11A,821A中を、図13(a),図15中に矢印
で示したごとく、その供給側を重力方向に対して上側
に、その排出側を重力方向に対して下側になるように配
置されるのが一般である。これは、燃料電池セル7にお
いては、前記したように、発電時の副生物として水蒸気
が生成されるが、この水蒸気のために、下流側の反応ガ
スほど多量に水蒸気が含有されることとなり、この結
果、排出端付近の反応ガスでは過飽和に相当する水蒸気
が凝結して液体状態の水として存在することとなる可能
性が有るためである。反応ガスの供給側を重力方向に対
して上側に,反応ガスの排出側を重力方向に対して下側
になるように配置することで、凝結した水は、反応ガス
通流用の溝811A,821A中を重力により自力で流
下できるので、それぞれの単電池8からの凝結した水の
除去が容易になるのである。しかも、反応ガスは、複数
個有る単電池8に関してはそれぞれ並列に供給されるこ
とになる。In the stack 9 configured as described above, the reaction gas supplied to the fuel cell 7 is supplied to the gas flow grooves 8 formed in the respective separators 81 and 82.
11A and 821A, as shown by arrows in FIGS. 13 (a) and 15, the supply side is located above the gravity direction and the discharge side is located below the gravity direction. It is generally done. This is because, as described above, in the fuel cell 7, steam is generated as a by-product during power generation. However, due to this steam, the downstream reaction gas contains a larger amount of steam, As a result, in the reaction gas near the discharge end, water vapor corresponding to supersaturation may condense and exist as water in a liquid state. By arranging the supply side of the reaction gas on the upper side with respect to the direction of gravity and the discharge side of the reaction gas on the lower side with respect to the direction of gravity, the condensed water is supplied to the reaction gas flow grooves 811A and 821A. Since it can flow down by gravity by itself, it is easy to remove condensed water from each cell 8. In addition, the reaction gas is supplied in parallel for each of the plurality of unit cells 8.
【0030】そうして、燃料電池セル7に使用されてい
るPE膜7Cは、前述したとお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
であり、乾燥して含水量が低下した場合には、その電気
抵抗値が増大することでスタック9の発電性能は低下す
る。こうしたことの発生を防止するために、反応ガス
は、適度の湿度値に加湿され、しかも70〜80〔℃〕
程度の温度に加熱されてスタック9に供給されている。
ところで、PE膜7C部の温度,従って,単電池8の温
度は、発電時に燃料電池セル7で副生される水分を円滑
に蒸発させるために、70〜80〔℃〕程度の温度で使
用されるのが一般である。また、燃料電池セル7で行わ
れる前記の(1)式,(2)式で記述した電気化学反応
は、発熱反応である。従って、燃料電池セル7で(1)
式,(2)式による電気化学反応によって発電を行う際
には、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。単電池8の温度を7
0〜80〔℃〕程度に維持するためには、この損失によ
る熱を燃料電池セル7から除去する必要が有る。The PE membrane 7C used in the fuel cell 7 is a membrane that functions as a good proton conductive electrolyte by being saturated with water as described above. When the electric resistance decreases, the power generation performance of the stack 9 decreases due to an increase in the electric resistance value. In order to prevent this from occurring, the reaction gas is humidified to an appropriate humidity value, and at a temperature of 70 to 80 ° C.
It is heated to about the temperature and supplied to the stack 9.
By the way, the temperature of the PE film 7C, that is, the temperature of the unit cell 8, is used at a temperature of about 70 to 80 ° C. in order to smoothly evaporate the water by-produced in the fuel cell 7 during power generation. Generally it is. The electrochemical reactions described in the above equations (1) and (2) performed in the fuel cell 7 are exothermic reactions. Therefore, in the fuel cell 7 (1)
When power is generated by the electrochemical reaction according to the equations (2) and (3), it is inevitable that heat having substantially the same value as the generated DC power value is generated. Set the temperature of the cell 8 to 7
In order to maintain the temperature at about 0 to 80 [° C.], it is necessary to remove the heat due to this loss from the fuel cell 7.
【0031】始動時におけるまだ低温のスタック9を7
0〜80〔℃〕程度の温度に加熱したり、運転時温度を
70〜80〔℃〕程度の温度に維持するために,連続運
転中のスタック9から発熱反応による発生した熱量を除
去するのが、例えば、市水である熱媒99の主たる役目
である。単電池8では、この70〜80〔℃〕程度の温
度に調整された熱媒99が、セパレータ81,82に形
成された溝811B,821B中を前述したように通流
することで、燃料電池セル7は、その適温に維持されて
運転されるのである。The stack 9 which is still cold at the start is
In order to heat the stack 9 to a temperature of about 0 to 80 ° C. or to maintain the operating temperature at a temperature of about 70 to 80 ° C., the amount of heat generated by the exothermic reaction is removed from the stack 9 during continuous operation. Is the main role of the heat medium 99, which is, for example, city water. In the unit cell 8, the heat medium 99 adjusted to a temperature of about 70 to 80 ° C. flows through the grooves 811B and 821B formed in the separators 81 and 82 as described above, so that the fuel cell The cell 7 is operated while being maintained at the appropriate temperature.
【0032】なお、セパレータ81,82がそれぞれ備
える、燃料ガス97を通流させる溝811Aと酸化剤ガ
ス98を通流させる溝821Aは4個であり、熱媒99
を通流させる溝811B,821Bは2個であるとして
今まで説明してきたが、これ等の溝811A,821A
と溝811B,821Bの個数は、スタックの仕様によ
って適宜の値が設定されるものである。従って、例え
ば、5個以上の溝811A,821Aや、3個以上の溝
811B,821Bが備えられたセパレータも知られて
いる。The separators 81 and 82 have four grooves 811A through which the fuel gas 97 flows and four grooves 821A through which the oxidizing gas 98 flows.
The above description has been made on the assumption that the number of the grooves 811B and 821B is two, but these grooves 811A and 821A are used.
The number of the grooves 811B and 821B is set to an appropriate value according to the specifications of the stack. Therefore, for example, a separator provided with five or more grooves 811A and 821A and three or more grooves 811B and 821B is also known.
【0033】なおまた、セパレータとして、複数備えら
た熱媒99を通流させる溝の相互間を各溝の両端部にお
いてセパレータ内で連通させ、この両連通部のそれぞれ
に1個の貫通穴を備えるものも知られている。このセパ
レータを用いる場合には、各セパレータが備えるそれぞ
れの貫通穴は、単電池として互いに連通され、一方の連
通された貫通穴群は一方の加圧板に設けられた貫通穴に
接続され、また、他方の連通された貫通穴群は他方の加
圧板に設けられた貫通穴に接続される。そうしてスタッ
クに関しては、一方の加圧板に設けられた貫通穴から熱
媒99を流入させ、他方の加圧板に設けられた貫通穴か
ら熱媒99を排出させることが一般である。Further, as a separator, a plurality of grooves through which the heat medium 99 is made to flow are communicated with each other in the separator at both ends of each groove, and one through hole is formed in each of the two communicating parts. Some are also provided. In the case of using this separator, each through-hole provided in each separator is connected to each other as a unit cell, and one connected through-hole group is connected to a through-hole provided in one pressure plate, The other communicated through-hole group is connected to a through-hole provided in the other pressure plate. As for the stack, it is general that the heat medium 99 is caused to flow in from the through holes provided in one pressure plate and discharged from the through holes provided in the other pressure plate.
【0034】なおまた、セパレータとして、一方の側面
に燃料ガス97を通流させる溝811Aを、また、他方
の側面に酸化剤ガス98を通流させる溝821Aを、そ
れぞれ形成するようにしたものも知られている。なおま
た、配管接続体971,981,991に替わる配管接
続体として、ねじを貫通させる貫通穴が形成されたフラ
ンジを備えたものも知られている。これ等の配管接続体
は、加圧板93,94に対してねじによって装着され、
反応ガス,熱媒99の漏れ止め処理としては、例えば、
Oリング等のシール体が使用されている。As the separator, a groove 811A for passing the fuel gas 97 on one side and a groove 821A for flowing the oxidizing gas 98 on the other side are also formed. Are known. In addition, as a pipe connector instead of the pipe connectors 971, 981, 991, a pipe connector having a flange formed with a through-hole for passing a screw is also known. These pipe connectors are mounted on the pressure plates 93 and 94 with screws,
As a process for preventing the reaction gas and the heat medium 99 from leaking, for example,
A seal such as an O-ring is used.
【0035】さらにまた、単電池として、熱媒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
替わりに、単電池の積層体中に専用の冷却体を介挿する
ようにし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熱媒99の供給を行うこと
が一般である。Further, as a unit cell, a separator having no groove through which the heat medium 99 flows is used, and instead, a stack in which a dedicated cooling body is inserted in the unit cell stack is used. Is also known. In this case, the cooling medium is generally supplied with the heat medium 99 via an appropriate pipe.
【0036】[0036]
【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(スタック)において
は、直流発電装置としての機能を十分に発揮するのであ
るが、次記することが問題になっている。すなわち、ス
タックが備える加圧板93,94は、スタックの端部に
配置されていることから、スタックが運転中であるにも
かかわらず単電池8の積層体よりも低温となり、例え
ば、40〜50〔℃〕程度になっていることが多いもの
である。スタックに供給される反応ガスは、断熱を施さ
れた配管中を通流させてスタックに供給されるのが一般
であるので、70〜80〔℃〕程度の温度をほぼ維持さ
れてスタックに送られてくる。In the above-mentioned conventional polymer electrolyte fuel cell (stack), the function as a DC power generator is sufficiently exhibited. However, the following problem arises. ing. That is, since the pressure plates 93 and 94 of the stack are arranged at the ends of the stack, the temperature of the stack is lower than that of the unit cell 8 despite the operation of the stack. It is often about [° C]. Since the reaction gas supplied to the stack is generally supplied to the stack by flowing through the pipes provided with heat insulation, the reaction gas is sent to the stack while being maintained at a temperature of about 70 to 80 ° C. Come.
【0037】しかしながら、前記のような低温の加圧板
93,94に形成された貫通穴931等の中を通過する
際に、その温度が低下されることになる。スタックに供
給される反応ガスは前述のように加湿されているので、
その温度が低下されると含有している水蒸気が凝結して
水滴が発生する。この水滴は反応ガスに押されてセパレ
ータ81,82に到達し、セパレータ81,82に形成
されているガス通流用の溝811A,821Aを閉塞し
てしまうことがある。溝811A,821Aが閉塞され
てしまった単電池8には反応ガスが供給されないので、
スタックの発電量が大幅に低下することとなるのであ
る。However, when passing through the through holes 931 and the like formed in the low-temperature press plates 93 and 94 as described above, the temperature is lowered. Since the reaction gas supplied to the stack is humidified as described above,
When the temperature is lowered, the contained water vapor condenses to generate water droplets. The water droplets are pushed by the reaction gas and reach the separators 81 and 82, and may block the gas flow grooves 811A and 821A formed in the separators 81 and 82. Since the reaction gas is not supplied to the cell 8 in which the grooves 811A and 821A have been closed,
The power generation of the stack will be greatly reduced.
【0038】そうして、酸化剤ガス98として空気を用
いるスタックの場合には、空気にはスタックの発電反応
に関しては関与することのない窒素等が公知のごとく多
量に含まれているので、ガスの供給量としては酸化剤ガ
ス98の方が燃料ガス97よりもはるかに多いものであ
る。このために反応ガス中に含まれる水蒸気の量は、当
然のことながら酸化剤ガス98の方が多いので、前記し
たガス通流用の溝が閉塞される現象は、酸化剤ガス98
が通流されるセパレータ82で多く発生するのである。In the case of a stack using air as the oxidizing gas 98, the air contains a large amount of nitrogen, which is not involved in the power generation reaction of the stack, as is well known. Is much larger in the oxidizing gas 98 than in the fuel gas 97. For this reason, the amount of water vapor contained in the reaction gas is, of course, larger in the oxidizing gas 98, so that the above-described phenomenon that the gas flow grooves are closed is caused by the oxidizing gas 98.
Are generated in the separator 82 through which the gas flows.
【0039】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、低温の加圧板中を
通過する過程においても反応ガスに水滴の発生を生じる
ことの無い固体高分子電解質型燃料電池を提供すること
にある。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a solid gas that does not generate water droplets in the reaction gas even in the process of passing through a low-temperature pressure plate. An object of the present invention is to provide a molecular electrolyte fuel cell.
【0040】[0040]
【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,燃料電池セルと対向され
る側の面に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、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、前記の積層体の両端
末部に設置され,前記の積層体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、加圧板に設けられ,燃
料ガス.酸化剤ガスのそれぞれを供給する部位および排
出する部位に設置された燃料ガス用,酸化剤ガス用の配
管接続体と、前記の積層体が有する燃料電池セルの温度
を所望の温度に保持するための熱媒を供給する部位およ
び排出する部位に設置された熱媒用の配管接続体とを備
え、熱媒は、供給側の配管接続体を介して前記の積層体
の外部から供給され,前記の積層体と熱交換を行った後
に,排出側の配管接続体を介して前記の積層体の外部に
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、加圧板は、配管接続体が設置される部位に、配
管接続体が設置されている部位を通流する酸化剤ガスお
よび/または燃料ガスを加熱するための加熱部を備える
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、加圧板が備える加
熱部は、固体高分子電解質型燃料電池に供給される熱媒
および/または固体高分子電解質型燃料電池から排出さ
れる熱媒によって加熱されてなる構成とすること、また
は、 3)前記1項または2項に記載の手段において、加圧板
が備える加熱部は、加圧板に形成された,固体高分子電
解質型燃料電池に供給される熱媒および/または固体高
分子電解質型燃料電池から排出される熱媒を通流させる
通流路である構成とすること、または、 4)前記1項または2項に記載の手段において、加圧板
が備える加熱部は、加圧板に装着され,固体高分子電解
質型燃料電池に供給される熱媒および/または固体高分
子電解質型燃料電池から排出される熱媒を通流させる通
流路が形成された加熱装置である構成とすること、さら
にまたは、 5)前記4項に記載の手段において、加圧板に装着され
る加熱装置は、断熱層を介して加圧板に装着されてなる
構成とすること、により達成される。According to the present invention, there are provided the following objects: 1) a fuel cell which receives a supply of a fuel gas and an oxidizing gas to generate a DC power, and faces both main surfaces of the fuel cell. A plurality of unit fuel cells, each of which has a separator having a gas flow groove for supplying a fuel gas or an oxidant gas to the fuel cell on the surface facing the fuel cell, These unit fuel cells have a stacked structure of unit fuel cells stacked on each other with adjacent unit fuel cells, and are installed at both ends of the stacked body. A pressure plate for applying a pressing force for pressing the fuel gas in the stacking direction, and a pressure plate provided on the pressure plate for providing a fuel gas. In order to maintain the temperature of the fuel cell unit of the stacked body at a desired temperature, the fuel gas and the oxidant gas piping connectors installed at the parts for supplying and discharging the oxidant gas, respectively. And a pipe connector for the heat medium provided at a portion for supplying the heat medium and a portion for discharging the heat medium. The heat medium is supplied from the outside of the laminate through a pipe connector on the supply side, and In the solid polymer electrolyte fuel cell, which is discharged to the outside of the laminate through a discharge-side piping connector after performing heat exchange with the laminate of (1), the pressurizing plate comprises a piping connector. A heating section for heating the oxidizing gas and / or the fuel gas flowing through the section where the pipe connection body is installed, or 2) the section 1 In the means as described, the pressing plate has (3) the heating section is configured to be heated by a heating medium supplied to the polymer electrolyte fuel cell and / or a heating medium discharged from the polymer electrolyte fuel cell; Or the heating section provided in the pressurizing plate, wherein the heating unit provided on the pressurizing plate and supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell and / or discharged from the solid polymer electrolyte fuel cell. (4) In the means described in the above (1) or (2), the heating section provided in the pressing plate is attached to the pressing plate, and is a solid polymer. 5. A heating device in which a flow path for passing a heat medium supplied to the electrolyte fuel cell and / or a heat medium discharged from the solid polymer electrolyte fuel cell is formed, and / or ) In means of mounting, the heating device mounted on the pressure plate, to become mounted on the pressing plate configured via an insulating layer, it is achieved by.
【0041】[0041]
【作用】この発明においては、固体高分子電解質型燃料
電池において、(1)加圧板を、配管接続体が設置され
る部位に、配管接続体が設置されている部位を通流する
酸化剤ガスおよび/または燃料ガスを加熱するための、
加熱部を備える構成とすることにより、加圧板の配管接
続体が設置される部位は加熱部によって高温にされるこ
とで、加圧板の主要部の温度が反応ガスよりも低温であ
っても、反応ガスが低温の加圧板によって冷却されるこ
とが発生しない。また、(2)前記の(1)項におい
て、加圧板が備える加熱部を、固体高分子電解質型燃料
電池に供給される熱媒および/または固体高分子電解質
型燃料電池から排出される熱媒によって加熱されてな
る、例えば、加圧板に形成された,固体高分子電解質型
燃料電池に供給される熱媒および/または固体高分子電
解質型燃料電池から排出される熱媒を通流させる通流路
であるなどの構成とすることにより、配管接続体が設置
される部位の加圧板を加熱するに当たり、別途の加熱源
を準備することが不要となる。また、(3)前記の
(1),(2)項において、加圧板が備える加熱部を、
加圧板に装着され,固体高分子電解質型燃料電池に供給
される熱媒および/または固体高分子電解質型燃料電池
から排出される熱媒を通流させる通流路が形成された加
熱装置である構成とすることにより、加熱部を、加圧板
とは別途に製作したうえで、加圧板に装着することがで
きることで、配管接続体が設置されている部位を通流す
る酸化剤ガスおよび/または燃料ガスを、熱媒によって
加熱するための最適な構成を得ることが容易となる。さ
らにまた、(4)前記の(3)項において、加圧板に装
着される加熱装置を、断熱層を介して加圧板に装着され
てなる構成とすることにより、加熱装置から低温の加圧
板に流れ出す熱量を断熱層によって低減することが可能
となる。これにより、熱媒による加熱装置の加熱が容易
となり、従って、反応ガスが低温の加圧板によって冷却
される度合いをさらに低減することが可能となる。According to the present invention, in a solid polymer electrolyte fuel cell, (1) an oxidizing gas which flows through a portion where a pipe connector is installed at a location where a pipe connector is installed, And / or for heating the fuel gas,
With the configuration including the heating unit, the portion of the pressure plate where the pipe connector is installed is heated to a high temperature by the heating unit, so that the temperature of the main part of the pressure plate is lower than the reaction gas, The reaction gas is not cooled by the low-temperature pressure plate. (2) In the above item (1), the heating unit provided in the pressure plate may be provided with a heating medium supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell and / or a heating medium discharged from the solid polymer electrolyte fuel cell. For example, a heat medium formed on a pressure plate and supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell and / or a heat medium discharged from the solid polymer electrolyte fuel cell. By adopting a configuration such as a passage, it is not necessary to prepare a separate heating source when heating the pressurizing plate at the portion where the pipe connector is installed. (3) In the above items (1) and (2), the heating unit provided in the pressing plate may be:
The heating device is mounted on a pressurizing plate and has a passage formed therein for allowing a heat medium supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell and / or a heat medium discharged from the solid polymer electrolyte fuel cell to flow. With this configuration, the heating unit can be manufactured separately from the pressurizing plate and attached to the pressurizing plate, so that the oxidizing gas and / or the gas flowing through the portion where the pipe connection body is installed are provided. It is easy to obtain an optimal configuration for heating the fuel gas by the heating medium. (4) In the above item (3), the heating device mounted on the pressing plate is configured to be mounted on the pressing plate via a heat insulating layer, so that the heating device can be connected to the low-temperature pressing plate. The amount of heat flowing out can be reduced by the heat insulating layer. This facilitates heating of the heating device by the heating medium, and thus makes it possible to further reduce the degree to which the reaction gas is cooled by the low-temperature pressurizing plate.
【0042】[0042]
【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3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。図4は、図3におけるR部
およびR部に関連する部分の詳細断面図である。図3,
図4において、図10〜図16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、
その説明を省略する。なお、図3,図4中には、図10
〜図16で付した符号については、代表的な符号のみを
記した。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 3 is a schematic view of a main part of a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1 to 3, and FIG. And
(B) is a top view thereof. FIG. 4 is a detailed sectional view of an R portion and a portion related to the R portion in FIG. Figure 3,
4, the same parts as those of the conventional solid polymer electrolyte fuel cell shown in FIGS.
The description is omitted. In FIGS. 3 and 4, FIG.
16, only representative symbols are described.
【0043】図3において、1Aは、図13,図14に
示した従来例の固体高分子電解質型燃料電池9に対し
て、加圧板93および一方の電気絶縁板92に替えて、
加圧板2Aおよび電気絶縁板4を用いるようにした固体
高分子電解質型燃料電池(スタック)である。加圧板2
Aは、従来例による加圧板93に対して、加熱部29を
備えることが異なっている。加熱部29は、加圧板2A
に形成された円筒状の空洞部291と、空洞部291を
内側から気密に塞ぐ,例えば,銅材製のガス通流部29
2とを主たる構成要素として構成されており、加圧板2
Aにおいては、ガス通流部292の中心部に形成されて
いる貫通穴292aが、従来例による加圧板93が持つ
貫通穴931に対応する貫通穴である。貫通穴292a
には、加圧板2Aのスタック1Aの外側面となる側面2
a側に、配管接続体981用の管用めねじが形成されて
いる。加圧板2Aには、空洞部291に対向する側面2
a側に、配管接続体991用の管用めねじ2Aaが形成
され、また、側面2aに関して反対側の側面である側面
2b側の空洞部291に対向する部位には、貫通穴2A
bが形成されている。そうして、加熱部29に形成され
た貫通穴292aには、管用めねじを用いて配管接続体
981が装着され、また、加圧板2Aに形成された管用
めねじ2Aaには、配管接続体991が装着される。In FIG. 3, 1A is different from the conventional solid polymer electrolyte fuel cell 9 shown in FIGS. 13 and 14 in that the pressing plate 93 and one of the electric insulating plates 92 are replaced.
This is a solid polymer electrolyte fuel cell (stack) using a pressure plate 2A and an electric insulating plate 4. Pressing plate 2
A differs from the conventional pressure plate 93 in that a heating unit 29 is provided. The heating unit 29 includes the pressing plate 2A
A hollow portion 291 formed in a cylindrical shape and a gas flow portion 29 made of, for example, a copper material, hermetically closing the hollow portion 291 from the inside.
2 as a main component, and the pressure plate 2
In A, a through hole 292a formed in the center of the gas flow portion 292 is a through hole corresponding to the through hole 931 of the pressure plate 93 according to the conventional example. Through hole 292a
The side surface 2 which is the outer surface of the stack 1A of the pressure plate 2A
On the a side, a female pipe thread for the pipe connector 981 is formed. The pressing plate 2A has a side surface 2 facing the hollow portion 291.
On the side a, a female pipe thread 2Aa for the pipe connector 991 is formed, and a portion facing the hollow portion 291 on the side surface 2b, which is the side opposite to the side 2a, has a through hole 2A.
b is formed. Then, a pipe connector 981 is attached to the through hole 292a formed in the heating section 29 using a female pipe thread, and a pipe connector 2Aa formed in the pressing plate 2A is connected to the pipe connector 98A. 991 is attached.
【0044】電気絶縁板4は、従来例による電気絶縁板
92に対して、熱媒99を通流させる通流路41を備え
ることが異なっている。通流路41は、加圧板2Aの側
面2bと接する側面である側面4a側に開口する開口部
411を持ち、側面4aに関して反対側の側面であり,
集電板91の側面と接する側面である側面4b側に開口
する開口部412を持っている。開口部411は、加熱
部29が持つ貫通穴2Abと対向する部位に、また、開
口部412は、セパレータ82に形成されている貫通穴
824Bと対向する部位にそれぞれ形成されている。開
口部411を取り巻いて、側面4aには凹形状の溝41
3が形成されている。なお、集電板91に形成されてい
る貫通穴913と凹形状の溝914は、従来の技術の項
ではその図示を省略した、貫通穴824Bと対向する部
位に形成された貫通穴824Bと同形の貫通穴と、この
貫通穴の開口部を取り巻いて形成された凹形状の溝であ
る。The electric insulating plate 4 is different from the conventional electric insulating plate 92 in that the electric insulating plate 4 is provided with a passage 41 through which a heat medium 99 flows. The flow passage 41 has an opening 411 that opens on the side surface 4a that is a side surface that is in contact with the side surface 2b of the pressing plate 2A, and is a side surface opposite to the side surface 4a.
It has an opening 412 that opens on the side surface 4b side, which is the side surface that is in contact with the side surface of the current collector plate 91. The opening 411 is formed in a portion facing the through hole 2Ab of the heating unit 29, and the opening 412 is formed in a portion facing the through hole 824B formed in the separator 82. Surrounding the opening 411, the concave groove 41 is formed on the side surface 4a.
3 are formed. The through-hole 913 and the concave groove 914 formed in the current collector plate 91 have the same shape as the through-hole 824B formed at a portion facing the through-hole 824B, which is not shown in the related art section. And a concave groove formed around the opening of the through hole.
【0045】そうして、それぞれの溝413,828
B,914には、熱媒99がこれ等の部位から漏れ出る
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。)997,998,999が装着され
ている。また、配管接続体981,991が装着される
部位に関する酸化剤ガス98,熱媒99の漏れ止め処理
は、従来技術によるスタックの場合と同様な漏れ止め処
理で行われている。Then, the respective grooves 413, 828
B, 914 includes a sealing member made of an elastic material (for example, a sealing member) which has a function of preventing the heat medium 99 from leaking out of these portions.
O-ring. ) 997, 998, 999 are mounted. Further, the leakage preventing process of the oxidizing gas 98 and the heat medium 99 in the portion where the pipe connectors 981 and 991 are mounted is performed by the same leak preventing process as in the case of the stack according to the related art.
【0046】図3,図4に示す実施例では前述の構成と
したので、熱媒99は、セパレータ82に形成されてい
る溝821B,貫通穴824B中を通流してきて、開口
412から通流路41に入り、通流路41内を通流した
後、開口411から貫通穴2Abを介して空洞部291
に流れ込む。続いて空洞部291内を通流した後、配管
接続体991から、スタック9の外部に排出される。そ
うして、通流路41を介して加熱部29に流れ込んだ熱
媒99は、スタック1Aに積層されている単位燃料電池
(単電池)8の積層体を冷却することでその温度が上昇
された熱媒99である。このために、加熱部29が装着
されている部位から離れた部位の加圧板2Aの温度が、
従来例の加圧板93と同様に低温であっても、加熱部2
9は、この高温の熱媒99が持つ温度に近い温度に保持
されるのである。特に、酸化剤ガス98の通流路である
貫通穴292aの壁を形成するガス通流部292は、銅
材等の熱の良導体を用いて製作されているので、熱媒9
9の温度値に近い高い温度になる。In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the heat medium 99 flows through the groove 821B and the through hole 824B formed in the separator 82 and flows from the opening 412. After entering the passage 41 and flowing through the inside of the passage 41, the hollow portion 291 is opened from the opening 411 through the through hole 2Ab.
Flow into Subsequently, after flowing through the cavity 291, the gas is discharged from the pipe connector 991 to the outside of the stack 9. Then, the temperature of the heat medium 99 flowing into the heating unit 29 via the communication passage 41 is increased by cooling the stack of unit fuel cells (unit cells) 8 stacked on the stack 1A. Heat medium 99. For this reason, the temperature of the pressure plate 2A at a location distant from the location where the heating unit 29 is mounted is:
Even if the temperature is low as in the case of the conventional pressure plate 93, the heating unit 2
9 is kept at a temperature close to the temperature of the high-temperature heat medium 99. In particular, since the gas flow portion 292 that forms the wall of the through hole 292a, which is the flow path for the oxidizing gas 98, is manufactured using a good heat conductor such as a copper material, the heat medium 9
It becomes a high temperature close to the temperature value of 9.
【0047】一方、スタック1Aに供給される酸化剤ガ
ス98は、加熱部29に装着された配管接続体981か
らスタック1Aに流れ込む。その際加熱部29は、前記
のとおりに高温に保持されているので、従来例のスタッ
ク9の場合に発生していた、酸化剤ガス98が低温の加
圧板中を通流することでその温度が低下することによる
問題は、解消されるのである。そうして、加圧板中の反
応ガスの通流路を加熱するのに、別途の加熱源を準備す
ることが不要なのである。On the other hand, the oxidizing gas 98 supplied to the stack 1A flows into the stack 1A from the pipe connector 981 attached to the heating unit 29. At this time, since the heating section 29 is maintained at a high temperature as described above, the oxidizing gas 98 generated in the case of the stack 9 of the conventional example flows through the low-temperature pressurizing plate to thereby maintain the temperature. The problem caused by the decrease in the temperature is eliminated. Thus, it is not necessary to prepare a separate heating source to heat the flow path of the reaction gas in the pressure plate.
【0048】実施例2;図2は、請求項1,2,4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。図1は、図
2におけるS部の詳細断面図である。図1,図2におい
て、図3,図4に示した請求項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、およ
び、図10〜図16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、その説明を
省略する。なお、図1,図2中には、図3,図4,図1
0〜図16で付した符号については、代表的な符号のみ
を記した。Embodiment 2 FIG. 2 is a schematic view of a main part of a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1, 2 and 4. () Is a side view thereof, and (b) is a top view thereof. FIG. 1 is a detailed sectional view of a portion S in FIG. 1 and 2, a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1 to 3 shown in FIGS. 3 and 4, and a conventional example shown in FIGS. The same parts as those of the solid polymer electrolyte fuel cell are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. 1 and 2 are shown in FIGS.
As for the reference numerals given in FIG. 0 to FIG. 16, only representative reference numerals are described.
【0049】図1,図2において、1は、図3,図4に
示したこの発明による固体高分子電解質型燃料電池1A
に対して、加圧板2Aに替えて加圧板2を用いるように
した固体高分子電解質型燃料電池(スタック)である。
加圧板2は、加圧板2Aに対して、加熱部29に替え
て、加熱装置5を備えることが異なっている。加熱装置
5は、円筒状の外形を持つ加熱部51とガス通流部29
2とを主たる構成要素として構成されている。加熱部5
1は、例えば,銅材製であり、加圧板2の本体部の厚さ
とほぼ同一の厚さ寸法を持ち、内部に円筒状の空洞部2
91が形成されている。また、加熱部51には、加圧板
2の側面2a側に配管接続体991用の管用めねじ2A
aが形成され、加圧板2の側面2b側に貫通穴2Abが
形成されていることは、前記実施例1によるスタック1
Aが備える加圧板2Aの場合と同様である。そうして加
熱装置5は、加熱部51の外径部で、圧入,ろう付け等
の適宜の周知の方法を用いて、加圧板2に形成されてい
る貫通穴21に装着される。1 and 2, reference numeral 1 denotes a solid polymer electrolyte fuel cell 1A according to the present invention shown in FIGS. 3 and 4.
On the other hand, this is a solid polymer electrolyte fuel cell (stack) in which the pressure plate 2 is used instead of the pressure plate 2A.
The pressing plate 2 is different from the pressing plate 2A in that a heating device 5 is provided instead of the heating unit 29. The heating device 5 includes a heating section 51 having a cylindrical outer shape and a gas flow section 29.
2 as a main component. Heating unit 5
1 is made of, for example, a copper material, has a thickness substantially equal to the thickness of the main body of the pressure plate 2, and has a cylindrical hollow portion 2 therein.
91 are formed. The heating unit 51 has a female pipe thread 2A for the pipe connector 991 on the side surface 2a side of the pressure plate 2.
a is formed, and the through hole 2Ab is formed on the side surface 2b side of the pressing plate 2 in the stack 1 according to the first embodiment.
This is the same as the case of the pressing plate 2A provided in A. Then, the heating device 5 is mounted in the through hole 21 formed in the pressing plate 2 at an outer diameter portion of the heating unit 51 by using an appropriate well-known method such as press fitting or brazing.
【0050】図1,図2に示す実施例では前述の構成と
したので、前記実施例1によるスタック1Aの場合と同
様に、加熱装置5は、高温の熱媒99によって、熱媒9
9が持つ温度と近い温度に保持されるのである。そうし
て、加熱装置5は、加圧板2の本体部分とは別途に製作
したうえで、加圧板2に装着することができることで、
ガス通流部292を熱媒99によって加熱するための最
適な構成として得ることが容易である。Since the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 has the above-described structure, the heating device 5 is heated by the high-temperature heat medium 99 in the same manner as in the case of the stack 1A according to the first embodiment.
9 is maintained at a temperature close to the temperature of 9. Then, the heating device 5 can be separately manufactured from the main body of the pressing plate 2 and then attached to the pressing plate 2,
It is easy to obtain an optimal configuration for heating the gas flow portion 292 with the heating medium 99.
【0051】この実施例による構成に基づいて製作され
たスタックについて主要部の温度を、酸化剤ガス98と
しては70〔℃〕に加熱,加湿された空気を、また、熱
媒99としては70〔℃〕に加熱された市水をそれぞれ
供給して実測したところ、次記する結果が得られた。す
なわち、熱媒99のスタック出口における温度は75〜
80〔℃〕であり、貫通穴292aを流れ出る酸化剤ガ
ス98の温度は70〔℃〕であった。これから、酸化剤
ガス98は、このスタックでは、その温度を全く低下す
ることが無く加圧板2中を通流できていることとなる。
従って、スタックに供給され,加圧板を通過した酸化剤
ガス98には水滴を生じることが無いので、スタックに
も発電量が低下する現象は見られなかった。The temperature of the main part of the stack manufactured on the basis of the structure of this embodiment is as follows: the oxidizing gas 98 is heated and humidified to 70 ° C. as air; ° C], and the following results were obtained. That is, the temperature of the heat medium 99 at the stack outlet is 75 to
80 ° C., and the temperature of the oxidizing gas 98 flowing out of the through hole 292a was 70 ° C. Thus, in this stack, the oxidizing gas 98 can flow through the pressurizing plate 2 without lowering its temperature at all.
Accordingly, since no water droplets are generated in the oxidizing gas 98 supplied to the stack and passed through the pressurizing plate, a phenomenon in which the power generation amount decreases in the stack was not observed.
【0052】実施例3;図5は、請求項1,2,4に対
応するこの発明の異なる実施例による固体高分子電解質
型燃料電池が備える加熱装置を関連する装置と共に示す
その詳細断面図である。図5において、図1,図2に示
した請求項1,2,4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、図3,図4に示した
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、および、図10〜図16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、その説明を省略する。なお、図5中
には、図1〜図4,図10〜図16で付した符号につい
ては、代表的な符号のみを記した。Embodiment 3 FIG. 5 is a detailed sectional view showing a heating device provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to a different embodiment of the present invention corresponding to claims 1, 2 and 4 together with related devices. is there. 5, a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1, 2 and 4 shown in FIGS. 1 and 2, and claims 1 to 3 shown in FIGS. In the solid polymer electrolyte fuel cell according to one embodiment of the present invention, and the same parts as those of the conventional solid polymer electrolyte fuel cell shown in FIGS. Description is omitted. Note that, in FIG. 5, only the representative reference numerals shown in FIGS. 1 to 4 and FIGS. 10 to 16 are described.
【0053】図5において、5Aは、図1に示したこの
発明による固体高分子電解質型燃料電池1が備える加熱
装置5に対して、加熱部51に替えて加熱部51Aを用
いるようにした加熱装置である。加熱部51Aは、加熱
部51に対して、加熱部51の場合に空洞部291が形
成されている部位に、図示のようにヘリカル状をなした
リブ52が形成されていることが異なっている。なお、
加熱装置5Aは加熱部5の場合と同様に、加熱部51A
の外径部で加圧板に形成されている貫通穴(加圧板2に
おける貫通穴21と同様な貫通穴である。)に装着され
る。In FIG. 5, reference numeral 5A denotes a heating device in which the heating unit 51A is used in place of the heating unit 51 with respect to the heating device 5 provided in the solid polymer electrolyte fuel cell 1 according to the present invention shown in FIG. Device. The heating unit 51A is different from the heating unit 51 in that a helical rib 52 is formed at a portion where the hollow portion 291 is formed in the case of the heating unit 51 as illustrated. . In addition,
The heating device 5A is provided with a heating unit 51A as in the case of the heating unit 5.
Is mounted in a through hole formed in the pressure plate at the outer diameter portion (the same as the through hole 21 in the pressure plate 2).
【0054】図5に示す実施例では前述の構成としたの
で、加熱装置5Aは、前記実施例2によるスタック1が
備える加熱装置5の場合と同様に、高温の熱媒99によ
って加熱される。その際に、熱媒99は、リブ52の間
に形成されているヘリカルな熱媒99用の通流路中を通
流することになる。これにより、熱媒99と加熱装置5
Aとの間の熱伝達が向上されることになり、加熱装置5
Aでは、スタック出口における熱媒99の温度値が、前
記の実施例2において述べた値よりも低い場合であって
も、酸化剤ガス98を、その温度を低下させることが無
く加圧板中を通流させることが可能になるのである。そ
うして、加熱装置5Aがこのような特徴を持つことを可
能にしているのは、加熱装置5Aが加圧板2の本体部分
とは別途に製作されていることが貢献しているのであ
る。In the embodiment shown in FIG. 5, the heating device 5A is heated by the high-temperature heat medium 99, similarly to the heating device 5 provided in the stack 1 according to the second embodiment. At this time, the heat medium 99 flows through the flow path for the helical heat medium 99 formed between the ribs 52. Thereby, the heating medium 99 and the heating device 5
A and the heat transfer to the heating device 5 is improved.
In A, even when the temperature value of the heat medium 99 at the stack outlet is lower than the value described in the second embodiment, the oxidizing gas 98 is allowed to flow through the pressure plate without lowering the temperature. It is possible to let it flow. The reason why the heating device 5A has such a feature is that the heating device 5A is manufactured separately from the main body of the pressure plate 2.
【0055】実施例3における今までの説明では、加熱
装置5Aが備えるヘリカル状をなしたリブ52は加熱部
51Aの内側に形成されるとしてきたが、これに限定さ
れるものではなく、例えば、ヘリカル状をなしたリブ5
2は、ガス通流部292の外径側に形成してもよいもの
である。 実施例4;図6は、請求項1,2,4,5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側面図であり、図7
は、図6におけるT部の詳細断面図である。図6,図7
において、図1,図2に示した請求項1,2,4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、図3,図4に示した請求項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、お
よび、図10〜図16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、その説明
を省略する。なお、図6,図7中には、図1〜図4,図
10〜図16で付した符号については、代表的な符号の
みを記した。In the above description of the third embodiment, the helical rib 52 of the heating device 5A is formed inside the heating portion 51A. However, the present invention is not limited to this. Helical rib 5
2 may be formed on the outer diameter side of the gas flow portion 292. Embodiment 4 FIG. 6 is a side view schematically showing a configuration of a main part of a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1, 2, 4, and 5. , FIG.
FIG. 7 is a detailed sectional view of a portion T in FIG. 6. Figures 6 and 7
A solid polymer electrolyte fuel cell according to one embodiment of the present invention corresponding to claims 1, 2 and 4 shown in FIGS. 1 and 2, and corresponding to claims 1 to 3 shown in FIGS. The same portions as those of the solid polymer electrolyte fuel cell according to one embodiment of the present invention and the conventional solid polymer electrolyte fuel cell shown in FIGS. Omitted. In FIGS. 6 and 7, only reference numerals shown in FIGS. 1 to 4 and FIGS.
【0056】図6,図7において、1Bは、図1,図2
に示したこの発明による固体高分子電解質型燃料電池1
に対して、加圧板2に替えて加圧板2Bを用いるように
した固体高分子電解質型燃料電池(スタック)である。
加圧板2Bは、加圧板2に対して、加熱装置5と加圧板
本体との間に断熱層の役目を果たすスペーサ6を備える
ことが異なっている。スペーサ6は、例えば、合成樹脂
材製の円筒体であり、加圧板2Bの本体部の厚さとほぼ
同一の長さ寸法を持っている。そうして、加熱装置5
は、加熱部51の外径部で、圧入,接着等の適宜の周知
の方法を用いて、スペーサ6の内径部に装着され、スペ
ーサ6は、スペーサ6の外径部で、圧入,接着等の適宜
の周知の方法を用いて、加圧板2Bに形成されている貫
通穴22に装着される。In FIGS. 6 and 7, 1B corresponds to FIGS.
The solid polymer electrolyte fuel cell 1 according to the present invention shown in FIG.
On the other hand, this is a solid polymer electrolyte fuel cell (stack) in which a pressure plate 2B is used instead of the pressure plate 2.
The pressing plate 2B is different from the pressing plate 2 in that a spacer 6 serving as a heat insulating layer is provided between the heating device 5 and the pressing plate main body. The spacer 6 is, for example, a cylindrical body made of a synthetic resin material, and has a length dimension substantially the same as the thickness of the main body of the pressing plate 2B. Then, the heating device 5
Is mounted on the inner diameter portion of the spacer 6 by using an appropriate known method such as press-fitting, bonding, or the like at the outer diameter portion of the heating section 51. Is mounted in the through-hole 22 formed in the pressure plate 2B by using an appropriate well-known method.
【0057】図6,図7に示す実施例では前述の構成と
したので、前記実施例2によるスタック1の場合と同様
に、加熱装置5は、高温の熱媒99によって加熱される
のであるが、加熱装置5と加圧板2Bの本体部との間
に、熱の不良導体である合成樹脂材を用いて製作された
スペーサ6が介在されているので、加熱装置5から低温
である加圧板2Bの本体部に流れ出す熱量が低減され
る。これにより、熱媒99が持つ熱量が加熱装置5の加
熱により有効に使用されるので、加熱装置5が備えるガ
ス通流部292の温度は、高温の熱媒99が持つ温度と
ほぼ同程度の温度に保持されるのである。そうしてスタ
ック1Bでは、加熱装置5は、スタック出口における熱
媒99の温度値が、前記の実施例2において述べた値よ
りも低い場合であっても、酸化剤ガス98を、その温度
を低下させることが無く加圧板中を通流させることが可
能になるのである。Since the embodiment shown in FIGS. 6 and 7 has the above-described structure, the heating device 5 is heated by the high-temperature heat medium 99 as in the case of the stack 1 according to the second embodiment. Since the spacer 6 made of a synthetic resin material that is a poor conductor of heat is interposed between the heating device 5 and the main body of the pressing plate 2B, the heating device 5 generates a low-temperature pressing plate 2B. The amount of heat flowing out to the main body is reduced. As a result, the amount of heat of the heat medium 99 is effectively used by heating the heating device 5, and the temperature of the gas flow portion 292 of the heating device 5 is substantially the same as the temperature of the high-temperature heat medium 99. It is kept at the temperature. Thus, in the stack 1B, even when the temperature value of the heat medium 99 at the stack outlet is lower than the value described in the second embodiment, the heating device 5 changes the oxidizing gas 98 to the temperature. It is possible to flow through the pressure plate without lowering.
【0058】実施例5;図8は、請求項1,2,4,5
に対応するこの発明の異なる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側面
図であり、図9は、図8におけるW部の構造を示す図面
で、(a)はその断面図であり、(b)は図9(a)に
おけるY矢視図である。図8,図9において、図1,図
2に示した請求項1,2,4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、図3,図4に
示した請求項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、および、図10〜図1
6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、その説明を省略する。なお、
図8,図9中には、図1〜図4,図10〜図16で付し
た符号については、代表的な符号のみを記した。Embodiment 5: FIG.
FIG. 9 is a side view schematically showing a configuration of a main part of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a different embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a drawing showing a structure of a W portion in FIG. (A) is a cross-sectional view thereof, and (b) is a view taken in the direction of the arrow Y in FIG. 9 (a). 8 and 9, a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1, 2 and 4 shown in FIGS. 1 and 2, and claims shown in FIGS. 3 and 4. 1 to 3 and solid polymer electrolyte fuel cells according to one embodiment of the present invention, and FIGS.
The same parts as those of the conventional polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In addition,
In FIGS. 8 and 9, only the reference numerals shown in FIGS. 1 to 4 and FIGS.
【0059】図8,図9において、1Cは、図1,図2
に示したこの発明による固体高分子電解質型燃料電池1
に対して、加圧板2,94に替えて加圧板2C,3を、
また、電気絶縁板92に替えて電気絶縁板4を用いるよ
うにした固体高分子電解質型燃料電池(スタック)であ
る。加圧板2Cは、加圧板2に対して、加熱装置5に替
えて加熱装置5Cを備えると共に、燃料ガス97用の配
管接続体971が装着されている部位に対しても加熱装
置5Cを備えることが異なっている。また、加圧板3
は、従来例による加圧板94に対して、配管接続体97
1,981が装着されている部位に加熱装置5Cを備え
ることが異なっている。In FIGS. 8 and 9, 1C corresponds to FIGS.
The solid polymer electrolyte fuel cell 1 according to the present invention shown in FIG.
On the other hand, the pressure plates 2C and 3 are replaced with the pressure plates 2 and 94,
The solid polymer electrolyte fuel cell (stack) uses the electric insulating plate 4 instead of the electric insulating plate 92. The pressurizing plate 2C is provided with a heating device 5C in place of the heating device 5 with respect to the pressurizing plate 2, and is also provided with a heating device 5C at a portion where the pipe connector 971 for the fuel gas 97 is mounted. Are different. Pressing plate 3
Is connected to the pipe connecting member 97 with respect to the pressure plate 94 according to the conventional example.
The difference is that a heating device 5C is provided at a portion where 1,981 is mounted.
【0060】加熱装置5Cは、図1に示したこの発明に
よる固体高分子電解質型燃料電池1が備える加熱装置5
に対して、加熱部51に替えて加熱部51Cを用いるよ
うにしている。加熱部51Cは、加熱部51に対して、
その外径部に複数の突起511が図示のごとくに形成さ
れていることが異なっている。加熱装置5Cは、加圧板
2Cの本体部に形成されている貫通穴23の内周面に、
この突起511の外周部で当接させるようにして、例え
ば、圧入によって装着されている。そうして、加熱部5
1Cには、その外径部に複数の突起511が形成されて
いるので、加圧板2Cの本体部に形成されている貫通穴
23の内周との間に、突起511の高さにほぼ等しい厚
さの空気層が形成されることになる。この空気層が、加
熱装置5Cにおける断熱層である。ところで突起511
は、加熱部51の厚さ方向に対して連続させて形成させ
てもよいのであるが、加熱部51と加圧板2Cの本体部
との間の熱伝導量を抑制するうえからは、図示したごと
く、厚さ方向に対して不連続となるように形成すること
が好ましいものである。この突起511が形成された加
熱部51Cを用いることによって、前記の実施例4にお
いて述べた断熱層と同様の作用・効果を、スペーサ6を
用いることなく得ることが可能であり、スタックの製造
原価を低減することが可能となる。The heating device 5C is provided in the solid polymer electrolyte fuel cell 1 according to the present invention shown in FIG.
However, a heating unit 51C is used instead of the heating unit 51. The heating unit 51C is different from the heating unit 51 in that
The difference is that a plurality of protrusions 511 are formed on the outer diameter portion as shown in the figure. The heating device 5C is provided on the inner peripheral surface of the through hole 23 formed in the main body of the pressure plate 2C.
The projection 511 is attached by, for example, press-fitting so as to abut on the outer peripheral portion. Then, the heating unit 5
Since a plurality of protrusions 511 are formed on the outer diameter portion of 1C, the height of the protrusion 511 is substantially equal to the inner circumference of the through hole 23 formed on the main body of the pressing plate 2C. A thick air layer will be formed. This air layer is a heat insulating layer in the heating device 5C. By the way, the protrusion 511
May be formed continuously with respect to the thickness direction of the heating unit 51, but from the viewpoint of suppressing the amount of heat conduction between the heating unit 51 and the main body of the pressurizing plate 2C, the illustration is omitted. As described above, it is preferable to form them so as to be discontinuous in the thickness direction. By using the heating section 51C having the projections 511 formed thereon, the same operation and effect as those of the heat insulating layer described in the fourth embodiment can be obtained without using the spacer 6, and the manufacturing cost of the stack can be reduced. Can be reduced.
【0061】また、スタック1Cでは、両端に設置され
た加圧板中を通流する全ての反応ガスを、高温の熱媒9
9で加熱された加熱装置5C中を通過させるようにして
いる。これによりスタック1Cでは、スタック1Cに供
給される加湿された燃料ガス97中の水蒸気の凝縮、お
よび、スタック1C中で生成水が含有されることで高湿
度となった反応ガス中の水蒸気の凝縮も防止される。こ
の結果、スタック1Cでは、その運転を一層安定化する
ことが可能となるのである。In the stack 1C, all the reaction gases flowing through the pressurizing plates provided at both ends are transferred to the high-temperature heat medium 9
9 through the heating device 5C heated. As a result, in the stack 1C, the water vapor in the humidified fuel gas 97 supplied to the stack 1C is condensed, and the water vapor in the reaction gas that has become high in humidity due to the contained water in the stack 1C is condensed. Is also prevented. As a result, the operation of the stack 1C can be further stabilized.
【0062】実施例4,5における今までの説明では、
加圧板に装着される加熱装置5,5Cが備える加熱部
は、加熱部51に基づくもの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、加熱装置5,5C
が備える加熱部は、実施例3において説明したヘリカル
状をなしたリブ52が形成された加熱部を用いてよいこ
とは勿論のことである。In the description so far in Examples 4 and 5,
The heating units included in the heating devices 5 and 5C mounted on the pressing plate have been described as being based on the heating unit 51. However, the present invention is not limited to this.
As a matter of course, the heating unit provided with the heating unit may be the heating unit in which the helical rib 52 described in the third embodiment is formed.
【0063】実施例1〜5における今までの説明では、
スタックは、熱媒99を通流させる溝811B,821
Bをそれぞれ2個持つセパレータ81,82を備えた単
電池を使用するとしてきたが、これに限定されるもので
はなく、溝811B,821Bを3個以上持つセパレー
タを備えた単電池を使用したものであってもよく、その
場合には、少なくとも実施例5で述べた事例では、加熱
部51C中を通流させる熱媒99としては、極力多くの
溝811B,821Bを通流した後の熱媒99を用いる
ことが好ましいものである。In the description so far in Examples 1 to 5,
The stack has grooves 811B and 821 through which the heat medium 99 flows.
A single cell having separators 81 and 82 each having two B has been used. However, the present invention is not limited to this. A cell using a separator having three or more grooves 811B and 821B is used. In that case, at least in the case described in the fifth embodiment, the heating medium 99 flowing through the heating unit 51C may be the heating medium after flowing through as many grooves 811B and 821B as possible. It is preferable to use 99.
【0064】また、実施例1〜5における今までの説明
では、スタックはセパレータ81,82を備えた単電池
を使用するとしてきたが、これに限定されるものではな
く、例えば、セパレータとしては、複数備えられた熱媒
99を通流させる溝の相互間を各溝の両端部においてセ
パレータ内で連通させ、この両連通部のそれぞれに1個
の貫通穴を備えるものであってもよく、その場合には、
実施例5で述べた事例では、例えば、電気絶縁板内に形
成する熱媒99用の通流路を電気絶縁板内において分岐
させて形成し、この分岐させて形成された通流路を介し
て加熱部51Cに熱媒99を供給するようにすればよい
ものである。Further, in the description so far in the first to fifth embodiments, it has been described that the stack uses unit cells provided with the separators 81 and 82. However, the present invention is not limited to this. A plurality of grooves through which the heat medium 99 is allowed to flow may be communicated within the separator at both ends of each groove, and each of the two communication sections may have one through hole. in case of,
In the case described in the fifth embodiment, for example, the flow path for the heat medium 99 formed in the electric insulating plate is formed by branching in the electric insulating plate, and the flow path is formed through the branched flow path. What is necessary is just to supply the heat medium 99 to the heating part 51C.
【0065】さらにまた、実施例1〜5における今まで
の説明では、スタックは、熱媒99を通流させる溝81
1B,821Bを持つセパレータ81,82を備えた単
電池を使用するとしてきたが、これに限定されるもので
はなく、例えば、専用の冷却体を介挿するようにしたス
タックであってもよく、その場合には、例えば、専用の
冷却体を通流した後の熱媒99を、適宜の配管を介して
電気絶縁板内に形成されている熱媒99用の通流路に、
加圧板および集電板と対向していない電気絶縁板の側端
面から流入するようにすればよいものである。Further, in the description so far in the first to fifth embodiments, the stack has the groove 81 through which the heat medium 99 flows.
Although a single cell including the separators 81 and 82 having 1B and 821B has been used, the present invention is not limited to this. For example, a stack in which a dedicated cooling body is inserted may be used. In that case, for example, the heat medium 99 after flowing through the exclusive cooling body is passed through an appropriate pipe to a flow path for the heat medium 99 formed in the electric insulating plate,
What is necessary is just to make it flow in from the side end surface of the electric insulating plate which does not oppose a pressurizing plate and a current collection plate.
【0066】[0066]
【発明の効果】この発明においては、前記の課題を解決
するための手段の項で述べた構成とすることにより、次
記する効果を奏する。すなわち、 反応ガスは、その温度を全く低下することが無く加圧
板を通過させることができ、従って、スタックに供給さ
れ加圧板を通過した反応ガスには水滴を生じることが無
い。これによりこの発明によるスタックでは、反応ガス
が含む水滴が原因となって発電量が低下する現象は発生
せず、安定した発電特性を維持して長時間連続運転する
ことが可能となる。また、 スタックから排出される反応ガス中に水滴が生じるこ
とが低減され、この水滴が原因となって反応ガスの供給
量が低減される問題を解消することが可能となる。ま
た、 課題を解決するための手段の項の第4項に基づく構成
とすることにより、熱媒の温度が比較的に低い場合であ
っても、,項による効果を得ることが可能となる。
さらに、 課題を解決するための手段の項の第5項に基づく構成
とすることにより、熱媒の温度がさらに低い場合であっ
ても、,項による効果を得ることが可能となる。According to the present invention, the following effects can be obtained by adopting the structure described in the section for solving the above-mentioned problems. That is, the reaction gas can be passed through the pressure plate without lowering its temperature at all, and therefore, the reaction gas supplied to the stack and passing through the pressure plate does not produce water droplets. As a result, in the stack according to the present invention, a phenomenon in which the amount of power generation decreases due to water droplets contained in the reaction gas does not occur, and continuous operation can be performed for a long time while maintaining stable power generation characteristics. Further, the generation of water droplets in the reaction gas discharged from the stack is reduced, and the problem that the supply amount of the reaction gas is reduced due to the water droplets can be solved. In addition, by adopting a configuration based on the fourth term of the means for solving the problem, even when the temperature of the heat medium is relatively low, it is possible to obtain the effect of the term.
Further, by adopting a configuration based on the fifth term of the means for solving the problem, even when the temperature of the heat medium is further lower, it is possible to obtain the effect of the term.
【図1】後記する図2におけるS部の詳細断面図FIG. 1 is a detailed sectional view of an S part in FIG. 2 described later.
【図2】請求項1,2,4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FIGS. 2 (a) and 2 (b) are schematic diagrams of a main part of a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1, 2 and 4; FIG. b) is its top view
【図3】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FIGS. 3A and 3B are schematic diagrams of a main part of a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is a side view, and FIG. Is its top view
【図4】図3におけるR部およびR部に関連する部分の
詳細断面図FIG. 4 is a detailed sectional view of an R portion and a portion related to the R portion in FIG. 3;
【図5】請求項1,2,4に対応するこの発明の異なる
実施例による固体高分子電解質型燃料電池が備える加熱
装置を関連する装置と共に示すその詳細断面図FIG. 5 is a detailed sectional view showing a heating device provided in a solid polymer electrolyte fuel cell according to a different embodiment of the present invention, together with related devices, according to claims 1, 2, and 4;
【図6】請求項1,2,4,5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側面図FIG. 6 is a side view schematically showing a configuration of a main part of a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention corresponding to claims 1, 2, 4, and 5;
【図7】図6におけるT部の詳細断面図FIG. 7 is a detailed sectional view of a portion T in FIG. 6;
【図8】請求項1,2,4,5に対応するこの発明の異
なる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側面図FIG. 8 is a side view schematically showing a configuration of a main part of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a different embodiment of the present invention corresponding to claims 1, 2, 4, and 5;
【図9】図8におけるW部の構造を示す図面で、(a)
はその断面図、(b)は図9(a)におけるY矢視図FIG. 9 is a view showing a structure of a W portion in FIG. 8;
Is a cross-sectional view thereof, and FIG.
【図10】従来例の固体高分子電解質型燃料電池が備え
る単位燃料電池を展開した状態で模式的に示した要部の
上部側から見た断面図FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a main unit in a state where a unit fuel cell included in a conventional solid polymer electrolyte fuel cell is developed, viewed from the upper side.
【図11】図10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11 is a perspective view schematically showing the unit fuel cell shown in FIG. 10 in a developed state.
【図12】単位燃料電池が有するセパレータを図10に
おけるP矢方向から見た図FIG. 12 is a view of a separator included in the unit fuel cell as viewed from the direction of arrow P in FIG.
【図13】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FIG. 13 is a schematic view of a main part of a conventional solid polymer electrolyte fuel cell, in which (a) is a side view thereof;
(B) is the top view
【図14】図13におけるQ部の詳細断面図14 is a detailed sectional view of a portion Q in FIG.
【図15】図13中に示した固体高分子電解質型燃料電
池に与える反応ガスの通流路を説明する説明図FIG. 15 is an explanatory view illustrating a flow path of a reaction gas supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell shown in FIG.
【図16】図13中に示した固体高分子電解質型燃料電
池に与える熱媒の通流路を説明する説明図FIG. 16 is an explanatory view illustrating a flow path of a heat medium given to the solid polymer electrolyte fuel cell shown in FIG.
2 加圧板 291 空洞部 292 ガス通流部 292a 貫通穴 4 電気絶縁板 41 通流路 5 加熱装置 51 加熱部 98 酸化剤ガス 99 熱媒 2 Pressing Plate 291 Cavity 292 Gas Flow Portion 292a Through Hole 4 Electrical Insulating Plate 41 Flow Channel 5 Heating Device 51 Heating Unit 98 Oxidizing Gas 99 Heat Medium
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 卜部 恭一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kyoichi Urabe 1-1-1, Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Co., Ltd.
Claims (5)
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,燃料電池セルと
対向される側の面に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、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、前記の積層体
の両端末部に設置され,前記の積層体をこれ等の積層方
向に加圧する加圧力を与える加圧板と、加圧板に設けら
れ,燃料ガス.酸化剤ガスのそれぞれを供給する部位お
よび排出する部位に設置された燃料ガス用,酸化剤ガス
用の配管接続体と、前記の積層体が有する燃料電池セル
の温度を所望の温度に保持するための熱媒を供給する部
位および排出する部位に設置された熱媒用の配管接続体
とを備え、熱媒は、供給側の配管接続体を介して前記の
積層体の外部から供給され,前記の積層体と熱交換を行
った後に,排出側の配管接続体を介して前記の積層体の
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、 加圧板は、配管接続体が設置される部位に、配管接続体
が設置される部位を通流する酸化剤ガスおよび/または
燃料ガスを加熱するための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。1. A fuel cell which receives a supply of a fuel gas and an oxidizing gas to generate DC power, and is disposed opposite to each of the two main surfaces of the fuel cell to face the fuel cell. Has a plurality of unit fuel cells having a gas flow groove for supplying a fuel gas or an oxidizing gas to the fuel cell on the surface of the unit fuel cells, and these unit fuel cells are adjacent to each other. A pressurizing plate which is provided at both ends of the stack and which applies a pressing force to press the stack in a stacking direction thereof; And the pressure plate, and the fuel gas. In order to maintain the temperature of the fuel cell unit of the stacked body at a desired temperature, the fuel gas and the oxidant gas piping connectors installed at the parts for supplying and discharging the oxidant gas, respectively. And a pipe connector for the heat medium provided at a portion for supplying the heat medium and a portion for discharging the heat medium. The heat medium is supplied from the outside of the laminate through a pipe connector on the supply side, and In a solid polymer electrolyte fuel cell, which is discharged to the outside of the laminate through a discharge-side pipe connector after performing heat exchange with the laminate of (1), the pressurizing plate comprises a pipe connector. A solid polymer electrolyte fuel cell, comprising: a heating section for heating an oxidizing gas and / or a fuel gas flowing through a section where a pipe connector is installed, at a section where the pipe connection body is installed.
電池において、 加圧板が備える加熱部は、固体高分子電解質型燃料電池
に供給される熱媒および/または固体高分子電解質型燃
料電池から排出される熱媒によって加熱されてなること
を特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。2. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the heating portion provided in the pressurizing plate is a heating medium and / or a solid polymer electrolyte fuel supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell. A solid polymer electrolyte fuel cell which is heated by a heat medium discharged from the cell.
質型燃料電池において、 加圧板が備える加熱部は、加圧板に形成された,固体高
分子電解質型燃料電池に供給される熱媒および/または
固体高分子電解質型燃料電池から排出される熱媒を通流
させる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。3. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the heating section provided on the pressing plate has a heating medium formed on the pressing plate and supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell. And / or a flow passage through which a heat medium discharged from the solid polymer electrolyte fuel cell flows.
質型燃料電池において、 加圧板が備える加熱部は、加圧板に装着され,固体高分
子電解質型燃料電池に供給される熱媒および/または固
体高分子電解質型燃料電池から排出される熱媒を通流さ
せる通流路が形成された加熱装置であることを特徴とす
る固体高分子電解質型燃料電池。4. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the heating section provided on the pressure plate is attached to the pressure plate, and a heating medium and a heating medium supplied to the solid polymer electrolyte fuel cell. A solid polymer electrolyte fuel cell, characterized in that the heating device is provided with a flow passage through which a heat medium discharged from the solid polymer electrolyte fuel cell flows.
電池において、 加圧板に装着される加熱装置は、断熱層を介して加圧板
に装着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。5. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 4, wherein the heating device mounted on the pressure plate is mounted on the pressure plate via a heat insulating layer. Electrolyte fuel cell.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8163537A JPH1012262A (en) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | Solid high polymer electrolyte fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8163537A JPH1012262A (en) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | Solid high polymer electrolyte fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1012262A true JPH1012262A (en) | 1998-01-16 |
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ID=15775775
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8163537A Pending JPH1012262A (en) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | Solid high polymer electrolyte fuel cell |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH1012262A (en) |
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- 1996-06-25 JP JP8163537A patent/JPH1012262A/en active Pending
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