JPH11354142A - Solid polymer electrolyte type fuel cell - Google Patents

Solid polymer electrolyte type fuel cell

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JPH11354142A
JPH11354142A JP10163717A JP16371798A JPH11354142A JP H11354142 A JPH11354142 A JP H11354142A JP 10163717 A JP10163717 A JP 10163717A JP 16371798 A JP16371798 A JP 16371798A JP H11354142 A JPH11354142 A JP H11354142A
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JP
Japan
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polymer electrolyte
fuel cell
solid polymer
separator
electrolyte fuel
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Withdrawn
Application number
JP10163717A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Saito
和夫 齊藤
Taiji Kogami
泰司 小上
Hiroshi Chisawa
洋 知沢
Sanji Ueno
三司 上野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To thin a separator, to compactify a size, to lighten weight, to simplify a system, to reduce a cost, and to eliminate cooling water required for humidifying reaction gas so as to enhance reliability of the system and maintenance property. SOLUTION: In a solid polymer electrolyte type fuel cell provided with a cell stack constituted by laminating plurally via separators 1 unit cells comprising fuel electrodes 3.oxidant electrodes 4 arranged to sandwich at least solid polymer electrolyte films 9, each separator 1 is composed of a metal thin plate, plural parallel corrugated press-worked grooves 10 are formed in the obverse and reverse in the substantially central part of the separator 1, reaction gas passages 7, 8 are provided between the fuel cell 3 and the oxidant electrode 4, sheet like sealing members 2a, 2b are arranged in the obverse and the reverse to surrounding the substantially central part of the separator 1, and plural manifold holes for supplying.discharging the reaction gas and a coolant respectively are provided in contact parts of the sealing members 2a, 2b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜と当該固体高分子電解質膜を挟んで配置された燃料極
および酸化剤極とからなる単電池を、複数個積層して構
成される電池スタックを備えた固体高分子電解質型燃料
電池に係り、特に積層された単電池の厚みを薄くするこ
とにより電池スタックをコンパクト化し、また同時に電
池の信頼性の向上ならびに製造コストの大幅な低減を図
れるようにした固体高分子電解質型燃料電池に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is constructed by laminating a plurality of unit cells each comprising a solid polymer electrolyte membrane and a fuel electrode and an oxidant electrode interposed between the solid polymer electrolyte membranes. The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell equipped with a battery stack, and in particular, to reduce the thickness of stacked cells to make the battery stack compact, and at the same time to improve battery reliability and significantly reduce manufacturing costs. The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell that can be designed.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、燃料電池は、水素等の燃料ガス
と空気等の酸化剤ガスとを電気化学的に反応させること
により、燃料ガスの有する化学的エネルギーを電気エネ
ルギーに変換する装置である。
2. Description of the Related Art Generally, a fuel cell is a device for converting a chemical energy of a fuel gas into an electric energy by electrochemically reacting a fuel gas such as hydrogen and an oxidizing gas such as air. .

【0003】この燃料電池の一つとして、固体高分子膜
を電解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池があ
る。
As one of such fuel cells, there is a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte.

【0004】図40は、この種の従来の固体高分子電解
質型燃料電池の電池スタックの基本的構成(単電池構
成)の一例を示す概要図である。
FIG. 40 is a schematic diagram showing an example of a basic configuration (unit cell configuration) of a cell stack of this type of conventional solid polymer electrolyte fuel cell.

【0005】図40において、単電池101は、イオン
導電性を有する固体高分子膜102を挟んで配置した燃
料極(以下、アノード電極と称する)103および酸化
剤極(以下、カソード電極と称する)104からなり、
さらにこの単電池101を、アノード電極103および
カソード電極104に反応ガスである燃料ガスおよび酸
化剤ガスを供給するための溝103c,104cを設け
た導電性を有するガス不透過性のガス供給溝付きのセパ
レータ105を介して複数個積層して、電池スタックが
構成されている。
In FIG. 40, a unit cell 101 has a fuel electrode (hereinafter, referred to as an anode electrode) 103 and an oxidant electrode (hereinafter, referred to as a cathode electrode) disposed with a solid polymer film 102 having ionic conductivity interposed therebetween. Consisting of 104
Further, this unit cell 101 is provided with a gas-impermeable gas supply groove having conductivity provided with grooves 103c and 104c for supplying a fuel gas and an oxidizing gas as a reaction gas to the anode electrode 103 and the cathode electrode 104. , A battery stack is formed by laminating a plurality of the batteries with the separator 105 interposed therebetween.

【0006】なお、アノード電極103は、アノード触
媒層103aとアノード多孔質カーボン平板103bと
から形成され、カソード電極104は、カソード触媒層
104aとカソード多孔質カーボン平板104bとから
形成されている。
The anode electrode 103 is formed of an anode catalyst layer 103a and an anode porous carbon flat plate 103b, and the cathode electrode 104 is formed of a cathode catalyst layer 104a and a cathode porous carbon flat plate 104b.

【0007】かかる構成の電池スタックを備えた固体高
分子電解質型燃料電池において、アノード電極103に
燃料ガスを供給し、カソード極104に酸化剤ガスを供
給すると、単電池101のアノード電極103およびカ
ソード極104間で、電気化学反応によって起電力(電
気的出力)が発生する。
In a solid polymer electrolyte fuel cell having a battery stack having such a configuration, when a fuel gas is supplied to the anode electrode 103 and an oxidizing gas is supplied to the cathode electrode 104, the anode electrode 103 and the cathode An electromotive force (electric output) is generated between the poles 104 by an electrochemical reaction.

【0008】ここで、通常、燃料ガスとして水素、酸化
剤ガスとして空気がそれぞれ使用されている。アノード
電極103に水素、カソード電極104に空気をそれぞ
れ供給すると、アノード電極103では、供給された水
素がアノード触媒層103aで水素イオンと電子に解離
し、水素イオンは固体高分子膜102を通って、電子は
外部回路を通ってカソード電極104にそれぞれ移動す
る。
Here, hydrogen is usually used as the fuel gas, and air is used as the oxidizing gas. When hydrogen is supplied to the anode electrode 103 and air is supplied to the cathode electrode 104, the supplied hydrogen is dissociated into hydrogen ions and electrons at the anode catalyst layer 103a at the anode electrode 103, and the hydrogen ions pass through the solid polymer membrane 102. The electrons move to the cathode electrode 104 through the external circuit.

【0009】一方、カソード電極104では、供給され
た空気中の酸素と上記水素イオンと電子が、カソード触
媒層104aで反応して水を生成する。この時、外部回
路を通った電子は電流となり、電力を供給することがで
きる。
On the other hand, in the cathode electrode 104, the oxygen in the supplied air, the hydrogen ions, and the electrons react on the cathode catalyst layer 104a to generate water. At this time, the electrons that have passed through the external circuit become currents and can supply power.

【0010】すなわち、アノード電極103とカソード
電極104では、それぞれ以下のような反応が進行す
る。なお、生成した水は、未反応ガスと共に電池外に排
出される。
That is, the following reactions progress on the anode electrode 103 and the cathode electrode 104, respectively. The generated water is discharged out of the battery together with the unreacted gas.

【0011】アノード反応:H2 →2H+ +2e- カソード反応:2H+ +1/2O2 +2e- →H2 O 単電池101の発生する起電力は、1V以下と低いた
め、通常は、上記セパレータ105を介して数十〜数百
枚の単電池101を積層し、電池スタックとして使用さ
れる。また、発電に伴なう電池スタックの昇温を制御す
るために、冷却板が数枚の単電池101毎に挿入されて
いる。
Anode reaction: H 2 → 2H + + 2e Cathode reaction: 2H + + 1 / 2O 2 + 2e → H 2 O The electromotive force generated by the unit cell 101 is as low as 1 V or less. , Several tens to several hundreds of unit cells 101 are stacked and used as a battery stack. Further, in order to control the temperature rise of the battery stack due to the power generation, a cooling plate is inserted for every several cells 101.

【0012】一方、イオン導電性を有する固体高分子膜
102としては、例えばプロトン交換膜であるパーフル
オロロカーボンスルホン酸(ナフィオンR :米国、デュ
ポン社)が知られている。この膜は、分子中に水素イオ
ンの交換基を持ち、飽和含水することによりイオン導電
性電解質として機能すると共に、燃料ガスと酸化剤ガス
とを分離する機能も有する。
Meanwhile, as the solid polymer membrane 102 having ionic conductivity, for example a proton exchange membrane perfluorosulfonic b carbon sulfonic acid (Nafion R: USA, DuPont) is known. This membrane has a hydrogen ion exchange group in the molecule, functions as an ion conductive electrolyte by containing saturated water, and has a function of separating fuel gas and oxidizing gas.

【0013】逆に、膜の含水量が少なくなると、イオン
抵抗が高くなり、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合(クロ
スオーバ)が発生して、電池での発電が不可能となる。
このため、固体高分子膜102を飽和含水としておくこ
とが望ましい。
Conversely, when the water content of the membrane decreases, the ionic resistance increases, and a mixture (crossover) of the fuel gas and the oxidizing gas occurs, making it impossible for the battery to generate power.
For this reason, it is desirable that the solid polymer film 102 be saturated with water.

【0014】一方、発電によってアノード電極103で
分離した水素イオンが、固体高分子膜を通ってカソード
電極104に移動する時に、水も一緒に移動するため、
アノード電極103側では固体高分子膜102は乾燥傾
向になる。また、供給する燃料ガスまたは酸化剤ガスに
含まれる水蒸気が少ないと、それぞれの反応ガスの入口
付近で、固体高分子膜102は乾燥傾向になる。
On the other hand, when hydrogen ions separated at the anode electrode 103 by power generation move to the cathode electrode 104 through the solid polymer membrane, water also moves.
On the anode electrode 103 side, the solid polymer film 102 tends to dry. Also, if the amount of water vapor contained in the supplied fuel gas or oxidizing gas is small, the solid polymer film 102 tends to dry near the inlet of each reaction gas.

【0015】このため、上記のような理由から、固体高
分子電解質型燃料電池の電池スタックには、あらかじめ
加湿した燃料ガスと酸化剤ガスを供給することが一般的
に行なわれている。
For this reason, for the above reasons, it is common practice to supply a fuel gas and an oxidizing gas which have been humidified in advance to the cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell.

【0016】一方、この種の固体高分子電解質型燃料電
池の電池スタックで用いられているセパレータ105
は、各単電池101を分離する機能を持たせるために、
反応ガスあるいは冷却水等に対しては不透過性である必
要があり、しかも積層化した電池として機能させるため
に、電気的には導電体である必要がある。
On the other hand, the separator 105 used in the cell stack of this type of solid polymer electrolyte fuel cell is used.
Is to have a function to separate each cell 101,
It must be impermeable to reaction gas, cooling water, and the like, and must be electrically conductive in order to function as a stacked battery.

【0017】固体高分子電解質型燃料電池は、通常70
℃〜90℃の範囲で動作するが、電池内部のセパレータ
105は、その温度における飽和蒸気圧に近い水蒸気を
含んだ空気にさらされると同時に、電気化学反応に伴な
う電位差が生じる厳しい環境下に置かれている。そのた
め、セパレータ105としては、耐腐食性の材料が選択
されている。
A solid polymer electrolyte fuel cell usually has 70
The separator 105 inside the battery is exposed to air containing water vapor close to the saturated vapor pressure at that temperature, and at the same time, in a severe environment where a potential difference accompanying an electrochemical reaction occurs. Has been placed. Therefore, a corrosion-resistant material is selected as the separator 105.

【0018】この場合、ステンレス等、一般的に用いら
れている耐食性の材料では、表面が酸化して、不動態膜
が形成されてしまうために、電池の抵抗損失が大きくな
り、発電効率が大きく低下するといった問題点がある。
In this case, a commonly used corrosion-resistant material such as stainless steel oxidizes the surface and forms a passivation film, so that the resistance loss of the battery increases and the power generation efficiency increases. There is a problem that it decreases.

【0019】そこで、最近では、かつて1970年代に
米国でスペースシャトル用に開発された固体高分子電解
質型燃料電池スタックのセパレータとして、耐食性の貴
金属であるニオブ等が用いられている。
Therefore, recently, niobium, which is a corrosion-resistant noble metal, has been used as a separator of a solid polymer electrolyte fuel cell stack which was once developed for the space shuttle in the United States in the 1970s.

【0020】しかしながら、このような貴金属系の材料
は、非常に高価であると共に、重いという問題点があ
る。
However, such a noble metal-based material is very expensive and heavy.

【0021】そこで、このような問題を解決するため
に、カナダのバラード社が米国特許US−552101
8に示したように、セパレータとして、カーボン板を使
用して、軽量化とコスト低減化を試みている。
Therefore, in order to solve such a problem, Ballard of Canada issued US Pat. No. 5,552,101.
As shown in FIG. 8, a carbon plate is used as a separator to reduce the weight and cost.

【0022】図41は、この種のカーボン板を用いた固
体高分子電解質型燃料電池の電池スタックの構成例を示
す概要図である。
FIG. 41 is a schematic diagram showing a configuration example of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell using such a carbon plate.

【0023】図41において、電池スタックは、反応ガ
スを反応させて発電を行なう電池部110と、反応ガス
を加湿するための加湿部111とから構成されている。
Referring to FIG. 41, the battery stack is composed of a battery unit 110 for generating power by reacting a reaction gas and a humidifying unit 111 for humidifying the reaction gas.

【0024】電池部110は、複数の単電池112を積
層した構成となっており、それぞれの単電池112の構
成は、例えば図42に示すように、カソード電極側のセ
パレータ132と高分子電解質膜134、アノード電極
側のセパレータ136と冷却用セパレータ138を積層
したものである。
The battery section 110 has a structure in which a plurality of unit cells 112 are stacked, and the structure of each unit cell 112 is, for example, as shown in FIG. 42, a separator 132 on the cathode electrode side and a polymer electrolyte membrane. 134, a separator 136 on the anode electrode side and a cooling separator 138 are laminated.

【0025】冷却用のセパレータは、反応に伴なって生
じる反応熱を冷却水に吸収し、電池部110の加熱を防
止する目的で設置されている。
The cooling separator is provided for the purpose of absorbing the reaction heat generated by the reaction into the cooling water and preventing the battery section 110 from being heated.

【0026】図43は、この種の代表的なセパレータの
構成例を示す平面図であり、図43ではカソード電極側
のセパレータを示している。
FIG. 43 is a plan view showing a configuration example of a typical separator of this type. FIG. 43 shows a separator on the cathode electrode side.

【0027】図43において、カーボン板からなるセパ
レータ113に、酸化剤ガスである空気入口側流路11
4と空気出口流路115、燃料ガス入口流路116と燃
料ガス出口流路117、さらに冷却水入口、および出口
流路が設けられており、酸化剤ガスである空気を反応面
に導くために、サーペンタイン状の空気溝118が形成
されている。この空気溝118は、比較的柔らかいカー
ボン板にプレス加工によって形成されている。なお、ア
ノード電極側のセパレータ、冷却用セパレータも、同様
な構成となっている。
In FIG. 43, a separator 113 made of a carbon plate is provided with an air inlet side flow path 11 which is an oxidizing gas.
4 and an air outlet channel 115, a fuel gas inlet channel 116 and a fuel gas outlet channel 117, and a cooling water inlet and an outlet channel are provided to guide air as an oxidant gas to the reaction surface. , A serpentine-shaped air groove 118 is formed. The air groove 118 is formed by pressing a relatively soft carbon plate. The anode-side separator and the cooling separator have the same configuration.

【0028】一方、加湿部の構成は、電池部とほぼ同様
であるが、反応ガス同志が固体高分子電解質膜を介して
接するのとは異なり、水蒸気透過用の膜を介して反応ガ
スである酸化剤ガスまたは燃料ガスが冷却水と接するこ
とにより加湿される構成となっている。
On the other hand, the structure of the humidifying section is almost the same as that of the battery section, but is different from the case where the reactant gases come into contact with each other via the solid polymer electrolyte membrane, but the reactant gas passes through the water vapor permeable membrane. The oxidizing gas or the fuel gas is humidified by coming into contact with the cooling water.

【0029】[0029]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の電池スタックを備えた固体高分子電解質型燃
料電池においては、次に示すような問題点がある。
However, the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the above-mentioned conventional cell stack has the following problems.

【0030】すなわち、まず、セパレータにカーボン板
を用いた電池スタックを備えた固体高分子電解質型燃料
電池では、以下のような理由により、セパレータの厚み
を薄くするのには限界がある。
That is, first, in a solid polymer electrolyte fuel cell having a battery stack using a carbon plate as a separator, there is a limit to reducing the thickness of the separator for the following reasons.

【0031】(a)セパレータとしての強度を保つ。 (b)カーボン板は本質的に多孔質体であり、セパレー
タ間のガスの透過、水の透過を防止する必要がある。
(A) Maintain strength as a separator. (B) The carbon plate is essentially a porous body, and it is necessary to prevent gas permeation and water permeation between the separators.

【0032】従来例で示した米国特許US−55210
18では、セパレータの厚みは1.6mmとなってい
る。電池スタックをコンパクト化するためには、単電池
の厚みを薄くすることが最も重要であるが、このように
カーボン板からなるセパレータを用いた場合には、薄く
することに限界があるため、コンパクト化が難しいとい
った問題点がある。
US Pat. No. 5,552,210 shown in the prior art.
In No. 18, the thickness of the separator is 1.6 mm. In order to reduce the size of the battery stack, it is most important to reduce the thickness of the unit cells. There is a problem that it is difficult to convert.

【0033】また、カーボン材料はそれ自体が高価であ
るため、低コスト化が難しいといった問題点がある。
Further, since the carbon material itself is expensive, there is a problem that it is difficult to reduce the cost.

【0034】さらに、カーボン板は、熱伝導率がアルミ
ニウム、銅等の金属に比較して悪いために、各単電池の
間に冷却水が流れる冷却プレートを挿入して、単電池を
冷却する必要がある。従って、より一層スタックが大き
くなるといった問題点があり、また空冷化が難しいとい
った問題点もある。
Further, since the carbon plate has a poorer thermal conductivity than metals such as aluminum and copper, it is necessary to insert a cooling plate through which cooling water flows between the cells to cool the cells. There is. Therefore, there is a problem that the stack becomes even larger, and there is also a problem that it is difficult to cool the air.

【0035】一方、冷却水は、反応ガスを加湿するため
にも用いられているので、極めて純度の高い水を使用す
る必要がある。また、不純物が冷却水循環系に混入する
のを防止するために、循環系にフィルターを設置する必
要があり、コスト、スペース的に不利になるといった問
題点がある。
On the other hand, since the cooling water is also used to humidify the reaction gas, it is necessary to use extremely high purity water. Also, in order to prevent impurities from entering the cooling water circulation system, it is necessary to install a filter in the circulation system, which is disadvantageous in terms of cost and space.

【0036】この場合、安定した特性を長時間に渡り維
持していくためには、フィルターの交換や水の交換が定
期的に必要になる。
In this case, in order to maintain stable characteristics over a long period of time, it is necessary to periodically exchange filters and exchange water.

【0037】さらに、加湿とは別系統の冷却系を設ける
ことが考えられるが、多孔質体というカーボン板の特性
上、微量ではあるが、冷却液がカーボン板を浸透して単
電池側に透過するのを防止することはできないため、水
以外の冷却媒体を採用することは難しいといった問題点
がある。
Further, it is conceivable to provide a cooling system of a different system from humidification. However, due to the characteristics of the carbon plate, which is a porous material, a small amount of cooling liquid permeates the carbon plate and permeates the unit cell. Therefore, it is difficult to employ a cooling medium other than water.

【0038】そのため、水以外の冷却媒体を用いること
ができないことから、冬季周囲温度が0℃以下になるよ
うな環境では、冷却系の凍結防止のために、保温、ある
いは解氷等の手段が必要となる。
[0038] For this reason, since a cooling medium other than water cannot be used, in an environment where the ambient temperature in winter is 0 ° C or less, measures such as heat preservation or de-icing must be taken to prevent freezing of the cooling system. Required.

【0039】従って、余分な熱を消費するために効率の
低下を招くと共に、コストアップ、スペース効率の悪化
を招くといった問題点がある。
Accordingly, there is a problem that the efficiency is reduced due to the consumption of excess heat, the cost is increased, and the space efficiency is deteriorated.

【0040】本発明の目的は、電池スタックの基本構成
要素であるセパレータを薄くし、かつ強度、流体の不透
過性に優れた材料で構成して、コンパクト化、軽量化、
システムの簡略化、ならびに低コスト化を図ることがで
き、また反応ガスを加湿するために必要な冷却水を不要
として、システムの信頼性、およびメンテナンス性の向
上を図ることが可能な固体高分子電解質型燃料電池を提
供することにある。
An object of the present invention is to make a separator, which is a basic component of a battery stack, thin and made of a material having excellent strength and fluid impermeability to reduce the size and weight of the battery stack.
A solid polymer that simplifies the system, reduces costs, and eliminates the need for cooling water required to humidify the reaction gas, thereby improving system reliability and maintainability. An object of the present invention is to provide an electrolyte fuel cell.

【0041】[0041]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明では、少なくとも固体高分子電解
質膜と当該固体高分子電解質膜を挟んで配置された燃料
極および酸化剤極とからなり、反応ガスである燃料ガス
および酸化剤ガスの電気化学的反応により電気的出力を
発生する単電池を、セパレータを介して複数個積層して
構成される電池スタックを備えた固体高分子電解質型燃
料電池において、セパレータを金属製の薄板で構成し、
セパレータのほぼ中央部分に、プレス加工による複数の
平行な波形状の溝を表裏に形成して、燃料極と酸化剤極
との間に反応ガスの流路を設け、セパレータのほぼ中央
部分を囲むようにシート状のシール部材を表裏に配置
し、シール部材の接触部に、反応ガスと冷却媒体をそれ
ぞれ供給および排出する複数のマニホールド孔を設け
る。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, at least a solid polymer electrolyte membrane and a fuel electrode and an oxidizer electrode disposed with the solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween. A solid polymer comprising a battery stack formed by stacking a plurality of unit cells, which generate an electrical output by an electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidizing gas, which are reaction gases, with a separator interposed therebetween. In the electrolyte fuel cell, the separator is formed of a thin metal plate,
A plurality of parallel corrugated grooves formed by pressing are formed on the front and back sides of a substantially central portion of the separator, and a reaction gas flow path is provided between the fuel electrode and the oxidant electrode, and substantially surrounds the central portion of the separator. As described above, the sheet-shaped sealing member is disposed on the front and back, and a plurality of manifold holes for supplying and discharging the reaction gas and the cooling medium are provided at the contact portions of the sealing member.

【0042】従って、請求項1の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、セパレータに金属製の薄板を
用い、そのほぼ中央部分にプレス加工によって反応ガス
の流路となる溝を設けると共に、その表裏の周辺部にシ
ート状のシール部材を配置することにより、薄いセパレ
ータに十分な強度を持たせ、また反応ガスがセパレータ
を透過することを防止することができる。これにより、
反応ガスの透過をほぼ完全に防止しつつ、単電池の厚み
を薄くすることが可能となり、電池スタックをコンパク
ト化することが可能となる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the first aspect of the present invention, a metal thin plate is used for the separator, and a groove serving as a flow path of the reaction gas is provided at a substantially central portion thereof by press working. By arranging a sheet-shaped sealing member on the front and back peripheral portions, it is possible to give a thin separator sufficient strength and prevent a reaction gas from passing through the separator. This allows
The thickness of the unit cell can be reduced while the permeation of the reaction gas is almost completely prevented, and the battery stack can be made compact.

【0043】また、プレス加工は量産に向いており、カ
ーボンに比べて材料コストが低い金属を用いることによ
り、大幅な製造コスト低減ができる。
Further, the press working is suitable for mass production, and the use of a metal whose material cost is lower than that of carbon can greatly reduce the manufacturing cost.

【0044】さらに、セパレータのほぼ中央部分にプレ
ス加工で得られた溝と、その周辺部に配置された流体の
シールを兼ねるシート状のシール部材とによって、反応
ガスの流路を形成することにより、部品点数が少ない低
コストのセパレータを得ることができる。
Further, a flow path of the reaction gas is formed by a groove obtained by press working in a substantially central portion of the separator and a sheet-like sealing member disposed at the periphery thereof and also serving as a seal for a fluid. Thus, a low-cost separator with a small number of parts can be obtained.

【0045】また、同一のセパレータに反応ガスを供給
するマニホールド孔と電池を冷却する冷却媒体を供給す
るマニホールド孔を備えていることにより、セパレータ
の外部にマニホールドを備えた外部マニホールド型式に
比べて、部品点数を大幅に削減することができると共
に、プレス加工が可能となり、製造工程の短縮を図るこ
とができる。これにより、固体高分子電解質型燃料電池
の大幅なコスト低減を図ることが可能となる。
Further, by providing a manifold hole for supplying a reaction gas to the same separator and a manifold hole for supplying a cooling medium for cooling the battery, compared with an external manifold type having a manifold outside the separator, The number of parts can be significantly reduced, and press working can be performed, so that the manufacturing process can be shortened. As a result, it is possible to significantly reduce the cost of the solid polymer electrolyte fuel cell.

【0046】また、請求項2の発明では、上記請求項1
の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、冷却媒
体のマニホールド孔の内部に、セパレータの一部を突出
させる。
According to the second aspect of the present invention, the first aspect is provided.
In the solid polymer electrolyte fuel cell of the invention, a part of the separator is projected into the manifold hole of the cooling medium.

【0047】従って、請求項2の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項1の発明と同様の
作用を奏するのに加えて、冷却媒体のマニホールド孔内
にセパレータの一部を突出させることにより、電池スタ
ックの冷却能力を向上させることができる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the second aspect of the present invention, in addition to the same effect as the first aspect of the present invention, a part of the separator is provided in the manifold hole of the cooling medium. By protruding, the cooling capacity of the battery stack can be improved.

【0048】すなわち、燃料電池は発電と同時に熱も発
生するが、燃料電池を適正な温度で動作させるために
は、発生した熱の除去、つまり冷却を行なう必要があ
る。電池内部のセパレータを通って伝わってきた熱は、
冷却媒体用のマニホールド孔内の冷却媒体に伝えられる
が、このマニホールド孔内にセパレータの一部を突出さ
せることによって、伝熱面積を増大すると共に、乱流促
進効果によって熱伝達率も増大できるため、冷却能力を
より一層向上させることができる。
That is, the fuel cell generates heat at the same time as power generation. However, in order to operate the fuel cell at an appropriate temperature, it is necessary to remove the generated heat, that is, perform cooling. The heat transmitted through the separator inside the battery is
Although the heat is transmitted to the cooling medium in the cooling medium manifold hole, by projecting a part of the separator into the manifold hole, the heat transfer area can be increased and the heat transfer coefficient can be increased by the turbulence promoting effect. In addition, the cooling capacity can be further improved.

【0049】さらに、請求項3の発明では、上記請求項
1の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、冷却
媒体用の流路を設けた複数のセパレータを、少なくとも
2つ以上の積層された単電池の間に挿入する。
Further, according to the third aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the first aspect of the present invention, at least two or more of a plurality of separators provided with a flow path for a cooling medium are laminated. Insert between cells.

【0050】従って、請求項3の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項1の発明と同様の
作用を奏するのに加えて、積層された単電池の間に冷却
媒体用の流路を設けたセパレータを挿入することによ
り、電池スタックの冷却能力を向上させることができ
る。
Therefore, the solid polymer electrolyte fuel cell according to the third aspect of the present invention has the same effect as the first aspect of the present invention, and additionally has a cooling medium between the stacked unit cells. By inserting the separator provided with the flow path, the cooling capacity of the battery stack can be improved.

【0051】すなわち、電池の冷却のために、冷却媒体
を発熱部分となる酸化剤極により近づけることができる
ため、冷却能力を向上させることができる。
That is, for cooling the battery, the cooling medium can be made closer to the oxidant electrode serving as a heat-generating portion, so that the cooling capacity can be improved.

【0052】一方、請求項4の発明では、上記請求項1
の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、マニホ
ールド孔の周囲を囲むシール部材に接するように、ほぼ
均一な高さの凸状のビード部を設ける。
On the other hand, according to the invention of claim 4, the above-mentioned claim 1
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the invention, a convex bead portion having a substantially uniform height is provided so as to be in contact with a seal member surrounding the periphery of the manifold hole.

【0053】従って、請求項4の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項1の発明と同様の
作用を奏するのに加えて、セパレータに設けられた内部
マニホールド孔の周囲にビード部を設けることにより、
セパレータのシール性をより一層向上させることができ
る。
Therefore, the solid polymer electrolyte fuel cell according to the fourth aspect of the present invention has the same effect as the first aspect of the present invention, and also has a bead around the internal manifold hole provided in the separator. By providing a part,
The sealing performance of the separator can be further improved.

【0054】すなわち、セパレータの大きな役割の一つ
に、反応ガスを反応領域である電極に供給し、排出する
ことが挙げられる。この場合、燃料ガスを燃料極に、酸
化剤ガスとなる空気を酸化剤極にそれぞれ供給するため
に、それぞれのマニホールド孔を流れる流体を電極に導
いたり、また確実にシールする必要がある。そこで、ビ
ード部は確実にシールを行なうための手段であり、ビー
ド部に接するシール部材に、周囲より押し付け圧力の高
い線状のシール部を形成して、セパレータのシール性を
より一層向上させることができる。
That is, one of the great roles of the separator is to supply and discharge the reaction gas to the electrode which is the reaction area. In this case, in order to supply the fuel gas to the fuel electrode and the air serving as the oxidant gas to the oxidant electrode, it is necessary to guide the fluid flowing through the respective manifold holes to the electrodes or to securely seal them. Therefore, the bead portion is a means for reliably sealing, and a seal member in contact with the bead portion is formed with a linear seal portion having a higher pressing pressure than the surroundings to further improve the sealability of the separator. Can be.

【0055】また、請求項5の発明では、上記請求項1
の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セパレ
ータの表面に、耐食性かつ導電性を有するコーティング
を施す。
According to the fifth aspect of the present invention, the above first aspect is provided.
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the invention, a corrosion-resistant and conductive coating is applied to the surface of the separator.

【0056】従って、請求項5の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項1の発明と同様の
作用を奏するのに加えて、金属製のセパレータの表面
に、導電性しかも耐食性を有するコーティングを施すこ
とにより、長時間に渡ってより安定した出力を得ると共
に、低コストのセパレータを得ることができる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the fifth aspect of the present invention, in addition to having the same effect as the first aspect of the present invention, the surface of the metal separator is electrically conductive and corrosion resistant. By applying a coating having the following, a more stable output can be obtained over a long period of time, and a low-cost separator can be obtained.

【0057】すなわち、固体高分子電解質型燃料電池
は、通常70℃〜90℃と比較的低い温度範囲で動作す
るが、その内部は飽和水蒸気で満たされており、しかも
燃料電池特有の電位差がある状態となっているために、
セパレータにとってはかなり過酷な状態となっている。
この場合、貴金属系の金属は、かかる条件に対して十分
な耐食性を有するが、一般的な構造材料に用いられるよ
うな安価な金属にとっては厳しい条件となる。そこで、
耐食性のコーティングを施すことによって、長時間に渡
ってより安定した出力を得ると共に、低コストのセパレ
ータを得ることができる。
That is, a solid polymer electrolyte fuel cell normally operates in a relatively low temperature range of 70 ° C. to 90 ° C., but the inside thereof is filled with saturated steam and has a potential difference peculiar to the fuel cell. Because it is in a state,
It is in a severe state for the separator.
In this case, a noble metal-based metal has sufficient corrosion resistance to such conditions, but is a severe condition for inexpensive metals used in general structural materials. Therefore,
By providing a corrosion-resistant coating, a more stable output can be obtained over a long period of time, and a low-cost separator can be obtained.

【0058】さらに、請求項6の発明では、上記請求項
5の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、耐食
性かつ導電性を有するコーティングを、燃料極および酸
化剤極に接する部分の近傍に施す。
According to a sixth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the fifth aspect of the present invention, a coating having corrosion resistance and conductivity is provided in the vicinity of a portion in contact with the fuel electrode and the oxidant electrode. .

【0059】従って、請求項6の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項5の発明と同様の
作用を奏するのに加えて、セパレータの電極に接する部
分の近傍にのみ、導電性しかも耐食性を有する耐食コー
ティングを施すことにより、より一層低コストのセパレ
ータを製作することができる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the sixth aspect of the present invention, in addition to the effect similar to that of the fifth aspect of the present invention, the conductive polymer is provided only in the vicinity of the portion in contact with the electrode of the separator. By providing a corrosion-resistant coating having high corrosion resistance, the separator can be manufactured at a lower cost.

【0060】すなわち、酸化被膜の形成による性能劣化
は、主に電極との間に形成される不動態膜によるもので
ある。そこで、電極と接する領域にのみコーティングを
施すことによって、コーティングの面積を小さくするこ
とができ、より一層低コストのセパレータを製作するこ
とができる。
That is, the performance deterioration due to the formation of the oxide film is mainly due to the passivation film formed between the electrode and the electrode. Therefore, by applying the coating only to the region in contact with the electrode, the area of the coating can be reduced, and a further low-cost separator can be manufactured.

【0061】また、請求項7の発明では、上記請求項1
の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、波形状
の溝が形成された中央部分の周囲を囲むように、少なく
とも当該溝の高さよりも厚いシート状のシール部材を配
置し、マニホールド孔と中央部分との間をシール部材の
一部を切欠いて、反応ガスの供給通路および排出通路を
設ける。
According to the seventh aspect of the present invention, the first aspect is provided.
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the invention, a sheet-like sealing member thicker than at least the height of the groove is disposed so as to surround the center portion where the corrugated groove is formed, and the manifold hole and the center are arranged at the center. A part of the seal member is cut off between the parts to provide a supply passage and a discharge passage for the reaction gas.

【0062】従って、請求項7の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項1の発明と同様の
作用を奏するのに加えて、シール部材の厚みをプレス加
工によって成形した溝の高さよりも厚くすることによ
り、溝と固体高分子電解質膜との間に設けられる電極等
の厚みを吸収でき、かつシール部材の潰ししろが確保で
きるため、より一層確実にシールすることができる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the invention of claim 7, in addition to having the same effect as in the invention of claim 1, the thickness of the seal member is reduced by the thickness of the groove formed by pressing. When the thickness is larger than the height, the thickness of the electrode or the like provided between the groove and the solid polymer electrolyte membrane can be absorbed, and the squeezing margin of the sealing member can be secured, so that the sealing can be performed more reliably.

【0063】また、マニホールド孔と溝部との間のシー
ル部材を切欠いて、反応ガスの流路を確保することによ
り、セパレータに反応ガスの流路を設ける必要がなくな
るため、セパレータの厚みを薄くすることができ、より
一層コンパクト化が図れると共に、低コスト化すること
ができる。
In addition, since the seal member between the manifold hole and the groove is notched to secure the flow path of the reaction gas, it is not necessary to provide the flow path of the reaction gas in the separator, so that the thickness of the separator is reduced. Thus, the size can be further reduced and the cost can be reduced.

【0064】さらに、請求項8の発明では、上記請求項
1乃至請求項7のいずれか1項の発明の固体高分子電解
質型燃料電池において、シール部材とセパレータの波形
状の領域との間に形成される空間部に、シール部材の一
部を利用して反応ガスの流れを制御する手段を設ける。
Further, in the invention according to claim 8, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 7, between the sealing member and the corrugated region of the separator. Means for controlling the flow of the reaction gas using a part of the sealing member is provided in the space formed.

【0065】従って、請求項8の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、上記請求項1乃至請求項7の
発明と同様の作用を奏するのに加えて、シール部材と溝
部との間に反応ガスを通過させるための空間部を設け、
その空間部にシール部材の一部を利用して反応ガスの流
れを制御する手段を設けることにより、セパレータに設
けられた複数の平行な溝を利用して反応ガスを反応面に
供給する際、溝の端部に形成された空間にシール材の一
部を突出させることによって、並行流やリターンフロー
等の流れを作り出すことができる。これにより、電池内
部の動作特性を向上させて、高信頼性、高性能化を達成
することが可能となる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the eighth aspect of the present invention, in addition to the effects similar to those of the first to seventh aspects of the present invention, the gap between the seal member and the groove is provided. A space for allowing the reaction gas to pass is provided,
By providing a means for controlling the flow of the reaction gas using a part of the seal member in the space, when supplying the reaction gas to the reaction surface using a plurality of parallel grooves provided in the separator, By projecting a part of the sealing material into a space formed at the end of the groove, a flow such as a parallel flow or a return flow can be created. As a result, the operating characteristics inside the battery can be improved, and high reliability and high performance can be achieved.

【0066】一方、請求項9の発明では、少なくとも固
体高分子電解質膜と当該固体高分子電解質膜を挟んで配
置された燃料極および酸化剤極とからなり、反応ガスで
ある燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応により
電気的出力を発生する単電池を、セパレータを介して複
数個積層して構成される電池スタックを備えた固体高分
子電解質型燃料電池において、セパレータを金属製の薄
板で構成し、セパレータの一部を電池外部に突出させ、
電池スタックの一部に、水蒸気を選択的に透過する半透
過性の膜を介して未反応ガスと既反応ガスを接触させる
全熱交換手段を設ける。
On the other hand, according to the ninth aspect of the present invention, the fuel gas and the oxidant which are at least composed of the solid polymer electrolyte membrane and the fuel electrode and the oxidant electrode which are arranged with the solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween. In a solid polymer electrolyte fuel cell equipped with a battery stack formed by stacking a plurality of cells that generate an electrical output by a gas electrochemical reaction via a separator, the separator is made of a metal thin plate. Configure, make a part of the separator project outside the battery,
A part of the battery stack is provided with total heat exchange means for bringing the unreacted gas and the reacted gas into contact with each other through a semi-permeable membrane that selectively transmits water vapor.

【0067】従って、請求項9の発明の固体高分子電解
質型燃料電池においては、薄い金属からなるセパレータ
を電池外部へ突出させることにより、セパレータを空冷
の放熱フィンとすることができ、電気化学反応によって
生成された熱を簡単に大気へと逃がすことができる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect of the present invention, the separator made of a thin metal is protruded to the outside of the battery, so that the separator can be used as an air-cooled radiating fin. The heat generated by the air can be easily released to the atmosphere.

【0068】また、水蒸気を選択的に透過する膜を介し
て既反応ガスと未反応ガスを接触させる全熱交換手段を
設けることにより、既反応ガスに含まれる反応生成水を
利用して反応ガスを加湿できるため、新たに加湿水を供
給するシステムが不要となる。これにより、電池スタッ
クの構造をより一層簡略化し、低コスト化できると共
に、冷却水が不要となるため、メンテナンスが不要とな
り、寒冷地における凍結の心配がない信頼性の高い電池
スタックを得ることが可能となる。
Further, by providing a total heat exchanging means for bringing the reacted gas and the unreacted gas into contact with each other through a membrane through which water vapor selectively passes, the reaction gas contained in the reacted gas is used to react the reactant gas. Can be humidified, so that a new system for supplying humidified water is not required. As a result, the structure of the battery stack can be further simplified, the cost can be reduced, and since cooling water is not required, maintenance is not required, and a highly reliable battery stack free from the risk of freezing in cold regions can be obtained. It becomes possible.

【0069】また、請求項10の発明では、上記請求項
9の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セパ
レータに、耐食性かつ導電性を有するコーティングを施
した銅系またはアルミニウム系の金属板を用いる。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect, wherein the separator is provided with a copper-based or aluminum-based metal plate having a corrosion-resistant and conductive coating. Used.

【0070】従って、請求項10の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項9の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、セパレータに銅系またはア
ルミニウム系の金属板を用いることにより、これらの金
属板は熱伝導率が良いため、効率よく熱を移動させるこ
とができ、セパレータをより一層薄い材料で構成するこ
とができる。これにより、電池スタックをより一層コン
パクト化することが可能となる。
Therefore, the solid polymer electrolyte fuel cell according to the tenth aspect of the present invention has the same effect as the ninth aspect of the present invention, and uses a copper-based or aluminum-based metal plate for the separator. Thereby, since these metal plates have good thermal conductivity, heat can be efficiently transferred, and the separator can be made of a thinner material. This makes it possible to further reduce the size of the battery stack.

【0071】さらに、請求項11の発明では、上記請求
項9の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、全
熱交換手段は、未反応の酸化剤ガスと既反応の酸化剤ガ
スを半透過性の膜を介して接触させるようにする。
Further, according to the eleventh aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect of the present invention, the total heat exchanging means semi-permeates the unreacted oxidant gas and the reacted oxidant gas. The contact is made through a neutral film.

【0072】従って、請求項11の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項9の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、全熱交換手段として、未反
応酸化剤ガスと既反応酸化剤ガスとの全熱交換手段を設
けることにより、十分に反応ガスを加湿することができ
る。
Therefore, the solid polymer electrolyte fuel cell according to the eleventh aspect of the present invention has the same effect as that of the ninth aspect of the present invention, and also has an unreacted oxidant gas as a total heat exchange means. By providing the means for exchanging total heat with the reacted oxidant gas, the reaction gas can be sufficiently humidified.

【0073】すなわち、酸化剤ガスは燃料ガスよりも多
量に供給されるため、電池内部の水蒸気量は主に酸化剤
ガスに含まれる水蒸気量によって制御される。さらに、
生成水は酸化剤ガス側に排出されるため、酸化剤ガスだ
けを全熱交換することによって、実用上十分に反応ガス
を加湿することができる。これにより、より一層コンパ
クトな電池スタックを得ることが可能となる。
That is, since the oxidizing gas is supplied in a larger amount than the fuel gas, the amount of water vapor inside the battery is controlled mainly by the amount of water vapor contained in the oxidizing gas. further,
Since the generated water is discharged to the oxidizing gas side, the reaction gas can be practically sufficiently humidified by exchanging total heat only with the oxidizing gas. This makes it possible to obtain a more compact battery stack.

【0074】一方、請求項12の発明では、上記請求項
9の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、全熱
交換手段は、未反応ガスと既反応ガスが互いに対向して
流れるように、未反応ガスの入口部および出口部が既反
応ガスの入口部および出口部と互いに相対向するように
配置する。
On the other hand, in the twelfth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect, the total heat exchanging means operates so that the unreacted gas and the reacted gas flow opposite to each other. The inlet and outlet of the unreacted gas are arranged so as to face the inlet and outlet of the reacted gas.

【0075】従って、請求項12の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項9の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、全熱交換手段は、未反応ガ
スと既反応ガスを互いに対向して流すように、それぞれ
のガスの入口部および出口部を相対向する位置に設ける
ことにより、対向型の熱交換あるいは湿度交換方式とし
て、同一の全熱交換効率にて電池スタックのより一層の
コンパクト化を図ることができる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twelfth aspect of the present invention, in addition to having the same effect as that of the ninth aspect of the present invention, the total heat exchange means is capable of reacting with the unreacted gas By providing the inlet and outlet of each gas at opposing positions so that the gases flow in opposition to each other, the cell stack can be used as an opposed heat exchange or humidity exchange system with the same total heat exchange efficiency. Can be made more compact.

【0076】また、請求項13の発明では、上記請求項
9の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、全熱
交換手段は、単電池の積層方向と同一方向に積層された
複数の全熱交換器からなる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect of the present invention, the total heat exchanging means comprises a plurality of total heat exchangers stacked in the same direction as the stacking direction of the unit cells. Consisting of exchangers.

【0077】従って、請求項13の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項9の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、全熱交換手段は、複数の全
熱交換器を、単電池のセパレータと同一方向に積層した
構成とすることにより、電池スタックと一体化し、スペ
ースを有効利用することによって、電池スタック全体の
より一層のコンパクト化を図ることができる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the thirteenth aspect of the present invention, in addition to having the same effect as that of the ninth aspect of the present invention, the total heat exchange means includes a plurality of total heat exchangers. Are stacked in the same direction as the separators of the unit cells, so that they are integrated with the battery stack, and the space can be effectively used, so that the entire battery stack can be made more compact.

【0078】さらに、請求項14の発明では、上記請求
項9の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セ
パレータの突出部分に、電気絶縁性を有するコーティン
グを施す。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect, a coating having electrical insulation is applied to the protruding portion of the separator.

【0079】従って、請求項14の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項9の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、セパレータの突出部分に、
電気絶縁性を有するコーティングを施すことにより、各
セパレータは短絡を防止するためにお互い接触しないよ
うに配置されているが、予期せぬ外的な力が加わってセ
パレータが変形して接触という事態になっても、電気絶
縁性を有するコーティングによって、短絡を防止するこ
とができ、また素手で触れても感電するという危険がな
くなる。
Therefore, the solid polymer electrolyte fuel cell according to the fourteenth aspect of the present invention has the same effect as that of the ninth aspect of the present invention, and has the following advantages.
By applying a coating with electrical insulation, the separators are arranged so that they do not touch each other to prevent a short circuit, but unexpected external forces may be applied to deform the separator and cause contact. Even so, a short circuit can be prevented by the electrically insulating coating, and the danger of electric shock even if touched with bare hands is eliminated.

【0080】一方、請求項15の発明では、上記請求項
9の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セパ
レータの突出部分の間に形成された各空間の一部に、電
気絶縁性を有するスペーサを配置する。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect, a part of each space formed between the projecting portions of the separator has electrical insulation. Place a spacer.

【0081】従って、請求項15の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項9の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、セパレータの突出部分の間
に形成された空間に、電気絶縁性を有するスペーサを配
置することにより、セパレータ同士が接触することを防
止でき、短絡を回避することができる。
Therefore, the solid polymer electrolyte fuel cell according to the fifteenth aspect of the present invention has the same effect as that of the ninth aspect of the present invention, and additionally has a space formed between the projecting portions of the separator. By arranging a spacer having electrical insulation, it is possible to prevent the separators from coming into contact with each other and to avoid a short circuit.

【0082】また、請求項16の発明では、上記請求項
9の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セパ
レータの突出部分の先端に接するように電気絶縁性を有
する支持体を配置する。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect of the present invention, the support having electrical insulation is disposed so as to be in contact with the tip of the projecting portion of the separator.

【0083】従って、請求項16の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項9の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、セパレータの突出部分の先
端に、電気絶縁性を有するセパレータ支持体を配置する
ことにより、外的な力が加わってもセパレータの変形を
防止でき、電池の短絡事故を防止することができる。
Therefore, the solid polymer electrolyte fuel cell according to the sixteenth aspect of the present invention has the same effect as the ninth aspect of the present invention, and also has an electrical insulating property at the tip of the projecting portion of the separator. By arranging a separator support having the same, deformation of the separator can be prevented even when an external force is applied, and a short circuit accident of the battery can be prevented.

【0084】さらに、請求項17の発明では、上記請求
項9の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、燃
料極に流れる燃料ガスと酸化剤極に流れる酸化剤ガスが
互いに対向して流れるように、それぞれのガスの入口部
および出口部を互いに相対するように配置する。
Further, in the seventeenth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect, the fuel gas flowing to the fuel electrode and the oxidizing gas flowing to the oxidizing electrode flow opposite to each other. Then, the inlet and outlet of each gas are arranged so as to face each other.

【0085】従って、請求項17の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項9の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、燃料極に流れる燃料ガスと
酸化剤極を流れる酸化剤ガスが互いに対向して流れるよ
うに、それぞれの入口部および出口部を互いに相対向し
て配置することにより、反応ガスの加湿を効果的に行な
うことができる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the seventeenth aspect of the present invention, in addition to the effect similar to that of the ninth aspect of the present invention, the fuel gas flowing through the fuel electrode and the oxidant flowing through the oxidant electrode are obtained. By arranging the inlet portion and the outlet portion so as to face each other so that the oxidizing gas flows facing each other, the humidification of the reaction gas can be performed effectively.

【0086】すなわち、発電時、酸化剤極側で生成した
水は、酸化剤極出口へ向かって移動していくが、固体高
分子電解質膜を介した反対側の燃料極側では、入口部お
よび出口部が相対向して配置されているために、酸化剤
極出口側が比較的乾燥した燃料ガスが流れる燃料極入口
側となり、酸化剤極側の生成水が固体高分子電解質膜を
透過して燃料極側に移動し、燃料ガスを加湿することに
なる。また、反対に、燃料極出口付近では、流れる燃料
ガスの流量そのものは少ないものの、その燃料ガスは少
なくとも水蒸気飽和状態となっており、比較的乾燥した
酸化剤ガスを固体高分子電解質膜を介して加湿すること
となる。従って、電池内部では、水分が固体高分子電解
質膜を介して再循環する構成となり、反応ガスの加湿を
効果的に行なうことができる。これにより、スタックの
一部に設けられた加湿部である全熱交換器の大きさを小
さくすることができ、電池スタックのより一層のコンパ
クト化を図ることが可能となる。
That is, at the time of power generation, water generated on the oxidant electrode side moves toward the oxidant electrode outlet, but on the opposite fuel electrode side via the solid polymer electrolyte membrane, the inlet and outlet are formed. Since the outlet portions are arranged opposite to each other, the oxidant electrode outlet side is the fuel electrode inlet side where the relatively dry fuel gas flows, and the water generated on the oxidant electrode side passes through the solid polymer electrolyte membrane. It moves to the fuel electrode side and humidifies the fuel gas. Conversely, in the vicinity of the fuel electrode outlet, although the flow rate of the flowing fuel gas itself is small, the fuel gas is at least saturated with water vapor, and the relatively dry oxidizing gas is passed through the solid polymer electrolyte membrane. It will be humidified. Therefore, inside the battery, moisture is recirculated through the solid polymer electrolyte membrane, and the reaction gas can be effectively humidified. This makes it possible to reduce the size of the total heat exchanger, which is a humidifying unit provided in a part of the stack, and to further reduce the size of the battery stack.

【0087】また、請求項18の発明では、上記請求項
9の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セパ
レータは、酸化剤ガスの入口側にその突出部を設ける。
According to the eighteenth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect, the separator is provided with a protruding portion on the oxidant gas inlet side.

【0088】従って、請求項18の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項9の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、セパレータの突出部分を酸
化剤ガスの入口側に設けることにより、安定した信頼性
の高い電池スタックを得ることができる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the eighteenth aspect of the present invention, in addition to the effect similar to that of the ninth aspect of the present invention, the protruding portion of the separator is provided on the inlet side of the oxidizing gas. By providing the battery stack, a stable and highly reliable battery stack can be obtained.

【0089】すなわち、セパレータの酸化剤ガス入口側
がより冷却されることにより、入口側から出口側へかけ
て温度が徐々に高くなるような温度分布が電池内部に生
じる。よって、酸化剤ガスにも同様の温度分布が生じ
て、出口側の温度が入口側の温度よりも高くなることに
より、水蒸気分圧を高くすることができ、生成した水を
酸化剤ガスへと吸収させることができる。従って、生成
水は電池内部で凝縮することなく排出され、凝縮水によ
るフラッディングを防止でき、安定した信頼性の高いス
タックを得ることができる。
That is, as the oxidant gas inlet side of the separator is further cooled, a temperature distribution is generated inside the battery such that the temperature gradually increases from the inlet side to the outlet side. Therefore, a similar temperature distribution occurs in the oxidizing gas, and the outlet side temperature becomes higher than the inlet side temperature, so that the partial pressure of steam can be increased, and the generated water is converted into the oxidizing gas. Can be absorbed. Therefore, the generated water is discharged without being condensed inside the battery, flooding due to the condensed water can be prevented, and a stable and highly reliable stack can be obtained.

【0090】さらに、請求項19の発明では、上記請求
項9の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、電
池スタックは、単電池が垂直方向となるように設置さ
れ、燃料ガス入口部が上部に、出口部が下部に配置され
ている。
Further, according to the nineteenth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect, the cell stack is installed so that the unit cells are arranged vertically, and the fuel gas inlet is formed in the upper part. The outlet is located at the bottom.

【0091】従って、請求項19の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項9の発明と同様
の作用を奏するのに加えて、積層された単電池が垂直方
向となるように設置され、かつ燃料ガスの入口部が上部
に、出口部が下部に配置されることにより、安定した信
頼性の高い電池スタックを得ることができる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the nineteenth aspect of the present invention, in addition to having the same effect as that of the ninth aspect of the invention, the stacked unit cells are arranged so as to be in the vertical direction. The stable and highly reliable battery stack can be obtained by disposing the fuel gas inlet at the upper part and the outlet part at the lower part.

【0092】すなわち、発電時、運転条件によっては、
燃料ガス側に透過してきた生成水が凝縮する可能性があ
るが、出口側において反応による燃料ガスの消費でガス
流量が減少しても、上部から下部へ流れるために、凝縮
水を滞留させずに電池の外部へ排出することができる。
従って、燃料ガス側におけるフラッディングを防止で
き、安定した信頼性の高い電池スタックを得ることがで
きる。
That is, during power generation, depending on operating conditions,
The generated water that has permeated to the fuel gas side may condense, but even if the gas flow decreases due to the consumption of fuel gas at the outlet side, the condensed water does not stay because it flows from the top to the bottom. Can be discharged outside the battery.
Therefore, flooding on the fuel gas side can be prevented, and a stable and highly reliable battery stack can be obtained.

【0093】一方、請求項20の発明では、少なくとも
固体高分子電解質膜と当該固体高分子電解質膜を挟んで
配置された燃料極および酸化剤極とからなり、反応ガス
である燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応によ
り電気的出力を発生する単電池を、セパレータを介して
複数個積層して構成される電池スタックを備えた固体高
分子電解質型燃料電池において、セパレータを金属製の
薄板で構成し、セパレータの周辺部に、反応ガスと冷却
媒体をそれぞれ供給および排出する複数のマニホールド
孔を設け、冷却媒体として、0℃以下の凝固点を有する
冷却媒体を用い、電池スタックの一部に、水蒸気を選択
的に透過する半透過性の膜を介して未反応ガスと既反応
ガスを接触させる全熱交換手段を設ける。
On the other hand, according to the twentieth aspect of the present invention, the fuel gas and the oxidant which are at least composed of the solid polymer electrolyte membrane and the fuel electrode and the oxidant electrode which are arranged with the solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween are provided. In a solid polymer electrolyte fuel cell equipped with a battery stack formed by stacking a plurality of cells that generate an electrical output by a gas electrochemical reaction via a separator, the separator is made of a metal thin plate. In the peripheral portion of the separator, a plurality of manifold holes for supplying and discharging a reaction gas and a cooling medium are provided, and a cooling medium having a freezing point of 0 ° C. or less is used as a cooling medium. A total heat exchange means is provided for bringing the unreacted gas and the reacted gas into contact with each other through a semipermeable membrane that selectively permeates water vapor.

【0094】従って、請求項20の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、セパレータを金属製の薄板
で構成し、電池スタックの内部に凝固点が0℃以下でか
つ電気的に非導電体である冷却媒体の流路を配置すると
共に、電池スタックの一部に既反応ガスに含まれる生成
水を未反応ガスの加湿に利用できるように全熱交換手段
を設けることにより、冷却媒体がセパレータを透過して
反応部へ浸透する恐れがなくなるため、純水以外の冷却
媒体を使用することができる。従って、冷却媒体を自由
に選択できるため、冷却媒体の凝固点が0℃以下のもの
を用いると、寒冷地における凍結という問題が防止で
き、信頼性の高いスタックを得ることができる。また、
反応で生じた生成水を反応ガスの加湿に利用するため
に、新たな加湿源となる水が必要なくなるため、システ
ムを単純化でき、低コストな電池スタックを得ることが
できる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twentieth aspect of the invention, the separator is formed of a thin metal plate, and has a freezing point of 0 ° C. or less and is electrically non-conductive inside the cell stack. By arranging a flow path of a certain cooling medium and providing a total heat exchange means so that the generated water contained in the already reacted gas can be used for humidifying the unreacted gas in a part of the battery stack, the cooling medium serves as a separator. Since there is no danger of permeation and penetration into the reaction section, a cooling medium other than pure water can be used. Accordingly, since the cooling medium can be freely selected, the use of a cooling medium having a freezing point of 0 ° C. or less can prevent the problem of freezing in a cold region and obtain a highly reliable stack. Also,
Since the water generated by the reaction is used for humidifying the reaction gas, it is not necessary to use water as a new humidification source, so that the system can be simplified and a low-cost battery stack can be obtained.

【0095】また、請求項21の発明では、上記請求項
20の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、セ
パレータの表面に、耐食性かつ導電性を有するコーティ
ングを施す。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twentieth aspect, a coating having corrosion resistance and conductivity is applied to the surface of the separator.

【0096】従って、請求項21の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項20の発明と同
様の作用を奏するのに加えて、金属製のセパレータの表
面に、導電性でしかも耐食性を有するコティング施すこ
とにより、セパレータにとってはかなり過酷な状態であ
る電池内部においても、耐食性のコーティングによっ
て、長時間に渡ってより安定した性能を得ると共に、よ
り一層低コストのセパレータを得ることができる。
Therefore, the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twenty-first aspect of the present invention has the same effect as that of the twentieth aspect of the present invention, and in addition, has a conductive surface on the surface of the metal separator. By applying a coating having corrosion resistance, even inside the battery, which is in a severe state for the separator, it is possible to obtain a more stable performance over a long period of time and a separator at a lower cost by the corrosion resistant coating. it can.

【0097】さらに、請求項22の発明では、上記請求
項20の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、
全熱交換手段は、未反応の酸化剤ガスと既反応の酸化剤
ガスを半透過性の膜を介して接触させる。
Further, according to the invention of claim 22, in the solid polymer electrolyte fuel cell of the invention of claim 20,
The total heat exchange means brings the unreacted oxidant gas into contact with the reacted oxidant gas via a semipermeable membrane.

【0098】従って、請求項22の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項20の発明と同
様の作用を奏するのに加えて、全熱交換手段として、未
反応酸化剤ガスと既反応酸化剤ガスとの全熱交換手段を
設けることにより、十分な反応ガスの加湿を行なうこと
ができる。
Therefore, the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twenty-second aspect of the present invention has the same effect as that of the twentieth aspect of the present invention, and also has an unreacted oxidant gas as a total heat exchange means. By providing the total heat exchange means with the reacted oxidant gas, it is possible to sufficiently humidify the reaction gas.

【0099】すなわち、酸化剤ガスは燃料ガスよりも多
量に供給されるため、電池内部の水蒸気量は主に酸化剤
ガスに含まれる水蒸気量によって制御される。さらに、
生成水は酸化剤ガス側に排出されるため、酸化剤ガスだ
けを全熱交換することによって、実用上十分な反応ガス
の加湿を行なうことができる。これにより、より一層コ
ンパクトな電池スタックを得ることが可能となる。
That is, since the oxidizing gas is supplied in a larger amount than the fuel gas, the amount of water vapor inside the battery is controlled mainly by the amount of water vapor contained in the oxidizing gas. further,
Since the generated water is discharged to the oxidizing gas side, practically sufficient humidification of the reaction gas can be performed by exchanging total heat only with the oxidizing gas. This makes it possible to obtain a more compact battery stack.

【0100】また、請求項23の発明では、上記請求項
20の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、冷
却媒体のマニホールド孔の内部に、セパレータの一部を
突出させる。
According to a twenty-third aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twentieth aspect, a part of the separator is projected inside the manifold hole of the cooling medium.

【0101】従って、請求項23の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項20の発明と同
様の作用を奏するのに加えて、冷却媒体のマニホールド
孔内にセパレータの一部を突出させることにより、セパ
レータと冷却媒体との伝熱面積を増加させて、冷却効率
を上げることができる。これにより、積層された単電池
間に挿入していた冷却媒体流路を省略することができ、
電池スタックの大幅なコンパクト化を図ることが可能と
なる。
Therefore, the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twenty-third aspect of the present invention has the same effect as the twentieth aspect of the present invention, and further has a part of the separator in the manifold hole of the cooling medium. By projecting, the heat transfer area between the separator and the cooling medium can be increased, and the cooling efficiency can be increased. This makes it possible to omit the cooling medium flow path inserted between the stacked unit cells,
It is possible to significantly reduce the size of the battery stack.

【0102】さらに、請求項24の発明では、上記請求
項20乃至請求項23のいずれか1項の発明の固体高分
子電解質型燃料電池において、冷却媒体の流路に、電気
絶縁性を有するコーティングを施す。
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to any one of the twentieth to twenty-third aspects, the flow path of the cooling medium has a coating having electrical insulation. Is applied.

【0103】従って、請求項24の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項20乃至請求項
23の発明と同様の作用を奏するのに加えて、冷却媒体
流路に、電気絶縁性を有するコーティングを施すことに
より、より一層信頼性の高い電池スタックを得ることが
できる。
Accordingly, the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twenty-fourth aspect of the present invention has the same effects as those of the twentieth to twenty-third aspects, and also has an electrically insulating medium in the cooling medium flow path. By applying a coating having a property, a more reliable battery stack can be obtained.

【0104】すなわち、冷却媒体の種類によっては、電
気絶縁性の悪い冷却媒体やまた導電性の冷却媒体も存在
し、このような冷却媒体を用いると電池が短絡し、冷却
媒体として用いることができない。また、電気絶縁性を
有する冷却媒体を用いた場合でも、冷却媒体の中にイオ
ン等の不純物が混入して、絶縁性が悪化し、短絡という
事故につながる恐れもある。そこで、冷却媒体が接する
箇所に電気絶縁性を有するコーティングを施すことによ
り、どのような流体に対しても、短絡という事故を防止
することができ、より一層信頼性の高い電池スタックを
得ることができる。
That is, depending on the type of the cooling medium, there are also a cooling medium having poor electric insulation and a conductive cooling medium. When such a cooling medium is used, the battery is short-circuited and cannot be used as the cooling medium. . In addition, even when a cooling medium having an electrical insulation property is used, impurities such as ions may be mixed in the cooling medium, thereby deteriorating the insulation property and possibly causing a short circuit. Therefore, by applying a coating having electrical insulation properties to a portion where the cooling medium comes into contact, it is possible to prevent a short circuit accident with any fluid, and to obtain a more reliable battery stack. it can.

【0105】一方、請求項25の発明では、少なくとも
固体高分子電解質膜と当該固体高分子電解質膜を挟んで
配置された燃料極および酸化剤極とからなり、反応ガス
である燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応によ
り電気的出力を発生する単電池を、セパレータを介して
複数個積層して構成される電池スタックを備えた固体高
分子電解質型燃料電池において、セパレータを展延性を
有する金属製の薄板で構成し、セパレータのほぼ中央部
分に、プレス加工によって少なくとも片面に当該セパレ
ータの厚みよりも浅い複数のサーペンタイン状の溝を形
成して、燃料極と酸化剤極との間に反応ガスの流路を設
け、セパレータのほぼ中央部分を囲むようにシート状の
シール部材を配置する。
On the other hand, according to the twenty-fifth aspect of the present invention, the fuel gas and the oxidant which are at least composed of the solid polymer electrolyte membrane and the fuel electrode and the oxidant electrode sandwiching the solid polymer electrolyte membrane are provided. In a solid polymer electrolyte fuel cell including a battery stack formed by stacking a plurality of cells that generate an electrical output by an electrochemical reaction of a gas through a separator, the separator is made of a metal having spreadability. A plurality of serpentine-like grooves shallower than at least one surface of the separator are formed on at least one side of the separator by press working at a substantially central portion of the separator, and a reaction gas is formed between the fuel electrode and the oxidizer electrode. Is provided, and a sheet-like sealing member is arranged so as to surround a substantially central portion of the separator.

【0106】従って、請求項25の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、セパレータに展延性を有す
る金属製の薄板を用い、そのほぼ中央部分にプレス加工
によって薄板の厚みよりも浅い複数のサーペンタイン状
の溝を設けると共に、その周辺部にシート状のシール部
材を配置することにより、薄いセパレータに十分な強度
を持たせ、また反応ガスがセパレータを透過することを
防止することができる。
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twenty-fifth aspect of the present invention, a metal thin plate having extensibility is used for the separator, and a plurality of metal plates shallower than the thickness of the thin plate are pressed at the substantially central portion thereof. By providing a serpentine-shaped groove and arranging a sheet-shaped sealing member around the groove, a thin separator can have sufficient strength and a reactive gas can be prevented from permeating through the separator.

【0107】また、溝の深さは板厚よりも浅いために、
溝を形成する面とは反対側の面には変形を生じないよう
に形成することができる。
Further, since the depth of the groove is smaller than the plate thickness,
The surface opposite to the surface on which the groove is formed can be formed so as not to be deformed.

【0108】さらに、プレスによる溝の形成に伴なって
押し退けられた部分は、溝の両側が均等に盛り上がるよ
うに変形するため、結果的にこの部分も溝の一部として
利用することができる。これにより、サーペンタイン状
の溝を作ることも可能となり、大量生産に向く、低コス
トでかつシンプルな構成、しかもコンパクトな電池スタ
ックを得ることが可能となる。
Further, the portion pushed away by the formation of the groove by pressing is deformed so that both sides of the groove are evenly raised, so that this portion can also be used as a part of the groove. This makes it possible to form a serpentine-shaped groove, and it is possible to obtain a low-cost, simple configuration and compact battery stack suitable for mass production.

【0109】また、請求項26の発明では、上記請求項
25の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、展
延性を有する金属製の薄板に、銅系またはアルミニウム
系の金属板を用いる。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell of the twenty-fifth aspect, a copper-based or aluminum-based metal plate is used as the spreadable metal thin plate.

【0110】従って、請求項26の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項25の発明と同
様の作用を奏するのに加えて、展延性を有する金属製の
薄板に、銅系またはアルミニウム系の金属板を用いるこ
とにより、これらの金属板は特に展延性があり、プレス
加工を容易に行なうことができる。
Therefore, the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twenty-sixth aspect of the present invention has the same effect as that of the twenty-fifth aspect of the present invention, and has the advantage that a copper-based thin plate is Alternatively, by using an aluminum-based metal plate, these metal plates are particularly extensible and can be easily pressed.

【0111】また、熱伝導性が良好であるため、スタッ
クの冷却をより一層効率的に行なうことができる。
Further, since the thermal conductivity is good, the stack can be cooled more efficiently.

【0112】さらに、これらの金属は金額的に安いた
め、低コストなスタックを得ることができる。
Further, since these metals are inexpensive, a low-cost stack can be obtained.

【0113】さらに、請求項27の発明では、上記請求
項25の発明の固体高分子電解質型燃料電池において、
展延性を有する金属製の薄板の表面に、耐食性かつ導電
性を有するコーティングを施す。
Further, according to the twenty-seventh aspect, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twenty-fifth aspect,
A coating having corrosion resistance and conductivity is applied to the surface of a spreadable metal thin plate.

【0114】従って、請求項27の発明の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記請求項25の発明と同
様の作用を奏するのに加えて、展延性を有する金属製の
薄板に、耐食性かつ導電性を有するコーティングを施す
ことにより、金属の酸化皮膜である不動態の形成を阻止
でき、長時間に渡ってより安定した出力を得ると共に、
低コストのセパレータを得ることができる。
Accordingly, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twenty-seventh aspect, in addition to having the same effect as the twenty-fifth aspect, the metal thin plate having spreadability has corrosion resistance and By applying a conductive coating, it is possible to prevent the formation of passivation, which is a metal oxide film, and to obtain a more stable output over a long period of time.
A low-cost separator can be obtained.

【0115】[0115]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0116】(第1の実施の形態)図1は、本実施の形
態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタックの
要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of a main part of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment.

【0117】図1において、金属製の薄板からなるセパ
レータ1は、そのほぼ中央部分に表裏に渡って、プレス
加工により複数の平行な波形状の溝を形成して、アノー
ド電極3とカソード電極4との間に反応ガスの流路を設
けている。
In FIG. 1, a separator 1 made of a thin metal plate has a plurality of parallel wavy grooves formed by press working over substantially the center of the front and back surfaces thereof to form an anode electrode 3 and a cathode electrode 4. And a flow path for the reaction gas.

【0118】また、この波形状の溝が形成されたセパレ
ータ1の中央部分の周囲には(中央部分を囲むよう
に)、シート状のシール部材2a,2bを表裏に配置し
ている。
Further, sheet-like seal members 2a and 2b are arranged on the front and back of the separator 1 around which the wavy grooves are formed (surrounding the center).

【0119】ここで、金属製の薄板としては、例えば厚
みが0.1mm〜0.5mm程度のステンレス系の金属
やアルミニウム系または銅系の金属板を使用することが
できる。
Here, as the metal thin plate, for example, a stainless metal or an aluminum or copper metal plate having a thickness of about 0.1 mm to 0.5 mm can be used.

【0120】一方、固体高分子電解質膜9とこの固体高
分子電解質膜9を挟んで配置されたアノード電極3およ
びカソード電極4とから、反応ガスである燃料ガスおよ
び酸化剤ガスの電気化学的反応により電気的出力を発生
する単電池を構成し、さらにこの単電池を上記セパレー
タ1を介して複数個積層して電池スタックを構成してい
る。
On the other hand, from the solid polymer electrolyte membrane 9 and the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 arranged with the solid polymer electrolyte membrane 9 interposed therebetween, the electrochemical reaction of the fuel gas and the oxidizing gas as the reaction gas is performed. , And a plurality of the unit cells are stacked via the separator 1 to form a battery stack.

【0121】ここで、通常、これらのアノード電極3お
よびカソード電極4は、カーボン等の多孔質体を支持体
とし、白金等の貴金属を活性物質とする薄い触媒層が塗
布された構成となっている。
Here, usually, the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 have a configuration in which a thin catalyst layer using a porous material such as carbon as a support and a noble metal such as platinum as an active material is applied. I have.

【0122】また、アノード電極3とセパレータ1の溝
とシール部材2aに囲まれた領域7は燃料ガスの流路と
なっており、アノード電極3に燃料ガスを供給する役割
を果たしている。
The region 7 surrounded by the anode 3, the groove of the separator 1, and the seal member 2 a serves as a fuel gas flow path, and plays a role of supplying the fuel gas to the anode 3.

【0123】同時に、固体高分子電解質膜9を挟んで反
対側の領域8は酸化剤ガスの流路となっており、カソー
ド電極4に酸化剤ガスを供給する役割を果たしている。
At the same time, the region 8 on the opposite side of the solid polymer electrolyte membrane 9 serves as an oxidant gas flow path, and serves to supply the oxidant gas to the cathode 4.

【0124】図2は、上記セパレータ1の構成例を模式
的に示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view schematically showing a configuration example of the separator 1.

【0125】図2において、金属製の薄板からなるセパ
レータ1の中央部分には、プレス加工によって形成され
た複数の平行な溝10を設けている。
In FIG. 2, a plurality of parallel grooves 10 formed by press working are provided in the center of a separator 1 made of a thin metal plate.

【0126】また、この溝10を取り囲むようにシール
部材2a,2bの接触部に、反応ガスと冷却媒体である
冷却水をそれぞれ供給および排出する複数のマニホール
ド孔が配置されている。
Further, a plurality of manifold holes for supplying and discharging the reaction gas and the cooling water as the cooling medium are arranged at the contact portions of the seal members 2a and 2b so as to surround the groove 10.

【0127】すなわち、11aは酸化剤ガスの入口側マ
ニホールド孔、11bは酸化剤ガスの出口側マニホール
ド孔、12aは燃料ガス側の入口側マニホールド孔、1
2bは燃料ガスの出口側マニホールド孔を示している。
That is, 11a is an oxidant gas inlet side manifold hole, 11b is an oxidant gas outlet side manifold hole, and 12a is a fuel gas side inlet side manifold hole.
2b indicates a fuel gas outlet side manifold hole.

【0128】また、セパレータ1の下部に設けられてい
る13aおよび13bは、それぞれ冷却媒体として使用
する冷却水の入口側マニホールド孔および出口側マニホ
ールド孔を示している。
Reference numerals 13a and 13b provided below the separator 1 indicate an inlet-side manifold hole and an outlet-side manifold hole of cooling water used as a cooling medium, respectively.

【0129】いずれのセパレータ1も同様な形状をして
いるが、例えば図2の上面がカソード電極4と接してい
る場合には、酸化剤ガスは入口側マニホールド孔11a
から入り、溝10を通ってカソード電極4に酸化剤ガス
を供給し、反応に関与しなかった酸化剤ガスが出口側マ
ニホールド孔11bより排出される。
Each separator 1 has the same shape. For example, when the upper surface of FIG. 2 is in contact with the cathode electrode 4, the oxidizing gas is supplied to the inlet side manifold hole 11a.
And the oxidizing gas is supplied to the cathode electrode 4 through the groove 10, and the oxidizing gas not involved in the reaction is discharged from the outlet side manifold hole 11b.

【0130】また、酸化剤ガスを溝10まで導くため
に、図示していないが、周辺部に配置されているシート
状のシール部材2a,2bとセパレータ1とで形成され
る溝が設けられており、この溝を通って酸化剤ガスがカ
ソード電極4面に導かれる。
Although not shown, a groove formed by sheet-like sealing members 2a and 2b and a separator 1 disposed in the peripheral portion is provided to guide the oxidizing gas to the groove 10. The oxidant gas is guided to the surface of the cathode electrode 4 through the groove.

【0131】なお、燃料ガスの場合についても、上記酸
化剤ガスの場合と同様である。
The case of the fuel gas is the same as the case of the oxidizing gas.

【0132】一方、冷却水は入口側マニホールド孔13
aを通り、スタックエンドで折り返して出口側マニホー
ルド孔13bを通り排出される。
On the other hand, the cooling water is supplied to the inlet side manifold hole 13.
a, is returned at the stack end, and discharged through the outlet side manifold hole 13b.

【0133】カソード電極4側で発生した熱は、セパレ
ータ1を伝導して冷却水へと吸収される。
The heat generated on the cathode electrode 4 side is conducted through the separator 1 and is absorbed by the cooling water.

【0134】また、セパレータ1の4隅に開けられた円
孔15は、電池スタック全体を締め付けるロッドを通す
のに用いる穴である。
The circular holes 15 formed in the four corners of the separator 1 are holes for passing rods for tightening the entire battery stack.

【0135】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、セパレータ1に金属製の薄板を用い、その中央部分
にプレス加工によって反応ガスの流路となる溝10を設
けると共に、その表裏の周辺部にシート状のシール部材
2a,2bを配置していることにより、カーボン等の多
孔質体からなるセパレータに比べて、金属製のセパレー
タ1は、薄くても十分な強度を保持し、またシール性が
良いため、反応ガスがセパレータ1を透過することをほ
ぼ完全に防止でき、信頼性の高い電池スタックを得るこ
とができる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment configured as described above, a thin metal plate is used for the separator 1 and the flow of the reaction gas is performed by pressing the central portion of the thin plate. By providing the groove 10 as a path and arranging the sheet-like sealing members 2a and 2b around the front and back surfaces thereof, the metal separator 1 can be compared with a separator made of a porous material such as carbon. Since it has a sufficient strength even if it is thin and has good sealing properties, it is possible to almost completely prevent the reaction gas from permeating through the separator 1, and to obtain a highly reliable battery stack.

【0136】また、単電池の厚みを薄くすることがで
き、コンパクトで軽量かつ量産性のある低コストな電池
スタックを得ることができる。
Further, the thickness of the unit cell can be reduced, and a compact, lightweight, mass-producible, low-cost battery stack can be obtained.

【0137】さらに、プレス加工は量産に向いており、
カーボンに比べて材料コストが低い金属を用いているこ
とにより、大幅な製造コスト低減を図ることができる。
Furthermore, the press working is suitable for mass production.
By using a metal whose material cost is lower than that of carbon, a significant reduction in manufacturing cost can be achieved.

【0138】また、セパレータ1のほぼ中央部分にプレ
ス加工で得られた溝10と、その周辺部に配置された流
体のシールを兼ねるシート状のシール部材2a,2bと
によって、反応ガスの流路を形成していることにより、
部品点数が少ない低コストのセパレータを得ることがで
きる。
The flow path of the reactant gas is formed by a groove 10 obtained by press working in a substantially central portion of the separator 1 and sheet-shaped sealing members 2a and 2b disposed around the groove 10 and also serving as a seal for a fluid. By forming
A low-cost separator with a small number of parts can be obtained.

【0139】さらに、同一のセパレータ1に反応ガスを
供給および排出するマニホールド孔11a,11b,1
2a,12bと電池を冷却する冷却媒体を供給および排
出するマニホールド孔13a,13bを備えていること
により、セパレータ1の外部にマニホールドを備えた外
部マニホールド型式に比べて、部品点数を大幅に削減す
ることができると共に、プレス加工が可能となり、製造
工程の短縮を図ることができる。
Further, the manifold holes 11a, 11b, 1 for supplying and discharging the reaction gas to and from the same separator 1
By providing the manifold holes 13a and 13b for supplying and discharging the cooling medium for cooling the batteries 2a and 12b, the number of parts is significantly reduced as compared with an external manifold type having a manifold outside the separator 1. In addition to the above, press working becomes possible, and the manufacturing process can be shortened.

【0140】すなわち、抜き穴15は、全てプレス加工
によって処理されるため、量産性がよく、外部にマニホ
ールドを設置した場合に比べて、部品点数を大幅に少な
くすることができ、また組立工程の削減にもつながり、
低コストの電池スタックを製造することができる。
That is, since all the punched holes 15 are processed by press working, mass productivity is good, and the number of parts can be greatly reduced as compared with the case where an external manifold is installed. Leads to reductions,
A low-cost battery stack can be manufactured.

【0141】上述したように、本実施の形態の電池スタ
ックを備えた固体高分子電解質型燃料電池では、電池ス
タックの基本構成要素であるセパレータ1を薄くし、か
つ強度、流体の不透過性に優れた材料で構成して、コン
パクト化、軽量化、システムの簡略化、ならびに低コス
ト化を図ることが可能となる。
As described above, in the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment, the separator 1, which is a basic component of the battery stack, is made thinner, and the strength and fluid impermeability are reduced. By using an excellent material, it is possible to reduce the size, weight, simplification of the system, and cost.

【0142】(第2の実施の形態)図3は、本実施の形
態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタックに
おけるセパレータ1の構成例を模式的に示す平面図であ
り、図2と同一要素には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a plan view schematically showing a configuration example of a separator 1 in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment, and is the same as FIG. The same reference numerals are given to the elements, and the description thereof will be omitted. Here, only different parts will be described.

【0143】すなわち、基本的な構成は前記第1の実施
の形態と同様であり、図3に示すように、前記図2にお
ける冷却水入口側,出口側マニホールド孔13a,13
bの内部に、セパレータ1の一部13cを突出させる構
成としている。
That is, the basic configuration is the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 3, the cooling water inlet and outlet manifold holes 13a, 13a in FIG.
The configuration is such that a portion 13c of the separator 1 protrudes inside b.

【0144】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第1の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、冷却水入口側,出口側マニホールド孔13a,1
3b内にセパレータ1の一部13cを突出させているこ
とにより、放熱フィンと同様の効果により、熱交換量を
多くして、冷却効率を高めて電池スタックの冷却能力を
向上させることができる。
The solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment configured as described above has the same functions as those of the first embodiment, and also has a cooling water inlet. Side, outlet side manifold holes 13a, 1
By protruding the portion 13c of the separator 1 in 3b, the heat exchange amount can be increased, the cooling efficiency can be increased, and the cooling capacity of the battery stack can be improved by the same effect as the radiation fin.

【0145】すなわち、燃料電池は発電と同時に熱も発
生するが、燃料電池を適正な温度で動作させるために
は、発生した熱の除去、つまり冷却を行なう必要があ
る。電池内部のセパレータ1を通って伝わってきた熱
は、冷却水入口側,出口側マニホールド孔13a,13
b内の冷却水に伝えられるが、この冷却水入口側,出口
側マニホールド孔13a,13b内にセパレータ1の一
部13cを突出させることによって、伝熱面積を増大す
ると共に、乱流促進効果によって熱伝達率も増大できる
ため、冷却能力をより一層向上させることができる。
That is, the fuel cell generates heat at the same time as power generation. However, in order to operate the fuel cell at an appropriate temperature, it is necessary to remove the generated heat, that is, perform cooling. The heat transmitted through the separator 1 inside the battery is supplied to the cooling water inlet and outlet manifold holes 13a, 13a.
b, the portion 13c of the separator 1 protrudes into the cooling water inlet and outlet manifold holes 13a, 13b, thereby increasing the heat transfer area and increasing the turbulent flow promoting effect. Since the heat transfer coefficient can also be increased, the cooling capacity can be further improved.

【0146】(第3の実施の形態)図4は、本実施の形
態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタックの
要部構成例を模式的に示す縦断面図であり、図1と同一
要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは
異なる部分についてのみ述べる。
(Third Embodiment) FIG. 4 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of a main part of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment, and is the same as FIG. The same reference numerals are given to the elements, and the description thereof will be omitted. Here, only different parts will be described.

【0147】すなわち、基本的な構成は前記第1の実施
の形態と同様であり、図4に示すように、前記図1にお
ける冷却媒体用の流路を設けた複数のセパレータ1を、
少なくとも2つ以上の積層された単電池の間に挿入する
構成としている。
That is, the basic structure is the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 4, a plurality of separators 1 provided with a flow path for a cooling medium in FIG.
It is configured to be inserted between at least two or more stacked unit cells.

【0148】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第1の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、電池の冷却を、単電池の間に挿入された冷却用の
セパレータ1により行ない、電池スタックの冷却能力を
向上させることができる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above, the same operation as in the first embodiment can be obtained, and the cooling of the battery can be performed. Is performed by the cooling separator 1 inserted between the cells, and the cooling capacity of the battery stack can be improved.

【0149】すなわち、セパレータ1を挟んで反対側に
おいて、プレス成形された溝と、導電性のスペーサ5お
よびシール部材2cに囲まれた領域6が冷却水の流路と
なっている。電気化学反応に伴なって発生した熱は、こ
の冷却水によって電池スタック外部へと運び出されるこ
とになる。発電と共に生成される熱は、主にカソード電
極4で発生するが、本構成では、冷却水との距離が近く
なる、すなわち電池の冷却のために冷却水を発熱部分と
なるカソード電極4により近づけることができるため、
より一層冷却効率を高めて、電池スタックの冷却能力を
向上させることができる。
That is, on the opposite side of the separator 1, the press-formed groove and the region 6 surrounded by the conductive spacer 5 and the seal member 2 c form a flow path of the cooling water. The heat generated by the electrochemical reaction is carried out of the battery stack by the cooling water. The heat generated along with the power generation is mainly generated at the cathode electrode 4, but in this configuration, the distance from the cooling water is short, that is, the cooling water is brought closer to the cathode electrode 4 serving as a heat generating portion for cooling the battery. Because you can
The cooling efficiency can be further improved, and the cooling capacity of the battery stack can be improved.

【0150】ただし、各単電池毎に冷却用のセパレータ
1を挿入する必要はなく、本実施の形態では熱伝導の良
い金属製のセパレータ1を用いているため、通常の電池
スタックの出力密度では、多くても2個の単電池毎に挿
入すれば十分である。これは、各単電池毎にこのような
冷却用のセパレータ1を挿入すると、逆に電池スタック
の大きさが大きくなり、出力密度が下がるという大きな
懸念があるからである。
However, it is not necessary to insert a cooling separator 1 for each cell. In this embodiment, since a metal separator 1 having good heat conductivity is used, the output density of a normal battery stack is low. It is sufficient to insert at most every two cells. This is because, if such a cooling separator 1 is inserted into each unit cell, the size of the battery stack is increased, and there is a great concern that the output density is reduced.

【0151】なお、図4において、この冷却水流路は3
個の単電池毎に挿入されているが、このインターバルは
これに限ったものではなく、2個の単電池毎あるいは3
個の単電池以上等、電池スタックの出力密度に応じて設
ければよいことは言うまでもない。
In FIG. 4, the cooling water flow path is 3
The interval is inserted for every single cell, but this interval is not limited to this, and every 2 cells or 3
Needless to say, it may be provided in accordance with the output density of the battery stack, such as a single cell or more.

【0152】(第4の実施の形態)図5および図6は、
本実施の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池
スタックにおけるセパレータの構成例を模式的に示す縦
断面図および平面図であり、図2と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。
(Fourth Embodiment) FIG. 5 and FIG.
3A and 3B are a longitudinal sectional view and a plan view schematically showing a configuration example of a separator in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment. The same elements as those in FIG. The description is omitted, and only different portions are described here.

【0153】すなわち、基本的な構成は前記第1の実施
の形態と同様であり、図5および図6に示すように、前
記図2におけるマニホールド孔11a,11b,12
a,12b,13a,13bの周囲を囲むシール部材2
a,2bに接するように、ほぼ均一な高さのセパレータ
1の平面部に対して凸状に盛り上がったビード部16を
設ける構成としている。
That is, the basic structure is the same as that of the first embodiment. As shown in FIGS. 5 and 6, the manifold holes 11a, 11b, 12b in FIG.
a, sealing member 2 surrounding the periphery of 12b, 13a, 13b
A configuration is provided in which a bead portion 16 which protrudes in a convex shape with respect to a plane portion of the separator 1 having a substantially uniform height is provided so as to be in contact with a and 2b.

【0154】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第1の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、セパレータ1に設けられた各マニホールド孔11
a,11b,12a,12b,13a,13bの周囲に
ビード部16を設けていることにより、この上に配置さ
れるシール部材2a,2bの押し付け圧力をビード部1
6に沿って線状に高めることができるため、締め付け圧
力が小さくても流体のシール性を格段に向上することが
できる。これにより、より一層信頼性の高い電池スタッ
クを得ることができる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above, the same operation as in the first embodiment is obtained, and Each manifold hole 11 provided
By providing the bead portion 16 around the a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, the pressing pressure of the sealing members 2a, 2b disposed thereon is reduced by the bead portion 1.
6, the sealing performance of the fluid can be remarkably improved even when the tightening pressure is small. Thereby, a more reliable battery stack can be obtained.

【0155】また、これらのビード部16は、プレス加
工によって処理されるため、量産性がよく、コストアッ
プも最小限に留めることができる。
Since these bead portions 16 are processed by press working, the mass productivity is good and the cost increase can be minimized.

【0156】(第5の実施の形態)図7は、本実施の形
態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタックに
おけるセパレータの溝部分の構成例を模式的に示す拡大
縦断面図であり、図1と同一要素には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。
(Fifth Embodiment) FIG. 7 is an enlarged vertical sectional view schematically showing a configuration example of a groove portion of a separator in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment. The same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Only different parts will be described here.

【0157】すなわち、基本的な構成は前記第1の実施
の形態と同様であり、図7に示すように、前記図1にお
ける金属製の薄板からなるセパレータ1の表面に全面に
渡って、耐食性かつ導電性を有するコーティング17を
施す構成としている。
That is, the basic structure is the same as that of the first embodiment, and as shown in FIG. 7, the corrosion resistance is provided over the entire surface of the separator 1 made of a metal thin plate in FIG. In addition, a coating 17 having conductivity is applied.

【0158】ここで、コーティング17の種類として
は、例えばカーボン、窒化クロム、ニッケルメッキ、貴
金属系金属等のコーティングを適用することができる。
Here, as the type of the coating 17, for example, a coating of carbon, chromium nitride, nickel plating, a noble metal-based metal or the like can be applied.

【0159】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第1の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、金属製のセパレータ1の表面に、導電性しかも耐
食性を有するコーティング17を施していることによ
り、長時間に渡ってより安定した出力を得ると共に、低
コストのセパレータ1を得ることができる。
The solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment configured as described above has the same operation as the first embodiment, and in addition to the metal By providing the coating 17 having conductivity and corrosion resistance on the surface of the separator 1, a more stable output can be obtained over a long period of time, and the low-cost separator 1 can be obtained.

【0160】すなわち、一般に、セパレータに、ステン
レス系やアルミニウム系の耐食性の金属を用いた場合で
も、燃料電池の環境下においては、時間と共にその表面
に絶縁性の酸化物が成長する。そして、電極との間にこ
の絶縁性の酸化物が入り込むと、電気的な接触抵抗が増
えるために、電池スタックの出力電圧が下がり、出力の
低下、効率の低下、廃熱の増加等性能に悪影響を及ぼ
す。
That is, in general, even when a stainless steel or aluminum corrosion-resistant metal is used for the separator, the insulating oxide grows on the surface thereof over time in a fuel cell environment. When this insulating oxide enters between the electrodes, the electrical contact resistance increases, and the output voltage of the battery stack decreases, resulting in lower output, lower efficiency, and increased waste heat. Adversely affect.

【0161】そこで、セパレータ1の表面に、耐食性の
コーティング17を施すことによって、セパレータ1表
面における絶縁性の酸化物の形成を防止できる。よっ
て、セパレータ1とアノード電極3またはカソード電極
4との接触抵抗の増大を防ぐことができるため、長時間
に渡って安定した性能を得ることができる。
Therefore, by forming a corrosion-resistant coating 17 on the surface of the separator 1, the formation of an insulating oxide on the surface of the separator 1 can be prevented. Therefore, an increase in contact resistance between the separator 1 and the anode electrode 3 or the cathode electrode 4 can be prevented, and stable performance can be obtained for a long time.

【0162】(第6の実施の形態)図8は、本実施の形
態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタックに
おけるセパレータの溝部分の構成例を模式的に示す拡大
縦断面図であり、図7と同一要素には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。
(Sixth Embodiment) FIG. 8 is an enlarged vertical sectional view schematically showing a configuration example of a groove portion of a separator in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment. The same elements as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Only different parts will be described here.

【0163】すなわち、基本的な構成は前記第5の実施
の形態と同様であり、図8に示すように、前記図7にお
けるコーティングを施す場所を、セパレータ1の表面全
面ではなく必要な部所だけとし、本実施の形態では、耐
食性かつ導電性を有するコーティング18を、アノード
電極3およびカソード電極4に接する部分の近傍にのみ
施す構成としている。
That is, the basic structure is the same as that of the fifth embodiment. As shown in FIG. 8, the place to be coated in FIG. In this embodiment, the coating 18 having corrosion resistance and conductivity is applied only to a portion in contact with the anode electrode 3 and the cathode electrode 4.

【0164】ここで、コーティング18の種類として
は、前記第5の実施の形態と同様に、例えばカーボン、
窒化クロム、ニッケルメッキ、貴金属系金属等のコーテ
ィングを適用することができる。
Here, the type of the coating 18 is, for example, carbon, as in the fifth embodiment.
Coatings such as chromium nitride, nickel plating, and precious metal-based metals can be applied.

【0165】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第5の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、耐食性かつ導電性を有するコーティング18を、
アノード電極3あるいはカソード電極4との接触部分に
のみ施していることにより、電気的な接触抵抗が問題と
なる接触部分のみをコーティングすることによって、全
面コーティングを施した場合と同一性能を保ちつつ、コ
ーティング面積を大幅に縮小することによって、コーテ
ィングによるコストの上昇を最小限に抑えて、より一層
低コストなセパレータ1を得ることができる。
The solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack according to the present embodiment having the above-described structure has the same effects as the fifth embodiment, and also has corrosion resistance and conductivity. Coating 18 having properties
By applying only to the contact portion with the anode electrode 3 or the cathode electrode 4, by coating only the contact portion where the electrical contact resistance is a problem, while maintaining the same performance as when the entire surface is coated, By greatly reducing the coating area, an increase in cost due to coating can be minimized, and the separator 1 can be further reduced in cost.

【0166】(第7の実施の形態)図9および図10
は、本実施の形態による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックにおけるセパレータの構成例を模式的に示
す平面図および縦断面図(図9のA−A縦断面図)であ
り、図1および図2と同一要素には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。
(Seventh Embodiment) FIGS. 9 and 10
FIGS. 1A and 1B are a plan view and a vertical cross-sectional view (AA vertical cross-sectional view of FIG. 9) schematically showing a configuration example of a separator in a cell stack of a polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment. The same elements as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Only different parts will be described here.

【0167】すなわち、基本的な構成は前記第1の実施
の形態と同様であり、図9および図10に示すように、
前記図1および図2におけるセパレータ1の波形状の溝
10が形成された中央部分の周囲を囲むように、少なく
ともこの溝10の高さよりも厚いシート状のシール部材
19を配置し、マニホールド孔と中央部分との間をシー
ル部材19の一部を切欠いて(入口側の切り欠き部20
a、出口側の切り欠き部20b)、反応ガスの供給通路
および排出通路を設ける構成としている。
That is, the basic configuration is the same as that of the first embodiment, and as shown in FIGS. 9 and 10,
A sheet-like sealing member 19 thicker than at least the height of the groove 10 is arranged so as to surround the central portion of the separator 1 in FIGS. 1 and 2 where the corrugated groove 10 is formed. A part of the seal member 19 is cut out between the center part and the cut-out part 20 on the inlet side.
a, a cutout portion 20b) on the outlet side, and a supply passage and a discharge passage for the reaction gas.

【0168】なお、セパレータ1の溝10の長手方向の
両端部には、酸化剤ガスのヘッダー部21となる空間が
存在する。
[0168] At both ends of the groove 10 of the separator 1 in the longitudinal direction, there is a space serving as a header 21 for the oxidizing gas.

【0169】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第1の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、シール部材19の厚みをプレス加工によって成形
した溝10の高さよりも厚くしていることにより、溝1
0と固体高分子電解質膜9との間に設けられる電極等の
厚みを吸収でき、かつシール部材19の潰ししろが確保
できるため、より一層確実にシールすることができる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment configured as described above, the same operation as in the first embodiment is obtained, and the sealing member 19 is provided. The thickness of the groove 1 is larger than the height of the groove 10 formed by press working.
Since the thickness of the electrode and the like provided between the zero and the solid polymer electrolyte membrane 9 can be absorbed and the squeezing margin of the seal member 19 can be secured, the sealing can be performed more reliably.

【0170】また、各マニホールド孔11a,11b,
12a,12b,13a,13bと溝10との間のシー
ル部材19を切欠いて、反応ガスの流路を確保している
ことにより、セパレータ1に反応ガスの流路を設ける必
要がなくなるため、セパレータ1の厚みを薄くすること
ができ、より一層コンパクト化が図れると共に、低コス
ト化することができる。
The manifold holes 11a, 11b,
Since the seal member 19 between the grooves 12a, 12b, 13a, and 13b and the groove 10 is notched to secure a flow path for the reaction gas, it is not necessary to provide a flow path for the reaction gas in the separator 1. 1 can be made thinner, and the size can be further reduced, and the cost can be reduced.

【0171】すなわち、酸化剤ガスは酸化剤ガス入口側
マニホールド孔11aから、入口側の切り欠き部20a
を通ってヘッダー部21へ導かれ、カソード電極4と接
する溝10へ供給される。そして、酸化剤ガス中、反応
に利用されなかったガスは反対に位置するヘッダー部2
1を通り、出口側の切り欠き部20bから出口側マニホ
ールド孔11bへと排気される。また、シール部材19
の厚みは、溝10の高さよりも厚く設定され、本実施の
形態では、溝10の高さと電極の厚みとを加えた厚さに
設定されている。
That is, the oxidizing gas flows from the oxidizing gas inlet side manifold hole 11a through the cutout portion 20a on the inlet side.
Then, it is guided to the header part 21 and supplied to the groove 10 in contact with the cathode electrode 4. Then, in the oxidizing gas, the gas not used for the reaction is replaced by the header portion 2 located on the opposite side.
1, the air is exhausted from the cutout portion 20b on the outlet side to the outlet side manifold hole 11b. Also, the sealing member 19
Is set to be thicker than the height of the groove 10, and in the present embodiment, is set to a thickness obtained by adding the height of the groove 10 and the thickness of the electrode.

【0172】なお、燃料ガス側、冷却水側についても、
酸化剤ガス側と全く同様な方法で、それぞれの溝へ供給
され、そして排気されることになる。
Note that the fuel gas side and the cooling water side also
In the same manner as the oxidant gas side, it is supplied to each groove and exhausted.

【0173】このようにして、セパレータ1とシール部
材19で反応ガスあるいは冷却水の流路を確保している
ことにより、部品点数が少ない、低コストな電池スタッ
クの製造が可能となる。
As described above, since the flow path of the reaction gas or the cooling water is secured by the separator 1 and the seal member 19, it is possible to manufacture a low-cost battery stack with a small number of parts.

【0174】(第8の実施の形態)図11は、本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
におけるセパレータの構成例を模式的に示す平面図であ
り、図9と同一要素には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
(Eighth Embodiment) FIG. 11 is a plan view schematically showing a configuration example of a separator in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment. Are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and only different portions will be described here.

【0175】すなわち、基本的な構成は前記第7の実施
の形態と同様であり、図11に示すように、前記図9に
おけるシール部材19とセパレータ1の波形状の領域と
の間に形成される空間部である酸化剤ガスのヘッダー部
21に、シール部材19の一部を利用して溝10を流れ
る反応ガスの流れを制御する手段である突起部22を設
ける構成としている。
That is, the basic structure is the same as that of the seventh embodiment. As shown in FIG. 11, the basic structure is formed between the seal member 19 and the corrugated region of the separator 1 in FIG. The header portion 21 of the oxidizing gas, which is a space portion, is provided with a projection 22 which is a means for controlling the flow of the reaction gas flowing through the groove 10 using a part of the seal member 19.

【0176】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記実施の形態と同様の作用を奏するのに加えて、
セパレータ1に設けられた複数の平行な溝10を利用し
て反応ガスを反応面に供給する際、シール部材19と溝
10との間に反応ガスを通過させるためのヘッダー部2
1に、ヘッダー部21と相対する二つの突起部22を設
けて反応ガスの流れを制御する、すなわち図示矢印のよ
うに溝10を酸化剤ガスが一往復半する流れを作り出す
ことにより、反応ガスを反応部に均一に供給できると共
に、反応ガスの流速を相対的に上げることにより、生成
水の排出をより一層確実に行なうことができるようにな
る。従って、安定した性能と長期間に及ぶ信頼性を確保
することができるようになる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment configured as described above, the same operation as that of the above-described embodiment can be obtained.
When supplying the reaction gas to the reaction surface using the plurality of parallel grooves 10 provided in the separator 1, the header portion 2 for allowing the reaction gas to pass between the seal member 19 and the groove 10.
1 is provided with two projecting portions 22 opposed to the header portion 21 to control the flow of the reaction gas, that is, by creating a flow in which the oxidizing gas reciprocates one and a half in the groove 10 as shown by the arrow in the drawing. Can be uniformly supplied to the reaction section, and the generated water can be more reliably discharged by relatively increasing the flow rate of the reaction gas. Therefore, stable performance and long-term reliability can be secured.

【0177】なお、燃料ガス側についても、同様な構成
により流れの制御を行なうことができる。
The flow can be controlled on the fuel gas side by a similar configuration.

【0178】また、各ヘッダー部21に複数の突起部を
設けることも可能であり、一往復半の流れに限らず、様
々な流れのパターを作り出すことができる。
It is also possible to provide a plurality of protrusions on each header section 21, and it is possible to produce putters of not only one reciprocating flow but also various flows.

【0179】このようにして、セパレータ1とシール部
材19という最小限の部品点数によって、確実な反応ガ
スの供給と流れの制御が行なえるようになるため、低コ
ストで、高い信頼性を持つ高性能の電池スタックを得る
ことができる。
As described above, since the supply of the reactant gas and the control of the flow can be reliably performed with the minimum number of parts of the separator 1 and the seal member 19, the cost is low and the reliability is high. A battery stack with high performance can be obtained.

【0180】(第9の実施の形態)図12は、本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
(Ninth Embodiment) FIG. 12 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of a main part of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment.

【0181】図12において、電池スタックは、電池部
42と自己加湿部43とから構成され、エンドプレート
33および締め付けロッド34によって、電池スタック
全体を締め付ける構成としている。
In FIG. 12, the battery stack is composed of a battery section 42 and a self-humidifying section 43, and the entire battery stack is fastened by end plates 33 and fastening rods 34.

【0182】電池部42は、金属製の薄板からなるセパ
レータ30を挟んで、単電池31を複数個積層してなっ
ている。
The battery section 42 is formed by stacking a plurality of unit cells 31 with the metal separator 30 interposed therebetween.

【0183】また、電池部42の両端には、集電板32
を設置し、図示しない外部負荷へと接続している。
At both ends of the battery section 42, the current collectors 32
And connected to an external load (not shown).

【0184】一方、自己加湿部43は、燃料ガス用の未
反応ガスと既反応ガスとの全熱交換器35と、酸化剤ガ
ス用の未反応ガスと既反応ガスとの全熱交換器36とか
ら構成され、各全熱交換器35,35は未反応ガスが流
れる未反応ガス流路39と既反応ガスが流れる既反応ガ
ス流路40が、水蒸気を選択的に透過する半透過性膜4
1を介して接している。
On the other hand, the self-humidifying section 43 includes a total heat exchanger 35 for the unreacted gas for the fuel gas and the reacted gas, and a total heat exchanger 36 for the unreacted gas for the oxidant gas and the reacted gas. Each of the total heat exchangers 35, 35 includes a semi-permeable membrane through which an unreacted gas flow path 39 through which unreacted gas flows and a reacted gas flow path 40 through which the reacted gas flows through are selectively permeable to water vapor. 4
1 is in contact.

【0185】また、図示左側のエンドプレート33に
は、燃料ガス入口37a、および燃料ガス出口37b、
酸化剤ガス入口38a、および酸化剤ガス出口38bを
それぞれ設けている。
The end plate 33 on the left side of the figure has a fuel gas inlet 37a and a fuel gas outlet 37b,
An oxidizing gas inlet 38a and an oxidizing gas outlet 38b are provided, respectively.

【0186】図13は、上記自己加湿部43のセパレー
タ50の構成例を模式的に示す平面図である。
FIG. 13 is a plan view schematically showing a configuration example of the separator 50 of the self-humidifying section 43.

【0187】図13において、既反応ガスは、本自己加
湿部43で加湿された水分と生成水とが含まれており、
動作温度に近い温度の通常飽和状態となっている。そし
て、この既反応ガスと未反応ガスとが半透過性膜41を
介して接することにより、湿度交換と熱交換とを同時に
行なうようになっている。未反応ガスは、ここで固体高
分子電解質膜に必要な量だけ加湿されて、電池スタック
へと供給される。
In FIG. 13, the already reacted gas contains the water humidified by the self-humidifying section 43 and the generated water.
It is in a normal saturation state at a temperature close to the operating temperature. When the reacted gas and the unreacted gas come into contact with each other via the semipermeable membrane 41, the humidity exchange and the heat exchange are performed simultaneously. Here, the unreacted gas is humidified by an amount necessary for the solid polymer electrolyte membrane and supplied to the battery stack.

【0188】自己加湿部43の加湿セパレータ50は、
放熱フィンが必要ないため、電池部42のセパレータ3
0に見られたように突出部がない。その代り、未反応ガ
スと既反応ガスとの全熱交換を行なうために、両者のマ
ニホールド孔が新たに必要である。
The humidifying separator 50 of the self-humidifying section 43
Since no heat radiation fins are required, the separator 3
There are no protrusions as seen at 0. Instead, in order to perform total heat exchange between the unreacted gas and the reacted gas, a new manifold hole is required for both.

【0189】45aは未反応ガスのうち燃料ガス用の入
口側マニホールド孔を示しており、全熱交換された後に
燃料ガス用の出口側マニホールド孔45bへ排出され、
電池部42へ供給される。また、45cは既反応ガスの
燃料ガス用の入口側マニホールド孔を示し、電池部42
から排出されてきた既反応ガスが入口側マニホールド孔
45cより流入し、未反応ガスと全熱交換された後に燃
料ガス用の出口側マニホールド孔45dから排出され
る。
Reference numeral 45a denotes an inlet-side manifold hole for the fuel gas of the unreacted gas, which is discharged to the outlet-side manifold hole 45b for the fuel gas after the total heat exchange.
It is supplied to the battery unit 42. Reference numeral 45c denotes an inlet-side manifold hole for the fuel gas of the reacted gas,
The already-reacted gas discharged from the inlet flows into the inlet-side manifold hole 45c, and after being totally exchanged with the unreacted gas, is discharged from the fuel-gas outlet-side manifold hole 45d.

【0190】一方、酸化剤ガス側についても全く同様で
あり、46aは酸化剤ガスの入口側マニホールド孔を、
46dは酸化剤ガスの出口側マニホールド孔をそれぞれ
示している。
On the other hand, the same is true for the oxidizing gas side, and reference numeral 46a denotes a manifold hole on the inlet side of the oxidizing gas,
Reference numeral 46d denotes an outlet side manifold hole for the oxidizing gas.

【0191】なお、各マニホールド孔45b,45c,
46b,46cは、それぞれ電池部42のセパレータ3
0のマニホールド孔と連通している。
Note that each of the manifold holes 45b, 45c,
46b and 46c are separators 3 of the battery unit 42, respectively.
It communicates with the 0 manifold hole.

【0192】図14は、上記電池部42のセパレータ3
0の構成例を模式的に示す平面図である。
FIG. 14 shows the separator 3 of the battery section 42.
It is a top view which shows the example of a structure of 0 typically.

【0193】図14において、セパレータ30は単電池
外部へ突出し、単電池のセパレータ機能と共に放熱フィ
ンとしても機能し、単電池内部で発生した熱を単電池外
部へ放熱する役割を果たす。
In FIG. 14, the separator 30 protrudes outside the cell, functions as a radiation fin together with the separator function of the cell, and plays a role of radiating heat generated inside the cell to the outside of the cell.

【0194】また、45bは燃料ガス入口側マニホール
ド孔、45cは燃料ガス出口側マニホールド孔、46b
は酸化剤ガス入口側マニホールド孔、46cは酸化剤ガ
ス出口側マニホールド孔、47は締め付けロッドが通る
締め付けロッド用穴をそれぞれ示している。
45b is a fuel gas inlet side manifold hole, 45c is a fuel gas outlet side manifold hole, 46b
Represents an oxidant gas inlet side manifold hole, 46c represents an oxidant gas outlet side manifold hole, and 47 represents a tightening rod hole through which a tightening rod passes.

【0195】なお、10はカソード電極側の時は酸化剤
ガスが通る溝、アノード電極側の時は燃料ガスが通る前
記溝を示している。
Reference numeral 10 denotes a groove through which the oxidizing gas passes when the cathode electrode is used, and a groove through which the fuel gas passes when the anode electrode is used.

【0196】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、セパレータ30に熱伝導率のよい金属製の薄板を用
いていることにより、セパレータ30を空冷の放熱フィ
ンとして利用できるようになるため、セパレータ30を
空冷式の放熱フィンとすることができ、電気化学反応に
よって生成された熱を簡単に大気へと逃がすことができ
る。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment configured as described above, the separator 30 is made of a thin metal plate having good thermal conductivity. Can be used as an air-cooling radiation fin, so that the separator 30 can be an air-cooling radiation fin, and the heat generated by the electrochemical reaction can be easily released to the atmosphere.

【0197】この空冷式を採用すると、冷却水が不要と
なり、冷却水循環のための配管、ポンプ等が不要とな
り、システムが簡素化できると共に、電池内部の冷却水
マニホールド孔が不要となり、コンパクトなシステム、
電池スタックを得ることができる。
If this air-cooling type is adopted, cooling water is not required, and piping and pumps for cooling water circulation are not required, so that the system can be simplified and the cooling water manifold hole inside the battery is not required, so that a compact system can be obtained. ,
A battery stack can be obtained.

【0198】また、冷却水を用いていないので、環境条
件が0℃以下になるような寒冷地においても、凍結の心
配がなく、信頼性の高い電池スタックを得ることができ
る。
Further, since no cooling water is used, a highly reliable battery stack can be obtained without fear of freezing even in a cold area where the environmental conditions are 0 ° C. or less.

【0199】さらに、金属製のセパレータ30は、多孔
質材のカーボンに比べてガスのシール性が良いため、よ
り一層薄いセパレータとすることができ、より一層コン
パクトな電池スタックを得ることができる。
Further, since the metal separator 30 has a better gas sealing property than carbon as a porous material, the separator 30 can be made thinner and a more compact battery stack can be obtained.

【0200】一方、冷却水を未反応ガスの加湿に利用す
る場合が一般的であったが、本電池スタックでは空冷で
冷却水がないため、これを利用することができない。し
かし、自己加湿部43を有しているため、新たに加湿用
の水源を設置する必要がなく、タンク、ポンプ等が不要
となり、電池スタックをコンパクト化することができ
る。
On the other hand, the cooling water is generally used for humidifying the unreacted gas. However, since the present battery stack is air-cooled and has no cooling water, it cannot be used. However, since the self-humidifying unit 43 is provided, it is not necessary to newly install a water source for humidification, and a tank, a pump, and the like are not required, and the battery stack can be made compact.

【0201】すなわち、水蒸気を選択的に透過する半透
過性膜41を介して既反応ガスと未反応ガスを接触させ
る全熱交換器35,36を設けていることにより、既反
応ガスに含まれる反応生成水を利用して反応ガスを加湿
できるため、新たに加湿水を供給するシステムが不要と
なる。これにより、電池スタックの構造をより一層簡略
化し、低コスト化できると共に、冷却水が不要となるた
め、メンテナンスが不要となり、寒冷地における凍結の
心配がない信頼性の高い電池スタックを得ることができ
る。
That is, by providing the total heat exchangers 35 and 36 for bringing the reacted gas and the unreacted gas into contact with each other via the semipermeable membrane 41 which selectively permeates the water vapor, the gas is included in the reacted gas. Since the reaction gas can be humidified using the reaction water, a system for newly supplying humidification water is not required. As a result, the structure of the battery stack can be further simplified, the cost can be reduced, and since cooling water is not required, maintenance is not required, and a highly reliable battery stack free from the risk of freezing in cold regions can be obtained. it can.

【0202】上述したように、本実施の形態の電池スタ
ックを備えた固体高分子電解質型燃料電池では、前記第
1の実施の形態の場合と同様の効果が得られるのに加え
て、反応ガスを加湿するために必要な冷却水を不要とし
て、システムの信頼性、およびメンテナンス性の向上を
図ることが可能となる。
As described above, in the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the reaction gas This eliminates the need for cooling water necessary for humidifying the system, thereby improving the reliability and maintainability of the system.

【0203】(第10の実施の形態)本実施の形態の基
本的な構成は前記第9の実施の形態と同様であり、前記
第9の実施の形態におけるセパレータ30に、熱伝導率
がよくかつ低コストな材料である、銅系の金属、または
アルミニウム系の金属を用いる構成としている。さら
に、その表面には、腐食によって不動態膜が形成される
のを防止するために、耐食性かつ導電性を有するコーテ
ィングを施している。もちろん、自己加湿部セパレータ
50は集電部の外にあるために、導電性のコーティング
ではなく、高分子材料やテフロン系の非導電性のもので
あっても構わない。
(Tenth Embodiment) The basic structure of this embodiment is the same as that of the ninth embodiment, and the separator 30 of the ninth embodiment has good heat conductivity. In addition, a copper-based metal or an aluminum-based metal, which is a low-cost material, is used. Further, the surface is provided with a corrosion-resistant and conductive coating in order to prevent the formation of a passive film due to corrosion. Of course, since the self-humidifying unit separator 50 is located outside the current collecting unit, a polymer material or a Teflon-based non-conductive material may be used instead of a conductive coating.

【0204】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第9の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、セパレータ30に耐食性かつ導電性を有するコー
ティングを施した銅系またはアルミニウム系の金属板を
用いていることにより、これらの金属板は熱伝導率が良
いため、効率よく熱を移動させることができ、セパレー
タ30をより一層薄い材料で構成することができる。こ
れにより、電池スタックをより一層コンパクト化するこ
とができる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above, the same operation as that of the ninth embodiment can be obtained, and By using a copper-based or aluminum-based metal plate coated with a corrosion-resistant and conductive coating, these metal plates have good thermal conductivity, so that heat can be efficiently transferred, and the separator 30 It can be made of a thinner material. Thereby, the battery stack can be made more compact.

【0205】すなわち、熱伝導率が大きいセパレータ3
0を用いると、セパレータ30内の熱抵抗が小さくなる
ため、セパレータ30を通って外気への熱伝達がより一
層効率よく行なえるため、より一層金属性のセパレータ
30をより薄くすることができ、電池スタックをコンパ
クト化することができる。そして、コーティングを施す
ことによって、長時間の使用においても電圧の低下のな
い、信頼性の高い電池スタックを得ることができる。
That is, the separator 3 having a large thermal conductivity
When 0 is used, the heat resistance in the separator 30 is reduced, so that heat transfer to the outside air through the separator 30 can be performed more efficiently, so that the metallic separator 30 can be further thinned, The battery stack can be made compact. By applying the coating, it is possible to obtain a highly reliable battery stack in which the voltage does not decrease even when used for a long time.

【0206】(第11の実施の形態)図15は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
における自己加湿部43のセパレータ50の構成例を模
式的に示す平面図、図16は本実施の形態による固体高
分子電解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部4
2のセパレータ30の構成例を模式的に示す平面図、図
17は本実施の形態による固体高分子電解質型燃料電池
の電池スタックの要部構成例を模式的に示す縦断面図で
あり、図12乃至図14と同一要素には同一符号を付し
てその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ
述べる。
(Eleventh Embodiment) FIG. 15 is a plan view schematically showing a configuration example of a separator 50 of a self-humidifying portion 43 in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment. Is a cell unit 4 in the cell stack of the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment.
FIG. 17 is a vertical cross-sectional view schematically illustrating a configuration example of a main part of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment. The same elements as those in FIGS. 12 to 14 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Only different parts will be described here.

【0207】すなわち、基本的な構成は前記第9の実施
の形態と同様であり、図15乃至図17に示すように、
前記図12乃至図14における全熱交換手段を、未反応
の酸化剤ガスと既反応の酸化剤ガスを半透過性の膜41
を介して接触させる構成としている。
That is, the basic configuration is the same as that of the ninth embodiment, and as shown in FIGS.
The total heat exchanging means shown in FIGS.
The contact is made via the.

【0208】ここでは、燃料ガス側の全熱交換器がない
構成としている。
Here, the configuration is such that there is no total heat exchanger on the fuel gas side.

【0209】これは、酸化剤ガスと燃料ガスの流量比率
は、圧倒的に酸化剤ガスの方が大きく、また生成水はカ
ソード電極である酸化剤ガス側に排出されるために、酸
化剤ガスだけを全熱交換することによって、ほぼ目的と
する性能が得られることになるからである。
This is because the flow rate ratio of the oxidizing gas to the fuel gas is overwhelmingly larger for the oxidizing gas, and the generated water is discharged to the oxidizing gas side serving as the cathode electrode. This is because by performing only total heat exchange, almost the desired performance can be obtained.

【0210】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第9の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、全熱交換手段として、未反応酸化剤ガスと既反応
酸化剤ガスとの全熱交換手段を設けていることにより、
十分に反応ガスを加湿することができる。
The solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment configured as described above has the same operation as the ninth embodiment, and also has the effect of total heat exchange. As a means, by providing a total heat exchange means between the unreacted oxidant gas and the reacted oxidant gas,
The reaction gas can be sufficiently humidified.

【0211】すなわち、酸化剤ガス入口側マニホールド
孔46aから流入した未反応酸化剤ガスは、既反応ガス
と全熱交換された後に酸化剤ガス出口側マニホールド孔
46bへ排出され、電池部42のマニホールド孔46b
へ流入する。電池部42においてマニホールド孔46b
へ排出された既反応ガスは、自己加湿部43においてマ
ニホールド孔46cから流入し、未反応ガスと全熱交換
後にマニホールド孔46dへと排出される。
That is, the unreacted oxidizing gas that has flowed in from the oxidizing gas inlet-side manifold hole 46a is exhausted to the oxidizing gas outlet-side manifold hole 46b after being completely heat-exchanged with the already-reacted gas. Hole 46b
Flows into In the battery part 42, the manifold hole 46b
The reacted gas discharged into the manifold hole 46c in the self-humidifying section 43 flows into the manifold hole 46d after exchanging heat with unreacted gas.

【0212】一方、燃料ガスは、自己加湿部43におい
ては全熱交換されずに、未反応燃料ガスは自己加湿部4
3の燃料ガス入口側マニホールド孔45aから流入し、
直接電池部42の入口側マニホールド孔45aへ導か
れ、反応後に電池部42および自己加湿部43の出口側
マニホールド孔45bへ排出される。
On the other hand, the fuel gas is not subjected to total heat exchange in the self-humidifying section 43, and the unreacted fuel gas is
3, from the fuel gas inlet side manifold hole 45a,
It is guided directly to the inlet side manifold hole 45a of the battery part 42, and after the reaction, is discharged to the battery side 42 and the outlet side manifold hole 45b of the self-humidifying part 43.

【0213】このように、自己加湿部43の燃料ガス全
熱交換部が不要となり、また自己加湿部43の加湿部セ
パレータ50のマニホールド孔が少なくなるため、より
一層スタックをコンパクト化することができる。
As described above, the fuel gas total heat exchange section of the self-humidifying section 43 becomes unnecessary, and the number of manifold holes of the humidifying section separator 50 of the self-humidifying section 43 is reduced, so that the stack can be made more compact. .

【0214】すなわち、酸化剤ガスは燃料ガスよりも多
量に供給されるため、電池内部の水蒸気量は主に酸化剤
ガスに含まれる水蒸気量によって制御される。さらに、
生成水は酸化剤ガス側に排出されるため、酸化剤ガスだ
けを全熱交換することによって、実用上十分に反応ガス
を加湿することができる。これにより、より一層コンパ
クトな電池スタックを得ることができる。
That is, since the oxidizing gas is supplied in a larger amount than the fuel gas, the amount of water vapor inside the battery is controlled mainly by the amount of water vapor contained in the oxidizing gas. further,
Since the generated water is discharged to the oxidizing gas side, the reaction gas can be practically sufficiently humidified by exchanging total heat only with the oxidizing gas. Thus, a more compact battery stack can be obtained.

【0215】(第12の実施の形態)図18は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
における自己加湿部43のセパレータ50の構成例を模
式的に示す平面図、図19は本実施の形態による固体高
分子電解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部4
2のセパレータ30の構成例を模式的に示す平面図であ
り、図12乃至図14と同一要素には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。
(Twelfth Embodiment) FIG. 18 is a plan view schematically showing a configuration example of a separator 50 of a self-humidifying section 43 in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment, and FIG. Is a cell unit 4 in the cell stack of the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment.
FIG. 15 is a plan view schematically showing a configuration example of a second separator 30, and the same elements as those in FIGS. 12 to 14 are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted; only different parts will be described here.

【0216】すなわち、基本的な構成は前記第9の実施
の形態と同様であり、図18および図19に示すよう
に、前記図12乃至図14における全熱交換手段を、未
反応ガスと既反応ガスが互いに対向して流れるように、
未反応ガスの入口部および出口部が既反応ガスの入口部
および出口部と互いに相対向するように配置する構成と
している。
That is, the basic structure is the same as that of the ninth embodiment. As shown in FIGS. 18 and 19, the total heat exchange means in FIGS. So that the reactant gases flow opposite each other
The inlet and the outlet of the unreacted gas are arranged so as to face the inlet and the outlet of the reacted gas.

【0217】ここでは、自己加湿部43の全熱交換部に
ついて、未反応ガスの流れと既反応ガスの流れがお互い
対向するようにしている。
Here, in the total heat exchange section of the self-humidifying section 43, the flow of the unreacted gas and the flow of the reacted gas are opposed to each other.

【0218】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第9の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、全熱交換部は、未反応ガスと既反応ガスを互いに
対向して流すように、それぞれのガスの入口部および出
口部を相対向する位置に設けていることにより、対向型
の熱交換あるいは湿度交換方式として、同一の全熱交換
効率にて電池スタックのより一層のコンパクト化を図る
ことができる。
The solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above has the same operation as that of the ninth embodiment, and also has the effect of total heat exchange. The section is provided with an inlet and an outlet of each gas at positions facing each other so that the unreacted gas and the reacted gas flow opposite to each other, so that the opposed heat exchange or humidity exchange method is used. Further, the battery stack can be made more compact with the same total heat exchange efficiency.

【0219】すなわち、酸化剤ガス入口側マニホールド
孔46aから流入した未反応酸化剤ガスは、溝10を図
示左から右へ流れて、既反応ガスと全熱交換された後
に、酸化剤ガス出口側マニホールド孔46bへ排出さ
れ、電池部42のマニホールド孔46bへ流入する。電
池部42においては、マニホールド孔46bへ排出され
た既反応ガスは、自己加湿部43においてマニホールド
孔46cから流入し、溝10を図示右から左へと流れ
て、未反応ガスと全熱交換後にマニホールド孔46dへ
と排出される。
That is, the unreacted oxidizing gas flowing from the oxidizing gas inlet side manifold hole 46a flows through the groove 10 from left to right in the figure, and after the total heat exchange with the reacted gas, the oxidizing gas outlet side It is discharged to the manifold hole 46b and flows into the manifold hole 46b of the battery unit 42. In the battery unit 42, the reacted gas discharged into the manifold hole 46b flows in the self-humidifying unit 43 from the manifold hole 46c, flows through the groove 10 from right to left in the figure, and after the total heat exchange with the unreacted gas. It is discharged to the manifold hole 46d.

【0220】一方、燃料ガスも同様に、燃料ガス入口側
マニホールド孔45aから流入した未反応燃料ガスは、
溝10を図示右から左へ流れて、既反応ガスと全熱交換
された後、マニホールド孔45bへ排出され、電池部4
2のマニホールド孔45bへ流入する。電池部42にお
いては、マニホールド孔45cへ排出された既反応ガス
は、自己加湿部43においてマニホールド孔45cから
流入し、溝10を図示左から右へと流れて、未反応ガス
と全熱交換後にマニホールド孔46dへと排出される。
On the other hand, similarly, the unreacted fuel gas flowing from the fuel gas inlet side manifold hole 45a is
After flowing through the groove 10 from right to left in the figure and performing total heat exchange with the reacted gas, the gas is discharged to the manifold hole 45b and
2 into the second manifold hole 45b. In the battery section 42, the reacted gas discharged into the manifold hole 45c flows from the manifold hole 45c in the self-humidifying section 43, flows through the groove 10 from left to right in the figure, and after the total heat exchange with the unreacted gas. It is discharged to the manifold hole 46d.

【0221】このように、自己加湿部43の未反応ガス
と既反応ガスの流れをお互い対向させることによって、
熱交換効率、湿度交換効率をより向上させ、電池スタッ
クの大きさをより一層コンパクトにすることができる。
As described above, by allowing the flow of the unreacted gas and the flow of the reacted gas in the self-humidifying section 43 to face each other,
The heat exchange efficiency and the humidity exchange efficiency can be further improved, and the size of the battery stack can be further reduced.

【0222】なお、本実施の形態においても、もちろん
燃料ガス側の全熱交換部を省略することも可能であり、
さらなるコンパクト化が図れることは言うまでもない。
In this embodiment, it is of course possible to omit the total heat exchange section on the fuel gas side.
It goes without saying that further compactness can be achieved.

【0223】(第13の実施の形態)本実施の形態の基
本的な構成は前記第9の実施の形態と同様であり、前記
第9の実施の形態における全熱交換手段を、単電池の積
層方向と同一方向に積層された複数の全熱交換器から構
成している。
(Thirteenth Embodiment) The basic structure of this embodiment is the same as that of the ninth embodiment. The total heat exchange means in the ninth embodiment is replaced by a single cell. It consists of a plurality of total heat exchangers stacked in the same direction as the stacking direction.

【0224】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第9の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、全熱交換手段は、複数の全熱交換器を、単電池の
セパレータと同一方向に積層した構成としていることに
より、電池部42の電池スタックと一体化し、スペース
を有効利用することによって、電池スタック全体をより
一層コンパクト化することができる。
The solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above has the same operation as that of the ninth embodiment, and also has the effect of total heat exchange. The means is configured by stacking a plurality of total heat exchangers in the same direction as the separator of the unit cell, thereby integrating the heat exchanger with the battery stack of the battery unit 42 and effectively using the space to make the entire battery stack more efficient. It can be more compact.

【0225】すなわち、電池スタックの一部に全熱交換
器を設ける際に、様々な配置が考えられるが、本実施の
形態では、電池部42の単電池31の積層方向と同一方
向に全熱交換器35,36を積層配置していることによ
り、電池部42との一体化が可能となり、スペースを有
効に利用できることから、より一層コンパクトな電池ス
タックを得ることができる。
That is, when the total heat exchanger is provided in a part of the battery stack, various arrangements can be considered. In this embodiment, the total heat exchanger is arranged in the same direction as the stacking of the cells 31 of the battery section 42. By arranging the exchangers 35 and 36 in a stacked manner, integration with the battery unit 42 becomes possible and space can be effectively used, so that a more compact battery stack can be obtained.

【0226】(第14の実施の形態)図20は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
の電池部42のセパレータ30の構成例を模式的に示す
平面図であり、図12乃至図14と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。
(Fourteenth Embodiment) FIG. 20 is a plan view schematically showing a configuration example of a separator 30 of a cell part 42 of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to this embodiment. The same elements as those in FIGS. 12 to 14 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Only different parts will be described here.

【0227】すなわち、基本的な構成は前記第9の実施
の形態と同様であり、図20に示すように、前記図12
乃至図14における単電池外部に突出したセパレータ3
0の表面部分に、電気絶縁性を有するコーティング51
を施す構成としている。
That is, the basic configuration is the same as that of the ninth embodiment, and as shown in FIG.
To 3 protruding outside the unit cell in FIG.
0, a coating 51 having electrical insulation
Is applied.

【0228】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第9の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、セパレータ30の突出部分に、電気絶縁性を有す
るコーティング51を施していることにより、各セパレ
ータ30は短絡を防止するためにお互い接触しないよう
に配置されているが、予期せぬ外的な力が加わってセパ
レータ30が変形して接触という事態になっても、電気
絶縁性を有するコーティング51によって、短絡を防止
することができ、また素手で触れても感電するという危
険がなくなる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above, the same operation as in the ninth embodiment is obtained, and Each of the separators 30 is arranged so as not to contact each other in order to prevent a short circuit by providing a coating 51 having an electrical insulation property to the protruding portion. Even if the 30 is deformed and comes into contact, a short circuit can be prevented by the coating 51 having electrical insulation, and the danger of electric shock even if touched with bare hands is eliminated.

【0229】すなわち、外部に突出したセパレータ30
は、外的要因によって変形し易く、変形した場合には隣
接するセパレータ30がお互い接触して、短絡事故につ
ながる恐れがある。従って、単電池外部に突出したセパ
レータ30の表面に電気絶縁性を有するコーティング5
1を施すことによって、たとえセパレータ30同志が接
触しても、短絡事故を防止することができ、もってより
一層信頼性の高い電池スタックを得ることができる。
That is, the separator 30 projecting to the outside
Is likely to be deformed by an external factor, and when deformed, the adjacent separators 30 may come into contact with each other, leading to a short circuit accident. Therefore, the coating 5 having electrical insulation properties is provided on the surface of the separator 30 protruding outside the cell.
By applying 1, even if the separators 30 come into contact with each other, a short circuit accident can be prevented, and a more reliable battery stack can be obtained.

【0230】なお、上記コーティング51は、片面に施
しただけでも効果があるが、もちろん両面に施すように
してもよい。
It is to be noted that the coating 51 is effective only when applied to one side, but may be applied to both sides as a matter of course.

【0231】(第15の実施の形態)図21は、本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クの要部構成例を模式的に示す縦断面図であり、図12
乃至図14と同一要素には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
(Fifteenth Embodiment) FIG. 21 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of a main part of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment.
The same elements as those in FIG. 14 to FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Only different parts will be described here.

【0232】すなわち、基本的な構成は前記第9の実施
の形態と同様であり、図21に示すように、前記図12
乃至図14における電池部42の外部に張り出されたセ
パレータ30の突出部分の間に形成された各空間の一部
に、電気絶縁性を有するスペーサ52を配置する構成と
している。
That is, the basic configuration is the same as that of the ninth embodiment, and as shown in FIG.
In addition, a spacer 52 having electrical insulation is arranged in a part of each space formed between the protruding portions of the separator 30 that protrudes outside the battery unit 42 in FIG.

【0233】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第9の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、セパレータ30の突出部分の間に形成された空間
に、電気絶縁性を有するスペーサ52を配置しているこ
とにより、セパレータ30が外部要因によって変形して
も、セパレータ30同士が接触することを防止でき、短
絡事故を回避することができる。従って、より一層信頼
性の高い電池スタックを得ることができる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above, the same operation as that of the ninth embodiment can be obtained, and By arranging the spacer 52 having electrical insulation in the space formed between the protruding portions, even if the separator 30 is deformed due to an external factor, it is possible to prevent the separators 30 from coming into contact with each other and to prevent a short circuit accident. Can be avoided. Therefore, a more reliable battery stack can be obtained.

【0234】なお、上記スペーサ52は、本実施の形態
に限定されるものではなく、セパレータの表面に絶縁性
の突起を設けたものでも、同様の効果が期待できること
は言うまでもない。
Note that the spacer 52 is not limited to the present embodiment, and it goes without saying that the same effect can be expected even if an insulating projection is provided on the surface of the separator.

【0235】(第16の実施の形態)図22は、本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クの要部構成例を模式的に示す縦断面図であり、図12
乃至図14と同一要素には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
(Sixteenth Embodiment) FIG. 22 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of a main part of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment.
The same elements as those in FIG. 14 to FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

【0236】すなわち、基本的な構成は前記第9の実施
の形態と同様であり、図22に示すように、前記図12
乃至図14におけるセパレータ30の突出部分の先端に
接するように、電気絶縁性を有する支持体53を配置す
る構成としている。
That is, the basic configuration is the same as that of the ninth embodiment, and as shown in FIG.
In addition, a support 53 having electrical insulation is arranged so as to be in contact with the tip of the protruding portion of the separator 30 in FIG.

【0237】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第9の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、電池部42の外部に突出したセパレータ30の先
端部に、セパレータ30を支持固定する電気絶縁性を有
する支持体52を設けていることにより、セパレータ3
0が外部要因によって変形しても、セパレータ30同士
が接触することを防止でき、短絡事故を回避することが
できる。従って、より一層信頼性の高いスタックを得る
ことができる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above, in addition to having the same operation as the ninth embodiment, the battery section 42 By providing a support 52 having an electrically insulating property for supporting and fixing the separator 30 at the end of the separator 30 protruding outside the
Even if 0 is deformed by an external factor, contact between the separators 30 can be prevented, and a short circuit accident can be avoided. Therefore, a more reliable stack can be obtained.

【0238】なお、上記支持体52は、本実施の形態に
限定されるものではなく、セパレータ30の先端部に独
立して複数の絶縁部材を取り付けても同様の効果が期待
できることは言うまでもない。
The support 52 is not limited to the present embodiment, and it goes without saying that the same effect can be expected even if a plurality of insulating members are independently attached to the tip of the separator 30.

【0239】(第17の実施の形態)図23は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
における自己加湿部43のセパレータ50の構成例を模
式的に示す平面図、図24は本実施の形態による固体高
分子電解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部4
2のセパレータ30の構成例を模式的に示す平面図であ
り、図12乃至図14と同一要素には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。
(Seventeenth Embodiment) FIG. 23 is a plan view schematically showing a configuration example of the separator 50 of the self-humidifying portion 43 in the cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment. Is a cell unit 4 in the cell stack of the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment.
FIG. 15 is a plan view schematically showing a configuration example of a second separator 30, and the same elements as those in FIGS. 12 to 14 are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted; only different parts will be described here.

【0240】すなわち、基本的な構成は前記第9の実施
の形態と同様であり、図23および図24に示すよう
に、前記図12乃至図14における固体高分子電解質膜
を介して隣接するアノード電極に流れる燃料ガスとカソ
ード電極に流れる酸化剤ガスが互いに対向して流れるよ
うに、それぞれのガスの入口部および出口部を互いに相
対するように、電池部42および自己加湿部43のマニ
ホールド孔を設ける構成としている。
That is, the basic configuration is the same as that of the ninth embodiment. As shown in FIGS. 23 and 24, the anodes adjacent to each other via the solid polymer electrolyte membrane shown in FIGS. Manifold holes of the battery unit 42 and the self-humidifying unit 43 are arranged such that the fuel gas flowing to the electrode and the oxidizing gas flowing to the cathode electrode flow opposite to each other, and the inlet and outlet of each gas face each other. It is configured to be provided.

【0241】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第9の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、アノード電極に流れる燃料ガスとカソード電極を
流れる酸化剤ガスが互いに対向して流れるように、それ
ぞれの入口部および出口部を互いに相対向して配置して
いることにより、反応ガスの加湿を効果的に行なうこと
ができる。
The solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above has the same operation as the ninth embodiment, and also has the same function as the ninth embodiment. Effectively humidify the reaction gas by arranging the inlet and outlet portions to face each other so that the flowing fuel gas and the oxidizing gas flowing through the cathode electrode flow opposite to each other. Can be.

【0242】固体高分子電解質膜は、水の透過性がある
ことが知られているが、この性質を利用して、電池部4
2において酸化剤ガスと燃料ガスとの部分的な湿度交換
と熱交換をさせることができる。
It is known that the solid polymer electrolyte membrane has water permeability.
In 2, partial humidity exchange and heat exchange between the oxidizing gas and the fuel gas can be performed.

【0243】すなわち、酸化剤入口側マニホールド孔4
6aから流入した未反応酸化剤ガスは、溝10を図示左
から右へ流れて、既反応ガスと全熱交換された後に、酸
化剤ガス出口側マニホールド孔46bへ排出され、電池
部42のマニホールド孔46bへ流入する。
That is, the oxidant inlet side manifold hole 4
The unreacted oxidant gas flowing from 6a flows through the groove 10 from left to right in the figure, and after being totally heat-exchanged with the already reacted gas, is discharged to the oxidant gas outlet side manifold hole 46b. It flows into the hole 46b.

【0244】一方、燃料ガスも同様に、燃料ガス入口側
マニホールド孔45aから流入した未反応燃料ガスは、
溝10を図示右から左へ流れて、既反応ガスと全熱交換
された後、マニホールド孔45bへ排出され、電池部4
2のマニホールド孔45bへ流入する。電池部42にお
いては、マニホールド孔46bに流入した酸化剤ガス
は、溝10を図示上から下へのリターンフローとして流
れ、反応後にマニホールド孔46cへ排出される。ま
た、これに固体高分子電解質膜を介して隣接する燃料ガ
スについては、マニホールド孔45bから流入し、溝1
0を図示下から上へのリターンフローとして流れ、反応
後にマニホールド孔45cへ排出される。
On the other hand, similarly, the unreacted fuel gas flowing from the fuel gas inlet side manifold hole 45a
After flowing through the groove 10 from right to left in the figure and performing total heat exchange with the reacted gas, the gas is discharged to the manifold hole 45b and
2 into the second manifold hole 45b. In the battery section 42, the oxidizing gas that has flowed into the manifold hole 46b flows through the groove 10 as a return flow from the top to the bottom in the figure, and is discharged to the manifold hole 46c after the reaction. The fuel gas adjacent thereto via the solid polymer electrolyte membrane flows in through the manifold hole 45b,
0 flows as a return flow from the bottom to the top in the figure, and is discharged to the manifold hole 45c after the reaction.

【0245】このように、電池部42においては、酸化
剤ガスと燃料ガスは互いに相対向するように流れること
になる。そして、電池部42から排出されたそれぞれの
ガスは、自己加湿部43で全熱交換されて、電池スタッ
クから排出される。これにより、電池部42のセパレー
タ30上部においては、未反応の酸化剤ガスと既反応の
燃料ガスとが隣接し、また電池部42のセパレータ30
下部においては、未反応の燃料ガスと既反応の酸化剤ガ
スとが隣接することとなり、これら流体間で全熱交換が
効率的に行なわれることになる。
As described above, in the battery section 42, the oxidizing gas and the fuel gas flow so as to face each other. Then, each gas discharged from the battery unit 42 undergoes total heat exchange in the self-humidifying unit 43 and is discharged from the battery stack. As a result, the unreacted oxidizing gas and the reacted fuel gas are adjacent to each other on the upper part of the separator 30 of the battery part 42, and the separator 30 of the battery part 42
In the lower part, the unreacted fuel gas and the reacted oxidant gas are adjacent to each other, and the total heat exchange between these fluids is performed efficiently.

【0246】この結果、自己加湿部43の全熱交換部の
役割を一部補完することができ、同全熱交換部の容積を
小さくすることができ、もってより一層コンパクトなス
タックを得ることができる。
As a result, the role of the total heat exchange section of the self-humidifying section 43 can be partially complemented, the volume of the total heat exchange section can be reduced, and a more compact stack can be obtained. it can.

【0247】(第18の実施の形態)図25は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
の要部構成例を模式的に示す縦断面図、図16は本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クにおける電池部42のセパレータ30の構成例を模式
的に示す平面図であり、図12乃至図14と同一要素に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。
(Eighteenth Embodiment) FIG. 25 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of a main part of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment, and FIG. FIG. 15 is a plan view schematically showing a configuration example of a separator 30 of a battery unit 42 in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 1. The same elements as those in FIGS. The description is omitted, and only different portions are described here.

【0248】すなわち、基本的な構成は前記第9の実施
の形態と同様であり、図25および図26に示すよう
に、前記図12乃至図14におけるセパレータ30は、
酸化剤ガスの入口側にその突出部を設ける構成としてい
る。
That is, the basic structure is the same as that of the ninth embodiment. As shown in FIGS. 25 and 26, the separator 30 in FIGS.
The projection is provided on the inlet side of the oxidizing gas.

【0249】ここでは、電池部42の外部に突出したセ
パレータ30は、スタックの下部のみであり、上部には
セパレータ30は張り出していない。
Here, the separator 30 protruding to the outside of the battery part 42 is only the lower part of the stack, and the separator 30 does not protrude from the upper part.

【0250】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第9の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、セパレータ30の突出部分を酸化剤ガスの入口側
に設けていることにより、安定した信頼性の高いスタッ
クを得ることができる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above, the same operation as in the ninth embodiment is obtained, and By providing the protruding portion on the oxidant gas inlet side, a stable and highly reliable stack can be obtained.

【0251】すなわち、スタック下部には、図26に示
すように、酸化剤ガスの入口部が隣接しており、酸化剤
ガスが図示下から上へ向かって流れるようになってい
る。電池内部では、反応が進むにつれてカソード電極側
に水が生成されるが、周囲の雰囲気が水蒸気飽和状態と
なっている場合には生成水は凝縮し、これがカソード電
極に滞留して、反応面にガスが到達し難くなる現象、つ
まりフラッディングと称される現象が生じることが知ら
れている。このフラッディングは、反応ガスの反応面へ
の拡散性を阻害し、電池性能の悪化を引き起こす原因と
なる。
That is, as shown in FIG. 26, the inlet of the oxidizing gas is adjacent to the lower portion of the stack, and the oxidizing gas flows upward from the bottom in the drawing. Inside the battery, water is generated on the cathode electrode side as the reaction proceeds, but when the surrounding atmosphere is in a water vapor saturated state, the generated water condenses and stays on the cathode electrode, and is deposited on the reaction surface. It is known that a phenomenon that gas is difficult to reach, that is, a phenomenon called flooding occurs. This flooding inhibits the diffusibility of the reaction gas to the reaction surface and causes deterioration of battery performance.

【0252】この点、本実施の形態においては、酸化剤
ガスの入口側をセパレータ30の放熱フィンで冷却する
ことにより、入口部から出口部にかけて温度が上昇する
ように温度勾配をつけることができる。当然、酸化剤ガ
スの温度も入口から出口にかけて徐々に上昇することに
なり、この温度上昇につれて、水蒸気分圧が上昇し、酸
化剤ガスへの水蒸気の吸収量がより多くなる。
In this regard, in this embodiment, by cooling the inlet side of the oxidizing gas with the radiation fins of the separator 30, a temperature gradient can be provided so that the temperature increases from the inlet to the outlet. . Naturally, the temperature of the oxidizing gas also gradually increases from the inlet to the outlet. As the temperature increases, the partial pressure of water vapor increases, and the amount of water vapor absorbed by the oxidizing gas increases.

【0253】これにより、反応が進むにしたがって生成
された水も、酸化剤ガス中に吸収できるようになるた
め、生成水の凝縮を防止でき、フラッディングといった
問題を回避することができる。従って、より一層信頼性
の高い電池スタックを得ることができる。
As a result, water generated as the reaction proceeds can also be absorbed into the oxidizing gas, so that condensation of generated water can be prevented, and problems such as flooding can be avoided. Therefore, a more reliable battery stack can be obtained.

【0254】(第19の実施の形態)図27は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
における自己加湿部43のセパレータ50の構成例を模
式的に示す平面図、図28は本実施の形態による固体高
分子電解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部4
2のセパレータ30の構成例を模式的に示す平面図であ
り、図12乃至図14と同一要素には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。
(Nineteenth Embodiment) FIG. 27 is a plan view schematically showing a configuration example of the separator 50 of the self-humidifying portion 43 in the cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment, and FIG. Is a cell unit 4 in the cell stack of the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment.
FIG. 15 is a plan view schematically showing a configuration example of a second separator 30, and the same elements as those in FIGS. 12 to 14 are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted; only different parts will be described here.

【0255】すなわち、基本的な構成は前記第9の実施
の形態と同様であり、図27および図28に示すよう
に、前記図12乃至図14における電池スタックを、単
電池が垂直方向となるように設置し、燃料ガス入口部を
上部に、出口部を下部に配置する構成としている。
That is, the basic structure is the same as that of the ninth embodiment. As shown in FIGS. 27 and 28, the battery stacks shown in FIGS. The fuel gas inlet is located at the top and the outlet is located at the bottom.

【0256】ここでは、電池部42において、アノード
電極側の水の排出をスムーズにするように、垂直方向に
設置された単電池内部の燃料ガスの流れが図示上から下
へ流れるように構成している。
Here, in the battery section 42, the flow of the fuel gas inside the vertically installed unit cells is made to flow from the top to the bottom of the drawing so as to smoothly discharge the water on the anode electrode side. ing.

【0257】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第9の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、積層された単電池が垂直方向となるように設置さ
れ、かつ燃料ガスの入口部が上部に、出口部が下部に配
置されていることにより、安定した信頼性の高い電池ス
タックを得ることができる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment configured as described above, in addition to the same operation as that of the ninth embodiment, the fuel cell is stacked. Since the unit cells are installed in the vertical direction, and the fuel gas inlet is located at the upper part and the outlet is located at the lower part, a stable and highly reliable battery stack can be obtained.

【0258】すなわち、燃料ガスは、電池部42のセパ
レータ30下部の燃料ガス入口側マニホールド孔45b
から流入し、溝10を図示上から下へとリターンフロー
を繰り返しながら流れて反応し、出口側マニホールド孔
45cへと排出される。燃料ガスは、酸化剤ガスに比べ
て流量が少なく、かつ反応によってさらに流量が少なく
なるため、アノード電極側に浸透してきた水が凝縮した
場合、特に負荷変動時のような非定常状態においてよく
見られるが、勢い良く水を押し流すことができない。従
って、下から上へと流した場合には、電池内部に水が滞
留し、各単電池への均等な配流や、安定した燃料ガスの
供給が阻害され、電池の性能に悪影響を及ぼす可能性が
ある。
That is, the fuel gas is supplied to the fuel gas inlet side manifold hole 45b below the separator 30 of the battery section 42.
And flows through the groove 10 while repeating a return flow from the top to the bottom in the drawing to react, and is discharged to the outlet side manifold hole 45c. The flow rate of the fuel gas is smaller than that of the oxidizing gas, and the flow rate is further reduced by the reaction. But cannot flush away the water vigorously. Therefore, when flowing from the bottom to the top, water accumulates inside the battery, which may impede uniform distribution to each unit cell and stable supply of fuel gas, adversely affecting battery performance. There is.

【0259】この点、本実施の形態においては、図28
に示すように、燃料ガスを図示上から下へと流すことに
より、水の排出をスムーズにすることによって、電池内
部での水の滞留を防ぎ、安定した良好な性能を得ること
ができる。従って、より一層信頼性の高い電池スタック
を得ることができる。
In this respect, in the present embodiment, FIG.
As shown in (1), by flowing the fuel gas from the top to the bottom of the figure, the discharge of water is made smooth, thereby preventing the water from staying inside the battery and obtaining stable and good performance. Therefore, a more reliable battery stack can be obtained.

【0260】すなわち、発電時、運転条件によっては、
燃料ガス側に透過してきた生成水が凝縮する可能性があ
るが、出口側において反応による燃料ガスの消費でガス
流量が減少しても、上部から下部へ流れるために、凝縮
水を滞留させずに電池の外部へ排出することができる。
従って、燃料ガス側におけるフラッディングを防止で
き、安定した信頼性の高い電池スタックを得ることがで
きる。
That is, during power generation, depending on the operating conditions,
The generated water that has permeated to the fuel gas side may condense, but even if the gas flow decreases due to the consumption of fuel gas at the outlet side, the condensed water does not stay because it flows from the top to the bottom. Can be discharged outside the battery.
Therefore, flooding on the fuel gas side can be prevented, and a stable and highly reliable battery stack can be obtained.

【0261】(第20の実施の形態)図29は、本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
(Twentieth Embodiment) FIG. 29 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of a main part of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment.

【0262】図29において、スタックは、電池部42
と自己加湿部43とから構成され、エンドプレート33
および締め付けロッド34によって、電池スタック全体
を締め付ける構成としている。
Referring to FIG. 29, the stack is
And a self-humidifying unit 43,
Further, the entire battery stack is fastened by the fastening rod 34.

【0263】電池部42は、金属製の薄板からなるセパ
レータ30を挟んで、単電池31および冷却ジャケット
63を複数個積層してなっている。
The battery section 42 is composed of a plurality of unit cells 31 and a plurality of cooling jackets 63 sandwiching a separator 30 made of a thin metal plate.

【0264】また、電池部42の両端には、集電板32
を設置し、図示しない外部負荷へと接続している。
At both ends of the battery section 42, the current collector 32
And connected to an external load (not shown).

【0265】一方、自己加湿部43は、燃料ガス用の未
反応ガスと既反応ガスとの全熱交換器35と、酸化剤ガ
ス用の未反応ガスと既反応ガスとの全熱交換器36とか
ら構成され、各全熱交換器35,35は未反応ガスが流
れる未反応ガス流路39と既反応ガスが流れる既反応ガ
ス流路40が、水蒸気を選択的に透過する半透過性膜4
1を介して接している。
On the other hand, the self-humidifying section 43 includes a total heat exchanger 35 for the unreacted gas for the fuel gas and the reacted gas, and a total heat exchanger 36 for the unreacted gas for the oxidant gas and the reacted gas. Each of the total heat exchangers 35, 35 includes a semi-permeable membrane through which an unreacted gas flow path 39 through which unreacted gas flows and a reacted gas flow path 40 through which the reacted gas flows through are selectively permeable to water vapor. 4
1 is in contact.

【0266】また、図示左側のエンドプレート33に
は、燃料ガス入口37a、および燃料ガス出口37b、
酸化剤ガス入口38a、および酸化剤ガス出口38bを
それぞれ設けている。
Further, a fuel gas inlet 37a and a fuel gas outlet 37b,
An oxidizing gas inlet 38a and an oxidizing gas outlet 38b are provided, respectively.

【0267】さらに、図示右側のエンドプレート33に
は、冷却媒体入口60、冷却媒体出口61をそれぞれ設
けている。
Furthermore, a cooling medium inlet 60 and a cooling medium outlet 61 are provided on the end plate 33 on the right side in the figure.

【0268】図30は、上記電池部42のセパレータ3
0の構成例を模式的に示す平面図である。
FIG. 30 shows the separator 3 of the battery section 42.
It is a top view which shows the example of a structure of 0 typically.

【0269】図30において、セパレータ30の周辺部
には、酸化剤ガス入口側マニホールド孔46b、酸化剤
ガス出口側マニホールド孔46c、燃料ガス入口側マニ
ホールド孔45b、燃料ガス出口側マニホールド孔45
c、締め付けロッドが通る締め付けロッド用穴47をそ
れぞれ設けている。
In FIG. 30, the oxidizing gas inlet side manifold hole 46b, the oxidizing gas outlet side manifold hole 46c, the fuel gas inlet side manifold hole 45b, and the fuel gas outlet side manifold hole 45 are provided around the separator 30.
c, a fastening rod hole 47 through which the fastening rod passes is provided.

【0270】また、冷却媒体用の入口側マニホールド孔
62a、出口側マニホールド孔62bが開けられてお
り、冷却媒体入口側マニホールド孔62aより流入した
冷却媒体は、溝10を通って冷却媒体出口側マニホール
ド孔62bへと排出されるようになっている。
Further, an inlet-side manifold hole 62a and an outlet-side manifold hole 62b for the cooling medium are opened, and the cooling medium flowing from the cooling-medium inlet-side manifold hole 62a passes through the groove 10 and is passed through the cooling medium outlet-side manifold. It is configured to be discharged to the hole 62b.

【0271】さらに、冷却媒体は集電板32で仕切ら
れ、自己加湿部43には入り込まない構成としている。
Further, the cooling medium is divided by the current collector 32 and does not enter the self-humidifying section 43.

【0272】なお、本実施の形態では、冷却媒体として
水を用いずに、凝固点が0℃以下の電気的に非導電性を
有する液体を用いる場合のシステム構成例について示し
ている。
This embodiment shows an example of a system configuration in the case of using an electrically non-conductive liquid having a freezing point of 0 ° C. or less without using water as a cooling medium.

【0273】図31は、上記自己加湿部43のセパレー
タ50の構成例を模式的に示す平面図である。
FIG. 31 is a plan view schematically showing a configuration example of the separator 50 of the self-humidifying section 43.

【0274】図31において、既反応ガスは、本自己加
湿部43で加湿された水分と生成水とが含まれており、
動作温度に近い温度の通常飽和状態となっている。そし
て、この既反応ガスと未反応ガスが半透過性膜41を介
して接することにより、湿度交換と熱交換とを同時に行
なうようになっている。未反応ガスは、ここで固体高分
子電解質膜に必要な量だけ加湿されて、電池スタックへ
と供給される。
In FIG. 31, the already reacted gas contains the water humidified in the self-humidifying section 43 and the generated water.
It is in a normal saturation state at a temperature close to the operating temperature. When the reacted gas and the unreacted gas come into contact with each other via the semipermeable membrane 41, the humidity exchange and the heat exchange are simultaneously performed. Here, the unreacted gas is humidified by an amount necessary for the solid polymer electrolyte membrane and supplied to the battery stack.

【0275】また、未反応ガスと既反応ガスの全熱交換
を行なうために、両者のマニホールド孔が新たに必要で
ある。
In addition, in order to perform total heat exchange between the unreacted gas and the reacted gas, manifold holes for both are newly required.

【0276】45aは未反応ガスのうち燃料ガス用の入
口側マニホールド孔を示しており、全熱交換された後に
燃料ガス用の出口側マニホールド孔45bへ排出され、
電池部42へ供給される。また、45cは既反応ガスの
燃料ガス用の入口側マニホールド孔を示し、電池部42
から排出されてきた既反応ガスが入口側マニホールド孔
45cより流入し、未反応ガスと全熱交換された後に燃
料ガス用の出口側マニホールド孔45dから排出され
る。
Numeral 45a denotes an inlet-side manifold hole for the fuel gas out of the unreacted gas, which is discharged to the outlet-side manifold hole 45b for the fuel gas after the total heat exchange.
It is supplied to the battery unit 42. Reference numeral 45c denotes an inlet-side manifold hole for the fuel gas of the reacted gas,
The already-reacted gas discharged from the inlet flows into the inlet-side manifold hole 45c, and after being totally exchanged with the unreacted gas, is discharged from the fuel-gas outlet-side manifold hole 45d.

【0277】一方、酸化剤ガス側についても全く同様で
あり、46aは酸化剤ガスの入口側マニホールド孔を、
46dは酸化剤ガスの出口側マニホールド孔をそれぞれ
示している。
On the other hand, the same is true for the oxidizing gas side, and reference numeral 46a denotes a manifold hole on the inlet side of the oxidizing gas,
Reference numeral 46d denotes an outlet side manifold hole for the oxidizing gas.

【0278】なお、各マニホールド孔45b,45c,
46b,46cは、それぞれ電池部42のセパレータ3
0のマニホールド孔と連通している。
Each manifold hole 45b, 45c,
46b and 46c are separators 3 of the battery unit 42, respectively.
It communicates with the 0 manifold hole.

【0279】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、セパレータ30を金属製の薄板で構成し、電池スタ
ックの内部に凝固点が0℃以下でかつ電気的に非導電性
を有する冷却媒体の流路を設けると共に、電池スタック
の一部に既反応ガスに含まれる生成水を未反応ガスの加
湿に利用できるように全熱交換器35,36を設けてい
ることにより、冷却媒体がセパレータ30を透過して反
応部へ浸透する恐れがなくなるため、純水以外の冷却媒
体を使用することができる。
[0279] In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment configured as described above, the separator 30 is formed of a thin metal plate, and the freezing point is 0 ° C or lower inside the battery stack. And a flow path of a cooling medium that is electrically non-conductive, and a total heat exchanger 35, 35 is provided in a part of the battery stack so that generated water contained in the reacted gas can be used for humidifying the unreacted gas. Since the cooling medium is not provided, there is no possibility that the cooling medium permeates through the separator 30 and penetrates into the reaction section. Therefore, a cooling medium other than pure water can be used.

【0280】すなわち、電池スタックは、その用途によ
っては、周辺環境が0℃以下の低温下でも良好に動作す
る必要がある。この場合、冷却媒体として水を用いた場
合には、電池が動作していない時に電池内部の水が凍結
し、特に冷却水マニホールド内やセパレータの溝(流
路)のように水が密閉されたような状態にある箇所にお
いて、凍結時の水の膨張によって電池スタックが破壊さ
れる恐れがある。
That is, depending on the application, the battery stack needs to operate well even at a low ambient temperature of 0 ° C. or lower. In this case, when water is used as the cooling medium, the water inside the battery freezes when the battery is not operating, and the water is sealed particularly in the cooling water manifold or as a groove (flow path) of the separator. In such a state, the battery stack may be broken by expansion of water during freezing.

【0281】この点、、本実施の形態では、セパレータ
30に金属製の薄板を用いていることにより、水以外の
冷却媒体を用いても、カーボンの多孔質体のように反応
部へ冷却媒体が不純物としてしみ出すことはなく、電池
の動作に悪影響を及ぼすことはない。また、凝固点が0
℃以下の水以外の液体を冷却媒体として用いていること
により、寒冷地における使用条件下においても凍結とい
う問題を回避することができる。
In this respect, in the present embodiment, since a metal thin plate is used for the separator 30, even if a cooling medium other than water is used, the cooling medium is transferred to the reaction section like a porous body of carbon. Does not exude as impurities and does not adversely affect the operation of the battery. In addition, the freezing point is 0
By using a liquid other than water at a temperature of not more than ° C as a cooling medium, the problem of freezing can be avoided even under use conditions in a cold region.

【0282】この場合、自己加湿部43には水分が存在
するが、電池の動作中は水蒸気の形で存在し、動作終了
後に温度が下がって凝縮してもその量は僅かであり、流
路やマニホールドを埋めるようなことにはならないた
め、凍結しても大きな問題とはならない。
In this case, moisture exists in the self-humidifying section 43, but exists in the form of water vapor during the operation of the battery. Even if the temperature decreases after the operation is completed, the amount thereof is very small. It doesn't fill the manifold or manifold, so freezing is not a big problem.

【0283】ここで用いる冷却媒体としては、例えばエ
チレングリコール水溶液が、最も一般的である。もちろ
ん、代替フロンのような潜熱を利用したシステムも用い
ることができる。さらに、ヒートポンプの熱源としても
用いることができ、この場合には廃熱を暖房用として用
いたり、また廃熱温度より高温の給湯水を作り出すこと
もできる。
As the cooling medium used here, for example, an ethylene glycol aqueous solution is the most common. Of course, a system using latent heat such as a substitute for chlorofluorocarbon can also be used. Further, it can be used as a heat source of a heat pump. In this case, waste heat can be used for heating or hot water having a temperature higher than the waste heat temperature can be produced.

【0284】また、タックは、自己加湿部43を有して
いることにより、反応で生じた生成水を反応ガスの加湿
に利用するために、これまでのように冷却水を加湿源と
する必要がなく、また新たな加湿源を加える必要もない
ため、システムを単純化できると共に、低コストかつコ
ンパクト化することができる。
Further, since the tack has the self-humidifying section 43, it is necessary to use cooling water as a humidifying source as before so that water generated by the reaction is used for humidifying the reaction gas. Since there is no need to add a new humidification source, the system can be simplified, and the cost and size can be reduced.

【0285】上述したように、本実施の形態の電池スタ
ックを備えた固体高分子電解質型燃料電池では、セパレ
ータ30を金属で構成しているので、冷却媒体がセパレ
ータ30を透過して反応部へ浸透する恐れがなくなるた
め、純水以外の冷却媒体の使用が可能となる。従って、
冷却媒体を自由に選択できるため、冷却媒体の凝固点が
0℃以下のものを用いると、寒冷地における凍結という
問題が防止でき、信頼性の高い電池スタックを得ること
ができる。
As described above, in the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment, since the separator 30 is made of metal, the cooling medium permeates the separator 30 to the reaction section. Since there is no risk of permeation, a cooling medium other than pure water can be used. Therefore,
Since the cooling medium can be freely selected, the use of a cooling medium having a freezing point of 0 ° C. or lower can prevent the problem of freezing in a cold region, and can provide a highly reliable battery stack.

【0286】また、反応で生じた生成水を反応ガスの加
湿に利用しているので、新たな加湿源となる水が必要な
くなるため、システムを単純化でき、低コストでコンパ
クトな電池スタックを得ることができる。
Further, since the water generated by the reaction is used for humidifying the reaction gas, it is not necessary to use water as a new humidification source, so that the system can be simplified and a low-cost and compact battery stack can be obtained. be able to.

【0287】(第21の実施の形態)本実施の形態の基
本的な構成は前記第20の実施の形態と同様であり、前
記第20の実施の形態におけるセパレータ30の表面
に、腐食によって不動態膜が形成されるのを防止するた
めに、耐食性かつ導電性を有するコーティングを施す構
成としている。
(Twenty-first Embodiment) The basic configuration of the present embodiment is the same as that of the twentieth embodiment, and the surface of the separator 30 in the twentieth embodiment is not affected by corrosion. In order to prevent the formation of a dynamic film, a coating having corrosion resistance and conductivity is applied.

【0288】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第9の実施の形態と同様の作用を奏するのに加
えて、金属製のセパレータ30の表面に、導電性でしか
も耐食性を有するコティング施していることにより、セ
パレータ30表面における絶縁性の酸化物の形成を防止
できるため、接触抵抗の増大を防ぐことができ、長時間
に渡って安定した性能を得ることができる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above, the same operation as in the ninth embodiment can be obtained, and in addition, By providing a conductive and corrosion-resistant coating on the surface of the separator 30, the formation of an insulating oxide on the surface of the separator 30 can be prevented, so that an increase in contact resistance can be prevented, and over a long period of time. And stable performance can be obtained.

【0289】従って、セパレータ30にとってはかなり
過酷な状態である電池内部においても、耐食性のコーテ
ィングによって、長時間に渡ってより安定した性能を得
ると共に、より一層低コストのセパレータ30を得るこ
とができる。
Therefore, even in the battery, which is in a severe condition for the separator 30, a more stable performance can be obtained over a long period of time and the separator 30 can be obtained at a lower cost by the corrosion-resistant coating. .

【0290】(第22の実施の形態)図32は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
の要部構成例を模式的に示す縦断面図、図33は本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クにおける電池部42のセパレータ30の構成例を模式
的に示す平面図、図34は本実施の形態による固体高分
子電解質型燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部
43のセパレータ50の構成例を模式的に示す平面図で
あり、図29乃至図31と同一要素には同一符号を付し
てその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ
述べる。
(Twenty-second Embodiment) FIG. 32 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of a main part of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to this embodiment, and FIG. FIG. 34 is a plan view schematically showing a configuration example of a separator 30 of a battery unit 42 in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention. 32 is a plan view schematically showing a configuration example of a separator 50 of a part 43. The same elements as those in FIGS. 29 to 31 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Only different parts will be described here.

【0291】すなわち、基本的な構成は前記第20の実
施の形態と同様であり、図32乃至図34に示すよう
に、図29乃至図31における全熱交換手段を、未反応
の酸化剤ガスと既反応の酸化剤ガスを半透過性の膜41
を介して接触させる構成としている。
That is, the basic structure is the same as that of the twentieth embodiment. As shown in FIGS. 32 to 34, the total heat exchange means in FIGS. And a semi-permeable membrane 41 of oxidant gas that has already reacted
The contact is made via the.

【0292】ここでは、燃料ガス側の全熱交換器がない
構成としている。
Here, the configuration is such that there is no total heat exchanger on the fuel gas side.

【0293】これは、酸化剤ガスと燃料ガスの流量比率
は、圧倒的に酸化剤ガスの方が大きく、また生成水はカ
ソード電極である酸化剤ガス側に排出されるために、酸
化剤ガスだけを全熱交換することによって、ほぼ目的と
する性能が得られることになるからである。
This is because the flow rate ratio of the oxidizing gas to the fuel gas is overwhelmingly larger for the oxidizing gas, and the generated water is discharged to the oxidizing gas side serving as the cathode electrode. This is because by performing only total heat exchange, almost the desired performance can be obtained.

【0294】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第20の実施の形態と同様の作用を奏するのに
加えて、全熱交換手段として、未反応酸化剤ガスと既反
応酸化剤ガスとの全熱交換手段を設けていることによ
り、十分な反応ガスの加湿を行なうことができる。
The solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above has the same operation as that of the twentieth embodiment, and also has the effect of total heat exchange. By providing a means for exchanging total heat between the unreacted oxidant gas and the reacted oxidant gas as a means, it is possible to sufficiently humidify the reactive gas.

【0295】すなわち、酸化剤ガス入口側マニホールド
孔46aから流入した未反応酸化剤ガスは、既反応ガス
と全熱交換された後に酸化剤ガス出口側マニホールド孔
46bへ排出され、電池部42のマニホールド孔46b
へ流入する。電池部42においてマニホールド孔46b
へ排出された既反応ガスは、自己加湿部43においてマ
ニホールド孔46cから流入し、未反応ガスと全熱交換
後にマニホールド孔46dへと排出される。
That is, the unreacted oxidant gas flowing from the oxidant gas inlet-side manifold hole 46a is exhausted to the oxidant gas outlet-side manifold hole 46b after being completely heat-exchanged with the already-reacted gas. Hole 46b
Flows into In the battery part 42, the manifold hole 46b
The reacted gas discharged into the manifold hole 46c in the self-humidifying section 43 flows into the manifold hole 46d after exchanging heat with unreacted gas.

【0296】一方、燃料ガスは、自己加湿部43におい
ては全熱交換されずに、未反応燃料ガスは自己加湿部4
3の燃料ガス入口側マニホールド孔45aから流入し、
直接電池部42の入口側マニホールド孔45aへ導か
れ、反応後に電池部42および自己加湿部43の出口側
マニホールド孔45bへ排出される。
On the other hand, the fuel gas is not subjected to total heat exchange in the self-humidifying section 43, and the unreacted fuel gas is
3, from the fuel gas inlet side manifold hole 45a,
It is guided directly to the inlet side manifold hole 45a of the battery part 42, and after the reaction, is discharged to the battery side 42 and the outlet side manifold hole 45b of the self-humidifying part 43.

【0297】このように、自己加湿部43の燃料ガス全
熱交換部が不要となり、また自己加湿部43の加湿部セ
パレータ50のマニホールド孔が少なくなるため、より
一層電池スタックをコンパクト化することができる。
As described above, the fuel gas total heat exchange section of the self-humidifying section 43 becomes unnecessary, and the manifold holes of the humidifying section separator 50 of the self-humidifying section 43 are reduced, so that the cell stack can be made more compact. it can.

【0298】すなわち、酸化剤ガスは燃料ガスよりも多
量に供給されるため、電池内部の水蒸気量は主に酸化剤
ガスに含まれる水蒸気量によって制御される。さらに、
生成水は酸化剤ガス側に排出されるため、酸化剤ガスだ
けを全熱交換することによって、実用上十分に反応ガス
を加湿することができる。これにより、より一層コンパ
クトな電池スタックを得ることができる。
That is, since the oxidizing gas is supplied in a larger amount than the fuel gas, the amount of water vapor in the battery is controlled mainly by the amount of water vapor contained in the oxidizing gas. further,
Since the generated water is discharged to the oxidizing gas side, the reaction gas can be practically sufficiently humidified by exchanging total heat only with the oxidizing gas. Thus, a more compact battery stack can be obtained.

【0299】また、電池部42においても、自己加湿部
43のコンパクト化に応じて、冷却媒体用の入口側マニ
ホールド孔62aおよび出口側マニホールド孔62b
を、セパレータ30の下部に配置していることにより、
セパレータ30の大きさをより一層小さくすることがで
き、電池スタックのより一層のコンパクト化を図ること
ができる。
Also in the battery section 42, the inlet-side manifold hole 62a and the outlet-side manifold hole 62b for the cooling medium correspond to the miniaturization of the self-humidifying section 43.
Is arranged below the separator 30,
The size of the separator 30 can be further reduced, and the battery stack can be further reduced in size.

【0300】(第23の実施の形態)図35は本実施の
形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタック
の要部構成例を模式的に示す縦断面図、図36は本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クにおける電池部42のセパレータ30の構成例を模式
的に示す平面図であり、図29乃至図31と同一要素に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。
(Twenty-third Embodiment) FIG. 35 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of a main part of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to this embodiment, and FIG. FIG. 32 is a plan view schematically showing a configuration example of a separator 30 of a battery unit 42 in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 1; and the same elements as those in FIGS. The description is omitted, and only different portions are described here.

【0301】すなわち、基本的な構成は前記第20の実
施の形態と同様であり、図35および図36に示すよう
に、図29乃至図31における冷却媒体の入口マニホー
ルド孔62aおよび出口マニホールド孔62bの内部
に、セパレータ30の一部を突出させる(セパレータ突
出部64)構成としている。
That is, the basic structure is the same as that of the twentieth embodiment. As shown in FIGS. 35 and 36, the inlet manifold hole 62a and the outlet manifold hole 62b for the cooling medium shown in FIGS. , A part of the separator 30 is protruded (separator protrusion 64).

【0302】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第20の実施の形態と同様の作用を奏するのに
加えて、冷却媒体のマニホールド孔62a,62b内に
セパレータ30の一部を突出させていることにより、セ
パレータ30と冷却媒体との伝熱面積を増加させて、冷
却効率を上げることができる。これにより、積層された
単電池31間に挿入していた冷却媒体流路を省略するこ
とができ、電池スタックを大幅にコンパクト化すること
ができる。
[0302] The solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above has the same functions as those of the twentieth embodiment, and in addition to the effects of the cooling medium. By projecting a part of the separator 30 into the manifold holes 62a and 62b, the heat transfer area between the separator 30 and the cooling medium can be increased, and the cooling efficiency can be increased. Thereby, the cooling medium passage inserted between the stacked unit cells 31 can be omitted, and the battery stack can be significantly reduced in size.

【0303】すなわち、セパレータ突出部64がない場
合には、セパレータ30から冷却媒体への伝熱面積がマ
ニホールドの周囲長さとセパレータ30の肉厚部分とを
掛け合わせただけであるのに対して、セパレータ突出部
64の面積が加算されることになり、伝熱面積を大幅に
拡大することができる。これにより、セパレータ30か
ら冷却媒体への伝熱量を多くすることができ、熱伝導率
が高い金属製のセパレータ30−を用いることにより、
図36に示すように、積層された単電池31の間に冷却
媒体の流路を設けなくても、スタックの冷却を十分に行
なうことができる。従って、電池スタックを大幅にコン
パクト化することができる。
That is, when there is no separator projecting portion 64, the heat transfer area from the separator 30 to the cooling medium is simply obtained by multiplying the peripheral length of the manifold by the thick portion of the separator 30. The area of the separator protrusion 64 is added, and the heat transfer area can be greatly increased. Thereby, the amount of heat transfer from the separator 30 to the cooling medium can be increased, and by using the metal separator 30-having a high thermal conductivity,
As shown in FIG. 36, the stack can be sufficiently cooled without providing a cooling medium flow path between the stacked unit cells 31. Therefore, the battery stack can be significantly reduced in size.

【0304】なお、上記セパレータ突出部64は、図3
6に示すような形状のものに限られるわけではなく、突
起状のものやメッシュ状のものであっても構わない。
Note that the separator projecting portion 64 is
The shape is not limited to the shape shown in FIG. 6, but may be a protrusion or a mesh.

【0305】(第24の実施の形態)本実施の形態の基
本的な構成は前記第20乃至第23の実施の形態と同様
であり、前記冷却媒体の流路に、電気絶縁性を有するコ
ーティングを施す構成としている。
(Twenty-fourth Embodiment) The basic structure of this embodiment is the same as that of the twentieth to twenty-third embodiments, and the flow path of the cooling medium is coated with an electrically insulating coating. Is applied.

【0306】ここでは、前記図33の実施の形態におけ
る冷却媒体入口側マニホールド孔62aおよび出口側マ
ニホールド孔62b内の冷却媒体に接触する箇所に、電
気絶縁性を有するコーティングを施す構成としている。
Here, in the embodiment of FIG. 33, a coating having electrical insulation properties is applied to portions of the cooling medium inlet side manifold hole 62a and outlet side manifold hole 62b which come into contact with the cooling medium.

【0307】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第20乃至第23の実施の形態と同様の作用を
奏するのに加えて、冷却媒体入口側マニホールド孔62
aおよび出口側マニホールド孔62b内の冷却媒体に接
触する箇所に、電気絶縁性を有するコーティングを施し
ていることにより、より一層信頼性の高い電池スタック
を得ることができる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above, the same operation as in the twentieth to twenty-third embodiments can be obtained. Cooling medium inlet side manifold hole 62
By providing an electrically insulating coating on the portion a and the outlet side manifold hole 62b which comes into contact with the cooling medium, a more reliable battery stack can be obtained.

【0308】すなわち、冷却媒体の種類によっては、電
気絶縁性の悪い冷却媒体やまた導電性の冷却媒体も存在
し、このような冷却媒体を用いると電池が短絡し、冷却
媒体として用いることができない。また、電気絶縁性を
有する冷却媒体を用いた場合でも、冷却媒体の中にイオ
ン等の不純物が混入して、絶縁性が悪化し、短絡という
事故につながる恐れもある。
That is, depending on the type of the cooling medium, there are also a cooling medium having poor electric insulation and a conductive cooling medium. If such a cooling medium is used, the battery is short-circuited and cannot be used as the cooling medium. . In addition, even when a cooling medium having an electrical insulation property is used, impurities such as ions may be mixed in the cooling medium, thereby deteriorating the insulation property and possibly causing a short circuit.

【0309】この点、本実施の形態では、冷却媒体が接
する箇所に電気絶縁性を有するコーティングを施してい
ることにより、どのような冷却媒体に対しても、短絡と
いう事故を防止することができ、より一層信頼性の高い
電池スタックを得ることができる。
In this respect, in the present embodiment, since a coating having electrical insulation is applied to a portion where the cooling medium is in contact, it is possible to prevent an accident of short-circuiting with any cooling medium. Thus, a more reliable battery stack can be obtained.

【0310】(第25の実施の形態)図37は、本実施
の形態による固体高分子電解質型燃料電池の電池スタッ
クにおける電池部カソード電極側のセパレータの構成例
を模式的に示す平面図である。
(Twenty-Fifth Embodiment) FIG. 37 is a plan view schematically showing a configuration example of a separator on the cathode side of a cell in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to this embodiment. .

【0311】図37において、展延性を有する金属製の
薄板からなるセパレータ70には、締め付け用ロッドが
通る締め付けロッド用穴71、燃料ガス入口側マニホー
ルド孔72a、および燃料ガス出口側マニホールド孔7
2bを設けてあり、燃料ガスはカソード電極側ではシー
ルされている。
In FIG. 37, a separator 70 made of a thin metal plate having extensibility has a fastening rod hole 71 through which a fastening rod passes, a fuel gas inlet side manifold hole 72a, and a fuel gas outlet side manifold hole 7.
2b is provided, and the fuel gas is sealed on the cathode electrode side.

【0312】ここで、セパレータ70の肉厚としては、
通常0.3mm〜1mm程度が好ましい。そして、この
程度の肉厚でも、金属製の板を用いることにより、強度
的に十分強い、しかもガスシール性が良いセパレータを
得ることができる。
Here, the thickness of the separator 70 is
Usually, about 0.3 mm to 1 mm is preferable. Even with such a thickness, a separator having sufficiently strong strength and good gas sealing properties can be obtained by using a metal plate.

【0313】また、セパレータ70には、酸化剤ガス入
口側マニホールド孔73a、および酸化剤ガス出口側マ
ニホールド孔73bを設けており、酸化剤ガスは、酸化
剤ガス入口側マニホールド孔73aから流出し、セパレ
ータ70の中央部に設けられた酸化剤ガス用サーペンタ
イン状の流路(溝)74を通って反応面に供給され、既
反応ガスとして、酸化剤ガス出口側マニホールド孔73
bへ排出されるようになっている。
Further, the separator 70 is provided with an oxidizing gas inlet side manifold hole 73a and an oxidizing gas outlet side manifold hole 73b. The oxidizing gas flows out of the oxidizing gas inlet side manifold hole 73a. The gas is supplied to the reaction surface through a serpentine flow path (groove) 74 for oxidizing gas provided at the center of the separator 70, and is supplied as an oxidizing gas outlet side manifold hole 73 as a reacted gas.
b.

【0314】なお、セパレータ70は、酸化剤ガス用サ
ーペンタイン流路74が設けられた中央部から大きく張
り出し、空冷用のフィンとしても利用されるようになっ
ている。
The separator 70 protrudes greatly from the center where the oxidant gas serpentine flow path 74 is provided, and is used as a fin for air cooling.

【0315】図38は、本実施の形態による固体高分子
電解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部アノー
ド電極側のセパレータの構成例を模式的に示す平面図で
あり、図37で示した面の裏面に相当するアノード電極
面の平面図を示している。なお、図37と同一要素には
同一符号を付して示している。
FIG. 38 is a plan view schematically showing a configuration example of the separator on the anode side of the cell in the cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment. FIG. 3 shows a plan view of an anode electrode surface corresponding to a back surface. The same elements as those in FIG. 37 are denoted by the same reference numerals.

【0316】図38において、燃料ガスは、セパレータ
70に設けられた燃料ガス入口側マニホールド孔72a
から流入し、セパレータ70の中央部に設けられた燃料
ガス用サーペンタイン状の流路(溝)75を通って反応
面に供給され、既反応ガスとして、燃料ガス出口側マニ
ホールド孔72bへ排出されるようになっている。
In FIG. 38, the fuel gas is supplied to the fuel gas inlet side manifold hole 72a provided in the separator 70.
And is supplied to the reaction surface through a fuel gas serpentine-like flow path (groove) 75 provided at the center of the separator 70, and is discharged as a reacted gas to the fuel gas outlet side manifold hole 72b. It has become.

【0317】図39は、本実施の形態による固体高分子
電解質型燃料電池の電池スタックの要部構成例を模式的
に示す縦断面図である。
FIG. 39 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of a main part of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment.

【0318】図39において、固体高分子電解質膜76
とこの固体高分子電解質膜76を挟んで配置されたアノ
ード電極77およびカソード電極78とから、反応ガス
である燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応によ
り電気的出力を発生する単電池を構成し、さらにこの単
電池を上記セパレータ70を介して複数個積層して電池
スタックを構成している。
In FIG. 39, the solid polymer electrolyte membrane 76
And an anode electrode 77 and a cathode electrode 78 disposed with the solid polymer electrolyte membrane 76 interposed therebetween to constitute a unit cell that generates an electric output by an electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidizing gas as reaction gases. Further, a plurality of the unit cells are stacked with the separator 70 interposed therebetween to form a battery stack.

【0319】また、セパレータ70の両面には、プレス
加工により成形された燃料ガス用サーペンタイン流路
(溝)79、酸化剤ガス用サーペンタイン流路(溝)8
0を設けており、さらにこれらの溝が形成されたセパレ
ータ70中央部分の周囲には、シート状のシール部材8
1を配置している。
On both surfaces of the separator 70, serpentine channels (grooves) 79 for fuel gas and serpentine channels (grooves) 8 for oxidizing gas formed by press working.
0, and a sheet-like sealing member 8 is provided around the center of the separator 70 in which these grooves are formed.
1 is arranged.

【0320】なお、燃料ガス用サーペンタイン流路
(溝)79、酸化剤ガス用サーペンタイン流路(溝)8
0の山の高さは、基材の厚みよりも高くなっているが、
これは展延性を有する基材を用いてプレス加工によって
谷を形成した際に、谷に相当する部分に存在した基材が
押し込まれて、サイドに盛り上がったことにより高くな
ったものであり、結果的にこの部分も溝の一部として利
用することができる。
The serpentine flow path (groove) 79 for fuel gas and the serpentine flow path (groove) 8 for oxidant gas
The height of the peak of 0 is higher than the thickness of the base material,
This is due to the fact that when a valley was formed by press working using a base material having extensibility, the base material that existed in the portion corresponding to the valley was pushed in and swelled to the side, resulting in an increase. This part can also be used as a part of the groove.

【0321】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、セパレータ70に展延性を有する金属製の薄板を用
い、そのほぼ中央部分に薄板の厚みよりも浅い複数の燃
料ガス用サーペンタイン流路(溝)79、酸化剤ガス用
サーペンタイン流路(溝)80を設けると共に、その周
辺部にシート状のシール部材81を配置していることに
より、薄いセパレータ70に十分な強度を持たせ、また
反応ガスがセパレータ70を透過することを防止するこ
とができ、さらに生成水を効率よく電池外部に排出する
ことができる。
In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment configured as described above, a spreadable metal thin plate is used for the separator 70, and the thin plate By providing a plurality of serpentine flow channels (grooves) 79 for fuel gas and a oxidant gas serpentine flow channel (groove) 80 which are shallower than the thickness, and by disposing a sheet-shaped seal member 81 around the periphery thereof, The thin separator 70 can have sufficient strength, can prevent the reaction gas from passing through the separator 70, and can efficiently discharge the generated water to the outside of the battery.

【0322】また、溝の深さは薄板の厚みよりも浅いた
めに、プレス加工によっても、両面に形成された溝同志
がお互い干渉しないように、すなわち溝を形成する面と
は反対側の面には変形を生じないように、サーペンタイ
ン状の溝を形成することができる。
Since the depth of the groove is shallower than the thickness of the thin plate, the grooves formed on both surfaces do not interfere with each other even by press working, that is, the surface opposite to the surface on which the groove is formed. Can be formed with a serpentine-shaped groove so as not to be deformed.

【0323】さらに、プレスによる溝の形成に伴なって
押し退けられた部分は、溝の両側が均等に盛り上がるよ
うに変形するため、結果的にこの部分も溝の一部として
利用することができる。これにより、大量生産に向く、
低コストでかつシンプルな構成、しかもコンパクトな電
池スタックを得ることが可能となる。
Further, the portion pushed away by the formation of the groove by pressing is deformed so that both sides of the groove are evenly raised, so that this portion can also be used as a part of the groove. This is suitable for mass production,
It is possible to obtain a low-cost and simple configuration and a compact battery stack.

【0324】なお、本実施の形態の構成は前述のものに
限定されるものではなく、カソード電極側とアノード電
極側のセパレータを分割し、片面のみにプレス加工によ
ってサーペンタイン状の流路(溝)を形成し、これらを
組み合わせたものを使用するようにしても、同様の作用
効果が得られることは言うまでもない。
The configuration of the present embodiment is not limited to the above-described one. The separator on the cathode electrode side and the separator on the anode electrode side are divided, and only one side is pressed to form a serpentine-like flow path (groove). It is needless to say that the same function and effect can be obtained by using a combination of these.

【0325】また、空冷の他に、冷却水による冷却、水
以外の冷却媒体による冷却ももちろん可能である。
In addition to the air cooling, cooling with cooling water and cooling with a cooling medium other than water are of course also possible.

【0326】(第26の実施の形態)本実施の形態の基
本的な構成は前記第25の実施の形態と同様であり、前
記第25の実施の形態におけるセパレータ70を構成す
る展延性を有する金属製の薄板として、熱伝導率がよく
かつ低コストな材料である、銅系の金属板、またはアル
ミニウム系の金属板を用いる構成としている。
(Twenty-Sixth Embodiment) The basic structure of this embodiment is the same as that of the twenty-fifth embodiment, and has the extensibility that constitutes the separator 70 of the twenty-fifth embodiment. As the metal thin plate, a copper-based metal plate or an aluminum-based metal plate, which is a material having good thermal conductivity and low cost, is used.

【0327】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第25の実施の形態と同様の作用を奏するのに
加えて、展延性を有する金属製の薄板に、銅系またはア
ルミニウム系の金属板を用いていることにより、これら
の金属板は特に展延性があり、プレス加工を容易に行な
うことができる。
[0327] The solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of the present embodiment configured as described above has the same effect as the twenty-fifth embodiment, and also has an excellent spreadability. By using a copper-based or aluminum-based metal plate as the metal thin plate, these metal plates are particularly extensible and can be easily pressed.

【0328】また、熱伝導性が良好であるため、電池ス
タックの冷却をより一層効率的に行なうことができる。
Further, since the thermal conductivity is good, the cooling of the battery stack can be performed more efficiently.

【0329】さらに、これらの金属は金額的に安いた
め、低コストな電池スタックを得ることができる。
Further, since these metals are inexpensive, a low-cost battery stack can be obtained.

【0330】これにより、金属製のセパレータ70をよ
り一層薄くすることができ、電池スタックのコンパクト
化が可能になると共に、長時間の使用においても電圧の
低下のない、信頼性の高い電池スタックを得ることがで
きる。
As a result, the thickness of the metal separator 70 can be further reduced, the battery stack can be made compact, and a highly reliable battery stack that does not decrease in voltage even when used for a long time. Obtainable.

【0331】(第27の実施の形態)本実施の形態の基
本的な構成は前記第25の実施の形態と同様であり、前
記第25の実施の形態におけるセパレータ70を構成す
る展延性を有する金属製の薄板の表面に、耐食性かつ導
電性を有するコーティングを施す構成としている。
(Twenty-Seventh Embodiment) The basic configuration of this embodiment is the same as that of the twenty-fifth embodiment, and has the extensibility that constitutes the separator 70 of the twenty-fifth embodiment. The configuration is such that a coating having corrosion resistance and conductivity is applied to the surface of a thin metal plate.

【0332】以上のように構成した本実施の形態の電池
スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池において
は、前記第25の実施の形態と同様の作用を奏するのに
加えて、展延性を有する金属製の薄板に、耐食性かつ導
電性を有するコーティングを施していることにより、金
属の酸化皮膜である不動態の形成を阻止でき、長時間に
渡ってより安定した出力を得ると共に、低コストのセパ
レータを得ることができる。
The solid polymer electrolyte fuel cell provided with the battery stack of this embodiment configured as described above has the same effects as those of the twenty-fifth embodiment, and in addition, has an excellent spreadability. By applying a corrosion-resistant and conductive coating to the metal thin plate, it is possible to prevent the formation of the passivation, which is a metal oxide film, to obtain a more stable output over a long period of time and to reduce the cost. Can be obtained.

【0333】これにより、金属製のセパレータ70をよ
り一層薄くすることができ、電池スタックを備えたスタ
ックのコンパクト化が可能になると共に、長時間の使用
においても電圧の低下のない、信頼性の高い電池スタッ
クを得ることができる。
As a result, the thickness of the metal separator 70 can be further reduced, and the stack including the battery stack can be made compact. A high battery stack can be obtained.

【0334】[0334]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体高分
子電解質型燃料電池によれば、コンパクトで軽量かつ量
産性のある低コストな電池スタックを得ることが可能と
なる。
As described above, according to the solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention, it is possible to obtain a compact, lightweight, mass-productive and low-cost cell stack.

【0335】また、金属製のセパレータは、薄くても十
分な強度を保持し、またシール性が良いため、反応ガス
がセパレータを透過することを防止でき、信頼性の高い
電池スタックを得ることが可能となる。
Further, since the metal separator maintains sufficient strength even when it is thin and has good sealing properties, it is possible to prevent the reaction gas from permeating through the separator, and to obtain a highly reliable battery stack. It becomes possible.

【0336】さらに、金属製の薄板からなるセパレータ
の表面に、耐食性かつ導電性を有するコーティングを施
して、金属表面の酸化による不動態膜の成長を防止で
き、長時間に渡り安定した性能を維持できる電池スタッ
クを得ることが可能となる。
Further, a corrosion-resistant and conductive coating is applied to the surface of the metal separator to prevent the growth of a passive film due to oxidation of the metal surface and maintain stable performance for a long time. A battery stack that can be obtained can be obtained.

【0337】また、熱伝導率の高い金属製のセパレータ
を放熱フィンと兼用して、空冷化を可能とすると共に、
未反応ガスと既反応ガスとの全熱交換手段を電池スタッ
クの一部に配置して、シンプル、コンパクトかつメンテ
ナンスが容易な電池スタックを得ることが可能となる。
Further, a metal separator having high thermal conductivity is used also as a radiation fin to enable air cooling,
By disposing the total heat exchange means between the unreacted gas and the reacted gas in a part of the battery stack, it is possible to obtain a simple, compact, and easy-to-maintain battery stack.

【0338】さらに、シール性の高い金属製のセパレー
タの性質を利用して、水以外の凝固点が0℃以下の液体
を冷却媒体として利用することができるため、0℃以下
の環境条件においても、良好な動作特性を示す信頼性の
高い電池スタックを得ることが可能となる。
Further, by utilizing the properties of a metal separator having a high sealing property, a liquid having a freezing point of 0 ° C. or less other than water can be used as a cooling medium. It is possible to obtain a highly reliable battery stack exhibiting good operation characteristics.

【0339】以上により、電池スタックの基本構成要素
であるセパレータを薄くし、かつ強度、流体の不透過性
に優れた材料で構成して、コンパクト化、軽量化、シス
テムの簡略化、ならびに低コスト化を図ることができ、
また反応ガスを加湿するために必要な冷却水を不要とし
て、システムの信頼性、およびメンテナンス性の向上を
図ることが可能となる。
As described above, the separator, which is a basic component of the battery stack, is made thinner and made of a material having excellent strength and fluid impermeability, thereby achieving compactness, light weight, simplified system, and low cost. Can be planned,
In addition, the cooling water required for humidifying the reaction gas is not required, so that the reliability and maintenance of the system can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の電
池スタックの第1の実施の形態を示す縦断面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図2】同第1の実施の形態の固体高分子電解質型燃料
電池の電池スタックにおけるセパレータの構成例を示す
平面図。
FIG. 2 is a plan view showing a configuration example of a separator in the cell stack of the polymer electrolyte fuel cell according to the first embodiment.

【図3】本発明の第2の実施の形態の固体高分子電解質
型燃料電池の電池スタックにおけるセパレータの構成例
を示す平面図。
FIG. 3 is a plan view showing a configuration example of a separator in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の電
池スタックの第3の実施の形態を示す縦断面図。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a third embodiment of the cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図5】本発明の第4の実施の形態の固体高分子電解質
型燃料電池の電池スタックにおけるセパレータの構成例
を示す平面図。
FIG. 5 is a plan view showing a configuration example of a separator in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施の形態の固体高分子電解質
型燃料電池の電池スタックにおけるセパレータの構成例
を示す縦断面図。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a separator in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施の形態の固体高分子電解質
型燃料電池の電池スタックにおけるセパレータ近傍の構
成例を示す縦断面。
FIG. 7 is a longitudinal section showing a configuration example near a separator in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6の実施の形態の固体高分子電解質
型燃料電池の電池スタックにおけるセパレータの構成例
を示す拡大断面図。
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration example of a separator in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第7の実施の形態の固体高分子電解質
型燃料電池の電池スタックにおけるカソード電極側のシ
ート状シール部材の構成例を示す平面図。
FIG. 9 is a plan view showing a configuration example of a sheet-shaped sealing member on a cathode electrode side in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a seventh embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第7の実施の形態の固体高分子電解
質型燃料電池の電池スタックにおける電池構成部の一例
を示す縦断面図。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing an example of a battery component in a battery stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a seventh embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第8の実施の形態の固体高分子電解
質型燃料電池の電池スタックにおけるカソード電極側の
シート状シール部材の構成例を示す平面図。
FIG. 11 is a plan view showing a configuration example of a sheet-shaped sealing member on a cathode electrode side in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to an eighth embodiment of the present invention.

【図12】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第9の実施の形態を示す縦断面図。
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a ninth embodiment of the cell stack of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図13】同第9の実施の形態の固体高分子電解質型燃
料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセパレータ
の構成例を示す平面図。
FIG. 13 is a plan view showing a configuration example of a separator of a self-humidifying unit in the cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth embodiment.

【図14】同第9の実施の形態の固体高分子電解質型燃
料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの構
成例を示す平面図。
FIG. 14 is a plan view showing a configuration example of a separator of a battery unit in a cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth embodiment.

【図15】本発明の第11の実施の形態の固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセ
パレータの構成例を示す平面図。
FIG. 15 is a plan view showing a configuration example of a separator of a self-humidifying unit in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図16】同第11の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。
FIG. 16 is a plan view showing a configuration example of a separator of a battery unit in a cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the eleventh embodiment.

【図17】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第11の実施の形態を示す縦断面図。
FIG. 17 is a longitudinal sectional view showing an eleventh embodiment of a cell stack of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図18】本発明の第12の実施の形態の固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセ
パレータの構成例を示す平面図。
FIG. 18 is a plan view showing a configuration example of a separator of a self-humidifying unit in a cell stack of a polymer electrolyte fuel cell according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図19】同第12の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。
FIG. 19 is a plan view showing a configuration example of a separator of a battery unit in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a twelfth embodiment.

【図20】本発明の第14の実施の形態の固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレ
ータの構成例を示す平面図。
FIG. 20 is a plan view showing a configuration example of a separator of a battery unit in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【図21】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第15の実施の形態を示す縦断面図。
FIG. 21 is a longitudinal sectional view showing a fifteenth embodiment of the cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図22】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第16の実施の形態を示す縦断面図。
FIG. 22 is a longitudinal sectional view showing a sixteenth embodiment of the cell stack of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図23】本発明の第17の実施の形態の固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセ
パレータの構成例を示す平面図。
FIG. 23 is a plan view showing a configuration example of a separator of a self-humidifying unit in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a seventeenth embodiment of the present invention.

【図24】同第17の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。
FIG. 24 is a plan view showing a configuration example of a separator of a battery unit in the cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the seventeenth embodiment.

【図25】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第18の実施の形態を示す縦断面図。
FIG. 25 is a longitudinal sectional view showing an eighteenth embodiment of the cell stack of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図26】同第18の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。
FIG. 26 is a plan view showing a configuration example of a separator of a battery unit in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the eighteenth embodiment.

【図27】本発明の第19の実施の形態の固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセ
パレータの構成例を示す平面図。
FIG. 27 is a plan view showing a configuration example of a separator of a self-humidifying unit in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to a nineteenth embodiment of the present invention.

【図28】同第19の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。
FIG. 28 is a plan view showing a configuration example of a separator of a battery unit in the cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the nineteenth embodiment.

【図29】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第20の実施の形態を示す縦断面図。
FIG. 29 is a longitudinal sectional view showing a twentieth embodiment of a cell stack of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図30】同第20の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。
FIG. 30 is a plan view showing a configuration example of a separator of a battery unit in the cell stack of the polymer electrolyte fuel cell according to the twentieth embodiment.

【図31】同第20の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセパレー
タの構成例を示す平面図。
FIG. 31 is a plan view showing a configuration example of a separator of a self-humidifying unit in the cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the twentieth embodiment.

【図32】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第22の実施の形態を示す縦断面図。
FIG. 32 is a longitudinal sectional view showing a twenty-second embodiment of the cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図33】同第22の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。
FIG. 33 is a plan view showing a configuration example of a separator of a battery unit in a battery stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the twenty-second embodiment.

【図34】同第22の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける自己加湿部のセパレー
タの構成例を示す平面図。
FIG. 34 is a plan view showing a configuration example of a separator of a self-humidifying unit in the cell stack of the polymer electrolyte fuel cell according to the twenty-second embodiment.

【図35】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第23の実施の形態を示す縦断面図。
FIG. 35 is a longitudinal sectional view showing a twenty-third embodiment of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図36】同第23の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部のセパレータの
構成例を示す平面図。
FIG. 36 is a plan view showing a configuration example of a separator of a battery unit in a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the twenty-third embodiment.

【図37】本発明の第25の実施の形態の固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックにおける電池部カソード
サイドのセパレータの構成例を示す平面図。
FIG. 37 is a plan view showing a configuration example of a separator on a cathode side of a battery unit in a cell stack of a polymer electrolyte fuel cell according to a twenty-fifth embodiment of the present invention.

【図38】同第25の実施の形態の固体高分子電解質型
燃料電池の電池スタックにおける電池部アノードサイド
のセパレータの構成例を示す平面図。
FIG. 38 is a plan view showing a configuration example of the separator on the anode side of the battery unit in the battery stack of the polymer electrolyte fuel cell according to the twenty-fifth embodiment.

【図39】本発明による固体高分子電解質型燃料電池の
電池スタックの第25の実施の形態を示す縦断面図。
FIG. 39 is a longitudinal sectional view showing a twenty-fifth embodiment of the cell stack of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図40】従来の固体高分子電解質型燃料電池の電池ス
タックの基本的構成(単電池構成)の一例を示す概要
図。
FIG. 40 is a schematic view showing an example of a basic configuration (unit cell configuration) of a conventional cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell.

【図41】カーボン板を用いた固体高分子電解質型燃料
電池の電池スタックの構成例を示す概要図。
FIG. 41 is a schematic view showing a configuration example of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell using a carbon plate.

【図42】カーボン板を用いた固体高分子電解質型燃料
電池の電池スタックの単電池の構成例を示す概要図。
FIG. 42 is a schematic diagram showing a configuration example of a unit cell of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell using a carbon plate.

【図43】カーボン板を用いた固体高分子電解質型燃料
電池の電池スタックのセパレータの構成例を示す平面
図。
FIG. 43 is a plan view showing a configuration example of a separator of a cell stack of a solid polymer electrolyte fuel cell using a carbon plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…セパレータ、 2a,2b,2c…シール部材、 3…アノード電極、 4…カソード電極、 5…スペーサ、 6…冷却水流路、 7…燃料ガス流路、 8…酸化剤ガス流路、 9…固体高分子電解質膜、 10…波形状の溝、 11a,11b…酸化剤ガス入口側,出口側マニホール
ド孔、 12a,12b…燃料ガス入口側,出口側マニホールド
孔、 13a,13b…冷却水入口側,出口側マニホールド
孔、 15…締め付けロッド用穴、 16…ビード部、 17…コーティング、 18…コーティング、 19…シール部材、 20a,20b…切り欠き部、 21…反応ガスヘッダー部、 22…突起部、 30…セパレータ、 31…単電池、 32…集電板、 33…エンドプレート、 34…締め付けロッド、 35…燃料ガス用全熱交換器、 36…酸化剤ガス用全熱交換器、 37a,37b…燃料ガス入口,出口、 38a,38b…酸化剤ガス入口,出口、 39…未反応ガス流路、 40…既反応ガス流路、 41…水蒸気半透過性膜、 42…電池部、 43…自己加湿部、 45a,45b,45c,45d…電池部42、自己加
湿部43の燃料ガス入口側,出口側マニホールド孔、 46a,46b,46c,46d…電池部42、自己加
湿部43の酸化剤ガス入口側,出口側マニホールド孔、 47…締め付けロッド用穴、 50…セパレータ、 51…コーティング、 52…スペーサ、 53…支持体、 60…冷却媒体入口、 61…冷却媒体出口、 62a,62b…冷却媒体入口側マニホールド孔,出口
側マニホールド孔、 63…冷却ジャケット、 64…セパレータ突出部、 70…セパレータ、 71…締め付けロッド用穴、 72a,72b…燃料ガス用入口側,出口側マニホール
ド孔、 73a,73b…酸化剤ガス用入口側,出口側マニホー
ルド孔、 74…酸化剤ガス用サーペンタイン流路、 75…燃料ガス用サーペンタイン流路、 76…固体高分子電解質膜、 77…アノード電極、 78…カソード電極、 79…燃料ガス用サーペンタイン流路、 80…酸化剤ガス用サーペンタイン流路、 81…シール部材。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Separator, 2a, 2b, 2c ... Seal member, 3 ... Anode electrode, 4 ... Cathode electrode, 5 ... Spacer, 6 ... Cooling water flow path, 7 ... Fuel gas flow path, 8 ... Oxidant gas flow path, 9 ... Solid polymer electrolyte membrane, 10: corrugated groove, 11a, 11b: oxidant gas inlet side, outlet side manifold hole, 12a, 12b: fuel gas inlet side, outlet side manifold hole, 13a, 13b: cooling water inlet side , Outlet side manifold hole, 15: tightening rod hole, 16: bead portion, 17: coating, 18: coating, 19: sealing member, 20a, 20b: cutout portion, 21: reactive gas header portion, 22: projection portion , 30 ... separator, 31 ... unit cell, 32 ... current collector plate, 33 ... end plate, 34 ... fastening rod, 35 ... total heat exchanger for fuel gas, 36 ... acid 37a, 37b: fuel gas inlet and outlet, 38a, 38b: oxidizing gas inlet and outlet, 39: unreacted gas flow path, 40: already reacted gas flow path, 41: water vapor semi-permeation 42: battery part; 43: self-humidifying part; 45a, 45b, 45c, 45d: battery part 42, fuel gas inlet side and outlet side manifold holes of self-humidifying part 43, 46a, 46b, 46c, 46d: battery Part 42, oxidant gas inlet side and outlet side manifold holes of the self-humidifying part 43, 47 ... fastening rod holes, 50 ... separators, 51 ... coating, 52 ... spacers, 53 ... support body, 60 ... cooling medium inlet, 61 ... cooling medium outlet, 62a, 62b ... cooling medium inlet side manifold hole, outlet side manifold hole, 63 ... cooling jacket, 64 ... separator protruding part, 70 ... separator 71: holes for tightening rods, 72a, 72b: inlet and outlet manifold holes for fuel gas, 73a, 73b: inlet and outlet manifold holes for oxidizing gas, 74: serpentine flow path for oxidizing gas Reference numeral 75: Serpentine flow path for fuel gas 76: Solid polymer electrolyte membrane 77: Anode electrode 78: Cathode electrode 79: Serpentine flow path for fuel gas 80: Serpentine flow path for oxidant gas 81: Seal Element.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 三司 神奈川県川崎市川崎区浮島町二丁目1番地 株式会社東芝浜川崎工場内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Sanji Ueno 2-1-1 Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Pref.

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも固体高分子電解質膜と当該固
体高分子電解質膜を挟んで配置された燃料極および酸化
剤極とからなり、反応ガスである燃料ガスおよび酸化剤
ガスの電気化学的反応により電気的出力を発生する単電
池を、セパレータを介して複数個積層して構成される電
池スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池におい
て、 前記セパレータを金属製の薄板で構成し、 前記セパレータのほぼ中央部分に、プレス加工による複
数の平行な波形状の溝を表裏に形成して、前記燃料極と
酸化剤極との間に前記反応ガスの流路を設け、 前記セパレータのほぼ中央部分を囲むようにシート状の
シール部材を表裏に配置し、 前記シール部材の接触部に、前記反応ガスと冷却媒体を
それぞれ供給および排出する複数のマニホールド孔を設
けた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 comprising at least a solid polymer electrolyte membrane and a fuel electrode and an oxidant electrode arranged with the solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween. In a solid polymer electrolyte fuel cell including a battery stack configured by stacking a plurality of cells that generate electrical output with a separator interposed therebetween, the separator is formed of a metal thin plate, In a substantially central portion, a plurality of parallel corrugated grooves formed by pressing are formed on the front and back, and a flow path of the reaction gas is provided between the fuel electrode and the oxidant electrode. A sheet-shaped seal member is arranged on the front and back sides to surround, and a plurality of manifold holes for supplying and discharging the reaction gas and the cooling medium are provided at contact portions of the seal member. Solid polymer electrolyte fuel cell characterized by and.
【請求項2】 前記請求項1に記載の固体高分子電解質
型燃料電池において、 前記冷却媒体のマニホールド孔の内部に、前記セパレー
タの一部を突出させた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 a part of the separator is protruded inside a manifold hole of the cooling medium. Fuel cell.
【請求項3】 前記請求項1に記載の固体高分子電解質
型燃料電池において、 前記冷却媒体用の流路を設けた複数のセパレータを、少
なくとも2つ以上の積層された単電池の間に挿入したこ
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 a plurality of separators provided with the cooling medium flow paths are inserted between at least two or more stacked unit cells. A solid polymer electrolyte fuel cell characterized by the following.
【請求項4】 前記請求項1に記載の固体高分子電解質
型燃料電池において、 前記マニホールド孔の周囲を囲むシール部材に接するよ
うに、ほぼ均一な高さの凸状のビード部を設けたことを
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 a convex bead portion having a substantially uniform height is provided so as to be in contact with a seal member surrounding the periphery of the manifold hole. A solid polymer electrolyte fuel cell comprising:
【請求項5】 前記請求項1に記載の固体高分子電解質
型燃料電池において、 前記セパレータの表面に、耐食性かつ導電性を有するコ
ーティングを施した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 1, wherein a coating having corrosion resistance and conductivity is applied to the surface of the separator.
【請求項6】 前記請求項5に記載の固体高分子電解質
型燃料電池スタックにおいて、 前記耐食性かつ導電性を有するコーティングは、前記燃
料極および酸化剤極に接する部分の近傍に施したことを
特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
6. The solid polymer electrolyte fuel cell stack according to claim 5, wherein the corrosion-resistant and conductive coating is applied near a portion in contact with the fuel electrode and the oxidant electrode. Polymer electrolyte fuel cell.
【請求項7】 前記請求項1に記載の固体高分子電解質
型燃料電池において、 前記波形状の溝が形成された中央部分の周囲を囲むよう
に、少なくとも当該溝の高さよりも厚いシート状のシー
ル部材を配置し、前記マニホールド孔と前記中央部分と
の間を前記シール部材の一部を切欠いて、前記反応ガス
の供給通路および排出通路を設けたことを特徴とする固
体高分子電解質型燃料電池。
7. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the shape of the sheet is thicker than at least the height of the corrugated groove so as to surround the center of the corrugated groove. A solid polymer electrolyte fuel, wherein a seal member is arranged, a part of the seal member is cut off between the manifold hole and the central portion, and a supply passage and a discharge passage for the reaction gas are provided. battery.
【請求項8】 前記請求項1乃至請求項7のいずれか1
項に記載の固体高分子電解質型燃料電池において、 前記シール部材と前記セパレータの波形状の領域との間
に形成される空間部に、前記シール部材の一部を利用し
て前記反応ガスの流れを制御する手段を設けたことを特
徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
8. The method according to claim 1, wherein
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the item, in the space formed between the sealing member and the corrugated region of the separator, the flow of the reaction gas utilizing a part of the sealing member A solid polymer electrolyte fuel cell, comprising means for controlling the temperature of the fuel cell.
【請求項9】 少なくとも固体高分子電解質膜と当該固
体高分子電解質膜を挟んで配置された燃料極および酸化
剤極とからなり、反応ガスである燃料ガスおよび酸化剤
ガスの電気化学的反応により電気的出力を発生する単電
池を、セパレータを介して複数個積層して構成される電
池スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池におい
て、 前記セパレータを金属製の薄板で構成し、 前記セパレータの一部を電池外部に突出させ、 電池スタックの一部に、水蒸気を選択的に透過する半透
過性の膜を介して未反応ガスと既反応ガスを接触させる
全熱交換手段を設けたことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池。
9. A fuel cell comprising at least a solid polymer electrolyte membrane and a fuel electrode and an oxidizer electrode arranged with the solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween, wherein the fuel gas and the oxidant gas as reaction gases are subjected to an electrochemical reaction. A solid polymer electrolyte fuel cell including a battery stack configured by stacking a plurality of cells that generate an electrical output with a separator interposed therebetween, wherein the separator is formed of a metal thin plate; A part is projected outside the battery, and a part of the battery stack is provided with a total heat exchange means for bringing the unreacted gas and the reacted gas into contact with each other through a semi-permeable membrane that selectively transmits water vapor. A solid polymer electrolyte fuel cell.
【請求項10】 前記請求項9に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、 前記セパレータに、耐食性かつ導電性を有するコーティ
ングを施した銅系またはアルミニウム系の金属板を用い
ることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
10. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein a copper-based or aluminum-based metal plate provided with a corrosion-resistant and conductive coating is used for the separator. Solid polymer electrolyte fuel cell.
【請求項11】 前記請求項9に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、 前記全熱交換手段は、未反応の酸化剤ガスと既反応の酸
化剤ガスを前記半透過性の膜を介して接触させることを
特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
11. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein the total heat exchange means passes unreacted oxidant gas and reacted oxidant gas through the semipermeable membrane. A solid polymer electrolyte fuel cell characterized by being brought into contact.
【請求項12】 前記請求項9に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、 前記全熱交換手段は、未反応ガスと既反応ガスが互いに
対向して流れるように、未反応ガスの入口部および出口
部が既反応ガスの入口部および出口部と互いに相対向す
るように配置したことを特徴とする固体高分子電解質型
燃料電池。
12. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein the total heat exchange means includes an inlet for the unreacted gas such that the unreacted gas and the reacted gas flow opposite to each other. A solid polymer electrolyte fuel cell, wherein an outlet portion and an outlet portion of the reacted gas are arranged so as to face each other.
【請求項13】 前記請求項9に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、 前記全熱交換手段は、前記単電池の積層方向と同一方向
に積層された複数の全熱交換器からなることを特徴とす
る固体高分子電解質型燃料電池。
13. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein the total heat exchange means comprises a plurality of total heat exchangers stacked in the same direction as the unit cells. A solid polymer electrolyte fuel cell comprising:
【請求項14】 前記請求項9に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、 前記セパレータの突出部分に、電気絶縁性を有するコー
ティングを施したことを特徴とする固体高分子電解質型
燃料電池。
14. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein a projecting portion of the separator is coated with an electrically insulating coating.
【請求項15】 前記請求項9に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、 前記セパレータの突出部分の間に形成された各空間の一
部に、電気絶縁性を有するスペーサを配置したことを特
徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
15. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein a spacer having electrical insulation is arranged in a part of each space formed between the projecting portions of the separator. A solid polymer electrolyte fuel cell.
【請求項16】 前記請求項9に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、 前記セパレータの突出部分の先端に接するように電気絶
縁性を有する支持体を配置したことを特徴とする固体高
分子電解質型燃料電池。
16. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein an electrically insulating support is disposed so as to be in contact with the tip of the projecting portion of the separator. Electrolyte fuel cell.
【請求項17】 前記請求項9に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、 前記燃料極に流れる燃料ガスと前記酸化剤極に流れる酸
化剤ガスが互いに対向して流れるように、それぞれのガ
スの入口部および出口部を互いに相対するように配置し
たことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
17. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein the fuel gas flowing to the fuel electrode and the oxidizing gas flowing to the oxidizing electrode flow so as to face each other. A solid polymer electrolyte fuel cell, wherein an inlet portion and an outlet portion are arranged so as to face each other.
【請求項18】 前記請求項9に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、 前記セパレータは、酸化剤ガスの入口側に突出部を設け
たことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
18. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein the separator is provided with a protrusion on the oxidant gas inlet side.
【請求項19】 前記請求項9に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、 前記電池スタックは、前記単電池が垂直方向となるよう
に設置され、前記燃料ガス入口部が上部に、出口部が下
部に配置されていることを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池。
19. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 9, wherein the cell stack is installed so that the unit cells are arranged vertically, the fuel gas inlet is located at the top, and the fuel gas inlet is located at the outlet. Is disposed at the bottom of the solid polymer electrolyte fuel cell.
【請求項20】 少なくとも固体高分子電解質膜と当該
固体高分子電解質膜を挟んで配置された燃料極および酸
化剤極とからなり、反応ガスである燃料ガスおよび酸化
剤ガスの電気化学的反応により電気的出力を発生する単
電池を、セパレータを介して複数個積層して構成される
電池スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、 前記セパレータを金属製の薄板で構成し、 前記セパレータの周辺部に、前記反応ガスと冷却媒体を
それぞれ供給および排出する複数のマニホールド孔を設
け、 前記冷却媒体として、0℃以下の凝固点を有する冷却媒
体を用い、 電池スタックの一部に、水蒸気を選択的に透過する半透
過性の膜を介して未反応ガスと既反応ガスを接触させる
全熱交換手段を設けたことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池。
20. A fuel cell comprising at least a solid polymer electrolyte membrane and a fuel electrode and an oxidant electrode arranged with the solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween, wherein the fuel gas and the oxidant gas as reaction gases are subjected to an electrochemical reaction. In a solid polymer electrolyte fuel cell including a battery stack configured by stacking a plurality of cells that generate electrical output with a separator interposed therebetween, the separator is formed of a metal thin plate, A plurality of manifold holes for supplying and discharging the reaction gas and the cooling medium are provided in a peripheral portion, and a cooling medium having a freezing point of 0 ° C. or less is used as the cooling medium, and steam is selected as a part of the battery stack. Solid polymer electrolyte fuel characterized by having a total heat exchange means for bringing unreacted gas and reacted gas into contact through a semipermeable membrane that is selectively permeable Battery.
【請求項21】 前記請求項20に記載の固体高分子電
解質型燃料電池において、 前記セパレータの表面に、耐食性かつ導電性を有するコ
ーティングを施したことを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池。
21. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 20, wherein a coating having corrosion resistance and conductivity is applied to the surface of the separator.
【請求項22】 前記請求項20に記載の固体高分子電
解質型燃料電池において、 前記全熱交換手段は、未反応の酸化剤ガスと既反応の酸
化剤ガスを前記半透過性の膜を介して接触させることを
特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
22. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 20, wherein the total heat exchange means passes unreacted oxidant gas and reacted oxidant gas through the semipermeable membrane. A solid polymer electrolyte fuel cell characterized by being brought into contact.
【請求項23】 前記請求項20に記載の固体高分子電
解質型燃料電池において、 前記冷却媒体のマニホールド孔の内部に、前記セパレー
タの一部を突出させたことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池。
23. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 20, wherein a part of the separator is protruded inside a manifold hole of the cooling medium. Fuel cell.
【請求項24】 前記請求項20乃至請求項23のいず
れか1項に記載の固体高分子電解質型燃料電池におい
て、 前記冷却媒体の流路に、電気絶縁性を有するコーティン
グを施したことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
池。
24. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 20, wherein an electrically insulating coating is applied to the flow path of the cooling medium. Polymer electrolyte fuel cell.
【請求項25】 少なくとも固体高分子電解質膜と当該
固体高分子電解質膜を挟んで配置された燃料極および酸
化剤極とからなり、反応ガスである燃料ガスおよび酸化
剤ガスの電気化学的反応により電気的出力を発生する単
電池を、セパレータを介して複数個積層して構成される
電池スタックを備えた固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、 前記セパレータを展延性を有する金属製の薄板で構成
し、 前記セパレータのほぼ中央部分に、プレス加工によって
少なくとも片面に当該セパレータの厚みよりも浅い複数
のサーペンタイン状の溝を形成して、前記燃料極と酸化
剤極との間に前記反応ガスの流路を設け、 前記セパレータのほぼ中央部分を囲むようにシート状の
シール部材を配置したことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池。
25. A fuel cell comprising at least a solid polymer electrolyte membrane and a fuel electrode and an oxidant electrode arranged with the solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween, wherein the fuel gas and the oxidant gas as reaction gases are subjected to an electrochemical reaction. In a solid polymer electrolyte fuel cell including a battery stack configured by stacking a plurality of cells that generate electrical output with a separator interposed therebetween, the separator is formed of a spreadable metal thin plate. A plurality of serpentine-like grooves shallower than at least one side of the separator are formed on at least one surface of the separator by press working at a substantially central portion of the separator, and a flow path of the reaction gas is provided between the fuel electrode and the oxidizer electrode. Wherein a sheet-shaped sealing member is arranged so as to surround a substantially central portion of the separator.
【請求項26】 前記請求項25に記載の固体高分子電
解質型燃料電池において、 前記展延性を有する金属製の薄板に、銅系またはアルミ
ニウム系の金属板を用いることを特徴とする固体高分子
電解質型燃料電池。
26. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 25, wherein a copper-based or aluminum-based metal plate is used as the extensible metal thin plate. Electrolyte fuel cell.
【請求項27】 前記請求項25に記載の固体高分子電
解質型燃料電池において、 前記展延性を有する金属製の薄板の表面に、耐食性かつ
導電性を有するコーティングを施したことを特徴とする
固体高分子電解質型燃料電池。
27. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 25, wherein a coating having corrosion resistance and conductivity is applied to a surface of the spreadable metal thin plate. Polymer electrolyte fuel cell.
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