JPS62136772A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPS62136772A JPS62136772A JP61289730A JP28973086A JPS62136772A JP S62136772 A JPS62136772 A JP S62136772A JP 61289730 A JP61289730 A JP 61289730A JP 28973086 A JP28973086 A JP 28973086A JP S62136772 A JPS62136772 A JP S62136772A
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
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- H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、燃料中の潜在化学エネルギーを電気化学反応
により直接電気に変換する燃料電池に関し、特に改良型
配列のプロセスチャンネルを採用してプレートを通過す
るプロセスガスの圧力降下を大きくする燃料電池のプレ
ートに関する。
により直接電気に変換する燃料電池に関し、特に改良型
配列のプロセスチャンネルを採用してプレートを通過す
るプロセスガスの圧力降下を大きくする燃料電池のプレ
ートに関する。
［従来の技術及びその問題点コ
一般的な燃料電池の一つは、複数の小集合体から成り、
最上部集合体及び最下部集合体を除いては各集合体は２
枚の双極プレートを有し、その中間に２つのガス電極即
ちアノードとカソードが支持され、アノードとカソード
の中間に燐酸等のイオン電導性電解質を含む母材がある
。本明細書中で燃料電池セルと称するこれらの小集合体
は、他の一つの上部に配置され、電気的には直列に（電
子及びイオン通路が交互になるように）接続されて、燃
料電池スタック（積層体）を形成している。最上部小集
合体の上端プレート及び最下部小集合体の底端プレート
は半双極プレートである。この種の燃料電池システムは
、コスマン等（にｏｔｈｍａｎｎ ｅｔ ａｔ）に付与
された米国特許第４，２７２，３５５号、第４，３４２
，８１６号、コネマンに付与された米国特許第４，２９
２，３７９号、第４，３２４．８４４号、第４，３８３
，００９号並びにボラック（Ｐｏｌｌａｃｋ）に付与さ
れた米国特許第４．３６６．２１１号に開示されており
、上記の先行米国特許は、第４，３４２，８１６号及び
第４，３８３，００９号以外は本件出願人に譲渡されて
いる。
最上部集合体及び最下部集合体を除いては各集合体は２
枚の双極プレートを有し、その中間に２つのガス電極即
ちアノードとカソードが支持され、アノードとカソード
の中間に燐酸等のイオン電導性電解質を含む母材がある
。本明細書中で燃料電池セルと称するこれらの小集合体
は、他の一つの上部に配置され、電気的には直列に（電
子及びイオン通路が交互になるように）接続されて、燃
料電池スタック（積層体）を形成している。最上部小集
合体の上端プレート及び最下部小集合体の底端プレート
は半双極プレートである。この種の燃料電池システムは
、コスマン等（にｏｔｈｍａｎｎ ｅｔ ａｔ）に付与
された米国特許第４，２７２，３５５号、第４，３４２
，８１６号、コネマンに付与された米国特許第４，２９
２，３７９号、第４，３２４．８４４号、第４，３８３
，００９号並びにボラック（Ｐｏｌｌａｃｋ）に付与さ
れた米国特許第４．３６６．２１１号に開示されており
、上記の先行米国特許は、第４，３４２，８１６号及び
第４，３８３，００９号以外は本件出願人に譲渡されて
いる。
燃料、酸化剤等のプロセスガスは、スタックに付設され
たマニホルド及び双極プレートに形成された複数のチャ
ンネルを介して、それぞれ、アノード及びカソードに供
給される。複数の水素原子の形の燃料をアノードに供給
すると、水素原子は解離して水素イオンと電子になる。
たマニホルド及び双極プレートに形成された複数のチャ
ンネルを介して、それぞれ、アノード及びカソードに供
給される。複数の水素原子の形の燃料をアノードに供給
すると、水素原子は解離して水素イオンと電子になる。
電子はアノード電極から双極プレートを横切り次の電池
セルのカソード電極に伝わり、水素イオンは直接酸性電
解質を通って電池セルのカソードに移行し、そこで他の
セルのアノードから伝えられた電子及び酸素と反応して
水を形成する。これが両端部を介して積層体を出るまで
繰返され、両端部では電子が最終のアノードから最終の
カソードに移り、積層体の他端部に接続された外部回路
で有用な仕事が行われる。
セルのカソード電極に伝わり、水素イオンは直接酸性電
解質を通って電池セルのカソードに移行し、そこで他の
セルのアノードから伝えられた電子及び酸素と反応して
水を形成する。これが両端部を介して積層体を出るまで
繰返され、両端部では電子が最終のアノードから最終の
カソードに移り、積層体の他端部に接続された外部回路
で有用な仕事が行われる。
燃料電池の双極プレートは、基本的には別々の燃料電池
セルを構造的に支持し物理的には隔離する機能を果たし
、各プロセスガスが電気化学反応の行われているアノー
ド・カソード両極に接近するためのキャビティを提供す
る。これらのプレートは通常は長方形または正方形であ
り、上面及び下面の両方に一連のほぼ平行なチャンネル
がある。最近になって、従来法の燃料電池のガス流チャ
ンネル形状に関連して幾つかの問題領域があることが認
識されてきた。
セルを構造的に支持し物理的には隔離する機能を果たし
、各プロセスガスが電気化学反応の行われているアノー
ド・カソード両極に接近するためのキャビティを提供す
る。これらのプレートは通常は長方形または正方形であ
り、上面及び下面の両方に一連のほぼ平行なチャンネル
がある。最近になって、従来法の燃料電池のガス流チャ
ンネル形状に関連して幾つかの問題領域があることが認
識されてきた。
第一の問題は、上部と比較して燃料電池スタックの下部
で燃料電池セルのプロセスガス流の分布が不適当になる
という問題である。
で燃料電池セルのプロセスガス流の分布が不適当になる
という問題である。
従来法の双極プレート中のプロセスガス・チャンネルは
比較的短いものになり易く、方向の変更も少ない。その
結果、所定の燃料電池セルの内部のプレートのチャンネ
ルを横切る水平方向の圧力降下は垂直方向でのスタック
の分配マニホルド及びパイピング中での圧力降下と比較
して小さい。従って、燃料電池セルへ流れるプロセスガ
スの分布は木質的に不適当なものとなり、燃料電池セル
スタックの上部セルへ下部セルよりも多量のガスが流れ
る。この問題を軽減するための１つの解決法は、供給パ
イピングからスタックに隣接するマニホルド・キャビテ
ィへのプロセスガスの流量を制限し、供給パイピングと
出口パイピングの中間にある平行な燃料電池セル回路中
における圧力降下を人為的に増大させることにより、流
れ分布を改善する方策である。しかしながら、この方策
はスタックの設計を複雑にし、部品数を増やし、従って
コスト上昇につながる。
比較的短いものになり易く、方向の変更も少ない。その
結果、所定の燃料電池セルの内部のプレートのチャンネ
ルを横切る水平方向の圧力降下は垂直方向でのスタック
の分配マニホルド及びパイピング中での圧力降下と比較
して小さい。従って、燃料電池セルへ流れるプロセスガ
スの分布は木質的に不適当なものとなり、燃料電池セル
スタックの上部セルへ下部セルよりも多量のガスが流れ
る。この問題を軽減するための１つの解決法は、供給パ
イピングからスタックに隣接するマニホルド・キャビテ
ィへのプロセスガスの流量を制限し、供給パイピングと
出口パイピングの中間にある平行な燃料電池セル回路中
における圧力降下を人為的に増大させることにより、流
れ分布を改善する方策である。しかしながら、この方策
はスタックの設計を複雑にし、部品数を増やし、従って
コスト上昇につながる。
第二に、スタック内で複数の燃料電池セルを一体に作動
集合状態に保持している電池セルにかかる圧縮アノード
の分布が均一でないという問題がある。燃料電池セルを
流れるプロセスガス流に望まれるガス流の形態（即ち、
交差流、向流、併流またはこれらの組合せ）により、双
極プレートの一面の流れチャンネルを該プレートの他面
の流れチャンネルに対し直角にあるいは平行にする場合
もあり得る。従って、与えられた一つの燃料電池セルに
ついて見れば、上部プレートの下面内の流れチャンネル
に直角なときもあり、平行なときもある。又、典型的な
燃料電池セルは、セルの外縁部にプレート間に嵌合しプ
ロセスガスを互いに隔離しかつ外部雰囲気からも隔離す
る境界を形成するシール部材またはガスケットを持つ。
集合状態に保持している電池セルにかかる圧縮アノード
の分布が均一でないという問題がある。燃料電池セルを
流れるプロセスガス流に望まれるガス流の形態（即ち、
交差流、向流、併流またはこれらの組合せ）により、双
極プレートの一面の流れチャンネルを該プレートの他面
の流れチャンネルに対し直角にあるいは平行にする場合
もあり得る。従って、与えられた一つの燃料電池セルに
ついて見れば、上部プレートの下面内の流れチャンネル
に直角なときもあり、平行なときもある。又、典型的な
燃料電池セルは、セルの外縁部にプレート間に嵌合しプ
ロセスガスを互いに隔離しかつ外部雰囲気からも隔離す
る境界を形成するシール部材またはガスケットを持つ。
上部及び下部プレートの面内のチャンネルを画定する隆
起部またはリブが重なり合っている区域は、圧縮アノー
ドが伝わる各セル・プレート間の接触領域（両電極及び
電解質母材を介して接触する接触領域）である。リブが
直交する区域では、対向するプレート面間の接触面積は
ほぼ一定に保たれ、製造時の誤差に起因するリブの幅へ
の影響によるばらつきが現れるに過ぎない。リブが互い
に平行な区域では、接触面積はリブ幅に影響を与える製
造時の誤差の関数であり、加えて、チャンネルとチャン
ネルとの位置関係のばらつき、成形時の収縮、エツジ部
の機械加工及び組立時の整合性（プレート間）も接触面
積に影響を与える。総合すると、平行リブの接触面積は
直交リブの接触面積よりもばらつきが遥かに大きいとい
う結果になる。
起部またはリブが重なり合っている区域は、圧縮アノー
ドが伝わる各セル・プレート間の接触領域（両電極及び
電解質母材を介して接触する接触領域）である。リブが
直交する区域では、対向するプレート面間の接触面積は
ほぼ一定に保たれ、製造時の誤差に起因するリブの幅へ
の影響によるばらつきが現れるに過ぎない。リブが互い
に平行な区域では、接触面積はリブ幅に影響を与える製
造時の誤差の関数であり、加えて、チャンネルとチャン
ネルとの位置関係のばらつき、成形時の収縮、エツジ部
の機械加工及び組立時の整合性（プレート間）も接触面
積に影響を与える。総合すると、平行リブの接触面積は
直交リブの接触面積よりもばらつきが遥かに大きいとい
う結果になる。
［発明の解決課題］
接触面積を所定限度内に制御して接触ストレス及びこれ
に関係路ある歪を限度内におさめない限り、セル部材は
損傷し易く、早く破損する。プレートの厚みのばらつき
が大きいと、局部的に応力の高い部分及び低い部分がで
き問題が複雑になる。セルの作動特性を均一化するため
には、内部応力の限度を低くし電気接触抵抗を最小にし
なければならない。
に関係路ある歪を限度内におさめない限り、セル部材は
損傷し易く、早く破損する。プレートの厚みのばらつき
が大きいと、局部的に応力の高い部分及び低い部分がで
き問題が複雑になる。セルの作動特性を均一化するため
には、内部応力の限度を低くし電気接触抵抗を最小にし
なければならない。
セルの作動特性の均一化を最適にするためには、平行接
触区域及び直交接触区域をほぼ同じにし、圧縮アノード
がセル全体で均一に支持されるようにするのが望ましい
。
触区域及び直交接触区域をほぼ同じにし、圧縮アノード
がセル全体で均一に支持されるようにするのが望ましい
。
従って、スタック中の燃料電池を流れる流れの分布が不
適当であるという問題及び燃料電池の圧縮アノードの不
均一性の問題を軽減するためには、燃料電池のプロセス
ガス流チャンネルの構造に改良を加える必要がある。
適当であるという問題及び燃料電池の圧縮アノードの不
均一性の問題を軽減するためには、燃料電池のプロセス
ガス流チャンネルの構造に改良を加える必要がある。
［上記課題を解決するための手段］
従って本発明は、燃料ガス流画定手段を持つプレートと
酸化剤ガス流画定手段を持つプレートとより成る少なく
とも一対のプレート持された電解質母材とから成る電気
化学的燃料電池であって、燃料ガス流画定手段及び酸化
剤ガス流画定手段の少なくとも一方が第一ガスチャンネ
ル群を画定する第一リブ群を有し、第一ガスチャンネル
群のチャンネルはその両端部の一つにおいてプレートの
第一縁部で開口しており、また両端部の他方において隣
接する対ごとに流体連通関係に接続しており、リブには
隣接するチャンネルを接続しこれらのチャンネルを流体
連通関係にする第一の離間スロット群が形成されている
ことと、第二ガスチャンネル群を形成する第二リブ群が
設けられ、第二チャンネル群のチャンネルはそれぞれの
両端部で隣接する対ごとに接続されて流体連通関係にあ
り、第二リブ群中のリブには隣接するチャンネルを接続
しこれらのチャンネルを流体連通関係にする第二の離間
スロット群が形成されていることと、第三ガスチャンネ
ル群を形成する第三リブ群が設けられ、第三ガスチャン
ネル群はその両端部の一つにおいてプレートの第二縁部
で開口しており、また両端部の他方において隣接する対
ごとに流体連通関係に接続しており、リブには隣接する
チャンネルを接続しこれらのチャンネルを流体連通関係
にする第三の離間スロット群が形成されていることと、
第二リブ群及び第二ガスチャンネル群は第一群と第三第
一群と第二群史のそれぞれ隣接するチャンネル並びに第
二群と第三群のそれぞれ隣接するチャンネルが互いに流
体連通関係に接続することを特徴とする燃料電池を提供
する。
酸化剤ガス流画定手段を持つプレートとより成る少なく
とも一対のプレート持された電解質母材とから成る電気
化学的燃料電池であって、燃料ガス流画定手段及び酸化
剤ガス流画定手段の少なくとも一方が第一ガスチャンネ
ル群を画定する第一リブ群を有し、第一ガスチャンネル
群のチャンネルはその両端部の一つにおいてプレートの
第一縁部で開口しており、また両端部の他方において隣
接する対ごとに流体連通関係に接続しており、リブには
隣接するチャンネルを接続しこれらのチャンネルを流体
連通関係にする第一の離間スロット群が形成されている
ことと、第二ガスチャンネル群を形成する第二リブ群が
設けられ、第二チャンネル群のチャンネルはそれぞれの
両端部で隣接する対ごとに接続されて流体連通関係にあ
り、第二リブ群中のリブには隣接するチャンネルを接続
しこれらのチャンネルを流体連通関係にする第二の離間
スロット群が形成されていることと、第三ガスチャンネ
ル群を形成する第三リブ群が設けられ、第三ガスチャン
ネル群はその両端部の一つにおいてプレートの第二縁部
で開口しており、また両端部の他方において隣接する対
ごとに流体連通関係に接続しており、リブには隣接する
チャンネルを接続しこれらのチャンネルを流体連通関係
にする第三の離間スロット群が形成されていることと、
第二リブ群及び第二ガスチャンネル群は第一群と第三第
一群と第二群史のそれぞれ隣接するチャンネル並びに第
二群と第三群のそれぞれ隣接するチャンネルが互いに流
体連通関係に接続することを特徴とする燃料電池を提供
する。
互いに反対の縁部を持つ燃料電池セル用のプレートであ
って、基部を有し、基部に設けられた第一ガスチャンネ
ル群を形成する第一リブ群を有し、第一ガスチャンネル
群のチャンネルはその両端部の一つにおいてプレートの
第一縁部で開口しており、また両端部の他方において、
隣接する対ごとに流体連通関係に接続しており矢リブに
は隣接するチャンネルを接続しこれらのチャンネルを流
体連通関係にする第一の離間スロット群が形成されてい
ることと、第二ガスチャンネル群を形成する第二リブ群
が設けられ、第二チャンネル群のチャンネルはそれぞれ
の両端部で隣接する対ごとに接続されて流体連通関係に
あり、第二リブ群＋のリブには隣接するチャンネルを接
続しこれらのチャンネルを流体連通関係にする第二の離
間スロット群が形成されていることと、第三ガスチャン
ネル群を形成する第三リブ群が設けられ、第三ガスチャ
ンネル群はその両端部の一つにおいてプレートの第二縁
部で開口しており、また両端部の他方において隣接する
対ごとに流体連通関係に接続しており、リブには隣接す
るチャンネルを接続しこれらのチャンネルを流体連通関
係にする第三の離間スロット群が形成されていることと
、第二リブ群及び第二ガスチャンネル群は第一群と第三
群の間に配設され、第一群のリブ及び第三群のリブの一
貫に設けられたスロットにより、第一群と第二群単のそ
れぞれ隣接するチャンネル並びに第二群と第三群のそれ
ぞれ隣接するチャンネルが互いに流体連通関係に接続す
多ことを特徴とするプレートも本発明の技術的範囲に含
まれる。
って、基部を有し、基部に設けられた第一ガスチャンネ
ル群を形成する第一リブ群を有し、第一ガスチャンネル
群のチャンネルはその両端部の一つにおいてプレートの
第一縁部で開口しており、また両端部の他方において、
隣接する対ごとに流体連通関係に接続しており矢リブに
は隣接するチャンネルを接続しこれらのチャンネルを流
体連通関係にする第一の離間スロット群が形成されてい
ることと、第二ガスチャンネル群を形成する第二リブ群
が設けられ、第二チャンネル群のチャンネルはそれぞれ
の両端部で隣接する対ごとに接続されて流体連通関係に
あり、第二リブ群＋のリブには隣接するチャンネルを接
続しこれらのチャンネルを流体連通関係にする第二の離
間スロット群が形成されていることと、第三ガスチャン
ネル群を形成する第三リブ群が設けられ、第三ガスチャ
ンネル群はその両端部の一つにおいてプレートの第二縁
部で開口しており、また両端部の他方において隣接する
対ごとに流体連通関係に接続しており、リブには隣接す
るチャンネルを接続しこれらのチャンネルを流体連通関
係にする第三の離間スロット群が形成されていることと
、第二リブ群及び第二ガスチャンネル群は第一群と第三
群の間に配設され、第一群のリブ及び第三群のリブの一
貫に設けられたスロットにより、第一群と第二群単のそ
れぞれ隣接するチャンネル並びに第二群と第三群のそれ
ぞれ隣接するチャンネルが互いに流体連通関係に接続す
多ことを特徴とするプレートも本発明の技術的範囲に含
まれる。
本発明によれば、更に、燃料電池セル用の双極プレート
であり、互いに反対の面を持つ基部と、基部の両面の一
方の面上に配置され全体として曲りくねった形の第一ガ
スチャンネルを画定する第一リブ配列体と、基部の両面
の他方の面上に配置され全体として曲がりくねった形の
第二ガスチャンネルを画定する第二リブ配列体とを有し
、第二リブ配列体には隣接するチャンネルを互いに接続
し流体流通関係にする複数の離間スロットが形成されて
いて、各リブの各スロットは該リブに隣接するリブのス
ロットと互いにずらした位置にあることを特徴とする双
極プレートが提供される。
であり、互いに反対の面を持つ基部と、基部の両面の一
方の面上に配置され全体として曲りくねった形の第一ガ
スチャンネルを画定する第一リブ配列体と、基部の両面
の他方の面上に配置され全体として曲がりくねった形の
第二ガスチャンネルを画定する第二リブ配列体とを有し
、第二リブ配列体には隣接するチャンネルを互いに接続
し流体流通関係にする複数の離間スロットが形成されて
いて、各リブの各スロットは該リブに隣接するリブのス
ロットと互いにずらした位置にあることを特徴とする双
極プレートが提供される。
［作用］
本明細書中に開示する本発明の特徴は、一般的なスタッ
クの形に組立てられた燃料電池の効率及び信頼性の向上
を図るために用いるのに特に適した特徴であるが、本発
明の特徴は種々の形状の燃料電池において単独で採用し
てもよいしまた組合わせて使用してもよい。
クの形に組立てられた燃料電池の効率及び信頼性の向上
を図るために用いるのに特に適した特徴であるが、本発
明の特徴は種々の形状の燃料電池において単独で採用し
てもよいしまた組合わせて使用してもよい。
［実施例］
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。
する。
以下の説明においては、各図面を通して同一の参照符号
は同一、類似または対応する部材を示すものである。又
、以下の記載において、「前方」、「後方」、「左」、
「右」、「上方」、「下方」等の用語は説明の便宜上使
用するものであり、限定的に解釈すべきでない。
は同一、類似または対応する部材を示すものである。又
、以下の記載において、「前方」、「後方」、「左」、
「右」、「上方」、「下方」等の用語は説明の便宜上使
用するものであり、限定的に解釈すべきでない。
さて、図面、特に第１図に全体を参照符号１０で示す冗
気化学的燃料電池集積モジュールを示すが、このモジュ
ール１０は複数の燃料電池スタック１２から成る。各燃
料電池スタック１２は、多数の本発明の特徴を備えた燃
料電池１４（その一つを第２図に概略図で示しである）
を含む。
気化学的燃料電池集積モジュールを示すが、このモジュ
ール１０は複数の燃料電池スタック１２から成る。各燃
料電池スタック１２は、多数の本発明の特徴を備えた燃
料電池１４（その一つを第２図に概略図で示しである）
を含む。
燃料電池スタック１２を電解質によって濡れた最適の状
態に保持するために、燃料電池積層モジュール１０は、
電解質（液）貯槽１６と、分配ブロック１８と、電解液
を貯槽１６から一次供給ライン２２を介して分配ブロッ
ク１８に供給するポンプ２０とを有する。
態に保持するために、燃料電池積層モジュール１０は、
電解質（液）貯槽１６と、分配ブロック１８と、電解液
を貯槽１６から一次供給ライン２２を介して分配ブロッ
ク１８に供給するポンプ２０とを有する。
燃料電池スタック１２は、それぞれ対応する電解液供給
ライン２４及び戻入即ち液抜きライン２６により、電解
液分配ブロック１８及び貯槽１６とそれぞれ独立に流体
連通関係にある。分配ブロック１８は、モジュール１０
中の各スタック１２ごとに設けられた電解液室（図示せ
ず）と、１室の溢流室（図示せず）とを持つ。貯蔵され
た電解液を供給する供給ライン２４は、各スタック１２
の上部にある電解液充填孔（図示せず）を分配ブロック
の電解液室と接続し、一方、溢流戻入ライン２８が分配
ブロック１８の電解液溢流室と貯槽１６εを接続する。
ライン２４及び戻入即ち液抜きライン２６により、電解
液分配ブロック１８及び貯槽１６とそれぞれ独立に流体
連通関係にある。分配ブロック１８は、モジュール１０
中の各スタック１２ごとに設けられた電解液室（図示せ
ず）と、１室の溢流室（図示せず）とを持つ。貯蔵され
た電解液を供給する供給ライン２４は、各スタック１２
の上部にある電解液充填孔（図示せず）を分配ブロック
の電解液室と接続し、一方、溢流戻入ライン２８が分配
ブロック１８の電解液溢流室と貯槽１６εを接続する。
動作について説明すると、所定量の電解液がポンプ２０
によって、−次供給ライン２２を介して分配ブロック１
８に圧送される。ブロック１８の内部では、各電解液室
に等量の電解液が送入される。過剰の電解液は溢流室に
流入し、溢流戻入ライン２８を介して貯槽１６に戻され
る。各室からの電解液は、スタック供給ライン２４を介
して、各スタックの上部にある充填孔に送入される。
によって、−次供給ライン２２を介して分配ブロック１
８に圧送される。ブロック１８の内部では、各電解液室
に等量の電解液が送入される。過剰の電解液は溢流室に
流入し、溢流戻入ライン２８を介して貯槽１６に戻され
る。各室からの電解液は、スタック供給ライン２４を介
して、各スタックの上部にある充填孔に送入される。
電導性電解液による短絡及び燃料電池スタック１２の破
損を避けるために、電解液は連続流の形ではなくポンプ
により短い持続時間の所定周期の脈流の形で送入される
。重力の助けにより、燃料電池スタックの充填孔部及び
みぞ（図示せず）を介して電解液を循環させる。吸収さ
れなかった電解液は、抜取り孔（図示せず）を介してス
タック１２から出て、抜取りライン２６を介して貯槽１
６に戻る。
損を避けるために、電解液は連続流の形ではなくポンプ
により短い持続時間の所定周期の脈流の形で送入される
。重力の助けにより、燃料電池スタックの充填孔部及び
みぞ（図示せず）を介して電解液を循環させる。吸収さ
れなかった電解液は、抜取り孔（図示せず）を介してス
タック１２から出て、抜取りライン２６を介して貯槽１
６に戻る。
既述の如く、モジュール１０の各燃料電池スタック１２
は、従来法に従って互いに電気的には直列接続された（
図示せず）複数の燃料電池セル１４が次々に連結された
もの（図には一つだけ図示）から成る。第２図に示すよ
うに、各燃料電池セル１４は、基本的には、上部及び底
部双極プレート３０を有し、これらの双極プレートの間
に、アノード３２と、電解液含有多孔質母材３４と、カ
ソード３６（この配置構造は逆にすることもできる）が
挟持されている。又、通常は、電極の周縁部を密封する
ためにシムまたはガスケット３８が配設されている。例
示した実施例の場合、各双極プレート３０は圧縮成形グ
ラファイト樹脂複合物（ｇｒａｐｈｉｔｅ ｒｅｓｉｎ
ｃｏｍｐｏｓ ｉ ｔｅ）のような比較的厚く剛性のあ
る材料から成り、各電極３２．３６は構造的健全性を付
与するために多孔質グラファイト繊維製裏貼り層を備え
た多孔質グラファイト材料製の薄いシートである。母材
３４は、供給ライン２４及び抜取りライン２６と連通し
ているプレート３０内部の充填孔及び流入みぞ４０（第
２図には図示せず、第３図に図示しである）を介して、
濃燐酸等の電解酸によって湿潤または飽和された多孔質
グラファイト製の薄い組織に似たシートである。勿論、
燃料電池セル１４の母材を構成するために上記以外の多
くの材料及び構造を用いることができる。
は、従来法に従って互いに電気的には直列接続された（
図示せず）複数の燃料電池セル１４が次々に連結された
もの（図には一つだけ図示）から成る。第２図に示すよ
うに、各燃料電池セル１４は、基本的には、上部及び底
部双極プレート３０を有し、これらの双極プレートの間
に、アノード３２と、電解液含有多孔質母材３４と、カ
ソード３６（この配置構造は逆にすることもできる）が
挟持されている。又、通常は、電極の周縁部を密封する
ためにシムまたはガスケット３８が配設されている。例
示した実施例の場合、各双極プレート３０は圧縮成形グ
ラファイト樹脂複合物（ｇｒａｐｈｉｔｅ ｒｅｓｉｎ
ｃｏｍｐｏｓ ｉ ｔｅ）のような比較的厚く剛性のあ
る材料から成り、各電極３２．３６は構造的健全性を付
与するために多孔質グラファイト繊維製裏貼り層を備え
た多孔質グラファイト材料製の薄いシートである。母材
３４は、供給ライン２４及び抜取りライン２６と連通し
ているプレート３０内部の充填孔及び流入みぞ４０（第
２図には図示せず、第３図に図示しである）を介して、
濃燐酸等の電解酸によって湿潤または飽和された多孔質
グラファイト製の薄い組織に似たシートである。勿論、
燃料電池セル１４の母材を構成するために上記以外の多
くの材料及び構造を用いることができる。
好ましくは、数百の燃料電池セル１４（一つだけ図示し
である）を結合して燃料電池スタック１２を構成する。
である）を結合して燃料電池スタック１２を構成する。
従って、各燃料電池セルの上部双極プレート３０は、直
ぐ上の燃料電池セルの下部双極プレート３０としても働
き、各燃料電池セルの下部双極プレート３０は直ぐ下の
燃料電池セルの上部双極プレートとしても働く、また、
燃料電池スタック全体について言えば、半双極プレート
の形の端部プレート（図示せず）があり、上部の半双極
プレートは上部端部プレートとして働ぎ、底部の半双極
プレートは下部端部プレートとして働く。
ぐ上の燃料電池セルの下部双極プレート３０としても働
き、各燃料電池セルの下部双極プレート３０は直ぐ下の
燃料電池セルの上部双極プレートとしても働く、また、
燃料電池スタック全体について言えば、半双極プレート
の形の端部プレート（図示せず）があり、上部の半双極
プレートは上部端部プレートとして働ぎ、底部の半双極
プレートは下部端部プレートとして働く。
双極プレート３０には、一般に、１組のプロセスガスチ
ャンネル（第２図には図示せず）がその両側に設けられ
、後述するように一方の側には燃料チャンネルが、他方
側には酸化剤チャンネルが設けられている。水素等の燃
料は、燃料プロセスチャンネルを流れ、空気その他の酸
素含有物質から成る酸化剤は酸化剤プロセスチャンネル
を流れる。燃料入口及び出口マニホルド（図示せず）は
、通常は燃料電池セルスタック１２の人口及び出口区域
に付設されて、燃料チャンネル及び酸化剤チャンネルと
連通し、燃料流及び酸化剤流をスタックに流入させると
共にそこから流出させる。電極３２．３６及び電解液母
材３４を介して燃料と酸化剤とを反応させることにより
電力及び熱が発生する。実施例の燃料電池セル１４は水
素燃料を使用し、酸化剤として空気を、電解液として燐
酸を使用している。
ャンネル（第２図には図示せず）がその両側に設けられ
、後述するように一方の側には燃料チャンネルが、他方
側には酸化剤チャンネルが設けられている。水素等の燃
料は、燃料プロセスチャンネルを流れ、空気その他の酸
素含有物質から成る酸化剤は酸化剤プロセスチャンネル
を流れる。燃料入口及び出口マニホルド（図示せず）は
、通常は燃料電池セルスタック１２の人口及び出口区域
に付設されて、燃料チャンネル及び酸化剤チャンネルと
連通し、燃料流及び酸化剤流をスタックに流入させると
共にそこから流出させる。電極３２．３６及び電解液母
材３４を介して燃料と酸化剤とを反応させることにより
電力及び熱が発生する。実施例の燃料電池セル１４は水
素燃料を使用し、酸化剤として空気を、電解液として燐
酸を使用している。
電気化学反応により熱が発生するため、各スタック１２
は普通冷却モジュール（図示せず）を有する。所望する
作動温度にもよるが、スタック１２の内部の燃料電池セ
ル１４間の選定位置に冷却モジュールを配置する。
は普通冷却モジュール（図示せず）を有する。所望する
作動温度にもよるが、スタック１２の内部の燃料電池セ
ル１４間の選定位置に冷却モジュールを配置する。
たとえば、セル５つ〜８つ毎に一つの冷却モジュールを
配置する。各モジュールは双極プレート３０の材料と同
一材料でできていて、貫通冷却チャンネルが通っている
のが好ましい。
配置する。各モジュールは双極プレート３０の材料と同
一材料でできていて、貫通冷却チャンネルが通っている
のが好ましい。
第３図乃至第５図を参照し本発明の特徴について説明す
る。２ ｆｆｆｉの異なる配列のプロセスガスチャンネ
ルを持つ双極プレート３０の基部構造５２上に２面の対
向面４８（第３図）及び５０（第５図）があるのがわか
る。
る。２ ｆｆｆｉの異なる配列のプロセスガスチャンネ
ルを持つ双極プレート３０の基部構造５２上に２面の対
向面４８（第３図）及び５０（第５図）があるのがわか
る。
第３図において、プレート３ｏの一面４８には、複数の
リブ５４（第４図をも参照されたい）が配置され、これ
らのリブの間には全体として曲りくねった形のガスチャ
ンネル５６が画定されている。チャンネル５６（第３図
中に実線で示される。一方リブ５４は各線間の空間で表
される）が多数回屈曲して、プレート３０を通過するプ
ロセスガスチャンネルを曲りくねったものにしている。
リブ５４（第４図をも参照されたい）が配置され、これ
らのリブの間には全体として曲りくねった形のガスチャ
ンネル５６が画定されている。チャンネル５６（第３図
中に実線で示される。一方リブ５４は各線間の空間で表
される）が多数回屈曲して、プレート３０を通過するプ
ロセスガスチャンネルを曲りくねったものにしている。
このようにして、燃料電池内部の水平方向における圧力
降下が実質的に増大しくスタックへの供給路及び出口路
を介する鉛直方向の圧力降下に対して）、プレート間の
流れ分布が改善される。
降下が実質的に増大しくスタックへの供給路及び出口路
を介する鉛直方向の圧力降下に対して）、プレート間の
流れ分布が改善される。
第５図において、プレート３０の他方の面５０にはもう
一つの別の配列のリブ５８（第６図及び第７図を併せて
参照されたい）が設けられていて、これらのリブの間に
曲りくねったチャンネル形状に変更を加えたガスチャン
ネル６０が画定されている。この形状の場合には、第６
図及び第７図かられかるように、リブに複数の離間した
スロット６２が形成されている。（第５図において、リ
ブ５８は実線で示され、チャンネル６０は実線間の空間
で示され、スロット６２は線の中断部で示される）。チ
ャンネル６０は全体としては直線状であり、互いにほぼ
平行に延びている。スロット６２が隣接するチャンネル
６０の間を流体連通関係にする。隣接するチャンネル対
６０が相互に接続されて流体連通関係となる。一般的は
設計概念については、各リブ５８に設けたスロット６２
とそのリブに隣接するリブのスロット６２とは互いにず
らせた配置になっており、各リブ５８のスロットは１本
置いた各リブ５８のスロット６２とほぼ並んでいる（即
ち、同一線上に延びている）。従って、チャンネル６０
はほぼ長手方向に直線上に延びるガスチャンネルを形成
するが、離間した複数のスロット６２によって、プロセ
スガスは互い違いの形で横方向流を形成し、この結果、
チャンネル６０に沿った長手方向ガス流を横切る一連の
ほぼ平行な曲りくねった小チャンネルがつくられる。
一つの別の配列のリブ５８（第６図及び第７図を併せて
参照されたい）が設けられていて、これらのリブの間に
曲りくねったチャンネル形状に変更を加えたガスチャン
ネル６０が画定されている。この形状の場合には、第６
図及び第７図かられかるように、リブに複数の離間した
スロット６２が形成されている。（第５図において、リ
ブ５８は実線で示され、チャンネル６０は実線間の空間
で示され、スロット６２は線の中断部で示される）。チ
ャンネル６０は全体としては直線状であり、互いにほぼ
平行に延びている。スロット６２が隣接するチャンネル
６０の間を流体連通関係にする。隣接するチャンネル対
６０が相互に接続されて流体連通関係となる。一般的は
設計概念については、各リブ５８に設けたスロット６２
とそのリブに隣接するリブのスロット６２とは互いにず
らせた配置になっており、各リブ５８のスロットは１本
置いた各リブ５８のスロット６２とほぼ並んでいる（即
ち、同一線上に延びている）。従って、チャンネル６０
はほぼ長手方向に直線上に延びるガスチャンネルを形成
するが、離間した複数のスロット６２によって、プロセ
スガスは互い違いの形で横方向流を形成し、この結果、
チャンネル６０に沿った長手方向ガス流を横切る一連の
ほぼ平行な曲りくねった小チャンネルがつくられる。
より詳細には、リブ５８及びチャンネル６０は基本的に
は３群に分けることができる。
は３群に分けることができる。
第一群のリブ５８ａは、互いにずらした配置のスロット
６２を有し、１本のリブ５８中の複数のスロット６２は
、上に述べたように、１本置きに一線上に並んでいる。
６２を有し、１本のリブ５８中の複数のスロット６２は
、上に述べたように、１本置きに一線上に並んでいる。
第一リブ群５８ａは更に、最も外側のリブ５８ａ′ と
最も内側のリブ５８ａ″とその間に続けて配置されてい
る複数のリブ５８ａとを持つ。最も外側のリブ５８ａ′
のスロットの数が最も少なく、プレートの基部５２の人
口縁部から最も離れている。最も内側のリブ５８ａ″は
スロットの数が最も多くプレートの基部５２０人口縁部
に最も近い。最も外側めリブと最も内側のリブの間の一
連のリブ５８ａのスロットの数は、これらのリブ５８ａ
が、最も外側のリブ５８ａ′に近いものから最も内側の
リブ５８ａ＃に近いものになるに従って、増加する。両
端部のうち、第一群ガスチャンネル６０ａはプレート基
部のガス人口縁部６４で開口している。両端部の他方の
端部では、チャンネル６０ａは隣接する対ごとに流体連
通関係にある。
最も内側のリブ５８ａ″とその間に続けて配置されてい
る複数のリブ５８ａとを持つ。最も外側のリブ５８ａ′
のスロットの数が最も少なく、プレートの基部５２の人
口縁部から最も離れている。最も内側のリブ５８ａ″は
スロットの数が最も多くプレートの基部５２０人口縁部
に最も近い。最も外側めリブと最も内側のリブの間の一
連のリブ５８ａのスロットの数は、これらのリブ５８ａ
が、最も外側のリブ５８ａ′に近いものから最も内側の
リブ５８ａ＃に近いものになるに従って、増加する。両
端部のうち、第一群ガスチャンネル６０ａはプレート基
部のガス人口縁部６４で開口している。両端部の他方の
端部では、チャンネル６０ａは隣接する対ごとに流体連
通関係にある。
前述の如く、第二リブ群５８ｂは互いにずれた配置の複
数のスロット６２を有し、各リブ５８のスロットは一つ
置いた位置のリブのスロット６２と同じ線上に延びてい
る。第二ガスチャンネル群６０ｂの両端部は隣接する両
端部対と流体連通関係にある。
数のスロット６２を有し、各リブ５８のスロットは一つ
置いた位置のリブのスロット６２と同じ線上に延びてい
る。第二ガスチャンネル群６０ｂの両端部は隣接する両
端部対と流体連通関係にある。
第三リブ群５８ｃ及び第三チャンネル群６０ｃは、１８
０度回転させると、第一群と実質的に同一構成であるの
で、詳細な説明を省いた。リブ群５８ｃは、リブ群５８
ａにおけると同一配置の複数のスロット６２を有し、最
も内側及び最も外側のリブ５８ｃ′及び５８０″の間に
ある一連のリブ５８ｃから成ることに言及するだけで充
分であろう。第三群中のスロット６２のパターンは、第
一群のリブのパターンと同じである。第三ガスチャンネ
ル群６０ｃの両端部のうち一方の端部はプレート基部５
２の反対側出口縁部６６に開口しており、両端部のうち
の他方の端部は隣接するチャンネルの両端部に接続され
て流体連通関係にある。
０度回転させると、第一群と実質的に同一構成であるの
で、詳細な説明を省いた。リブ群５８ｃは、リブ群５８
ａにおけると同一配置の複数のスロット６２を有し、最
も内側及び最も外側のリブ５８ｃ′及び５８０″の間に
ある一連のリブ５８ｃから成ることに言及するだけで充
分であろう。第三群中のスロット６２のパターンは、第
一群のリブのパターンと同じである。第三ガスチャンネ
ル群６０ｃの両端部のうち一方の端部はプレート基部５
２の反対側出口縁部６６に開口しており、両端部のうち
の他方の端部は隣接するチャンネルの両端部に接続され
て流体連通関係にある。
第５図から明らかなように、第二群のリブ５８ｂ及びチ
ャンネル６０ｂは第一群と第三群のリブ及びチャンネル
の中間に配設され、第一群及び第三群の最も内側のリブ ５８ａ″、５８ｃ’の複数のスロット６２によって第一
群及び第二群のそれぞれ隣接するチャンネル６０ａ、６
０ｂ並びに第二群及び第三群中のそれぞれ隣接するチャ
ンネル６゜ｂ、６０ｃが流体連通関係にある。
ャンネル６０ｂは第一群と第三群のリブ及びチャンネル
の中間に配設され、第一群及び第三群の最も内側のリブ ５８ａ″、５８ｃ’の複数のスロット６２によって第一
群及び第二群のそれぞれ隣接するチャンネル６０ａ、６
０ｂ並びに第二群及び第三群中のそれぞれ隣接するチャ
ンネル６゜ｂ、６０ｃが流体連通関係にある。
第５図に示したようなチャンネル６０間で横方向流を形
成するスロット６２を含むチャンネル６０及び５８の屈
曲した形状を変更することにより、プレート３ｏには更
に複雑に曲りくねったプロセスガス通路ができ、圧ヵ降
下及びプレート間の流れ分布が更に改善される。加えて
、チャンネルの一般的な方向に波形即ち蛇状に曲りくね
った小チャンネル（第５図中に矢印をつけた破線で示す
）を重ね合わせることにより、自流チャンネル形の成形
プレートの許容誤差のばらつきに起因して不整列の状態
が特定条件になったときに起こる可能性のある電極の剪
断破壊を回避できる。
成するスロット６２を含むチャンネル６０及び５８の屈
曲した形状を変更することにより、プレート３ｏには更
に複雑に曲りくねったプロセスガス通路ができ、圧ヵ降
下及びプレート間の流れ分布が更に改善される。加えて
、チャンネルの一般的な方向に波形即ち蛇状に曲りくね
った小チャンネル（第５図中に矢印をつけた破線で示す
）を重ね合わせることにより、自流チャンネル形の成形
プレートの許容誤差のばらつきに起因して不整列の状態
が特定条件になったときに起こる可能性のある電極の剪
断破壊を回避できる。
最後に第８図を参照して、双極プレート７２の両面上に
設けたガスチャンネル６８．７０が互いに斜めに交わる
配置について説明する。第８図に示したチャンネルにつ
いては、同一の屈曲形状を有するが、はぼ平行なチャン
ネル部分を持つものであれば他の配置形状でもよい。（
第３図及び第５図に示した曲りくねったチャンネルの形
状配置、変更態様の曲りくねりを増した形状配置でも非
対称であることに注意されたい）。２枚のプレート７２
を燃料電池セル内に配置した場合には、アノードの電極
上方の１枚のプレートの下面に設けたプロセスガスチャ
ンネルと、カソードの電極の下方に位置する他方プレー
トの上面に設けたプロセスガスチャンネルとを互いに反
対方向に斜行させる。従って、複数の燃料電池セルの組
立てに使用する各双極プレート７２について言えば、各
プレートの共通長手方向水平中心線７４に対して、プレ
ート７２の上面側のプロセスチャンネル（第８図中では
実線で示す）は、反対方向に斜行しているチャンネル７
０（第８図中では破線で示す）と同一量だけ一方向に斜
行させである。このように斜めにそらせた斜行配置にす
ることにより、製造及び組立時の許容誤差に起因する平
行チャンネルの形状配置で一般に見られるガスチャンネ
ルの不整列を避け、電池セルの接触面積を均一にし、そ
の結果、燃料電池スタックの圧縮負荷の分布を均一にす
ることができる。
設けたガスチャンネル６８．７０が互いに斜めに交わる
配置について説明する。第８図に示したチャンネルにつ
いては、同一の屈曲形状を有するが、はぼ平行なチャン
ネル部分を持つものであれば他の配置形状でもよい。（
第３図及び第５図に示した曲りくねったチャンネルの形
状配置、変更態様の曲りくねりを増した形状配置でも非
対称であることに注意されたい）。２枚のプレート７２
を燃料電池セル内に配置した場合には、アノードの電極
上方の１枚のプレートの下面に設けたプロセスガスチャ
ンネルと、カソードの電極の下方に位置する他方プレー
トの上面に設けたプロセスガスチャンネルとを互いに反
対方向に斜行させる。従って、複数の燃料電池セルの組
立てに使用する各双極プレート７２について言えば、各
プレートの共通長手方向水平中心線７４に対して、プレ
ート７２の上面側のプロセスチャンネル（第８図中では
実線で示す）は、反対方向に斜行しているチャンネル７
０（第８図中では破線で示す）と同一量だけ一方向に斜
行させである。このように斜めにそらせた斜行配置にす
ることにより、製造及び組立時の許容誤差に起因する平
行チャンネルの形状配置で一般に見られるガスチャンネ
ルの不整列を避け、電池セルの接触面積を均一にし、そ
の結果、燃料電池スタックの圧縮負荷の分布を均一にす
ることができる。
上述のように、プロセスガスチャンネルの斜行配置（斜
めにそらせた配置）は、平行チャンネルを持つチャンネ
ルであれば、どの型のものにでも応用できる。斜行角度
は、チャンネルの整列についての許容誤差によってチャ
ンネルが平行な関係に戻ってしまわないことが充分に保
証できる程度であればよい。所定のプレート長、特定の
リブ幅及びみぞピッ４チのものについて斜行角度を変え
て計算した結果によれば、この種のプレートについての
斜行角度は、所定接触面積と公称面積の比が０．１６に
なるように選定すればよことがわかった。従って、特定
の大きさのプレートチャンネルを持つ電池セルの作用面
積（重ね合わせたとぎに、電極の上方及び下方のプロセ
スガスチャンネルが交差する面積）の損失を最小にする
ためには、斜行角度は必要量よりも大きくしないほうが
よい。燃料電池セルの両側上のチャンネル６８．７０が
交差しない区域に１本またはそれ以上のみぞ７６を加え
ることにより、燃料電池の作用面積の損失を実質的に低
下させることができる。好ましくは、これらのみぞ７６
は交差し、双極プレートの同一側面上のプロセスチャン
ネルと流体連通関係にする。加えるみぞの数は、チャン
ネルを設けたプレートの寸法及び採用した斜行角度によ
って定まる。
めにそらせた配置）は、平行チャンネルを持つチャンネ
ルであれば、どの型のものにでも応用できる。斜行角度
は、チャンネルの整列についての許容誤差によってチャ
ンネルが平行な関係に戻ってしまわないことが充分に保
証できる程度であればよい。所定のプレート長、特定の
リブ幅及びみぞピッ４チのものについて斜行角度を変え
て計算した結果によれば、この種のプレートについての
斜行角度は、所定接触面積と公称面積の比が０．１６に
なるように選定すればよことがわかった。従って、特定
の大きさのプレートチャンネルを持つ電池セルの作用面
積（重ね合わせたとぎに、電極の上方及び下方のプロセ
スガスチャンネルが交差する面積）の損失を最小にする
ためには、斜行角度は必要量よりも大きくしないほうが
よい。燃料電池セルの両側上のチャンネル６８．７０が
交差しない区域に１本またはそれ以上のみぞ７６を加え
ることにより、燃料電池の作用面積の損失を実質的に低
下させることができる。好ましくは、これらのみぞ７６
は交差し、双極プレートの同一側面上のプロセスチャン
ネルと流体連通関係にする。加えるみぞの数は、チャン
ネルを設けたプレートの寸法及び採用した斜行角度によ
って定まる。
第１図は、本発明による構成の燃料電池セルを複数個組
入れた燃料電池集積体（スタック）モジュールの立面図
であり、一部分は断面で示し、簡明に図示する目的で幾
つかの部材は省略しである。 第２図は、第１図に示した燃料電池集積体モジュールか
ら取り出した一つの燃料電池セルの鉛直方向断面図であ
り、図示を簡略化する目的で、電解液充填孔、流れみぞ
、プロセスガスチャンネル及びマニホルド類は省略しで
ある。 第３図は、曲りくねった形のプロセスガスチャンネルを
持つ双極プレートの表面を示す説明図であり、複数のチ
ャンネルを実線で示しであるが、これらのチャンネルは
プレート側面に対して斜行している。 第４図は、第３図の４−４線に沿った拡大部分断面図で
あり、プレートに設けた隣接するリブ及びチャンネルを
示す図である。 第５図は、本発明の特徴の一つを構成する一変形態様の
屈曲形状のプロセスガスチャンネルを持つ双極プレート
の表面を示す説明図であり、それらの間にチャンネルを
画定する隆起部即ちリブを線で示し、複数のチャンネル
を相互に接続して流体連通関係にするためにリブに設け
たスロットを線の中断によって示しであるが、この変形
実施例でもチャンネルはプレート側面に対して斜行させ
である。 第６図は、第５図の６−６線に沿った拡大部分断面図で
あり、チャンネルとプレートのリブに形成されたスロッ
トとを示す図であ０る。 第７図は、第５図の７−７線に沿った拡大部分断面図で
あり、プレート中のチャンネルと、リブと、１本のリブ
のスロットとを示す図である。 第８図は、双極プレートの概略を示す説明図であり、こ
の図に示す双極プレートは、プレートの長手方向中心線
に対してプレート中心を軸として反時計方向に斜行させ
て第一の屈曲形状になるようプレートの上面に設けた実
線で示す複数の第一プロセスガスチャンネルと、プレー
トの長手方向中心線に対してプレート中心を軸として時
計方向に即ち上記の複数の第一チャンネルの反対側に斜
行させて第二の屈曲形状になるようプレート下面に設け
た破線で示す複数の第二プロセスガスチャンネルとを有
する。 １２・・・・燃料電池集積体（スタック）１４・・・・
燃料電池セル ３０・・・・双極プレート ３２・・・・アノード ３４・・・・電解液母材 ３６・・・・カソード ４８・・・・プレートの一面 ５２・・・・プレートの基部 ５４・・・・リブ ５６・・・・チャンネル ＦＩＧ、 ＋ ７ｙ′″ｈ″′−ト ＦＩＧ、２／−７７極７
・レート 、３０ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、 ７ ヒｌ（Ｊ、 ） ＦＩＧ、８
入れた燃料電池集積体（スタック）モジュールの立面図
であり、一部分は断面で示し、簡明に図示する目的で幾
つかの部材は省略しである。 第２図は、第１図に示した燃料電池集積体モジュールか
ら取り出した一つの燃料電池セルの鉛直方向断面図であ
り、図示を簡略化する目的で、電解液充填孔、流れみぞ
、プロセスガスチャンネル及びマニホルド類は省略しで
ある。 第３図は、曲りくねった形のプロセスガスチャンネルを
持つ双極プレートの表面を示す説明図であり、複数のチ
ャンネルを実線で示しであるが、これらのチャンネルは
プレート側面に対して斜行している。 第４図は、第３図の４−４線に沿った拡大部分断面図で
あり、プレートに設けた隣接するリブ及びチャンネルを
示す図である。 第５図は、本発明の特徴の一つを構成する一変形態様の
屈曲形状のプロセスガスチャンネルを持つ双極プレート
の表面を示す説明図であり、それらの間にチャンネルを
画定する隆起部即ちリブを線で示し、複数のチャンネル
を相互に接続して流体連通関係にするためにリブに設け
たスロットを線の中断によって示しであるが、この変形
実施例でもチャンネルはプレート側面に対して斜行させ
である。 第６図は、第５図の６−６線に沿った拡大部分断面図で
あり、チャンネルとプレートのリブに形成されたスロッ
トとを示す図であ０る。 第７図は、第５図の７−７線に沿った拡大部分断面図で
あり、プレート中のチャンネルと、リブと、１本のリブ
のスロットとを示す図である。 第８図は、双極プレートの概略を示す説明図であり、こ
の図に示す双極プレートは、プレートの長手方向中心線
に対してプレート中心を軸として反時計方向に斜行させ
て第一の屈曲形状になるようプレートの上面に設けた実
線で示す複数の第一プロセスガスチャンネルと、プレー
トの長手方向中心線に対してプレート中心を軸として時
計方向に即ち上記の複数の第一チャンネルの反対側に斜
行させて第二の屈曲形状になるようプレート下面に設け
た破線で示す複数の第二プロセスガスチャンネルとを有
する。 １２・・・・燃料電池集積体（スタック）１４・・・・
燃料電池セル ３０・・・・双極プレート ３２・・・・アノード ３４・・・・電解液母材 ３６・・・・カソード ４８・・・・プレートの一面 ５２・・・・プレートの基部 ５４・・・・リブ ５６・・・・チャンネル ＦＩＧ、 ＋ ７ｙ′″ｈ″′−ト ＦＩＧ、２／−７７極７
・レート 、３０ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、 ７ ヒｌ（Ｊ、 ） ＦＩＧ、８
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、燃料ガス流画定手段を持つプレートと酸化剤ガス流
画定手段を持つプレートとより成る少なくとも一対のプ
レートと、プレートの間に挟持されたアノード及びカソ
ードと、アノード・カソード両電極間に挟持された電解
質母材とから成る電気化学的燃料電池であって、燃料ガ
ス流画定手段及び酸化剤ガス流画定手段の少なくとも一
方が第一ガスチャンネル群を画定する第一リブ群を有し
、第一ガスチャンネル群のチャンネルはその両端部の一
方においてプレートの第一縁部で開口しており、また両
端部の他方において隣接する対ごとに流体連通関係に接
続しており、リブには隣接するチャンネルを接続しこれ
らのチャンネルを流体連通関係にする第一の離間スロッ
ト群が形成されていることと、第二ガスチャンネル群を
形成する第二リブ群が設けられ、第二チャンネル群のチ
ャンネルはそれぞれの両端部で隣接する対ごとに接続さ
れて流体連通関係にあり、第二リブ群中のリブには隣接
するチャンネルを接続しこれらのチャンネルを流体連通
関係にする第二の離間スロット群が形成されていること
と、第三ガスチャンネル群を形成する第三リブ群が設け
られ、第三ガスチャンネル群はその両端部の一方におい
てプレートの第二縁部で開口しており、また両端部の他
方において隣接する対ごとに流体連通関係に接続してお
り、リブには隣接するチャンネルを接続しこれらのチャ
ンネルを流体連通関係にする第三の離間スロット群が形
成されていることと、第二リブ群及び第二ガスチャンネ
ル群は第一群と第三群の間に配設され、第一群のリブ及
び第三群のリブの一つに設けられたスロットにより、第
一群と第二群のそれぞれ隣接するチャンネル並びに第二
群と第三群のそれぞれ隣接するチャンネルが互いに流体
連通関係に接続することを特徴とする燃料電池。 ２、第一群の１本のリブに設けられたスロットが、その
リブに隣接するリブのスロットと互いにずらした関係に
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の燃
料電池。 ３、第一リブ群が最も外側のリブと最も内側のリブの間
にある連続した複数のリブとから成り、第一リブ群の最
も外側のリブにあるスロットの数が最も少なく、最も内
側のリブにあるスロットの数が最も多く、それらの間に
ある連続した複数のリブのスロットの数は最も外側のリ
ブに近いリブから最も内側のリブに近いリブに向かうに
つれて増大することを特徴とする特許請求の範囲第１項
または第２項に記載の燃料電池。 ４、第二群の１本のリブに設けられたスロットが、その
リブに隣接するリブのスロットと互いにずらした関係に
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項ま
たは第３項に記載の燃料電池。 ５、第三群の１本のリブに設けられたスロットが、その
リブに隣接するリブのスロットと互いにずらした関係に
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項
の何れかに記載の燃料電池。 ６、第三リブ群が最も外側のリブと最も内側のリブの間
にある連続した複数のリブとから成り、第三リブ群の最
も外側のリブにあるスロットの数が最も少なく、最も内
側のリブにあるスロットの数が最も多く、それらの間に
ある連続した複数のリブのスロットの数は最も外側のリ
ブに近いリブから最も内側のリブに近いリブに向かうに
つれて増大することを特徴とする特許請求の範囲第１項
または第５項に記載の燃料電池。 ７、第一群、第二群及び第三群のチャンネルが互いにほ
ぼ平行に延びていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項乃至第６項の何れかに記載の燃料電池。 ８、互いに反対の縁部を持つ燃料電池セル用のプレート
であって、基部を有し、基部に設けられた第一ガスチャ
ンネル群を形成する第一リブ群を有し、第一ガスチャン
ネル群のチャンネルはその両端部の一方においてプレー
トの第一縁部で開口しており、また両端部の他方におい
て隣接する対ごとに流体連通関係に接続しており、リブ
には隣接するチャンネルを接続しこれらのチャンネルを
流体連通関係にする第一の離間スロット群が形成されて
いることと、第二ガスチャンネル群を形成する第二リブ
群が設けられ、第二チャンネル群のチャンネルはそれぞ
れの両端部で隣接する対ごとに接続されて流体連通関係
にあり、第二リブ群のリブには隣接するチャンネルを接
続しこれらのチャンネルを流体連通関係にする第二の離
間スロット群が形成されていることと、第三ガスチャン
ネル群を形成する第三リブ群が設けられ、第三ガスチャ
ンネル群はその両端部の一方においてプレートの第二縁
部で開口しており、また両端部の他方において隣接する
対ごとに流体連通関係に接続しており、リブには隣接す
るチャンネルを接続しこれらのチャンネルを流体連通関
係にする第三の離間スロット群が形成されていることと
、第二リブ群及び第二ガスチャンネル群は第一群と第三
群の間に配設され、第一群のリブ及び第三群のリブの一
つに設けられたスロットにより、第一群と第二群のそれ
ぞれ隣接するチャンネル並びに第二群と第三群のそれぞ
れ隣接するチャンネルが互いに流体連通関係に接続する
ことを特徴とするプレート。 ９、第一群の１本のリブに設けられたスロットが、その
リブに隣接するリブのスロットと互いにずらした関係に
あることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載のプ
レート。 １０、第一リブ群が最も外側のリブと最も内側のリブの
間にある連続した複数のリブとから成り、第一リブ群の
最も外側のリブにあるスロットの数が最も少なく、最も
内側のリブにあるスロットの数が最も多く、それらの間
にある連続した複数のリブのスロットの数は最も外側の
リブに近いリブから最も内側のリブに近いリブに向かう
につれて増大することを特徴とする特許請求の範囲第８
項または第９項に記載のプレート。 １１、第二群の１本のリブに設けられたスロットが、そ
のリブに隣接するリブのスロットと互いにずらした関係
にあることを特徴とする特許請求の範囲第８項、第９項
または第１０項に記載のプレート。 １２、第三群の１本のリブに設けられたスロットが、そ
のリブに隣接するリブのスロットと互いにずらした関係
にあることを特徴とする特許請求の範囲第８項乃至第１
１項の何れかに記載のプレート。 １３、第三リブ群が最も外側のリブと最も内側のリブの
間にある連続した複数のリブとから成り、第三リブ群の
最も外側のリブにあるスロットの数が最も少なく、最も
内側のリブにあるスロットの数が最も多く、それらの間
にある連続した複数のリブのスロットの数は最も外側の
リブに近いリブから最も内側のリブに近いリブに向かう
につれて増大することを特徴とする特許請求の範囲第８
項または第１２項に記載のプレート。 １４、第一群、第二群及び第三群のチャンネルが互いに
ほぼ平行に延びていることを特徴とする特許請求の範囲
第８項乃至第１３項の何れかに記載のプレート。 １５、燃料電池セル用の双極プレートであり、互いに反
対の面を持つ基部と、基部の両面の一方の面上に配置さ
れ全体として曲りくねった形の第一ガスチャンネルを画
定する第一リブ配列体と、基部の両面の他方の面上に配
置され全体として曲がりくねった形の第二ガスチャンネ
ルを画定する第二リブ配列体とを有し、第二リブ配列体
には隣接するチャンネルを互いに接続し流体流通関係に
する複数の離間スロットが形成されていて、各リブの各
スロットは該リブに隣接するリブのスロットと互いにず
らした位置にあることを特徴とする双極プレート。 １６、第二リブ配列体が第一リブ群を有し、第一リブ群
の各リブのスロットが各リブに隣接するリブのスロット
と互いにずらした位置にあり、第一リブ群が最も外側の
リブと最も内側のリブの間にある連続した複数のリブと
から成り、第一リブ群の最も外側のリブにあるスロット
の数が最も少なく、最も内側のリブにあるスロットの数
が最も多く、中間にある連続した複数のリブのスロット
の数は最も外側のリブに近いリブから最も内側のリブに
近いリブに向かうにつれて増大し、第二ガスチャンネル
配列体には第一ガスチャンネル群が含まれ、この第一ガ
スチャンネル群は両端部の一方においてプレートの第一
縁部で開口しており、またその両端部の他方において隣
接する対ごとに流体連通関係に接続していることを特徴
とする特許請求の範囲第１５項に記載の双極プレート。 １７、第二リブ配列体が第二群のリブを含み、第二群の
各リブのスロットが隣接するリブのスロットと互いにず
らした位置にあり、第二ガスチャンネルの配列体は、そ
れぞれの両端部で隣接する対ごとに流体連通関係に接続
された第二ガスチャンネル群を有することを特徴とする
特許請求の範囲第１６項に記載の双極プレート。 １８、第二リブ群が、各リブのスロットを該リブに隣接
するリブのスロットと互いにずらして配置した第三リブ
群を有し、第三リブ群が最も外側のリブと最も内側のリ
ブの間にある連続した複数のリブとから成り、第一リブ
群の最も外側のリブにあるスロットの数が最も少なく、
最も内側のリブにあるスロットの数が最も多く、中間に
ある連続した複数のリブのスロットの数は最も外側のリ
ブに近いリブから最も内側のリブに近いリブに向かうに
つれて増大することと、第二ガスチャンネル配列体には
第三ガスチャンネル群が含まれ、この第三ガスチャンネ
ル群は両端部の一方においてプレートの第一縁部で開口
しており、またその両端部の他方において隣接する対ご
とに流体連通関係に接続していることを特徴とする特許
請求の範囲第１７項に記載の双極プレート。 １９、第二群のリブ及びチャンネルが第一群のリブ及び
チャンネルと第三群のリブ及びチャンネルとの間に配置
されていて、第一群及び第三群の最も内側のリブのスロ
ットが第一群及び第二群並びに第二群及び第三群中のそ
れぞれ隣接するチャンネルを互いに流体連通関係に接続
していることを特徴とする特許請求の範囲第１８項に記
載の双極プレート。
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| US804414 | 1985-12-04 | ||
| US06/804,414 US4631239A (en) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | Fuel cell plates with improved arrangement of process channels for enhanced pressure drop across the plates |
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