KR102155624B1 - 연료 전지 스택 및 더미 셀 - Google Patents

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Abstract

연료 전지 스택(10)은, 적층된 복수의 발전 셀과, 상기 복수의 발전 셀(100, 101)의 양단부 중 적어도 어느 일방측의 단부에 설치되고, 발전을 행하지 않는 더미 셀(200, 201, 202)을 구비하고, 상기 연료 전지 스택은, 상기 복수의 발전 셀과, 상기 더미 셀을 관통하는 반응 가스 공급 매니폴드(410, 420)를 갖고, 상기 더미 셀(200, 201, 202)은 상기 반응 가스 공급 매니폴드로부터 상기 더미 셀의 중앙 영역(250)으로 반응 가스를 도입하는 반응 가스의 도입 유로로서 하나 이상의 더미 셀용 반응 가스 도입 유로(220a∼220f)를 갖고, 상기 더미 셀용 반응 가스 도입 유로 중 적어도 하나는, 상기 반응 가스 공급 매니폴드의 중력 방향의 하방의 저면(420b)에 마련되어 있다.

Description

연료 전지 스택 및 더미 셀 {FUEL CELL STACK AND DUMMY CELL}
본 발명은, 연료 전지 스택 및 더미 셀에 관한 것이다.
연료 전지 스택에 있어서, 복수의 발전 셀을 적층하고, 그 적층 방향의 양측에 발전하지 않는 더미 셀을 설치하는 것이 기재되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2015-69737호 공보).
연료 전지에 대한 반응 가스의 공급 매니폴드에 액수가 유입된 경우, 공급 매니폴드의 중력 방향 하측을 흐른다. 이때, 더미 셀을 넘어 특정한 발전 셀에 액수가 집중하여 침입하는 경우가 있어, 반응 가스를 공급할 수 없고 그 발전 셀에서 충분한 발전을 행할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
본 발명의 제1 양태에 의하면, 연료 전지 스택이 제공된다. 이 연료 전지 스택은, 적층된 복수의 발전 셀과, 상기 복수의 발전 셀의 양단부 중 적어도 어느 일방측의 단부에 설치되고, 발전을 행하지 않는 더미 셀을 구비하고, 상기 연료 전지 스택은, 상기 복수의 발전 셀과, 상기 더미 셀을 관통하는 반응 가스 공급 매니폴드를 갖고, 상기 더미 셀은, 상기 반응 가스 공급 매니폴드로부터 상기 더미 셀의 중앙 영역으로 반응 가스를 도입하는 반응 가스의 도입 유로로서 하나 이상의 더미 셀용 반응 가스 도입 유로를 갖고, 상기 더미 셀용 반응 가스 도입 유로 중 적어도 하나는, 상기 반응 가스 공급 매니폴드의 중력 방향의 하방의 저면에 마련되어 있다. 반응 가스 공급 매니폴드에 액수가 침입한 경우, 그 액수는, 반응 가스 공급 매니폴드의 중력 방향 하측의 저면을 따라 흐른다. 이 양태에 의하면, 더미 셀용 반응 가스 도입 유로 중 적어도 하나가 상기 반응 가스 공급 매니폴드의 중력 방향의 하방의 저면에 마련되어 있기 때문에, 액수가 더미 셀의 중앙 영역으로 이동하기 쉽고, 더미 셀에 인접하는 발전 셀의 발전 영역으로 액수의 이동량이 적어져, 특정한 발전 셀에 액수가 집중하여 침입하는 것을 억제할 수 있다.
상기 양태에 있어서, 상기 발전 셀은, 상기 반응 가스 공급 매니폴드로부터 상기 발전 셀의 발전 영역으로 반응 가스를 도입하기 위한 반응 가스의 도입 유로로서 하나 이상의 발전 셀용 반응 가스 도입 유로를 갖고, 상기 더미 셀에 인접하는 하나 이상의 발전 셀에 있어서, 상기 발전 셀용 반응 가스 도입 유로는, 상기 반응 가스 공급 매니폴드의 중력 방향의 하방의 저면에 마련되지 않고, 상기 저면보다 중력 방향의 상방에 있는 측면에 마련되어 있어도 된다. 이 양태에 의하면, 더미 셀에 인접하는 하나 이상의 발전 셀에 액수가 흘러와도, 발전 셀용 반응 가스 도입 유로는, 반응 가스 공급 매니폴드의 저면에 마련되지 않고, 저면보다 중력 방향의 상방에 있는 측면에 마련되어 있기 때문에, 발전 셀의 발전 영역으로의 물의 침입을 억제할 수 있다.
상기 양태에 있어서, 상기 더미 셀은, 상기 더미 셀의 상기 중앙 영역을 둘러싸는 수지 프레임과, 상기 제1 수지 프레임을 사이에 두는 제1 애노드 세퍼레이터 플레이트 및 제1 캐소드 세퍼레이터 플레이트를 갖고, 상기 발전 셀은, 상기 발전 셀의 상기 발전 영역을 둘러싸는 제2 수지 프레임과, 상기 제2 수지 프레임을 사이에 두는 제2 애노드 세퍼레이터 플레이트 및 제2 캐소드 세퍼레이터 플레이트를 갖고, 상기 제1 애노드 세퍼레이터 플레이트 및 상기 제1 캐소드 세퍼레이터 플레이트의 형상과, 상기 제2 애노드 세퍼레이터 플레이트 및 상기 제2 캐소드 세퍼레이터 플레이트의 형상은 동일하고, 상기 더미 셀용 반응 가스 도입 유로는, 상기 제1 수지 프레임에 형성된 홈에 의해 형성되어 있고, 상기 발전 셀용 반응 가스 도입 유로는, 상기 제2 수지 프레임에 형성된 홈에 의해 형성되어 있어도 된다. 이 양태에 의하면, 더미 셀과 발전 셀은, 수지 프레임만 상이하므로, 제1 애노드 세퍼레이터 플레이트 및 제1 캐소드 세퍼레이터 플레이트와, 제2 애노드 세퍼레이터 플레이트 및 제2 캐소드 세퍼레이터 플레이트를 공용할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 의하면, 연료 전지 스택이 적층된 복수의 발전 셀의 양단부 중 적어도 어느 일방측의 단부에 설치되고, 발전을 행하지 않는 더미 셀이며, 상기 복수의 발전 셀과 상기 더미 셀을 관통하는 반응 가스 공급 매니폴드로부터 상기 더미 셀의 중앙 영역으로 반응 가스를 도입하는 반응 가스의 도입 유로로서 하나 이상의 더미 셀용 반응 가스 도입 유로를 갖고, 상기 더미 셀용 반응 가스 도입 유로 중 적어도 하나는, 상기 반응 가스 공급 매니폴드의 중력 방향의 하방의 저면에 마련되어 있다.
본 발명은, 다양한 형태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들어 연료 전지 스택, 더미 셀 외에, 연료 전지 시스템 등의 다양한 형태로 실현할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술될 것이다.
도 1은 연료 전지 스택의 사시도.
도 2는 발전 셀을 모식적으로 도시하는 평면도.
도 3은 도 2의 III-III 단면을 도시하고 있고, 발전 셀의 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로를 따른 단면도.
도 4는 더미 셀을 모식적으로 도시하는 평면도.
도 5는 도 4의 V-V 단면을 도시하고 있고, 더미 셀의 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로를 따른 단면도.
도 6은 제2 실시 형태의 더미 셀을 모식적으로 도시하는 평면도.
도 7은 제3 실시 형태의 더미 셀을 모식적으로 도시하는 평면도.
도 8은 제4 실시 형태의 발전 셀을 모식적으로 도시하는 평면도.
도 9는 변형예 1의 더미 셀의 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로를 따른 단면도.
·제1 실시 형태: 도 1은, 연료 전지 스택(10)의 사시도이다. 연료 전지 스택(10)은, 복수의 발전 셀(100)과, 더미 셀(200)과, 집전판(300, 310)과, 절연판(320, 330)과, 엔드 플레이트(340, 350)를 구비한다. 복수의 발전 셀(100)은, y 방향(수평 방향)으로 적층되어 적층체를 형성하고 있다. 여기서, 제1 실시 형태에서는, 수평 방향을 x 방향, y 방향으로 하고, 연직 방향을 z 방향으로 하고 있다. 연직 방향의 하향이 중력 방향이다. 더미 셀(200)은, 복수의 발전 셀(100)을 사이에 두도록 복수의 발전 셀(100)의 적층체의 y 방향의 양측에 배치되어 있다. 또한, 더미 셀(200)은, 복수의 발전 셀(100)의 양단부 중 적어도 어느 한쪽의 단부에 설치되어 있으면 된다. 집전판(300, 310)은, 복수의 발전 셀(100)과 더미 셀(200)을 사이에 두도록 더미 셀(200)의 y 방향의 외측에 배치되어 있다. 절연판(320, 330)은, 복수의 발전 셀(100)과, 더미 셀(200)과, 집전판(300, 310)을 사이에 두도록 집전판(300, 310)의 y 방향의 외측에 배치되어 있다. 엔드 플레이트(340, 350)는, 복수의 발전 셀(100)과, 더미 셀(200)과, 집전판(300, 310)과, 절연판(320, 330)을 사이에 두도록, 절연판(320, 330)의 y 방향의 외측에 배치되어 있다.
연료 전지 스택(10)은, 복수의 발전 셀(100)과, 더미 셀(200)과, 집전판(300, 310)과, 절연판(320, 330)과, 엔드 플레이트(340, 350)를 관통하는 캐소드 가스 공급 매니폴드(410)와, 캐소드 가스 배출 매니폴드(415)와, 애노드 가스 공급 매니폴드(420)와, 애노드 가스 배출 매니폴드(425)와, 냉매 공급 매니폴드(430)와, 냉매 배출 매니폴드(435)를 갖는다. 매니폴드 중, 반응 가스를 공급하기 위한 매니폴드(「반응 가스 공급 매니폴드」라고도 칭함. 구체적으로는 캐소드 가스 공급 매니폴드(410), 애노드 가스 공급 매니폴드(420))는, 반응 가스를 배출하기 위한 매니폴드(「반응 가스 배출 매니폴드」라고도 칭함. 구체적으로는 캐소드 가스 배출 매니폴드(415), 애노드 가스 배출 매니폴드(425))보다 중력 방향의 높은 위치에 형성되어 있다.
도 2는, 발전 셀(100)을 모식적으로 도시하는 평면도이다. 발전 셀(100)의 중앙 영역(150)은, 발전 영역이며, 막 전극 접합체가 설치되어 있다. 발전 셀(100)은, 캐소드 가스 공급 매니폴드(410)로부터 중앙 영역(150)으로 캐소드 가스를 도입하기 위한 발전 셀용 캐소드 가스 도입 유로(110)와, 중앙 영역(150)으로부터 캐소드 가스 배출 매니폴드(415)로 캐소드 가스를 도출하기 위한 발전 셀용 캐소드 가스 도출 유로(115)와, 애노드 가스 공급 매니폴드(420)로부터 중앙 영역(150)으로 애노드 가스를 도입하기 위한 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120)와, 중앙 영역(150)으로부터 애노드 가스 배출 매니폴드(425)로 애노드 가스를 도출하기 위한 발전 셀용 애노드 가스 도출 유로(125)를 구비한다.
발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120)는, 중력 방향을 따라 배열되는 복수의 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120a∼120f)를 구비한다. 발전 셀용 캐소드 가스 도입 유로(110)에 대해서도 마찬가지의 구성을 갖는다. 또한, 발전 셀용 애노드 가스 도출 유로(125), 발전 셀용 캐소드 가스 도출 유로(115)도 마찬가지의 구성을 갖는다.
도 3은, 도 2의 III-III 단면을 도시하고 있고, 발전 셀(100)의 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120a)를 따른 단면도이다. 발전 셀(100)은, 수지 프레임(160)과, 애노드 세퍼레이터 플레이트(170)와, 캐소드 세퍼레이터 플레이트(180)를 구비한다. 수지 프레임(160)은, 예를 들어 수지에 의해 형성되어 있고, 막 전극 접합체(154)를 둘러싸도록 보유 지지하고 있다. 막 전극 접합체(154)는, 전해질막(151)과, 애노드 촉매층(152)과, 캐소드 촉매층(153)을 구비한다. 전해질막(151)은, 습윤 상태에서 양호한 프로톤 전도성을 나타내는 이온 교환 수지막에 의해 구성된다. 더 구체적으로는, 전해질막(151)은, 나피온(등록 상표) 등, 이온 교환기로서 술폰산기를 갖는 불소 수지계의 이온 교환 수지막에 의해 구성된다. 애노드 촉매층(152)과, 캐소드 촉매층(153)은 각각, 촉매(예를 들어, 백금)를 담지한 카본 및 예를 들어 술폰산기(-SO3H)를 갖는 아이오노머를 갖고 있다. 애노드 촉매층(152)과 캐소드 촉매층(153)의 위에는, 애노드 가스 확산층(155)과 캐소드 가스 확산층(156)이 각각 배치되어 있다. 애노드 가스 확산층(155)과 캐소드 가스 확산층(156)은, 예를 들어 카본 페이퍼나 카본 부직포로 형성되어 있다. 또한, 애노드 가스 확산층(155)과 캐소드 가스 확산층(156)은, 카본 페이퍼나 카본 부직포 외에, 익스팬드 메탈이나 금속 다공체로 형성되어 있어도 된다.
캐소드 세퍼레이터 플레이트(180)는, 인접하는 발전 셀(100)의 애노드 세퍼레이터 플레이트(170) 방향으로 돌출되는 돌출부(181)를 구비한다. 애노드 세퍼레이터 플레이트(170)는, 돌출부(181)에 대향하는 위치에 수용부(171)를 구비한다. 돌출부(181)가 수용부(171)에 압박됨으로써, 발전 셀(100)과 발전 셀(100) 사이의 시일이 형성된다. 또한, 돌출부(181)와 수용부(171) 사이에는, 접착제나 시일 부재(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 인접하는 셀이 더미 셀(200)인 경우에도 마찬가지의 구성에 의해 시일이 형성된다.
수지 프레임(160)은, 애노드 가스 공급 매니폴드(420)에 접속되는 홈(161)을 갖고, 홈(161)의 애노드 가스 공급 매니폴드(420)와 반대측은, 중앙 영역(150)의 막 전극 접합체(154)의 애노드측에 접속되어, 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120a)를 형성하고 있다. 다른 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120b∼120f)나, 발전 셀용 캐소드 가스 도입 유로(110), 발전 셀용 캐소드 가스 도출 유로(115), 발전 셀용 애노드 가스 도출 유로(125)에 대해서도 마찬가지로, 수지 프레임(160)에 형성된 홈(161)에 의해 형성되어 있다.
도 4는, 더미 셀(200)을 모식적으로 도시하는 평면도이다. 발전 셀(100)과의 차이는, 중앙 영역(250)에, 막 전극 접합체(154)가 설치되어 있지 않은 점이다. 다른 구성에 대해서는, 발전 셀(100)과 마찬가지이다. 더미 셀(200)은, 캐소드 가스 공급 매니폴드(410)로부터 중앙 영역(250)으로 캐소드 가스를 도입하기 위한 더미 셀용 캐소드 가스 도입 유로(210)와, 중앙 영역(250)으로부터 캐소드 가스 배출 매니폴드(415)로 캐소드 가스를 도출하기 위한 더미 셀용 캐소드 가스 도출 유로(215)와, 애노드 가스 공급 매니폴드(420)로부터 중앙 영역(250)으로 애노드 가스를 도입하기 위한 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220)와, 중앙 영역(250)으로부터 애노드 가스 배출 매니폴드(425)로 애노드 가스를 도출하기 위한 더미 셀용 애노드 가스 도출 유로(225)를 구비한다.
더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220)는 중력 방향을 따라 배열되는 복수의 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a∼220f)를 구비한다. 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a∼220f) 중 적어도 하나, 도 4에서는, 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a)는, 애노드 가스 공급 매니폴드(420)의 중력 방향의 하방의 저면(420b)에 마련되어 있다. 더미 셀용 캐소드 가스 도입 유로(210)에 대해서도 마찬가지의 구성을 갖는다. 또한, 더미 셀용 애노드 가스 도출 유로(225), 더미 셀용 캐소드 가스 도출 유로(215)에 대해서도, 복수의 도출 유로를 갖고, 그것들 중 적어도 하나의 도출 유로는, 각 매니폴드(415, 425)의 중력 방향의 상면(415u, 425u)에 마련되어 있다.
도 5는, 도 4의 V-V 단면을 도시하고 있고, 더미 셀(200)의 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a)를 따른 단면도이다. 도 3과의 차이는, 더미 셀(200)에서는, 수지 프레임(260)에 막 전극 접합체(154)를 구비하지 않고, 또한 애노드 가스 확산층(155)과 캐소드 가스 확산층(156)을 구비하지 않는 점이다. 다른 구성은 동일하다. 따라서, 더미 셀(200)의 애노드 세퍼레이터 플레이트(270)와 발전 셀(100)의 애노드 세퍼레이터 플레이트(170)의 형상은 동일하고, 더미 셀(200)의 캐소드 세퍼레이터 플레이트(280)와 발전 셀(100)의 캐소드 세퍼레이터 플레이트(180)의 형상은 동일하다. 또한, 더미 셀(200)의 각 부재에는, 발전 셀(100)의 각 부재의 부호에 100을 더한 부호를 붙이고 있다. 또한, 더미 셀(200)의 발전 셀(100)과 반대측(도 5에서는 상측)에는, 집전판(300)이 배치되지만, 도 5에서는, 도시하고 있지 않다.
애노드 가스 공급 매니폴드(420)에 액수가 침입하면, 액수는, 애노드 가스 공급 매니폴드(420)의 중력 방향의 하측의 저면(420b)(도 4)을 따라 흐른다. 더미 셀(200)의 애노드 가스 공급 매니폴드(420)의 저면(420b)에는, 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a)가 형성되어 있으므로, 액수는, 중력에 의해, 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a)를 통해, 더미 셀(200)의 중앙 영역(250)으로 흐른다. 따라서, 더미 셀(200)에 인접하는 발전 셀(100)의 중앙 영역(150)으로의 액수의 이동량을 적게 할 수 있다.
이상, 제1 실시 형태에 따르면, 더미 셀(200)은, 복수의 발전 셀(100)의 양단부 중 적어도 어느 일방측의 단부에 설치되어 있다. 그리고, 복수의 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a∼220f) 중 적어도 하나(더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a))가 애노드 가스 공급 매니폴드(420)의 중력 방향의 하방의 저면(420b)에 마련되어 있다. 그 결과, 액수가 더미 셀(200)의 중앙 영역(250)으로 이동하기 쉽고, 더미 셀(200)에 인접하는 발전 셀(100)의 발전 영역(150)으로 액수의 이동량이 적어져, 특정한 발전 셀(100)에 액수가 집중하여 침입하는 것을 억제할 수 있다.
·제2 실시 형태: 도 6은 제2 실시 형태의 더미 셀(201)을 모식적으로 도시하는 평면도이다. 제1 실시 형태와의 차이는, 제2 실시 형태의 더미 셀(201)은, 도 4에 도시한 제1 실시 형태의 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a∼220f) 중, 중력 방향의 상방으로부터 3개의 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220d∼220f)를 구비하지 않는 점이다. 다른 구성은 동일하다.
제2 실시 형태에서는, 더미 셀(201)은, 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a∼220f) 중, 애노드 가스가 이동하기 쉬운 중력 방향의 상방으로부터 3개의 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220d∼220f)를 구비하지 않으므로, 애노드 가스 및 액수의 이동 루트는, 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a∼220c)를 통해서만이며, 더미 셀(201)의 중앙 영역(250)으로의 애노드 가스의 이동량을 적게 할 수 있다. 여기서, 더미 셀(201)의 중앙 영역(250)으로 이동한 애노드 가스는 발전에 기여하지 않는다. 따라서, 제2 실시 형태에서는, 발전에 기여하지 않는 애노드 가스를 적게 하여, 애노드 가스의 낭비를 줄일 수 있다.
·제3 실시 형태: 도 7은, 제3 실시 형태의 더미 셀(202)을 모식적으로 도시하는 평면도이다. 제1 실시 형태와의 차이는, 제3 실시 형태에서는, 더미 셀(202)은 애노드 가스 도입 유로(220)로서, 애노드 가스 공급 매니폴드(420)의 중력 방향의 하방의 저면(420b)에는, 하나의 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220g)만이 형성되어 있는 점이다. 또한, 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220g)는, 도 7에 도시한 예에서는 구부러져 있지만, 제1 실시 형태의 도 4, 제2 실시 형태의 도 6의 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a)와 같은 곧은 형상이어도 된다.
애노드 가스 공급 매니폴드(420)에 액수가 침입하면, 액수는, 애노드 가스 공급 매니폴드(420)의 중력 방향의 하측의 저면(420b)을 따라 흐른다. 제3 실시 형태에 따르면, 액수가 애노드 가스 공급 매니폴드(420)에 침입하면, 더미 셀(200)의 중앙 영역(250)에 이르는, 하나밖에 없는 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220g)의 애노드 가스 공급 매니폴드(420)측의 입구를 폐색한다. 여기서, 애노드 가스 공급 매니폴드(420) 내의 압력이 높아지면, 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220g)의 출입구 사이의 압력차가 커지므로, 액수가 더미 셀(200)의 중앙 영역(250)으로 이동하기 쉬워진다. 제1, 제2 실시 형태보다 더욱 액수가 더미 셀(200)의 중앙 영역(250)으로 이동하기 쉬워지는 결과, 더미 셀(200)에 인접하는 발전 셀(100)의 발전 영역(150)으로 액수의 이동량이 더욱 적어져, 특정한 발전 셀(100)에 액수가 집중적으로 이동하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220)의 합계의 유로 단면적이 더욱 작게 되어 있으므로, 애노드 가스는, 더미 셀(200)의 중앙 영역(250)으로 들어가기 어려워, 애노드 가스의 낭비를 더욱 줄일 수 있다.
또한, 제1∼제3 실시 형태에서는, 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220)를 예로 들어 설명하였지만, 더미 셀용 캐소드 가스 도입 유로(210)에 대해서도 마찬가지의 구성을 채용할 수 있다.
상기 제1∼제3 실시 형태 외에도 더미 셀용 캐소드 가스 도입 유로(210)도 마찬가지의 구성을 채용할 수 있다는 점에서, 이상을 정리하면, 더미 셀(200)은 복수의 발전 셀(100)의 양단부 중 적어도 어느 일방측의 단부에 설치되어 있다. 더미 셀(200)은, 반응 가스 공급 매니폴드로부터 더미 셀(200)의 중앙 영역(250)으로 반응 가스를 도입하는 반응 가스 도입 유로로서 하나 이상(제1, 제2 실시 형태에서는 「복수」, 제3 실시 형태에서는 「하나」)의 더미 셀용 반응 가스 도입 유로를 갖는다. 그리고, 더미 셀용 반응 가스 도입 유로 중 적어도 하나는, 반응 가스 공급 매니폴드의 중력 방향의 하방의 저면에 마련되어 있다. 그 결과, 더미 셀(200)의 중앙 영역(250)으로 액수가 이동하기 쉬워지고, 그만큼 발전 셀(100)의 중앙 영역(150)으로의 액수의 이동량이 적어져, 특정한 발전 셀(100), 특히 더미 셀(200)에 인접하는 발전 셀(100)의 중앙 영역(150)에 액수가 집중하여 침입하는 것을 억제할 수 있다.
·제4 실시 형태: 도 8은, 제4 실시 형태의 발전 셀(101)을 모식적으로 도시하는 평면도이다. 제4 실시 형태는, 제1 실시 형태∼제3 실시 형태와 비교하면, 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120)가 상이하다. 구체적으로는, 제4 실시 형태에서는, 도 2에 도시한 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120a∼120f) 중, 애노드 가스 공급 매니폴드(420)의 저면(420b)에 마련된 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120a)를 포함하는 중력 방향의 하방에 형성된 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120a∼120b)를 구비하지 않고, 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120c∼120f)는 애노드 가스 공급 매니폴드(420)의 저면(420b)보다 중력 방향의 상방에 있는 측면(420s)에 마련되어 있는 점이 제1 실시 형태∼제3 실시 형태와 상이하다. 다른 구성은 동일하다.
제4 실시 형태에서는, 애노드 가스 공급 매니폴드(420)의 저면(420b)에 마련된 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로를 구비하지 않고, 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120c∼120f)는 애노드 가스 공급 매니폴드(420)의 측면(420s)에 마련되어 있다. 액수는, 애노드 가스 공급 매니폴드(420)의 저면(420b)을 따라 이동하기 때문에, 액수는, 발전 셀용 애노드 가스 도입 유로(120c∼120f)의 입구까지 도달하지 않아, 발전 셀(100)의 발전 영역(150)으로 액수가 이동하기 어렵다. 그 결과, 제1 실시 형태에서 설명한 발전 셀(100)의 발전 영역(150)으로의 액수의 이동량을 더욱 작게 할 수 있어, 특정한 발전 셀(100)로 액수가 집중적으로 이동하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 반응 가스의 하류로 갈수록 애노드 가스 공급 매니폴드(420)를 흐르는 액수의 양이 적어진다. 따라서, 더미 셀(200)에 인접하는 1 이상의 발전 셀(100)이 제4 실시 형태의 구성을 가지면 된다. 또한, 제4 실시 형태의 구성은, 발전 셀용 캐소드 가스 도입 유로(110)에 대해서도 적용할 수 있다.
·변형예 1: 도 9는, 변형예 1의 더미 셀(200)의 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220a)를 따른 단면도이다. 제1∼제4 실시 형태와의 차이는, 제1∼제4 실시 형태에서는, 더미 셀용 애노드 가스 도입 유로(220)는, 수지 프레임(260)에 형성된 홈(261)에 의해 형성되어 있지만, 변형예에서는, 애노드 세퍼레이터 플레이트(270)에 형성된 애노드 가스 도입 유로 형성부(273)에 의해 형성되어 있는 점이다. 또한, 도시하지 않지만, 더미 셀용 캐소드 가스 도입 유로(210)는, 캐소드 세퍼레이터 플레이트(280)에 형성된 캐소드 가스 도입 유로 형성부에 의해 형성되어 있다. 더미 셀용 캐소드 가스 도출 유로(215), 더미 셀용 애노드 가스 도출 유로(225)에 대해서도 마찬가지이다. 발전 셀(100)에 대해서도 마찬가지이다. 이와 같이, 수지 프레임(260, 160)의 홈(261, 161)이 아닌, 세퍼레이터 플레이트를 사용하여 반응 가스의 도입 유로나 도출 유로를 형성해도 된다. 단, 제1∼제4 실시 형태와 같이, 수지 프레임(260, 160)의 홈(261, 161)을 사용하여 반응 가스의 도입 유로나 도출 유로를 형성하면, 발전 셀(100)의 세퍼레이터 플레이트(170, 180)와, 더미 셀(200)의 세퍼레이터 플레이트(270, 280)를 공용할 수 있어, 별개로 준비할 필요가 없다. 그 결과, 애노드 세퍼레이터 플레이트(170, 270)의 금형을 공용할 수 있고, 캐소드 세퍼레이터 플레이트(180, 280)의 금형을 공용할 수 있으므로, 제조 비용을 낮출 수 있다고 하는 이점이 있다.
·변형예 2: 상기 제1∼제4 실시 형태에서는, 수지 프레임(260)에 홈(261)을 형성하여 반응 가스의 도입 유로나 도출 유로를 형성하였다. 수지 프레임은, 사출 성형에 의해 성형되어도 되고, 기재와 그 양면에 접착된 접착 시트를 사용하여 형성되어도 된다.
본 발명은, 상술한 실시 형태나 변형예에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재된 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 변형예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절하게 바꾸거나, 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히 삭제하는 것이 가능하다.

Claims (6)

  1. 연료 전지 스택(10)이며,
    중력 방향과 교차하는 방향으로 적층된 복수의 발전 셀(100, 101)과,
    상기 복수의 발전 셀의 양단부 중 적어도 어느 일방측의 단부에 설치되고, 발전을 행하지 않는 더미 셀(200, 201, 202)과,
    상기 복수의 발전 셀과 상기 더미 셀을 모두 관통하는 반응 가스 공급 매니폴드(410, 420)를 포함하고,
    상기 반응 가스 공급 매니폴드(410, 420)는, 상기 발전 셀의 발전 영역(150) 및 상기 더미 셀의 중앙 영역(250)에서 보아 상기 중력 방향 및 상기 발전 셀의 적층 방향과 교차하는 수평 방향으로 배치되고,
    상기 더미 셀은, 상기 반응 가스 공급 매니폴드로부터 상기 더미 셀의 상기 중앙 영역(250)으로 반응 가스를 도입하는 반응 가스의 도입 유로로서 하나 이상의 더미 셀용 반응 가스 도입 유로(220a∼220f, 220g)를 갖고,
    상기 더미 셀용 반응 가스 도입 유로 중 적어도 하나는, 상기 반응 가스 공급 매니폴드의 중력 방향의 하방의 저면(420b)에 마련되어 있는, 연료 전지 스택.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스 공급 매니폴드의 중력 방향의 하방의 저면에 마련되어 있는 상기 더미 셀용 반응 가스 도입 유로의 수는 하나인, 연료 전지 스택.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발전 셀은, 상기 반응 가스 공급 매니폴드로부터 상기 발전 셀의 발전 영역(150)으로 반응 가스를 도입하기 위한 반응 가스의 도입 유로로서 하나 이상의 발전 셀용 반응 가스 도입 유로(120a∼120f)를 갖고,
    상기 더미 셀에 인접하는 하나 이상의 발전 셀에 있어서, 상기 발전 셀용 반응 가스 도입 유로는, 상기 반응 가스 공급 매니폴드의 중력 방향의 하방의 저면에 마련되지 않고, 상기 저면보다 중력 방향의 상방에 있는 측면(420s)에 마련되어 있는, 연료 전지 스택.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 더미 셀은, 상기 더미 셀의 상기 중앙 영역을 둘러싸는 제1 수지 프레임(260)과, 상기 제1 수지 프레임을 사이에 두는 제1 애노드 세퍼레이터 플레이트(270) 및 제1 캐소드 세퍼레이터 플레이트(280)를 갖고,
    상기 발전 셀은, 상기 발전 셀의 상기 발전 영역을 둘러싸는 제2 수지 프레임(160)과, 상기 제2 수지 프레임을 사이에 두는 제2 애노드 세퍼레이터 플레이트(170) 및 제2 캐소드 세퍼레이터 플레이트(180)를 갖고,
    상기 제1 애노드 세퍼레이터 플레이트 및 상기 제1 캐소드 세퍼레이터 플레이트의 형상과, 상기 제2 애노드 세퍼레이터 플레이트 및 상기 제2 캐소드 세퍼레이터 플레이트의 형상은 동일하고,
    상기 더미 셀용 반응 가스 도입 유로는, 상기 제1 수지 프레임에 형성된 홈(261)에 의해 형성되어 있고,
    상기 발전 셀용 반응 가스 도입 유로는, 상기 제2 수지 프레임에 형성된 홈(161)에 의해 형성되어 있는, 연료 전지 스택.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 더미 셀은, 상기 더미 셀의 상기 중앙 영역을 둘러싸는 제1 수지 프레임(260)과, 상기 제1 수지 프레임을 사이에 두는 제1 애노드 세퍼레이터 플레이트(270) 및 제1 캐소드 세퍼레이터 플레이트(280)를 갖고,
    상기 발전 셀은, 상기 발전 셀의 상기 발전 영역을 둘러싸는 제2 수지 프레임(160)과, 상기 제2 수지 프레임을 사이에 두는 제2 애노드 세퍼레이터 플레이트(170) 및 제2 캐소드 세퍼레이터 플레이트(180)를 갖고,
    상기 더미 셀용 반응 가스 도입 유로는, 상기 제1 애노드 세퍼레이터 플레이트에 형성된 애노드 가스 도입 유로 형성부(273) 및 상기 캐소드 세퍼레이터 플레이트에 형성된 제1 캐소드 가스 도입 유로 형성부에 의해 형성되어 있고,
    상기 발전 셀용 반응 가스 도입 유로는, 상기 제2 애노드 세퍼레이터 플레이트에 형성된 애노드 가스 도입 유로 형성부 및 상기 제2 캐소드 세퍼레이터 플레이트에 형성된 캐소드 가스 도입 유로 형성부에 의해 형성되어 있는, 연료 전지 스택.
  6. 연료 전지 스택(10)이 중력 방향과 교차하는 방향으로 적층된 복수의 발전 셀(100, 101)의 양단부 중 적어도 어느 일방측의 단부에 설치되고, 발전을 행하지 않는 더미 셀(200, 201, 202)이며,
    상기 더미 셀의 중앙 영역(250)에서 보아 상기 중력 방향 및 상기 발전 셀의 적층 방향과 교차하는 수평 방향으로 배치된 반응 가스 공급 매니폴드(410, 420)를 형성하는 개구와,
    상기 반응 가스 공급 매니폴드(410, 420)를 형성하는 개구로부터 상기 중앙 영역(250)으로 반응 가스를 도입하는 반응 가스의 도입 유로로서 하나 이상의 더미 셀용 반응 가스 도입 유로(220a∼220f, 220g)를 포함하고,
    상기 더미 셀용 반응 가스 도입 유로 중 적어도 하나는, 상기 반응 가스 공급 매니폴드를 형성하는 개구의 중력 방향의 하방의 저면(420b)에 마련되어 있는, 더미 셀.
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