WO2006006589A1 - 燃料電池スタック - Google Patents

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WO2006006589A1
WO2006006589A1 PCT/JP2005/012819 JP2005012819W WO2006006589A1 WO 2006006589 A1 WO2006006589 A1 WO 2006006589A1 JP 2005012819 W JP2005012819 W JP 2005012819W WO 2006006589 A1 WO2006006589 A1 WO 2006006589A1
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WO
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fuel cell
cell stack
fuel
cooling water
separator
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/012819
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hideto Kanafusa
Masahiko Katsu
Takeharu Kuramochi
Original Assignee
Nissan Motor Co., Ltd.
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Publication date
Application filed by Nissan Motor Co., Ltd. filed Critical Nissan Motor Co., Ltd.
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly to a fuel cell stack in which unit cells divided by a separator are stacked in a plurality of layers.
  • a fuel cell electrochemically reacts a gaseous fuel containing hydrogen (hereinafter referred to as fuel gas! /) With a gaseous oxidant containing oxygen (hereinafter referred to as oxidant gas). It is a device that converts the chemical energy of this into electrical engineering energy. Fuel cells have the advantages of being more energy efficient than other energy engines, not requiring the use of fossil fuels with the problem of resource depletion, and clean exhaust gases.
  • hydrogen gas which is a fuel gas
  • air which is an oxidant gas
  • a cooling water passage is provided for each unit cell partitioned by the partition plate, and cooling water (cooling medium) is supplied (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-17437).
  • An object of the present invention is to provide a fuel cell that suppresses complication of a distribution structure by three fluids and reduces the thickness in the stacking direction to improve the output density of the fuel cell.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a II-II section of the fuel cell stack of the fuel cell system of FIG. [Fig. 3]
  • Fig. 3 (a) is a view taken from the direction of the arrow in Fig. 2
  • Fig. 3 (b) is a view taken from the direction of the arrow in Fig. 3 (a)
  • Fig. 3 (c) is a view taken from the direction of the arrow. It is IIIC IIIC sectional drawing of (a).
  • FIG. 4 is a view taken along arrow IV in FIG. 2 and shows a state in which the outer cover of the fuel cell stack is removed.
  • FIG. 5 is a detailed view of V part of FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
  • a fuel cell system 100 in FIG. 1 includes a fuel cell stack ST, a fuel supply system FS, an oxidant supply system OS, and a refrigerant circulation system CS.
  • the fuel cell stack ST is formed by stacking unit cells having a power generation function in a plurality of layers.
  • Each unit cell of the fuel cell stack ST has a fuel electrode that receives supply of fuel gas from the fuel supply system FS and an oxidant electrode that receives supply of oxidant gas from the oxidant supply system OS. Power is generated by reacting with oxidant gas.
  • the fuel supply system FS includes a fuel tank, a fuel gas supply pipe, a humidifier, a fuel gas discharge pipe, and a purge valve.
  • the fuel tank stores the fuel gas supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack ST.
  • the fuel gas introduction pipe connects the fuel tank and the fuel cell stack ST, and guides the fuel gas from the fuel tank to the fuel electrode of each unit cell of the fuel cell stack ST.
  • the humidifier is provided on the fuel gas supply pipe, and humidifies the fuel gas supplied to the fuel cell stack ST that keeps the electrolyte membrane of the fuel cell stack ST wet.
  • the fuel gas discharge pipe connects the fuel cell stack ST to the outside and guides the off gas to the outside.
  • the purge valve is provided in the fuel gas discharge pipe, and controls the discharge of off-gas by opening and closing to shut off or open the flow path.
  • the fuel supply system FS recycles off gas by circulating it from downstream to upstream of the fuel electrode.
  • the oxidant supply system OS includes a compressor, an oxidant gas supply pipe, a humidifier, an oxidant gas discharge pipe, and a pressure regulating valve.
  • the compressor compresses the air and sends it to the fuel cell stack ST.
  • Oxidant gas supply piping is composed of compressor and fuel cell stack S Connected to T, the air (oxidant gas) pumped by the compressor is guided to the oxidant electrode of each unit cell of the fuel cell stack ST.
  • the humidifier is provided on the oxidant gas supply pipe and humidifies the oxidizing gas supplied to the fuel cell stack ST that keeps the electrolyte membrane of the fuel cell stack ST wet.
  • the oxidant gas discharge pipe connects the fuel cell stack ST to the outside, and guides the off gas to the outside.
  • the pressure adjustment valve is provided in the oxidant gas discharge pipe and controls the amount of off-gas discharged by adjusting the opening.
  • the refrigerant circulation system CS suppresses the temperature so that the temperature of the fuel cell stack ST does not become too high.
  • the refrigerant circulation system CS includes a pressure increasing pump 35, a cooling water supply pipe 37, cooling water supply spaces 31, 33, a temperature adjusting device 39, a cooling water discharge pipe 41, and a back pressure valve 43.
  • the pressure increasing pump 35 is provided on one side in the stacking direction of the unit cells (the arrow ⁇ direction in FIG. 4), and supplies cooling water to the cooling water supply spaces 31, 33.
  • the cooling water flows through the cooling water supply pipe 37 that connects the booster pump 35 and the cooling water supply spaces 31 and 33.
  • the temperature of the cooling water is adjusted by a temperature adjusting device 39 provided in the cooling water supply pipe 37, and after cooling the fuel cell stack ST, the cooling water is discharged to the outside through the cooling water discharge pipe 41.
  • the back pressure valve 43 is provided in the middle of the cooling water discharge pipe 41.
  • the cooling water pressure Pout is controlled by the back pressure valve 43 and the pressure increasing pump 35.
  • the cooling water pressure Pout is set to be higher than the internal gas pressure Pin (fuel gas pressure and oxidant gas pressure) of the fuel cell stack ST.
  • outer side of the fuel cell stack ST is covered with outer covers 27 and 29. Both ends (ends in the direction of arrow A in FIG. 4) of the outer covers 27 and 29 are open. The opening is closed by end plates 45 and 47.
  • the end plates 45 and 47 have through holes 45a and 47a, respectively, one of the through holes 45a is connected to the cooling water supply pipe 37, and the other through hole 47a is connected to the cooling water discharge pipe 41. Yes.
  • FIG. 2 shows a II-II cross section of the fuel cell stack ST of the fuel cell system 100 of FIG. Fig 3
  • Fig. 3 (a) shows the arrow view of Fig. 2
  • Fig. 3 (b) shows the arrow view of Fig. 3 (a)
  • Fig. 3 (c) shows the IIIC IIIC cross section of Fig. 3 (a).
  • Fig. 4 shows a view taken along the arrow IV in Fig. 2 (with the external cover of the fuel cell stack removed).
  • separators 1 and solid polymer electrolyte membranes 3 are alternately stacked in the unit cell 5 (in the direction of arrow A).
  • Separator 1 uses a metal base material with a corrosion-resistant Coated with gold), stainless steel alloy, titanium alloy, a mixture of resin and carbon, or a combination of these.
  • Each cell 5 is divided by a separator 1.
  • the unit cell 5 has a substantially rectangular shape when viewed in the direction indicated by the arrow IV in the approximate center of the fuel cell stack ST.
  • the separator 1 is a metal plate (for example, a stainless alloy), and is press-formed into a concave and convex shape to define an oxidant channel 15 and a fuel channel 17 (FIG. 3 (c)).
  • FIG. 3 (c) the space between the front separator 1 and the electrolyte membrane 3 is the fuel flow path 17, and the space between the back separator 1 and the electrolyte membrane 3 is the oxidant flow path 15. is there.
  • the separator 1 has a heat receiving portion and heat radiating portions 7 and 9.
  • the heat receiving part is a part of the separator 1 that defines the oxidant channel 15 and the fuel channel 17.
  • the heat dissipating portions 7 and 9 are portions protruding from the upper side and the lower side of the unit cell 5 in the separator 1 (arrow C side and D side in FIG. 4), and serve as cooling fins.
  • the heat radiating portions 7 and 9 have through holes 7a and 9a in the vicinity of the unit cell 5 along the long side portion of the unit cell 5 having a rectangular shape.
  • One mall section 11 has an oxidant inlet mall 1 la penetrating in the stacking direction in the upper part (C direction side in FIG. 4) and in the stacking direction in the lower part (D direction side in FIG. 4). It has a fuel outlet manifold l ib that passes through.
  • the other hold section 13 has a fuel inlet mall 13a penetrating in the stacking direction at the upper portion and an oxidant outlet mall 13b penetrating in the stacking direction at the lower portion.
  • a resin mold portion 19 that functions as a sealing material for the gas supplied to the unit cell 5 is provided.
  • the resin modal part 19 is surrounded by a rectangular part from one malleable part 11 through the flow paths 15 and 17 to the other malleable part 13 (periphery when viewed in the direction of arrow IV in Fig. 2). ) And around the fuel outlet hold 1 lb and the fuel inlet hold 13a (V, as seen in the direction of arrow IV in Fig. 2).
  • This resin mold part 19 is integrally formed with the separator 1.
  • Oxidant inlet guide channel 21 connecting these is formed between air inlet manifold 11a and oxidant channel 15 by integral molding of resin modal part 19 (Fig. 2 (b) ), An oxidant outlet guide channel connecting the oxidant flow path 15 and the oxidant outlet mall 13b. 23 is defined.
  • another resin mold part 25 that functions as a sealing material for the gas supplied to the unit cell 5 is provided with a heat radiating part and a heat receiving part. 7 and 9.
  • the resin modal part 25 has a rectangular part extending from one of the moulding parts 11 to the other moulding part 13 through the flow paths 15 and 17, and the air inlet mould 11a and the oxidant outlet muffler. -It is provided around each of the hold 13b.
  • the resin mold part 25 is integrally formed with the separator 1!
  • a fuel inlet guide channel is formed between the fuel inlet mold 13a and the fuel channel 17 to connect the fuel inlet mold 13a and the fuel channel 17.
  • a fuel outlet guide flow path is formed between the two holds l ib.
  • the outer covers 27 and 29 described above are provided so as to cover the periphery of the heat radiating portions 7 and 9 on the upper side and the lower side (the direction in FIG. 4C and the direction D), respectively (FIG. 2).
  • left and right end portions 27a and 29a are fixedly joined to the hold portions 11 and 13 respectively.
  • the cooling water supply spaces 31 and 33 described above are portions between the outer covers 27 and 29 and the heat radiation portions 7 and 9.
  • the fuel cell stack ST receives the supply of hydrogen gas as a fuel gas to the fuel flow path 17 and the supply of air as the oxidant gas to the oxidizing agent flow path 15, and reacts these gases to generate power. Do.
  • the temperature and pressure of the cooling water are controlled, and the cooling water is supplied to the cooling water supply spaces 31 and 33 by the pressure increasing pump 35.
  • the cooling water that has flowed into the cooling water supply spaces 31, 33 cools the heat dissipating parts 7 and 9, and suppresses a temperature rise due to heat generation in the unit cell 5. Since the cooling water also enters the through holes 7a and 9a of the heat radiation parts 7 and 9, the cooling effect is further enhanced.
  • the separator 1 since the separator 1 has the heat radiating portions 7 and 9 and cools the fuel cell stack ST, it includes cooling water that does not need to be supplied with cooling water. Compared with the case where fluid is supplied to the unit cell 5, the fluid distribution structure can be simplified. In addition, since the cooling water is not supplied to the unit cell 5, the thickness of the stack is reduced, and the output density as a fuel cell is improved.
  • the unit cell is compared with the case where the heat dissipating portions 7 and 9 are provided on the short side portions. Reduced average distance from 5 And cooling efficiency is improved.
  • the pressure Pout of the cooling water is set to be equal to or higher than the pressure Pin of the internal gas of the fuel cell stack ST, an external force is also applied to the resin mold parts 19 and 25, and the fuel cell stack ST Sealing performance can be improved by preventing leakage of internal fuel gas and oxidant gas.
  • the outer covers 27 and 29 may not be provided, and the heat radiating portions 7 and 9 may be directly cooled by air.
  • the fuel cell stack ST may be replaced with another sealing material in place of the resin mold parts 19, 25.
  • the heat dissipating parts 7 and 9 are integrated with the separator 1, the heat dissipating parts 7 and 9 can be manufactured at the same time when the separator 1 is manufactured. Manufacturing costs can be reduced and the number of parts can be reduced.
  • the heat dissipating parts 7 and 9 can be efficiently cooled. it can.

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Abstract

　燃料電池スタックＳＴは、単位セル５を分割するセパレータ１を有しており、セパレータ１が燃料電池スタックＳＴを冷却する放熱部７，９を兼ねており、放熱部７，９を覆うように外部カバー２７，２９が設けられ、外部カバー２７，２９と放熱部７，９との間の冷却水供給空間３１，３３に冷却水が供給される。

Description

明 細 書
燃料電池スタック
技術分野
[0001] 本発明は、燃料電池スタックに関し、特に、セパレータにより分割される単位セルを 複数層に積層した燃料電池スタックに関する。
背景技術
[0002] 燃料電池は、水素を含むガス状の燃料 (以下燃料ガスと!/、う）と酸素を含むガス状 の酸化剤（以下酸化剤ガスという）とを電気化学的に反応させ、これらの化学エネル ギを電気工ネルギに変換する装置である。燃料電池は、他のエネルギ機関と比べて エネルギ効率を高くでき、資源の枯渴問題を有する化石燃料を使う必要がな 、こと、 及び排出ガスがクリーンであることの優れた特徴を有する。
[0003] 燃料電池スタックは、燃料極と一方のセパレータとの間に燃料ガスである水素ガス が供給され、酸化剤極と他方のセパレータとの間に酸化剤ガスである空気が供給さ れ、仕切り板によって仕切られる単位セルごとに冷却水通路が設けられて冷却水（冷 却媒体)が供給される (特開平 9 17437号公報参照)。
発明の開示
[0004] この燃料電池スタックは、単位セルの積層方向と交差する方向に冷却媒体が流れ ているため、積層方向に燃料電池の厚みが増し、燃料電池の出力密度が低下する。 この燃料電池スタックでは、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却冷媒の 3流体が単位セル のそれぞれ供給されて!、るので、 3流体の分配構造が複雑化する。
[0005] 本発明は、以上の点に鑑みて為された。本発明は、 3流体による分配構造の複雑 化を抑制するとともに、積層方向の厚みを薄くして、燃料電池の出力密度を向上させ る燃料電池を提供することを目的として 、る。
図面の簡単な説明
[0006] [図 1]図 1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略断面図である。
[図 2]図 2は、図 1の燃料電池システムの燃料電池スタックの II II断面を示す斜視図 である。 [図 3]図 3 (a)は、図 2の ΠΙΑ矢視図であり、図 3 (b)は、図 3 (a)の ΠΙΒ矢視図であり、図 3 (c)は、図 3 (a)の IIIC IIIC断面図である。
[図 4]図 4は、図 2の IV矢視図であって、燃料電池スタックの外部カバーを取り外した 状態を示す。
[図 5]図 5は、図 1の V部詳細図である。
発明を実施するための最良の形態
[0007] 以下、この本発明を実施するための最良の形態に係る燃料電池を添付図面に基 づいて説明する。
[0008] 図 1に、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略断面図を示す。図 1の 燃料電池システム 100は、燃料電池スタック STと、燃料供給系 FSと、酸化剤供給系 OSと、冷媒循環系 CSとを備えている。
[0009] 燃料電池スタック STは、発電機能を有する単位セルが複数層に積層されて ヽる。
燃料電池スタック STの単位セルは、燃料供給系 FSから燃料ガスの供給を受ける燃 料極と、酸化剤供給系 OSから酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極とを有し、燃料ガ スと酸化剤ガスとを反応させて発電する。
[0010] 燃料供給系 FSは、燃料タンクと、燃料ガス供給配管と、加湿器と、燃料ガス排出配 管と、パージ弁とからなつている。燃料タンクは、燃料電池スタック STの燃料極に供 給する燃料ガスを蓄えておく。燃料ガス導入配管は、燃料タンクと燃料電池スタック S Tとを接続し、燃料タンクからの燃料ガスを燃料電池スタック STの各単位セルの燃料 極まで導く。加湿器は、燃料ガス供給配管上に設けられ、燃料電池スタック STの電 解質膜を湿潤に保つベぐ燃料電池スタック STに供給する燃料ガスを加湿する。燃 料ガス排出配管は、燃料電池スタック STと外部とを接続し、オフガスを外部に導く。 パージ弁は、燃料ガス排出配管に設けられ、開閉動作することにより流路を遮断した り開放したりしてオフガスの排出を制御する。なお、燃料供給系 FSは、オフガスを燃 料極の下流から上流に循環させて再利用する。
[0011] 酸化剤供給系 OSは、コンプレッサと、酸化剤ガス供給配管と、加湿器と、酸化剤ガ ス排出配管と、圧力調整弁とを備えている。コンプレッサは、空気を圧縮して燃料電 池スタック STに送り込む。酸化剤ガス供給配管は、コンプレッサと燃料電池スタック S Tとを接続し、コンプレッサにより圧送される空気 (酸化剤ガス）を燃料電池スタック ST の各単位セルの酸化剤極に導く。加湿器は、酸化剤ガス供給配管上に設けられ、燃 料電池スタック STの電解質膜を湿潤に保つベぐ燃料電池スタック STに供給する酸 ィ匕剤ガスを加湿する。酸化剤ガス排出配管は、燃料電池スタック STと外部とを接続 し、オフガスを外部に導く。圧力調整弁は、酸化剤ガス排出配管に設けられ、開度を 調整することによりオフガスの排出量を制御する。
[0012] 冷媒循環系 CSは、燃料電池スタック STの温度が高温となり過ぎないように温度を 抑制する。冷媒循環系 CSは、増圧ポンプ 35と、冷却水供給配管 37と、冷却水供給 空間 31, 33と、温度調整装置 39と、冷却水排出配管 41と、背圧弁 43とを有する。
[0013] 増圧ポンプ 35は、単位セルの積層方向（図 4の矢印 Α方向）の一方側に設けられ、 冷却水供給空間 31, 33へ冷却水を供給する。冷却水は、増圧ポンプ 35と冷却水供 給空間 31, 33とを接続する冷却水供給配管 37を流れる。冷却水は、冷却水供給配 管 37に設けられた温度調整装置 39によって温度調整され、燃料電池スタック STを 冷却した後に、冷却水排出配管 41を通じて外部に排出される。背圧弁 43は、冷却 水排出配管 41の途中に設けられている。冷却水の圧力 Poutは、背圧弁 43と増圧ポ ンプ 35とにより制御される。冷却水の圧力 Poutは、燃料電池スタック STの内部ガス の圧力 Pin (燃料ガス圧力および酸化剤ガス圧力）以上に設定される
なお、燃料電池スタック STは、外部カバー 27, 29によって外側が覆われている。 外部カバー 27, 29は、両端部（図 4の矢印 A方向の端部）が開口している。開口部 は端板 45, 47によって塞がれている。端板 45, 47には、それぞれ貫通孔 45a, 47a があり、一方の貫通孔 45aには、冷却水供給配管 37が接続され，他方の貫通孔 47a には冷却水排出配管 41が接続されている。
[0014] 図 2に図 1の燃料電池システム 100の燃料電池スタック STの II II断面を示す。図 3
(a)に図 2の ΠΙΑ矢視図を示し、図 3 (b)に図 3 (a)の ΠΙΒ矢視図を示し、図 3 (c)に図 3 (a)の IIIC IIIC断面を示す。図 4に、図 2の IV矢視図（燃料電池スタックの外部カバ 一を取り外した状態)を示す。
[0015] 燃料電池スタック STは、セパレータ 1と固体高分子電解質膜 3とが単位セル 5の（矢 印 A方向）に交互に積層されている。セパレータ 1は、金属母材を耐蝕皮膜 (例えば 金)で被覆したもの、ステンレス合金、チタン合金、榭脂とカーボンの混合体、又はこ れらを組み合わせたものである。各セル 5はセパレータ 1によって分割されている。
[0016] 単位セル 5は燃料電池スタック STのほぼ中央において、 IV矢視方向力 見てほぼ 長方形状となる。セパレータ 1は、金属製プレート（例えばステンレス合金)であり、凹 凸状にプレス成形されて、酸化剤流路 15及び燃料流路 17を画成する（図 3 (c) )。図 3 (c)では、手前側のセパレータ 1と電解質膜 3との間の空間は燃料流路 17であり、 奥側のセパレータ 1と電解質膜 3との間の空間は酸化剤流路 15である。
[0017] セパレータ 1は、受熱部と放熱部 7, 9とを有している。受熱部はセパレータ 1のうち 酸化剤流路 15及び燃料流路 17を画成する部分である。放熱部 7, 9は、セパレータ 1のうち単位セル 5の上側及び下側（図 4の矢印 C側及び D側）には突出する部分で あり、冷却フィンとなっている。放熱部 7, 9は、長方形状をなす単位セル 5の長辺部 分に沿って、単位セル 5の近傍に貫通孔 7a, 9aを有する。
[0018] 単位セル 5の左側及び右側（図 4の矢印 E側及び F側）にはスタック内流路 31, 33 の一部をなすマ-ホールド部 11, 13がそれぞれ設けられている。一方のマ-ホール ド部 11は、上部（図 4の C方向側）に積層方向に貫通する酸化剤入口マ-ホールド 1 laを有し、下部（図 4の D方向側）に積層方向に貫通する燃料出口マ-ホールド l ib を有している。
[0019] 他方のマ-ホールド部 13は、上部に積層方向に貫通する燃料入口マ-ホールド 1 3aを有し、下部に積層方向に貫通する酸化剤出口マ-ホールド 13bを有している。
[0020] 放熱部と受熱部 7, 9との間には、単位セル 5に供給されるガスのシール材として機 能する榭脂モールド部 19が設けられている。榭脂モードル部 19は、一方のマ-ホー ルド部 11から流路 15, 17を経て他方のマ-ホールド部 13に至るまでの長方形部分 の周囲（図 2の IV矢視方向に見て周囲）と、燃料出口マ-ホールド 1 lb及び燃料入口 マ-ホールド 13aのそれぞれの周囲（図 2の IV矢視方向に見て周囲）とに設けられて V、る。この榭脂モールド部 19はセパレータ 1に一体成形されて 、る。
[0021] 榭脂モードル部 19の一体成形により、空気入口マ-ホールド 11aと酸化剤流路 15 との間に、これらをつなぐ酸化剤入口ガイド流路 21が画成され (図 2 (b) )、酸化剤流 路 15と酸化剤出口マ-ホールド 13bとの間に、これらをつなぐ酸化剤出口ガイド流路 23が画成される。
[0022] セパレータ 1の奥側（図 2 (c)の奥側に相当）には、単位セル 5に供給されるガスの シール材として機能する別の榭脂モールド部 25が放熱部と受熱部 7, 9との間に設け られている。榭脂モードル部 25は、一方のマ-ホールド部 11から流路 15, 17を経て 他方のマ-ホールド部 13に至るまでの長方形部分の周囲と、空気入口マ-ホールド 11a及び酸化剤出口マ-ホールド 13bのそれぞれの周囲とに設けられている。榭脂 モールド部 25はセパレータ 1に一体成形されて!、る。
[0023] 榭脂モールド部 25の一体成形により、燃料入口マ-ホールド 13aと燃料流路 17と の間に、これらをつなぐ燃料入口ガイド流路が画成され、燃料流路 17と燃料出口マ 二ホールド l ibとの間に、これらをつなぐ燃料出口ガイド流路が画成される。
[0024] 上記した外部カバー 27, 29は、上側及び下側（図 4C方向及び D方向側）の放熱 部 7, 9の周囲をそれぞれ覆うように設けられている（図 2)。外部カバー 27, 29は、左 右両端部 27a, 29aがマ-ホールド部 11, 13接合固定される。上記した冷却水供給 空間 31, 33は、外部カバー 27, 29と放熱部 7, 9との間の部分である。
[0025] 燃料電池スタック STは、燃料流路 17に燃料ガスとして水素ガスの供給を受け、酸 ィ匕剤流路 15に酸化剤ガスとして空気の供給を受け、これらガスを反応させて発電を 行う。冷却水は、温度及び圧力が制御され、増圧ポンプ 35によって冷却水供給空間 31, 33に供給される。
[0026] 冷却水供給空間 31, 33に流入した冷却水は、放熱部 7, 9を冷却し、単位セル 5で の発熱による温度上昇を抑える。冷却水は放熱部 7, 9の貫通孔 7a, 9aにも入り込む ので、冷却効果はより高まる。
[0027] 本実施形態の燃料電池スタック STによれば、セパレータ 1が放熱部 7, 9を有し、燃 料電池スタック STを冷却するので、冷却水を供給する必要がなぐ冷却水を含む 3 流体を単位セル 5に供給する場合に比較して流体の分配構造を簡素化できる。また 、冷却水を単位セル 5に供給しないため、積層厚さも薄くなり、燃料電池としての出力 密度が向上する。
[0028] 長方形状とした発電領域 5の長辺部に対応して放熱部 7, 9を設けているので、放 熱部 7, 9を短辺部に設けた場合に比較して、単位セル 5からの平均的な距離を短縮 でき、冷却効率が向上する。
[0029] 冷却水の圧力 Poutを、燃料電池スタック STの内部ガスの圧力 Pin以上に設定する ため、榭脂モールド部 19, 25に外部力も圧力を付与することになり、燃料電池スタツ ク STの内部の燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏れを防止して、シール性を向上させる ことができる。
[0030] 燃料電池スタック STは、外部カバー 27, 29を設けず、放熱部 7, 9を空気により直 接冷却するようにしてもよい。燃料電池スタック STは、榭脂モールド部 19, 25に代え て、他のシール材にしてもよい。
[0031] 放熱部 7, 9は、セパレータ 1と一体ィ匕しているので、セパレータ 1の製造時に、放熱 部 7, 9を同時に製造できるため、別途冷却フィン等を製造する場合に比較して、製 造コストを低減でき、部品点数を減少させることができる。
[0032] 放熱部 7, 9の周囲を覆う外部カバー 27, 29を設け、この外部カバー 27, 29の内 側に冷却媒体を供給するので、放熱部 7, 9の冷却を効率よく行うことができる。

Claims

請求の範囲
[1] 燃料と酸化剤との供給を受けて発電する複数の単位セルと、
複数の単位セルを、セル毎に分割するセパレータと、を備え、
前記セパレータは、単位セルに接触する受熱部と、単位セル力 延出する放熱部と を有する
ことを特徴とする燃料電池スタック。
[2] 前記放熱部は、冷却フィンであることを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池スタツ ク。
[3] 単位セルの積層方向に沿って前記単位セルを見たときの形状が長方形状であって 、この長方形状の長辺部に対応する部位に前記放熱部が設けられていることを特徴 とする請求項 1又は請求項 2のいずれかに記載の燃料電池スタック。
[4] 前記放熱部の周囲を覆う外部カバーをさらに備え、
この外部カバーと放熱部との間に冷却媒体を供給する
ことを特徴とする請求項 1〜請求項 3のいずれ力 1項に記載の燃料電池スタック。
[5] 外部カバーと放熱部との間の冷却媒体圧力が、単位セルに供給されるガスの圧力 以上にされることを特徴とする請求項 4に記載の燃料電池スタック。
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