WO2012081333A1 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
WO2012081333A1
WO2012081333A1 PCT/JP2011/075589 JP2011075589W WO2012081333A1 WO 2012081333 A1 WO2012081333 A1 WO 2012081333A1 JP 2011075589 W JP2011075589 W JP 2011075589W WO 2012081333 A1 WO2012081333 A1 WO 2012081333A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
manifold
anode
cathode
inflow
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/075589
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
上原 茂高
英高 西村
和弘 影山
Original Assignee
日産自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日産自動車株式会社 filed Critical 日産自動車株式会社
Priority to US13/993,476 priority Critical patent/US9673461B2/en
Priority to JP2012548701A priority patent/JP5488943B2/ja
Priority to CA2817819A priority patent/CA2817819C/en
Priority to EP11849058.0A priority patent/EP2654113B1/en
Priority to CN201180048914.XA priority patent/CN103155253B/zh
Publication of WO2012081333A1 publication Critical patent/WO2012081333A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell provided with a manifold for flowing in and out a hydrogen-containing gas or an oxygen-containing gas.
  • the anode outlet internal manifold has a volume that is expanded in a region below the lower side in the vertical direction of the reaction area of the cell constituent body.
  • the lower contour of the electrolyte membrane partially protrudes downward in the vertical direction, and the enlarged anode outlet internal manifold constitutes a water reservoir that stores condensed water discharged from the outlet of the anode gas flow path. is doing.
  • the present invention provides a fuel that can prevent the remaining liquid water from flowing into the power generation unit even when liquid water remains in the manifold, and can reduce the size by keeping the surface pressure constant.
  • the purpose is to provide batteries.
  • the present invention has a power generation unit in which an anode and a cathode are joined to both sides of an electrolyte membrane, and a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas are separated from each other with respect to the anode and the cathode.
  • an inflow prevention portion for preventing liquid water remaining in the manifold portion from flowing into the power generation portion is provided in the manifold.
  • the surface pressure can be kept constant and the size can be reduced.
  • FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell stack formed by stacking fuel cells according to a first embodiment of the present invention. It is a disassembled perspective view of a fuel cell stack same as the above. It is a front view of the cell structure which makes a part of fuel cell concerning a first embodiment of the present invention.
  • (A) is the elements on larger scale of the part shown by the surrounding line II in FIG. 3,
  • (B) is explanatory drawing which shows the effect
  • It is a front view of the anode side separator (cathode side separator) which comprises a part of fuel cell which concerns on 1st embodiment same as the above. It is the elements on larger scale of the cell structure which makes a part of fuel cell concerning other embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell stack formed by stacking fuel cells according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the fuel cell stack.
  • 3 is a front view of a cell structure that forms a part of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4A is a partially enlarged view of a portion indicated by an encircling line II in FIG. (B) is explanatory drawing which shows the effect
  • FIG. 5 is an example which makes a part of fuel cell which concerns on 1st embodiment of this invention. It is a front view of the anode side separator (cathode side separator) concerning.
  • the fuel cell stack 10 includes a plurality of fuel cells A1 according to the first embodiment of the present invention stacked by a pair of end plates 20 and 21 and fastening plates 30 and 31. In addition, they are fastened with a predetermined clamping force in the stacking direction ⁇ , and are reinforced in the vertical direction ⁇ by the reinforcing plates 40 and 40 disposed on the left and right side surfaces in the figure.
  • 8 and 9 are current collector plates.
  • the fuel cell A1 has a configuration in which the cell structure 60 shown in FIG. 3 is sandwiched between a pair of separators 50a and 50b shown in FIG. As shown in FIG. 3, the cell structure 60 is formed in a horizontal rectangle when viewed from the stacking direction ⁇ .
  • the cell structure 60 includes an MEA (Membrane-Electrode Assembly) 61 and a reaction area S1 of the MEA 61.
  • MEA Membrane-Electrode Assembly
  • S1 of the MEA 61 for example, a pair of gas diffusion layers (not shown) which are porous members made of carbon, for example, are laminated on both surfaces.
  • the MEA 61 is a membrane electrode assembly in which an anode and a cathode are joined to both sides of an electrolyte membrane.
  • an electrolyte membrane that is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluororesin having perfluorocarbon sulfonic acid, and exhibits good electrical conductivity in a wet state
  • an electrolyte membrane A pair of electrode catalyst layers (both shown in the figure) are provided with a catalyst that promotes an electrochemical reaction, for example, platinum or an alloy made of platinum and other metals, so that an anode and a cathode are formed on both sides of the reaction area S1. Not).
  • the membrane electrode assembly is referred to as a “power generation unit”.
  • the arrow ⁇ direction is the vertical direction, and therefore, the direction is perpendicular to the arrow ⁇ direction.
  • a plurality of cylindrical diffusers 62 for maintaining the gap between the anode and cathode side separators 50a and 50b are provided at both outer ends of the power generation unit S1 of the cell structure 60. And it is arranged so as to protrude integrally with the cell structure 60.
  • a plurality of diffusers 62 are arranged in three rows between the upper and lower edges 60a, 60b, and a plurality of diffusers 62 forming an outer row and an inner row among them are arranged in a central row.
  • the diffusers 62 are alternately arranged in a side view as viewed from both ends.
  • a plurality of diffusers 62 forming a central row are arranged between the plurality of diffusers 62 forming the outer and inner rows in a side view as viewed from both ends.
  • an area in which a plurality of diffusers 62 are arranged is referred to as diffuser arrangement areas S2 and S2.
  • a cathode inflow side manifold 63, a cooling water inflow side manifold 64, and an anode outflow side manifold 65 are sequentially formed in one of the outer portions of the diffuser arrangement regions S2 and S2, while the other outer portion has
  • the anode inflow side manifold 66, the cooling water outflow side manifold 67, and the cathode outflow side manifold 68 are sequentially formed in the vertical direction.
  • the seal 70 has a required thickness outside the cathode inflow side manifold 63, the cooling water inflow side manifold 64 and the anode outflow side manifold 65, and the anode inflow side manifold 66, the cooling water outflow side manifold 67, and the cathode outflow side manifold 67. And it protrudes in the width.
  • the seal 70 is for maintaining air tightness and liquid tightness with the anode side separator 50a and the cathode side separator 50b, and is formed of, for example, a gasket or an adhesive.
  • the seal 70 includes an outer peripheral seal portion 71 continuously formed along the edge of the cell structure 60, a manifold surrounding portion 72 that partitions and surrounds the cathode inflow side manifold 63 and the cooling water inflow side manifold 64, A manifold enclosing portion 73 that partitions and surrounds the cooling water outflow side manifold 67 and the cathode outflow side manifold 68 is provided.
  • the anode outflow side manifold 65 and the anode inflow side manifold 66 of the cell structure 60 are formed in a substantially rectangular shape in front view, and these inflow prevention portions 80a and 80b are formed.
  • the inflow prevention unit 80a prevents liquid water such as condensed water remaining in the anode outflow side manifold 65 from flowing into the power generation unit S1, and is provided between the anode outflow side manifold 65 and the power generation unit S1. It is provided outside the gas inflow / outflow path without being bulged.
  • the inflow prevention part 80b prevents liquid water such as condensed water remaining in the anode inflow side manifold 66 from flowing into the power generation part S1, and is provided between the anode inflow side manifold 66 and the power generation part S1. It is provided outside the gas inflow / outflow route without being bulged.
  • the anode outflow side manifold 65 is formed in the same shape and size.
  • the inflow prevention portion 80a has a bottom edge 65b located on the lower side in the gravity direction of the anode outflow side manifold 65, and an inner edge 65c side (power generation unit S1 side) in the gravity direction with respect to the outer edge 65d side (opposite side of the power generation unit S1). It is formed by being positioned on the upper side. That is, the inner edge 65c of the bottom edge 65b is formed with a step by projecting toward the top edge 65a by the required dimension T1.
  • the height T1 at which the inner edge 65c side of the bottom edge 65b protrudes may be set so that the residual liquid water in the anode outflow side manifold 65 does not flow back to the diffuser arrangement region S2 due to capillary action.
  • the inflow prevention portion 80a described above when the supply of the hydrogen-containing gas is stopped, the liquid water W remaining in the anode outflow side manifold 65 is caused by capillary action. Backflow can be prevented. Since the inflow preventing portion 80b has the same configuration as the inflow preventing portion 80a, detailed description thereof is omitted.
  • the forward and backward flow preventing portions 80a and 80b disposed in the manifold for allowing the hydrogen-containing gas to flow out are formed in point symmetry.
  • FIG. 5 shows an example of the anode-side separator, but the cathode-side separator has the same shape and the same size as the anode-side separator, and thus detailed description thereof is omitted in this embodiment. .
  • the anode-side separator 50 a is formed of a thin plate member made of a conductive material so that the outer shape in a front view viewed from the stacking direction ⁇ is the same rectangle as that of the cell structure 60.
  • the anode-side separator 50 a has a large number of inner surfaces facing the cell structure 60 that reach the power generation part S ⁇ b> 1 of the cell structure 60 from the anode inflow side manifold 66 to the anode outflow side manifold 65.
  • the anode gas flow path 51 having the waveform is formed.
  • the cathode inflow side manifold 63 On both sides of the anode gas flow path 51, the cathode inflow side manifold 63, the cooling water inflow side manifold 64, the anode outflow side manifold 65, the anode inflow side manifold 66, the cooling water outflow side manifold 67, and the cathode outflow side.
  • the cathode inflow side manifold 52, the cooling water inflow side manifold 53 and the anode outflow side manifold 54, the anode inflow side manifold 55, the cooling water outflow side manifold 56 and the cathode outflow side manifold 57 are opened at positions facing the manifolds 67, respectively. Is formed.
  • the anode-side and cathode-side separators 50a and 50b are cooled on either one or both surfaces in contact with the outer surfaces of the anode-side and cathode-side separators 50a and 50b forming another adjacent fuel cell A1.
  • a number of cooling water passages (not shown) extending from the water inflow side manifold 53 to the cooling water outflow side manifold 56 are formed.
  • the cathode outflow side manifold and the anode inflow side manifold are disposed on the same end side, the anode gas flowing through the anode gas flow path and the cathode gas flowing through the cathode gas flow path are: Flowing in opposite directions to each other with the cell structure 60 interposed therebetween.
  • the following effects can be obtained. ⁇ Even when liquid water remains in the manifold that separates the hydrogen-containing gas and oxygen-containing gas from each other and flows in and out, the remaining liquid water can be prevented from flowing into the power generation unit, and can be compact. Can be achieved.
  • the inflow prevention unit can be started under zero to prevent the inflow of liquid water, and even if a vehicle equipped with a fuel cell is tilted to the left or right, the inflow of liquid water to the power generation unit is prevented. Can be prevented.
  • the anode outflow side manifold and the anode inflow side manifold are configured to have the inflow prevention portion.
  • the cathode outflow side manifold and / or the cathode inflow side manifold are both provided with the inflow prevention portion. Of course, it may be arranged.
  • the diffuser and the seal line are arranged on the MEA side.
  • the diffuser and / or the seal line may be arranged on the separator side.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

 マニホールドに液水が残留するときにも、その残留している液水が発電部へ流入することを防止でき、かつ、面圧を一定にして小型化を図ることができるようにする。 本発明は、アノードとカソードとを電解質膜の両側に接合した発電部を有し、そのアノードとカソードに対して水素含有ガスと酸素含有ガスを互いに分離して流出入させるためのマニホールド部を形成した燃料電池において、上記マニホールドに上記マニホールド内に残留する液水が発電部に流入することを防止する流入防止部を設けている。

Description

燃料電池
 本発明は、水素含有ガスや酸素含有ガスを流出入させるためのマニホールドを備えた燃料電池に関する。
 この種の燃料電池として、特許文献1に「燃料電池システム」とした名称において開示された構成のものがある。
 特許文献1に記載の燃料電池システムでは、アノード出口内部マニホールドは、セル構成体の反応エリアの鉛直方向の下側よりも下方領域に容積が拡大され、これに伴い、各セパレータ及びセル構成体の電解質膜の下方輪郭が部分的に鉛直方向下方に突出する形状となっており、その拡大されたアノード出口内部マニホールドが、アノードガス流路の出口から排出される凝縮水を溜める水溜り部を構成している。
特開2010‐129479号公報
 しかしながら、上記特許文献1に記載の燃料電池システムでは、上記拡大されたアノード出口内部マニホールドの水溜まり部をガス流路よりも鉛直方向下側に位置させているために、セル構成体の一部が膨出して大型化しやすくスタッキング構造も複雑となる。
 また、セル構成体の一部が膨出するために面圧バラツキの要因となりやすく、その結果、性能低下やシール性の悪化を招来するとともに、膨出した部分を含む矩形としても無駄領域ができるために大型化を回避できない。
 そこで本発明は、マニホールドに液水が残留するときにも、その残留している液水が発電部へ流入することを防止でき、かつ、面圧を一定にして小型化を図ることができる燃料電池の提供を目的としている。
 上記課題を解決するための本発明は、アノードとカソードとを電解質膜の両側に接合した発電部を有し、そのアノードとカソードに対して水素含有ガスと酸素含有ガスを互いに分離して流出入させるためのマニホールドを形成した燃料電池において、上記マニホールドにマニホールド部内に残留する液水が発電部に流入することを防止する流入防止部を設けたことを特徴としている。
 本発明によれば、水素含有ガスと酸素含有ガスを互いに分離して流出入させるためのマニホールドに液水が残留するときにも、その残留している液水が発電部へ流入することを防止でき、かつ、面圧を一定にして小型化を図ることができる。
本発明の第一の実施形態に係る燃料電池を積層してなる燃料電池スタックの斜視図である。 同上の燃料電池スタックの分解斜視図である。 本発明の第一の実施形態に係る燃料電池の一部をなすセル構成体の正面図である。 (A)は、図3に包囲線IIで示す部分の部分拡大図、(B)は、アノード流出側マニホールドに残留している液水の逆流を防止する作用を示す説明図である。 同上の第一の実施形態に係る燃料電池の一部をなすアノード側セパレータ(カソード側セパレータ)の正面図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料電池の一部をなすセル構成体の部分拡大図である。
 以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池を積層してなる燃料電池スタックの斜視図、図2は、その燃料電池スタックの分解斜視図である。また、図3は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池の一部をなすセル構成体の正面図、図4(A)は、図3に包囲線IIで示す部分の部分拡大図、(B)は、アノード流出側マニホールドに残留している液水の逆流を防止する作用を示す説明図、図5は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池の一部をなす一例に係るアノード側セパレータ(カソード側セパレータ)の正面図である。
 燃料電池スタック10は、図1,2に示すように、一対のエンドプレート20、21及び締結板30,31によって、本発明の第一の実施形態に係る複数の燃料電池A1どうしを積層させ、かつ、それらの積層方向αにおいて所定の挟持力で締結しているとともに、図示左右両側面に配設した補強板40,40によって鉛直方向βでの補強を施したものである。なお、8,9は集電板である。
 燃料電池A1は、図5に示す一対のセパレータ50a,50b間に、図3に示すセル構成体60を挟入した構成になっている。
 セル構成体60は、図3に示すように、積層方向αから見た正面視において、横長方形に形成されており、それは、MEA(Membrane‐Electrode Assembly)61と、このMEA61の反応エリアS1の両面に、例えばカーボン製の多孔質部材である一対のガス拡散層(図示しない)をそれぞれ積層して構成されている。
 MEA61は、アノードとカソードとを電解質膜の両側に接合した膜電極接合体である。
具体的には、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す電解質膜と、電解質膜の反応エリアS1の両面にアノードとカソードとを構成するようにして、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金若しくは白金と他の金属から成る合金を備えた一対の電極触媒層(いずれも図示しない)を接合して形成されている。以下、本実施形態においては、膜電極接合体を「発電部」という。
 なお、図3においては、矢印β方向が鉛直方向であり、従ってまた、上記した矢印α方向と直交する向きとなっている。
 セル構成体60の発電部S1の両外端部には、上記したアノード,カソード側セパレータ50a,50bとの間隔を保持するための円柱形状にした複数のディフューザ62が、互いに所要の間隔にし、かつ、セル構成体60と一体に突出させて配列されている。
 本実施形態においては、複数のディフューザ62を上下辺縁60a,60b間に3列に配設しており、それらのうち外側及び内側の列をなす複数のディフューザ62と、中央の列をなす複数のディフューザ62とは、両端部から見た側面視において互い違いに配列している。
 換言すると、両端部から見た側面視において、外側及び内側の列をなす複数のディフューザ62の間に中央の列をなす複数のディフューザ62が配列されている。なお、本実施形態においては、複数のディフューザ62を配列した領域をディフューザ配列領域S2,S2という。
 ディフューザ配列領域S2,S2の一の外側部には、カソード流入側マニホールド63,冷却水流入側マニホールド64及びアノード流出側マニホールド65が上下方向に順次形成されている一方、当該他の外側部には、アノード流入側マニホールド66,冷却水流出側マニホールド67及びカソード流出側マニホールド68が上下方向に順次形成されている。
 カソード流入側マニホールド63,冷却水流入側マニホールド64及びアノード流出側マニホールド65、及びアノード流入側マニホールド66,冷却水流出側マニホールド67及びカソード流出側マニホールド67の外側には、シール70が所要の厚さ及び幅にして突設されている。
 シール70は、アノード側セパレータ50a,カソード側セパレータ50bとの気密性及び液密性を保持するためのものであり、例えばガスケットや接着剤により形成されている。
 上記シール70は、セル構成体60の辺縁に沿って連続して形成された外周シール部71、カソード流入側マニホールド63と冷却水流入側マニホールド64とを区画して囲繞するマニホールド囲繞部72、冷却水流出側マニホールド67とカソード流出側マニホールド68とを区画して囲繞するマニホールド囲繞部73を有している。
 セル構成体60のアノード流出側マニホールド65、及びアノード流入側マニホールド66は、正面視において略横長方形に形成されており、これら流入防止部80a,80bが形成されている。
 流入防止部80aは、上記アノード流出側マニホールド65内に残留する凝縮水等の液水が発電部S1に流入することを防止するものであり、そのアノード流出側マニホールド65と発電部S1との間のガス流出入経路外に偏倚膨出させることなく設けられている。
 流入防止部80bは、上記アノード流入側マニホールド66内に残留する凝縮水等の液水が発電部S1に流入することを防止するものであり、そのアノード流入側マニホールド66と発電部S1との間のガス流出入経路外に偏倚膨出させることなく設けられている。なお、本実施形態においては、上記したアノード流出側マニホールド65と同形同大にして形成されている。
 流入防止部80aは、アノード流出側マニホールド65の重力方向下側に位置する底辺縁65bが、外縁65d側(発電部S1の反対側)に対して内縁65c側(発電部S1側)が重力方向上側に位置されることによって形成したものである。
 すなわち、底辺縁65bの内縁65cが所要の寸法T1だけ天辺縁65a側に突出させて段差をもって形成したものである。
 底辺縁65bの内縁65c側を突出させる高さT1は、アノード流出側マニホールド65内の残留液水が、毛細管現象によってディフューザ配列領域S2に逆流しないように設定すればよい。
 上記した流入防止部80aによれば、図4(B)に示すように、水素含有ガスの送給を停止したときに、アノード流出側マニホールド65内に残留している液水Wが毛細管現象により逆流することを防止できる。
 なお、流入防止部80bについては、流入防止部80aと同じ構成になっているので、その詳細な説明を省略する。
 すなわち、本実施形態において説明した上記のセル構成体60は、水素含有ガスを流出させるためのマニホールドに配設した順逆流防止部80a,80bが点対称にして形成されている。
 これにより、燃料電池A1を組み立てるときに、セル構成体60の組み立て方向を勘案する必要がないので、組み立て工程を簡略化することができる。
 次に一例に係るアノード側セパレータについて、図5を参照して説明する。なお、図5には、一例に係るアノード側セパレータを示しているが、カソード側セパレータはアノード側セパレータと同形同大のものであるので、本実施形態においては、その詳細な説明を省略する。
 上記アノード側セパレータ50aは、導電性材料による薄板状部材により、積層方向αから見た正面視における外郭形状がセル構成体60と同一の長方形にして形成されている。
 アノード側セパレータ50aには、セル構成体60に臨む内面であって、そのセル構成体60の発電部S1に接触する部位に、上記したアノード流入側マニホールド66からアノード流出側マニホールド65に到る多数の波形にしたアノードガス流路51が形成されている。
 上記アノードガス流路51を挟む両側部であって、カソード流入側マニホールド63、冷却水流入側マニホールド64及びアノード流出側マニホールド65、及びアノード流入側マニホールド66、冷却水流出側マニホールド67及びカソード流出側マニホールド67にそれぞれ対向する位置には、カソード流入側マニホールド52、冷却水流入側マニホールド53及びアノード流出側マニホールド54、及びアノード流入側マニホールド55、冷却水流出側マニホールド56及びカソード流出側マニホールド57が開口形成されている。
 アノード側,カソード側セパレータ50a,50bは、隣接する他の燃料電池A1をなすアノード側,カソード側セパレータ50a,50bの外面どうしが接触され、接触するいずれか一方の面若しくは両方の面に、冷却水流入側マニホールド53から冷却水流出側マニホールド56に到る多数の冷却水路(図示しない)が形成されている。
 上記の構成においては、カソード流出側マニホールドとアノード流入側マニホールドとが同じ端部側に配設されているので、アノードガス流路を流れるアノードガスと、カソードガス流路を流れるカソードガスとは、セル構成体60を挟んで互いに逆方向に流れるようになっている。
 上記した実施形態からなる燃料電池によれば、次の効果を得ることができる。
・水素含有ガスと酸素含有ガスを互いに分離して流出入させるためのマニホールドに液水が残留するときにも、その残留している液水が発電部に流入することを防止でき、かつ、小型化を図ることができる。
 マニホールドに残留する液水の発電部への流入を防止できるので、流路,ディフューザの閉塞や環境温度が零下になるような状況であっても、上記残留した液水が凍結して起動できないといった問題を解決できる。
・正面視において、燃料電池を横長方形の輪郭形状に形成できるために、面圧を一定にすることができ、このためにシール性を向上させることができる。
・液水が残留しやすい流出側マニホールドに流入防止部を配設することにより、流出側マニホールドに残留している液水の逆流や流路内での凍結を、より効果的に防止することができる。
・流出側マニホールドを重力方向下側に位置させた場合、運転中は液水を流出側マニホールドに排出しやすく、従って、流路に液水が残留しないためにガス流入を阻害しにくい。また、ガス停止後は流入防止部により液水の流入を防ぐために零下において起動できるとともに、燃料電池を搭載した車両が左右に傾いた状態で停止しても、液水の発電部への流入を防ぐことができる。
 また、上述した実施形態においては、アノード流出側マニホールドとアノード流入側マニホールドに流入防止部を配設した構成のものを例示したが、カソード流出側マニホールド又はカソード流入側マニホールド若しくはそれら双方に流入防止部を配設してもよいことは勿論である。
 さらに、上述した実施形態においては、MEA側にディフューザ及びシールラインを配設した例について説明したが、それらディフューザ及びシールライン若しくはいずれか一方をセパレータ側に配設した構成にしてもよい。
63       カソード流入側マニホールド
64       冷却水流入側マニホールド
65       アノード流出側マニホールド
66       アノード流入側マニホールド
67       冷却水流出側マニホールド
68       カソード流出側マニホールド
80a,80b  流入防止部
A1,A2    燃料電池

Claims (8)

  1.  アノードとカソードとを電解質膜の両側に接合した発電部を有し、そのアノードとカソードに対して水素含有ガスと酸素含有ガスを互いに分離して流出入させるためのマニホールドを形成した燃料電池において、
     上記マニホールドに上記マニホールド内に残留する液水が発電部に流入することを防止する流入防止部を設けたことを特徴とする燃料電池。
  2.  マニホールドには重力方向下側に位置する底辺縁が設けられ、上記流入防止部は発電部の反対側の底辺縁に対して発電部側の底辺縁が重力方向上側に位置させることによって形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
  3.  上記流入防止部は底辺縁の段差によって形成される、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池。
  4.  少なくともいずれか一箇所のマニホールド部に、流入防止部を配設したことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の燃料電池。
  5.  アノードに流接した水素含有ガスを流出させるためのマニホールド部に流入防止部を配設していることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池。
  6.  カソードに流接した酸素含有ガスを流出させるためのマニホールド部に流入防止部を配設していることを特徴とする請求項4又は5に記載の燃料電池。
  7.  流入防止部を配設したマニホールドが重力方向下側に位置するように互いに積層されていることを特徴とした請求項1~6のいずれか1項に記載の燃料電池。
  8.  流入防止部を設けたマニホールド部が点対称にして形成されていることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の燃料電池。
PCT/JP2011/075589 2010-12-17 2011-11-07 燃料電池 WO2012081333A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/993,476 US9673461B2 (en) 2010-12-17 2011-11-07 Fuel cell
JP2012548701A JP5488943B2 (ja) 2010-12-17 2011-11-07 燃料電池
CA2817819A CA2817819C (en) 2010-12-17 2011-11-07 Fuel cell with water inflow preventing portion
EP11849058.0A EP2654113B1 (en) 2010-12-17 2011-11-07 Fuel cell
CN201180048914.XA CN103155253B (zh) 2010-12-17 2011-11-07 燃料电池

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010281494 2010-12-17
JP2010-281494 2010-12-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012081333A1 true WO2012081333A1 (ja) 2012-06-21

Family

ID=46244446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/075589 WO2012081333A1 (ja) 2010-12-17 2011-11-07 燃料電池

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9673461B2 (ja)
EP (1) EP2654113B1 (ja)
JP (1) JP5488943B2 (ja)
CN (1) CN103155253B (ja)
CA (1) CA2817819C (ja)
WO (1) WO2012081333A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015069756A (ja) * 2013-09-27 2015-04-13 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP2019160655A (ja) * 2018-03-15 2019-09-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池スタック
US10522866B2 (en) 2012-02-09 2019-12-31 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell stack and fuel cell system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6769300B2 (ja) * 2016-12-28 2020-10-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池スタック及びダミーセル

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11354142A (ja) * 1998-06-11 1999-12-24 Toshiba Corp 固体高分子電解質型燃料電池
JP2006344461A (ja) * 2005-06-08 2006-12-21 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタック
JP2007128857A (ja) * 2005-10-05 2007-05-24 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池セパレータ
JP2007141639A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Nippon Soken Inc 燃料電池スタック
JP2009259772A (ja) * 2008-03-25 2009-11-05 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタック
JP2010129482A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータ、燃料電池スタック及び燃料電池システム
JP2010129479A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005276694A (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタックの燃料ガス置換装置
CN100568603C (zh) * 2005-10-27 2009-12-09 日产自动车株式会社 燃料电池堆的流体通路结构
JP2008103241A (ja) * 2006-10-20 2008-05-01 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2008152979A (ja) 2006-12-14 2008-07-03 Toyota Motor Corp 燃料電池セル及び燃料電池積層体
JP2008226677A (ja) * 2007-03-14 2008-09-25 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP5203250B2 (ja) * 2009-02-19 2013-06-05 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11354142A (ja) * 1998-06-11 1999-12-24 Toshiba Corp 固体高分子電解質型燃料電池
JP2006344461A (ja) * 2005-06-08 2006-12-21 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタック
JP2007128857A (ja) * 2005-10-05 2007-05-24 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池セパレータ
JP2007141639A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Nippon Soken Inc 燃料電池スタック
JP2009259772A (ja) * 2008-03-25 2009-11-05 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタック
JP2010129482A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータ、燃料電池スタック及び燃料電池システム
JP2010129479A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10522866B2 (en) 2012-02-09 2019-12-31 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell stack and fuel cell system
JP2015069756A (ja) * 2013-09-27 2015-04-13 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
US10164268B2 (en) 2013-09-27 2018-12-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell
JP2019160655A (ja) * 2018-03-15 2019-09-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池スタック

Also Published As

Publication number Publication date
CA2817819C (en) 2015-06-09
EP2654113A1 (en) 2013-10-23
CN103155253A (zh) 2013-06-12
JPWO2012081333A1 (ja) 2014-05-22
CN103155253B (zh) 2015-07-01
EP2654113A4 (en) 2016-04-20
CA2817819A1 (en) 2012-06-21
US20130273449A1 (en) 2013-10-17
US9673461B2 (en) 2017-06-06
EP2654113B1 (en) 2017-09-06
JP5488943B2 (ja) 2014-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8551671B2 (en) Fuel cell fluid sealing structure
US8524416B2 (en) Electrolyte electrode assembly and fuel cell
US7569301B2 (en) Fuel cell
CA2650982C (en) Fuel cell having an embedded member in a gap between a separator and a porous member
US7759014B2 (en) Fuel cell having a seal member
US7790326B2 (en) Fuel cell and separator for fuel cell
JPWO2011158551A1 (ja) 燃料電池セル
JP2007329125A (ja) 改善された燃料電池設計のためのシール支持用の拡散媒体
US20080166608A1 (en) Fuel Cell and Fuel Cell Separator
JP4450553B2 (ja) 燃料電池
US7846613B2 (en) Fuel cell with separator having a ridge member
US20110070516A1 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
JP5488943B2 (ja) 燃料電池
JP5365162B2 (ja) 燃料電池
JP4957091B2 (ja) 燃料電池
JP5125016B2 (ja) 燃料電池
US20080113248A1 (en) Fuel cell
US20090053581A1 (en) Separator and fuel cell
JP5109570B2 (ja) 燃料電池スタック
JP4109569B2 (ja) 燃料電池
JP2006147258A (ja) セパレータ及び燃料電池スタック
WO2008142557A2 (en) Separator and fuel cell
JP5366793B2 (ja) 燃料電池システム
JP2008159291A (ja) 燃料電池スタック
KR100556814B1 (ko) 연료전지의 스택

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180048914.X

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11849058

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012548701

Country of ref document: JP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2817819

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13993476

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2011849058

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011849058

Country of ref document: EP