JP2003157865A - Fuel cell stack - Google Patents
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質の両側に一
対の電極が配設された電解質・電極構造体を、セパレー
タを介して複数個積層した燃料電池スタックに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell stack in which a plurality of electrolyte / electrode structures each having a pair of electrodes arranged on both sides of an electrolyte are stacked with a separator interposed therebetween.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、固体高分子型燃料電池は、高分
子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の
両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を
対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって
挟持することにより構成されている。2. Description of the Related Art For example, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on opposite sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). It is configured by sandwiching the body with a separator.
【０００３】この種の燃料電池は、通常、電解質（電解
質膜）・電極構造体およびセパレータを所定数だけ積層
することにより、燃料電池スタックとして使用されてい
る。前記燃料電池スタックにおいて、アノード側電極に
供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、触媒電
極上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を
介してカソード側電極側へと移動し、その移動の間に生
じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギ
として利用される。カソード側電極には、酸化剤ガス、
例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているため
に、このカソード側電極において、前記水素イオン、前
記電子および酸素ガスが反応して水が生成される。This type of fuel cell is usually used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of electrolytes (electrolyte membranes) / electrode structures and separators. In the fuel cell stack, the fuel gas supplied to the anode electrode, for example, the hydrogen-containing gas is hydrogen ionized on the catalyst electrode and moves to the cathode electrode side through the appropriately humidified electrolyte membrane, The electrons generated during the movement are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. The cathode side electrode has an oxidant gas,
For example, since oxygen-containing gas such as air is supplied, the hydrogen ions, the electrons, and the oxygen gas react with each other at the cathode side electrode to generate water.
【０００４】ところで、上記の燃料電池スタックでは、
一般的に、燃料ガスや酸化剤ガスである反応ガスを供給
および排出する反応ガス供給連通孔および反応ガス排出
連通孔が、セパレータの端縁部に積層方向に貫通して設
けられている。しかしながら、反応ガス排出連通孔がセ
パレータの端縁部、すなわち、燃料電池の端部に設けら
れているため、加湿された排出ガスが、放熱により温度
低下を惹起してしまい、特に前記燃料電池の反応ガス出
口付近で結露し易いという問題が指摘されている。By the way, in the above fuel cell stack,
Generally, a reaction gas supply communication hole for supplying and discharging a reaction gas such as a fuel gas or an oxidant gas and a reaction gas discharge communication hole are provided at the edge of the separator so as to penetrate in the stacking direction. However, since the reaction gas exhaust communication hole is provided at the edge portion of the separator, that is, at the end portion of the fuel cell, the humidified exhaust gas causes a temperature decrease due to heat dissipation, and particularly the fuel cell It has been pointed out that dew condensation easily occurs near the reaction gas outlet.
【０００５】そこで、例えば、米国特許第５，４８４，
６６６号公報に開示されているように、電解質・電極構
造体を貫通して反応ガス供給連通孔と反応ガス排出連通
孔とが設けられた燃料電池スタックが知られている。具
体的には、図１０に示すように、燃料電池スタック１
は、矢印Ａ方向に積層される燃料電池アセンブリ２を備
えており、前記燃料電池アセンブリ２は、電解質膜・電
極構造体３と、この電解質膜・電極構造体３を挟持する
一対の流路プレート４、５とを備えている。Therefore, for example, US Pat. No. 5,484,
As disclosed in Japanese Patent No. 666, there is known a fuel cell stack provided with a reaction gas supply communication hole and a reaction gas discharge communication hole penetrating the electrolyte / electrode structure. Specifically, as shown in FIG. 10, the fuel cell stack 1
Includes a fuel cell assembly 2 stacked in the direction of arrow A. The fuel cell assembly 2 includes an electrolyte membrane / electrode structure 3 and a pair of flow path plates sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 3. 4 and 5 are provided.
【０００６】燃料電池アセンブリ２の積層方向両端に
は、第１および第２エンドプレート６、７が配置される
とともに、前記第１および第２エンドプレート６、７間
には、前記燃料電池アセンブリ２が４本のタイロッド８
を介して一体的に締め付け保持されている。First and second end plates 6 and 7 are arranged at both ends of the fuel cell assembly 2 in the stacking direction, and the fuel cell assembly 2 is located between the first and second end plates 6 and 7. 4 tie rods 8
It is clamped and held integrally via.
【０００７】第１エンドプレート６には、燃料ガス供給
マニホールド９ａ、冷却媒体供給マニホールド１０ａお
よび酸化剤ガス供給マニホールド１１ａが設けられる一
方、第２エンドプレート７には、燃料ガス排出マニホー
ルド９ｂ、冷却媒体排出マニホールド１０ｂおよび酸化
剤ガス排出マニホールド１１ｂが設けられている。The first end plate 6 is provided with a fuel gas supply manifold 9a, a cooling medium supply manifold 10a and an oxidant gas supply manifold 11a, while the second end plate 7 is provided with a fuel gas discharge manifold 9b and a cooling medium. An exhaust manifold 10b and an oxidant gas exhaust manifold 11b are provided.
【０００８】燃料電池アセンブリ２の水平方向（矢印Ｃ
方向）一端側には、積層方向（矢印Ａ方向）に連通する
開口を介して上下方向（矢印Ｂ方向）に沿って燃料ガス
供給連通孔１２ａ、冷却媒体供給連通孔１３ａおよび酸
化剤ガス供給連通孔１４ａが設けられている。燃料電池
アセンブリ２の水平方向他端側には、上下方向に沿って
酸化剤ガス排出連通孔１４ｂ、冷却媒体排出連通孔１３
ｂおよび燃料ガス排出連通孔１２ｂが設けられている。The horizontal direction of the fuel cell assembly 2 (arrow C
Direction) to one end side, the fuel gas supply communication hole 12a, the cooling medium supply communication hole 13a, and the oxidant gas supply communication are communicated in the up-down direction (direction of arrow B) through the opening communicating with the stacking direction (direction of arrow A). The hole 14a is provided. At the other end of the fuel cell assembly 2 in the horizontal direction, the oxidant gas discharge communication hole 14b and the cooling medium discharge communication hole 13 are arranged in the vertical direction.
b and a fuel gas discharge communication hole 12b are provided.
【０００９】このような構成において、燃料ガス供給マ
ニホールド９ａ、冷却媒体供給マニホールド１０ａおよ
び酸化剤ガス供給マニホールド１１ａに、それぞれ、燃
料ガス、冷却媒体および酸化剤ガスが導入される。この
ため、燃料ガス、冷却媒体および酸化剤ガスは、燃料電
池アセンブリ２内に形成されている燃料ガス供給連通孔
１２ａ、冷却媒体供給連通孔１３ａおよび酸化剤ガス供
給連通孔１４ａに供給される。In such a structure, the fuel gas, the cooling medium and the oxidant gas are introduced into the fuel gas supply manifold 9a, the cooling medium supply manifold 10a and the oxidant gas supply manifold 11a, respectively. Therefore, the fuel gas, the cooling medium, and the oxidant gas are supplied to the fuel gas supply communication hole 12a, the cooling medium supply communication hole 13a, and the oxidant gas supply communication hole 14a formed in the fuel cell assembly 2.
【００１０】燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電解質膜・
電極構造体３の両面と流路プレート４、５とを介して形
成される図示しない燃料ガス流路および酸化剤ガス流路
を介して電極反応面内を通過した後、燃料ガス排出連通
孔１２ｂおよび酸化剤ガス排出連通孔１４ｂに排出され
る。一方、冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３を冷却
した後、冷却媒体排出連通孔１３ｂに排出される。The fuel gas and the oxidant gas are the electrolyte membrane and
After passing through the electrode reaction surface through the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path (not shown) formed through both surfaces of the electrode structure 3 and the flow path plates 4 and 5, the fuel gas discharge communication hole 12b is formed. And is discharged to the oxidizing gas discharge communication hole 14b. On the other hand, the cooling medium is discharged to the cooling medium discharge communication hole 13b after cooling the electrolyte membrane / electrode structure 3.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、特に、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂに排
出される加湿された酸化剤ガスに結露が発生するおそれ
があるとともに、生成水や結露水が良好に排出されず、
酸化剤ガスの円滑な流れが阻止されて発電性能が低下す
るという問題がある。However, in the above-mentioned prior art, there is a possibility that dew condensation may occur on the humidified oxidant gas discharged to the oxidant gas discharge communication hole 14b, and the generated water and dew condensation may occur. Water is not drained well,
There is a problem that the smooth flow of the oxidant gas is blocked and the power generation performance deteriorates.
【００１２】さらに、電解質膜・電極構造体３の両面
に、それぞれ比較的寸法の大きな１枚の電極が設けられ
ている。これにより、単位燃料電池セル当たりの反応ガ
スおよび冷却媒体の圧損が大きなものとなり易く、電極
性能が低下するとともに、冷却媒体用のポンプの負荷が
大きなものになるという問題が指摘されている。Further, one electrode having a relatively large size is provided on each of both surfaces of the electrolyte membrane / electrode structure 3. As a result, it has been pointed out that the pressure loss of the reaction gas and the cooling medium per unit fuel cell is likely to be large, the electrode performance is deteriorated, and the load of the pump for the cooling medium is large.
【００１３】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、圧損の低減を図るとともに、結露の発生を有効に阻
止し、しかも生成水や結露水を円滑に排出することが可
能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。The present invention solves this kind of problem, and aims at reducing the pressure loss, effectively preventing the generation of dew condensation, and capable of smoothly discharging generated water or dew condensation water. Intended to provide a stack.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
燃料電池スタックでは、電解質・電極構造体を構成する
電極が複数個に分割されるとともに、燃料ガスまたは酸
化剤ガスの少なくとも一方の反応ガスを流す反応ガス流
路が、セパレータの外周端側に設けられる反応ガス供給
連通孔と、分割された前記電極間に設けられる反応ガス
排出連通孔とを備えている。In a fuel cell stack according to claim 1 of the present invention, an electrode constituting an electrolyte / electrode structure is divided into a plurality of electrodes, and at least one of a fuel gas and an oxidant gas is used. The reaction gas flow passage through which the reaction gas flows has a reaction gas supply communication hole provided on the outer peripheral end side of the separator and a reaction gas discharge communication hole provided between the divided electrodes.
【００１５】そこで、反応ガス供給連通孔に供給される
反応ガスは、電極反応面内を通過して反応ガス排出連通
孔に排出される。その際、反応ガス排出連通孔は、分割
された電極間に設けられている。このため、反応ガス排
出連通孔に排出される反応ガスの放熱による温度低下を
有効に阻止することができ、結露や滞留水（生成水や結
露水）を有効に低減させることが可能になる。Therefore, the reaction gas supplied to the reaction gas supply communication hole passes through the reaction surface of the electrode and is discharged to the reaction gas discharge communication hole. At that time, the reaction gas discharge communication hole is provided between the divided electrodes. For this reason, it is possible to effectively prevent a temperature drop due to heat dissipation of the reaction gas discharged to the reaction gas discharge communication hole, and it is possible to effectively reduce dew condensation and accumulated water (generated water or dew condensation water).
【００１６】しかも、電極は、セパレータの面方向に沿
って複数個に分割されるため、反応ガスの流路長が有効
に短尺化される。これにより単位燃料電池セル当たりの
圧力損失を低減することができる。さらに、冷却媒体の
流路長も短尺化されるため、冷却媒体の圧損を低減させ
て冷却媒体用ポンプの負荷を低減させることが可能にな
る。Moreover, since the electrode is divided into a plurality of pieces along the surface direction of the separator, the flow path length of the reaction gas is effectively shortened. Thereby, the pressure loss per unit fuel cell can be reduced. Furthermore, since the flow path length of the cooling medium is shortened, it is possible to reduce the pressure loss of the cooling medium and reduce the load on the cooling medium pump.
【００１７】また、本発明の請求項２に係る燃料電池ス
タックでは、冷却媒体流路を構成する冷却媒体排出連通
孔が、反応ガス排出連通孔に近接して設けられている。
従って、反応ガス排出連通孔に排出される加湿ガス（水
分を大量に含んだ反応ガス）が、高温側となる冷却媒体
排出連通孔に排出される冷却媒体を介して加温され、温
度低下による結露の発生を有効に削減することが可能に
なる。Further, in the fuel cell stack according to the second aspect of the present invention, the cooling medium discharge communication hole forming the cooling medium flow path is provided close to the reaction gas discharge communication hole.
Therefore, the humidifying gas (reaction gas containing a large amount of water) discharged to the reaction gas discharge communication hole is heated by the cooling medium discharged to the cooling medium discharge communication hole on the high temperature side, and the temperature is lowered. It becomes possible to effectively reduce the occurrence of dew condensation.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る燃料電池スタック２０の要部概略分解斜視図であ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a main part of a fuel cell stack 20 according to a first embodiment of the present invention.
【００１９】燃料電池スタック２０は、積層方向（矢印
Ａ方向）に配列される第１サブスタック２２および第２
サブスタック２４を備え、前記第１および第２サブスタ
ック２２、２４間には中間プレート２６が介装される。
なお、燃料電池スタック２０は、第１および第２サブス
タック２２、２４に限定されるものではなく、必要に応
じて３組以上のサブスタック（図示せず）を、各組間に
中間プレート２６を介装して矢印Ａ方向に積層すること
ができる。The fuel cell stack 20 comprises a first sub-stack 22 and a second sub-stack 22 arranged in the stacking direction (direction of arrow A).
A sub-stack 24 is provided, and an intermediate plate 26 is interposed between the first and second sub-stacks 22 and 24.
The fuel cell stack 20 is not limited to the first and second sub-stacks 22 and 24, and if necessary, three or more sub-stacks (not shown) may be provided between the intermediate plates 26. Can be laminated in the direction of the arrow A.
【００２０】第１および第２サブスタック２２、２４
は、同様に構成されており、それぞれ所定組数の単位燃
料電池セル３０を矢印Ａ方向に重ね合わせて構成されて
いる。図２に示すように、単位燃料電池セル３０は、電
解質膜（電解質）・電極構造体３２と、前記電解質膜・
電極構造体３２を挟持する第１および第２セパレータ３
４、３６とを備える。First and second sub-stacks 22, 24
Are similarly configured, and each is configured by stacking a predetermined number of unit fuel cell units 30 in the direction of arrow A. As shown in FIG. 2, the unit fuel cell unit 30 includes an electrolyte membrane (electrolyte) / electrode structure 32, the electrolyte membrane
First and second separators 3 sandwiching the electrode structure 32
4, 36.
【００２１】電解質膜・電極構造体３２は、固体高分子
電解質膜（電解質）３８と、この電解質膜３８を挟んで
配設されるカソード側電極４０ａ、４０ｂおよびアノー
ド側電極４２ａ、４２ｂとを有する。カソード側電極４
０ａ、４０ｂは、第１セパレータ３４側に配置され、こ
の第１セパレータ３４の面方向に沿って２分割されてい
る。アノード側電極４２ａ、４２ｂは、同様に、第２セ
パレータ３６側に配置され、この第２セパレータ３６の
面方向に沿って分割されている。The electrolyte membrane / electrode structure 32 has a solid polymer electrolyte membrane (electrolyte) 38, and cathode-side electrodes 40a, 40b and anode-side electrodes 42a, 42b which are arranged so as to sandwich the electrolyte membrane 38. . Cathode side electrode 4
0a and 40b are arranged on the first separator 34 side and are divided into two along the surface direction of the first separator 34. Similarly, the anode-side electrodes 42a and 42b are arranged on the second separator 36 side and are divided along the surface direction of the second separator 36.
【００２２】カソード側電極４０ａ、４０ｂおよびアノ
ード側電極４２ａ、４２ｂは、それぞれ触媒電極と多孔
質カーボンとから構成されるとともに、第１および第２
セパレータ３４、３６は、金属製薄板またはカーボン製
薄板により構成されている。The cathode-side electrodes 40a and 40b and the anode-side electrodes 42a and 42b are each composed of a catalyst electrode and porous carbon, and also have first and second electrodes.
The separators 34 and 36 are made of metal thin plates or carbon thin plates.
【００２３】電解質膜・電極構造体３２並びに第１およ
び第２セパレータ３４、３６の上部側には、長辺方向
（矢印Ｃ方向）両端縁部に近接して一対の酸化剤ガス供
給連通孔（反応ガス供給連通孔）４４ａが設けられ、前
記酸化剤ガス供給連通孔４４ａの内方には、一対の冷却
媒体供給連通孔４６ａが設けられる。この冷却媒体供給
連通孔４６ａ間には、単一の燃料ガス供給連通孔（反応
ガス供給連通孔）４８ａが設けられる。On the upper side of the electrolyte membrane / electrode structure 32 and the first and second separators 34, 36, a pair of oxidant gas supply passages (in the vicinity of both end edges in the long side direction (arrow C direction)) are provided. A reaction gas supply communication hole) 44a is provided, and a pair of cooling medium supply communication holes 46a is provided inside the oxidizing gas supply communication hole 44a. A single fuel gas supply communication hole (reaction gas supply communication hole) 48a is provided between the cooling medium supply communication holes 46a.
【００２４】電解質膜・電極構造体３２並びに第１およ
び第２セパレータ３４、３６の下部側には、長辺方向両
端縁部に近接して一対の酸化剤ガス供給連通孔（反応ガ
ス供給連通孔）４４ｂが設けられ、前記酸化剤ガス供給
連通孔４４ｂの内方には、一対の冷却媒体供給連通孔４
６ｂが設けられる。この冷却媒体供給連通孔４６ｂ間に
は、単一の燃料ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）
４８ｂが設けられる。On the lower side of the electrolyte membrane / electrode structure 32 and the first and second separators 34, 36, a pair of oxidant gas supply communication holes (reaction gas supply communication holes) are provided in the vicinity of both ends in the long side direction. ) 44b is provided, and a pair of cooling medium supply communication holes 4 are provided inside the oxidant gas supply communication hole 44b.
6b is provided. A single fuel gas supply communication hole (reaction gas supply communication hole) is provided between the cooling medium supply communication holes 46b.
48b is provided.
【００２５】電解質膜・電極構造体３２並びに第１およ
び第２セパレータ３４、３６の短辺方向（矢印Ｂ方向）
中央部には、長辺方向両端縁部に近接して一対の燃料ガ
ス排出連通孔（反応ガス排出連通孔）５０が設けられ、
前記燃料ガス排出連通孔５０の内方には、一対の冷却媒
体排出連通孔５２が設けられる。この冷却媒体排出連通
孔５２間には、単一の酸化剤ガス排出連通孔（反応ガス
排出連通孔）５４が設けられる。The short side direction of the electrolyte membrane / electrode structure 32 and the first and second separators 34, 36 (direction of arrow B)
A pair of fuel gas discharge communication holes (reaction gas discharge communication holes) 50 are provided in the central portion in the vicinity of both ends in the long side direction,
A pair of cooling medium discharge communication holes 52 is provided inside the fuel gas discharge communication hole 50. A single oxidant gas discharge communication hole (reaction gas discharge communication hole) 54 is provided between the cooling medium discharge communication holes 52.
【００２６】酸化剤ガス供給連通孔４４ａ、４４ｂに
は、酸素含有ガス等の酸化剤ガス（反応ガス）が積層方
向（矢印Ａ方向）に流動するとともに、酸化剤ガス排出
連通孔５４には、電極反応面内を通過した前記酸化剤ガ
スが積層方向に流動する。冷却媒体供給連通孔４６ａ、
４６ｂには、純水やエチレングリコールやオイル等の冷
却媒体が供給される一方、冷却媒体排出連通孔５２に
は、電極反応面を冷却して高温となった冷却媒体が流動
する。燃料ガス供給連通孔４８ａ、４８ｂには、水素含
有ガス等の燃料ガス（反応ガス）が流動するとともに、
燃料ガス排出連通孔５０には、電極反応面内を通過した
前記燃料ガスが流動する。An oxidant gas (reaction gas) such as an oxygen-containing gas flows in the oxidant gas supply communication holes 44a and 44b in the stacking direction (direction of arrow A), and the oxidant gas discharge communication hole 54 has The oxidant gas that has passed through the electrode reaction surface flows in the stacking direction. Cooling medium supply communication hole 46a,
A cooling medium such as pure water or ethylene glycol or oil is supplied to 46b, while a cooling medium which has a high temperature by cooling the electrode reaction surface flows into the cooling medium discharge communication hole 52. A fuel gas (reaction gas) such as a hydrogen-containing gas flows through the fuel gas supply communication holes 48a and 48b,
The fuel gas passing through the electrode reaction surface flows into the fuel gas discharge communication hole 50.
【００２７】燃料ガス排出連通孔５０、酸化剤ガス排出
連通孔５４および冷却媒体排出連通孔５２は、上下に２
分割されたカソード側電極４０ａ、４０ｂ間およびアノ
ード側電極４２ａ、４２ｂ間に対応して設定されてい
る。The fuel gas discharge communication hole 50, the oxidant gas discharge communication hole 54 and the cooling medium discharge communication hole 52 are vertically arranged in two.
It is set correspondingly between the divided cathode side electrodes 40a and 40b and between the divided anode side electrodes 42a and 42b.
【００２８】第１セパレータ３４のカソード側電極４０
ａ、４０ｂに対向する面３４ａには、酸化剤ガス供給連
通孔４４ａ、４４ｂに連通するそれぞれ独立した複数の
酸化剤ガス流路溝５６ａ、５６ｂが設けられる。前記酸
化剤ガス流路溝５６ａ、５６ｂの下流は、酸化剤ガス排
出連通孔５４に連通している。The cathode side electrode 40 of the first separator 34
A plurality of independent oxidant gas flow channels 56a and 56b, which communicate with the oxidant gas supply communication holes 44a and 44b, are provided on the surface 34a facing the a and 40b. The downstream side of the oxidizing gas flow channels 56a and 56b communicates with the oxidizing gas discharge communication hole 54.
【００２９】第２セパレータ３６のアノード側電極４２
ａ、４２ｂに対向する面３６ａの上部側には、図３に示
すように、燃料ガス供給連通孔４８ａと燃料ガス排出連
通孔５０とに連通する複数の燃料ガス流路溝５８ａが設
けられる。面３６ａの下部側には、燃料ガス供給連通孔
４８ｂと燃料ガス排出連通孔５０とに連通する複数の燃
料ガス流路溝５８ｂが設けられる。The anode 42 of the second separator 36
As shown in FIG. 3, a plurality of fuel gas flow passage grooves 58a communicating with the fuel gas supply communication hole 48a and the fuel gas discharge communication hole 50 are provided on the upper side of the surface 36a facing the a and 42b. A plurality of fuel gas passage grooves 58b communicating with the fuel gas supply passage 48b and the fuel gas discharge passage 50 are provided on the lower side of the surface 36a.
【００３０】第２セパレータ３６の面３６ａとは反対の
面３６ｂの上部側には、図２に示すように、冷却媒体供
給連通孔４６ａと冷却媒体排出連通孔５２とに連通する
複数の冷却媒体流路溝６０ａが設けられる。面３６ｂの
下部側には、冷却媒体供給連通孔４６ｂと冷却媒体排出
連通孔５２とに連通する複数の冷却媒体流路溝６０ｂが
設けられる。On the upper side of the surface 36b opposite to the surface 36a of the second separator 36, as shown in FIG. 2, a plurality of cooling mediums communicating with the cooling medium supply communication hole 46a and the cooling medium discharge communication hole 52 are provided. A channel groove 60a is provided. A plurality of cooling medium flow passage grooves 60b communicating with the cooling medium supply communication hole 46b and the cooling medium discharge communication hole 52 are provided on the lower side of the surface 36b.
【００３１】酸化剤ガス供給連通孔４４ａ、４４ｂ、酸
化剤ガス排出連通孔５４および酸化剤ガス流路溝５６
ａ、５６ｂにより酸化剤ガス流路（反応ガス流路）６２
が構成される。同様に、燃料ガス供給連通孔４８ａ、４
８ｂ、燃料ガス排出連通孔５０および燃料ガス流路溝５
８ａ、５８ｂにより燃料ガス流路（反応ガス流路）６４
が構成される。Oxidant gas supply communication holes 44a, 44b, oxidant gas discharge communication hole 54 and oxidant gas passage groove 56.
Oxidizing gas flow path (reaction gas flow path) 62 by a and 56b
Is configured. Similarly, the fuel gas supply communication holes 48a, 4
8b, fuel gas discharge communication hole 50, and fuel gas passage groove 5
Fuel gas passage (reaction gas passage) 64 by 8a and 58b
Is configured.
【００３２】図１に示すように、中間プレート２６は、
第１サブスタック２２に対向する一方の面２６ａに、酸
化剤ガス排出連通孔５４と酸化剤ガス供給連通孔４４
ａ、４４ｂとに連通する酸化剤ガス通路７０ａ、７０ｂ
を設けている。図４に示すように、中間プレート２６の
第２サブスタック２４に対向する面２６ｂには、燃料ガ
ス排出連通孔５０と燃料ガス供給連通孔４８ａ、４８ｂ
とに連通する燃料ガス通路７２ａ、７２ｂが設けられて
いる。As shown in FIG. 1, the intermediate plate 26 is
An oxidant gas discharge communication hole 54 and an oxidant gas supply communication hole 44 are formed on one surface 26 a facing the first sub-stack 22.
oxidant gas passages 70a, 70b communicating with a, 44b
Is provided. As shown in FIG. 4, on the surface 26b of the intermediate plate 26 facing the second sub-stack 24, the fuel gas discharge communication hole 50 and the fuel gas supply communication holes 48a, 48b are formed.
Fuel gas passages 72a, 72b communicating with and are provided.
【００３３】中間プレート２６と第１および第２サブス
タック２２、２４との接合面には、図示していないが、
シール部材が介装されている。第１サブスタック２２側
のシール部材により、中間プレート２６の酸化剤ガス供
給連通孔４４ａ、４４ｂおよび燃料ガス供給連通孔４８
ａ、４８ｂと前記第１サブスタック２２の酸化剤ガス供
給連通孔４４ａ、４４ｂおよび燃料ガス供給連通孔４８
ａ、４８ｂとが遮断される。第２サブスタック２４側の
シール部材により、中間プレート２６と前記第２サブス
タック２４との間で、酸化剤ガス排出連通孔５４および
燃料ガス排出連通孔５０同士の連通が遮断されている。Although not shown, the joint surface between the intermediate plate 26 and the first and second sub-stacks 22 and 24 is not shown.
A seal member is interposed. By the seal member on the side of the first sub-stack 22, the oxidant gas supply communication holes 44a and 44b of the intermediate plate 26 and the fuel gas supply communication hole 48 are formed.
a, 48b, the oxidant gas supply communication holes 44a, 44b of the first sub-stack 22, and the fuel gas supply communication hole 48.
a and 48b are cut off. The seal member on the side of the second sub-stack 24 blocks the communication between the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50 between the intermediate plate 26 and the second sub-stack 24.
【００３４】このように構成される第１の実施形態に係
る燃料電池スタック２０の動作について、以下に説明す
る。The operation of the fuel cell stack 20 according to the first embodiment configured as described above will be described below.
【００３５】図１に示すように、酸化剤ガス供給連通孔
４４ａ、４４ｂには、酸化剤ガスとして空気等の酸素含
有ガス（以下、単に空気という）が供給されるととも
に、燃料ガス供給連通孔４８ａ、４８ｂには、燃料ガス
として水素含有ガスが供給される。さらに、冷却媒体供
給連通孔４６ａ、４６ｂには、冷却媒体が供給される。
また、酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連
通孔５０には、それぞれ低加湿の未使用酸化剤ガスおよ
び低加湿の未使用燃料ガスが供給される。As shown in FIG. 1, an oxygen-containing gas such as air (hereinafter simply referred to as "air") is supplied as an oxidant gas to the oxidant gas supply communication holes 44a and 44b, and the fuel gas supply communication hole is formed. A hydrogen-containing gas is supplied as a fuel gas to 48a and 48b. Further, a cooling medium is supplied to the cooling medium supply communication holes 46a and 46b.
Further, the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50 are supplied with a low-humidification unused oxidant gas and a low-humidification unused fuel gas, respectively.
【００３６】このため、第１サブスタック２２では、矢
印Ａ方向に重ね合わされた複数組の単位燃料電池セル３
０に対して、酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却媒体が供
給される（図１参照）。Therefore, in the first sub-stack 22, a plurality of sets of unit fuel cells 3 stacked in the direction of arrow A are stacked.
0, the oxidant gas, the fuel gas and the cooling medium are supplied (see FIG. 1).
【００３７】矢印Ａ方向に連通している酸化剤ガス供給
連通孔４４ａ、４４ｂに供給された酸化剤ガスは、図２
に示すように、第１セパレータ３４の面３４ａに設けら
れている酸化剤ガス流路溝５６ａ、５６ｂに導入され、
電解質膜・電極構造体３２を構成するカソード側電極４
０ａ、４０ｂに沿って重力方向および反重力方向に移動
する。The oxidant gas supplied to the oxidant gas supply communication holes 44a and 44b communicating in the direction of arrow A is as shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the gas is introduced into the oxidant gas flow channel grooves 56a and 56b provided on the surface 34a of the first separator 34,
Cathode side electrode 4 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 32
It moves in the gravity direction and the anti-gravity direction along 0a and 40b.
【００３８】一方、燃料ガス供給連通孔４８ａ、４８ｂ
に供給された燃料ガスは、第２セパレータ３６の面３６
ａに設けられている燃料ガス流路溝５８ａ、５８ｂに導
入され、電解質膜・電極構造体３２を構成するアノード
側電極４２ａ、４２ｂに沿って移動する。従って、電解
質膜・電極構造体３２では、カソード側電極４０ａ、４
０ｂに供給される酸化剤ガスとアノード側電極４２ａ、
４２ｂに供給される燃料ガスとが触媒電極内で電気化学
反応により消費され、発電が行われる。On the other hand, the fuel gas supply passages 48a, 48b
Is supplied to the surface 36 of the second separator 36.
The gas is introduced into the fuel gas flow channels 58a and 58b provided in a, and moves along the anode-side electrodes 42a and 42b forming the electrolyte membrane / electrode structure 32. Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 32, the cathode side electrodes 40 a, 4
0b and the oxidant gas supplied to the anode side electrode 42a,
The fuel gas supplied to 42b is consumed by an electrochemical reaction in the catalyst electrode, and power generation is performed.
【００３９】また、冷却媒体供給連通孔４６ａ、４６ｂ
に供給された冷却媒体は、第２セパレータ３６の面３６
ｂ側に設けられている冷却媒体流路溝６０ａ、６０ｂに
沿って移動し、電解質膜・電極構造体３２を冷却した後
に冷却媒体排出連通孔５２に排出される。Further, the cooling medium supply communication holes 46a, 46b.
The cooling medium supplied to the surface 36 of the second separator 36.
After moving along the cooling medium flow channels 60a and 60b provided on the b side to cool the electrolyte membrane / electrode structure 32, the cooling medium is discharged to the cooling medium discharge communication hole 52.
【００４０】上記のように、各単位燃料電池セル３０で
消費された酸化剤ガスおよび燃料ガスは、それぞれ酸化
剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０に
排出され、第１サブスタック２２の下流側に配置されて
いる中間プレート２６に送られる。As described above, the oxidant gas and the fuel gas consumed in each unit fuel cell 30 are discharged into the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50, respectively, and the first sub-stack 22 is discharged. To the intermediate plate 26 arranged on the downstream side of.
【００４１】中間プレート２６では、図１に示すよう
に、一方の面２６ａに酸化剤ガス通路７０ａ、７０ｂが
設けられており、酸化剤ガス排出連通孔５４に排出され
た使用済みの酸化剤ガスと、この酸化剤ガス排出連通孔
５０に導入されている低加湿の未使用酸化剤ガスとが混
合されて、前記酸化剤ガス通路７０ａ、７０ｂに導入さ
れる。これにより、加湿状態の使用済み酸化剤ガスと低
加湿の未使用酸化剤ガスとの混合ガスは、酸化剤ガス通
路７０ａ、７０ｂを通って第２サブスタック２４の酸化
剤ガス供給連通孔４４ａ、４４ｂに供給される。As shown in FIG. 1, the intermediate plate 26 is provided with oxidant gas passages 70a and 70b on one surface 26a, and the used oxidant gas discharged to the oxidant gas discharge communication hole 54 is used. And the low-humidity unused oxidant gas introduced into the oxidant gas discharge communication hole 50 are mixed and introduced into the oxidant gas passages 70a and 70b. As a result, the mixed gas of the used oxidant gas in the humidified state and the unused oxidant gas in the low-humidified state passes through the oxidant gas passages 70a and 70b, and the oxidant gas supply communication hole 44a of the second sub-stack 24, 44b.
【００４２】一方、中間プレート２６の他方の面２６ｂ
には、燃料ガス通路７２ａ、７２ｂが設けられている
（図４参照）。この燃料ガス通路７２ａ、７２ｂには、
燃料ガス排出連通孔５０を介して、低濃度の使用済み燃
料ガスと低加湿の未使用燃料ガスとが混合された状態で
導入される。このため、第２サブスタック２４の燃料ガ
ス供給連通孔４８ａ、４８ｂには、低濃度の燃料ガスと
低加湿の未使用燃料ガスとの混合ガスが供給される。On the other hand, the other surface 26b of the intermediate plate 26
Are provided with fuel gas passages 72a and 72b (see FIG. 4). In the fuel gas passages 72a and 72b,
Through the fuel gas discharge communication hole 50, a low concentration used fuel gas and a low humidified unused fuel gas are introduced in a mixed state. Therefore, the mixed gas of the low-concentration fuel gas and the low-humidified unused fuel gas is supplied to the fuel gas supply communication holes 48a and 48b of the second sub-stack 24.
【００４３】第２サブスタック２４では、上記の第１サ
ブスタック２２と同様に、酸化剤ガス供給連通孔４４
ａ、４４ｂに供給された酸化剤ガスが、電解質膜・電極
構造体３２を構成するカソード側電極４０ａ、４０ｂに
供給される一方、燃料ガス供給連通孔４８ａ、４８ｂに
供給された燃料ガスが、前記電解質膜・電極構造体３２
を構成するアノード側電極４２ａ、４２ｂに供給され
る。従って、電解質膜・電極構造体３２で発電が行われ
るとともに、消費された酸化剤ガスおよび燃料ガスは、
酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５
０を介して外部に排出される。In the second sub-stack 24, as in the case of the first sub-stack 22 described above, the oxidizing gas supply communication hole 44 is formed.
The oxidant gas supplied to a and 44b is supplied to the cathode-side electrodes 40a and 40b forming the electrolyte membrane / electrode structure 32, while the fuel gas supplied to the fuel gas supply communication holes 48a and 48b is The electrolyte membrane / electrode structure 32
Is supplied to the anode-side electrodes 42a and 42b that constitute the. Therefore, power is generated in the electrolyte membrane / electrode structure 32, and the consumed oxidant gas and fuel gas are
Oxidant gas discharge communication hole 54 and fuel gas discharge communication hole 5
It is discharged to the outside through 0.
【００４４】この場合、第１の実施形態では、酸化剤ガ
ス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０が、そ
れぞれ２分割されたカソード側電極４０ａ、４０ｂ間お
よびアノード側電極４２ａ、４２ｂ間に対応して設けら
れている。このため、電極外方に反応ガス排出連通路が
設けられている従来構造に比べ、放熱を有効に阻止する
ことができ、酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス
排出連通孔５０内での結露や滞留水（生成水や結露水）
を有効に低減し得るという効果がある。In this case, in the first embodiment, the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50 are respectively divided into two between the cathode side electrodes 40a and 40b and between the anode side electrodes 42a and 42b. Correspondingly provided. Therefore, compared with the conventional structure in which the reaction gas discharge communication passage is provided outside the electrode, heat dissipation can be effectively prevented, and dew condensation in the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50 can be achieved. And accumulated water (generated water and condensed water)
Is effectively reduced.
【００４５】しかも、それぞれ２分割されたカソード側
電極４０ａ、４０ｂおよびアノード側電極４２ａ、４２
ｂが用いられるため、酸化剤ガス流路溝５６ａ、５６ｂ
および燃料ガス流路溝５８ａ、５８ｂの流路長が短尺化
され、単位燃料電池セル３０当たりの圧力損失を有効に
低減することが可能となる。同様に、冷却媒体流路溝６
０ａ、６０ｂの流路長が短尺化され、冷却媒体の圧力損
失を低減して冷却媒体用ポンプ（図示せず）の負荷を有
効に低減することができる。Moreover, the cathode-side electrodes 40a and 40b and the anode-side electrodes 42a and 42, which are divided into two parts, respectively.
b is used, the oxidizing gas passage grooves 56a and 56b are used.
Also, the flow path lengths of the fuel gas flow path grooves 58a and 58b are shortened, and the pressure loss per unit fuel cell unit 30 can be effectively reduced. Similarly, the cooling medium channel 6
The flow passage lengths of 0a and 60b are shortened, the pressure loss of the cooling medium can be reduced, and the load of the cooling medium pump (not shown) can be effectively reduced.
【００４６】さらに、それぞれ２つの酸化剤ガス供給連
通孔４４ａ、４４ｂ、２つの燃料ガス供給連通孔４８
ａ、４８ｂおよび２つの燃料ガス排出連通孔５０を採用
している。これにより、電極反応面内での酸化剤ガスお
よび燃料ガスの分配性が向上し、ガス分配のばらつきを
抑制することができる。Further, two oxidant gas supply communication holes 44a, 44b and two fuel gas supply communication holes 48 are provided, respectively.
a, 48b and two fuel gas discharge communication holes 50 are adopted. As a result, the distributability of the oxidant gas and the fuel gas within the electrode reaction surface is improved, and the variation in gas distribution can be suppressed.
【００４７】また、第１の実施形態では、冷却媒体排出
連通孔５２が酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス
排出連通孔５０に近接して設けられている。冷却媒体排
出連通孔５２には、電解質膜・電極構造体３２を冷却し
て高温となった冷却媒体が排出される。従って、酸化剤
ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０に排
出される水分を大量に含んだ酸化剤ガスおよび低濃度燃
料ガスは、高温の冷却媒体を介して加温され、結露水を
有効に削減することが可能になるという利点がある。Further, in the first embodiment, the cooling medium discharge communication hole 52 is provided close to the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50. The cooling medium which has become high temperature by cooling the electrolyte membrane / electrode structure 32 is discharged to the cooling medium discharge communication hole 52. Therefore, the oxidant gas and the low-concentration fuel gas containing a large amount of water, which are discharged to the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50, are heated through the high-temperature cooling medium to form dew condensation water. There is an advantage that it can be effectively reduced.
【００４８】さらにまた、酸化剤ガス排出連通孔５４お
よび燃料ガス排出連通孔５０には、低加湿の未使用酸化
剤ガスおよび低加湿の未使用燃料ガスが供給されてい
る。このため、図５に示すように、各単位燃料電池セル
３０のガス出口付近では、酸化剤ガス流路溝５６ａ、５
６ｂ内および燃料ガス流路溝５８ａ、５８ｂ内と、酸化
剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０内
との動圧差（ガス圧差）を介して、滞留水（生成水や結
露水）を強制的に取り除くことが可能になる。しかも、
低加湿の未使用酸化剤ガスおよび低加湿の未使用燃料ガ
スと排出された高湿度の酸化剤ガスおよび燃料ガスとを
混合させるため、相対湿度が低下して結露の発生を有効
に阻止することができる。Furthermore, the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50 are supplied with a low-humidification unused oxidant gas and a low-humidification unused fuel gas. Therefore, as shown in FIG. 5, in the vicinity of the gas outlet of each unit fuel cell 30, the oxidant gas flow channels 56a,
6b and the fuel gas flow channels 58a, 58b and the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50 through a dynamic pressure difference (gas pressure difference) between the accumulated water (generated water and condensed water). Can be forcibly removed. Moreover,
The unused humidifier gas with low humidification and the unused fuel gas with low humidity are mixed with the discharged oxidizing gas and fuel gas with high humidity, so that the relative humidity is lowered and the occurrence of dew condensation is effectively prevented. You can
【００４９】さらに、酸化剤ガス排出連通孔５４および
燃料ガス排出連通孔５０は、冷却媒体排出連通孔５２に
より加温されており、それぞれ新規に導入される未使用
酸化剤ガスおよび未使用燃料ガスを加熱して結露水を減
らすことができる。これにより、後段の第２サブスタッ
ク２４に供給される酸化剤ガスおよび燃料ガスの加湿量
を増加させることが可能になり、加湿酸化剤ガスおよび
高濃度燃料ガスを効率よく前記第２サブスタック２４に
確実に供給することが可能になる。Further, the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50 are heated by the cooling medium discharge communication hole 52, and the newly introduced unused oxidant gas and unused fuel gas, respectively. Can be heated to reduce condensation water. This makes it possible to increase the humidification amounts of the oxidant gas and the fuel gas supplied to the second sub-stack 24 in the subsequent stage, and efficiently supply the humidified oxidant gas and the high-concentration fuel gas to the second sub-stack 24. Can be reliably supplied to.
【００５０】図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃
料電池スタック１００内の反応ガス流れ説明図である。
なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック２０と同
一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な
説明は省略する。また、以下に説明する第３および第４
の実施形態においても、同様である。FIG. 6 is an explanatory view of a reaction gas flow in the fuel cell stack 100 according to the second embodiment of the present invention.
The same components as those of the fuel cell stack 20 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In addition, the third and fourth described below
The same applies to the embodiment.
【００５１】燃料電池スタック１００は、第１および第
２サブスタック２２、２４と、前記第１および第２サブ
スタック２２、２４間に介装される中間プレート１０２
とを備える。The fuel cell stack 100 includes first and second sub-stacks 22, 24 and an intermediate plate 102 interposed between the first and second sub-stacks 22, 24.
With.
【００５２】中間プレート１０２は、１枚または２枚以
上の板材で構成されている。この中間プレート１０２に
は、後段の第２サブスタック２４に設けられている酸化
剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０に
対し、低加湿の未使用酸化剤ガスおよび低加湿の未使用
燃料ガスを、直接、供給するための追加酸化剤ガス通路
１０４および追加燃料ガス通路１０６が設けられてい
る。The intermediate plate 102 is composed of one or more plate members. This intermediate plate 102 has a low-humidity unused oxidant gas and a low-humidity unused oxidant gas exhaust communication hole 54 and a fuel gas exhaust communication hole 50 provided in the second sub-stack 24 in the subsequent stage. An additional oxidant gas passage 104 and an additional fuel gas passage 106 are provided for directly supplying the fuel gas.
【００５３】このように構成される第２の実施形態で
は、第２サブスタック２４を構成する酸化剤ガス排出連
通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０に、それぞれ低
加湿の未使用酸化剤ガスおよび低加湿の未使用燃料ガス
が導入される。このため、酸化剤ガス排出連通孔５４お
よび燃料ガス排出連通孔５０内に排出される使用済み酸
化剤および使用済み燃料ガスの加湿量や温度を調整する
ことができる。In the second embodiment constructed as described above, the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50 forming the second sub-stack 24 are respectively used with a low-humidity unused oxidant gas and Fresh fuel gas with low humidification is introduced. Therefore, it is possible to adjust the humidification amount and the temperature of the spent oxidant and the spent fuel gas discharged into the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50.
【００５４】従って、第２の実施形態では、第１および
第２サブスタック２２、２４において、酸化剤ガス排出
連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０内の結露水や
生成水の発生を有効に阻止し、前記第１および第２サブ
スタック２２、２４内で酸化剤ガスおよび燃料ガスを円
滑に流すことが可能になり、燃料電池スタック１００全
体の発電性能を有効に維持し得る等、第１の実施形態と
同様の効果が得られる。Therefore, in the second embodiment, in the first and second sub-stacks 22 and 24, it is possible to effectively generate the condensed water and the generated water in the oxidizing gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50. As a result, the oxidant gas and the fuel gas can be smoothly flowed in the first and second sub-stacks 22 and 24, and the power generation performance of the entire fuel cell stack 100 can be effectively maintained. The same effect as that of the above embodiment can be obtained.
【００５５】図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃
料電池スタック１２０の要部概略分解斜視図である。FIG. 7 is a schematic exploded perspective view of a fuel cell stack 120 according to the third embodiment of the present invention.
【００５６】燃料電池スタック１２０は、第１の実施形
態に係る燃料電池スタック２０に比べて縦長に構成され
ており、矢印Ａ方向に配列される第１および第２サブス
タック１２２、１２４を備え、前記第１および第２サブ
スタック１２２、１２４間には中間プレート１２６が介
装される。第１および第２サブスタック１２２、１２４
を構成するそれぞれ所定組数の単位燃料電池セル１２８
は、図８に示すように、電解質膜・電極構造体１３０
と、前記電解質膜・電極構造体１３０を挟持する第１お
よび第２セパレータ１３２、１３４とを備える。The fuel cell stack 120 is vertically longer than the fuel cell stack 20 according to the first embodiment, and includes first and second sub-stacks 122 and 124 arranged in the direction of arrow A. An intermediate plate 126 is interposed between the first and second sub-stacks 122 and 124. First and second sub-stacks 122, 124
A predetermined number of unit fuel cells 128, which constitute the
Is the electrolyte membrane / electrode structure 130 as shown in FIG.
And first and second separators 132 and 134 sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 130.
【００５７】電解質膜・電極構造体１３０並びに第１お
よび第２セパレータ１３２、１３４の長辺方向（矢印Ｃ
方向）一端側には、上下方向（矢印Ｂ方向）に沿って一
対の酸化剤ガス供給連通孔４４ａ、一対の冷却媒体供給
連通孔４６ａおよび単一の燃料ガス供給連通孔４８ａが
設けられる。The long side direction of the electrolyte membrane / electrode structure 130 and the first and second separators 132 and 134 (arrow C).
A pair of oxidant gas supply communication holes 44a, a pair of cooling medium supply communication holes 46a, and a single fuel gas supply communication hole 48a are provided on one end side in the vertical direction (direction of arrow B).
【００５８】電解質膜・電極構造体１３０並びに第１お
よび第２セパレータ１３２、１３４の長辺方向他端側に
は、上下方向に沿って一対の酸化剤ガス供給連通孔４４
ｂ、一対の冷却媒体供給連通孔４６ｂおよび単一の燃料
ガス供給連通孔４８ｂが設けられるとともに、長辺方向
中央部側には、上下方向に沿って一対の燃料ガス排出連
通孔５０、一対の冷却媒体排出連通孔５２および単一の
酸化剤ガス排出連通孔５４が設けられる。On the other end side of the electrolyte membrane / electrode structure 130 and the first and second separators 132, 134 in the long side direction, a pair of oxidant gas supply communication holes 44 is provided along the vertical direction.
b, a pair of cooling medium supply communication holes 46b and a single fuel gas supply communication hole 48b are provided, and a pair of fuel gas discharge communication holes 50 and a pair of fuel gas discharge communication holes 50 are provided along the vertical direction at the central portion side in the long side direction. A cooling medium discharge communication hole 52 and a single oxidant gas discharge communication hole 54 are provided.
【００５９】電解質膜・電極接合体１３０では、カソー
ド側電極４０ａ、４０ｂおよびアノード側電極４２ａ、
４２ｂが水平方向（矢印Ｃ方向）に２分割して構成され
ている。In the electrolyte membrane / electrode assembly 130, the cathode side electrodes 40a, 40b and the anode side electrode 42a,
42b is divided into two in the horizontal direction (direction of arrow C).
【００６０】このように構成される第３の実施形態で
は、酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通
孔５０が、カソード側電極４０ａ、４０ｂ間およびアノ
ード側電極４２ａ、４２ｂ間に設けられるとともに、冷
却媒体排出連通孔５２が前記酸化剤排出連通孔５４およ
び前記燃料ガス排出連通孔５０に近接して設けられてい
る。さらに、酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス
排出連通孔５０には、低加湿の未使用酸化剤ガスおよび
低加湿の未使用燃料ガスが供給されている。In the third embodiment having such a configuration, the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50 are provided between the cathode side electrodes 40a and 40b and between the anode side electrodes 42a and 42b. At the same time, a cooling medium discharge communication hole 52 is provided close to the oxidant discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50. Furthermore, a low-humidification unused oxidant gas and a low-humidification unused fuel gas are supplied to the oxidant gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50.
【００６１】これにより、酸化剤ガス排出連通孔５４お
よび燃料ガス排出連通孔５０内で結露水や生成水が滞留
することがなく、しかも圧損の低減が容易に図られる
等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、カ
ソード側電極４０ａ、４０ｂおよびアノード側電極４２
ａ、４２ｂが水平方向（矢印Ｃ方向）に２分割して構成
されるため、重力方向の影響が少なく、前記カソード側
電極４０ａ、４０ｂ同士およびアノード側電極４２ａ、
４２ｂ同士の発電特性が同一となる。As a result, the condensed water and the generated water do not stay in the oxidizing gas discharge communication hole 54 and the fuel gas discharge communication hole 50, and the pressure loss can be easily reduced. The same effect as can be obtained. In addition, the cathode side electrodes 40a and 40b and the anode side electrode 42
Since a and 42b are divided into two in the horizontal direction (direction of arrow C), the influence in the direction of gravity is small, and the cathode-side electrodes 40a and 40b and the anode-side electrode 42a,
The power generation characteristics of 42b are the same.
【００６２】なお、第１乃至第３の実施形態では、２分
割されたカソード側電極４０ａ、４０ｂおよびアノード
側電極４２ａ、４２ｂを用いているが、これに限定され
るものではなく、電極を３分割あるいは４分割以上に構
成することも可能である。In the first to third embodiments, the cathode-side electrodes 40a and 40b and the anode-side electrodes 42a and 42b divided into two are used, but the present invention is not limited to this, and three electrodes are used. It is also possible to divide it or to divide it into four or more.
【００６３】図９は、本発明の第４の実施形態に係る燃
料電池スタックを構成する単位燃料電池セル１４０の要
部分解斜視説明図である。FIG. 9 is an exploded perspective view showing a main part of a unit fuel cell 140 constituting a fuel cell stack according to a fourth embodiment of the present invention.
【００６４】単位燃料電池セル１４０は、電解質膜・電
極構造体１４２と、前記電解質膜・電極構造体１４２を
挟持する第１および第２セパレータ１４４、１４６とを
備える。電解質膜・電極構造体１４２は、電解質膜３８
の一方の面にそれぞれ２分割されたカソード側電極４０
ａ、４０ｂが設けられるとともに、前記電解質膜３８の
他方の面にそれぞれ２分割されたアノード側電極４２
ａ、４２ｂが設けられる。従って、第４の実施形態で
は、電極を４分割した単位燃料電池セル１４０を構成す
ることができる。The unit fuel cell unit 140 comprises an electrolyte membrane / electrode structure 142, and first and second separators 144, 146 sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 142. The electrolyte membrane / electrode structure 142 is made up of the electrolyte membrane 38.
Cathode side electrode 40, which is divided into two on each side
a and 40b are provided, and the anode side electrode 42 is divided into two parts on the other surface of the electrolyte membrane 38.
a and 42b are provided. Therefore, in the fourth embodiment, the unit fuel cell unit 140 in which the electrode is divided into four can be configured.
【００６５】[0065]
【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、電
解質膜・電極構造体を構成する電極が複数に分割される
とともに、前記電極間には、反応ガス排出連通孔が設け
られている。このため、反応ガス排出連通孔を有効に保
温して放熱を阻止し、結露や滞留水を有効に削減させる
ことが可能になる。しかも、電極がセパレータの面方向
に沿って複数個に分割されるため、反応ガスの流路長が
有効に短尺化され、圧力損失の低減を図ることができ
る。In the fuel cell stack according to the present invention, the electrodes constituting the electrolyte membrane / electrode structure are divided into a plurality of parts, and the reaction gas exhaust communication hole is provided between the electrodes. For this reason, it becomes possible to effectively keep the temperature of the reaction gas discharge communication hole, prevent heat dissipation, and effectively reduce condensation and accumulated water. Moreover, since the electrode is divided into a plurality of parts along the surface direction of the separator, the flow path length of the reaction gas can be effectively shortened, and the pressure loss can be reduced.
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの要部概略分解斜視図である。FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of essential parts of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention.
【図２】前記燃料電池スタックを構成する単位燃料電池
セルの要部分解斜視説明図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a main part of a unit fuel cell unit constituting the fuel cell stack.
【図３】前記単位燃料電池セルを構成する第２セパレー
タの他方の面の正面図である。FIG. 3 is a front view of the other surface of a second separator that constitutes the unit fuel cell unit.
【図４】前記燃料電池スタックを構成する中間プレート
の他方の面の正面図である。FIG. 4 is a front view of the other surface of the intermediate plate forming the fuel cell stack.
【図５】前記燃料電池スタック内の反応ガス流れ説明図
である。FIG. 5 is an explanatory view of a reaction gas flow in the fuel cell stack.
【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタッ
ク内の反応ガス流れ説明図である。FIG. 6 is a reaction gas flow explanatory diagram in the fuel cell stack according to the second embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの要部概略分解斜視図である。FIG. 7 is a main part schematic exploded perspective view of a fuel cell stack according to a third embodiment of the present invention.
【図８】前記燃料電池スタックを構成する単位燃料電池
セルの要部分解斜視説明図である。FIG. 8 is an exploded perspective view of a main part of a unit fuel battery cell that constitutes the fuel cell stack.
【図９】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタッ
クを構成する単位燃料電池セルの要部分解斜視説明図で
ある。FIG. 9 is an exploded perspective view of a main part of a unit fuel cell unit constituting a fuel cell stack according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１０】従来技術に係る燃料電池スタックの一部切り
欠き斜視説明図である。FIG. 10 is a partially cutaway perspective view of a conventional fuel cell stack.
２０、１００、１２０…燃料電池スタック
２２、２４、１２２、１２４…サブスタック
２６、１０２、１２６…中間プレート
３０、１２８、１４０…単位燃料電位セル
３２、１３０、１４２…電解質膜・電極構造体
３４、３６、１３２、１３４、１４４、１４６…セパレ
ータ
３８…電解質膜 ４０ａ、４０ｂ…カ
ソード側電極
４２ａ、４２ｂ…アノード側電極 ４４ａ、４４ｂ…酸
化剤ガス供給連通孔
４６ａ、４６ｂ…冷却媒体供給連通孔
４８ａ、４８ｂ…燃料ガス供給連通孔
５０…燃料ガス排出連通孔 ５２…冷却媒体排出
連通孔
５４…酸化剤ガス排出連通孔 ５６ａ、５６ｂ…酸
化剤ガス流路溝
５８ａ、５８ｂ…燃料ガス流路溝 ６０ａ、６０ｂ…冷
却媒体流路溝
６２…酸化剤ガス流路 ６４…燃料ガス流路
７０ａ、７０ｂ…酸化剤ガス通路 ７２ａ、７２ｂ…燃
料ガス通路
１０４…追加酸化剤ガス通路 １０６…追加燃料ガ
ス通路20, 100, 120 ... Fuel cell stacks 22, 24, 122, 124 ... Sub-stacks 26, 102, 126 ... Intermediate plates 30, 128, 140 ... Unit fuel potential cells 32, 130, 142 ... Electrolyte membrane / electrode structure 34 , 36, 132, 134, 144, 146 ... Separator 38 ... Electrolyte membranes 40a, 40b ... Cathode side electrodes 42a, 42b ... Anode side electrodes 44a, 44b ... Oxidizing gas supply communication holes 46a, 46b ... Cooling medium supply communication hole 48a , 48b ... Fuel gas supply communication hole 50 ... Fuel gas discharge communication hole 52 ... Cooling medium discharge communication hole 54 ... Oxidant gas discharge communication hole 56a, 56b ... Oxidant gas flow channel grooves 58a, 58b ... Fuel gas flow channel groove 60a , 60b ... Cooling medium channel 62 ... Oxidant gas channel 64 ... Fuel gas channel 70a, 70b ... Oxidant gas channel 72 a, 72b ... Fuel gas passage 104 ... Additional oxidant gas passage 106 ... Additional fuel gas passage
Claims (2)
解質・電極構造体を、セパレータを介して複数個積層し
た燃料電池スタックであって、 前記セパレータを積層方向に貫通し、燃料ガスまたは酸
化剤ガスの少なくとも一方である反応ガスを流す反応ガ
ス流路を備え、 前記電極は、前記セパレータの面方向に沿って複数個に
分割されるとともに、前記反応ガス流路は、前記セパレ
ータの外周端側に設けられ、前記反応ガスを供給する反
応ガス供給連通孔と、 分割された前記電極間に設けられ、電極反応面内を通過
した前記反応ガスを排出する反応ガス排出連通孔と、 を備えることを特徴とする燃料電池スタック。1. A fuel cell stack in which a plurality of electrolyte / electrode structures in which a pair of electrodes are disposed on both sides of an electrolyte are stacked with a separator interposed therebetween, and the separator penetrates in the stacking direction to form a fuel gas. Or a reaction gas flow path for flowing a reaction gas that is at least one of oxidant gas, the electrode is divided into a plurality along the surface direction of the separator, the reaction gas flow path of the separator A reaction gas supply communication hole provided on the outer peripheral end side for supplying the reaction gas, and a reaction gas discharge communication hole provided between the divided electrodes for discharging the reaction gas passing through the electrode reaction surface, A fuel cell stack comprising:
て、前記セパレータを積層方向に貫通し、冷却媒体を流
す冷却媒体流路を備え、 前記冷却媒体流路は、前記セパレータの外周端側に設け
られ、前記冷却媒体を供給する冷却媒体供給連通孔と、 反応ガス排出連通孔に近接して設けられ、前記電極反応
面を冷却した前記冷却媒体を排出する冷却媒体排出連通
孔と、 を備えることを特徴とする燃料電池スタック。2. The fuel cell stack according to claim 1, further comprising a cooling medium passage that penetrates through the separator in a stacking direction and flows a cooling medium, the cooling medium passage being provided on an outer peripheral end side of the separator. A cooling medium supply communication hole for supplying the cooling medium, and a cooling medium discharge communication hole provided near the reaction gas discharge communication hole for discharging the cooling medium that has cooled the electrode reaction surface. Is a fuel cell stack.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001353157A JP2003157865A (en) | 2001-11-19 | 2001-11-19 | Fuel cell stack |
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|---|---|
| JP2003157865A true JP2003157865A (en) | 2003-05-30 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2003157865A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2001
- 2001-11-19 JP JP2001353157A patent/JP2003157865A/en active Pending
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