JP2011086519A - Fuel cell stack and separator - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell stack which uses a separator having a plurality of fuel gas supply ports arranged by two-dimensionally dispersing to an anode opposite plate, and having the anode opposite plate, a cathode opposite plate, and an intermediate plate, and which can self-humidify an electrolytic film. <P>SOLUTION: The fuel cell stack is formed by alternately laminating MEA units 45 and the separators. The separator has the anode opposite plate 42, the cathode opposite plate 44, and the intermediate plate 43. The anode opposite plate 42 has a plurality of hydrogen supply ports 422i and an opening 422o. The intermediate plate 43 introduces hydrogen to the opening 422o, and has hydrogen supply passage formation sections 432p1, 432p2, and 432p3 forming passages introducing hydrogen containing moisture taken into the opening 422o to the plurality of hydrogen supply ports 422i. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体高分子型の燃料電池スタック、および、この燃料電池スタックに用いられるセパレータに関するものである。   The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell stack and a separator used in the fuel cell stack.

水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、一般に、電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を、セパレータを介在させて、複数積層させた燃料電池スタックの形態で利用される。   A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen has attracted attention as an energy source. In general, this fuel cell is used in the form of a fuel cell stack in which a plurality of membrane electrode assemblies each having an anode and a cathode joined to both surfaces of an electrolyte membrane are stacked with a separator interposed therebetween.

従来、このような燃料電池スタックに用いられるセパレータに関して、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、アノードに対向するアノード対向プレートと、カソードに対向するカソード対向プレートと、これらのプレートに挟持される中間プレートとを備えるセパレータを用いた燃料電池スタックに関する技術が記載されている。この技術では、例えば、アノード対向プレートに、複数の水素供給口（燃料ガス供給口）を二次元的に分散させて配置することによって、発電によって生成された生成水等の局所的な滞留を抑制し、発電性能の低下を抑制している。   Conventionally, various techniques have been proposed for separators used in such fuel cell stacks. For example, the following Patent Document 1 describes a technology related to a fuel cell stack using a separator including an anode facing plate facing an anode, a cathode facing plate facing a cathode, and an intermediate plate sandwiched between these plates. Has been. In this technology, for example, a plurality of hydrogen supply ports (fuel gas supply ports) are two-dimensionally distributed on the anode facing plate, thereby suppressing local retention of generated water generated by power generation. In addition, a decrease in power generation performance is suppressed.

特開２００７−１９４０７４号公報JP 2007-194074 A 特開２００７−２３４３５３号公報JP 2007-234353 A 特開２００７−２５０４８７号公報JP 2007-250487 A

ところで、燃料電池には、固体高分子からなる電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池がある。そして、この固体高分子型燃料電池では、電解質膜が乾燥すると、電解質膜のプロトン伝導性が低下し、発電性能が低下するため、電解質膜を湿潤状態に維持する必要がある。電解質膜を湿潤状態に維持するためには、燃料ガスや酸化剤ガスを加湿する加湿器を用いることも可能ではあるが、この場合、燃料電池システムの大型化を招く。そこで、近年では、加湿器を用いずに、上記生成水を、燃料電池の内部で循環させることによって、電解質膜の加湿（自己加湿）を行うことが提案されている。   By the way, there is a solid polymer fuel cell using an electrolyte membrane made of a solid polymer. In this polymer electrolyte fuel cell, when the electrolyte membrane is dried, the proton conductivity of the electrolyte membrane is lowered and the power generation performance is lowered. Therefore, it is necessary to maintain the electrolyte membrane in a wet state. In order to maintain the electrolyte membrane in a wet state, it is possible to use a humidifier that humidifies the fuel gas or the oxidant gas, but in this case, the fuel cell system is increased in size. Therefore, in recent years, it has been proposed to humidify the electrolyte membrane (self-humidification) by circulating the generated water inside the fuel cell without using a humidifier.

しかし、上記特許文献１に記載された技術では、電解質膜の自己加湿については考慮されていなかった。   However, the technique described in Patent Document 1 does not consider self-humidification of the electrolyte membrane.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、アノード対向プレートと、カソード対向プレートと、中間プレートと、を備えるセパレータであって、アノード対向プレートに二次元的に分散させて配置された複数の燃料ガス供給口を備えるセパレータを用いた燃料電池スタックにおいて、電解質膜の自己加湿を可能とする技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a separator including an anode facing plate, a cathode facing plate, and an intermediate plate, and is two-dimensionally dispersed on the anode facing plate. An object of the present invention is to provide a technique that enables self-humidification of an electrolyte membrane in a fuel cell stack using a separator having a plurality of fuel gas supply ports arranged.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］固体高分子からなる電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを配置した積層体を、セパレータを介在させて、複数積層させた燃料電池スタックであって、前記セパレータは、第１の前記積層体のアノードに対向するアノード対向プレートと、前記セパレータを挟んで前記第１の積層体と互いに隣り合う第２の前記積層体のカソードに対向するカソード対向プレートと、前記アノード対向プレートと、前記カソード対向プレートとによって挟持される中間プレートと、を備え、前記アノード対向プレートは、前記アノード対向プレートの厚さ方向に貫通する複数の燃料ガス供給口であって、前記アノード対向プレートのプレート面について二次元的に分散させて配置され、燃料ガスを前記アノードの表面に供給するための複数の燃料ガス供給口と、前記アノード対向プレートの厚さ方向に貫通する開口部であって、前記中間プレートから導入された燃料ガスを、前記積層体に接触させるための開口部と、を備え、前記中間プレートは、前記アノード対向プレートと、前記カソード対向プレートとによって挟持されることによって、前記開口部に燃料ガスを導入するとともに、前記開口部において前記積層体に接触した燃料ガスを、前記複数の燃料ガス供給口のうちの少なくとも一部に導くための第１の燃料ガス流路を形成する第１の燃料ガス流路形成部を備える、燃料電池スタック。   Application Example 1 A fuel cell stack in which a laminate in which an anode and a cathode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a solid polymer is laminated with a separator interposed therebetween. An anode facing plate facing the anode of the first stack, a cathode facing plate facing the cathode of the second stack adjacent to the first stack with the separator interposed therebetween, and the anode A counter plate and an intermediate plate sandwiched between the cathode counter plate, the anode counter plate being a plurality of fuel gas supply ports penetrating in the thickness direction of the anode counter plate, the anode counter plate The plate surface of the plate is arranged in a two-dimensionally distributed manner, and fuel gas is supplied to the surface of the anode. A plurality of fuel gas supply ports for opening in the thickness direction of the anode facing plate, and an opening for contacting the fuel gas introduced from the intermediate plate with the laminate The intermediate plate is sandwiched between the anode facing plate and the cathode facing plate to introduce fuel gas into the opening and to make contact with the stacked body at the opening A fuel cell stack, comprising: a first fuel gas flow path forming portion that forms a first fuel gas flow path for guiding the gas to at least a part of the plurality of fuel gas supply ports.

燃料電池において、発電による生成水は、カソードにおいて生成される。そして、この生成水（水分）は、電解質膜を介してカソード側からアノード側に透過する。適用例１の燃料電池スタックでは、燃料ガスを上記開口部に導入して上記積層体に接触させることによって、電解質膜を介してカソード側からアノード側に透過した水分を燃料ガス中に取り込むことができる。そして、この水分を含む燃料ガスを、複数の燃料ガス供給口のうちの少なくとも一部に導くことができる。したがって、電解質膜の自己加湿を行うことができる。この結果、電解質膜の乾燥による燃料電池スタックの発電性能の低下を抑制することができる。   In the fuel cell, water generated by power generation is generated at the cathode. The generated water (water) permeates from the cathode side to the anode side through the electrolyte membrane. In the fuel cell stack of Application Example 1, by introducing the fuel gas into the opening and bringing it into contact with the laminated body, moisture that has permeated from the cathode side to the anode side through the electrolyte membrane can be taken into the fuel gas. it can. And the fuel gas containing this water | moisture content can be guide | induced to at least one part of several fuel gas supply ports. Accordingly, self-humidification of the electrolyte membrane can be performed. As a result, a decrease in power generation performance of the fuel cell stack due to drying of the electrolyte membrane can be suppressed.

［適用例２］適用例１記載の燃料電池スタックであって、前記アノードに供給された前記燃料ガスを、前記アノードの外部に排出することなく、発電を行うことを特徴とする、燃料電池スタック。   Application Example 2 The fuel cell stack according to Application Example 1, wherein the fuel gas supplied to the anode is generated without being discharged outside the anode. .

適用例２の燃料電池スタックによって、燃料ガスを効率よく発電に利用することができる。なお、本適用例の燃料電池スタックは、アノードから排出されるアノードオフガスを燃料電池スタックの外部に排出するためのアノードオフガス排出口を備えない構成としてもよいし、アノードオフガス排出口を備える構成としてもよい。アノードオフガス排出口を備える構成とする場合、少なくとも一部の発電期間に、アノードオフガス排出口が閉塞されていればよい。   With the fuel cell stack of Application Example 2, fuel gas can be efficiently used for power generation. Note that the fuel cell stack of this application example may not include an anode offgas discharge port for discharging the anode offgas discharged from the anode to the outside of the fuel cell stack, or may include a configuration including an anode offgas discharge port. Also good. When the anode offgas discharge port is provided, the anode offgas discharge port only needs to be closed during at least a part of the power generation period.

［適用例３］適用例１または２記載の燃料電池スタックであって、前記カソードの表面に沿って、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路を備え、前記アノード対向プレートにおいて、前記開口部は、前記酸化剤ガス流路における前記酸化剤ガスの流れ方向の最下流部と対向する部位に形成されている、燃料電池スタック。   [Application Example 3] The fuel cell stack according to Application Example 1 or 2, further comprising an oxidant gas flow path for flowing an oxidant gas along the surface of the cathode, wherein the opening is formed in the anode facing plate. The fuel cell stack is formed at a portion facing the most downstream portion of the oxidant gas flow path in the flow direction of the oxidant gas.

カソードにおいて生成された生成水は、酸化剤ガス中に取り込まれつつ、酸化剤ガスとともに酸化剤ガス流路内を流れる。このため、酸化剤ガス流路における酸化剤ガスの流れ方向について、下流ほど酸化剤ガス中に含まれる水分量が多くなる。適用例３の燃料電池スタックでは、上記開口部が、酸化剤ガス流路における酸化剤ガスの流れ方向の最下流部と対向する部位、すなわち、電解質膜を介してカソード側からアノード側に透過する水分量が多くなる部位に形成されているので、電解質膜を介して透過した水分を、上記開口部から燃料ガス中に効果的に取り込むことができる。なお、酸化剤ガスの流れ方向の最下流部とは、厳密に最も下流の部位である必要はなく、例えば、酸化剤ガス流路の下流側１／４の範囲内の領域等とすることができる。   The produced water produced at the cathode flows in the oxidant gas flow path together with the oxidant gas while being taken into the oxidant gas. For this reason, with respect to the flow direction of the oxidant gas in the oxidant gas flow path, the amount of water contained in the oxidant gas increases toward the downstream. In the fuel cell stack of Application Example 3, the opening portion permeates from the cathode side to the anode side via the electrolyte membrane at a portion facing the most downstream portion in the oxidant gas flow direction in the oxidant gas flow path. Since it is formed in the part where the amount of moisture increases, the moisture permeated through the electrolyte membrane can be effectively taken into the fuel gas from the opening. Note that the most downstream portion in the flow direction of the oxidant gas does not need to be strictly the most downstream part, and may be, for example, a region within a range of 1/4 on the downstream side of the oxidant gas flow path. it can.

［適用例４］適用例３記載の燃料電池スタックであって、前記中間プレートにおいて、前記第１の燃料ガス流路形成部は、前記積層体に接触した燃料ガスを、前記複数の燃料ガス供給口のうちの、前記酸化剤ガス流路における前記酸化剤ガスの流れ方向の最上流部と対向する部位に配置された燃料ガス供給口に導くように形成されている、燃料電池スタック。   Application Example 4 In the fuel cell stack according to Application Example 3, in the intermediate plate, the first fuel gas flow path forming unit supplies the fuel gas in contact with the stacked body to the plurality of fuel gas supplies. A fuel cell stack that is formed so as to be led to a fuel gas supply port that is disposed at a portion of the port facing the most upstream portion in the flow direction of the oxidant gas in the oxidant gas flow path.

先に説明したように、発電時にカソードにおいて生成された生成水は、酸化剤ガスとともに酸化剤ガス流路内を流れるため、酸化剤ガス流路における酸化剤ガスの流れ方向について、上流ほど酸化剤ガス中に含まれる水分量が少なくなり、この部位において、電解質膜が乾燥しやすくなる。適用例４の燃料電池スタックでは、第１の燃料ガス流路形成部が、上記積層体に接触して水分を含む燃料ガスを、複数の燃料ガス供給口のうちの、酸化剤ガス流路における酸化剤ガスの流れ方向の最上流部と対向する部位に配置された燃料ガス供給口に導くように形成されているので、電解質膜の乾燥しやすい部位を、上記水分を含む燃料ガスを用いて、効果的に加湿することができる。なお、酸化剤ガスの流れ方向の最下流部とは、厳密に最も上流の部位である必要はなく、例えば、酸化剤ガス流路の上流側１／４の範囲内の領域等とすることができる。   As described above, since the generated water generated at the cathode during power generation flows in the oxidant gas flow path together with the oxidant gas, the oxidant flows in the upstream direction with respect to the flow direction of the oxidant gas in the oxidant gas flow path. The amount of water contained in the gas is reduced, and the electrolyte membrane is easily dried at this portion. In the fuel cell stack of Application Example 4, the first fuel gas flow path forming unit causes the fuel gas containing water to come into contact with the stacked body in the oxidant gas flow path of the plurality of fuel gas supply ports. Since it is formed so as to lead to the fuel gas supply port arranged at the portion facing the most upstream portion in the flow direction of the oxidant gas, the portion where the electrolyte membrane is easily dried is formed using the fuel gas containing moisture. Can be effectively humidified. Note that the most downstream portion in the flow direction of the oxidant gas does not need to be strictly the most upstream part, and may be, for example, a region within a range of ¼ of the upstream side of the oxidant gas flow path. it can.

［適用例５］適用例４記載の燃料電池スタックであって、前記中間プレートにおいて、前記第１の燃料ガス流路形成部は、前記積層体に接触した燃料ガスを、前記複数の燃料ガス供給口のうちの、前記酸化剤ガス流路における前記酸化剤ガスの流れ方向の最上流部と対向する部位に配置された燃料ガス供給口のみに導くように形成されており、前記中間プレートは、さらに、前記アノード対向プレートと、前記カソード対向プレートとによって挟持されることによって、前記燃料ガスを、前記開口部に導入することなく、前記複数の燃料ガス供給口のうちの、前記酸化剤ガス流路における前記酸化剤ガスの流れ方向の最上流部と対向する部位に配置された燃料ガス供給口以外の複数の燃料ガス供給口に導くための第２の燃料ガス流路を形成する第２の燃料ガス流路形成部を備える、燃料電池スタック。   Application Example 5 In the fuel cell stack according to Application Example 4, in the intermediate plate, the first fuel gas flow path forming unit supplies the fuel gas in contact with the stacked body to the plurality of fuel gas supplies. Of the ports, the oxidant gas flow path is formed so as to lead only to a fuel gas supply port disposed at a portion facing the most upstream portion in the flow direction of the oxidant gas. Further, the oxidant gas flow of the plurality of fuel gas supply ports is held between the anode facing plate and the cathode facing plate without introducing the fuel gas into the opening. Forming a second fuel gas flow path for leading to a plurality of fuel gas supply ports other than the fuel gas supply port disposed at a portion facing the most upstream portion in the flow direction of the oxidant gas in the channel A second fuel gas flow path forming portion, the fuel cell stack.

適用例５の燃料電池スタックでは、上記開口部を通過して水分を含んだ燃料ガスを、酸化剤ガス流路における酸化剤ガスの流れ方向の最上流部と対向する部位、すなわち、電解質膜の比較的乾燥しやすい部位に配置された燃料ガス供給口のみに導き、これら以外の、電解質膜の比較的乾燥しにくい部位に配置された複数の燃料ガス供給口には導かない。したがって、電解質膜の乾燥しやすい部位を、上記水分を含む燃料ガスを用いて、集中的に加湿することができる。   In the fuel cell stack of Application Example 5, the fuel gas containing moisture passing through the opening is opposed to the most upstream portion in the oxidant gas flow direction in the flow direction of the oxidant gas, that is, the electrolyte membrane. It leads only to the fuel gas supply port arranged in a portion that is relatively easy to dry, and does not lead to a plurality of fuel gas supply ports arranged in other portions of the electrolyte membrane that are relatively difficult to dry. Therefore, the portion of the electrolyte membrane that is easily dried can be intensively humidified using the fuel gas containing moisture.

［適用例６］適用例１ないし５のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、前記中間プレートは、前記開口部と対向する部位に、前記セパレータの厚さ方向に前記第１の燃料ガス流路を狭窄する狭窄部を備える、燃料電池スタック。   [Application Example 6] The fuel cell stack according to any one of Application Examples 1 to 5, wherein the intermediate plate has a first fuel gas in a thickness direction of the separator at a portion facing the opening. A fuel cell stack including a constricted portion for constricting a flow path.

適用例６の燃料電池スタックでは、上記狭窄部によって、上記開口部に対向する部位における第１の燃料ガス流路の流路断面積を小さくすることができるので、燃料ガスを上記積層体に接触しやすくすることができる。したがって、電解質膜を介してカソード側からアノード側に透過した水分を、上記開口部から燃料ガス中に、より効果的に取り込むことができる。   In the fuel cell stack according to the application example 6, the narrowed portion can reduce the cross-sectional area of the first fuel gas flow channel at the portion facing the opening, so that the fuel gas contacts the stacked body. Can be easier. Therefore, moisture that has permeated from the cathode side to the anode side through the electrolyte membrane can be more effectively taken into the fuel gas from the opening.

［適用例７］適用例１ないし６のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、前記積層体は、前記アノード、および、前記カソードが配置されている発電部と、前記アノード、および、前記カソードの少なくとも一方が配置されていない非発電部と、を備えており、前記アノード対向プレートにおいて、前記開口部は、前記非発電部と対向する部位に形成されている、燃料電池スタック。   [Application Example 7] The fuel cell stack according to any one of Application Examples 1 to 6, wherein the stack includes a power generation unit in which the anode and the cathode are arranged, the anode, and the And a non-power generation unit in which at least one of the cathodes is not disposed, and in the anode facing plate, the opening is formed at a portion facing the non-power generation unit.

上記非発電部は、アノード、および、カソードの少なくとも一方が配置されていないため、電解質膜を介してカソード側からアノード側に水が移動するときの抵抗が、上記発電部よりも低い。したがって、適用例７の燃料電池スタックによって、電解質膜を介してカソード側からアノード側に透過した水分を、燃料ガス中に効果的に取り込むことができる。   Since at least one of the anode and the cathode is not disposed in the non-power generation unit, resistance when water moves from the cathode side to the anode side through the electrolyte membrane is lower than that of the power generation unit. Therefore, the fuel cell stack according to Application Example 7 can effectively take moisture that has permeated from the cathode side to the anode side through the electrolyte membrane into the fuel gas.

［適用例８］適用例１ないし７のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、前記積層体における少なくとも前記カソード側の面に、多孔体からなるガス拡散層を備える、燃料電池スタック。   Application Example 8 The fuel cell stack according to any one of Application Examples 1 to 7, wherein a gas diffusion layer made of a porous material is provided on at least the cathode side surface of the laminate.

適用例８の燃料電池スタックによって、少なくともカソードの全面に酸化剤ガスを効果的に拡散させて供給することができる。   With the fuel cell stack of Application Example 8, the oxidant gas can be effectively diffused and supplied to at least the entire surface of the cathode.

本発明は、上述の燃料電池スタックとしての構成の他、この燃料電池スタックを備える燃料電池システムの発明として構成することもできる。また、上記燃料電池スタックに用いられるセパレータの発明として構成することもできる。   The present invention can be configured as an invention of a fuel cell system including the fuel cell stack, in addition to the configuration as the fuel cell stack described above. Moreover, it can also be comprised as invention of the separator used for the said fuel cell stack.

本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００を備える燃料電池システム１０００の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system 1000 provided with the fuel cell stack 100 as 1st Example of this invention. 燃料電池モジュール４０の構成部品の平面図である。2 is a plan view of components of a fuel cell module 40. FIG. ＭＥＡユニット４５におけるＭＥＡ部４５１の断面図である。4 is a cross-sectional view of an MEA portion 451 in the MEA unit 45. FIG. セパレータ４１の平面図である。4 is a plan view of a separator 41. FIG. 燃料電池モジュール４０の断面構造を示す説明図である。3 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure of a fuel cell module 40. FIG. 第２実施例の燃料電池スタックにおける燃料電池モジュール４０Ａの構成部品の平面図である。It is a top view of the component of fuel cell module 40A in the fuel cell stack of 2nd Example. 第２実施例におけるセパレータ４１Ａの平面図である。It is a top view of separator 41A in the 2nd example.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池スタック１００を備える燃料電池システム１０００の概略構成を示す説明図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
A. First embodiment:
A1. Configuration of fuel cell system:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 1000 including a fuel cell stack 100 as a first embodiment of the present invention.

燃料電池スタック１００は、水素と酸素との電気化学反応によって発電するセルを、セパレータを介在させて、複数積層させたスタック構造を有している。各セルは、後述するように、プロトン伝導性を有する電解質膜を挟んで、アノードと、カソードとを配置した構成となっている。本実施例では、電解質膜として、固体高分子膜を用いるものとした。また、本実施例では、セパレータは、後述するように、３枚の金属製の平板に、それぞれ複数の貫通孔を設け、これらを重ね合わせて接合することによって、アノードに供給すべき燃料ガスとしての水素の流路や、カソードに供給すべき酸化剤ガスとしての空気の流路や、冷却水（ＬＬＣ）の流路が形成されている。なお、セルの積層数は、燃料電池スタック１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。   The fuel cell stack 100 has a stack structure in which a plurality of cells that generate electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen are stacked with a separator interposed therebetween. As will be described later, each cell has a configuration in which an anode and a cathode are arranged with an electrolyte membrane having proton conductivity interposed therebetween. In this example, a solid polymer membrane was used as the electrolyte membrane. Further, in this embodiment, as described later, the separator is provided with a plurality of through holes in three metal flat plates, and these are overlapped and joined to form a fuel gas to be supplied to the anode. A hydrogen flow path, an air flow path as an oxidant gas to be supplied to the cathode, and a cooling water (LLC) flow path are formed. Note that the number of stacked cells can be arbitrarily set according to the output required for the fuel cell stack 100.

燃料電池スタック１００は、一端から、エンドプレート１０ａ、絶縁板２０ａ、集電板３０ａ、複数の燃料電池モジュール４０、集電板３０ｂ、絶縁板２０ｂ、エンドプレート１０ｂの順に積層することによって構成されている。これらには、燃料電池スタック１００内に、水素や、空気や、冷却水を流すための供給口や、排出口が設けられている。そして、燃料電池モジュール４０は、後述するように、セパレータ４１と、電解質膜等を備えるＭＥＡユニット４５とによって構成されている。この燃料電池モジュール４０、および、ＭＥＡユニット４５については、後に詳述する。   The fuel cell stack 100 is configured by stacking an end plate 10a, an insulating plate 20a, a current collecting plate 30a, a plurality of fuel cell modules 40, a current collecting plate 30b, an insulating plate 20b, and an end plate 10b in this order from one end. Yes. These are provided with a supply port and a discharge port for flowing hydrogen, air, and cooling water in the fuel cell stack 100. The fuel cell module 40 includes a separator 41 and an MEA unit 45 including an electrolyte membrane and the like, as will be described later. The fuel cell module 40 and the MEA unit 45 will be described in detail later.

エンドプレート１０ａ，１０ｂは、剛性を確保するため、鋼等の金属部材によって形成されている。絶縁板２０ａ，２０ｂは、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂは、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。集電板３０ａ，３０ｂには、それぞれ図示しない出力端子が設けられており、燃料電池スタック１００で発電した電力を出力可能となっている。   The end plates 10a and 10b are formed of a metal member such as steel in order to ensure rigidity. The insulating plates 20a and 20b are formed of an insulating member such as rubber or resin. The current collector plates 30a and 30b are formed of dense carbon, a gas-impermeable conductive member such as a copper plate. The current collector plates 30a and 30b are each provided with an output terminal (not shown) so that the power generated by the fuel cell stack 100 can be output.

なお、図示は省略しているが、燃料電池スタック１００には、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加等による電池性能の低下を抑制したり、ガスの漏洩を抑制したりするために、スタック構造の積層方向に、押圧力が加えられている。   Although not shown in the figure, the fuel cell stack 100 is provided with the purpose of suppressing a decrease in cell performance due to an increase in contact resistance at any part of the stack structure or a gas leak. A pressing force is applied in the stacking direction of the stack structure.

燃料電池スタック１００のアノードには、配管５３を介して、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、燃料ガスとしての水素が供給される。水素タンク５０の代わりに、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素を生成し、アノードに供給するものとしてもよい。   Hydrogen as fuel gas is supplied to the anode of the fuel cell stack 100 from a hydrogen tank 50 that stores high-pressure hydrogen via a pipe 53. Instead of the hydrogen tank 50, hydrogen may be generated by a reforming reaction using alcohol, hydrocarbon, aldehyde or the like as a raw material and supplied to the anode.

水素タンク５０に貯蔵された高圧水素は、水素タンク５０の出口に設けられたシャットバルブ５１、レギュレータ５２によって圧力、および、供給量が調整されて、アノードに供給される。なお、この燃料電池システム１０００は、燃料電池スタック１００のアノードに供給された水素を、発電を行うためにすべて消費するタイプのシステムであり、アノードからの排気ガス（以下、アノードオフガスと呼ぶ）を外部に排出するための排出配管は備えていない。こうすることによって、燃料ガスを効率よく利用することができる。   The high-pressure hydrogen stored in the hydrogen tank 50 is supplied to the anode after the pressure and supply amount are adjusted by a shut valve 51 and a regulator 52 provided at the outlet of the hydrogen tank 50. The fuel cell system 1000 is a type of system that consumes all of the hydrogen supplied to the anode of the fuel cell stack 100 to generate power, and exhaust gas from the anode (hereinafter referred to as anode off-gas). There is no discharge pipe for discharging to the outside. By doing so, the fuel gas can be used efficiently.

燃料電池スタック１００のカソードには、配管６１を介して、コンプレッサ６０によって圧縮された圧縮空気が、酸素を含有した酸化剤ガスとして供給される。そして、カソードからの排気ガス（以下、カソードオフガスと呼ぶ）は、配管６２を介して、外部に排出される。配管６２には、カソードオフガスとともに、燃料電池スタック１００のカソードで、水素と酸素との電気化学反応によって生成された生成水も排出される。   Compressed air compressed by the compressor 60 is supplied to the cathode of the fuel cell stack 100 as an oxidant gas containing oxygen via a pipe 61. Exhaust gas from the cathode (hereinafter referred to as cathode off gas) is discharged to the outside via the pipe 62. Along with the cathode off-gas, the pipe 62 also discharges the generated water produced by the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen at the cathode of the fuel cell stack 100.

燃料電池スタック１００には、燃料電池スタック１００を冷却するための冷却水も供給される。この冷却水は、ポンプ７０によって、配管７２を流れ、ラジエータ７１によって冷却されて、燃料電池スタック１００に供給される。   Cooling water for cooling the fuel cell stack 100 is also supplied to the fuel cell stack 100. The cooling water flows through the pipe 72 by the pump 70, is cooled by the radiator 71, and is supplied to the fuel cell stack 100.

Ａ２．燃料電池モジュールの構成：
図２は、燃料電池モジュール４０の構成部品の平面図である。燃料電池モジュール４０は、セパレータ４１と、ＭＥＡユニット４５とを交互に重ね合わせることによって構成されている。そして、セパレータ４１は、それぞれ複数の貫通孔が設けられた３枚の平板、すなわち、アノード対向プレート４２と、中間プレート４３と、カソード対向プレート４４とを、この順に重ね合わせ、ホットプレス接合することによって作製されている。本実施例では、アノード対向プレート４２と、中間プレート４３と、カソード対向プレート４４とは、同一の四角形の形状を有するステンレス鋼製の平板を用いるものとした。アノード対向プレート４２と、中間プレート４３と、カソード対向プレート４４として、ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属を用いるものとしてもよい。なお、これらの各プレートは、後述するように、冷却水に晒されるので、耐食性の高い金属を用いることが好ましい。 A2. Fuel cell module configuration:
FIG. 2 is a plan view of components of the fuel cell module 40. The fuel cell module 40 is configured by alternately stacking separators 41 and MEA units 45. In the separator 41, three flat plates each provided with a plurality of through holes, that is, an anode facing plate 42, an intermediate plate 43, and a cathode facing plate 44 are superposed in this order and hot-press bonded. It is made by. In this embodiment, the anode facing plate 42, the intermediate plate 43, and the cathode facing plate 44 are made of stainless steel flat plates having the same rectangular shape. As the anode facing plate 42, the intermediate plate 43, and the cathode facing plate 44, other metals such as titanium and aluminum may be used instead of stainless steel. Since each of these plates is exposed to cooling water as will be described later, it is preferable to use a metal having high corrosion resistance.

図２（ａ）は、ＭＥＡユニット４５のアノード側の面と当接するアノード対向プレート４２の平面図である。図中の破線で囲った領域は、後述するＭＥＡユニット４５におけるＭＥＡ部４５１に対応する領域を表している。   FIG. 2A is a plan view of the anode facing plate 42 that comes into contact with the anode side surface of the MEA unit 45. A region surrounded by a broken line in the drawing represents a region corresponding to an MEA unit 451 in the MEA unit 45 described later.

図示するように、アノード対向プレート４２には、水素供給用貫通孔４２２と、複数の水素供給口４２２ｉと、空気供給用貫通孔４２４ａと、空気排出用貫通孔４２４ｂと、冷却水供給用貫通孔４２６ａと、冷却水排出用貫通孔４２６ｂとが形成されている。本実施例では、水素供給用貫通孔４２２と、空気供給用貫通孔４２４ａと、空気排出用貫通孔４２４ｂと、冷却水供給用貫通孔４２６ａと、冷却水排出用貫通孔４２６ｂとは、ほぼ矩形であるものとした。これらの形状や、大きさや、配置位置は、任意に設定可能である。   As shown in the figure, the anode facing plate 42 includes a hydrogen supply through hole 422, a plurality of hydrogen supply ports 422i, an air supply through hole 424a, an air discharge through hole 424b, and a cooling water supply through hole. 426a and a cooling water discharge through hole 426b are formed. In the present embodiment, the hydrogen supply through hole 422, the air supply through hole 424a, the air discharge through hole 424b, the cooling water supply through hole 426a, and the cooling water discharge through hole 426b are substantially rectangular. It was supposed to be. These shapes, sizes, and arrangement positions can be arbitrarily set.

また、複数の水素供給口４２２ｉは、直径が同一の円形であるものとした。そして、複数の水素供給口４２２ｉは、ＭＥＡユニット４５のアノードの全面に、面内分布を均一化して水素を供給可能なように、ＭＥＡユニット４５のＭＥＡ部４５１における後述する発電部４５１ｇと対向する領域に、二次元的に分散させて、ほぼ等間隔に配置されている。   The plurality of hydrogen supply ports 422i have a circular shape with the same diameter. The plurality of hydrogen supply ports 422i face a power generation unit 451g (described later) in the MEA unit 451 of the MEA unit 45 so that hydrogen can be supplied to the entire surface of the anode of the MEA unit 45 with a uniform in-plane distribution. The regions are two-dimensionally distributed and arranged at almost equal intervals.

また、アノード対向プレート４２には、ＭＥＡ部４５１における後述する非発電部４５１ｎの上端部と対向する部位に、開口部４２２ｏが形成されている。この開口部４２２ｏについては、後述する。   Further, the anode facing plate 42 is formed with an opening 422o at a portion of the MEA portion 451 facing an upper end portion of a non-power generation portion 451n described later. The opening 422o will be described later.

図２（ｂ）は、ＭＥＡユニット４５のカソード側の面と当接するカソード対向プレート４４の平面図である。図中の破線で囲った領域は、後述するＭＥＡユニット４５におけるＭＥＡ部４５１に対応する領域を表している。   FIG. 2B is a plan view of the cathode facing plate 44 that comes into contact with the cathode side surface of the MEA unit 45. A region surrounded by a broken line in the drawing represents a region corresponding to an MEA unit 451 in the MEA unit 45 described later.

図示するように、カソード対向プレート４４には、水素供給用貫通孔４４２と、空気供給用貫通孔４４４ａと、複数の空気供給口４４４ｉと、複数の空気排出口４４４ｏと、空気排出用貫通孔４４４ｂと、冷却水供給用貫通孔４４６ａと、冷却水排出用貫通孔４４６ｂとが形成されている。水素供給用貫通孔４４２と、空気供給用貫通孔４４４ａと、空気排出用貫通孔４４４ｂと、冷却水供給用貫通孔４４６ａと、冷却水排出用貫通孔４４６ｂとは、アノード対向プレート４２と同様に、ほぼ矩形であるものとした。   As shown, the cathode facing plate 44 includes a hydrogen supply through hole 442, an air supply through hole 444a, a plurality of air supply ports 444i, a plurality of air discharge ports 444o, and an air discharge through hole 444b. And a cooling water supply through hole 446a and a cooling water discharge through hole 446b. The hydrogen supply through-hole 442, the air supply through-hole 444a, the air discharge through-hole 444b, the cooling water supply through-hole 446a, and the cooling water discharge through-hole 446b are similar to the anode facing plate 42. It was assumed to be almost rectangular.

また、複数の空気供給口４４４ｉと、複数の空気排出口４４４ｏとは、直径が同一の円形であるものとした。そして、複数の空気供給口４４４ｉ、および、複数の空気排出口４４４ｏは、それぞれ空気供給用貫通孔４４４ａ、および、空気排出用貫通孔４４４ｂに近いＭＥＡユニット４５のカソードの周縁部から空気の供給、および、カソードオフガスの排出を行うことができるように配置されている。   In addition, the plurality of air supply ports 444i and the plurality of air discharge ports 444o are circular with the same diameter. The plurality of air supply ports 444i and the plurality of air discharge ports 444o supply air from the peripheral edge of the cathode of the MEA unit 45 close to the air supply through hole 444a and the air discharge through hole 444b, respectively. And it arrange | positions so that discharge | release of cathode off gas can be performed.

図２（ｃ）は、中間プレート４３の平面図である。図中の破線で囲った領域は、後述するＭＥＡユニット４５におけるＭＥＡ部４５１に対応する領域を表している。   FIG. 2C is a plan view of the intermediate plate 43. A region surrounded by a broken line in the drawing represents a region corresponding to an MEA unit 451 in the MEA unit 45 described later.

図示するように、中間プレート４３には、水素供給用貫通孔４３２と、空気供給用貫通孔４３４ａと、空気排出用貫通孔４３４ｂと、冷却水供給用貫通孔４３６ａと、冷却水排出用貫通孔４３６ｂとが形成されている。水素供給用貫通孔４３２と、空気供給用貫通孔４３４ａと、空気排出用貫通孔４３４ｂと、冷却水供給用貫通孔４３６ａと、冷却水排出用貫通孔４３６ｂとは、アノード対向プレート４２や、カソード対向プレート４４と同様に、ほぼ矩形であるものとした。   As illustrated, the intermediate plate 43 includes a hydrogen supply through hole 432, an air supply through hole 434a, an air discharge through hole 434b, a cooling water supply through hole 436a, and a cooling water discharge through hole. 436b. The hydrogen supply through hole 432, the air supply through hole 434 a, the air discharge through hole 434 b, the cooling water supply through hole 436 a, and the cooling water discharge through hole 436 b include the anode facing plate 42 and the cathode Similar to the counter plate 44, the plate is substantially rectangular.

そして、水素供給用貫通孔４３２には、水素供給用貫通孔４３２からアノード対向プレート４２に形成された開口部４２２ｏに水素を導入するための流路を形成する水素供給用流路形成部４３２ｐ１が設けられている。また、中間プレート４３には、水素供給用流路形成部４３２ｐ１から開口部４２２ｏに導入された水素を、アノード対向プレート４２に形成された複数の水素供給口４２２ｉに導くための流路を形成する水素供給用流路形成部４３２ｐ２、および、複数の水素供給用流路形成部４３２ｐ３が形成されている。本実施例において、水素供給用流路形成部４３２ｐ１，４３２ｐ２，４３２ｐ３は、［課題を解決するための手段］における第１の燃料ガス流路形成部に相当する。   The hydrogen supply through hole 432 includes a hydrogen supply flow path forming portion 432p1 that forms a flow path for introducing hydrogen from the hydrogen supply through hole 432 to the opening 422o formed in the anode facing plate. Is provided. Further, the intermediate plate 43 is formed with a flow path for guiding hydrogen introduced from the hydrogen supply flow path forming portion 432p1 into the opening 422o to the plurality of hydrogen supply ports 422i formed in the anode facing plate. A hydrogen supply flow path forming portion 432p2 and a plurality of hydrogen supply flow path forming portions 432p3 are formed. In this embodiment, the hydrogen supply flow path forming portions 432p1, 432p2, and 432p3 correspond to the first fuel gas flow path forming portion in [Means for Solving the Problems].

なお、水素供給用流路形成部４３２ｐ１と、水素供給用流路形成部４３２ｐ２との間の部材は、開口部４２２ｏと対向する部位において、セパレータ４１の厚さ方向に水素供給用流路を狭窄する機能を奏するため、狭窄部４３２ｎと呼ぶ。   The member between the hydrogen supply flow path forming portion 432p1 and the hydrogen supply flow path forming portion 432p2 narrows the hydrogen supply flow path in the thickness direction of the separator 41 at a portion facing the opening 422o. In order to perform the function to perform, it calls the narrowing part 432n.

また、空気供給用貫通孔４３４ａには、空気供給用貫通孔４３４ａからカソード対向プレート４４に形成された複数の空気供給口４４４ｉに、それぞれ空気を流すための流路を形成する複数の空気供給用流路形成部４３４ｐｉが設けられている。また、空気排出用貫通孔４３４ｂには、カソード対向プレート４４に形成された複数の空気排出口４４４ｏから空気排出用貫通孔４３４ｂにカソードオフガスを流すための流路を形成する複数の空気排出用流路形成部４３４ｐｏが設けられている。   In addition, a plurality of air supply through holes 434 a are formed in the air supply through holes 434 a so as to flow air from the air supply through holes 434 a to the plurality of air supply ports 444 i formed in the cathode facing plate 44. A flow path forming part 434pi is provided. The air discharge through hole 434b has a plurality of air discharge flows that form a flow path for flowing a cathode off gas from the plurality of air discharge ports 444o formed in the cathode facing plate 44 to the air discharge through hole 434b. A path forming part 434po is provided.

また、中間プレート４３には、冷却水供給用貫通孔４３６ａから冷却水排出用貫通孔４３６ｂに冷却水を流すための流路を形成する冷却水流路形成部４３６ｐが形成されている。この冷却水流路形成部４３６ｐは、冷却水が複数の水素供給用流路形成部４３２ｐ３の間を蛇行して流れるように形成されている。   The intermediate plate 43 is formed with a cooling water flow path forming portion 436p that forms a flow path for flowing cooling water from the cooling water supply through hole 436a to the cooling water discharge through hole 436b. The cooling water flow path forming portion 436p is formed such that the cooling water meanders and flows between the plurality of hydrogen supply flow path forming portions 432p3.

図２（ｄ）は、ＭＥＡユニット４５のカソード側から見た平面図である。また、図３は、ＭＥＡユニット４５におけるＭＥＡ部４５１の断面図である。   FIG. 2D is a plan view seen from the cathode side of the MEA unit 45. FIG. 3 is a cross-sectional view of the MEA portion 451 in the MEA unit 45.

ＭＥＡユニット４５の中央に配置されているＭＥＡ部４５１は、図３に示したように、電解質膜４６の一方（カソード側）の面に、カソードとして、カソード側触媒層４７ｃと、カソード側拡散層４８ｃとをこの順に積層させ、他方（アノード側）の面に、アノードとして、アノード側触媒層４７ａと、アノード側拡散層４８ａとを、この順にそれぞれ積層させた膜電極接合体である。本実施例では、アノード側拡散層４８ａ、および、カソード側拡散層４８ｃとして、カーボン多孔体を用いるものとした。なお、本実施例のＭＥＡ部４５１は、電解質膜４６の表面に、アノード、および、カソードが配置された発電部４５１ｇと、アノード、および、カソードが配置されていない非発電部４５１ｎとを備えている。ＭＥＡ部４５１において、空気供給用貫通孔４５４ａに近い領域は、後述する酸化剤ガス流路における空気の流れ方向の最上流部４５１ａである。本実施例では、ＭＥＡ部４５１において、酸化剤ガス流路の上流側１／４の範囲内の領域を最上流部４５１ａとした。また、ＭＥＡ部４５１において、空気排出用貫通孔４５４ｂに近い領域は、後述する酸化剤ガス流路における空気の流れ方向の最下流部４５１ｂである。本実施例では、ＭＥＡ部４５１において、酸化剤ガス流路の下流側１／４の範囲内の領域を最下流部４５１ｂとした。そして、本実施例では、非発電部４５１ｎは、酸化剤ガス流路における空気の流れ方向の最下流部４５１ｂに配置されているものとした。   As shown in FIG. 3, the MEA unit 451 disposed in the center of the MEA unit 45 has a cathode side catalyst layer 47c as a cathode on one surface (cathode side) of the electrolyte membrane 46, and a cathode side diffusion layer. 48c are laminated in this order, and on the other (anode side) surface, an anode side catalyst layer 47a and an anode side diffusion layer 48a are laminated in this order as anodes. In this embodiment, a carbon porous body is used as the anode side diffusion layer 48a and the cathode side diffusion layer 48c. Note that the MEA unit 451 of the present embodiment includes, on the surface of the electrolyte membrane 46, a power generation unit 451g in which the anode and the cathode are disposed, and a non-power generation unit 451n in which the anode and the cathode are not disposed. Yes. In the MEA portion 451, a region close to the air supply through-hole 454a is the most upstream portion 451a in the air flow direction in the oxidant gas flow path described later. In the present embodiment, in the MEA portion 451, the region within the range of the upstream side ¼ of the oxidant gas flow path is the most upstream portion 451a. Further, in the MEA portion 451, a region close to the air discharge through hole 454b is the most downstream portion 451b in the air flow direction in the oxidant gas flow path described later. In the present embodiment, in the MEA portion 451, the region in the range of the downstream side 1/4 of the oxidant gas flow path is the most downstream portion 451b. In this embodiment, the non-power generation unit 451n is disposed at the most downstream portion 451b in the air flow direction in the oxidant gas flow path.

ＭＥＡユニット４５は、このＭＥＡ部４５１を、シリコーンゴム製のフレームによって支持したものである。シリコーンゴムの代わりに、ガス不透過性、弾力性、耐熱性を有する他の部材を用いるものとしてもよい。なお、図示は省略するが、フレームには、セパレータ４１との積層時に、ガスや、冷却水の漏れを防止するためのシール構造が一体的に形成されている。このフレームは、例えば、射出成形によって形成される。   The MEA unit 45 is obtained by supporting the MEA portion 451 with a silicone rubber frame. Instead of silicone rubber, other members having gas impermeability, elasticity, and heat resistance may be used. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the seal structure for preventing the leak of gas and a cooling water is integrally formed in the flame | frame at the time of lamination | stacking with the separator 41. FIG. This frame is formed by, for example, injection molding.

図２（ｄ）に示したように、ＭＥＡユニット４５のフレームには、水素供給用貫通孔４５２と、空気供給用貫通孔４５４ａと、空気排出用貫通孔４５４ｂと、冷却水供給用貫通孔４５６ａと、冷却水排出用貫通孔４５６ｂとが形成されている。水素供給用貫通孔４５２と、空気供給用貫通孔４５４ａと、空気排出用貫通孔４５４ｂと、冷却水供給用貫通孔４５６ａと、冷却水排出用貫通孔４５６ｂとは、アノード対向プレート４２や、カソード対向プレート４４や、中間プレート４３と同様に、ほぼ矩形であるものとした。   As shown in FIG. 2D, the frame of the MEA unit 45 includes a hydrogen supply through hole 452, an air supply through hole 454a, an air discharge through hole 454b, and a cooling water supply through hole 456a. And a cooling water discharge through hole 456b. The hydrogen supply through-hole 452, the air supply through-hole 454a, the air discharge through-hole 454b, the cooling water supply through-hole 456a, and the cooling water discharge through-hole 456b include the anode facing plate 42 and the cathode. Like the counter plate 44 and the intermediate plate 43, it is assumed to be substantially rectangular.

図４は、セパレータ４１の平面図である。セパレータ４１は、先に説明したように、アノード対向プレート４２と、中間プレート４３と、カソード対向プレート４４とを接合することによって形成されている。ここでは、アノード対向プレート４２側から見た様子を示した。   FIG. 4 is a plan view of the separator 41. As described above, the separator 41 is formed by joining the anode facing plate 42, the intermediate plate 43, and the cathode facing plate 44. Here, the state seen from the anode facing plate 42 side is shown.

図から分かるように、アノード対向プレート４２と、中間プレート４３と、カソード対向プレート４４において、水素供給用貫通孔４２２と、水素供給用貫通孔４３２と、水素供給用貫通孔４４２とは、互いに同一形状であり、それぞれ同じ位置に形成されている。また、空気供給用貫通孔４２４ａと、空気供給用貫通孔４３４ａと、空気供給用貫通孔４４４ａも、互いに同一形状であり、それぞれ同じ位置に形成されている。また、空気排出用貫通孔４２４ｂと、空気排出用貫通孔４３４ｂと、空気排出用貫通孔４４４ｂも、互いに同一形状であり、それぞれ同じ位置に形成されている。また、冷却水供給用貫通孔４２６ａと、冷却水供給用貫通孔４３６ａと、冷却水供給用貫通孔４４６ａも、互いに同一形状であり、それぞれ同じ位置に形成されている。また、冷却水排出用貫通孔４２６ｂと、冷却水排出用貫通孔４３６ｂと、冷却水排出用貫通孔４４６ｂも、互いに同一形状であり、それぞれ同じ位置に形成されている。   As can be seen from the figure, in the anode facing plate 42, the intermediate plate 43, and the cathode facing plate 44, the hydrogen supply through hole 422, the hydrogen supply through hole 432, and the hydrogen supply through hole 442 are identical to each other. It is a shape and is formed in the same position, respectively. The air supply through-hole 424a, the air supply through-hole 434a, and the air supply through-hole 444a have the same shape and are formed at the same positions. Also, the air discharge through hole 424b, the air discharge through hole 434b, and the air discharge through hole 444b have the same shape and are formed at the same positions. The cooling water supply through-hole 426a, the cooling water supply through-hole 436a, and the cooling water supply through-hole 446a have the same shape and are formed at the same positions. Also, the cooling water discharge through hole 426b, the cooling water discharge through hole 436b, and the cooling water discharge through hole 446b have the same shape and are formed at the same positions.

また、アノード対向プレート４２における開口部４２２ｏは、中間プレート４３における水素供給用流路形成部４３２ｐ１の一部と重なるように形成されている。また、中間プレート４３における水素供給用流路形成部４３２ｐ２は、アノード対向プレート４２における開口部４２２ｏの一部と重なるように形成されている。   The opening 422o in the anode facing plate 42 is formed so as to overlap with a part of the hydrogen supply flow path forming portion 432p1 in the intermediate plate 43. Further, the hydrogen supply flow path forming portion 432 p 2 in the intermediate plate 43 is formed so as to overlap with a part of the opening 422 o in the anode facing plate 42.

図５は、燃料電池モジュール４０の断面構造を示す説明図である。図４におけるＡ−Ａ断面図を示した。図４、および、図５を参照して、燃料電池モジュール４０における空気、水素、冷却の流れについて説明する   FIG. 5 is an explanatory view showing a cross-sectional structure of the fuel cell module 40. AA sectional view in FIG. 4 is shown. The flow of air, hydrogen, and cooling in the fuel cell module 40 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

ＭＥＡユニット４５におけるＭＥＡ部４５１のカソード側拡散層４８ｃ側の表面には、ＭＥＡユニット４５と、セパレータ４１とを積層させたときに、カソード側拡散層４８ｃ、および、セパレータ４１のカソード対向プレート４４と当接するように、金属多孔体層４９が配置されている。この金属多孔体層４９は、カソード側拡散層４８ｃの表面に沿って、空気を流すための酸化剤ガス流路を構成する。   When the MEA unit 45 and the separator 41 are stacked on the surface of the MEA unit 451 on the cathode side diffusion layer 48c side of the MEA unit 45, the cathode side diffusion layer 48c and the cathode facing plate 44 of the separator 41 The metal porous body layer 49 is disposed so as to abut. The metal porous body layer 49 constitutes an oxidant gas flow path for flowing air along the surface of the cathode side diffusion layer 48c.

図中に矢印で示したように、空気は、燃料電池モジュール４０において、アノード対向プレート４２における空気供給用貫通孔４２４ａ、中間プレート４３における空気供給用貫通孔４３４ａ、カソード対向プレート４４における空気供給用貫通孔４４４ａ、ＭＥＡユニット４５における空気供給用貫通孔４５４ａを流れる。そして、この空気は、中間プレート４３おける空気供給用貫通孔４３４ａから分岐して、空気供給用流路形成部４３４ｐｉを通り、カソード対向プレート４４における空気供給口４４４ｉから、金属多孔体層４９の表面に対して垂直な方向に供給される。そして、この空気は、金属多孔体層４９、および、カソード側拡散層４８ｃ中を拡散しつつ流れ、カソードオフガスは、カソード対向プレート４４における空気排出口４４４ｏから、金属多孔体層４９の表面に対して垂直な方向に排出される。そして、このカソードオフガスは、中間プレート４３における空気排出用流路形成部４３４ｐｏ、アノード対向プレート４２における空気排出用貫通孔４２４ｂ、ＭＥＡユニット４５における空気排出用貫通孔４５４ｂ等を通って、外部に排出される。   As indicated by arrows in the figure, air is supplied to the fuel cell module 40 through the air supply through-hole 424a in the anode facing plate 42, the air supply through-hole 434a in the intermediate plate 43, and the air supply through the cathode facing plate 44. It flows through the through hole 444a and the air supply through hole 454a in the MEA unit 45. The air branches from the air supply through hole 434 a in the intermediate plate 43, passes through the air supply flow path forming part 434 pi, and from the air supply port 444 i in the cathode facing plate 44, the surface of the metal porous body layer 49. Is supplied in a direction perpendicular to The air flows while diffusing in the metal porous body layer 49 and the cathode side diffusion layer 48c, and the cathode off-gas flows from the air discharge port 444o in the cathode facing plate 44 to the surface of the metal porous body layer 49. In the vertical direction. Then, the cathode off-gas is discharged to the outside through the air discharge channel forming portion 434po in the intermediate plate 43, the air discharge through hole 424b in the anode facing plate 42, the air discharge through hole 454b in the MEA unit 45, and the like. Is done.

なお、発電時に、カソードにおいて生成された生成水は、カソードに供給された空気中に取り込まれつつ、空気とともに酸化剤ガス流路（金属多孔体層４９、および、カソード側拡散層４８ｃ）内を流れる。このため、酸化剤ガス流路における空気の流れ方向について、下流（図の下方）ほど空気中に含まれる水分量が多くなる。一方、酸化剤ガス流路における空気の流れ方向について、上流（図の上方）ほど空気中に含まれる水分量が少なくなり、この部位において、電解質膜４６が乾燥しやすくなる。   During the power generation, the generated water generated at the cathode is taken into the air supplied to the cathode, and in the oxidant gas flow path (the metal porous body layer 49 and the cathode side diffusion layer 48c) together with the air. Flowing. For this reason, about the flow direction of the air in an oxidant gas flow path, the water | moisture content contained in air increases downstream (downward of a figure). On the other hand, with respect to the direction of air flow in the oxidant gas flow path, the amount of moisture contained in the air decreases as it goes upstream (upward in the figure), and the electrolyte membrane 46 is easily dried at this site.

また、図５、および、図４から分かるように、水素は、燃料電池モジュール４０において、アノード対向プレート４２における水素供給用貫通孔４２２、中間プレート４３における水素供給用貫通孔４３２、カソード対向プレート４４における水素供給用貫通孔４４２、ＭＥＡユニット４５における水素供給用貫通孔４５２を流れる。そして、この水素は、中間プレート４３における水素供給用貫通孔４３２から分岐して、水素供給用流路形成部４３２ｐ１を通り、アノード対向プレート４２において、酸化剤ガス流路における空気の流れ方向の最下流部４５１ｂと対向する部位に形成された開口部４２２ｏに導入される。この開口部４２２ｏでは、導入された水素がＭＥＡ部４５１と接触して、電解質膜４６を介してカソード側からアノード側に透過した水分が、導入された水素中に取り込まれる。そして、開口部４２２ｏから取り込まれた水分を含む水素は、水素供給用流路形成部４３２ｐ２から複数の水素供給用流路形成部４３２ｐ３に流れ、アノード対向プレート４２における複数の水素供給口４２２ｉから、アノード側拡散層４８ａの表面に分散して供給される。   As can be seen from FIGS. 5 and 4, in the fuel cell module 40, hydrogen is a hydrogen supply through hole 422 in the anode facing plate 42, a hydrogen supply through hole 432 in the intermediate plate 43, and a cathode facing plate 44. Flows through the hydrogen supply through hole 442 and the hydrogen supply through hole 452 in the MEA unit 45. Then, this hydrogen branches from the hydrogen supply through-hole 432 in the intermediate plate 43, passes through the hydrogen supply flow path forming portion 432p1, and reaches the most air flow direction in the oxidant gas flow path in the anode facing plate 42. It is introduced into an opening 422o formed at a portion facing the downstream portion 451b. In the opening 422o, the introduced hydrogen comes into contact with the MEA portion 451, and moisture that has permeated from the cathode side to the anode side through the electrolyte membrane 46 is taken into the introduced hydrogen. Then, the hydrogen containing moisture taken in from the opening 422o flows from the hydrogen supply flow path forming portion 432p2 to the plurality of hydrogen supply flow path forming portions 432p3, and from the plurality of hydrogen supply ports 422i in the anode facing plate 42, It is distributed and supplied to the surface of the anode side diffusion layer 48a.

また、図示は省略するが、冷却水は、アノード対向プレート４２における冷却水供給用貫通孔４２６ａ、中間プレート４３における冷却水供給用貫通孔４３６ａ、カソード対向プレート４４における冷却水供給用貫通孔４４６ａ、ＭＥＡユニット４５における冷却水供給用貫通孔４５６ａを流れる。そして、この冷却水は、中間プレート４３における冷却水供給用貫通孔４３６ａから分岐して、冷却水流路形成部４３６ｐを通り、冷却水排出用貫通孔４３６ｂ等から、外部に排出される。   Although not shown, the cooling water includes cooling water supply through holes 426a in the anode facing plate 42, cooling water supply through holes 436a in the intermediate plate 43, cooling water supply through holes 446a in the cathode facing plate 44, It flows through the cooling water supply through hole 456a in the MEA unit 45. The cooling water branches from the cooling water supply through hole 436a in the intermediate plate 43, passes through the cooling water flow path forming part 436p, and is discharged to the outside through the cooling water discharge through hole 436b and the like.

以上説明した第１実施例の燃料電池スタック１００によれば、アノード対向プレート４２にほぼ等間隔に配置され複数の水素供給口４２２ｉから、発電を行うＭＥＡ部４５１のアノードのほぼ全面に二次元的に分散させて水素を供給することができる。そして、この際に、電解質膜４６を介してカソード側からアノード側に透過した水分を、アノード対向プレート４２に形成された開口部４２２ｏから水素中に取り込んで、この水分を含む水素を、複数の水素供給口４２２ｉに導くことができる。したがって、電解質膜４６の自己加湿を行うことができる。この結果、電解質膜４６の乾燥による燃料電池スタック１００の発電能力の低下を抑制することができる。   According to the fuel cell stack 100 of the first embodiment described above, two-dimensionally is provided on the substantially entire surface of the anode of the MEA unit 451 that generates power from the plurality of hydrogen supply ports 422i that are arranged on the anode facing plate 42 at substantially equal intervals. It is possible to supply hydrogen while being dispersed in the mixture. At this time, moisture permeated from the cathode side to the anode side through the electrolyte membrane 46 is taken into hydrogen from the opening 422o formed in the anode facing plate 42, and the hydrogen containing the moisture is supplied to a plurality of hydrogen. It can lead to the hydrogen supply port 422i. Therefore, the electrolyte membrane 46 can be self-humidified. As a result, it is possible to suppress a decrease in the power generation capacity of the fuel cell stack 100 due to the drying of the electrolyte membrane 46.

また、燃料電池スタック１００では、アノード対向プレート４２において、開口部４２２ｏが、酸化剤ガス流路における空気の流れ方向の最下流部４５１ｂと対向する部位、すなわち、電解質膜４６を介してカソード側からアノード側に透過する水分量が多くなる部位に形成されている。したがって、電解質膜４６を介して透過した水分を、開口部４２２ｏから水素中に効果的に取り込むことができる。   Further, in the fuel cell stack 100, in the anode facing plate 42, the opening 422o faces the most downstream portion 451b in the air flow direction in the oxidant gas flow path, that is, from the cathode side via the electrolyte membrane 46. It is formed at a site where the amount of moisture that permeates to the anode side increases. Therefore, moisture that has permeated through the electrolyte membrane 46 can be effectively taken into hydrogen from the opening 422o.

また、燃料電池スタック１００では、中間プレート４３において、水素供給用流路形成部４３２ｐ１，４３２ｐ２，４３２ｐ３は、開口部４２２ｏから取り込まれた水分を含む水素を、複数の水素供給口４２２ｉのうちの、酸化剤ガス流路における空気の流れ方向の最上流部４５１ａと対向する部位に配置された水素供給口４２２ｉに導くように形成されている。したがって、電解質膜４６の乾燥しやすい部位を、水分を含む水素を用いて、効果的に加湿することができる。   Further, in the fuel cell stack 100, in the intermediate plate 43, the hydrogen supply flow path forming portions 432p1, 432p2, and 432p3 convert hydrogen containing moisture taken in from the opening 422o into the hydrogen supply ports 422i. The oxidant gas flow path is formed so as to lead to a hydrogen supply port 422i disposed at a portion facing the most upstream portion 451a in the air flow direction. Therefore, the portion of the electrolyte membrane 46 that is easily dried can be effectively humidified using hydrogen containing moisture.

また、燃料電池スタック１００では、中間プレート４３は、アノード対向プレート４２に形成された開口部４２２ｏと対向する部位に、セパレータ４１の厚さ方向に水素の流路を狭窄する狭窄部４３２ｎを備えているので、狭窄部４３２ｎを備えていない場合よりも、開口部４２２ｏに対向する部位における水素の流路の流路断面積を小さくすることができる。したがって、開口部４２２ｏにおいて、水素をＭＥＡ部４５１に接触しやすくすることができ、電解質膜４６を介してカソード側からアノード側に透過した水分を、開口部４２２ｏから水素中に、効果的に取り込むことができる。   Further, in the fuel cell stack 100, the intermediate plate 43 includes a constricted portion 432 n that constricts the hydrogen flow path in the thickness direction of the separator 41 at a portion facing the opening 422 o formed in the anode facing plate 42. Therefore, the channel cross-sectional area of the hydrogen channel at the portion facing the opening 422o can be made smaller than when the narrowed portion 432n is not provided. Accordingly, hydrogen can be easily brought into contact with the MEA portion 451 in the opening 422o, and moisture that has permeated from the cathode side to the anode side through the electrolyte membrane 46 is effectively taken into the hydrogen from the opening 422o. be able to.

また、燃料電池スタック１００では、ＭＥＡ部４５１は、発電部４５１ｇと、非発電部４５１ｎとを備えており、アノード対向プレート４２において、開口部４２２ｏは、非発電部４５１ｎと対向する部位に形成されている。そして、非発電部４５１ｎは、アノード、および、カソードが配置されていないため、電解質膜４６を介してカソード側からアノード側に水が移動するときの抵抗が、発電部４５１ｇよりも低い。したがって、電解質膜４６を介してカソード側からアノード側に透過した水分を、水素中に効果的に取り込むことができる。   In the fuel cell stack 100, the MEA unit 451 includes a power generation unit 451g and a non-power generation unit 451n. In the anode facing plate 42, the opening 422o is formed at a portion facing the non-power generation unit 451n. ing. Since the non-power generation unit 451n is not provided with an anode and a cathode, the resistance when water moves from the cathode side to the anode side via the electrolyte membrane 46 is lower than that of the power generation unit 451g. Therefore, moisture that has permeated from the cathode side to the anode side through the electrolyte membrane 46 can be effectively taken into hydrogen.

Ｂ．第２実施例：
第２実施例の燃料電池システムは、燃料電池スタックが第１実施例における燃料電池スタック１００と異なること以外は、第１実施例の燃料電池システム１０００と同じである。したがって、以下、第２実施例の燃料電池スタックについて説明する。 B. Second embodiment:
The fuel cell system of the second embodiment is the same as the fuel cell system 1000 of the first embodiment, except that the fuel cell stack is different from the fuel cell stack 100 of the first embodiment. Therefore, the fuel cell stack of the second embodiment will be described below.

図６は、第２実施例の燃料電池スタックにおける燃料電池モジュール４０Ａの構成部品の平面図である。第２実施例における燃料電池モジュール４０Ａも、第１実施例における燃料電池モジュール４０と同様に、セパレータ４１Ａと、ＭＥＡユニットと交互に重ね合わせることによって構成されている。そして、セパレータ４１Ａは、アノード対向プレート４２Ａと、第１中間プレート４３ａと、第２中間プレート４３ｂと、カソード対向プレート４４Ａとを、この順に重ね合わせ、ホットプレス接合することによって作製されている。本実施例において、アノード対向プレート４２Ａと、第１中間プレート４３ａと、第２中間プレート４３ｂと、カソード対向プレート４４Ａとは、同一の四角形の形状を有するステンレス鋼製の平板を用いるものとした。   FIG. 6 is a plan view of components of the fuel cell module 40A in the fuel cell stack of the second embodiment. Similarly to the fuel cell module 40 in the first embodiment, the fuel cell module 40A in the second embodiment is configured by alternately overlapping the separator 41A and the MEA unit. The separator 41A is manufactured by stacking the anode facing plate 42A, the first intermediate plate 43a, the second intermediate plate 43b, and the cathode facing plate 44A in this order and hot-pressing them. In this embodiment, the anode facing plate 42A, the first intermediate plate 43a, the second intermediate plate 43b, and the cathode facing plate 44A are made of stainless steel flat plates having the same rectangular shape.

なお、第２実施例の燃料電池スタックにおけるＭＥＡユニットは、第１実施例の燃料電池スタック１００におけるＭＥＡユニット４５と、貫通孔の形状、および、配置が一部異なっていること以外は同じである。したがって、第２実施例の燃料電池スタックにおけるＭＥＡユニットについての図示、および、詳細な説明は省略する。   The MEA unit in the fuel cell stack of the second embodiment is the same as the MEA unit 45 in the fuel cell stack 100 of the first embodiment except that the shape and arrangement of the through holes are partially different. . Therefore, illustration and detailed description of the MEA unit in the fuel cell stack of the second embodiment are omitted.

図６（ａ）は、ＭＥＡユニットのアノード側の面と当接するアノード対向プレート４２Ａの平面図である。図中の破線で囲った領域は、ＭＥＡユニットにおけるＭＥＡ部４５１に対応する領域を表している。   FIG. 6A is a plan view of the anode facing plate 42A that is in contact with the anode side surface of the MEA unit. A region surrounded by a broken line in the drawing represents a region corresponding to the MEA unit 451 in the MEA unit.

図示するように、アノード対向プレート４２Ａには、第１実施例におけるアノード対向プレート４２と同様に、水素供給用貫通孔４２２ａと、複数の水素供給口４２２ｉと、空気供給用貫通孔４２４ａと、空気排出用貫通孔４２４ｂと、冷却水供給用貫通孔４２６ａと、冷却水排出用貫通孔４２６ｂとが形成されている。本実施例においても、水素供給用貫通孔４２２ａと、空気供給用貫通孔４２４ａと、空気排出用貫通孔４２４ｂと、冷却水供給用貫通孔４２６ａと、冷却水排出用貫通孔４２６ｂとは、ほぼ矩形であるものとし、複数の水素供給口４２２ｉも、直径が同一の円形であるものとした。そして、複数の水素供給口４２２ｉは、第１実施例と同様に、ＭＥＡユニットのアノードの全面に、面内分布を均一化して水素を供給可能なように、ＭＥＡユニットのＭＥＡ部４５１と対向する領域に、二次元的に分散させて、ほぼ等間隔に配置されている。   As shown in the figure, the anode facing plate 42A has a hydrogen supply through hole 422a, a plurality of hydrogen supply ports 422i, an air supply through hole 424a, and an air, as in the anode facing plate 42 in the first embodiment. A discharge through hole 424b, a cooling water supply through hole 426a, and a cooling water discharge through hole 426b are formed. Also in this embodiment, the hydrogen supply through hole 422a, the air supply through hole 424a, the air discharge through hole 424b, the cooling water supply through hole 426a, and the cooling water discharge through hole 426b are substantially the same. The plurality of hydrogen supply ports 422i have a circular shape with the same diameter. The plurality of hydrogen supply ports 422i are opposed to the MEA unit 451 of the MEA unit so that hydrogen can be supplied to the entire surface of the anode of the MEA unit with uniform in-plane distribution, as in the first embodiment. The regions are two-dimensionally distributed and arranged at almost equal intervals.

また、アノード対向プレート４２Ａには、ＭＥＡ部４５１における非発電部４５１ｎの上端部と対向する部位であって、図示した左右両端の部位に、開口部４２２ｏ１、および、開口部４２２ｏ２が形成されている。これらの開口部４２２ｏ１，４２２ｏ２については、後述する。   Further, the anode facing plate 42A is formed with openings 422o1 and 422o2 at the left and right ends of the MEA portion 451 facing the upper end of the non-power generation portion 451n. . These openings 422o1 and 422o2 will be described later.

図６（ｂ）は、ＭＥＡユニットのカソード側の面と当接するカソード対向プレート４４の平面図である。図中の破線で囲った領域は、ＭＥＡユニットにおけるＭＥＡ部４５１に対応する領域を表している。   FIG. 6B is a plan view of the cathode facing plate 44 that comes into contact with the cathode side surface of the MEA unit. A region surrounded by a broken line in the drawing represents a region corresponding to the MEA unit 451 in the MEA unit.

図示するように、カソード対向プレート４４Ａは、第１実施例におけるカソード対向プレート４４と同様に、水素供給用貫通孔４４２ａと、空気供給用貫通孔４４４ａと、複数の空気供給口４４４ｉと、複数の空気排出口４４４ｏと、空気排出用貫通孔４４４ｂと、冷却水供給用貫通孔４４６ａと、冷却水排出用貫通孔４４６ｂとを備えている。水素供給用貫通孔４４２ａと、空気供給用貫通孔４４４ａと、空気排出用貫通孔４４４ｂと、冷却水供給用貫通孔４４６ａと、冷却水排出用貫通孔４４６ｂとは、アノード対向プレート４２Ａと同様に、ほぼ矩形であるものとした。また、複数の空気供給口４４４ｉ、および、複数の空気排出口４４４ｏの形状、および、配置は、第１実施例におけるカソード対向プレート４４と同じである。   As shown in the figure, the cathode facing plate 44A is similar to the cathode facing plate 44 in the first embodiment, and includes a hydrogen supply through hole 442a, an air supply through hole 444a, a plurality of air supply ports 444i, and a plurality of air supply ports 444i. An air discharge port 444o, an air discharge through hole 444b, a cooling water supply through hole 446a, and a cooling water discharge through hole 446b are provided. The hydrogen supply through hole 442a, the air supply through hole 444a, the air discharge through hole 444b, the cooling water supply through hole 446a, and the cooling water discharge through hole 446b are similar to the anode facing plate 42A. It was assumed to be almost rectangular. The shapes and arrangement of the plurality of air supply ports 444i and the plurality of air discharge ports 444o are the same as those of the cathode facing plate 44 in the first embodiment.

図６（ｃ）は、第１中間プレート４３ａの平面図である。図中の破線で囲った領域は、ＭＥＡユニットにおけるＭＥＡ部４５１に対応する領域を表している。   FIG. 6C is a plan view of the first intermediate plate 43a. A region surrounded by a broken line in the drawing represents a region corresponding to the MEA unit 451 in the MEA unit.

図示するように、第１中間プレート４３ａには、水素供給用貫通孔４３２ａと、空気供給用貫通孔４３４ａａと、空気排出用貫通孔４３４ａｂと、冷却水供給用貫通孔４３６ａａと、冷却水排出用貫通孔４３６ａｂとが形成されている。水素供給用貫通孔４３２ａと、空気供給用貫通孔４３４ａａと、空気排出用貫通孔４３４ａｂと、冷却水供給用貫通孔４３６ａａと、冷却水排出用貫通孔４３６ａｂとは、アノード対向プレート４２Ａや、カソード対向プレート４４Ａと同様に、ほぼ矩形であるものとした。   As shown in the drawing, the first intermediate plate 43a includes a hydrogen supply through hole 432a, an air supply through hole 434aa, an air discharge through hole 434ab, a cooling water supply through hole 436aa, and a cooling water discharge. A through hole 436ab is formed. The hydrogen supply through hole 432a, the air supply through hole 434aa, the air discharge through hole 434ab, the cooling water supply through hole 436aa, and the cooling water discharge through hole 436ab include the anode facing plate 42A and the cathode. Similar to the counter plate 44A, it is substantially rectangular.

そして、水素供給用貫通孔４３２ａには、水素供給用貫通孔４３２ａからアノード対向プレート４２Ａに形成された開口部４２２ｏ１，４２２ｏ２に水素を導入するための流路を形成する水素供給用流路形成部４３２ａｐ１が設けられている。また、中間プレート４３には、図示するように、水素供給用流路形成部４３２ａｐ１から開口部４２２ｏ１，４２２ｏ２に導入された水素を、アノード対向プレート４２Ａに形成された複数の水素供給口４２２ｉのうちの、酸化剤ガス流路における空気の流れ方向の最上流部４５１ａと対向する部位に配置された水素供給口４２２ｉに導くための流路を形成する水素供給用流路形成部４３２ｐ４が形成されている。また、水素供給用流路形成部４３２ａｐ１には、図示するように、水素を、開口部４２２ｏ１，４２２ｏ２に導入することなく、水素供給用流路形成部４３２ａｐ１からアノード対向プレート４２Ａに形成された複数の水素供給口４２２ｉのうちの、酸化剤ガス流路における空気の流れ方向の最上流部４５１ａと対向する部位に配置された水素供給口４２２ｉ以外の複数の水素供給口４２２ｉに導くための流路を形成する複数の水素供給用流路形成部４３２ａｐ３が設けられている。本実施例において、水素供給用流路形成部４３２ａｐ１，４３２ａｐ４は、［課題を解決するための手段］における第１の燃料ガス流路形成部に相当する。また、水素供給用流路形成部４３２ａｐ１，４３２ａｐ３は、［課題を解決するための手段］における第２の燃料ガス流路形成部に相当する。   The hydrogen supply through hole 432a forms a flow path for introducing hydrogen from the hydrogen supply through hole 432a to the openings 422o1 and 422o2 formed in the anode facing plate 42A. 432ap1 is provided. Further, as shown in the drawing, the hydrogen introduced into the openings 422o1 and 422o2 from the hydrogen supply flow path forming part 432ap1 is supplied to the intermediate plate 43 among the plurality of hydrogen supply ports 422i formed in the anode facing plate 42A. A hydrogen supply flow path forming portion 432p4 is formed which forms a flow path for guiding to the hydrogen supply port 422i disposed in a portion of the oxidant gas flow path facing the most upstream portion 451a in the air flow direction. Yes. In addition, as shown in the drawing, the hydrogen supply flow path forming portion 432ap1 includes a plurality of pieces formed on the anode facing plate 42A from the hydrogen supply flow path forming portion 432ap1 without introducing hydrogen into the openings 422o1 and 422o2. Channel for leading to a plurality of hydrogen supply ports 422i other than the hydrogen supply port 422i disposed at a portion of the hydrogen supply port 422i facing the most upstream portion 451a in the air flow direction in the oxidant gas flow channel A plurality of hydrogen supply flow path forming portions 432ap3 are provided. In the present embodiment, the hydrogen supply flow path forming portions 432ap1 and 432ap4 correspond to the first fuel gas flow path forming portion in [Means for Solving the Problems]. The hydrogen supply flow path forming portions 432ap1 and 432ap3 correspond to the second fuel gas flow path forming portion in [Means for Solving the Problems].

図６（ｄ）は、第２中間プレート４３ｂの平面図である。図中の破線で囲った領域は、ＭＥＡユニットにおけるＭＥＡ部４５１に対応する領域を表している。   FIG. 6D is a plan view of the second intermediate plate 43b. A region surrounded by a broken line in the drawing represents a region corresponding to the MEA unit 451 in the MEA unit.

図示するように、第２中間プレート４３ｂには、水素供給用貫通孔４３２ｂと、空気供給用貫通孔４３４ｂａと、空気排出用貫通孔４３４ｂｂと、冷却水供給用貫通孔４３６ｂａと、冷却水排出用貫通孔４３６ｂｂとが形成されている。水素供給用貫通孔４３２ｂと、空気供給用貫通孔４３４ｂａと、空気排出用貫通孔４３４ｂｂと、冷却水供給用貫通孔４３６ｂａと、冷却水排出用貫通孔４３６ｂｂとは、アノード対向プレート４２Ａや、カソード対向プレート４４Ａと同様に、ほぼ矩形であるものとした。   As shown in the drawing, the second intermediate plate 43b includes a hydrogen supply through hole 432b, an air supply through hole 434ba, an air discharge through hole 434bb, a cooling water supply through hole 436ba, and a cooling water discharge. A through hole 436bb is formed. The hydrogen supply through hole 432b, the air supply through hole 434ba, the air discharge through hole 434bb, the cooling water supply through hole 436ba, and the cooling water discharge through hole 436bb include the anode facing plate 42A and the cathode. Similar to the counter plate 44A, it is substantially rectangular.

空気供給用貫通孔４３４ｂａには、空気供給用貫通孔４３４ｂａからカソード対向プレート４４Ａに形成された複数の空気供給口４４４ｉに、それぞれ空気を流すための流路を形成する複数の空気供給用流路形成部４３４ｐｉが設けられている。また、空気排出用貫通孔４３４ｂｂには、カソード対向プレート４４Ａに形成された複数の空気排出口４４４ｏから空気排出用貫通孔４３４ｂｂにカソードオフガスを流すための流路を形成する複数の空気排出用流路形成部４３４ｐｏが設けられている。   In the air supply through hole 434ba, a plurality of air supply flow paths forming flow paths for flowing air from the air supply through hole 434ba to the plurality of air supply ports 444i formed in the cathode facing plate 44A, respectively. A formation portion 434pi is provided. The air discharge through hole 434bb has a plurality of air discharge flows that form a flow path for flowing the cathode off gas from the plurality of air discharge ports 444o formed in the cathode facing plate 44A to the air discharge through hole 434bb. A path forming part 434po is provided.

また、第２中間プレート４３ｂには、冷却水供給用貫通孔４３６ｂａから冷却水排出用貫通孔４３６ｂｂに冷却水を流すための流路を形成する冷却水流路形成部４３６ｐが形成されている。この冷却水流路形成部４３６ｐは、冷却水が、第１中間プレート４３ａに形成された複数の水素供給用流路形成部４３２ａｐ３、および、水素供給用流路形成部４３２ｐ４の間の領域に対向する部位を蛇行して流れるように形成されている。   The second intermediate plate 43b is formed with a cooling water flow path forming portion 436p that forms a flow path for flowing cooling water from the cooling water supply through hole 436ba to the cooling water discharge through hole 436bb. In the cooling water flow path forming portion 436p, the cooling water faces a region between the plurality of hydrogen supply flow path forming portions 432ap3 formed in the first intermediate plate 43a and the hydrogen supply flow path forming portion 432p4. It is formed so as to meander through the part and flow.

図７は、第２実施例におけるセパレータ４１Ａの平面図である。セパレータ４１Ａは、アノード対向プレート４２Ａと、第１中間プレート４３ａと、第２中間プレート４３ｂと、カソード対向プレート４４Ａとを接合することによって形成されている。ここでは、アノード対向プレート４２Ａ側から見た様子を示した。   FIG. 7 is a plan view of the separator 41A in the second embodiment. The separator 41A is formed by joining the anode facing plate 42A, the first intermediate plate 43a, the second intermediate plate 43b, and the cathode facing plate 44A. Here, the state seen from the anode facing plate 42A side is shown.

図から分かるように、アノード対向プレート４２Ａと、第１中間プレート４３ａと、第２中間プレート４３ｂと、カソード対向プレート４４Ａにおいて、水素供給用貫通孔４２２と、水素供給用貫通孔４３２ａと、水素供給用貫通孔４３２ｂと、水素供給用貫通孔４４２とは、互いに同一形状であり、それぞれ同じ位置に形成されている。また、空気供給用貫通孔４２４ａと、空気供給用貫通孔４３４ａａと、空気供給用貫通孔４３４ｂａと、空気供給用貫通孔４４４ａも、互いに同一形状であり、それぞれ同じ位置に形成されている。また、空気排出用貫通孔４２４ｂと、空気排出用貫通孔４３４ａｂと、空気排出用貫通孔４３４ｂｂと、空気排出用貫通孔４４４ｂも、互いに同一形状であり、それぞれ同じ位置に形成されている。また、冷却水供給用貫通孔４２６ａと、冷却水供給用貫通孔４３６ａａと、冷却水供給用貫通孔４３６ｂａと、冷却水供給用貫通孔４４６ａも、互いに同一形状であり、それぞれ同じ位置に形成されている。また、冷却水排出用貫通孔４２６ｂと、冷却水排出用貫通孔４３６ａｂと、冷却水排出用貫通孔４３６ｂｂと、冷却水排出用貫通孔４４６ｂも、互いに同一形状であり、それぞれ同じ位置に形成されている。   As can be seen from the drawing, in the anode facing plate 42A, the first intermediate plate 43a, the second intermediate plate 43b, and the cathode facing plate 44A, the hydrogen supply through hole 422, the hydrogen supply through hole 432a, and the hydrogen supply The through hole 432b and the hydrogen supply through hole 442 have the same shape, and are formed at the same position. Also, the air supply through hole 424a, the air supply through hole 434aa, the air supply through hole 434ba, and the air supply through hole 444a have the same shape and are formed at the same position. Also, the air discharge through hole 424b, the air discharge through hole 434ab, the air discharge through hole 434bb, and the air discharge through hole 444b have the same shape and are formed at the same positions. Also, the cooling water supply through-hole 426a, the cooling water supply through-hole 436aa, the cooling water supply through-hole 436ba, and the cooling water supply through-hole 446a have the same shape and are formed at the same positions. ing. Also, the cooling water discharge through hole 426b, the cooling water discharge through hole 436ab, the cooling water discharge through hole 436bb, and the cooling water discharge through hole 446b have the same shape and are formed at the same positions. ing.

また、アノード対向プレート４２Ａにおける開口部４２２ｏ１，４２２ｏ２は、それぞれ、第１中間プレート４３ａにおける水素供給用流路形成部４３２ａｐ１、および、水素供給用流路形成部４３２ｐ４の一部と重なるように形成されている。   Further, the openings 422o1 and 422o2 in the anode facing plate 42A are formed so as to overlap with part of the hydrogen supply flow path forming part 432ap1 and the hydrogen supply flow path forming part 432p4 in the first intermediate plate 43a, respectively. ing.

以上説明したセパレータ４１Ａを用いた第２実施例の燃料電池モジュールでは、空気、水素、冷却水は、それぞれ、以下に説明するように流れる。   In the fuel cell module of the second embodiment using the separator 41A described above, air, hydrogen, and cooling water each flow as described below.

空気は、第２実施例の燃料電池モジュールにおいて、アノード対向プレート４２Ａにおける空気供給用貫通孔４２４ａ、第１中間プレート４３ａにおける空気供給用貫通孔４３４ａａ、第２中間プレート４３ｂにおける空気供給用貫通孔４３４ｂａ、カソード対向プレート４４Ａにおける空気供給用貫通孔４４４ａ、ＭＥＡユニットにおける空気供給用貫通孔４５４ａを流れる。そして、この空気は、第２中間プレート４３ｂにおける空気供給用貫通孔４３４ｂａから分岐して、空気供給用流路形成部４３４ｐｉを通り、カソード対向プレート４４Ａにおける空気供給口４４４ｉから、金属多孔体層４９の表面に対して垂直な方向に供給される。そして、この空気は、金属多孔体層４９、および、カソード側拡散層４８ｃ中を拡散しつつ流れ、カソードオフガスは、カソード対向プレート４４Ａにおける空気排出口４４４ｏから、金属多孔体層４９の表面に対して垂直な方向に排出される。そして、このカソードオフガスは、第２中間プレート４３ｂにおける空気排出用流路形成部４３４ｐｏ、第１中間プレート４３ａにおける空気排出用貫通孔４３４ａｂ、アノード対向プレート４２における空気排出用貫通孔４２４ｂ、ＭＥＡユニットにおける空気排出用貫通孔４５４ｂ等を通って、外部に排出される。   In the fuel cell module of the second embodiment, air is supplied through the air supply through hole 424a in the anode facing plate 42A, the air supply through hole 434aa in the first intermediate plate 43a, and the air supply through hole 434ba in the second intermediate plate 43b. The air supply through-hole 444a in the cathode facing plate 44A and the air supply through-hole 454a in the MEA unit flow. Then, this air branches from the air supply through-hole 434ba in the second intermediate plate 43b, passes through the air supply flow path forming portion 434pi, and from the air supply port 444i in the cathode facing plate 44A, to the metal porous body layer 49. Supplied in a direction perpendicular to the surface of the substrate. The air flows while diffusing in the metal porous body layer 49 and the cathode side diffusion layer 48c, and the cathode off-gas flows from the air discharge port 444o in the cathode facing plate 44A to the surface of the metal porous body layer 49. In the vertical direction. The cathode off-gas is supplied to the air discharge channel forming portion 434po in the second intermediate plate 43b, the air discharge through hole 434ab in the first intermediate plate 43a, the air discharge through hole 424b in the anode facing plate 42, and the MEA unit. The air is discharged to the outside through the air discharge through hole 454b and the like.

また、水素は、第２実施例の燃料電池モジュールにおいて、アノード対向プレート４２Ａにおける水素供給用貫通孔４２２、第１中間プレート４３ａにおける水素供給用貫通孔４３２ａ、第２中間プレート４３ｂにおける水素供給用貫通孔４３２ｂ、カソード対向プレート４４Ａにおける水素供給用貫通孔４４２、ＭＥＡユニットにおける水素供給用貫通孔４５２を流れる。そして、この水素は、第１中間プレート４３ａにおける水素供給用貫通孔４３２ａから分岐して、水素供給用流路形成部４３２ａｐ１を通り、アノード対向プレート４２Ａにおいて、酸化剤ガス流路における空気の流れ方向の最下流部４５１ｂと対向する部位に形成された開口部４２２ｏ１，４２２ｏ２に導入される。これらの開口部４２２ｏ１，４２２ｏ２では、導入された水素がＭＥＡ部４５１と接触して、電解質膜４６を介してカソード側からアノード側に透過した水分が、導入された水素中に取り込まれる。そして、開口部４２２ｏ１，４４２ｏ２から取り込まれた水分を含む水素は、水素供給用流路形成部４３２ｐ４に流れ、アノード対向プレート４２において、酸化剤ガス流路における空気の流れ方向の最上流部４５１ａと対向する部位に配置された複数の複数の水素供給口４２２ｉから、アノード側拡散層４８ａの表面に分散して供給される。   In the fuel cell module of the second embodiment, hydrogen is supplied through the hydrogen supply through hole 422 in the anode facing plate 42A, the hydrogen supply through hole 432a in the first intermediate plate 43a, and the hydrogen supply through hole in the second intermediate plate 43b. It flows through the hole 432b, the hydrogen supply through hole 442 in the cathode facing plate 44A, and the hydrogen supply through hole 452 in the MEA unit. The hydrogen branches from the hydrogen supply through-hole 432a in the first intermediate plate 43a, passes through the hydrogen supply flow path forming portion 432ap1, and flows in the oxidant gas flow path in the oxidant gas flow path in the anode facing plate 42A. Are introduced into openings 422o1 and 422o2 formed at a portion facing the most downstream portion 451b. In these openings 422o1 and 422o2, the introduced hydrogen comes into contact with the MEA portion 451, and moisture that has permeated from the cathode side to the anode side through the electrolyte membrane 46 is taken into the introduced hydrogen. Then, the hydrogen containing moisture taken in from the openings 422o1 and 442o2 flows into the hydrogen supply flow path forming part 432p4, and in the anode facing plate 42, the most upstream part 451a in the air flow direction in the oxidant gas flow path and The plurality of hydrogen supply ports 422i arranged at the opposing portions are distributed and supplied to the surface of the anode side diffusion layer 48a.

また、第１中間プレート４３ａにおける水素供給用貫通孔４３２ａから分岐して、水素供給用流路形成部４３２ａｐ１に流入した水素は、複数の水素供給用流路形成部４３２ａｐ３を通り、アノード対向プレート４２Ａに形成された複数の水素供給口４２２ｉのうちの、酸化剤ガス流路における空気の流れ方向の最上流部４５１ａと対向する部位に配置された水素供給口４２２ｉ以外の複数の水素供給口４２２ｉに導かれ、これらの水素供給口４２２ｉから、アノード側拡散層４８ａの表面に分散して供給される。   Further, the hydrogen branched from the hydrogen supply through-hole 432a in the first intermediate plate 43a and flowing into the hydrogen supply flow path forming portion 432ap1 passes through the plurality of hydrogen supply flow path forming portions 432ap3, and the anode facing plate 42A. Among the plurality of hydrogen supply ports 422i formed in the oxidant gas flow path, a plurality of hydrogen supply ports 422i other than the hydrogen supply port 422i disposed at a portion facing the most upstream portion 451a in the air flow direction in the oxidant gas flow path Then, these hydrogen supply ports 422i are distributed and supplied to the surface of the anode side diffusion layer 48a.

また、冷却水は、アノード対向プレート４２Ａにおける冷却水供給用貫通孔４２６ａ、第１中間プレート４３ａにおける冷却水供給用貫通孔４３６ａａ、第２中間プレート４３ｂにおける冷却水供給用貫通孔４３６ｂａ、カソード対向プレート４４Ａにおける冷却水供給用貫通孔４４６ａ、ＭＥＡユニットにおける冷却水供給用貫通孔４５６ａを流れる。そして、この冷却水は、第２中間プレート４３ｂにおける冷却水供給用貫通孔４３６ｂａから分岐して、冷却水流路形成部４３６ｐを通り、冷却水排出用貫通孔４３６ｂｂ等から、外部に排出される。   Further, the cooling water includes a cooling water supply through hole 426a in the anode facing plate 42A, a cooling water supply through hole 436aa in the first intermediate plate 43a, a cooling water supply through hole 436ba in the second intermediate plate 43b, and a cathode facing plate. The cooling water supply through-hole 446a in 44A and the cooling water supply through-hole 456a in the MEA unit flow. The cooling water branches from the cooling water supply through hole 436ba in the second intermediate plate 43b, passes through the cooling water flow path forming part 436p, and is discharged to the outside through the cooling water discharge through hole 436bb and the like.

以上説明した第２実施例の燃料電池スタックによっても、第１実施例の燃料電池スタック１００と同様に、アノード対向プレート４２Ａにほぼ等間隔に配置され複数の水素供給口４２２ｉから、発電を行うＭＥＡ部４５１のアノードの表面に対して垂直な方向から、アノードのほぼ全面に二次元的に分散させて水素を供給することができる。そして、この際に、電解質膜４６を介してカソード側からアノード側に透過した水分を、アノード対向プレート４２Ａに形成された開口部４２２ｏ１，４２２ｏ２から水素中に取り込んで、この水分を含む水素を、複数の水素供給口４２２ｉに導くことができる。したがって、電解質膜４６の自己加湿を行うことができる。この結果、電解質膜４６の乾燥による燃料電池スタックの発電能力の低下を抑制することができる。   Also in the fuel cell stack of the second embodiment described above, like the fuel cell stack 100 of the first embodiment, the MEA that generates electric power from the plurality of hydrogen supply ports 422i that are arranged at substantially equal intervals on the anode facing plate 42A. Hydrogen can be supplied by being two-dimensionally dispersed over almost the entire surface of the anode from a direction perpendicular to the anode surface of the portion 451. At this time, moisture permeated from the cathode side to the anode side through the electrolyte membrane 46 is taken into hydrogen from the openings 422o1 and 422o2 formed in the anode facing plate 42A, and the hydrogen containing the moisture is taken. It can lead to a plurality of hydrogen supply ports 422i. Therefore, the electrolyte membrane 46 can be self-humidified. As a result, it is possible to suppress a decrease in power generation capacity of the fuel cell stack due to drying of the electrolyte membrane 46.

また、第２実施例の燃料電池スタックでは、アノード対向プレート４２Ａにおいて、開口部４２２ｏ１，４２２ｏ２を通過して水分を含んだ水素を、酸化剤ガス流路における酸化剤ガスの流れ方向の最上流部４５１ａと対向する部位、すなわち、電解質膜４６の比較的乾燥しやすい部位に配置された水素供給口４２２ｉのみに導き、これら以外の、電解質膜４６の比較的乾燥しにくい部位に配置された複数の水素供給口４２２ｉには導かない。したがって、電解質膜４６の乾燥しやすい部位を、水分を含む水素を用いて、集中的に加湿することができる。   Further, in the fuel cell stack of the second embodiment, in the anode facing plate 42A, the hydrogen containing water passing through the openings 422o1 and 422o2 is converted into the most upstream portion in the oxidant gas flow direction in the oxidant gas flow path. Only a hydrogen supply port 422i disposed at a portion facing 451a, that is, a portion where the electrolyte membrane 46 is relatively easy to dry, and a plurality of other portions disposed at portions where the electrolyte membrane 46 is relatively difficult to dry. It does not guide to the hydrogen supply port 422i. Therefore, the portion of the electrolyte membrane 46 that is easily dried can be intensively humidified using hydrogen containing moisture.

Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。 C. Variation:
As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, and implementation in a various aspect is possible within the range which does not deviate from the summary. It is. For example, the following modifications are possible.

Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、燃料電池システム１０００は、燃料電池スタック１００のアノードに供給された水素を、発電を行うためにすべて消費するタイプのシステムであるものとしたが、本発明は、これに限られない。燃料電池システム１０００に、さらに、アノードオフガスを外部に排出するための排出配管等を備えるようにしてもよい。この場合、燃料電池スタック１００内に、さらに、アノードオフガスが流れる流路を設けるようにすればよい。 C1. Modification 1:
In the above embodiment, the fuel cell system 1000 is a type of system that consumes all of the hydrogen supplied to the anode of the fuel cell stack 100 to generate power, but the present invention is not limited to this. Absent. The fuel cell system 1000 may further include a discharge pipe for discharging the anode off gas to the outside. In this case, a flow path in which the anode off gas flows may be further provided in the fuel cell stack 100.

Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、例えば、アノード対向プレート４２において、開口部４２２ｏは、酸化剤ガス流路における空気の流れ方向の最下流部４５１ｂと対向する部位に形成されているものとしたが、本発明は、これに限られない。アノード対向プレート４２において、開口部４２２ｏを、電解質膜４６を介してカソード側からアノード側に透過した水分を水素中に取り込み可能な他の部位に形成するようにしてもよい。 C2. Modification 2:
In the above embodiment, for example, in the anode facing plate 42, the opening 422o is formed at a portion facing the most downstream portion 451b in the air flow direction in the oxidant gas flow path. Not limited to this. In the anode facing plate 42, the opening 422 o may be formed in another portion where moisture that has permeated from the cathode side to the anode side through the electrolyte membrane 46 can be taken into hydrogen.

Ｃ３．変形例３：
上記第１実施例では、中間プレート４３は、開口部４２２ｏと対向する部位に、セパレータ４１の厚さ方向に水素流路を狭窄する狭窄部４３２ｎを備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。中間プレート４３が、狭窄部４３２ｎを備えないものとしてもよい。これは、中間プレート４３において（図２参照）、水素供給用流路形成部４３２ｐ１と、水素供給用流路形成部４３２ｐ２とが分離されていない構成である。 C3. Modification 3:
In the first embodiment, the intermediate plate 43 is provided with the constricted portion 432n for constricting the hydrogen flow path in the thickness direction of the separator 41 at the portion facing the opening 422o. Not limited. The intermediate plate 43 may not include the narrowed portion 432n. This is a configuration in which the hydrogen supply flow path forming portion 432p1 and the hydrogen supply flow path forming portion 432p2 are not separated in the intermediate plate 43 (see FIG. 2).

Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、ＭＥＡユニット４５におけるＭＥＡ部４５１は、発電部４５１ｇと、非発電部４５１ｎと、を備えており、例えば、アノード対向プレート４２において、開口部４２２ｏは、非発電部４５１ｎと対向する部位に形成されているものとしたが、本発明は、これに限られない。ＭＥＡ部４５１が、非発電部４５１ｎを備えず、ほぼ全面が発電部４５１ｇであるものとし、アノード対向プレート４２において、発電部４５１ｇと対向する部位に開口部４２２ｏを形成するようにしてもよい。 C4. Modification 4:
In the above embodiment, the MEA unit 451 in the MEA unit 45 includes the power generation unit 451g and the non-power generation unit 451n. For example, in the anode facing plate 42, the opening 422o faces the non-power generation unit 451n. However, the present invention is not limited to this. The MEA unit 451 may not include the non-power generation unit 451n, and the entire surface may be the power generation unit 451g, and the opening 422o may be formed in a portion of the anode facing plate 42 that faces the power generation unit 451g.

Ｃ５．変形例５：
上記実施例では、燃料電池モジュール４０において、ＭＥＡユニット４５におけるＭＥＡ部４５１のカソード側拡散層４８ｃ側の表面には、ＭＥＡユニット４５と、セパレータ４１とを積層させたときに、カソード側拡散層４８ｃ、および、セパレータ４１のカソード対向プレート４４と当接するように、金属多孔体層４９が配置されているものとしたが、本発明は、これに限られない。金属多孔体層４９を省略するようにしてもよい。また、ＭＥＡユニット４５におけるＭＥＡ部４５１のアノード側拡散層４８ａの表面に、カソード側と同様に、金属多孔体層を配置するようにしてもよい。 C5. Modification 5:
In the above embodiment, in the fuel cell module 40, when the MEA unit 45 and the separator 41 are laminated on the surface of the MEA unit 451 in the MEA unit 45 on the cathode side diffusion layer 48c side, the cathode side diffusion layer 48c. Although the porous metal layer 49 is disposed so as to be in contact with the cathode facing plate 44 of the separator 41, the present invention is not limited to this. The metal porous body layer 49 may be omitted. In addition, a metal porous body layer may be arranged on the surface of the anode side diffusion layer 48a of the MEA unit 451 in the MEA unit 45 in the same manner as the cathode side.

１０００…燃料電池システム
１００…燃料電池スタック
１０ａ，１０ｂ…エンドプレート
２０ａ，２０ｂ…絶縁板
３０ａ，３０ｂ…集電板
４０…燃料電池モジュール
４１，４１Ａ…セパレータ
４２，４２Ａ…アノード対向プレート
４２２，４２２ａ…水素供給用貫通孔
４２２ｉ…水素供給口
４２４ａ…空気供給用貫通孔
４２４ｂ…空気排出用貫通孔
４２６ａ…冷却水供給用貫通孔
４２６ｂ…冷却水排出用貫通孔
４３…中間プレート
４３ａ…第１中間プレート
４３ｂ…第２中間プレート
４３２，４３２ａ，４３２ｂ…水素供給用貫通孔
４３２ｐ１，４３２ｐ２，４３２ｐ３，４３２ｐ４，４３２ａｐ１，４３２ａｐ４…水素供給用流路形成部
４３４ａ，４３４ａａ，４３４ｂａ…空気供給用貫通孔
４３４ｂ，４３４ａｂ，４３４ｂｂ…空気排出用貫通孔
４３４ｐｉ…空気供給用流路形成部
４３４ｐｏ…空気排出用流路形成部
４３６ａ，４３６ａａ，４３６ｂａ…冷却水供給用貫通孔
４３６ｂ，４３６ａｂ，４３６ｂｂ…冷却水排出用貫通孔
４３６ｐ…冷却水流路形成部
４４，４４Ａ…カソード対向プレート
４４２…水素供給用貫通孔
４４４ａ…空気供給用貫通孔
４４４ｂ…空気排出用貫通孔
４４４ｉ…空気供給口
４４４ｏ…空気排出口
４４６ａ…冷却水供給用貫通孔
４４６ｂ…冷却水排出用貫通孔
４５…ＭＥＡユニット
４５１…ＭＥＡ部
４５１ｇ…発電部
４５１ｎ…非発電部
４５１ａ…酸化剤ガスの流れ方向の最上流部
４５１ｂ…酸化剤ガスの流れ方向の最下流部
４５２…水素供給用貫通孔
４５４ａ…空気供給用貫通孔
４５４ｂ…空気排出用貫通孔
４５６ａ…冷却水供給用貫通孔
４５６ｂ…冷却水排出用貫通孔
４６…電解質膜
４７ａ…アノード側触媒層
４７ｃ…カソード側触媒層
４８ａ…アノード側拡散層
４８ｃ…カソード側拡散層
４９…金属多孔体層
５０…水素タンク
５１…シャットバルブ
５２…レギュレータ
５３…配管
６０…コンプレッサ
６１，６２…配管
７０…ポンプ
７１…ラジエータ
７２…配管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1000 ... Fuel cell system 100 ... Fuel cell stack 10a, 10b ... End plate 20a, 20b ... Insulating plate 30a, 30b ... Current collecting plate 40 ... Fuel cell module 41, 41A ... Separator 42, 42A ... Anode opposing plate 422, 422a ... Hydrogen supply through-hole 422i ... Hydrogen supply port 424a ... Air supply through-hole 424b ... Air discharge through-hole 426a ... Cooling water supply through-hole 426b ... Cooling water discharge through-hole 43 ... Intermediate plate 43a ... First intermediate plate 43b: Second intermediate plate 432, 432a, 432b ... Hydrogen supply through-hole 432p1, 432p2, 432p3, 432p4, 432ap1, 432ap4 ... Hydrogen supply flow path forming portion 434a, 434aa, 434ba ... Air supply through-hole 434b, 434ab 434 b ... Air discharge through hole 434pi ... Air supply flow path forming section 434po ... Air discharge flow path forming section 436a, 436aa, 436ba ... Cooling water supply through holes 436b, 436ab, 436bb ... Cooling water discharge through holes 436p ... Cooling water flow path forming part 44, 44A ... Cathode facing plate 442 ... Hydrogen supply through hole 444a ... Air supply through hole 444b ... Air discharge through hole 444i ... Air supply port 444o ... Air discharge port 446a ... Cooling water supply use Through hole 446b ... Cooling water discharge through hole 45 ... MEA unit 451 ... MEA part 451g ... Power generation part 451n ... Non-power generation part 451a ... Most upstream part in flow direction of oxidant gas 451b ... Most downstream in flow direction of oxidant gas Part 452 ... Hydrogen supply through-hole 454a ... Air supply through-hole 454b ... Air discharge through-hole 45 a ... cooling water supply through-hole 456b ... cooling water discharge through-hole 46 ... electrolyte membrane 47a ... anode side catalyst layer 47c ... cathode side catalyst layer 48a ... anode side diffusion layer 48c ... cathode side diffusion layer 49 ... metal porous body layer DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Hydrogen tank 51 ... Shut valve 52 ... Regulator 53 ... Piping 60 ... Compressor 61, 62 ... Piping 70 ... Pump 71 ... Radiator 72 ... Piping

Claims (9)

固体高分子からなる電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを配置した積層体を、セパレータを介在させて、複数積層させた燃料電池スタックであって、
前記セパレータは、
第１の前記積層体のアノードに対向するアノード対向プレートと、
前記セパレータを挟んで前記第１の積層体と互いに隣り合う第２の前記積層体のカソードに対向するカソード対向プレートと、
前記アノード対向プレートと、前記カソード対向プレートとによって挟持される中間プレートと、を備え、
前記アノード対向プレートは、
前記アノード対向プレートの厚さ方向に貫通する複数の燃料ガス供給口であって、前記アノード対向プレートのプレート面について二次元的に分散させて配置され、燃料ガスを前記アノードの表面に供給するための複数の燃料ガス供給口と、
前記アノード対向プレートの厚さ方向に貫通する開口部であって、前記中間プレートから導入された燃料ガスを、前記積層体に接触させるための開口部と、を備え、
前記中間プレートは、
前記アノード対向プレートと、前記カソード対向プレートとによって挟持されることによって、前記開口部に燃料ガスを導入するとともに、前記開口部において前記積層体に接触した燃料ガスを、前記複数の燃料ガス供給口のうちの少なくとも一部に導くための第１の燃料ガス流路を形成する第１の燃料ガス流路形成部を備える、
燃料電池スタック。 A fuel cell stack in which a plurality of laminated bodies each having an anode and a cathode arranged on both surfaces of an electrolyte membrane made of a solid polymer are laminated with a separator interposed therebetween,
The separator is
An anode facing plate facing the anode of the first laminate;
A cathode facing plate facing the cathode of the second laminate adjacent to the first laminate with the separator in between;
An intermediate plate sandwiched between the anode facing plate and the cathode facing plate;
The anode facing plate is
A plurality of fuel gas supply ports penetrating in the thickness direction of the anode facing plate, arranged in a two-dimensional manner with respect to the plate surface of the anode facing plate, and for supplying fuel gas to the surface of the anode A plurality of fuel gas supply ports,
An opening penetrating in the thickness direction of the anode facing plate, the fuel gas introduced from the intermediate plate, and an opening for contacting the laminate,
The intermediate plate is
The fuel gas is introduced into the opening by being sandwiched between the anode facing plate and the cathode facing plate, and the fuel gas in contact with the stacked body in the opening is supplied to the plurality of fuel gas supply ports. A first fuel gas flow path forming portion that forms a first fuel gas flow path for leading to at least a part of
Fuel cell stack. 請求項１記載の燃料電池スタックであって、
前記アノードに供給された前記燃料ガスを、前記アノードの外部に排出することなく、発電を行うことを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1, wherein
A fuel cell stack, wherein power generation is performed without discharging the fuel gas supplied to the anode to the outside of the anode. 請求項１または２記載の燃料電池スタックであって、
前記カソードの表面に沿って、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路を備え、
前記アノード対向プレートにおいて、前記開口部は、前記酸化剤ガス流路における前記酸化剤ガスの流れ方向の最下流部と対向する部位に形成されている、
燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1 or 2,
An oxidant gas flow path for flowing an oxidant gas along the surface of the cathode;
In the anode facing plate, the opening is formed at a portion facing the most downstream portion in the flow direction of the oxidant gas in the oxidant gas flow path.
Fuel cell stack. 請求項３記載の燃料電池スタックであって、
前記中間プレートにおいて、前記第１の燃料ガス流路形成部は、前記積層体に接触した燃料ガスを、前記複数の燃料ガス供給口のうちの、前記酸化剤ガス流路における前記酸化剤ガスの流れ方向の最上流部と対向する部位に配置された燃料ガス供給口に導くように形成されている、
燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 3, wherein
In the intermediate plate, the first fuel gas flow path forming unit converts the fuel gas in contact with the stacked body to the oxidant gas flow path in the oxidant gas flow path among the plurality of fuel gas supply ports. It is formed so as to lead to a fuel gas supply port arranged at a portion facing the most upstream part in the flow direction,
Fuel cell stack. 請求項４記載の燃料電池スタックであって、
前記中間プレートにおいて、前記第１の燃料ガス流路形成部は、前記積層体に接触した燃料ガスを、前記複数の燃料ガス供給口のうちの、前記酸化剤ガス流路における前記酸化剤ガスの流れ方向の最上流部と対向する部位に配置された燃料ガス供給口のみに導くように形成されており、
前記中間プレートは、さらに、
前記アノード対向プレートと、前記カソード対向プレートとによって挟持されることによって、前記燃料ガスを、前記開口部に導入することなく、前記複数の燃料ガス供給口のうちの、前記酸化剤ガス流路における前記酸化剤ガスの流れ方向の最上流部と対向する部位に配置された燃料ガス供給口以外の複数の燃料ガス供給口に導くための第２の燃料ガス流路を形成する第２の燃料ガス流路形成部を備える、
燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 4, wherein
In the intermediate plate, the first fuel gas flow path forming unit converts the fuel gas in contact with the stacked body to the oxidant gas flow path in the oxidant gas flow path among the plurality of fuel gas supply ports. It is formed so as to lead only to the fuel gas supply port arranged at the part facing the most upstream part in the flow direction,
The intermediate plate further includes
By being sandwiched between the anode facing plate and the cathode facing plate, the fuel gas is introduced into the oxidant gas flow path of the plurality of fuel gas supply ports without introducing the fuel gas into the opening. Second fuel gas forming a second fuel gas flow path for leading to a plurality of fuel gas supply ports other than the fuel gas supply port disposed at a portion facing the most upstream portion in the flow direction of the oxidant gas Comprising a flow path forming section,
Fuel cell stack. 請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
前記中間プレートは、前記開口部と対向する部位に、前記セパレータの厚さ方向に前記第１の燃料ガス流路を狭窄する狭窄部を備える、
燃料電池スタック。 A fuel cell stack according to any one of claims 1 to 5,
The intermediate plate includes a constriction portion that constricts the first fuel gas flow channel in a thickness direction of the separator at a portion facing the opening.
Fuel cell stack. 請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
前記積層体は、
前記アノード、および、前記カソードが配置されている発電部と、
前記アノード、および、前記カソードの少なくとも一方が配置されていない非発電部と、を備えており、
前記アノード対向プレートにおいて、前記開口部は、前記非発電部と対向する部位に形成されている、
燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 6,
The laminate is
A power generation unit in which the anode and the cathode are disposed;
A non-power generation unit in which at least one of the anode and the cathode is not disposed,
In the anode facing plate, the opening is formed at a portion facing the non-power generating portion.
Fuel cell stack. 請求項１ないし７のいずれかに記載の燃料電池スタックであって、
前記積層体における少なくとも前記カソード側の面に、多孔体からなるガス拡散層を備える、
燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 7,
A gas diffusion layer made of a porous body is provided on at least the cathode side surface of the laminate.
Fuel cell stack. 固体高分子からなる電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを配置した積層体を、セパレータを介在させて、複数積層させた燃料電池スタックに用いられる前記セパレータであって、
第１の前記積層体のアノードに対向するアノード対向プレートと、
前記セパレータを挟んで前記第１の積層体と互いに隣り合う第２の前記積層体のカソードに対向するカソード対向プレートと、
前記アノード対向プレートと、前記カソード対向プレートとによって挟持される中間プレートと、を備え、
前記アノード対向プレートは、
前記アノード対向プレートの厚さ方向に貫通する複数の燃料ガス供給口であって、前記アノード対向プレートのプレート面について二次元的に分散させて配置され、燃料ガスを前記アノードの表面に供給するための複数の燃料ガス供給口と、
前記アノード対向プレートの厚さ方向に貫通する開口部であって、前記中間プレートから導入された燃料ガスを、前記積層体に接触させるための開口部と、を備え、
前記中間プレートは、
前記アノード対向プレートと、前記カソード対向プレートとによって挟持されることによって、前記開口部に燃料ガスを導入するとともに、前記開口部において前記積層体に接触した燃料ガスを、前記複数の燃料ガス供給口のうちの少なくとも一部に導くための第１の燃料ガス流路を形成する第１の燃料ガス流路形成部を備える、
セパレータ。 A separator used for a fuel cell stack in which a plurality of laminated bodies each having an anode and a cathode are disposed on both surfaces of an electrolyte membrane made of a solid polymer with a separator interposed therebetween,
An anode facing plate facing the anode of the first laminate;
A cathode facing plate facing the cathode of the second stacked body adjacent to the first stacked body with the separator in between;
An intermediate plate sandwiched between the anode facing plate and the cathode facing plate;
The anode facing plate is
A plurality of fuel gas supply ports penetrating in the thickness direction of the anode facing plate, arranged to be distributed two-dimensionally with respect to the plate surface of the anode facing plate, and for supplying fuel gas to the surface of the anode A plurality of fuel gas supply ports,
An opening penetrating in the thickness direction of the anode facing plate, the fuel gas introduced from the intermediate plate, and an opening for contacting the laminate,
The intermediate plate is
The fuel gas is introduced into the opening by being sandwiched between the anode facing plate and the cathode facing plate, and the fuel gas in contact with the stacked body in the opening is supplied to the plurality of fuel gas supply ports. Including a first fuel gas flow path forming portion that forms a first fuel gas flow path for leading to at least a part of
Separator.

Images