JP4842616B2 - Stacked fuel cell - Google Patents

Stacked fuel cell

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JP4842616B2 JP2005314865A JP2005314865A JP4842616B2 JP 4842616 B2 JP4842616 B2 JP 4842616B2 JP 2005314865 A JP2005314865 A JP 2005314865A JP 2005314865 A JP2005314865 A JP 2005314865A JP 4842616 B2 JP4842616 B2 JP 4842616B2
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Description

本発明は、積層形燃料電池に係り、特に固体高分子形燃料電池を複数個積層した積層形燃料電池に関する。   The present invention relates to a stacked fuel cell, and more particularly to a stacked fuel cell in which a plurality of polymer electrolyte fuel cells are stacked.

近年、固体高分子膜の電気化学的特性が向上したことにより、オンサイト型分散電源として家庭用固体高分子形燃料電池システムの実現が期待されるようになってきた。この家庭用燃料電池システムの商用化時には、従来の発電システムよりも高い発電効率、安全性、低コスト化が期待されている。家庭用燃料電池システムの発電効率向上のために、主要機器である固体高分子形燃料電池の効率向上も求められている。   In recent years, the improvement in the electrochemical characteristics of solid polymer membranes has led to the expectation of realization of a home-use solid polymer fuel cell system as an on-site distributed power source. At the time of commercialization of this household fuel cell system, higher power generation efficiency, safety and cost reduction are expected than conventional power generation systems. In order to improve the power generation efficiency of household fuel cell systems, there is also a need to improve the efficiency of polymer electrolyte fuel cells, which are major equipment.

固体高分子形燃料電池では、発電中に次の反応式で表される化学反応によって水が生成する。   In a polymer electrolyte fuel cell, water is generated by a chemical reaction represented by the following reaction formula during power generation.

アノード側 Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ−
カソード側 １／２Ｏ２ ＋ ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− → Ｈ２Ｏ
全反応 Ｈ２ ＋ １／２Ｏ２ → Ｈ２Ｏ
生成した水は、カソードから酸化剤ガス流路へ蒸気または水として流出する。また、アノードで凝縮した水は、アノードから燃料ガス流路へ、或いは、電解質膜内を浸透してカソードへ蒸気または水として流出する。 Anode side H 2 → 2H + + 2e −
Cathode 1 / 2O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O
Total reaction H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O
The produced water flows out as vapor or water from the cathode to the oxidant gas flow path. Further, the water condensed at the anode flows out from the anode to the fuel gas flow path, or permeates through the electrolyte membrane and flows out as vapor or water to the cathode.

燃料電池において、ガス流路に流出した水または流路内で凝縮した水は、自身以外の水滴と合流して流路を閉塞するおそれがある。   In a fuel cell, the water that has flowed out into the gas flow path or the water condensed in the flow path may join with water droplets other than itself and block the flow path.

また、酸化剤ガスや燃料ガスは蒸気を含んだ状態で燃料電池に供給されるため、その一部がマニホールド内で凝縮して、単位セルのガス流路に流入して流路を閉塞するおそれがある。   Further, since the oxidant gas and the fuel gas are supplied to the fuel cell in a state containing steam, a part of the oxidant gas and the fuel gas may condense in the manifold and flow into the gas flow path of the unit cell to block the flow path. There is.

凝縮水によるガス流路の閉塞により、各単位セルへ供給する反応ガスの流量配分に偏りが生じ、電池性能は低下する。   Due to the blockage of the gas flow path by the condensed water, the flow distribution of the reaction gas supplied to each unit cell is biased, and the battery performance is lowered.

このような背景から、単位セルの反応流路の途中に各単位セルを連結するマニホールドを配置することによって、各単位セルへの流量配分を均等にする燃料電池が提案されている(例えば、特許文献１，２参照)。   From such a background, a fuel cell that equalizes the flow distribution to each unit cell by arranging a manifold connecting the unit cells in the middle of the reaction flow path of the unit cell has been proposed (for example, a patent) References 1 and 2).

特開２０００−８２４８２号公報JP 2000-82482 A 特開２０００−１００４５８号公報JP 2000-1000045 A

従来技術のように、単位セルの反応流路の途中に各単位セルを連結するマニホールドを配置した場合には、単位セルの面内の凝縮水を除去して、各単位セルへの流量配分を均等にすることができ、燃料電池の性能低下を防ぐことができる。   When a manifold connecting each unit cell is arranged in the middle of the reaction flow path of the unit cell as in the prior art, the condensed water in the surface of the unit cell is removed, and the flow distribution to each unit cell is distributed. The fuel cell performance can be prevented from being lowered.

しかし、反応流路の途中に設置した各単位セルを連結するマニホールドに滞留した凝縮水が、再び単位セルのガス流路に流れ込んで、各単位セルへ供給する反応ガスの流量配分に偏りを生じさせ、電池性能が低下するおそれがある。   However, the condensed water staying in the manifold connecting each unit cell installed in the middle of the reaction flow channel flows again into the gas flow channel of the unit cell, and the flow distribution of the reaction gas supplied to each unit cell is biased. Battery performance may be reduced.

また、システム起動時、気温低下時などで燃料電池の温度が低く、配管での凝縮水が燃料電池に流れ込む場合には、マニホールドから単位セルのガス流路に凝縮水が流れ込み、前述のような理由で電池性能が低下するおそれがある。   In addition, when the temperature of the fuel cell is low when the system is started up or when the temperature is low, and condensed water in the piping flows into the fuel cell, the condensed water flows from the manifold into the gas flow path of the unit cell, as described above. For the reason, the battery performance may be deteriorated.

本発明の目的は、発電によって生成した水または水蒸気の凝縮水が単位セルの反応ガス流路内に流れ込んだ場合でも、素早く排水を行うことによって、発電効率が高く、安定した発電性能が得られるようにした積層形燃料電池を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide high power generation efficiency and stable power generation performance by quickly draining water even when water generated by power generation or condensed water vapor flows into the reaction gas flow path of a unit cell. An object of the present invention is to provide a stacked fuel cell.

本発明は、単位セル内のガス流路を複数に分割することにより、反応ガスの流路長を短縮し、反応ガス流路に凝縮水が流入した場合や、反応ガス流路内で凝縮水が生成した場合に、凝縮水の反応ガス流路内での滞留時間を短くすることにある。具体的には、電解質と一対の電極および２枚のガスセパレータによって単位セルを構成し、前記ガスセパレータに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するマニホールドを形成し、単位セルを積層して両端を締付板で締付けるようにした積層形燃料電池において、マニホールドを複数設置して単位セル内のガス流路を分割したことにある。   The present invention shortens the flow path length of the reaction gas by dividing the gas flow path in the unit cell into a plurality of cases, and when condensed water flows into the reaction gas flow path or in the reaction gas flow path Is to shorten the residence time in the reaction gas flow path of the condensed water. Specifically, a unit cell is constituted by an electrolyte, a pair of electrodes, and two gas separators, a manifold for supplying fuel gas and oxidant gas to the gas separator is formed, unit cells are stacked, and both ends are tightened. In the stacked fuel cell, which is fastened with an attached plate, a plurality of manifolds are installed to divide the gas flow path in the unit cell.

単位セル内のガス流路を複数に分割したことにより、反応ガスの流路長は分割数分だけ短縮される。したがって、反応ガス流路に凝縮水が流入した場合や、反応ガス流路内で凝縮水が生成した場合に、凝縮水の反応ガス流路内での滞留時間は短くなる。これにより、各単位セルへ供給する反応ガスの流量配分が均等になり、発電効率が向上し、発電出力が安定化する。   By dividing the gas flow path in the unit cell into a plurality of parts, the flow length of the reaction gas is reduced by the number of divisions. Therefore, when condensed water flows into the reaction gas channel or when condensed water is generated in the reaction gas channel, the residence time of the condensed water in the reaction gas channel is shortened. As a result, the flow rate distribution of the reaction gas supplied to each unit cell becomes uniform, the power generation efficiency is improved, and the power generation output is stabilized.

本発明による積層形燃料電池の実施形態を下記に示す。
（１）電解質と一対の電極および２枚のガスセパレータを含み、ガスセパレータに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するマニホールドが形成された単位セルを複数個積層して両端を締付板で締付ける構造の積層形燃料電池において、マニホールドを複数設置して単位セル内のガス流路を分割し、前記締付板にマニホールドを接続する流路を配置して単位セル内の分割された流路を直列に接続する。これにより、単位セル内の分割された流路を直列に接続することが可能となり、積層形燃料電池の構造を簡略化することができる
（２）電解質と一対の電極および２枚のガスセパレータを含み、ガスセパレータに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するマニホールドが形成された単位セルを複数個積層して両端を締付板で締付けるようにした積層形燃料電池において、マニホールドを複数設置して単位セル内のガス流路を分割し、凝縮水が滞留する出口側マニホールド間に凝縮水が流通する流路を設け、上流の出口側マニホールドに滞留した凝縮水を下流の出口側マニホールドへ排出する。これにより、上流の出口側マニホールドに滞留していた凝縮水を下流の出口側マニホールドに流通させることが可能になる。
（３）電解質と一対の電極および２枚のガスセパレータによって単位セルを構成し、ガスセパレータに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するマニホールドを設け、単位セルを複数個積層して両端を締付板で締付けるようにした積層形燃料電池において、マニホールドを複数設置して単位セル内のガス流路を分割し、前記締付板にマニホールドを接続する流路を設けて単位セル内の分割された流路を直列に接続し、直列に接続された流路の最終流路よりも一つ手前の出口側マニホールドに凝縮水を電池外部に排出する機構を設ける。これによって、各マニホールドの接続流路を反応ガスが流通した場合でも、反応ガスが排ガスラインに直接流れ込むことがないために、発電効率が向上し、発電出力が安定化するという効果が得られる。
（４）電解質と一対の電極および２枚のガスセパレータを含み、ガスセパレータに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するマニホールドが形成された単位セルを複数個積層して両端を締付板で締付けるようにした積層形燃料電池において、マニホールドを複数個設置して単位セル内のガス流路を分割し、出口側マニホールド間に凝縮水が流通する流路を設けて上流の出口側マニホールドに滞留した凝縮水が下流の出口側マニホールドへ排出されるようにし、前記凝縮水が流通する流路に気体の流れ込みを防止する機構を備える。これにより、凝縮水を流通する流路への気体の流れ込みを防止できる。 Embodiments of the stacked fuel cell according to the present invention will be described below.
(1) A structure including an electrolyte, a pair of electrodes, and two gas separators, in which a plurality of unit cells in which manifolds for supplying fuel gas and oxidant gas are formed are stacked, and both ends are clamped with a clamping plate In the stacked fuel cell, a plurality of manifolds are installed to divide a gas flow path in the unit cell, and a flow path for connecting the manifold to the fastening plate is arranged to connect the divided flow paths in the unit cell in series. Connect to. As a result, the divided flow paths in the unit cell can be connected in series, and the structure of the stacked fuel cell can be simplified. (2) An electrolyte, a pair of electrodes, and two gas separators In a stacked fuel cell that includes a plurality of unit cells each having a manifold for supplying fuel gas and oxidant gas to a gas separator and is clamped at both ends with a clamping plate, a plurality of manifolds are installed to form a unit. The gas flow path in the cell is divided, a flow path through which condensed water flows is provided between the outlet side manifolds where the condensed water stays, and the condensed water staying in the upstream outlet side manifold is discharged to the downstream outlet side manifold. As a result, the condensed water staying in the upstream outlet side manifold can be circulated to the downstream outlet side manifold.
(3) A unit cell is constituted by an electrolyte, a pair of electrodes and two gas separators, a manifold for supplying fuel gas and oxidant gas to the gas separator is provided, a plurality of unit cells are stacked, and both ends are clamped In the stacked fuel cell, which is tightened in step 2, a plurality of manifolds are installed to divide the gas flow path in the unit cell, and a flow path for connecting the manifold is provided on the clamping plate to provide a divided flow in the unit cell. A path is connected in series, and a mechanism for discharging condensed water to the outside of the battery is provided in the outlet side manifold just before the final flow path of the flow paths connected in series. Thereby, even when the reaction gas flows through the connection flow path of each manifold, since the reaction gas does not flow directly into the exhaust gas line, the power generation efficiency is improved and the power generation output is stabilized.
(4) A plurality of unit cells including an electrolyte, a pair of electrodes, and two gas separators, each having a manifold for supplying fuel gas and oxidant gas to the gas separator are stacked, and both ends are tightened with a clamping plate. In the stacked fuel cell, a plurality of manifolds are installed to divide the gas flow path in the unit cell, and a condensate stayed in the upstream outlet side manifold by providing a flow path for the condensed water to flow between the outlet side manifolds. A mechanism is provided for allowing water to be discharged to the downstream outlet manifold and preventing gas from flowing into the flow path through which the condensed water flows. Thereby, inflow of the gas to the flow path which distribute | circulates condensed water can be prevented.

なお、単位セル内の分割数は、反応ガス流量が多いものでは少なく、逆に反応ガス流量が少ないものでは多くすることが望ましい。反応ガスの流量に応じてガス流路の分割数を変えることによって、反応ガスの流速を制御し、流路の圧力損失を抑えることができる。また、反応ガスの流速を制御することにより、凝縮水の反応ガス流路内での滞留時間を短くでき、発電効率を向上し、発電出力が安定化するという効果がある。   Note that it is desirable that the number of divisions in the unit cell is small when the reaction gas flow rate is high, and conversely when the reaction gas flow rate is low. By changing the number of divisions of the gas flow path according to the flow rate of the reaction gas, the flow rate of the reaction gas can be controlled and the pressure loss of the flow path can be suppressed. Further, by controlling the flow rate of the reaction gas, it is possible to shorten the residence time in the reaction gas flow path of the condensed water, improve the power generation efficiency, and stabilize the power generation output.

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.

図１は、積層形燃料電池１０の構成を示している。本実施例の単位セルは、電解質膜１とそれを両側から挟むアノード２（燃料極）とカソード３（空気極）よりなる一対の電極、隣接する単位セル間を仕切るガスセパレータ５およびシール材４により構成されている。ガスセパレータ５の役割は、隣接するセルの酸化剤ガス(通常は空気が用いられる)と燃料ガスとを分離すると共に、セル間を電気的に接続することにある。ガスセパレータ５のアノード２側の面には燃料ガスを流すためのガス流路が形成され、カソード側の面には酸化剤ガスを流すためのガス流路が形成されている。シール材４は、燃料ガスと酸化剤ガスの積層電池外部への漏洩およびマニホールド内での混合を防止する役割をしている。   FIG. 1 shows the configuration of the stacked fuel cell 10. The unit cell of the present embodiment includes an electrolyte membrane 1 and a pair of electrodes composed of an anode 2 (fuel electrode) and a cathode 3 (air electrode) sandwiching the electrolyte membrane 1 from both sides, a gas separator 5 and a sealing material 4 partitioning adjacent unit cells. It is comprised by. The role of the gas separator 5 is to separate the oxidant gas (usually air is used) and fuel gas of adjacent cells and to electrically connect the cells. A gas flow path for flowing fuel gas is formed on the surface of the gas separator 5 on the anode 2 side, and a gas flow path for flowing oxidant gas is formed on the surface of the cathode side. The sealing material 4 serves to prevent leakage of fuel gas and oxidant gas to the outside of the laminated battery and mixing in the manifold.

本実施例では、単位セルまたは複数の単位セルを積層した積層体の冷却のために冷却水セパレータ７が配置されている。また、単位セル６と冷却水セパレータ７を複数積層し、積層体の両端に締付板９を配置して全体を締付けることにより積層形燃料電池１０を構成している。単位セル６に燃料ガスや酸化剤ガスを供給するため、および、冷却水セパレータ７に冷却水を供給するために、シール材４、ガスセパレータ５、冷却水セパレータ７および締付板９にはそれぞれマニホールド８が形成されている。   In the present embodiment, a cooling water separator 7 is disposed for cooling a unit cell or a laminated body in which a plurality of unit cells are stacked. A plurality of unit cells 6 and cooling water separators 7 are stacked, and clamping plates 9 are arranged at both ends of the stacked body to tighten the whole to constitute a stacked fuel cell 10. In order to supply fuel gas and oxidant gas to the unit cell 6 and to supply cooling water to the cooling water separator 7, the sealing material 4, the gas separator 5, the cooling water separator 7 and the clamping plate 9 are respectively A manifold 8 is formed.

図２はガスセパレータ５の構造を示したものである。図中の矢印はガスの流れ方向を示している。反応ガスは右上の入口側マニホールド８ａから供給され、中央下の出口側マニホールド８ｂに排出される。さらに、中央上の入口側マニホールド８ｃからも反応ガスは供給され、左下の出口側マニホールド８ｄに排出される。また、出口側マニホールド８ｂ，８ｄでは、凝縮水と反応ガスが分離される。このように単位セル内のガス流路を複数に分割することにより、反応ガスの流路長は分割数分だけ短縮される。したがって、反応ガス流路に凝縮水が流入した場合や、反応ガス流路内で凝縮水が生成した場合に、凝縮水の反応ガス流路内での滞留時間は短くなる。これにより、各単位セルへ供給する反応ガスの流量配分が均等になり、発電効率が向上し、発電出力が安定化する。   FIG. 2 shows the structure of the gas separator 5. The arrows in the figure indicate the gas flow direction. The reaction gas is supplied from the upper right inlet side manifold 8a and discharged to the lower central outlet side manifold 8b. Further, the reaction gas is also supplied from the upper inlet side manifold 8c and discharged to the lower left outlet side manifold 8d. Further, the condensed water and the reaction gas are separated in the outlet side manifolds 8b and 8d. By dividing the gas flow path in the unit cell in this way, the flow length of the reaction gas is reduced by the number of divisions. Therefore, when condensed water flows into the reaction gas channel or when condensed water is generated in the reaction gas channel, the residence time of the condensed water in the reaction gas channel is shortened. As a result, the flow rate distribution of the reaction gas supplied to each unit cell becomes uniform, the power generation efficiency is improved, and the power generation output is stabilized.

図３は締付板の構造を示したものである。図中の矢印はガスの流れ方向を示している。単位セル内で分割された流路を直列に接続するマニホールド接続ガス流路１１を、締付板９に設ける。これにより、単位セル内の分割された流路を直列に接続することが可能となり、実施例１を適用した積層形燃料電池を簡単な構造で実現することができる。   FIG. 3 shows the structure of the clamping plate. The arrows in the figure indicate the gas flow direction. The fastening plate 9 is provided with a manifold connection gas flow path 11 for connecting the flow paths divided in the unit cell in series. Thereby, the divided flow paths in the unit cell can be connected in series, and the stacked fuel cell to which Example 1 is applied can be realized with a simple structure.

なお、本実施例では締付板にマニホールド接続ガス流路を設けているが、締付板以外の部材にマニホールド接続ガス流路を設けるようにしてもよい。例えば、締付板とは別に、マニホールド接続ガス流路を形成した板を作って、締付板と単位セルの間、或いは、単セルの間に設置しても良い。   In this embodiment, the manifold connection gas flow path is provided in the clamping plate, but the manifold connection gas flow path may be provided in a member other than the clamping plate. For example, apart from the clamping plate, a plate in which a manifold connection gas flow path is formed may be made and installed between the clamping plate and the unit cell or between the single cells.

図４は、単位セル内の反応ガス流路の分割方法を示したものである。図中の矢印はガスの流れ方向を示している。単位セル内の分割数は、反応ガス流量が多いときには少なく、逆に反応ガス流量が少ないときには多くすることが望ましい。このように、反応ガスの流量に応じて分割数を変更し、流路の断面積を変えることによって、反応ガス流速を制御し、流路の圧力損失を抑えることができる。また、反応ガスの流速が制御できるため、凝縮水の反応ガス流路内での滞留時間を短くして、発電効率の向上し、発電出力の安定化を図ることができる。   FIG. 4 shows a method of dividing the reaction gas flow path in the unit cell. The arrows in the figure indicate the gas flow direction. It is desirable that the number of divisions in the unit cell be small when the reaction gas flow rate is large, and conversely when the reaction gas flow rate is small. Thus, by changing the number of divisions according to the flow rate of the reaction gas and changing the cross-sectional area of the flow path, the reaction gas flow rate can be controlled and the pressure loss of the flow path can be suppressed. Further, since the flow rate of the reaction gas can be controlled, the residence time in the reaction gas flow path of the condensed water can be shortened, the power generation efficiency can be improved, and the power generation output can be stabilized.

図５は締付板構造の別の例を示している。図中の矢印はガスの流れ方向を示している。単位セル内の分割された流路を直列に接続するマニホールド接続ガス流路１１により接続された凝縮水が滞留する出口側マニホールドに、上流の出口側マニホールドと下流の出口側マニホールドを接続する出口側マニホールド接続流路１２を設ける。これにより、上流の出口側マニホールドに滞留していた凝縮水を下流の出口側マニホールドに流通させることが可能になる。   FIG. 5 shows another example of the fastening plate structure. The arrows in the figure indicate the gas flow direction. The outlet side connecting the upstream outlet side manifold and the downstream outlet side manifold to the outlet side manifold where the condensed water stays connected by the manifold connecting gas flow path 11 that connects the divided flow paths in the unit cell in series. A manifold connection channel 12 is provided. As a result, the condensed water staying in the upstream outlet side manifold can be circulated to the downstream outlet side manifold.

また、図６に示すように、単位セル内で分割され、直列に接続された流路の最終流路よりも一つ手前にある出口側マニホールド８ｆには、電池外部に凝縮水を排出するための凝縮水排出ライン１３を設けることが望ましい。これによって、出口側マニホールド接続流路１２を反応ガスが流通した場合でも、反応ガスが排ガスライン１４に直接流れ込むことがないために、発電効率が向上し、発電出力が安定化するようになる。なお、入口側マニホールド８ｇから出口側マニホールド８ｆの間で生じた凝縮水は排ガスライン１４から直ちに排出できるため問題とならない。また、直列に接続された流路の最終流路よりも一つ手前にある出口側マニホールド８ｆに凝縮水排出ライン１３を設けることにより、配管ラインが簡略化される。   In addition, as shown in FIG. 6, the outlet side manifold 8f that is divided in the unit cell and is connected in series to the outlet-side manifold 8f is discharged to the outside of the battery. It is desirable to provide a condensed water discharge line 13. As a result, even when the reaction gas flows through the outlet side manifold connection channel 12, the reaction gas does not flow directly into the exhaust gas line 14, so that the power generation efficiency is improved and the power generation output is stabilized. In addition, since the condensed water produced between the inlet side manifold 8g and the outlet side manifold 8f can be immediately discharged from the exhaust gas line 14, there is no problem. Moreover, the piping line is simplified by providing the condensed water discharge line 13 in the outlet side manifold 8f which is one before the final flow path of the flow paths connected in series.

図７及び図８は、締付板９の出口側マニホールド間の凝縮水が流通する流路に、気体の流れ込みを防止する機構を設けたものである。図７において、上流の出口側マニホールド８ｂに凝縮水が滞留すると、出口側マニホールド８ｂと下流の出口側マニホールド８ｄとの圧力差、または、凝縮水が気体に同伴されて移動する際に生じる圧力損失によって、弁１５が矢印で示した凝縮水流れ方向に移動する。これにより、出口側マニホールド８ｂ内の凝縮水は出口側マニホールド８ｄに移動する。その後、出口側マニホールド８ｂの凝縮水が全て排出され、出口側マニホールド８ｂ中の気体が弁１５を通過し始める。このとき、凝縮水と気体の密度差により弁にかかる圧力の違いにより、弁１５はバネ１６によって引き付けられて閉じ、気体の流れ込みが防止される。   7 and 8 are provided with a mechanism for preventing the gas from flowing into the flow path through which the condensed water flows between the outlet side manifolds of the fastening plate 9. In FIG. 7, if condensed water stays in the upstream outlet side manifold 8b, the pressure difference between the outlet side manifold 8b and the downstream outlet side manifold 8d, or the pressure loss that occurs when the condensed water moves accompanying the gas. As a result, the valve 15 moves in the direction of the condensed water flow indicated by the arrow. Thereby, the condensed water in the outlet side manifold 8b moves to the outlet side manifold 8d. Thereafter, all the condensed water in the outlet side manifold 8 b is discharged, and the gas in the outlet side manifold 8 b starts to pass through the valve 15. At this time, due to the difference in pressure applied to the valve due to the density difference between the condensed water and the gas, the valve 15 is attracted and closed by the spring 16 to prevent the gas from flowing in.

図８では、上流の出口側マニホールド８ｂに凝縮水が滞留すると、出口側マニホールド８ｂ内の浮き子１７が上昇して、凝縮水が下流の出口側マニホールド８ｄに移動する。出口側マニホールド８ｂ内の凝縮水が排出されると、浮き子１７は出口側マニホールド８ｂ内の水位と同期して下降する。これにより、凝縮水に気体が流れ込むのが防止される。   In FIG. 8, when the condensed water stays in the upstream outlet side manifold 8b, the float 17 in the outlet side manifold 8b rises, and the condensed water moves to the downstream outlet side manifold 8d. When the condensed water in the outlet side manifold 8b is discharged, the float 17 descends in synchronization with the water level in the outlet side manifold 8b. This prevents gas from flowing into the condensed water.

積層形燃料電池の構成を示した展開斜視図である。It is the expansion | deployment perspective view which showed the structure of the laminated fuel cell. ガスセパレータの構造を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the gas separator. 締付板の構造を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the clamping board. 反応ガス流路の分割例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the example of a division | segmentation of a reactive gas flow path. 締付板構造の他の例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the other example of the clamping board structure. 締付板構造の別の実施例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed another Example of the clamping board structure. マニホールド間の凝縮水が流通する流路に気体の流れ込み防止機構を備えた例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example provided with the inflow prevention mechanism of gas in the flow path through which the condensed water between manifolds distribute | circulates. 気体の流れ込み防止機構を備えた別の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another example provided with the inflow prevention mechanism of gas.

符号の説明Explanation of symbols

１…電解質膜、２…アノード、３…カソード、４…シール材、５…ガスセパレータ、６…単位セル、７…冷却水セパレータ、８…マニホールド、８ａ…入口側マニホールド、８ｂ…出口側マニホールド、８ｃ…入口側マニホールド、８ｄ…出口側マニホールド、９…締付板、１０…積層形燃料電池、１１…マニホールド接続ガス流路、１２…出口側マニホールド接続流路、１３…凝縮水排出ライン、１４…排ガスライン、１５…弁、１６…バネ、１７…浮き子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolyte membrane, 2 ... Anode, 3 ... Cathode, 4 ... Sealing material, 5 ... Gas separator, 6 ... Unit cell, 7 ... Cooling water separator, 8 ... Manifold, 8a ... Inlet side manifold, 8b ... Outlet side manifold, 8c ... Inlet side manifold, 8d ... Outlet side manifold, 9 ... Clamping plate, 10 ... Stacked fuel cell, 11 ... Manifold connection gas passage, 12 ... Outlet side manifold connection passage, 13 ... Condensate discharge line, 14 ... exhaust gas line, 15 ... valve, 16 ... spring, 17 ... float.

Claims (6)

電解質と一対の電極および２枚のガスセパレータによって単位セルを構成し、前記ガスセパレータに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する入口側マニホールドと該燃料ガス及び酸化剤ガスを排出し、前記燃料ガス及び酸化剤ガスと凝縮水を分離する出口側マニホールドをそれぞれ複数設け、入口側マニホールドと出口側マニホールドからなる組を複数形成して単位セル内のガス流路を分割し、
前記単位セルを複数個積層した積層体の両端を締付板で締付けた積層形燃料電池であって、
前記ガスセパレータと対向する締付板又は前記締付板と単位セル或いは単位セルの間に設置した他の板状部材に、前記ガスセパレータの分割したガス流路を直列に接続するマニホールド接続ガス流路を形成し、
前記積層体の前記直列流路への燃料ガス及び酸化剤ガスの入口側を上流、前記積層体の直列流路からの燃料ガス及び酸化剤ガスの出口側を下流とした場合、
前記ガスセパレータに供給される燃料ガス及び酸化剤ガスの上流側の出口側マニホールドに滞留した凝縮水が前記ガスセパレータに供給される燃料ガス及び酸化剤ガスの下流側の出口側マニホールドへ排出されるように隣接する前記出口側マニホールド同士を接続する出口側マニホールド接続流路を前記締付板又は前記他の板状部材に形成し、前記凝縮水を前記積層体から排出することを特徴とする積層形燃料電池。 A unit cell is constituted by an electrolyte, a pair of electrodes, and two gas separators, an inlet side manifold that supplies fuel gas and oxidant gas to the gas separator, and the fuel gas and oxidant gas are discharged, and the fuel gas and A plurality of outlet side manifolds for separating the oxidant gas and the condensed water are provided, respectively, and a plurality of pairs of inlet side manifolds and outlet side manifolds are formed to divide the gas flow path in the unit cell,
A laminated fuel cell in which a plurality of the unit cells are laminated with both ends of a laminate clamped with a clamping plate ,
Manifold connection gas flow for connecting the gas flow path divided by the gas separator in series to a clamping plate facing the gas separator or another plate-like member installed between the clamping plate and the unit cell or unit cell Form a road,
When the inlet side of the fuel gas and oxidant gas to the series flow path of the laminate is upstream, and the outlet side of the fuel gas and oxidant gas from the series flow path of the laminate is downstream,
The condensed water staying in the outlet side manifold on the upstream side of the fuel gas and oxidant gas supplied to the gas separator is discharged to the outlet side manifold on the downstream side of the fuel gas and oxidant gas supplied to the gas separator. In this way, the outlet side manifold connecting flow path for connecting the outlet side manifolds adjacent to each other is formed in the fastening plate or the other plate-like member, and the condensed water is discharged from the laminated body. Fuel cell. 前記直列に接続された流路の最終流路よりも一つ手前の出口側マニホールドに凝縮水を電池外部に排出する機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の積層形燃料電池。 Laminated fuel cell according to claim 1, characterized in that a mechanism for discharging condensed water outside of the battery to a final flow path immediately preceding the outlet side manifold than the connection flow paths in said series. 前記出口側マニホールド接続流路に気体の流れ込みを防止する機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の積層形燃料電池。 Laminated fuel cell according to claim 1, wherein further comprising a mechanism for preventing the flow of gas to the outlet manifold connected flow path. 請求項１〜３のいずれかに記載の積層形燃料電池において、一対の前記電極の一方と前記ガスセパレータの間にガスの漏洩を防止するシール材を有することを特徴とする積層形燃料電池。 4. The stacked fuel cell according to claim 1, further comprising a sealing material that prevents gas leakage between one of the pair of electrodes and the gas separator. 5. 請求項１〜３のいずれかに記載の積層形燃料電池において、単位セルの一部分を構成するガスセパレータが隣接する単位セルのガスセパレータを兼ねるように該ガスセパレータの両面にガス流路が形成されていることを特徴とする積層形燃料電池。 4. The stacked fuel cell according to claim 1, wherein gas flow paths are formed on both surfaces of the gas separator so that the gas separator constituting a part of the unit cell also serves as the gas separator of the adjacent unit cell. A stacked fuel cell characterized by comprising: 請求項１〜３のいずれかに記載の積層形燃料電池において、１つの単位セルもしくは複数個の単位セルごとに、冷媒を供給してセルを冷却する冷却セパレータを備えたことを特徴とする積層形燃料電池。 The laminated fuel cell according to any one of claims 1 to 3, further comprising a cooling separator that cools the cells by supplying a refrigerant to each unit cell or a plurality of unit cells. Fuel cell.
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