JP5032153B2

JP5032153B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP5032153B2
Application number: JP2007051489A
Authority: JP
Inventors: 宗一郎霜鳥; 敏昭関
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP2008218087A

Description

この発明は、複数の単位電池を積層した積層体の外側にマニホールドを配置した外部マニホールド方式の燃料電池に関する。 The present invention relates to an external manifold type fuel cell in which a manifold is arranged outside a stacked body in which a plurality of unit cells are stacked.

電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いた燃料電池スタックは、電解質膜を燃料極と酸化剤極で狭持した膜電極複合体（ＭＥＡ）の両面に、ガス流通路を設けた電気伝導性のセパレータを配置して単セル電池を構成し、単セル電池を複数積層した積層体の両端をエンドプレートで保持し、両エンドプレートを貫通した孔に複数のスタッドを通し、スプリングを介して積層体を締め付けている。 The fuel cell stack using a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity as an electrolyte is provided with gas flow passages on both sides of a membrane electrode assembly (MEA) in which the electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode. A single-cell battery is configured by arranging electrically conductive separators, and both ends of the laminate of the stacked single-cell batteries are held by end plates, a plurality of studs are passed through holes that penetrate both end plates, and springs are installed. The laminated body is tightened through.

燃料電池スタックの各単セル電池には、反応に必要な燃料（水素）と酸化剤（空気）及び冷却に必要な冷却水を均等に供給する必要があるが、反応ガス・冷却水を分配・回収するマニホールドには内部マニホールド方式と外部マニホールド方式がある。内部マニホールド方式では単セル電池を構成する膜電極複合体とセパレータの周辺部にはガスおよび冷却水供給・排出用の内部マニホールドが設けられており、セパレータのガス流通路・冷却水流通路と連通している。内部マニホールドは積層されて分配・回収マニホールドを形成する。分配・回収マニホールドは集電板とエンドプレートを貫通し、エンドプレートに設けられたパイプと連通している。 It is necessary to supply fuel (hydrogen) and oxidant (air) necessary for the reaction and cooling water necessary for cooling evenly to each single cell battery of the fuel cell stack. There are two types of manifolds to collect: an internal manifold system and an external manifold system. In the internal manifold system, an internal manifold for supplying and discharging gas and cooling water is provided in the periphery of the membrane electrode assembly constituting the single cell battery and the separator, and communicates with the gas flow passage and cooling water flow passage of the separator. ing. The internal manifolds are stacked to form a distribution / recovery manifold. The distribution / recovery manifold passes through the current collector plate and the end plate, and communicates with a pipe provided in the end plate.

外部マニホールド方式では、セパレータに設けたガス流通路をセパレータ端部まで延長して積層体側面に開口させ、別体の外部マニホールドを側面に設けて流通させている。外部マニホールド方式ではセパレータにマニホールドを含まないため、膜電極複合体の有効面積と同等の大きさとなり、セパレータをコンパクトにでき、コストダウンに有利である。また外部マニホールドには絶縁性の安価なプラスチックを用いることが可能で、コストアップは最小限に抑えられる。マニホールドの容積もセパレータの大きさの制約を受けずに設定可能であり、積層体を構成する各単セル電池のガス・冷却水流通路により均一にガスや冷却水を分配することが可能である。
特開２００５−７１９５９号公報特開２００４−３２７１２５号公報 In the external manifold system, the gas flow path provided in the separator is extended to the end of the separator and opened on the side surface of the laminated body, and a separate external manifold is provided on the side surface for distribution. In the external manifold system, since the separator does not include a manifold, the size is equivalent to the effective area of the membrane electrode assembly, and the separator can be made compact, which is advantageous for cost reduction. In addition, inexpensive plastic with insulating properties can be used for the external manifold, and the cost increase can be minimized. The volume of the manifold can also be set without being restricted by the size of the separator, and gas and cooling water can be evenly distributed by the gas / cooling water flow passage of each single cell battery constituting the laminate.
JP 2005-71959 A JP 2004-327125 A

外部マニホールド方式では、外部マニホールドの開口部の幅と積層体側面の幅、つまりセパレータの幅は概略同じ寸法となる(特許文献１)。このため、マニホールドにガスを供給・排出するポートの位置が、積層体のセパレータの最下部より高い位置となってしまい、ガス排出部のマニホールド内で水が凝縮し、燃料電池スタックの運転が不安定になる課題があった。特にマニホールドを金型によりモールド成形する場合には、特許文献１や特許文献２に示すようにマニホールドの外側に抜きテーパーが必要となるため、ポートの設置位置がより困難になる課題があった。 In the external manifold system, the width of the opening of the external manifold and the width of the side surface of the laminated body, that is, the width of the separator are approximately the same (Patent Document 1). For this reason, the position of the port for supplying and discharging the gas to the manifold is higher than the lowermost part of the separator of the stack, and water is condensed in the manifold of the gas discharge section, so that the fuel cell stack is not operated. There was a problem to become stable. In particular, when the manifold is molded by a mold, as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, a taper is required on the outside of the manifold, which causes a problem that the installation position of the port becomes more difficult.

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、ガス排出部の水の凝縮による性能低下を防ぎ、かつモールド成形により安価に製造できる外部マニホールド方式の燃料電池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 an object of the present invention is to provide an external manifold type fuel cell that can prevent performance degradation due to condensation of water in a gas discharge portion and can be manufactured at low cost by molding. And

上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池は、複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体と、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとを有し、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドがそれぞれ前記積層体の側面に接して前記積層方向に延びるように配置された燃料電池において、前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つの前記積層体に面する側面側の開口部大きさが前記開口部の反対側の底面大きさよりも大きく、前記底面から前記側面側の開口部に向けて次第に拡大するテーパーが設けられていて、前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つが、そのマニホールドに隣接する他のマニホールドの側面に接合され、当該マニホールドの前記積層体側開口部の幅が前記セパレータの前記開口部に面した幅よりも大きいこと、を特徴とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell according to the present invention includes a stacked body in which a plurality of unit cells are stacked in a predetermined stacking direction, a fuel inlet manifold that distributes fuel gas to each of the plurality of unit cells, An oxidant inlet manifold that distributes oxidant gas to each of the plurality of unit cells, a fuel outlet manifold that discharges fuel gas from each of the plurality of unit cells, and an oxidant that discharges oxidant gas from each of the plurality of unit cells In the fuel cell, the fuel inlet manifold, the oxidant inlet manifold, the fuel outlet manifold, and the oxidant outlet manifold are arranged so as to be in contact with side surfaces of the stacked body and extend in the stacking direction. Each unit cell is a membrane / electrode in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes. And a separator that is disposed in contact with each of the gas diffusion electrodes and that forms a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path at positions in contact with the gas diffusion electrodes. The fuel gas flow passage is connected to the fuel inlet manifold at a fuel gas inlet, the fuel gas flow passage is connected to the fuel outlet manifold at a fuel gas outlet, and the oxidant gas flow passage is connected to the fuel gas outlet manifold. Connected to an oxidant inlet manifold, the oxidant gas flow passage is connected to the oxidant outlet manifold at an oxidant gas outlet, and at least one of the fuel inlet manifold, the fuel outlet manifold, the oxidant inlet manifold, and the oxidant outlet manifold. The size of the opening on the side facing the one laminate is the size of the bottom on the opposite side of the opening Ri is large, though the taper is provided to increase gradually from the bottom toward the opening of the side surface side, the fuel inlet manifold, the fuel outlet manifold, at least one oxidant inlet manifold and the oxidant outlet manifold, the It is joined to the side surface of another manifold adjacent to the manifold, and the width of the opening on the laminate side of the manifold is larger than the width facing the opening of the separator .

また、本発明に係る燃料電池の他の態様は、複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体と、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとを有し、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドがそれぞれ前記積層体の側面に接して前記積層方向に延びるように配置された燃料電池において、前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つの前記積層体に面する側面側の開口部の周囲を構成する壁面の厚さが、前記開口部に接する側とその開口部の反対側の底面側の中間位置で最も厚く、この中央位置から前記開口部に接する側および前記底面側に向かって次第に薄くなっていて、前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つが、そのマニホールドに隣接する他のマニホールドの側面に接合され、当該マニホールドの前記積層体側開口部の幅が前記セパレータの前記開口部に面した幅よりも大きいこと、を特徴とする。
また、本発明に係る燃料電池の他の態様は、複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体と、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとを有し、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドがそれぞれ前記積層体の側面に接して前記積層方向に延びるように配置された燃料電池において、前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つの前記積層体に面する側面側の開口部大きさが前記開口部の反対側の底面大きさよりも大きく、前記底面から前記側面側の開口部に向けて次第に拡大するテーパーが設けられていて、前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つが、熱可塑性または熱硬化性樹脂製の電気絶縁材料で圧縮成形またはインジェクション成形により一体成形されていて、その少なくとも一つの底面または側面に、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給または排出する継手が一体成形されていること、を特徴とする。
また、本発明に係る燃料電池の他の態様は、複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体と、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとを有し、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドがそれぞれ前記積層体の側面に接して前記積層方向に延びるように配置された燃料電池において、前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つの前記積層体に面する側面側の開口部の周囲を構成する壁面の厚さが、前記開口部に接する側とその開口部の反対側の底面側の中間位置で最も厚く、この中央位置から前記開口部に接する側および前記底面側に向かって次第に薄くなっていて、前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つが、熱可塑性または熱硬化性樹脂製の電気絶縁材料で圧縮成形またはインジェクション成形により一体成形されていて、その少なくとも一つの底面または側面に、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給または排出する継手が一体成形されていること、を特徴とする。 Further, another aspect of the fuel cell according to the present invention includes a stacked body in which a plurality of unit cells are stacked in a predetermined stacking direction, a fuel inlet manifold that distributes fuel gas to each of the plurality of unit cells, and the plurality of the plurality of unit cells. An oxidant inlet manifold that distributes oxidant gas to each unit cell, a fuel outlet manifold that discharges fuel gas from each of the plurality of unit cells, and an oxidant outlet manifold that discharges oxidant gas from each of the plurality of unit cells A fuel cell in which the fuel inlet manifold, the oxidant inlet manifold, the fuel outlet manifold and the oxidant outlet manifold are arranged so as to be in contact with the side surfaces of the stacked body and extend in the stacking direction. Each of these comprises a membrane / electrode composite in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes, A separator that is disposed in contact with each gas diffusion electrode and that forms a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path at positions in contact with the gas diffusion electrodes, respectively, in the stacking direction; A gas flow passage is connected to the fuel inlet manifold at a fuel gas inlet, the fuel gas flow passage is connected to the fuel outlet manifold at a fuel gas outlet, and the oxidant gas flow passage is an oxidant gas inlet and the oxidant inlet. Connected to the manifold, the oxidant gas flow passage is connected to the oxidant outlet manifold at an oxidant gas outlet and the stack of at least one of the fuel inlet manifold, fuel outlet manifold, oxidant inlet manifold and oxidant outlet manifold The thickness of the wall surface that forms the periphery of the opening on the side facing the body is in contact with the opening. And thickest at an intermediate position on the opposite side of the bottom side of the opening, it becomes increasingly thinner toward from the central position on the side and the bottom side in contact with the opening, the fuel inlet manifold, the fuel outlet manifold, oxide At least one of the agent inlet manifold and the oxidant outlet manifold is joined to a side surface of another manifold adjacent to the manifold, and the width of the opening on the laminate side of the manifold is larger than the width facing the opening of the separator. It is large .
Further, another aspect of the fuel cell according to the present invention includes a stacked body in which a plurality of unit cells are stacked in a predetermined stacking direction, a fuel inlet manifold that distributes fuel gas to each of the plurality of unit cells, and the plurality of the plurality of unit cells. An oxidant inlet manifold that distributes oxidant gas to each unit cell, a fuel outlet manifold that discharges fuel gas from each of the plurality of unit cells, and an oxidant outlet manifold that discharges oxidant gas from each of the plurality of unit cells A fuel cell in which the fuel inlet manifold, the oxidant inlet manifold, the fuel outlet manifold and the oxidant outlet manifold are arranged so as to be in contact with the side surfaces of the stacked body and extend in the stacking direction. Each of these comprises a membrane / electrode composite in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes, A separator that is disposed in contact with each gas diffusion electrode and that forms a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path at positions in contact with the gas diffusion electrodes, respectively, in the stacking direction; A gas flow passage is connected to the fuel inlet manifold at a fuel gas inlet, the fuel gas flow passage is connected to the fuel outlet manifold at a fuel gas outlet, and the oxidant gas flow passage is an oxidant gas inlet and the oxidant inlet. Connected to the manifold, the oxidant gas flow passage is connected to the oxidant outlet manifold at an oxidant gas outlet and the stack of at least one of the fuel inlet manifold, fuel outlet manifold, oxidant inlet manifold and oxidant outlet manifold The size of the opening on the side facing the body is larger than the size of the bottom on the opposite side of the opening. A taper that gradually expands from the bottom surface toward the opening on the side surface, and at least one of the fuel inlet manifold, the fuel outlet manifold, the oxidant inlet manifold, and the oxidant outlet manifold is thermoplastic or thermally It is integrally formed by compression molding or injection molding with an electrically insulating material made of curable resin, and a joint for supplying or discharging fuel gas or oxidant gas is integrally molded on at least one bottom surface or side surface thereof, It is characterized by.
Further, another aspect of the fuel cell according to the present invention includes a stacked body in which a plurality of unit cells are stacked in a predetermined stacking direction, a fuel inlet manifold that distributes fuel gas to each of the plurality of unit cells, and the plurality of the plurality of unit cells. An oxidant inlet manifold that distributes oxidant gas to each unit cell, a fuel outlet manifold that discharges fuel gas from each of the plurality of unit cells, and an oxidant outlet manifold that discharges oxidant gas from each of the plurality of unit cells A fuel cell in which the fuel inlet manifold, the oxidant inlet manifold, the fuel outlet manifold and the oxidant outlet manifold are arranged so as to be in contact with the side surfaces of the stacked body and extend in the stacking direction. Each of these comprises a membrane / electrode composite in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes, A separator that is disposed in contact with each gas diffusion electrode and that forms a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path at positions in contact with the gas diffusion electrodes, respectively, in the stacking direction; A gas flow passage is connected to the fuel inlet manifold at a fuel gas inlet, the fuel gas flow passage is connected to the fuel outlet manifold at a fuel gas outlet, and the oxidant gas flow passage is an oxidant gas inlet and the oxidant inlet. Connected to the manifold, the oxidant gas flow passage is connected to the oxidant outlet manifold at an oxidant gas outlet and the stack of at least one of the fuel inlet manifold, fuel outlet manifold, oxidant inlet manifold and oxidant outlet manifold The thickness of the wall surface that forms the periphery of the opening on the side facing the body is in contact with the opening. And is thickest at an intermediate position on the bottom side opposite to the opening, and gradually becomes thinner from the central position toward the side contacting the opening and toward the bottom side. The fuel inlet manifold, the fuel outlet manifold, the oxidation At least one of the agent inlet manifold and the oxidant outlet manifold is integrally formed of an electrically insulating material made of a thermoplastic or thermosetting resin by compression molding or injection molding, and fuel gas or A joint for supplying or discharging the oxidant gas is integrally formed.

この発明によれば、外部マニホールド方式の燃料電池において、ガス排出部の水の凝縮による性能低下を防ぎ、かつモールド成形により安価に製造できる。 According to the present invention, in an external manifold type fuel cell, it is possible to prevent performance deterioration due to condensation of water in the gas discharge portion and to manufacture at low cost by molding.

以下、本発明に係る燃料電池の実施形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of a fuel cell according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

［第１の実施形態］
図１および図２を用いて第１の実施形態の固体高分子型燃料電池を説明する。図１は第１の実施形態の燃料電池を示す模式的平断面図であり、図２は図１のII−II線縦断面図である。第１の実施形態は、燃料電池スタックの外側にマニホールドを配置したいわゆる外部マニホールド型燃料電池である。 [First Embodiment]
The polymer electrolyte fuel cell according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the fuel cell of the first embodiment, and FIG. 2 is a vertical cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. The first embodiment is a so-called external manifold type fuel cell in which a manifold is disposed outside the fuel cell stack.

単セル電池（単位電池）１は、膜・電極複合体（ＭＥＡ）２と、燃料セパレータ３と、酸化剤・冷却水セパレータ４とが積層されて構成されている。燃料セパレータ３の表面には溝によって燃料ガス流通路５が形成されており、その端部は燃料セパレータ３の側面に開口している。酸化剤・冷却水セパレータ４の一方の表面には酸化剤ガス流通路６が、もう一方の表面には冷却水流通路７がそれぞれ溝によって形成されており、それらの端部は酸化剤・冷却水セパレータ４の側面に開口している。単セル電池１は複数積層されて積層体８を構成する。 The single cell battery (unit battery) 1 is configured by laminating a membrane / electrode assembly (MEA) 2, a fuel separator 3, and an oxidant / cooling water separator 4. A fuel gas flow passage 5 is formed by a groove on the surface of the fuel separator 3, and an end thereof opens to the side surface of the fuel separator 3. An oxidant gas flow path 6 is formed on one surface of the oxidant / cooling water separator 4, and a cooling water flow path 7 is formed on the other surface by grooves, the ends of which are oxidant / cooling water. Opened on the side surface of the separator 4. A plurality of unit cell batteries 1 are stacked to form a stacked body 8.

積層体８の側面には、酸化剤入口マニホールド１０、冷却水出口マニホールド１１、酸化剤（空気）出口マニホールド１２、冷却水入口マニホールド１３、燃料入口マニホールド１４、燃料出口マニホールド１５が積層方向に延びるように配置され、酸化剤ガス流通路６、燃料ガス流通路５、冷却水流通路７のいずれかと連通している。各マニホールド１０〜１５の外壁を形成する板材の端部は積層体８の側面とシール材４０を介して接合され、ガスおよび冷却水の漏洩を防いでいる。 An oxidant inlet manifold 10, a cooling water outlet manifold 11, an oxidant (air) outlet manifold 12, a cooling water inlet manifold 13, a fuel inlet manifold 14, and a fuel outlet manifold 15 extend in the stacking direction on the side surface of the stacked body 8. And communicates with any one of the oxidant gas flow path 6, the fuel gas flow path 5, and the cooling water flow path 7. The end portions of the plate material forming the outer walls of the manifolds 10 to 15 are joined to the side surfaces of the laminated body 8 via the sealing material 40 to prevent leakage of gas and cooling water.

上述の構成により、反応に必要な燃料・酸化剤ガスを膜・電極複合体２に供給・排出し、所定の流量の冷却水を供給し、反応に伴う発熱の冷却を行なう。 With the above-described configuration, the fuel / oxidant gas necessary for the reaction is supplied to and discharged from the membrane / electrode assembly 2, the cooling water at a predetermined flow rate is supplied, and the heat generated by the reaction is cooled.

膜・電極複合体２は、電解質膜１７の両側にアノード触媒層１８およびカソード触媒層１９をそれぞれ配置し、さらに外側にはガス拡散層２０、２１を配置して構成される。アノード触媒層１８およびガス拡散層２０によりアノード電極３０が構成され、カソード触媒層１９およびガス拡散層２１によりカソード電極３１が構成されている。電解質膜１７はイオン伝導性とともにガスバリア性が必要であり、反応ガスの混合を防ぐため、燃料セパレータ３および酸化剤・冷却水セパレータ４と同じ大きさまで延長されている。アノード触媒層１８およびカソード触媒層１９はセパレータ３、４や電解質膜１７よりも一回り小さく、その周囲には反応ガスをシールするエッジシール材２２が配置される。エッジシール材２２の内側端部は、燃料ガス流通路５および酸化剤ガス流通路６の外端部の溝の外端部とほぼ重なる位置にある。 The membrane / electrode assembly 2 is configured by disposing an anode catalyst layer 18 and a cathode catalyst layer 19 on both sides of the electrolyte membrane 17 and further disposing gas diffusion layers 20 and 21 on the outside. The anode catalyst layer 18 and the gas diffusion layer 20 constitute an anode electrode 30, and the cathode catalyst layer 19 and the gas diffusion layer 21 constitute a cathode electrode 31. The electrolyte membrane 17 needs to have gas barrier properties as well as ionic conductivity, and is extended to the same size as the fuel separator 3 and the oxidizer / cooling water separator 4 in order to prevent mixing of the reaction gas. The anode catalyst layer 18 and the cathode catalyst layer 19 are slightly smaller than the separators 3, 4 and the electrolyte membrane 17, and an edge seal material 22 for sealing the reaction gas is disposed around the anode catalyst layer 18 and the cathode catalyst layer 19. The inner end of the edge seal material 22 is in a position that substantially overlaps the outer ends of the grooves at the outer ends of the fuel gas flow passage 5 and the oxidant gas flow passage 6.

アノード触媒層１８、カソード触媒層１９およびガス拡散層２０、２１の範囲がガス拡散電極有効部３３（図１参照）である。ガス拡散電極有効部３３の幅Ｌ１は、両側のエッジ幅Ｌ２×２の分だけ燃料セパレータ幅Ｌ３よりも小さい。燃料入口マニホールド１４および燃料出口マニホールド１５の幅Ｌ４は燃料セパレータ幅Ｌ３に等しい。また、燃料入口マニホールド１４および燃料出口マニホールド１５の開口部幅Ｌ５は、燃料出口マニホールド１５の幅Ｌ４から両側のマニホールド壁厚さ（マニホールドシール部厚さ）Ｌ６×２を差し引いた長さになる。ガス拡散電極有効部幅Ｌ１は開口部幅L５よりも小さく、燃料ガス流通路５は開口部幅L５よりも内側に位置している。 The range of the anode catalyst layer 18, the cathode catalyst layer 19, and the gas diffusion layers 20 and 21 is the gas diffusion electrode effective portion 33 (see FIG. 1). The width L1 of the gas diffusion electrode effective portion 33 is smaller than the fuel separator width L3 by the edge width L2 × 2 on both sides. The width L4 of the fuel inlet manifold 14 and the fuel outlet manifold 15 is equal to the fuel separator width L3. Further, the opening width L5 of the fuel inlet manifold 14 and the fuel outlet manifold 15 is a length obtained by subtracting the manifold wall thickness (manifold seal portion thickness) L6 × 2 on both sides from the width L4 of the fuel outlet manifold 15. The gas diffusion electrode effective portion width L1 is smaller than the opening width L5, and the fuel gas flow passage 5 is located inside the opening width L5.

各マニホールド１０〜１５には、ガス不透過性と電気絶縁性が必要であり、熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂を金型により圧縮成形もしくはインジェクション成形して製造する。熱可塑性樹脂としてはポリフェレンサルファイド（ＰＰＳ）、熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂やフェノール樹脂などがある。各マニホールド１０〜１５は積層体８側を開口部とした箱状の形状であり、各マニホールド１０〜１５の外側面５０および内側面５１に積層体８側から各マニホールド１０〜１５の底面５２に向かって抜きテーパーが設けられ、金型の離型性を確保している。 Each manifold 10-15 needs gas impermeability and electrical insulation, and is manufactured by compression molding or injection molding a thermoplastic resin or a thermosetting resin with a mold. Examples of the thermoplastic resin include polyferene sulfide (PPS), and examples of the thermosetting resin include an epoxy resin and a phenol resin. Each of the manifolds 10 to 15 has a box-like shape with the laminated body 8 side as an opening, and is formed on the outer side surface 50 and the inner side surface 51 of each manifold 10 to 15 from the laminated body 8 side to the bottom surface 52 of each manifold 10 to 15. A punching taper is provided toward the mold, ensuring mold releasability.

さらに、本実施形態では、各マニホールド１０〜１５の側面または底面に、燃料ガス、酸化剤ガスまたは冷却水を供給または排出するための継手５５が各マニホールド１０〜１５と一体成形されている。継手５５の形状は、たとえば、ワンタッチ装着が可能なクイックファスナー構造またはホース用タケノコ形状が好ましいが、単純なストレートパイプ構造としてもよい。 Furthermore, in this embodiment, a joint 55 for supplying or discharging fuel gas, oxidant gas, or cooling water is integrally formed with each manifold 10-15 on the side surface or bottom surface of each manifold 10-15. The shape of the joint 55 is preferably, for example, a quick fastener structure capable of one-touch attachment or a bamboo shoot shape for a hose, but may be a simple straight pipe structure.

継手５５のうちで、燃料ガス出口継手５５ａは、燃料ガス出口マニホールド１５の側面に形成され、その上面の高さ位置Ｈは燃料ガス流通路５（図２）の最下面の高さ位置と同じになっている。これにより燃料ガス流通路５の出口のガス中の水分が凝縮しても確実に燃料ガス出口継手５５ａより排出することができる。 Of the joints 55, the fuel gas outlet joint 55a is formed on the side surface of the fuel gas outlet manifold 15, and the height position H of the upper surface thereof is the same as the height position of the lowermost surface of the fuel gas flow passage 5 (FIG. 2). It has become. Thereby, even if the moisture in the gas at the outlet of the fuel gas flow passage 5 is condensed, it can be reliably discharged from the fuel gas outlet joint 55a.

［第２の実施形態］
図３および図４を用いて第２の実施形態の固体高分子型燃料電池スタックの構成を説明する。図３は第２の実施形態の燃料電池を示す模式的平断面図であり、図４は図３のIV−IV線縦断面図である。ここで、第１の実施形態と同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。 [Second Embodiment]
The configuration of the polymer electrolyte fuel cell stack according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a schematic plan sectional view showing the fuel cell of the second embodiment, and FIG. 4 is a vertical sectional view taken along line IV-IV in FIG. Here, the same or similar parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

この実施形態では、燃料入口マニホールド１４および燃料出口マニホールド１５の開口部が積層体８の幅よりも広く、燃料入口マニホールド１４は酸化剤ガス入口マニホールド１０および冷却水入口マニホールド１３の側面と、シール材４０を介して接し、燃料出口マニホールド１５は冷却水出口マニホールド１１および酸化剤ガス出口マニホールド１２の側面と、シール材４０を介して接している。これにより、ガス拡散電極有効部３３（図３参照）の燃料流通路５幅方向寸法を拡大することができ、セパレータ幅と同等としている。 In this embodiment, the openings of the fuel inlet manifold 14 and the fuel outlet manifold 15 are wider than the width of the stacked body 8, and the fuel inlet manifold 14 includes the side surfaces of the oxidant gas inlet manifold 10 and the cooling water inlet manifold 13, and the sealing material. The fuel outlet manifold 15 is in contact with the side surfaces of the cooling water outlet manifold 11 and the oxidant gas outlet manifold 12 via the sealing material 40. Thereby, the fuel flow path 5 width direction dimension of the gas diffusion electrode effective part 33 (refer FIG. 3) can be expanded, and it is equivalent to the separator width.

図４は、燃料電池スタックの断面図（燃料流通路幅方向）を示す。膜・電極複合体２は電解質膜１７の両側にアノード触媒層１８およびカソード触媒層１９を配置し、さらに外側にはガス拡散層２０、２１を配置して構成される。電解質膜１７はイオン伝導性とともにガスバリア性が必要であり、反応ガスの混合を防ぐため、セパレータ３、４と同じ大きさまで延長されている。この実施形態では、触媒層１８、１９もセパレータ３、４や電解質膜１７と同じ大きさとしている。 FIG. 4 is a sectional view of the fuel cell stack (in the fuel flow passage width direction). The membrane / electrode composite 2 is configured by disposing an anode catalyst layer 18 and a cathode catalyst layer 19 on both sides of the electrolyte membrane 17 and further disposing gas diffusion layers 20 and 21 on the outside. The electrolyte membrane 17 needs to have gas barrier properties as well as ion conductivity, and is extended to the same size as the separators 3 and 4 in order to prevent mixing of reaction gases. In this embodiment, the catalyst layers 18 and 19 are also the same size as the separators 3 and 4 and the electrolyte membrane 17.

セパレータ３、４や電解質膜１７、触媒層１８、１９、ガス拡散層２０、２１の外側側面には、反応ガスをシールするエッジシール材２２が配置される。このようなシール材２２としては、絶縁性がありガス気密性があれば良く、熱可塑性の溶融シートや、絶縁性接着剤、絶縁性接着テープなどが用いられる。具体的な材質として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）といったフッ素系材料や、ポリエチレンやポリオレフィン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）などが好適である。 On the outer side surfaces of the separators 3 and 4, the electrolyte membrane 17, the catalyst layers 18 and 19, and the gas diffusion layers 20 and 21, an edge seal material 22 that seals the reaction gas is disposed. As such a sealing material 22, what is necessary is just to have insulation and gas tightness, and a thermoplastic molten sheet, an insulating adhesive, an insulating adhesive tape, etc. are used. As specific materials, fluorine-based materials such as PTFE (polytetrafluoroethylene) and PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), polyethylene, polyolefin, PVDF (polyvinylidene fluoride), and the like are preferable. .

燃料ガスマニホールドの開口部は図４の破線６２で示された位置にあり、セパレータ３、４よりも外側に位置し、図３に示すように空気・冷却水マニホールドに固定され、拡大されたガス流通路をカバーする。 The opening of the fuel gas manifold is located at the position indicated by the broken line 62 in FIG. 4 and is located outside the separators 3 and 4 and is fixed to the air / cooling water manifold as shown in FIG. Cover the flow path.

各マニホールド１０〜１５の材質は第１の実施形態と同様である。各マニホールド１０〜１５は積層体８側を開口部とした箱状の形状であり、各マニホールド１０〜１５の内側面５１に積層体８側から各マニホールド１０〜１５の底面５２に向かって抜きテーパーが設けられている。 The material of each manifold 10-15 is the same as that of the first embodiment. Each of the manifolds 10 to 15 has a box-like shape with the laminated body 8 side as an opening, and is tapered from the laminated body 8 side toward the bottom surface 52 of each manifold 10 to 15 on the inner surface 51 of each manifold 10 to 15. Is provided.

さらに、本実施形態では、空気・冷却水マニホールドの側面は、その開口部と底面５２の間の位置に厚さが最大となる部分があり、その外側面５０は最大肉厚部から開口部と底面５２の両方に向かって肉厚が薄くなるように傾斜している。このような構成により、各マニホールドを容易に型形成することができる。 Furthermore, in the present embodiment, the side surface of the air / cooling water manifold has a portion where the thickness is maximum between the opening and the bottom surface 52, and the outer side surface 50 extends from the maximum thickness portion to the opening. It inclines so that thickness may become thin toward both the bottom faces 52. FIG. With such a configuration, each manifold can be easily formed.

［第３の実施形態］
図５を用いて第３の実施形態の固体高分子型燃料電池スタックの構成を説明する。図５は第３の実施形態の燃料電池を示す模式的平断面図である。ここで、第１の実施形態と同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。 [Third Embodiment]
The configuration of the polymer electrolyte fuel cell stack according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic plan sectional view showing the fuel cell of the third embodiment. Here, the same or similar parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

この実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態では、各マニホールド１０〜１５の側面または底面に、燃料ガス、酸化剤ガスまたは冷却水を供給または排出するための継手５５が各マニホールド１０〜１５と一体成形されている。これに対してこの第３の実施形態では、これらの継手５５を、各マニホールド１０〜１５と別体とし、マニホールド１０〜１５の開口部にインサート成形する。インサートはマニホールドよりも耐熱性が良い材質のものが好ましく、熱可塑性樹脂のマニホールドに対しては熱硬化性樹脂のインサート、熱硬化性樹脂のマニホールドに対しては金属のインサートを用いるのが好ましい。 This embodiment is a modification of the first embodiment. In the first embodiment, a joint 55 for supplying or discharging fuel gas, oxidant gas, or cooling water is integrally formed with each manifold 10-15 on the side surface or bottom surface of each manifold 10-15. In contrast, in the third embodiment, these joints 55 are separated from the manifolds 10 to 15 and are insert-molded into the openings of the manifolds 10 to 15. The insert is preferably made of a material having better heat resistance than the manifold, and it is preferable to use a thermosetting resin insert for the thermoplastic resin manifold and a metal insert for the thermosetting resin manifold.

なお、図５に示した実施形態は、第１の実施形態の継手５５の構造を変えた変形例である場合について示したが、第２の実施形態の継手５５の構造をこの第３の実施形態と同様のものに置き換えてもよい。 In addition, although embodiment shown in FIG. 5 showed about the case where it was the modification which changed the structure of the coupling 55 of 1st Embodiment, the structure of the coupling 55 of 2nd Embodiment is shown in this 3rd implementation. You may replace with the thing similar to a form.

本発明に係る燃料電池の第１の実施形態を示す模式的平断面図である。1 is a schematic plan sectional view showing a first embodiment of a fuel cell according to the present invention. 本発明に係る燃料電池の第１の実施形態の燃料電池積層体を示す図であって、図１のII−II線縦断面図である。It is a figure which shows the fuel cell laminated body of 1st Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention, Comprising: It is the II-II line longitudinal cross-sectional view of FIG. 本発明に係る燃料電池の第２の実施形態を示す模式的平断面図である。It is a typical plane sectional view showing a 2nd embodiment of a fuel cell concerning the present invention. 本発明に係る燃料電池の第２の実施形態の燃料電池積層体を示す図であって、図３のIV−IV線縦断面図である。FIG. 4 is a view showing a fuel cell stack according to a second embodiment of the fuel cell according to the present invention, and is a vertical sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. 本発明に係る燃料電池の第３の実施形態を示す模式的平断面図である。It is a typical plane sectional view showing a 3rd embodiment of a fuel cell concerning the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…単セル電池（単位電池）、２…膜・電極複合体（ＭＥＡ）、３…燃料セパレータ、４…酸化剤・冷却水セパレータ、５…燃料ガス流通路、６…酸化剤ガス流通路、７…冷却水流通路、８…積層体、１０…酸化剤入口マニホールド、１１…冷却水出口マニホールド、１２…酸化剤（空気）出口マニホールド、１３…冷却水入口マニホールド、１４…燃料入口マニホールド、１５…燃料出口マニホールド、１７…電解質膜、１８…アノード触媒層、１９…カソード触媒層、２０，２１…ガス拡散層、２２…エッジシール材、３０…アノード電極（ガス拡散電極）、３１…カソード電極（ガス拡散電極）、３３…ガス拡散電極有効部、４０…シール材、５０…外側面、５１…内側面、５２…底面、５５…継手 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single cell battery (unit battery), 2 ... Membrane electrode assembly (MEA), 3 ... Fuel separator, 4 ... Oxidant / cooling water separator, 5 ... Fuel gas flow path, 6 ... Oxidant gas flow path, DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Coolant flow path, 8 ... Laminate body, 10 ... Oxidant inlet manifold, 11 ... Coolant outlet manifold, 12 ... Oxidant (air) outlet manifold, 13 ... Coolant inlet manifold, 14 ... Fuel inlet manifold, 15 ... Fuel outlet manifold, 17 ... electrolyte membrane, 18 ... anode catalyst layer, 19 ... cathode catalyst layer, 20, 21 ... gas diffusion layer, 22 ... edge seal material, 30 ... anode electrode (gas diffusion electrode), 31 ... cathode electrode ( Gas diffusion electrode), 33 ... Gas diffusion electrode effective part, 40 ... Sealing material, 50 ... Outer side, 51 ... Inner side, 52 ... Bottom, 55 ... Joint

Claims

複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体と、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとを有し、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドがそれぞれ前記積層体の側面に接して前記積層方向に延びるように配置された燃料電池において、
前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、
前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、
前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つの前記積層体に面する側面側の開口部大きさが前記開口部の反対側の底面大きさよりも大きく、前記底面から前記側面側の開口部に向けて次第に拡大するテーパーが設けられていて、
前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つが、そのマニホールドに隣接する他のマニホールドの側面に接合され、当該マニホールドの前記積層体側開口部の幅が前記セパレータの前記開口部に面した幅よりも大きいこと、
を特徴とする燃料電池。 A stacked body in which a plurality of unit cells are stacked in a predetermined stacking direction, a fuel inlet manifold that distributes fuel gas to each of the plurality of unit cells, and an oxidant inlet manifold that distributes oxidant gas to each of the plurality of unit cells. A fuel outlet manifold that discharges fuel gas from each of the plurality of unit cells; and an oxidant outlet manifold that discharges oxidant gas from each of the plurality of unit cells. In the fuel cell, the fuel outlet manifold and the oxidant outlet manifold are arranged so as to be in contact with the side surfaces of the stacked body and extend in the stacking direction, respectively.
Each of the unit cells includes a membrane / electrode complex in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes, and a position where the unit cell is in contact with the gas diffusion electrode. A separator that forms a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path, and is configured to overlap in the stacking direction,
The fuel gas flow passage is connected to the fuel inlet manifold at a fuel gas inlet, the fuel gas flow passage is connected to the fuel outlet manifold at a fuel gas outlet, and the oxidant gas flow passage is connected to the oxidation gas at the oxidant gas inlet. Connected to the oxidant outlet manifold, the oxidant gas flow passage is connected to the oxidant outlet manifold at an oxidant gas outlet,
The opening size on the side surface facing the laminate of at least one of the fuel inlet manifold, fuel outlet manifold, oxidant inlet manifold and oxidant outlet manifold is larger than the bottom surface size on the opposite side of the opening, A taper that gradually expands from the bottom surface toward the opening on the side surface side is provided ,
At least one of the fuel inlet manifold, the fuel outlet manifold, the oxidant inlet manifold, and the oxidant outlet manifold is joined to a side surface of another manifold adjacent to the manifold, and the width of the opening on the laminate side of the manifold is the separator. Greater than the width of the opening facing the
A fuel cell.

複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体と、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとを有し、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドがそれぞれ前記積層体の側面に接して前記積層方向に延びるように配置された燃料電池において、
前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、
前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、
前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つの前記積層体に面する側面側の開口部の周囲を構成する壁面の厚さが、前記開口部に接する側とその開口部の反対側の底面側の中間位置で最も厚く、この中央位置から前記開口部に接する側および前記底面側に向かって次第に薄くなっていて、
前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つが、そのマニホールドに隣接する他のマニホールドの側面に接合され、当該マニホールドの前記積層体側開口部の幅が前記セパレータの前記開口部に面した幅よりも大きいこと、
を特徴とする燃料電池。 A stacked body in which a plurality of unit cells are stacked in a predetermined stacking direction, a fuel inlet manifold that distributes fuel gas to each of the plurality of unit cells, and an oxidant inlet manifold that distributes oxidant gas to each of the plurality of unit cells. A fuel outlet manifold that discharges fuel gas from each of the plurality of unit cells; and an oxidant outlet manifold that discharges oxidant gas from each of the plurality of unit cells. In the fuel cell, the fuel outlet manifold and the oxidant outlet manifold are arranged so as to be in contact with the side surfaces of the stacked body and extend in the stacking direction, respectively.
Each of the unit cells includes a membrane / electrode complex in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes, and a position where the unit cell is in contact with the gas diffusion electrode. A separator that forms a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path, and is configured to overlap in the stacking direction,
The fuel gas flow passage is connected to the fuel inlet manifold at a fuel gas inlet, the fuel gas flow passage is connected to the fuel outlet manifold at a fuel gas outlet, and the oxidant gas flow passage is connected to the oxidation gas at the oxidant gas inlet. Connected to the oxidant outlet manifold, the oxidant gas flow passage is connected to the oxidant outlet manifold at an oxidant gas outlet,
The thickness of the wall surface that forms the periphery of the opening on the side facing the laminate of at least one of the fuel inlet manifold, fuel outlet manifold, oxidant inlet manifold, and oxidant outlet manifold is the side in contact with the opening. And the thickest at the intermediate position on the bottom side opposite to the opening, and gradually becoming thinner from the central position toward the side contacting the opening and the bottom side ,
At least one of the fuel inlet manifold, the fuel outlet manifold, the oxidant inlet manifold, and the oxidant outlet manifold is joined to a side surface of another manifold adjacent to the manifold, and the width of the opening on the laminate side of the manifold is the separator. Greater than the width of the opening facing the
A fuel cell.

前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つが、熱可塑性または熱硬化性樹脂製の電気絶縁材料で圧縮成形またはインジェクション成形により一体成形されていて、その少なくとも一つの底面または側面に、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給または排出する継手が一体成形されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。 At least one of the fuel inlet manifold, the fuel outlet manifold, the oxidant inlet manifold, and the oxidant outlet manifold is integrally formed of an electrically insulating material made of thermoplastic or thermosetting resin by compression molding or injection molding , and at least one of the bottom or side, the fuel cell according to claim 1 or claim 2 joint, characterized that you have been integrally molded to supply or discharge the fuel gas or oxidant gas.

前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つが、熱可塑性または熱硬化性樹脂製の電気絶縁材料で圧縮成形またはインジェクション成形により一体成形されていて、前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つの底面または側面に、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給または排出する継手が異種材料でインサート成形されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。 At least one of the fuel inlet manifold, the fuel outlet manifold, the oxidant inlet manifold, and the oxidant outlet manifold is integrally formed of an electrically insulating material made of thermoplastic or thermosetting resin by compression molding or injection molding, and the fuel A joint for supplying or discharging fuel gas or oxidant gas is insert- molded with a dissimilar material on at least one bottom surface or side surface of the inlet manifold, fuel outlet manifold, oxidant inlet manifold and oxidant outlet manifold. The fuel cell according to claim 1 or 2 .

複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体と、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとを有し、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドがそれぞれ前記積層体の側面に接して前記積層方向に延びるように配置された燃料電池において、A stacked body in which a plurality of unit cells are stacked in a predetermined stacking direction, a fuel inlet manifold that distributes fuel gas to each of the plurality of unit cells, and an oxidant inlet manifold that distributes oxidant gas to each of the plurality of unit cells. A fuel outlet manifold that discharges fuel gas from each of the plurality of unit cells; and an oxidant outlet manifold that discharges oxidant gas from each of the plurality of unit cells. In the fuel cell, the fuel outlet manifold and the oxidant outlet manifold are arranged so as to be in contact with the side surfaces of the stacked body and extend in the stacking direction, respectively.
前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、Each of the unit cells includes a membrane / electrode complex in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes, and a position where the unit cell is in contact with the gas diffusion electrode. A separator that forms a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path, and is configured to overlap in the stacking direction,
前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、The fuel gas flow passage is connected to the fuel inlet manifold at a fuel gas inlet, the fuel gas flow passage is connected to the fuel outlet manifold at a fuel gas outlet, and the oxidant gas flow passage is connected to the oxidation gas at the oxidant gas inlet. Connected to the oxidant outlet manifold, the oxidant gas flow passage is connected to the oxidant outlet manifold at an oxidant gas outlet,
前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つの前記積層体に面する側面側の開口部大きさが前記開口部の反対側の底面大きさよりも大きく、前記底面から前記側面側の開口部に向けて次第に拡大するテーパーが設けられていて、The opening size on the side surface facing the laminate of at least one of the fuel inlet manifold, fuel outlet manifold, oxidant inlet manifold and oxidant outlet manifold is larger than the bottom surface size on the opposite side of the opening, A taper that gradually expands from the bottom surface toward the opening on the side surface side is provided,
前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つが、熱可塑性または熱硬化性樹脂製の電気絶縁材料で圧縮成形またはインジェクション成形により一体成形されていて、その少なくとも一つの底面または側面に、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給または排出する継手が一体成形されていること、At least one of the fuel inlet manifold, the fuel outlet manifold, the oxidant inlet manifold, and the oxidant outlet manifold is integrally formed of an electrically insulating material made of thermoplastic or thermosetting resin by compression molding or injection molding, and at least A joint for supplying or discharging fuel gas or oxidant gas is integrally formed on one bottom surface or side surface;
を特徴とする燃料電池。A fuel cell.

複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体と、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとを有し、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドがそれぞれ前記積層体の側面に接して前記積層方向に延びるように配置された燃料電池において、A stacked body in which a plurality of unit cells are stacked in a predetermined stacking direction, a fuel inlet manifold that distributes fuel gas to each of the plurality of unit cells, and an oxidant inlet manifold that distributes oxidant gas to each of the plurality of unit cells. A fuel outlet manifold that discharges fuel gas from each of the plurality of unit cells; and an oxidant outlet manifold that discharges oxidant gas from each of the plurality of unit cells. In the fuel cell, the fuel outlet manifold and the oxidant outlet manifold are arranged so as to be in contact with the side surfaces of the stacked body and extend in the stacking direction, respectively.
前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、Each of the unit cells includes a membrane / electrode complex in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes, and a position where the unit cell is in contact with the gas diffusion electrode. A separator that forms a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path, and is configured to overlap in the stacking direction,
前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、The fuel gas flow passage is connected to the fuel inlet manifold at a fuel gas inlet, the fuel gas flow passage is connected to the fuel outlet manifold at a fuel gas outlet, and the oxidant gas flow passage is connected to the oxidation gas at the oxidant gas inlet. Connected to the oxidant outlet manifold, the oxidant gas flow passage is connected to the oxidant outlet manifold at an oxidant gas outlet,
前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つの前記積層体に面する側面側の開口部の周囲を構成する壁面の厚さが、前記開口部に接する側とその開口部の反対側の底面側の中間位置で最も厚く、この中央位置から前記開口部に接する側および前記底面側に向かって次第に薄くなっていて、The thickness of the wall surface that forms the periphery of the opening on the side facing the laminate of at least one of the fuel inlet manifold, fuel outlet manifold, oxidant inlet manifold, and oxidant outlet manifold is the side in contact with the opening. And the thickest at the intermediate position on the bottom side opposite to the opening, and gradually becoming thinner from the central position toward the side contacting the opening and the bottom side,
前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つが、熱可塑性または熱硬化性樹脂製の電気絶縁材料で圧縮成形またはインジェクション成形により一体成形されていて、その少なくとも一つの底面または側面に、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給または排出する継手が一体成形されていること、At least one of the fuel inlet manifold, the fuel outlet manifold, the oxidant inlet manifold, and the oxidant outlet manifold is integrally formed of an electrically insulating material made of thermoplastic or thermosetting resin by compression molding or injection molding, and at least A joint for supplying or discharging fuel gas or oxidant gas is integrally formed on one bottom surface or side surface;
を特徴とする燃料電池。A fuel cell.

前記燃料入口マニホールド、燃料出口マニホールド、酸化剤入口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドの少なくとも一つが、そのマニホールドに隣接する他のマニホールドの側面に接合され、当該マニホールドの前記積層体側開口部の幅が前記セパレータの前記開口部に面した幅よりも大きいこと、を特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃料電池。At least one of the fuel inlet manifold, the fuel outlet manifold, the oxidant inlet manifold, and the oxidant outlet manifold is joined to a side surface of another manifold adjacent to the manifold, and the width of the opening on the laminate side of the manifold is the separator. The fuel cell according to claim 5, wherein the fuel cell has a width larger than a width of the opening facing the opening.

前記燃料出口マニホールドまたは酸化剤出口マニホールドの前記積層体に面する側面側の開口部の下面よりも低い位置に、燃料ガスを排出する燃料ガス出口継手または酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口継手の少なくとも一方が形成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池。A fuel gas outlet joint that discharges fuel gas or an oxidant gas outlet joint that discharges oxidant gas at a position lower than the lower surface of the side opening that faces the laminate of the fuel outlet manifold or oxidant outlet manifold The fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein at least one of the above is formed.

前記複数の単位電池それぞれが、冷却水が通る冷却水流通路を有し、Each of the plurality of unit cells has a cooling water flow passage through which cooling water passes,
前記冷却水流通路に前記積層体の外側から配給する冷却水入口マニホールドと、前記冷却水流通路から冷却水を前記積層体の外側に排出する冷却水出口マニホールドとが、前記積層体の側面に接して前記積層体の積層方向に延びるように配置されており、A cooling water inlet manifold that distributes the cooling water flow passage from the outside of the stacked body and a cooling water outlet manifold that discharges cooling water from the cooling water flow passage to the outside of the stacked body are in contact with the side surface of the stacked body. Arranged to extend in the stacking direction of the stack,
前記冷却水入口マニホールドおよび冷却水出口マニホールドの少なくとも一方の前記積層体に面する側面側の開口部大きさが前記開口部の反対側の底部大きさよりも大きく、前記底面から前記側面側の開口部に向けて次第に拡大するテーパーが設けられていること、The size of the opening on the side surface facing the laminate of at least one of the cooling water inlet manifold and the cooling water outlet manifold is larger than the bottom size on the opposite side of the opening, and the opening on the side surface side from the bottom surface. A taper that gradually expands toward the
を特徴とする請求項１または請求項５に記載の燃料電池。The fuel cell according to claim 1 or 5, wherein:

前記複数の単位電池それぞれが、冷却水が通る冷却水流通路を有し、Each of the plurality of unit cells has a cooling water flow passage through which cooling water passes,
前記冷却水流通路に前記積層体の外側から配給する冷却水入口マニホールドと、前記冷却水流通路から冷却水を前記積層体の外側に排出する冷却水出口マニホールドとが、前記積層体の側面に接して前記積層体の積層方向に延びるように配置されており、A cooling water inlet manifold that distributes the cooling water flow passage from the outside of the stacked body and a cooling water outlet manifold that discharges cooling water from the cooling water flow passage to the outside of the stacked body are in contact with the side surface of the stacked body. Arranged to extend in the stacking direction of the stack,
前記冷却水入口マニホールドおよび冷却水出口マニホールドの少なくとも一方の前記積層体に面する側面側の開口部の周囲を構成する壁面の厚さが、前記開口部に接する側とその開口部の反対側の底面側の中間位置で最も厚く、この中央位置から前記開口部に接する側および前記底面側に向かって次第に薄くなっていること、The thickness of the wall surface that forms the periphery of the opening on the side surface facing the laminate of at least one of the cooling water inlet manifold and the cooling water outlet manifold is such that the thickness is between the side in contact with the opening and the opposite side of the opening. It is the thickest at the middle position on the bottom side, and gradually becomes thinner from the center position toward the side contacting the opening and toward the bottom side,
を特徴とする請求項２または請求項６に記載の燃料電池。The fuel cell according to claim 2 or 6, wherein: