JP2002260689A - 固体高分子型セルアセンブリ、燃料電池スタックおよび燃料電池の反応ガス供給方法 - Google Patents
固体高分子型セルアセンブリ、燃料電池スタックおよび燃料電池の反応ガス供給方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡単な構成で、各単位セルの発電性能を有効に
向上させることを可能にする。 【解決手段】セルアセンブリ１０は、第１および第２単
位セル１４、１６を重ね合わせて構成されるとともに、
前記第１および第２単位セル１４、１６は、第１および
第２接合体１８、２０を備える。セルアセンブリ１０内
では、第１および第２単位セル１４、１６に沿って酸化
剤ガス流路５６、５２および燃料ガス流路４６、５８が
並列的に設けられている。
向上させることを可能にする。 【解決手段】セルアセンブリ１０は、第１および第２単
位セル１４、１６を重ね合わせて構成されるとともに、
前記第１および第２単位セル１４、１６は、第１および
第２接合体１８、２０を備える。セルアセンブリ１０内
では、第１および第２単位セル１４、１６に沿って酸化
剤ガス流路５６、５２および燃料ガス流路４６、５８が
並列的に設けられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成さ
れる接合体を有する単位セルを備え、複数個の前記単位
セルを重ね合わせてセルアセンブリを一体的に構成する
固体高分子型セルアセンブリ、燃料電池スタックおよび
燃料電池の反応ガス供給方法に関する。
膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成さ
れる接合体を有する単位セルを備え、複数個の前記単位
セルを重ね合わせてセルアセンブリを一体的に構成する
固体高分子型セルアセンブリ、燃料電池スタックおよび
燃料電池の反応ガス供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦ
Ｃ）は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からな
る電解質膜を採用しており、この電解質膜の両側に、そ
れぞれカーボンを主体とするアノード側電極およびカソ
ード側電極を対設して構成される接合体（電解質・電極
接合体）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持
することにより構成される単位セル（単位発電セル）を
備えており、通常、この単位セルを所定数だけ積層して
燃料電池スタックとして使用されている。
Ｃ）は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からな
る電解質膜を採用しており、この電解質膜の両側に、そ
れぞれカーボンを主体とするアノード側電極およびカソ
ード側電極を対設して構成される接合体（電解質・電極
接合体）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持
することにより構成される単位セル（単位発電セル）を
備えており、通常、この単位セルを所定数だけ積層して
燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】この種の燃料電池において、アノード側電
極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有する
ガス（以下、水素含有ガスともいう）は、触媒電極上で
水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側
へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出
され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カ
ソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含
有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともい
う）が供給されているために、このカソード側電極にお
いて、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成
される。
極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有する
ガス（以下、水素含有ガスともいう）は、触媒電極上で
水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側
へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出
され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カ
ソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含
有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともい
う）が供給されているために、このカソード側電極にお
いて、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成
される。
【０００４】ところで、燃料電池スタックでは、例え
ば、車載用として使用する際には、比較的に大きな出力
が要求されている。このため、単位セルの反応面（発電
面）の寸法を大きく設定する構造や、多数個の単位セル
を積層する構造等が採用されている。
ば、車載用として使用する際には、比較的に大きな出力
が要求されている。このため、単位セルの反応面（発電
面）の寸法を大きく設定する構造や、多数個の単位セル
を積層する構造等が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単位セ
ル自体の寸法を大きく設定すると、燃料電池スタック全
体が大型化してしまい、車載用に適さないという問題が
指摘されている。従って、通常、比較的コンパクトな単
位セルを多数個積層した燃料電池スタックが使用されて
いるが、積層個数が増加するのに伴って積層方向に温度
分布が発生し易くなるとともに、電気化学反応により発
生した生成水の排水性等が低下して所望の発電性能を得
ることができないという不具合がある。
ル自体の寸法を大きく設定すると、燃料電池スタック全
体が大型化してしまい、車載用に適さないという問題が
指摘されている。従って、通常、比較的コンパクトな単
位セルを多数個積層した燃料電池スタックが使用されて
いるが、積層個数が増加するのに伴って積層方向に温度
分布が発生し易くなるとともに、電気化学反応により発
生した生成水の排水性等が低下して所望の発電性能を得
ることができないという不具合がある。
【０００６】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、簡単な構成で、各単位セルの発電性能を有効に向上
させることができるとともに、小型化に適する固体高分
子型セルアセンブリおよび燃料電池スタックを提供する
ことを目的とする。
り、簡単な構成で、各単位セルの発電性能を有効に向上
させることができるとともに、小型化に適する固体高分
子型セルアセンブリおよび燃料電池スタックを提供する
ことを目的とする。
【０００７】また、本発明は、単位セルを有効に発電さ
せるとともに、排水性等の向上を図ることが可能な燃料
電池の反応ガス供給方法を提供することを目的とする。
せるとともに、排水性等の向上を図ることが可能な燃料
電池の反応ガス供給方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
固体高分子型セルアセンブリでは、固体高分子電解質膜
をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成され
る接合体を一体的に有する単位セルを備え、複数個の前
記単位セルを重ね合わせてセルアセンブリを構成すると
ともに、前記セルアセンブリ内では、複数個の前記単位
セルに燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方の反
応ガスを流す反応ガス流路が、各単位セル毎に重ね合わ
せ方向に対して互いに並列的に、かつ同一の流れ方向を
有して設けられている。このため、各単位セル毎に良好
な発電性能を維持することができる。
固体高分子型セルアセンブリでは、固体高分子電解質膜
をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで構成され
る接合体を一体的に有する単位セルを備え、複数個の前
記単位セルを重ね合わせてセルアセンブリを構成すると
ともに、前記セルアセンブリ内では、複数個の前記単位
セルに燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方の反
応ガスを流す反応ガス流路が、各単位セル毎に重ね合わ
せ方向に対して互いに並列的に、かつ同一の流れ方向を
有して設けられている。このため、各単位セル毎に良好
な発電性能を維持することができる。
【０００９】さらに、セルアセンブリが複数個の単位セ
ルから一体的に構成されており、このセルアセンブリ
は、組み立て時の１つの単位となっている。このため、
セルアセンブリとして取り扱うことにより、単位セル毎
に取り扱われる構成に比べて、燃料電池スタックを組み
立てる際の作業性が有効に簡素化する。
ルから一体的に構成されており、このセルアセンブリ
は、組み立て時の１つの単位となっている。このため、
セルアセンブリとして取り扱うことにより、単位セル毎
に取り扱われる構成に比べて、燃料電池スタックを組み
立てる際の作業性が有効に簡素化する。
【００１０】ここで、セルアセンブリを冷却するための
冷却媒体流路は、複数個の単位セルを挟んで該単位セル
の重ね合わせ方向両側に配置されている（請求項２）。
従って、各単位セル毎に冷却媒体流路を設ける場合に比
べ、冷却構造が有効に簡素化され、セルアセンブリ全体
の小型軽量化が容易に図られる。しかも、冷却媒体流路
は、単位セルの面方向に沿って直線状に設定されており
（請求項３）、前記冷却媒体流路自体の流路構成が簡素
化される。
冷却媒体流路は、複数個の単位セルを挟んで該単位セル
の重ね合わせ方向両側に配置されている（請求項２）。
従って、各単位セル毎に冷却媒体流路を設ける場合に比
べ、冷却構造が有効に簡素化され、セルアセンブリ全体
の小型軽量化が容易に図られる。しかも、冷却媒体流路
は、単位セルの面方向に沿って直線状に設定されており
（請求項３）、前記冷却媒体流路自体の流路構成が簡素
化される。
【００１１】その際、セルアセンブリ内では、少なくと
も２個の単位セルが互いに異なる構造に設定されている
（請求項４）。このため、各単位セル毎に反応に最適な
構造を採用することが可能になり、例えば、少なくとも
２個の単位セルに設けられる少なくとも一方の反応ガス
流路は、それぞれの流路断面積が異なっている（請求項
５）。これにより、各単位セル毎に異なる温度環境が発
生しても、各単位セル毎に効率的かつ均一な反応を行う
ことができる。
も２個の単位セルが互いに異なる構造に設定されている
（請求項４）。このため、各単位セル毎に反応に最適な
構造を採用することが可能になり、例えば、少なくとも
２個の単位セルに設けられる少なくとも一方の反応ガス
流路は、それぞれの流路断面積が異なっている（請求項
５）。これにより、各単位セル毎に異なる温度環境が発
生しても、各単位セル毎に効率的かつ均一な反応を行う
ことができる。
【００１２】具体的には、流路断面積は、それぞれ流路
深さ、流路幅または流路本数の少なくとも１つが異なる
ことによって設定される（請求項６）。流路深さが浅く
設定されることにより単位セルの薄肉化が図られ、セル
アセンブリ全体の小型化が可能になる。流路幅を狭く設
定したり、流路本数を減少させることによって、各単位
セル同士の接触面積が増え、接触抵抗を低下させること
ができる。
深さ、流路幅または流路本数の少なくとも１つが異なる
ことによって設定される（請求項６）。流路深さが浅く
設定されることにより単位セルの薄肉化が図られ、セル
アセンブリ全体の小型化が可能になる。流路幅を狭く設
定したり、流路本数を減少させることによって、各単位
セル同士の接触面積が増え、接触抵抗を低下させること
ができる。
【００１３】さらに、冷却媒体流路に近接して設けられ
る反応ガス流路は、前記冷却媒体流路から離間して設け
られる反応ガス流路よりも前記流路断面積が減少して設
定されている（請求項７）。冷却媒体流路に近接する反
応ガス流路は、この冷却媒体流路から離間する反応ガス
流路よりも低温となって生成水が増加するため、流路断
面積が減少されることによって、反応ガスの流速が上が
り、生成水の排水性が有効に向上する。
る反応ガス流路は、前記冷却媒体流路から離間して設け
られる反応ガス流路よりも前記流路断面積が減少して設
定されている（請求項７）。冷却媒体流路に近接する反
応ガス流路は、この冷却媒体流路から離間する反応ガス
流路よりも低温となって生成水が増加するため、流路断
面積が減少されることによって、反応ガスの流速が上が
り、生成水の排水性が有効に向上する。
【００１４】また、冷却媒体流路から離間する反応ガス
流路は、絞り部を設けており、前記冷却媒体流路に近接
する反応ガス流路よりも流量が減少されている（請求項
８）。このため、低温側の反応ガス流路の流量が増加
し、湿度の均一化を図ることが可能になる。
流路は、絞り部を設けており、前記冷却媒体流路に近接
する反応ガス流路よりも流量が減少されている（請求項
８）。このため、低温側の反応ガス流路の流量が増加
し、湿度の均一化を図ることが可能になる。
【００１５】さらにまた、少なくとも２個の単位セル
が、それぞれ異なる接合体を備えている（請求項９）。
具体的には、冷却媒体流路に近接する接合体は、フッ素
系の膜を備える一方、前記冷却媒体流路から離間して配
置される接合体は、炭化水素系の膜を備えている（請求
項１０）。冷却媒体流路から離間する接合体は、温度が
高くなるため、耐熱性を有する炭化水素系の膜を使用す
ることによって、前記接合体の耐用性が向上する。
が、それぞれ異なる接合体を備えている（請求項９）。
具体的には、冷却媒体流路に近接する接合体は、フッ素
系の膜を備える一方、前記冷却媒体流路から離間して配
置される接合体は、炭化水素系の膜を備えている（請求
項１０）。冷却媒体流路から離間する接合体は、温度が
高くなるため、耐熱性を有する炭化水素系の膜を使用す
ることによって、前記接合体の耐用性が向上する。
【００１６】また、接合体間に介装されるセパレータの
面内には、各単位セルの反応ガス流路同士を直列させる
ための連通孔が設けられている（請求項１１）。これに
より、生成水の排水性が向上するとともに、外部に別体
のマニホールドを設ける際のシール構造が不要になる。
面内には、各単位セルの反応ガス流路同士を直列させる
ための連通孔が設けられている（請求項１１）。これに
より、生成水の排水性が向上するとともに、外部に別体
のマニホールドを設ける際のシール構造が不要になる。
【００１７】さらに、接合体間にセパレータが介装され
るとともに、前記セパレータは、凹凸形状に設定された
金属板である（請求項１２）。従って、例えば、セパレ
ータを波形状の金属薄板で構成することができ、前記セ
パレータの薄型化が図られる。ここで、セパレータは、
一方の接合体に対向する側に反応ガス流路である燃料ガ
ス流路を設けるとともに、他方の接合体に対向する側に
前記反応ガス流路である酸化剤ガス流路を設けている
（請求項１３）。このため、燃料ガス流路と酸化剤ガス
流路とを２枚のセパレータに個別に設けるものに比べ、
薄肉化が容易に図られ、セルアセンブリ全体の小型化が
可能になる。
るとともに、前記セパレータは、凹凸形状に設定された
金属板である（請求項１２）。従って、例えば、セパレ
ータを波形状の金属薄板で構成することができ、前記セ
パレータの薄型化が図られる。ここで、セパレータは、
一方の接合体に対向する側に反応ガス流路である燃料ガ
ス流路を設けるとともに、他方の接合体に対向する側に
前記反応ガス流路である酸化剤ガス流路を設けている
（請求項１３）。このため、燃料ガス流路と酸化剤ガス
流路とを２枚のセパレータに個別に設けるものに比べ、
薄肉化が容易に図られ、セルアセンブリ全体の小型化が
可能になる。
【００１８】また、燃料ガス流路の流れ方向と酸化剤ガ
ス流路の流れ方向は、単位セルの反応面に沿って互いに
反対方向に設定されている（請求項１４）。これによ
り、酸化剤ガス流路の出口側の生成水が、電解質膜を介
して燃料ガス流路に逆拡散して燃料ガスが有効に加湿さ
れる。
ス流路の流れ方向は、単位セルの反応面に沿って互いに
反対方向に設定されている（請求項１４）。これによ
り、酸化剤ガス流路の出口側の生成水が、電解質膜を介
して燃料ガス流路に逆拡散して燃料ガスが有効に加湿さ
れる。
【００１９】さらに、燃料ガス流路は、複数個の単位セ
ルに直列的に連通して設けられる一方、酸化剤ガス流路
は、各単位セル毎に並列して設けられている（請求項１
５）。従って、粘度の小さな燃料ガス流路に十分な圧力
損失を与えることができ、アノード側電極側からの生成
水を有効に排水することが可能になる。しかも、燃料ガ
ス流路および酸化剤ガス流路が直線状に設定されてお
り、流路構成が簡略化される（請求項１６）。
ルに直列的に連通して設けられる一方、酸化剤ガス流路
は、各単位セル毎に並列して設けられている（請求項１
５）。従って、粘度の小さな燃料ガス流路に十分な圧力
損失を与えることができ、アノード側電極側からの生成
水を有効に排水することが可能になる。しかも、燃料ガ
ス流路および酸化剤ガス流路が直線状に設定されてお
り、流路構成が簡略化される（請求項１６）。
【００２０】また、本発明の請求項１７に係る燃料電池
スタックでは、固体高分子電解質膜をアノード側電極と
カソード側電極とで挟んで構成される接合体を一体的に
有する単位セルが、複数個重ね合わされるとともに、複
数個の前記単位セルに燃料ガスまたは酸化剤ガスの少な
くとも一方の反応ガスを流す反応ガス流路が、各単位セ
ル毎に重ね合わせ方向に対して互いに並列的に、かつ同
一の流れ方向を有して設けられるセルアセンブリを備
え、複数組の前記セルアセンブリを重ね合わせて構成し
ている。
スタックでは、固体高分子電解質膜をアノード側電極と
カソード側電極とで挟んで構成される接合体を一体的に
有する単位セルが、複数個重ね合わされるとともに、複
数個の前記単位セルに燃料ガスまたは酸化剤ガスの少な
くとも一方の反応ガスを流す反応ガス流路が、各単位セ
ル毎に重ね合わせ方向に対して互いに並列的に、かつ同
一の流れ方向を有して設けられるセルアセンブリを備
え、複数組の前記セルアセンブリを重ね合わせて構成し
ている。
【００２１】このため、各単位セル毎に良好な発電性能
を維持することができ、燃料電池スタック全体として所
望の発電性能を得ることが可能になる。ここで、各セル
アセンブリ内では、少なくとも２個の単位セルが互いに
異なる構造に設定されている（請求項１８）。
を維持することができ、燃料電池スタック全体として所
望の発電性能を得ることが可能になる。ここで、各セル
アセンブリ内では、少なくとも２個の単位セルが互いに
異なる構造に設定されている（請求項１８）。
【００２２】また、本発明の請求項１９に係る燃料電池
の反応ガス供給方法では、固体高分子電解質膜をアノー
ド側電極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体
を有する単位セルが、複数個の重ね合わされてセルアセ
ンブリを構成するとともに、前記得るユニット内では、
複数個の前記単位セルに燃料ガスまたは酸化剤ガスの少
なくとも一方の反応ガスを流す反応ガス流路が、各単位
セル毎に重ね合わせ方向に対して互いに並列的に、かつ
同一の流れ方向を有して設けられる固体高分子型セルア
センブリに対し、反応ガス供給連通孔から前記単位セル
の各反応ガス流路に前記反応ガスを並列的に供給し、前
記反応ガスが前記反応ガス流路を流れて反応に供与され
た後、使用済みの該反応ガスを反応ガス排出連通孔に排
出している。
の反応ガス供給方法では、固体高分子電解質膜をアノー
ド側電極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体
を有する単位セルが、複数個の重ね合わされてセルアセ
ンブリを構成するとともに、前記得るユニット内では、
複数個の前記単位セルに燃料ガスまたは酸化剤ガスの少
なくとも一方の反応ガスを流す反応ガス流路が、各単位
セル毎に重ね合わせ方向に対して互いに並列的に、かつ
同一の流れ方向を有して設けられる固体高分子型セルア
センブリに対し、反応ガス供給連通孔から前記単位セル
の各反応ガス流路に前記反応ガスを並列的に供給し、前
記反応ガスが前記反応ガス流路を流れて反応に供与され
た後、使用済みの該反応ガスを反応ガス排出連通孔に排
出している。
【００２３】その際、複数個の単位セルを挟んで該単位
セルの重ね合わせ方向両側に配置される冷却媒体流路に
近接して設けられる反応ガス流路は、前記冷却媒体流路
から離間して設けられる反応ガス流路よりも流量および
／または流速が増加される（請求項２０）。これによ
り、温度環境の異なる各単位セル毎に、排水性の向上や
湿度の均一化が図られ、良好な電気化学反応が確実に遂
行可能になる。
セルの重ね合わせ方向両側に配置される冷却媒体流路に
近接して設けられる反応ガス流路は、前記冷却媒体流路
から離間して設けられる反応ガス流路よりも流量および
／または流速が増加される（請求項２０）。これによ
り、温度環境の異なる各単位セル毎に、排水性の向上や
湿度の均一化が図られ、良好な電気化学反応が確実に遂
行可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る固体高分子型セルアセンブリ１０の要部分解斜視
図であり、図２は、複数組の前記セルアセンブリ１０が
重ね合わされて（積層されて）構成される燃料電池スタ
ック１２の概略斜視図である。
に係る固体高分子型セルアセンブリ１０の要部分解斜視
図であり、図２は、複数組の前記セルアセンブリ１０が
重ね合わされて（積層されて）構成される燃料電池スタ
ック１２の概略斜視図である。
【００２５】図１に示すように、セルアセンブリ１０
は、第１単位セル１４と第２単位セル１６とを重ね合わ
せて構成されており、前記第１および第２単位セル１
４、１６は、第１および第２接合体１８、２０を備え
る。
は、第１単位セル１４と第２単位セル１６とを重ね合わ
せて構成されており、前記第１および第２単位セル１
４、１６は、第１および第２接合体１８、２０を備え
る。
【００２６】第１および第２接合体１８、２０は、固体
高分子電解質膜２２ａ、２２ｂと、前記電解質膜２２
ａ、２２ｂを挟んで配設されるカソード側電極２４ａ、
２４ｂおよびアノード側電極２６ａ、２６ｂとを有す
る。カソード側電極２４ａ、２４ｂおよびアノード側電
極２６ａ、２６ｂは、カーボンを主体とする基材に貴金
属系の触媒電極層を接合して構成されており、その面に
は、例えば、多孔質層である多孔質カーボンペーパ等か
らなるガス拡散層が配設されている。
高分子電解質膜２２ａ、２２ｂと、前記電解質膜２２
ａ、２２ｂを挟んで配設されるカソード側電極２４ａ、
２４ｂおよびアノード側電極２６ａ、２６ｂとを有す
る。カソード側電極２４ａ、２４ｂおよびアノード側電
極２６ａ、２６ｂは、カーボンを主体とする基材に貴金
属系の触媒電極層を接合して構成されており、その面に
は、例えば、多孔質層である多孔質カーボンペーパ等か
らなるガス拡散層が配設されている。
【００２７】図１および図３に示すように、第１接合体
１８のアノード側電極２６ａ側に第１セパレータ２８が
配設され、第２接合体２０のカソード側電極２４ｂ側に
第２セパレータ３０が配設されるとともに、前記第１お
よび第２接合体１８、２０間に中間セパレータ３２が配
設される。
１８のアノード側電極２６ａ側に第１セパレータ２８が
配設され、第２接合体２０のカソード側電極２４ｂ側に
第２セパレータ３０が配設されるとともに、前記第１お
よび第２接合体１８、２０間に中間セパレータ３２が配
設される。
【００２８】第１および第２接合体１８、２０、第１お
よび第２セパレータ２８、３０、並びに中間セパレータ
３２の長辺側の一端縁部には、第１および第２単位セル
１４、１６の重ね合わせ方向（矢印Ａ方向）に互いに連
通して、酸素含有ガスまたは空気である酸化剤ガス（反
応ガス）を通過させるための酸化剤ガス入口３６ａと、
水素含有ガス等の燃料ガス（反応ガス）を通過させるた
めの燃料ガス出口４２ｂと、冷却媒体を通過させるため
の冷却媒体入口４４ａとが設けられる。
よび第２セパレータ２８、３０、並びに中間セパレータ
３２の長辺側の一端縁部には、第１および第２単位セル
１４、１６の重ね合わせ方向（矢印Ａ方向）に互いに連
通して、酸素含有ガスまたは空気である酸化剤ガス（反
応ガス）を通過させるための酸化剤ガス入口３６ａと、
水素含有ガス等の燃料ガス（反応ガス）を通過させるた
めの燃料ガス出口４２ｂと、冷却媒体を通過させるため
の冷却媒体入口４４ａとが設けられる。
【００２９】第１および第２接合体１８、２０、第１お
よび第２セパレータ２８、３０、並びに中間セパレータ
３２の長辺側の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通
して、冷却媒体出口４４ｂと、燃料ガス入口４２ａと、
酸化剤ガス出口３６ｂとが設けられる。
よび第２セパレータ２８、３０、並びに中間セパレータ
３２の長辺側の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通
して、冷却媒体出口４４ｂと、燃料ガス入口４２ａと、
酸化剤ガス出口３６ｂとが設けられる。
【００３０】第１セパレータ２８は、金属薄板で構成さ
れるとともに、第１接合体１８の反応面（発電面）に対
応する部位が凹凸形状、例えば、波形状に設定される。
図３および図４に示すように、第１セパレータ２８は、
第１接合体１８のアノード側電極２６ａに対向する面側
に複数本の燃料ガス流路（反応ガス流路）４６を設ける
とともに、前記燃料ガス流路４６は、長辺方向（矢印Ｂ
方向）に直線状に延在してそれぞれの両端が燃料ガス入
口４２ａと燃料ガス出口４２ｂとに連通する。
れるとともに、第１接合体１８の反応面（発電面）に対
応する部位が凹凸形状、例えば、波形状に設定される。
図３および図４に示すように、第１セパレータ２８は、
第１接合体１８のアノード側電極２６ａに対向する面側
に複数本の燃料ガス流路（反応ガス流路）４６を設ける
とともに、前記燃料ガス流路４６は、長辺方向（矢印Ｂ
方向）に直線状に延在してそれぞれの両端が燃料ガス入
口４２ａと燃料ガス出口４２ｂとに連通する。
【００３１】図１および図３に示すように、第１セパレ
ータ２８は、燃料ガス流路４６とは反対の面側に複数本
の冷却媒体流路４８を設ける。冷却媒体流路４８は、長
辺方向（矢印Ｂ方向）に直線状に延在しており、一端が
冷却媒体入口４４ａに連通するとともに、他端が冷却媒
体出口４４ｂに連通する。
ータ２８は、燃料ガス流路４６とは反対の面側に複数本
の冷却媒体流路４８を設ける。冷却媒体流路４８は、長
辺方向（矢印Ｂ方向）に直線状に延在しており、一端が
冷却媒体入口４４ａに連通するとともに、他端が冷却媒
体出口４４ｂに連通する。
【００３２】第２セパレータ３０は、上記の第１セパレ
ータ２８と略同様に構成されており、第２接合体２０の
カソード側電極２４ｂに対向する側に複数本の酸化剤ガ
ス流路（反応ガス流路）５２を設けるとともに、前記酸
化剤ガス流路５２は、長辺方向（矢印Ｂ方向）に直線状
に延在して、それぞれの両端が酸化剤ガス入口３６ａと
酸化剤ガス出口３６ｂとに連通する。第２セパレータ３
０は、酸化剤ガス流路５２とは反対の面側に複数本の冷
却媒体流路５４を設ける。冷却媒体流路５４は、長辺方
向（矢印Ｂ方向）に直線状に延在しており、冷却媒体入
口４４ａと冷却媒体出口４４ｂとに連通する。
ータ２８と略同様に構成されており、第２接合体２０の
カソード側電極２４ｂに対向する側に複数本の酸化剤ガ
ス流路（反応ガス流路）５２を設けるとともに、前記酸
化剤ガス流路５２は、長辺方向（矢印Ｂ方向）に直線状
に延在して、それぞれの両端が酸化剤ガス入口３６ａと
酸化剤ガス出口３６ｂとに連通する。第２セパレータ３
０は、酸化剤ガス流路５２とは反対の面側に複数本の冷
却媒体流路５４を設ける。冷却媒体流路５４は、長辺方
向（矢印Ｂ方向）に直線状に延在しており、冷却媒体入
口４４ａと冷却媒体出口４４ｂとに連通する。
【００３３】中間セパレータ３２は、上記の第１および
第２セパレータ２８、３０と略同様に構成されており、
第１接合体１８のカソード側電極２４ａに対向する側に
複数本の酸化剤ガス流路（反応ガス流路）５６を設ける
とともに、前記酸化剤ガス流路５６は、長辺方向（矢印
Ｂ方向）に直線状に延在して、それぞれの両端が酸化剤
ガス入口３６ａと酸化剤ガス出口３６ｂとに連通する。
第２セパレータ２８、３０と略同様に構成されており、
第１接合体１８のカソード側電極２４ａに対向する側に
複数本の酸化剤ガス流路（反応ガス流路）５６を設ける
とともに、前記酸化剤ガス流路５６は、長辺方向（矢印
Ｂ方向）に直線状に延在して、それぞれの両端が酸化剤
ガス入口３６ａと酸化剤ガス出口３６ｂとに連通する。
【００３４】中間セパレータ３２は、第２接合体２０の
アノード側電極２６ｂに対向する側に複数本の燃料ガス
流路（反応ガス流路）５８を設けるとともに、前記燃料
ガス流路５８は、長辺方向（矢印Ｂ方向）に直線状に延
在してそれぞれの両端が燃料ガス入口４２ａと燃料ガス
出口４２ｂとに連通する。酸化剤ガス流路５６の両端に
は、酸化剤ガス入口３６ａおよび酸化剤ガス出口３６ｂ
に連通する部位に対応して絞り部５９ａ、５９ｂが形成
される（図１参照）。
アノード側電極２６ｂに対向する側に複数本の燃料ガス
流路（反応ガス流路）５８を設けるとともに、前記燃料
ガス流路５８は、長辺方向（矢印Ｂ方向）に直線状に延
在してそれぞれの両端が燃料ガス入口４２ａと燃料ガス
出口４２ｂとに連通する。酸化剤ガス流路５６の両端に
は、酸化剤ガス入口３６ａおよび酸化剤ガス出口３６ｂ
に連通する部位に対応して絞り部５９ａ、５９ｂが形成
される（図１参照）。
【００３５】このように構成されるセルアセンブリ１０
は、図示しない固定手段を介して一体的に保持された状
態で、図２に示すように、所定の組数だけ矢印Ａ方向に
重ね合わされる。セルアセンブリ１０の矢印Ａ方向両端
には、集電用電極６０ａ、６０ｂを介してエンドプレー
ト６２ａ、６２ｂが配置され、前記エンドプレート６２
ａ、６２ｂが図示しないタイロッド等によって締め付け
られることにより、燃料電池スタック１２が構成され
る。
は、図示しない固定手段を介して一体的に保持された状
態で、図２に示すように、所定の組数だけ矢印Ａ方向に
重ね合わされる。セルアセンブリ１０の矢印Ａ方向両端
には、集電用電極６０ａ、６０ｂを介してエンドプレー
ト６２ａ、６２ｂが配置され、前記エンドプレート６２
ａ、６２ｂが図示しないタイロッド等によって締め付け
られることにより、燃料電池スタック１２が構成され
る。
【００３６】エンドプレート６２ａの長辺側の一端縁部
には、酸化剤ガス入口３６ａ、燃料ガス出口４２ｂおよ
び冷却媒体入口４４ａに連通する酸化剤ガス供給口６４
ａ、燃料ガス排出口６６ｂおよび冷却媒体供給口６８ａ
が形成される。エンドプレート６２ａの長辺側の他端縁
部には、冷却媒体出口４４ｂ、燃料ガス入口４２ａおよ
び酸化剤ガス出口３６ｂに連通する冷却媒体排出口６８
ｂ、燃料ガス供給口６６ａおよび酸化剤ガス排出口６４
ｂが形成される。
には、酸化剤ガス入口３６ａ、燃料ガス出口４２ｂおよ
び冷却媒体入口４４ａに連通する酸化剤ガス供給口６４
ａ、燃料ガス排出口６６ｂおよび冷却媒体供給口６８ａ
が形成される。エンドプレート６２ａの長辺側の他端縁
部には、冷却媒体出口４４ｂ、燃料ガス入口４２ａおよ
び酸化剤ガス出口３６ｂに連通する冷却媒体排出口６８
ｂ、燃料ガス供給口６６ａおよび酸化剤ガス排出口６４
ｂが形成される。
【００３７】このように構成される燃料電池スタック１
２およびセルアセンブリ１０の動作について、本発明に
係る反応ガス供給方法との関連で以下に説明する。
２およびセルアセンブリ１０の動作について、本発明に
係る反応ガス供給方法との関連で以下に説明する。
【００３８】燃料電池スタック１２内には、燃料ガス供
給口６６ａから水素含有ガス等の燃料ガスが供給される
とともに、酸化剤ガス供給口６４ａから空気または酸素
含有ガスである酸化剤ガスが供給され、さらに冷却媒体
供給口６８ａから純水やエチレングリコールやオイル等
の冷却媒体が供給される。このため、燃料電池スタック
１２では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組のセルア
センブリ１０に対し、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却
媒体が供給される。
給口６６ａから水素含有ガス等の燃料ガスが供給される
とともに、酸化剤ガス供給口６４ａから空気または酸素
含有ガスである酸化剤ガスが供給され、さらに冷却媒体
供給口６８ａから純水やエチレングリコールやオイル等
の冷却媒体が供給される。このため、燃料電池スタック
１２では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組のセルア
センブリ１０に対し、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却
媒体が供給される。
【００３９】図５に示すように、矢印Ａ方向に連通して
いる酸化剤ガス入口３６ａに供給された酸化剤ガスは、
中間セパレータ３２に設けられている複数本の酸化剤ガ
ス流路５６に導入され、第１接合体１８を構成するカソ
ード側電極２４ａに沿って移動する。一方、燃料ガス入
口４２ａに供給された燃料ガスは、第１セパレータ２８
に設けられている複数本の燃料ガス流路４６に導入さ
れ、第１接合体１８を構成するアノード側電極２６ａに
沿って前記酸化剤ガスとは反対方向に移動する。従っ
て、第１接合体１８では、カソード側電極２４ａに供給
される酸化剤ガスと、アノード側電極２６ａに供給され
る燃料ガスとが、触媒層内で電気化学反応により消費さ
れ、発電が行われる。
いる酸化剤ガス入口３６ａに供給された酸化剤ガスは、
中間セパレータ３２に設けられている複数本の酸化剤ガ
ス流路５６に導入され、第１接合体１８を構成するカソ
ード側電極２４ａに沿って移動する。一方、燃料ガス入
口４２ａに供給された燃料ガスは、第１セパレータ２８
に設けられている複数本の燃料ガス流路４６に導入さ
れ、第１接合体１８を構成するアノード側電極２６ａに
沿って前記酸化剤ガスとは反対方向に移動する。従っ
て、第１接合体１８では、カソード側電極２４ａに供給
される酸化剤ガスと、アノード側電極２６ａに供給され
る燃料ガスとが、触媒層内で電気化学反応により消費さ
れ、発電が行われる。
【００４０】同様に、酸化剤ガスは、第２セパレータ３
０に設けられている複数本の酸化剤ガス流路５２に導入
され、第２接合体２０を構成するカソード側電極２４ｂ
に沿って移動するとともに、燃料ガスは、中間セパレー
タ３２に設けられている複数本の燃料ガス流路５８に導
入され、前記第２接合体２０を構成するアノード側電極
２６ｂに沿って移動する。これにより、第２接合体２０
で発電が行われる。
０に設けられている複数本の酸化剤ガス流路５２に導入
され、第２接合体２０を構成するカソード側電極２４ｂ
に沿って移動するとともに、燃料ガスは、中間セパレー
タ３２に設けられている複数本の燃料ガス流路５８に導
入され、前記第２接合体２０を構成するアノード側電極
２６ｂに沿って移動する。これにより、第２接合体２０
で発電が行われる。
【００４１】一方、冷却媒体入口４４ａに供給された冷
却媒体は、第１および第２セパレータ２８、３０に設け
られている冷却媒体流路４８、５４に沿って移動した
後、冷却媒体出口４４ｂに排出される。
却媒体は、第１および第２セパレータ２８、３０に設け
られている冷却媒体流路４８、５４に沿って移動した
後、冷却媒体出口４４ｂに排出される。
【００４２】この場合、第１の実施形態では、セルアセ
ンブリ１０が複数個、例えば、２個の単位セル１４、１
６から一体的に構成されるため、各セルアセンブリ１０
毎に取り扱うことにより、各単位セル１４、１６毎に取
り扱われる従来の構成に比べて、燃料電池スタック１２
を組み立てる際の取り扱い作業性が有効に向上する。
ンブリ１０が複数個、例えば、２個の単位セル１４、１
６から一体的に構成されるため、各セルアセンブリ１０
毎に取り扱うことにより、各単位セル１４、１６毎に取
り扱われる従来の構成に比べて、燃料電池スタック１２
を組み立てる際の取り扱い作業性が有効に向上する。
【００４３】しかも、冷却媒体流路４８、５４が、第１
および第２単位セル１４、１６を挟むように設けられて
いる。すなわち、第１および第２接合体１８、２０間に
は、冷却媒体流路が設けられず、所謂、間引き冷却構造
を採用している。このため、各単位セル１４、１６毎に
冷却媒体流路を設ける場合に比べ、冷却構造が有効に簡
素化され、セルアセンブリ１０全体の小型軽量化が容易
に図られるという効果が得られる。
および第２単位セル１４、１６を挟むように設けられて
いる。すなわち、第１および第２接合体１８、２０間に
は、冷却媒体流路が設けられず、所謂、間引き冷却構造
を採用している。このため、各単位セル１４、１６毎に
冷却媒体流路を設ける場合に比べ、冷却構造が有効に簡
素化され、セルアセンブリ１０全体の小型軽量化が容易
に図られるという効果が得られる。
【００４４】その際、セルアセンブリ１０では、冷却媒
体流路５４が第２セパレータ３０の酸化剤ガス流路５２
に近接して配置される一方、冷却媒体流路４８が中間セ
パレータ３２の酸化剤ガス流路５６から離間して配置さ
れている。これにより、第２セパレータ３０の酸化剤ガ
ス流路５２は、冷却媒体を介し冷却されて低温側となる
一方、中間セパレータ３２の酸化剤ガス流路５６は、冷
却され難く高温側となり、第１および第２単位セル１
４、１６間で異なる温度環境が発生する。ここで、低温
側の第２セパレータ３０では、酸化剤ガス流路５２に生
成水が存在し、流路または拡散層や触媒層に水が溜ま
り、前記酸化剤ガス流路５２が閉塞されるおそれがあ
る。
体流路５４が第２セパレータ３０の酸化剤ガス流路５２
に近接して配置される一方、冷却媒体流路４８が中間セ
パレータ３２の酸化剤ガス流路５６から離間して配置さ
れている。これにより、第２セパレータ３０の酸化剤ガ
ス流路５２は、冷却媒体を介し冷却されて低温側となる
一方、中間セパレータ３２の酸化剤ガス流路５６は、冷
却され難く高温側となり、第１および第２単位セル１
４、１６間で異なる温度環境が発生する。ここで、低温
側の第２セパレータ３０では、酸化剤ガス流路５２に生
成水が存在し、流路または拡散層や触媒層に水が溜ま
り、前記酸化剤ガス流路５２が閉塞されるおそれがあ
る。
【００４５】そこで、第１の実施形態では、第２セパレ
ータ３０に設けられている酸化剤ガス流路５２における
流量の増加による湿度の均一化や、流速の増加による生
成水の排水性の向上を図る構造を採用している。すなわ
ち、高温側の中間セパレータ３２に設けられている酸化
剤ガス流路５６の酸化剤ガス入口３６ａおよび酸化剤ガ
ス出口３６ｂに連通する部位には、絞り部５９ａ、５９
ｂが設けられている。従って、中間セパレータ３２の酸
化剤ガス流路５６での酸化剤ガス流量に比べ、第２セパ
レータ３０の酸化剤ガス流路５２での酸化剤ガス流量が
増加している。
ータ３０に設けられている酸化剤ガス流路５２における
流量の増加による湿度の均一化や、流速の増加による生
成水の排水性の向上を図る構造を採用している。すなわ
ち、高温側の中間セパレータ３２に設けられている酸化
剤ガス流路５６の酸化剤ガス入口３６ａおよび酸化剤ガ
ス出口３６ｂに連通する部位には、絞り部５９ａ、５９
ｂが設けられている。従って、中間セパレータ３２の酸
化剤ガス流路５６での酸化剤ガス流量に比べ、第２セパ
レータ３０の酸化剤ガス流路５２での酸化剤ガス流量が
増加している。
【００４６】これにより、第１の実施形態では、低温側
の第２セパレータ３０から生成水を確実に排出し、第１
および第２単位セル１４、１６における湿度の均一化を
図ることができる。このため、第１および第２単位セル
１４、１６の電流密度分布を均一にして、濃度過電圧を
低減することが可能になるという効果が得られる。しか
も、高温側の中間セパレータ３２を流れる酸化剤ガスの
流量および流速が減少することによって、第１接合体１
８の乾燥を防ぐことが可能になるという利点がある。
の第２セパレータ３０から生成水を確実に排出し、第１
および第２単位セル１４、１６における湿度の均一化を
図ることができる。このため、第１および第２単位セル
１４、１６の電流密度分布を均一にして、濃度過電圧を
低減することが可能になるという効果が得られる。しか
も、高温側の中間セパレータ３２を流れる酸化剤ガスの
流量および流速が減少することによって、第１接合体１
８の乾燥を防ぐことが可能になるという利点がある。
【００４７】また、第１の実施形態では、酸化剤ガス流
路５６、５２の流路断面積を異なるように設定すること
ができる。例えば、流路深さ、流路幅、あるいは流路本
数を変更することによって流路断面積を設定すればよ
く、実際上、酸化剤ガス流路５２側の流速を酸化剤ガス
流路５６側の流速よりも増加させるように構成する。
路５６、５２の流路断面積を異なるように設定すること
ができる。例えば、流路深さ、流路幅、あるいは流路本
数を変更することによって流路断面積を設定すればよ
く、実際上、酸化剤ガス流路５２側の流速を酸化剤ガス
流路５６側の流速よりも増加させるように構成する。
【００４８】具体的には、図６に示すように、酸化剤ガ
ス流路５２の流路断面積を酸化剤ガス流路５６の流路断
面積よりも小さく設定することにより、前記酸化剤ガス
流路５２の流速を増加させる。これにより、低温側の酸
化剤ガス流路５２に多量に発生し易い生成水の排水性を
有効に向上させることが可能になる。
ス流路５２の流路断面積を酸化剤ガス流路５６の流路断
面積よりも小さく設定することにより、前記酸化剤ガス
流路５２の流速を増加させる。これにより、低温側の酸
化剤ガス流路５２に多量に発生し易い生成水の排水性を
有効に向上させることが可能になる。
【００４９】また、図７に示すように、板状の中間セパ
レータ３２ａに設けられる酸化剤ガス流路５６ａの流路
深さに対して、板状の第２セパレータ３０ａに設けられ
ている酸化剤ガス流路５２ａの流路深さが小さく設定さ
れる。これにより、第１および第２単位セル１４、１６
の薄肉化が図られ、セルアセンブリ１０全体の小型化が
容易に可能になる。
レータ３２ａに設けられる酸化剤ガス流路５６ａの流路
深さに対して、板状の第２セパレータ３０ａに設けられ
ている酸化剤ガス流路５２ａの流路深さが小さく設定さ
れる。これにより、第１および第２単位セル１４、１６
の薄肉化が図られ、セルアセンブリ１０全体の小型化が
容易に可能になる。
【００５０】また、図８に示すように、板状の中間セパ
レータ３２ｂおよび第２セパレータ３０ｂにおいて、酸
化剤ガス流路５６ｂの流路幅よりも酸化剤ガス流路５２
ｂの流路幅が小さく設定される。このため、第１および
第２単位セル１４、１６同士の接触面積が増大し、接触
抵抗の低減を図ることができる。
レータ３２ｂおよび第２セパレータ３０ｂにおいて、酸
化剤ガス流路５６ｂの流路幅よりも酸化剤ガス流路５２
ｂの流路幅が小さく設定される。このため、第１および
第２単位セル１４、１６同士の接触面積が増大し、接触
抵抗の低減を図ることができる。
【００５１】さらに、図９に示すように、板状の中間セ
パレータ３２ｂおよび第２セパレータ３０ｂにおいて、
酸化剤ガス流路５６ｃの流路本数よりも酸化剤ガス流路
５２ｃの流路本数が減少される。これにより、上記と同
様に、第１および第２単位セル１４、１６同士の接触面
積を有効に増加させることが可能になる。
パレータ３２ｂおよび第２セパレータ３０ｂにおいて、
酸化剤ガス流路５６ｃの流路本数よりも酸化剤ガス流路
５２ｃの流路本数が減少される。これにより、上記と同
様に、第１および第２単位セル１４、１６同士の接触面
積を有効に増加させることが可能になる。
【００５２】さらにまた、第１の実施形態では、セルア
センブリ１０の小型化を図ることにより、燃料電池スタ
ック１２全体の小型化が容易に可能になる。すなわち、
第１および第２セパレータ２８、３０および中間セパレ
ータ３２は、金属薄板を用いて波形状（凹凸形状）に構
成されている。このため、第１および第２セパレータ２
８、３０および中間セパレータ３２を一挙に薄型化する
ことができ、セルアセンブリ１０全体の薄肉化が遂行さ
れる。
センブリ１０の小型化を図ることにより、燃料電池スタ
ック１２全体の小型化が容易に可能になる。すなわち、
第１および第２セパレータ２８、３０および中間セパレ
ータ３２は、金属薄板を用いて波形状（凹凸形状）に構
成されている。このため、第１および第２セパレータ２
８、３０および中間セパレータ３２を一挙に薄型化する
ことができ、セルアセンブリ１０全体の薄肉化が遂行さ
れる。
【００５３】また、中間セパレータ３２は、第１接合体
１８に対向する側に酸化剤ガス流路５６を設けるととも
に、第２接合体２０に対向する側に燃料ガス流路５８を
設けている（図３参照）。従って、酸化剤ガス流路５６
と燃料ガス流路５８とを２枚のセパレータに個別に設け
るものに比べて薄肉化が容易に図られ、セルアセンブリ
１０全体の小型化が可能になる。
１８に対向する側に酸化剤ガス流路５６を設けるととも
に、第２接合体２０に対向する側に燃料ガス流路５８を
設けている（図３参照）。従って、酸化剤ガス流路５６
と燃料ガス流路５８とを２枚のセパレータに個別に設け
るものに比べて薄肉化が容易に図られ、セルアセンブリ
１０全体の小型化が可能になる。
【００５４】さらに、第１および第２セパレータ２８、
３０および中間セパレータ３２には、酸化剤ガス入口３
６ａ、酸化剤ガス出口３６ｂ、燃料ガス入口４２ａおよ
び燃料ガス出口４２ｂが重ね合わせ方向に互いに連通し
て設けられている。これにより、セルアセンブリ１０の
外部に別体のマニホールド（外部マニホールド）を設け
る必要がなく、この外部マニホールドに使用されるシー
ル構造が不要になって、前記セルアセンブリ１０の小型
化および構成の簡素化が図られる。
３０および中間セパレータ３２には、酸化剤ガス入口３
６ａ、酸化剤ガス出口３６ｂ、燃料ガス入口４２ａおよ
び燃料ガス出口４２ｂが重ね合わせ方向に互いに連通し
て設けられている。これにより、セルアセンブリ１０の
外部に別体のマニホールド（外部マニホールド）を設け
る必要がなく、この外部マニホールドに使用されるシー
ル構造が不要になって、前記セルアセンブリ１０の小型
化および構成の簡素化が図られる。
【００５５】図１０は、本発明の第２の実施形態に係る
セルアセンブリ８０の要部分解斜視図である。なお、第
１の実施形態に係るセルアセンブリ１０と同一の構成要
素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略
する。以下に示す第３の実施形態以降も同様である。
セルアセンブリ８０の要部分解斜視図である。なお、第
１の実施形態に係るセルアセンブリ１０と同一の構成要
素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略
する。以下に示す第３の実施形態以降も同様である。
【００５６】このセルアセンブリ８０は、第１および第
２接合体８２、８４を備える。第１接合体８２は、炭化
水素系の電解質膜８６を有するとともに、第２接合体８
４は、フッ素系の電解質膜８８を有している。
２接合体８２、８４を備える。第１接合体８２は、炭化
水素系の電解質膜８６を有するとともに、第２接合体８
４は、フッ素系の電解質膜８８を有している。
【００５７】このように構成される第２の実施形態で
は、間引き冷却構造を採用することにより第１接合体８
２が第２接合体８４に比べて高温となるため、前記第１
接合体８２に耐熱性を有する炭化水素系の電解質膜８６
が設けられている。これにより、第１接合体８２の耐用
性が向上し、長期間にわたって使用することができ、経
済的なものとなる。
は、間引き冷却構造を採用することにより第１接合体８
２が第２接合体８４に比べて高温となるため、前記第１
接合体８２に耐熱性を有する炭化水素系の電解質膜８６
が設けられている。これにより、第１接合体８２の耐用
性が向上し、長期間にわたって使用することができ、経
済的なものとなる。
【００５８】図１１は、本発明の第３の実施形態に係る
固体高分子型セルアセンブリ１００の要部分解斜視図で
ある。
固体高分子型セルアセンブリ１００の要部分解斜視図で
ある。
【００５９】セルアセンブリ１００は、第１および第２
単位セル１０２、１０４を矢印Ａ方向に重ね合わせて構
成される。第１および第２単位セル１０２、１０４は、
第１および第２接合体１０６、１０８を備えるととも
に、前記第１および第２接合体１０６、１０８が、第１
セパレータ１１０、第２セパレータ１１２および中間セ
パレータ１１４で挟持されている。
単位セル１０２、１０４を矢印Ａ方向に重ね合わせて構
成される。第１および第２単位セル１０２、１０４は、
第１および第２接合体１０６、１０８を備えるととも
に、前記第１および第２接合体１０６、１０８が、第１
セパレータ１１０、第２セパレータ１１２および中間セ
パレータ１１４で挟持されている。
【００６０】第１および第２単位セル１０２、１０４の
長辺側の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、
酸化剤ガス入口３６ａ、燃料ガス入口４２ａおよび冷却
媒体入口４４ａが設けられるとともに、長辺側の他端縁
部には、同様に、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤
ガス出口３６ｂ、燃料ガス出口４２ｂおよび冷却媒体出
口４４ｂが設けられる。
長辺側の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、
酸化剤ガス入口３６ａ、燃料ガス入口４２ａおよび冷却
媒体入口４４ａが設けられるとともに、長辺側の他端縁
部には、同様に、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤
ガス出口３６ｂ、燃料ガス出口４２ｂおよび冷却媒体出
口４４ｂが設けられる。
【００６１】このように構成されるセルアセンブリ１０
０では、図１２に示すように、このセルアセンブリ１０
０の長辺側の一端縁部を矢印Ａ方向に沿って酸化剤ガ
ス、燃料ガスおよび冷却媒体が流れ、前記酸化剤ガスお
よび前記燃料ガスは、第１および第２接合体１０６、１
０８の両面側に沿って同一方向に供給される。そして、
反応に使用された酸化剤ガスおよび燃料ガスの排気成分
は、セルアセンブリ１００の長辺側の他端縁部から排気
されて矢印Ａ方向に沿って移動する。従って、酸化剤ガ
スと冷却媒体とが同一方向に流れるため、生成水の排水
性が有効に向上する。
０では、図１２に示すように、このセルアセンブリ１０
０の長辺側の一端縁部を矢印Ａ方向に沿って酸化剤ガ
ス、燃料ガスおよび冷却媒体が流れ、前記酸化剤ガスお
よび前記燃料ガスは、第１および第２接合体１０６、１
０８の両面側に沿って同一方向に供給される。そして、
反応に使用された酸化剤ガスおよび燃料ガスの排気成分
は、セルアセンブリ１００の長辺側の他端縁部から排気
されて矢印Ａ方向に沿って移動する。従って、酸化剤ガ
スと冷却媒体とが同一方向に流れるため、生成水の排水
性が有効に向上する。
【００６２】図１３は、本発明の第４の実施形態に係る
固体高分子型セルアセンブリ１２０の要部分解斜視図で
ある。
固体高分子型セルアセンブリ１２０の要部分解斜視図で
ある。
【００６３】セルアセンブリ１２０は、第１単位セル１
２２と第２単位セル１２４と第３単位セル１２６とを、
互いに矢印Ａ方向に重ね合わせて構成されている。第１
乃至第３単位セル１２２、１２４および１２６は、第１
乃至第３接合体１０６、１０８および１２８を備え、こ
の第１乃至第３接合体１０６、１０８および１２８が、
第１セパレータ１１０、第２セパレータ１１２並びに第
１および第２中間セパレータ１１４ａ、１１４ｂで挟持
されている。
２２と第２単位セル１２４と第３単位セル１２６とを、
互いに矢印Ａ方向に重ね合わせて構成されている。第１
乃至第３単位セル１２２、１２４および１２６は、第１
乃至第３接合体１０６、１０８および１２８を備え、こ
の第１乃至第３接合体１０６、１０８および１２８が、
第１セパレータ１１０、第２セパレータ１１２並びに第
１および第２中間セパレータ１１４ａ、１１４ｂで挟持
されている。
【００６４】セルアセンブリ１２０内では、第１乃至第
３単位セル１２２、１２４および１２６においてそれぞ
れ異なる温度環境が発生し、特に、第２接合体１０８
が、第１および第３接合体１０６、１２８に比べて高温
となり易い。
３単位セル１２２、１２４および１２６においてそれぞ
れ異なる温度環境が発生し、特に、第２接合体１０８
が、第１および第３接合体１０６、１２８に比べて高温
となり易い。
【００６５】そこで、比較的低温の第１および第３接合
体１０６、１２８は、低温域で安定した性能が得られる
フッ素系の電解質膜８６を備える一方、比較的高温とな
る第２接合体１０８は、高温に耐え得る炭化水素系の電
解質膜８６を備えている。さらに、第１および第３接合
体１０６、１２８では湿度が高くなるため、排水性にす
ぐれた触媒層や拡散層を使用する一方、第２接合体１０
８では湿度が低くなるため、自己加湿膜や保水性のある
拡散層を使用する。
体１０６、１２８は、低温域で安定した性能が得られる
フッ素系の電解質膜８６を備える一方、比較的高温とな
る第２接合体１０８は、高温に耐え得る炭化水素系の電
解質膜８６を備えている。さらに、第１および第３接合
体１０６、１２８では湿度が高くなるため、排水性にす
ぐれた触媒層や拡散層を使用する一方、第２接合体１０
８では湿度が低くなるため、自己加湿膜や保水性のある
拡散層を使用する。
【００６６】このように構成されるセルスタック１２０
では、異なる種類の第１乃至第３接合体１０６、１０８
および１２８を使用することにより、異なる温度環境に
対応して性能の向上を図ることができるという効果が得
られる。
では、異なる種類の第１乃至第３接合体１０６、１０８
および１２８を使用することにより、異なる温度環境に
対応して性能の向上を図ることができるという効果が得
られる。
【００６７】図１４は、本発明の第５の実施形態に係る
固体高分子型セルアセンブリ１４０の要部分解斜視図で
ある。
固体高分子型セルアセンブリ１４０の要部分解斜視図で
ある。
【００６８】セルアセンブリ１４０は、第１および第２
単位セル１４２、１４４を重ね合わせて構成されてお
り、前記第１および第２単位セル１４２、１４４は、第
１および第２接合体１４６、１４８を備える。第１およ
び第２接合体１４６、１４８は、第１および第２セパレ
ータ１５０、１５２と第１および第２中間セパレータ１
５４、１５６とにより挟持されるとともに、前記第１お
よび第２中間セパレータ１５４、１５６間には平板状の
整流板１５８が介装される。
単位セル１４２、１４４を重ね合わせて構成されてお
り、前記第１および第２単位セル１４２、１４４は、第
１および第２接合体１４６、１４８を備える。第１およ
び第２接合体１４６、１４８は、第１および第２セパレ
ータ１５０、１５２と第１および第２中間セパレータ１
５４、１５６とにより挟持されるとともに、前記第１お
よび第２中間セパレータ１５４、１５６間には平板状の
整流板１５８が介装される。
【００６９】セルアセンブリ１４０の長辺側の一端縁部
には、燃料ガス入口４２ａ、酸化剤ガス出口３６ｂおよ
び燃料ガス出口４２ｂが矢印Ａ方向に連通して設けられ
るとともに、前記セルアセンブリ１４０の長辺側の他端
縁部には、酸化剤ガス入口３６ａ、冷却媒体入口４４
ａ、燃料ガス中間連通孔３８および冷却媒体出口４４ｂ
が矢印Ａ方向に連通して設けられている。
には、燃料ガス入口４２ａ、酸化剤ガス出口３６ｂおよ
び燃料ガス出口４２ｂが矢印Ａ方向に連通して設けられ
るとともに、前記セルアセンブリ１４０の長辺側の他端
縁部には、酸化剤ガス入口３６ａ、冷却媒体入口４４
ａ、燃料ガス中間連通孔３８および冷却媒体出口４４ｂ
が矢印Ａ方向に連通して設けられている。
【００７０】第１および第２中間セパレータ１５４、１
５６の互いに整流板１５８に対向する面には、冷却媒体
流路５４が直線状に設けられており、前記第１中間セパ
レータ１５４では、冷却媒体入口４４ａに前記冷却媒体
流路５４の一端が連通するとともに、該冷却媒体流路５
４の他端が整流板１５８で折り返して第２中間セパレー
タ１５６に設けられている冷却媒体流路５４に連通して
いる。この冷却媒体流路５４は、第２中間セパレータ１
５６の冷却媒体出口４４ｂに連通している。
５６の互いに整流板１５８に対向する面には、冷却媒体
流路５４が直線状に設けられており、前記第１中間セパ
レータ１５４では、冷却媒体入口４４ａに前記冷却媒体
流路５４の一端が連通するとともに、該冷却媒体流路５
４の他端が整流板１５８で折り返して第２中間セパレー
タ１５６に設けられている冷却媒体流路５４に連通して
いる。この冷却媒体流路５４は、第２中間セパレータ１
５６の冷却媒体出口４４ｂに連通している。
【００７１】このように構成されるセルアセンブリ１４
０内では、燃料ガスおよび冷却媒体は、図１５に示す流
れ方向に沿って直列的に第１および第２単位セル１４
２、１４４に送られる。その際、燃料ガスが第１単位セ
ル１４２から第２単位セル１４４に直列される燃料ガス
流路４６、５８に沿って流れる一方、酸化剤ガスが酸化
剤ガス流路５６、５２を介して前記第１および第２単位
セル１４２、１４４に個別に、すなわち、並列的に流さ
れている。
０内では、燃料ガスおよび冷却媒体は、図１５に示す流
れ方向に沿って直列的に第１および第２単位セル１４
２、１４４に送られる。その際、燃料ガスが第１単位セ
ル１４２から第２単位セル１４４に直列される燃料ガス
流路４６、５８に沿って流れる一方、酸化剤ガスが酸化
剤ガス流路５６、５２を介して前記第１および第２単位
セル１４２、１４４に個別に、すなわち、並列的に流さ
れている。
【００７２】このように、粘度の小さい燃料ガスが直列
される燃料ガス流路４６、５８に沿って流されるため、
流量長が長尺化されて十分な圧力損失を与えることがで
き、アノード側電極２６ａ、２６ｂからの生成水を有効
に排出することが可能になるという利点がある。
される燃料ガス流路４６、５８に沿って流されるため、
流量長が長尺化されて十分な圧力損失を与えることがで
き、アノード側電極２６ａ、２６ｂからの生成水を有効
に排出することが可能になるという利点がある。
【００７３】
【発明の効果】本発明に係る固体高分子型セルアセンブ
リおよび燃料電池スタックでは、複数個の単位セルを重
ね合わせてセルアセンブリが構成されており、複数個の
単位セルをセルアセンブリ毎に取り扱うことができ、作
業性が有効に向上する。
リおよび燃料電池スタックでは、複数個の単位セルを重
ね合わせてセルアセンブリが構成されており、複数個の
単位セルをセルアセンブリ毎に取り扱うことができ、作
業性が有効に向上する。
【００７４】また、本発明に係る燃料電池の反応ガス供
給方法では、セルアセンブリを構成する複数個の単位セ
ルに反応ガスを並列的に供給することにより、各単位セ
ル毎に、排水性の向上や湿度の均一化が図られ、良好な
反応が確実に遂行可能になる。
給方法では、セルアセンブリを構成する複数個の単位セ
ルに反応ガスを並列的に供給することにより、各単位セ
ル毎に、排水性の向上や湿度の均一化が図られ、良好な
反応が確実に遂行可能になる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体高分子型セ
ルアセンブリの要部分解斜視図である。
ルアセンブリの要部分解斜視図である。
【図２】燃料電池スタックの概略斜視図である。
【図３】前記セルアセンブリの一部断面説明図である。
【図４】前記セルアセンブリを構成する第１セパレータ
の正面図である。
の正面図である。
【図５】前記セルアセンブリ内の流れ図である。
【図６】流路断面積を異にして設定する際の説明図であ
る。
る。
【図７】流路断面積を流路深さを異にして設定する際の
説明図である。
説明図である。
【図８】前記流路断面積を流路幅を異ならせて設定する
際の説明図である。
際の説明図である。
【図９】前記流路断面積を流路本数を異ならせて設定す
る際の説明図である。
る際の説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る固体高分子型
セルアセンブリの要部分解斜視図である。
セルアセンブリの要部分解斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る固体高分子型
セルアセンブリの要部分解斜視図である。
セルアセンブリの要部分解斜視図である。
【図１２】前記第３の実施形態に係るセルアセンブリの
流れ図である。
流れ図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る固体高分子型
セルアセンブリの要部分解斜視図である。
セルアセンブリの要部分解斜視図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る固体高分子型
セルアセンブリの要部分解斜視図である。
セルアセンブリの要部分解斜視図である。
【図１５】前記第５の実施形態に係るセルアセンブリの
流れ図である。
流れ図である。
１０、８０、１００、１２０、１４０…セルアセンブリ １２…燃料電池スタック １４、１６、１０２、１０４、１２２、１２４、１２
６、１４２、１４４…単位セル １８、２０、８２、８４、１０６、１０８、１２８、１
４６、１４８…接合体 ２２ａ、２２ｂ、８６、８８…電解質膜 ２４ａ、２４ｂ…カソード側電極 ２６ａ、２６ｂ…
アノード側電極 ２８、３０、３０ａ、３０ｂ、１１０、１１２、１５
０、１５２…セパレータ ３２、３２ａ、３２ｂ、１１４、１５４、１５６…中間
セパレータ ３６ａ…酸化剤ガス入口 ３６ｂ…酸化剤ガ
ス出口 ３８…燃料ガス中間連通孔 ４０…酸化剤ガス
中間連通孔 ４２ａ…燃料ガス入口 ４２ｂ…燃料ガス
出口 ４４ａ…冷却媒体入口 ４４ｂ…冷却媒体
出口 ４６、５８…燃料ガス流路 ４８、５４…冷却
媒体流路 ５２、５２ａ〜５２ｃ、５６、５６ａ〜５６ｃ…酸化剤
ガス流路 ６４ａ…酸化剤ガス供給口 ６４ｂ…酸化剤ガ
ス排出口 １１６ａ、１１６ｂ…絞り部 １５８…整流板
６、１４２、１４４…単位セル １８、２０、８２、８４、１０６、１０８、１２８、１
４６、１４８…接合体 ２２ａ、２２ｂ、８６、８８…電解質膜 ２４ａ、２４ｂ…カソード側電極 ２６ａ、２６ｂ…
アノード側電極 ２８、３０、３０ａ、３０ｂ、１１０、１１２、１５
０、１５２…セパレータ ３２、３２ａ、３２ｂ、１１４、１５４、１５６…中間
セパレータ ３６ａ…酸化剤ガス入口 ３６ｂ…酸化剤ガ
ス出口 ３８…燃料ガス中間連通孔 ４０…酸化剤ガス
中間連通孔 ４２ａ…燃料ガス入口 ４２ｂ…燃料ガス
出口 ４４ａ…冷却媒体入口 ４４ｂ…冷却媒体
出口 ４６、５８…燃料ガス流路 ４８、５４…冷却
媒体流路 ５２、５２ａ〜５２ｃ、５６、５６ａ〜５６ｃ…酸化剤
ガス流路 ６４ａ…酸化剤ガス供給口 ６４ｂ…酸化剤ガ
ス排出口 １１６ａ、１１６ｂ…絞り部 １５８…整流板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/24 Ｈ０１Ｍ 8/24 Ｅ (72)発明者 円城寺 直之 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 杉田 成利 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC01 CC03 CX05 EE19
Claims (20)
- 【請求項１】固体高分子電解質膜をアノード側電極とカ
ソード側電極とで挟んで構成される接合体を一体的に有
する単位セルを備え、複数個の前記単位セルを重ね合わ
せてセルアセンブリを構成するとともに、 前記セルアセンブリ内では、複数個の前記単位セルに燃
料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方の反応ガスを
流す反応ガス流路が、各単位セル毎に重ね合わせ方向に
対して互いに並列的に、かつ同一の流れ方向を有して設
けられることを特徴とする固体高分子型セルアセンブ
リ。 - 【請求項２】請求項１記載のセルアセンブリにおいて、
前記セルアセンブリを冷却するための冷却媒体流路を備
え、 前記冷却媒体流路は、複数個の前記単位セルを挟んで該
単位セルの重ね合わせ方向両側に配置されることを特徴
とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 【請求項３】請求項２記載のセルアセンブリにおいて、
前記冷却媒体流路は、前記単位セルの面方向に沿って直
線状に設定されることを特徴とする固体高分子型セルア
センブリ。 - 【請求項４】請求項１または２記載のセルアセンブリに
おいて、前記セルアセンブリ内では、少なくとも２個の
前記単位セルが互いに異なる構造に設定されることを特
徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 【請求項５】請求項４記載のセルアセンブリにおいて、
少なくとも２個の前記単位セルに設けられる少なくとも
一方の前記反応ガス流路は、それぞれの流路断面積が異
なることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 【請求項６】請求項５記載のセルアセンブリにおいて、
前記流路断面積は、それぞれ流路深さ、流路幅または流
路本数の少なくとも１つが異なることにより設定される
ことを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 【請求項７】請求項５または６記載のセルアセンブリに
おいて、冷却媒体流路に近接して設けられる反応ガス流
路は、前記冷却媒体流路から離間して設けられる反応ガ
ス流路よりも前記流路断面積が減少して設定されること
を特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 【請求項８】請求項４記載のセルアセンブリにおいて、
冷却媒体流路から離間して設けられる反応ガス流路は、
前記冷却媒体流路に近接して設けられる反応ガス流路よ
りも流量を減少させるために絞り部を設けることを特徴
とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 【請求項９】請求項４記載のセルアセンブリにおいて、
少なくとも２個の前記単位セルは、それぞれ異なる接合
体を備えることを特徴とする固体高分子型セルアセンブ
リ。 - 【請求項１０】請求項９記載のセルアセンブリにおい
て、冷却媒体流路に近接して配置される接合体は、フッ
素系の膜を備える一方、 前記冷却媒体流路から離間して配置される接合体は、炭
化水素系の膜を備えることを特徴とする固体高分子型セ
ルアセンブリ。 - 【請求項１１】請求項１記載のセルアセンブリにおい
て、前記接合体間にセパレータが介装されるとともに、 前記セパレータの面内には、各単位セルの反応ガス流路
同士に対して前記反応ガスを供給および排出するための
反応ガス供給連通孔および反応ガス排出連通孔が設けら
れることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 【請求項１２】請求項１記載のセルアセンブリにおい
て、前記接合体間にセパレータが介装されるとともに、 前記セパレータは、前記反応ガス流路に対応して凹凸形
状に設定された金属板であることを特徴とする固体高分
子型セルアセンブリ。 - 【請求項１３】請求項１２記載のセルアセンブリにおい
て、前記セパレータは、一方の前記接合体に対向する側
に前記反応ガス流路である燃料ガス流路を設けるととも
に、 他方の前記接合体に対向する側に前記反応ガス流路であ
る酸化剤ガス流路を設けることを特徴とする固体高分子
型セルアセンブリ。 - 【請求項１４】請求項１記載のセルアセンブリにおい
て、前記反応ガス流路である燃料ガス流路の流れ方向と
前記反応ガス流路である酸化剤ガス流路の流れ方向は、
前記単位セルの反応面に沿って互いに反対方向に設定さ
れることを特徴とする固体高分子型セルアセンブリ。 - 【請求項１５】請求項１または１４記載のセルアセンブ
リにおいて、前記反応ガス流路である燃料ガス流路は、
複数個の前記単位セルに直列的に連通して設けられる一
方、 前記反応ガス流路である酸化剤ガス流路は、各単位セル
毎に並列して設けられることを特徴とする固体高分子型
セルアセンブリ。 - 【請求項１６】請求項１記載のセルアセンブリにおい
て、前記反応ガス流路である燃料ガス流路および酸化剤
ガス流路は、前記単位セルの反応面に沿って直線状に設
定されることを特徴とする固体高分子型セルアセンブ
リ。 - 【請求項１７】固体高分子電解質膜をアノード側電極と
カソード側電極とで挟んで構成される接合体を一体的に
有する単位セルが、複数個重ね合わされるとともに、複
数個の前記単位セルに燃料ガスまたは酸化剤ガスの少な
くとも一方の反応ガスを流す反応ガス流路が、各単位セ
ル毎に重ね合わせ方向に対して互いに並列的に、かつ同
一の流れ方向を有して設けられるセルアセンブリを備
え、 複数組の前記セルアセンブリを重ね合わせて構成するこ
とを特徴とする燃料電池スタック。 - 【請求項１８】請求項１７記載の燃料電池スタックにお
いて、各セルアセンブリ内では、少なくとも２個の前記
単位セルが互いに異なる構造に設定されることを特徴と
する燃料電池スタック。 - 【請求項１９】固体高分子電解質膜をアノード側電極と
カソード側電極とで挟んで構成される接合体を有する単
位セルが、複数個重ね合わされてセルアセンブリを構成
するとともに、前記セルアセンブリ内では、複数個の前
記単位セルに燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一
方の反応ガスを流す反応ガス流路が、各単位セル毎に重
ね合わせ方向に対して互いに並列的に、かつ同一の流れ
方向を有して設けられる固体高分子型セルアセンブリに
対し、前記反応ガスを供給するための燃料電池の反応ガ
ス供給方法であって、 反応ガス供給連通孔から前記単位セルの各反応ガス流路
に前記反応ガスを並列的に供給し、前記反応ガスが前記
反応ガス流路を流れて反応に供与された後、使用済みの
該反応ガスを反応ガス排出連通孔に排出することを特徴
とする燃料電池の反応ガス供給方法。 - 【請求項２０】請求項１９記載の反応ガス供給方法にお
いて、複数個の前記単位セルを挟んで該単位セルの重ね
合わせ方向両側に配置される冷却媒体流路に近接して設
けられる反応ガス流路は、前記冷却媒体流路から離間し
て設けられる反応ガス流路よりも流量および／または流
速が増加されることを特徴とする燃料電池の反応ガス供
給方法。
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