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JP2003272666A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

Info

Publication number
JP2003272666A
JP2003272666A JP2003050112A JP2003050112A JP2003272666A JP 2003272666 A JP2003272666 A JP 2003272666A JP 2003050112 A JP2003050112 A JP 2003050112A JP 2003050112 A JP2003050112 A JP 2003050112A JP 2003272666 A JP2003272666 A JP 2003272666A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
cooling
water
flow path
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP2003050112A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Munehisa Horiguchi
宗久 堀口
Hidemi Kato
英美 加藤
Masataka Ueno
正隆 上野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Equos Research Co Ltd
Original Assignee
Equos Research Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Equos Research Co Ltd filed Critical Equos Research Co Ltd
Priority to JP2003050112A priority Critical patent/JP2003272666A/en
Publication of JP2003272666A publication Critical patent/JP2003272666A/en
Abandoned legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make an efficient cooling without looking for a larger size for a fuel cell, as both cooling and film moistening are maintained by a simultaneous supply of air and cooling water. <P>SOLUTION: The fuel cell is provided with a separator between adjacent unit cells 10A. The separator is provided with an air flow channel S1 at least at a surface side of a unit cell contacting an air electrode 12, and a cooling space S2 arranged at a back side connected to the air flow channel through a through-hole 143 and supplied with air and water to cool down the unit cell with latent heat of the water evaporated by heat of the unit cell transmitted to the cooling space. With this, while the unit cell is cooled down through the separator, an occlusion due to infiltration of water from the cooling space to the air flow channel is prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に関し、
特にその単位セル間に介挿されるセパレータを利用した
燃料電池の冷却技術に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell,
In particular, it relates to a cooling technique for a fuel cell using a separator inserted between the unit cells.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池の一形式としてのPEM型燃料
電池の単位セルは、燃料極(一般に燃料として水素ガス
が用いられることから、水素極ともいう)と酸化剤極
(同様に酸化剤として酸素を含むガスである空気が用い
られることから、以下これを空気極という)との間に高
分子固体電解質膜が挟持された構成とされる。燃料極と
空気極は、共に触媒物質を含む触媒層と、触媒層を支持
するとともに反応ガスを透過される機能を果たし、更に
集電体としても機能を有する電極基材からなる。燃料極
と空気極の更に外側には、反応ガスとしての水素と空気
をセル外部から電極面に均一に供給するとともに、反応
ガスの余剰分をセル外部に排出するためのガス流路(一
般に電極面側が開いた溝で構成される)を設けたセパレ
ータ(コネクタ板)が積層される。このセパレータは、
ガスの透過を防止するとともに、発生した電流を外部へ
取り出すための集電を行う。上記のような単位セルとセ
パレータとで1ユニットの単電池が構成される。
2. Description of the Related Art A unit cell of a PEM type fuel cell, which is one type of fuel cell, includes a fuel electrode (also called a hydrogen electrode because hydrogen gas is generally used as a fuel) and an oxidizer electrode (also an oxidizer). Since air, which is a gas containing oxygen, is used, this is hereinafter referred to as an air electrode) and a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between the air electrode and the solid electrolyte membrane. Each of the fuel electrode and the air electrode is composed of a catalyst layer containing a catalyst substance, and an electrode base material having a function of supporting the catalyst layer and transmitting a reaction gas, and further functioning as a current collector. On the outer side of the fuel electrode and the air electrode, hydrogen and air as reaction gases are uniformly supplied from the outside of the cell to the electrode surface, and excess gas of the reaction gas is discharged to the outside of the cell (generally electrode A separator (connector plate) provided with a groove whose surface is open is stacked. This separator is
The gas is prevented from permeating and the current is collected to take out the generated current to the outside. One unit cell is composed of the unit cell and the separator as described above.

【0003】実際の燃料電池では、かかる単電池の多数
個が直列に積層されてスタックが構成される。このよう
な、燃料電池では、十分な発電効率を維持するために、
単位セル中の高分子固体電解質膜を十分に湿潤状態に保
つ必要があり、一般に、電解反応により生成する水のみ
では水分が不足することから、各単位セルに加湿水を供
給する手段を必要とする。また、電解反応により発生電
力にほぼ相当する熱量の熱が発生するため、燃料電池本
体が過度にヒートアップすることを防止する冷却手段が
講じられる。
In an actual fuel cell, a stack is formed by stacking a large number of such unit cells in series. In such a fuel cell, in order to maintain sufficient power generation efficiency,
It is necessary to keep the solid polymer electrolyte membrane in the unit cell in a sufficiently wet state, and in general, the water produced by the electrolytic reaction is insufficient in water content, so a unit for supplying humidifying water to each unit cell is required. To do. Further, since the electrolysis reaction generates a heat amount of heat substantially equivalent to the generated electric power, a cooling means is provided to prevent the fuel cell main body from excessively heating up.

【0004】燃料電池の冷却手段としては、種々のもの
が提案されており、冷却とともに電解質膜の湿潤を行な
うようにしたものがある(例えば、特許文献1参
照。)。この技術では、予め水を添加した空気を供給し
て、冷却ガス流路で水を蒸発させて冷却を行なった後、
その蒸発した水分を含んだ空気を空気流路に循環させる
ようにした構成が採用されている。
Various cooling means for a fuel cell have been proposed, and there is a cooling means for wetting the electrolyte membrane together with cooling (see, for example, Patent Document 1). In this technique, air to which water has been added in advance is supplied, and after cooling by evaporating water in the cooling gas passage,
A configuration is adopted in which the air containing the evaporated water is circulated in the air flow path.

【0005】また、セパレータ内にガス流路とは分離し
た中空部を形成し、中空部に冷却水を流通させるととも
に、この冷却水が多孔質の壁面を通して空気流路に水蒸
気を供給させるようにしたものも提案されている(例え
ば、特許文献2参照。)。
In addition, a hollow portion which is separated from the gas passage is formed in the separator, and cooling water is circulated in the hollow portion, and this cooling water supplies steam to the air passage through the porous wall surface. Those that have been proposed have also been proposed (for example, refer to Patent Document 2).

【0006】[0006]

【特許文献1】特開平10−247505号公報[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 10-247505

【特許文献2】特開平6−338338号公報[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 6-338338

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術に
よれば、冷却と膜の湿潤の維持の両立は困難で、例え
ば、特許文献1に記載のものによると、一旦冷却ガス流
路で液体水を蒸発させた水蒸気を含む空気を、再び空気
流路に循環させるために、その循環経路において、冷却
ガス流路の温度を維持することが難しく、例えば、循環
経路において温度が低下した後、空気流路において温度
が上昇した場合、空気流路においては、電解質膜中から
水分を奪うことになり、膜湿潤の維持は困難である。
By the way, according to the prior art, it is difficult to achieve both the cooling and the maintenance of the wetness of the film. For example, according to the one described in Patent Document 1, once the liquid water is cooled in the cooling gas passage. In order to circulate the air containing the vaporized water vapor in the air passage again, it is difficult to maintain the temperature of the cooling gas passage in the circulation passage. When the temperature rises in the flow channel, moisture is taken from the electrolyte membrane in the air flow channel, and it is difficult to keep the membrane wet.

【0008】また、特許文献2に記載のものでは、多孔
質の壁面を通じて水蒸気を供給するものの、多孔質から
染み出る水分により十分な水蒸気の供給が可能であると
は必ずしも言い難いし、冷却水路では、顕熱による冷却
が行なわれるだけであるので、十分な冷却を行なうため
には、冷却水の循環のための機械的設備やエネルギーが
膨大になる可能性がある。
Further, in the one described in Patent Document 2, although water vapor is supplied through the porous wall surface, it is not always said that sufficient water vapor can be supplied by the water oozing out from the porous material, and the cooling water channel However, since cooling is performed only by sensible heat, mechanical equipment and energy for circulating the cooling water may be enormous in order to perform sufficient cooling.

【0009】本発明は、上記の事情に鑑みて案出された
ものであり、冷却と膜湿潤の維持の両立を図ることを目
的とする。また、更に、本発明は、燃料電池セルの大型
化を招くことなく、効率的な冷却が可能な燃料電池を提
供するものである。
The present invention has been devised in view of the above circumstances, and an object thereof is to achieve both cooling and maintenance of film wetting. Furthermore, the present invention provides a fuel cell capable of efficient cooling without increasing the size of the fuel cell.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項1
に記載のように、互いに隣接する単位セルの間にセパレ
ータが配置される燃料電池において、前記セパレータ
は、単位セルの少なくとも空気極に接する表面側に空気
流路を備えるとともに、背面側に空気と水とを供給され
る冷却空間を備え、前記空気流路と冷却空間は、セパレ
ータを貫通する通孔により連通されて、冷却空間から空
気流路に通孔を介して空気が供給されるような空気供給
構造を備えることを特徴とする構成により達成される。
The above-mentioned object is defined in claim 1.
In the fuel cell in which a separator is arranged between the unit cells adjacent to each other, the separator has an air flow path on the surface side in contact with at least the air electrode of the unit cell, and the air on the back side. A cooling space supplied with water is provided, and the air passage and the cooling space are communicated with each other through a through hole penetrating the separator, and air is supplied from the cooling space to the air passage through the through hole. This is achieved by a structure characterized by including an air supply structure.

【0011】前記の構成において、請求項2に記載のよ
うに、前記空気供給構造は、前記空気流路をその一端側
で閉鎖した流路とし、該流路がその閉鎖端から開放端に
至る途中の部分で前記通孔により前記冷却空間に連通す
ることより構成されるのが有効である。
In the above structure, as described in claim 2, the air supply structure is a flow passage in which the air flow passage is closed at one end thereof, and the flow passage extends from the closed end to the open end. It is effective that the through hole communicates with the cooling space at an intermediate portion.

【0012】[0012]

【作用】前記請求項1記載の構成では、電解反応により
発熱する単位セルからセパレータに伝わる熱が、冷却空
間内の水を蒸発させ、その潜熱によりセパレータの冷却
でセパレータを介して単位セルを冷却する。この作用に
より、空気流路に水を水滴状態で供給することなく単位
セルを冷却することができる。また、冷却空間内で蒸発
により生じた蒸気が通孔から空気流路に噴出し、空気流
路に接する単位セルに供給されて吸収され、単位セルを
加水する。
In the structure according to the first aspect, the heat transmitted from the unit cell that generates heat due to the electrolytic reaction to the separator evaporates water in the cooling space, and the latent heat cools the separator to cool the unit cell through the separator. To do. By this action, the unit cell can be cooled without supplying water in a water droplet state to the air flow path. Further, vapor generated by evaporation in the cooling space is ejected from the through hole to the air flow path, is supplied to the unit cell in contact with the air flow path, is absorbed, and water is added to the unit cell.

【0013】また、請求項2に記載の構成とすると、空
気流路に水が水滴状態で侵入することがなく、空気流路
へは蒸気状態で水が供給されるのみとなる。したがっ
て、空気流路への空気の供給も、水滴に邪魔されること
なく円滑に行なわれる。
Further, according to the second aspect of the invention, water does not enter the air flow path in the form of water droplets, and only water is supplied to the air flow path in the vapor state. Therefore, the air can be smoothly supplied to the air passage without being disturbed by the water droplets.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を説明する。先ず、図1〜図6は本発明の第1
実施形態を示す。図1に燃料電池のスタックを構成する
ユニットとしての単電池10の構成を横断面図(以下、
単電池の配置姿勢に即して縦横の関係を説明する)で示
すように、この単電池は、互いに隣接する単位セル10
Aの間に、集電部材14,15と枠体16,17からな
るセパレータ10Bが配置された構成とされている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIGS. 1 to 6 show the first embodiment of the present invention.
An embodiment is shown. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a unit cell 10 as a unit which constitutes a fuel cell stack (hereinafter, referred to as
The vertical and horizontal relationships will be described in accordance with the arrangement posture of the unit cells), and the unit cells 10 are arranged adjacent to each other.
A separator 10B including current collecting members 14 and 15 and frames 16 and 17 is arranged between A and A.

【0015】図2に拡大して断面構造を示すように、単
位セル10Aは、固体高分子電解質膜11を挟んで、そ
の一側に酸化剤極である空気極12が重ねられ、他側に
燃料極13が重ねられた構成とされている。これらのう
ち、空気極12と燃料極13は、図1に示すセパレータ
10Bに形成された収納部R1,R2に合致する大きさ
とされ、固体高分子電解質膜11は、収納部R1,R2
より一回り大きな大きさとされている。なお、単位セル
10Aの特に固体高分子電解質膜11の厚さは、セパレ
ータ10Bを構成する集電部材14,15や枠体16,
17の厚さに比べて極めて薄いので、図2を除く他の図
では、空気極12と燃料極13の大きさで単位セル10
Aの外形を表し、単位セル10Aを一体の部材として表
示している。
As shown in the enlarged sectional view of FIG. 2, the unit cell 10A has a solid polymer electrolyte membrane 11 sandwiched between it and an air electrode 12, which is an oxidant electrode, stacked on one side and the other side. The fuel electrode 13 is stacked. Of these, the air electrode 12 and the fuel electrode 13 are sized to match the storage portions R1 and R2 formed in the separator 10B shown in FIG. 1, and the solid polymer electrolyte membrane 11 has the storage portions R1 and R2.
It is one size larger. In addition, the thickness of the solid polymer electrolyte membrane 11 of the unit cell 10A is set so that the collector members 14 and 15 and the frame body 16 which form the separator 10B,
Since it is extremely thin as compared with the thickness of 17, the unit cell 10 has the same size as the air electrode 12 and the fuel electrode 13 in other drawings except FIG.
The outer shape of A is shown, and the unit cell 10A is displayed as an integral member.

【0016】図3に分解して示すように、セパレータ1
0Bは、単位セル10Aの空気極12と燃料極13に接
触して電流を外部に取り出すための対を成す集電部材1
4,15と、それらに重ね合わされて単位セル10Aを
支持する枠体16,17とを備えている。集電部材1
4,15は、この形態では、薄板金属板、例えば板厚が
0.1mm程度のもので構成されている。この構成金属
は、導電性と耐食性を備えた金属で、例えば、ステンレ
ス、ニッケル合金、チタン合金等に耐蝕導電処理を施し
たもの等が挙げられる。
As shown in exploded view in FIG. 3, the separator 1
0B is a current collecting member 1 forming a pair for contacting the air electrode 12 and the fuel electrode 13 of the unit cell 10A to take out an electric current to the outside.
4 and 15 and frame bodies 16 and 17 that are superposed on them and support the unit cell 10A. Current collector 1
In this embodiment, 4 and 15 are thin metal plates, for example, having a plate thickness of about 0.1 mm. This constituent metal is a metal having conductivity and corrosion resistance, and examples thereof include stainless steel, nickel alloys, titanium alloys, and the like that have been subjected to corrosion-resistant conductive treatment.

【0017】一方の集電部材14は、横長の矩形の板材
からなり、プレス加工によって、複数の凸部141が押
出し形成されている。これら凸部141は、連続する直
線状で、板材の縦辺(図示の形態における短辺)に平行
に等間隔で、板面を完全に縦断する配置とされている。
これら凸部141の断面形状は、図1では、便宜上大ま
かに矩形波状断面で示されているが、プレス加工の型抜
きの関係から、根元側が若干裾広がりの形状とするのが
より実際的である。これら凸部141の間に画定され、
単位セル10Aの空気極12(図2参照)に面する側が
開いた溝状の空間S1は、後に詳記するように、空気極
12側に空気を流通させる空気流路として使用される。
各凸部141の頂部142の平面は、空気極12が接触
する当接部となっている。また、凸部141の裏側に画
定される溝状の空間S2は、同じく後に詳記する冷却空
間(本形態では流路)として使用される。そして、これ
ら空気流路S1と冷却空間S2を部分的に連通させるべ
く、集電部材14を貫通する多数の通孔143が形成さ
れている。これら通孔143の開設位置は任意である
が、凸部141の両側面が常識的である。更に、集電部
材14の横辺(図示の形態における長辺)方向の両端部
近傍には、縦方向に長い長円孔144が形成されてい
る。この長円孔144は、集電部材14を集電部材15
と枠体16,17とに重ねてセパレータ10Bを積層し
た場合に、これら各部材を整合して貫通する水素流路L
1,L2を構成する。
One current collecting member 14 is made of a horizontally long rectangular plate material, and a plurality of convex portions 141 are extruded and formed by press working. These convex portions 141 are arranged in a continuous straight line and are arranged at equal intervals in parallel to the vertical sides (short sides in the illustrated form) of the plate material so as to completely cut the plate surface in the vertical direction.
Although the cross-sectional shape of these convex portions 141 is roughly shown as a rectangular wave-shaped cross section in FIG. 1 for the sake of convenience, it is more practical to have a shape in which the base side is slightly flared due to the die-cutting relationship of the press work. is there. Defined between these convex portions 141,
The groove-shaped space S1 of which the side facing the air electrode 12 (see FIG. 2) of the unit cell 10A is open is used as an air flow path for circulating air to the air electrode 12 side, as described later in detail.
The flat surface of the top portion 142 of each convex portion 141 is an abutting portion with which the air electrode 12 comes into contact. Further, the groove-shaped space S2 defined on the back side of the convex portion 141 is also used as a cooling space (in this embodiment, a flow path) which will be described later in detail. A large number of through holes 143 that penetrate the current collecting member 14 are formed in order to partially communicate the air flow path S1 and the cooling space S2. The opening positions of these through holes 143 are arbitrary, but both side surfaces of the convex portion 141 are common sense. Further, an oval hole 144 that is long in the vertical direction is formed near both ends of the current collector 14 in the lateral direction (long side in the illustrated embodiment). The elliptical hole 144 connects the current collecting member 14 to the current collecting member 15
When the separator 10B is laminated on the frame 16 and the frame 16 and 17, the hydrogen flow path L that matches and penetrates each of these members.
1 and L2.

【0018】他方の集電部材15は、集電部材14と合
致する矩形の板材からなり、プレス加工によって、複数
の凸部151が押出し形成されている。凸部151は、
頂部152が平坦で、断面形状も、先の凸部141の場
合と同様に実質上矩形波状とされているが、この形態の
場合の凸部151は、縦方向に間欠的に設けられてい
る。すなわち、凸部151は、横方向(長辺方向)の配
設ピッチを集電部材14の凸部141の配設ピッチに合
わせ、縦方向(短辺方向)の配設ピッチを適宜の間隔と
した円形又は矩形の突起とされている。図1における左
半分の断面は、これら凸部151の配列部分での截断面
を表し、右半分の断面は、配列部分間での截断面を表
す。これら凸部151の間に形成される縦横の空間S3
は、単位セル10の燃料極13(図2参照)に面する側
が開いた面状の空間を構成し、燃料である水素が流通す
る水素流路とされる。これら凸部151の頂部152の
平面は、燃料極13が接触する当接部となっている。ま
た、凸部151の裏側は、集電部材14に面する側が開
いた短筒状の空間S4となっていて、集電部材14の空
間S2に合わさっており、結果的に冷却空間S2を介し
て、両端が板材の長辺部に開口する開口部を備える構成
となる。この集電部材15にも、集電部材14と同様に
長辺方向の両端部近傍に、短辺方向に長い長円孔153
が形成され、集電部材14,15と枠体16,17とに
重ねてセパレータ10Bを積層した場合に、これら各部
材を整合して貫通する水素流路L1,L2を構成する。
この形態において、凸部151を燃料極13に対して小
面積で間欠的に当接する柱状としているのは、これによ
り柱状の凸部151の間をぬう水素流路S3が縦横に形
成され、水素ガスの流れの滞留やよどみを抑制できるこ
とを狙ったものである。また、こうすることで、燃料極
13に対する水素ガスの接触面積が大きくなるので、発
電効率の向上も期待できる。
The other current collecting member 15 is made of a rectangular plate material that matches the current collecting member 14, and a plurality of convex portions 151 are extruded by press working. The convex portion 151 is
The top portion 152 is flat, and the cross-sectional shape is substantially rectangular wave-like as in the case of the above-mentioned convex portion 141, but the convex portions 151 in this case are provided intermittently in the vertical direction. . That is, in the convex portion 151, the arrangement pitch in the horizontal direction (long side direction) is matched with the arrangement pitch of the convex portion 141 of the current collecting member 14, and the arrangement pitch in the vertical direction (short side direction) is set to an appropriate interval. It is a circular or rectangular protrusion. The cross section of the left half in FIG. 1 represents a cross section in the array portion of these convex portions 151, and the cross section of the right half represents the cross section between the array portions. Vertical and horizontal spaces S3 formed between these convex portions 151
Defines a planar space in which the side of the unit cell 10 facing the fuel electrode 13 (see FIG. 2) is open, and serves as a hydrogen flow path through which hydrogen as fuel flows. The flat surfaces of the tops 152 of the protrusions 151 are contact portions with which the fuel electrode 13 comes into contact. Further, the back side of the convex portion 151 is a short cylindrical space S4 having an open side facing the current collecting member 14, which is aligned with the space S2 of the current collecting member 14 and, as a result, through the cooling space S2. Thus, both ends are provided with openings that open to the long sides of the plate material. Similar to the current collecting member 14, the current collecting member 15 has an elliptical hole 153 that is long in the short side direction near both ends in the long side direction.
When the collector 10B is formed and the separator 10B is laminated on the current collecting members 14 and 15 and the frame bodies 16 and 17, the hydrogen flow paths L1 and L2 are formed so as to match and penetrate these members.
In this embodiment, the convex portion 151 is formed into a columnar shape that intermittently abuts the fuel electrode 13 with a small area, whereby a hydrogen flow path S3 for wetting the columnar convex portion 151 is formed vertically and horizontally. This is aimed at suppressing the retention and stagnation of the gas flow. Further, by doing so, the contact area of the hydrogen gas with respect to the fuel electrode 13 becomes large, so that improvement in power generation efficiency can be expected.

【0019】上記の構成からなる集電部材14,15
は、各凸部141,151が共に外側となるように重ね
合わされて固定される。このとき、凸部141,151
を形成していない板面部分、すなわち水素流路S3の裏
側面と空気流路S1の裏側面が当接した状態となり、相
互に通電可能な状態となる。また、集電部材14,15
を重ね合わせることによって、それらの間に、空間S2
と空間S4が合わさった冷却空間が形成される。また、
単位セル10Aが集電部材14に合わさることで、空間
S1の開放面側が閉鎖され、管状の空気流路が構成さ
れ、この流路を囲む壁の一部が空気極12で構成される
ことになる。そしてこの空気流路S1から、単位セル1
0Aの空気極12に空気と水が供給される。同様に、単
位セル10Aが集電部材15に合わさることで、空間S
3の開放面側が閉鎖され、面状の燃料流路が構成され、
この流路を囲む壁の一部が燃料極13で構成されること
になる。そしてこの燃料流路S3から、単位セル10A
の燃料極13に水素が供給される。
Current collecting members 14, 15 having the above-mentioned structure
Are superposed and fixed such that the respective convex portions 141 and 151 are on the outside. At this time, the convex portions 141 and 151
Thus, the plate surface portion not formed, that is, the back side surface of the hydrogen flow path S3 and the back side surface of the air flow path S1 are in contact with each other, and mutually energizable. Further, the current collecting members 14 and 15
By superimposing the space S2 between them
And a space S4 are combined to form a cooling space. Also,
When the unit cell 10A is fitted to the current collecting member 14, the open surface side of the space S1 is closed to form a tubular air passage, and a part of the wall surrounding this passage is formed of the air electrode 12. Become. Then, from this air flow path S1, the unit cell 1
Air and water are supplied to the 0 A air electrode 12. Similarly, when the unit cell 10A is fitted to the current collecting member 15, the space S
The open surface side of 3 is closed to form a planar fuel flow path,
A part of the wall surrounding this flow path is configured by the fuel electrode 13. Then, from this fuel flow path S3, the unit cell 10A
Hydrogen is supplied to the fuel electrode 13 of the.

【0020】前記の構成からなる集電部材14,15に
は、枠体16,17がそれぞれ重ねられる。図1及び図
3に示すように、集電部材14に重ねられる枠体16
は、集電部材14より縦方向が若干大きな形状とされ、
両側の縦枠部161を上下の横枠部162,163で連
結した構造とされ、これらの枠で囲まれる中央には、集
電部材14の凸部141を収納する窓164が画定され
ている。また、この枠体16にも、その両端部近傍に、
集電部材14の長円孔144に合致する位置及び形状の
長円孔165が形成されている。枠体16の横枠部16
2,163と、これらが連結される部分の縦枠部161
は、縦枠部161全体の厚さより薄肉とされ、これらの
肉厚の関係から、集電部材14が重ねられる側の面の横
枠部162,163は、集電部材14の凸部形成範囲に
対応する位置で、短辺方向全体に渡って集電部材14と
の当接面より後退した面を形成している。したがって、
枠体16が集電部材14に重ねられた状態では、集電部
材14の凸部141は、窓164内では単位セル10A
の空気極12に接触し、横枠部162,163に対峙す
る部分では、それらに当接する関係となる。かくして、
集電部材14と枠体16との間には、上部で集電部材1
4の凸部141と横枠部162の内側面、窓164部で
集電部材14の凸部141と単位セル10Aの空気極1
2面、下部で集電部材14の凸部141と横枠部163
の内側面で囲われた多数の管状空間として、縦方向に全
通する空気流路が画定される。
Frames 16 and 17 are respectively stacked on the current collecting members 14 and 15 having the above-described structure. As shown in FIG. 1 and FIG. 3, the frame body 16 that is stacked on the current collecting member 14
Has a shape which is slightly larger in the vertical direction than the current collecting member 14,
The vertical frame portions 161 on both sides are connected by the upper and lower horizontal frame portions 162 and 163, and a window 164 for accommodating the convex portion 141 of the current collecting member 14 is defined in the center surrounded by these frames. . In addition, also in this frame 16, near both ends thereof,
An oval hole 165 having a position and shape that match the oval hole 144 of the current collector 14 is formed. Horizontal frame portion 16 of frame body 16
2, 163 and the vertical frame part 161 of the part where these are connected
Is thinner than the entire thickness of the vertical frame portion 161, and the horizontal frame portions 162 and 163 on the surface on which the current collecting member 14 is overlapped have a convex portion forming range of the current collecting member 14 due to the relationship between these thicknesses. At a position corresponding to, a surface receding from the contact surface with the current collecting member 14 is formed over the entire short side direction. Therefore,
In the state where the frame body 16 is superposed on the current collecting member 14, the convex portion 141 of the current collecting member 14 has the unit cell 10A inside the window 164.
In the portion that comes into contact with the air electrode 12 and faces the lateral frame portions 162 and 163, they are in contact with them. Thus,
Between the current collecting member 14 and the frame 16, the current collecting member 1 is provided on the upper side.
4 on the inner surface of the convex portion 141 and the horizontal frame portion 162, and the window 164, the convex portion 141 of the current collecting member 14 and the air electrode 1 of the unit cell 10A.
The convex portion 141 and the lateral frame portion 163 of the current collecting member 14 on the two surfaces and the lower portion.
A plurality of tubular spaces surrounded by the inner surface of the air passage define an air passage that extends completely in the longitudinal direction.

【0021】集電部材15に重ねられる枠体17も、枠
体16と同じ大きさに構成され、この場合、本体部分1
70には、窓171より横方向に大きな開口が形成され
ている。この開口の高さは、窓171の高さを画定する
が、開口の幅は、集電部材15の両端の長円孔153の
外端間の幅に合致する幅とされている。そして、この開
口の幅方向両端の近傍に、一対の縦枠部172が設けら
れている。この両縦枠部172に挟まれる幅が窓171
の横幅を画定し、両縦枠部172と本体部分170の開
口の幅とで画定される幅が、集電部材15の両端の長円
孔153の横幅に合致する寸法とされ、実質的に長円孔
153の位置と形状に合致する長孔173が構成されて
いる。縦枠部172は、本体部分170より薄肉とさ
れ、これらの肉厚の関係から、集電部材15が重ねられ
る側の面の縦枠部172が設けられた位置で、集電部材
15の凸部151の高さに相当する分だけ、当接面より
後退した面を形成している。したがって、枠体17が集
電部材15に重ねられた状態では、集電部材15の凸部
151は、縦枠部172に面する部分のものは縦枠部1
72に当接し、窓171内では単位セル10Aの燃料極
13に接触する当接関係となる。このようにして長孔1
73に挟まれる部分には、凸部151をぬうように一様
に形成された面状の水素流路S3が構成される。
The frame body 17 to be overlaid on the current collecting member 15 is also configured to have the same size as the frame body 16, and in this case, the main body portion 1
An opening larger in the lateral direction than the window 171 is formed in 70. The height of this opening defines the height of the window 171, and the width of the opening is set to a width that matches the width between the outer ends of the elliptical holes 153 at both ends of the current collector 15. A pair of vertical frame portions 172 are provided near both ends of this opening in the width direction. The width between the vertical frame portions 172 is the width of the window 171.
The width defined by the vertical frame portions 172 and the width of the opening of the main body portion 170 is determined to match the horizontal width of the oval holes 153 at both ends of the current collector 15, and is substantially the same. An oblong hole 173 is formed that matches the position and shape of the oblong hole 153. The vertical frame portion 172 is thinner than the main body portion 170, and due to the thicknesses thereof, the convex portion of the current collecting member 15 is provided at the position where the vertical frame portion 172 on the surface on which the current collecting member 15 is stacked is provided. A surface that is recessed from the contact surface is formed by an amount corresponding to the height of the portion 151. Therefore, in the state where the frame body 17 is superposed on the current collecting member 15, the convex portion 151 of the current collecting member 15 has a portion facing the vertical frame portion 172.
The abutting relationship with the fuel electrode 72 of the unit cell 10 </ b> A in the window 171. In this way, long hole 1
In the portion sandwiched by 73, a planar hydrogen flow path S3 is formed uniformly so as to cover the convex portion 151.

【0022】また、空気流路S1及び冷却空間S2の内
壁面には、親水性処理が施されている。具体的には、内
壁表面と水の接触角が40°以下、好ましくは30°以
下となるように表面処理が施されているとよい。処理方
法としては、親水処理剤を、表面に塗布する方法が採ら
れる。塗布される処理剤としては、ポリアクリルアミ
ド、ポリウレタン系樹脂、酸化チタン(TiO2)等が
挙げられる。この他の親水性処理としては、金属表面の
粗さを粗化する処理が挙げられる。例えば、プラズマ処
理などがその例である。親水性処理は、最も温度が高く
なる部位に施すことが好ましく、例えば、単位セル10
Aに接触している凸部141の頂部142の裏側の冷却
空間内壁表面F1、凸部141表側の空気流路側壁表面
F2と裏側の冷却空間側壁表面F3、空気流路底面F4
の順で、優先的に処理されていることが望ましい。さら
に、冷却空間S2の一部を構成する凸部151の内壁表
面F5にも親水性処理を施してもよい。親水性処理を施
すことにより、内壁面の濡れが促進され、水の潜熱冷却
による効果が向上する。また、水が詰まらなくなるの
で、空気の供給を阻害しない。
The inner wall surfaces of the air flow path S1 and the cooling space S2 are hydrophilically treated. Specifically, the surface treatment may be performed so that the contact angle between the inner wall surface and water is 40 ° or less, preferably 30 ° or less. As a treatment method, a method of applying a hydrophilic treatment agent on the surface is adopted. Examples of the treatment agent applied include polyacrylamide, polyurethane resin, titanium oxide (TiO2), and the like. Other hydrophilic treatments include treatments for roughening the roughness of the metal surface. For example, plasma treatment is an example. It is preferable that the hydrophilic treatment is applied to a portion where the temperature becomes the highest, for example, the unit cell 10
The cooling space inner wall surface F1 on the back side of the top 142 of the convex portion 141 in contact with A, the air passage side wall surface F2 on the front side of the convex portion 141, the cooling space side wall surface F3 on the back side, and the air passage bottom surface F4.
It is desirable that they are processed in order of priority. Further, the inner wall surface F5 of the convex portion 151 forming a part of the cooling space S2 may be subjected to hydrophilic treatment. By applying the hydrophilic treatment, wetting of the inner wall surface is promoted and the effect of latent heat cooling of water is improved. Further, since the water will not be clogged, the air supply will not be hindered.

【0023】以上のように構成された枠体16,17に
よって集電部材14,15を保持してセパレータ10B
が構成され、セパレータ10Bと単位セル10Aを交互
に積層して、燃料電池スタック1が構成される。こうし
て積層された燃料電池スタック1の上面には、図4に示
すように、多数の空気流路S1の開口と、冷却空間S2
の開口が交互に隣接して横方向に並び、枠体17と枠体
16の横枠部162の厚さを合わせた分の間隔を置い
て、同配列の開口が積層方向に並んだ空気と水の取入れ
部が構成される。また、燃料電池スタック1の下面に
も、同様の配列の空気と水の排出部が構成される。
The separators 10B hold the current collecting members 14 and 15 by the frames 16 and 17 configured as described above.
The fuel cell stack 1 is configured by alternately stacking the separators 10B and the unit cells 10A. On the upper surface of the fuel cell stack 1 thus stacked, as shown in FIG. 4, a large number of openings of the air flow paths S1 and the cooling space S2 are formed.
The openings are alternately arranged side by side in the lateral direction, and the openings of the same arrangement are arranged in the stacking direction with an interval corresponding to the total thickness of the frame body 17 and the horizontal frame portion 162 of the frame body 16. A water intake is constructed. Further, on the lower surface of the fuel cell stack 1, air and water discharge portions having the same arrangement are also formed.

【0024】こうした構成からなる燃料電池スタック
は、その各単電池に空気と水及び水素を供給すること
で、図5に模式化して示すように作動する。この形態の
場合、空気と水は、スタックの上面から一様に供給され
ることから、空気流路S1には直接水が入らないよう
に、空気流路S1の開口部は蓋で閉栓されているものと
する。すなわち、空気流路S1と冷却空間S2は、セパ
レータ10Bを貫通する通孔143により連通されて、
冷却空間S2から空気流路S1に通孔143を介して空
気が供給されるような空気供給構造を備える。詳しく
は、この空気供給構造は、空気流路S1をその一端側で
閉鎖した流路とし、該流路がその閉鎖端から開放端に至
る途中の部分で通孔143により冷却空間S2に連通す
ることより構成される。図示のように、冷却空間S2に
供給される空気と水は、空気流中に水滴が霧状に混入し
た状態(以下この状態を混合流という)で冷却空間の上
部に入る。燃料電池の定常運転状態では、単位セル10
Aが反応により発熱しているため、冷却空間S2内の混
合流が加熱される。混合流中の水滴は、親水性処理によ
り冷却空間S2壁面に付着し、加熱により蒸発して壁面
から熱を奪う潜熱冷却作用が生じる。こうして蒸気とな
った水は、図に網掛けの矢印で示すように、通孔143
から図に白抜き矢印で流れを示す空気と共に空気流路S
1に入り、単位セル10Aの空気極12側に付着し、空
気極12を湿潤させる。そして、空気流路S1に入った
余剰の空気と蒸気は、セルスタックの下方の空気流路開
口から排出される。また、空気流路S1に入らなかった
空気と水はセルスタックの下方の冷却空間S2開口から
排出される。
The fuel cell stack having such a structure operates as schematically shown in FIG. 5 by supplying air, water and hydrogen to each unit cell. In the case of this form, since air and water are uniformly supplied from the upper surface of the stack, the opening of the air flow path S1 is closed with a lid so that water does not directly enter the air flow path S1. Be present. That is, the air flow path S1 and the cooling space S2 are communicated with each other by the through hole 143 penetrating the separator 10B,
An air supply structure is provided so that air is supplied from the cooling space S2 to the air flow path S1 through the through holes 143. Specifically, in this air supply structure, the air flow path S1 is a flow path closed at its one end side, and the flow path communicates with the cooling space S2 by a through hole 143 at a portion in the middle of the flow path from the closed end to the open end. It consists of As shown in the figure, the air and water supplied to the cooling space S2 enter the upper part of the cooling space in a state where water droplets are mixed in the air stream in a mist state (hereinafter this state is referred to as a mixed stream). In the steady operation state of the fuel cell, the unit cell 10
Since A generates heat due to the reaction, the mixed flow in the cooling space S2 is heated. The water droplets in the mixed flow adhere to the wall surface of the cooling space S2 due to the hydrophilic treatment, evaporate by heating and take a heat from the wall surface to generate a latent heat cooling action. The water thus turned into steam passes through the through hole 143 as shown by the hatched arrow in the figure.
From the figure, the air flow path S together with the air whose flow is shown by the white arrow
1, and adheres to the air electrode 12 side of the unit cell 10A to wet the air electrode 12. Then, the excess air and steam that have entered the air flow path S1 are discharged from the air flow path opening below the cell stack. In addition, the air and water that did not enter the air flow path S1 are discharged from the opening of the cooling space S2 below the cell stack.

【0025】一方、燃料流路S3への水素の供給は、各
単電池10の両側をそれらの積層方向に貫く水素流路L
1,L2(図1参照)の一方から、縦枠部172と凸部
151の間の空間を通して、それにつながる燃料流路S
3から行なわれる。これにより単位セル10Aの燃料極
13への水素の供給が行なわれる。この燃料極13側で
は、燃料流路S3に入った余剰の水素は、反対側の水素
流路に排出され、この水素流路につながる図示しない配
管により排出又は回収される。
On the other hand, hydrogen is supplied to the fuel flow path S3 by passing through both sides of each unit cell 10 in the stacking direction thereof.
1, L2 (see FIG. 1), through one of the spaces between the vertical frame portion 172 and the convex portion 151, the fuel flow path S connected to it
It starts from 3. As a result, hydrogen is supplied to the fuel electrode 13 of the unit cell 10A. On the side of the fuel electrode 13, the excess hydrogen that has entered the fuel flow path S3 is discharged to the hydrogen flow path on the opposite side, and is discharged or collected by a pipe (not shown) connected to this hydrogen flow path.

【0026】前記のような作用から、この形態の場合、
空気流路S1には、霧状の水滴がそのまま空気流に乗っ
て入り込むことがないので、プレス加工により形成され
るような極細い空気流路S1によっても、水滴により空
気流の流れが閉塞される恐れがなくなる利点が得られ
る。
From the above-mentioned action, in the case of this form,
Since mist-like water droplets do not directly enter the air flow into the air flow path S1, the flow of the air flow is blocked by the water drops even by the extremely thin air flow path S1 formed by press working. The advantage is that there is no fear of

【0027】また、空気流路S1と冷却空間S2は、電
極面に沿って交互に平行に配置され、相互に凸部141
の側壁を挟んで隣接した構成となっており、空気と水
は、側壁に沿って流れるため、側壁は、冷却フィンとし
ての作用も発揮する。このように空気流路S1と冷却空
間S2が交互に、かつ平行に配置されることで、燃料電
池の冷却効率が向上し、均一な冷却が可能となる。
Further, the air flow paths S1 and the cooling spaces S2 are alternately arranged in parallel along the electrode surface, and the convex portions 141 are mutually arranged.
Since the air and water flow along the side wall, the side wall also functions as a cooling fin. By thus alternately arranging the air flow paths S1 and the cooling spaces S2 in parallel, the cooling efficiency of the fuel cell is improved and uniform cooling is possible.

【0028】ところで、セパレータ10Bを薄く構成
し、凸状部141の内側に空間を設けると、発熱してい
る単位セル10Aに接触している部分と、単位セル10
Aから離れた部分との間の温度差が大きくなる。このた
め、空気流路S1内においても、飽和状態となるために
必要な水蒸気量について、部分的に差が生じる。例え
ば、温度の高い電極側の部分が、電極から離れた部分よ
りも、飽和状態となるための水蒸気量を、より多く必要
とする。このような温度差は、空気極12の乾燥を招く
恐れがある。これに対して、本形態によると、前記空間
を冷却空間S2とすることによって、セパレータ10B
全体を均一に冷却することにより、部分的な温度差の発
生を抑制し、空気流路S1内を均一に飽和状態に保つこ
とができ、結果として、空気極12を湿潤状態に維持す
ることができる。
By the way, when the separator 10B is made thin and a space is provided inside the convex portion 141, the portion in contact with the unit cell 10A which is generating heat and the unit cell 10
The temperature difference between the part away from A becomes large. Therefore, even in the air flow path S1, there is a partial difference in the amount of water vapor required to reach the saturated state. For example, a portion on the electrode side having a high temperature requires a larger amount of water vapor to reach a saturated state than a portion separated from the electrode. Such a temperature difference may cause the air electrode 12 to dry. On the other hand, according to the present embodiment, by making the space the cooling space S2, the separator 10B
By uniformly cooling the whole, it is possible to suppress the occurrence of a partial temperature difference and maintain the inside of the air flow path S1 in a uniform saturated state. As a result, the air electrode 12 can be maintained in a wet state. it can.

【0029】また、この形態では、セパレータ10Bの
上部開口から流入した空気と水は、冷却空間S2側で主
として潜熱冷却により集電部材14,15を冷却する
が、この潜熱冷却が生じる部分は、空気流路S1により
隔てられるものではなく、集電部材14,15が直接電
極に接する部分の裏側となる。したがって、冷却空間S
2では、両凸部141,151の頂部142,152が
電極に最も近く、熱を受けるところであるのに対して、
その部分が直接冷却されるため、この部分を効率よく冷
却することができる。また、凸部151は冷却空間S2
の一部を構成しているので、燃料極13に接触している
当接面についても、同じ冷却空間である凸部151の裏
側から直接冷却することができ、燃料極13を冷却する
ための格別の流路を別途設ける必要をなくす冷却流路の
単純化も実現している。
Further, in this embodiment, the air and water flowing in from the upper opening of the separator 10B cool the current collecting members 14 and 15 mainly by latent heat cooling on the cooling space S2 side. It is not separated by the air flow path S1, but is on the back side of the portion where the current collecting members 14 and 15 are in direct contact with the electrodes. Therefore, the cooling space S
2, the tops 142 and 152 of the both convex portions 141 and 151 are closest to the electrodes and receive heat.
Since that portion is directly cooled, this portion can be cooled efficiently. In addition, the convex portion 151 has a cooling space S2.
Since a part of the fuel electrode 13 is formed, the contact surface contacting the fuel electrode 13 can be directly cooled from the back side of the convex portion 151, which is the same cooling space, to cool the fuel electrode 13. It also realizes simplification of the cooling flow path, which eliminates the need to provide a special flow path separately.

【0030】以上説明した、集電部材14,15の凸部
141,151は、いずれかも等間隔に設けられ、した
がって、空気流路S1、冷却空間S2や燃料流路S3と
もに均一な等間隔配置となっているが、このような構成
に限らず、空気や水素の流れる分布等に応じて適宜配置
間隔を変更してもよい。また、これら空気流路S1や燃
料流路S3の配置方向も、気体の流れる向きに沿って、
放射方向配置するなど、任意の方向に変更してもよい。
例えば、噴射ノズルから水を供給する場合には、噴射ノ
ズルの噴出し口を中心として、放射方向に水が噴射され
るから、その噴射方向に沿って、ノズルの先端を放射の
中心とした場合の放射方向に沿って凸部141を配置し
てもよい。あるいは、噴射ノズルに近い位置では、凸部
141の間隔を狭く(空気流路の幅を狭く)、噴射ノズ
ルから離れた位置の間隔を広く(空気流路の幅を広く)
した構成としてもよい。
The convex portions 141 and 151 of the current collecting members 14 and 15 described above are all provided at equal intervals, and therefore, the air flow passage S1, the cooling space S2 and the fuel flow passage S3 are evenly arranged at equal intervals. However, the arrangement interval is not limited to such a configuration, and the arrangement interval may be appropriately changed depending on the distribution of air or hydrogen flowing. In addition, the arrangement direction of the air flow path S1 and the fuel flow path S3 is also along the gas flow direction.
It may be changed in any direction such as a radial arrangement.
For example, when water is supplied from the jet nozzle, water is jetted in the radial direction around the jet port of the jet nozzle. Therefore, when the tip of the nozzle is set as the radial center along the jet direction. You may arrange | position the convex part 141 along the radial direction of. Alternatively, at a position close to the injection nozzle, the interval of the convex portions 141 is narrow (width of the air flow path is narrow), and at a position away from the injection nozzle is wide (width of the air flow path is wide).
It may be configured.

【0031】次に示す図6は、この発明の適用に係る前
記燃料電池スタック1を用いた車両用燃料電池システム
の構成例を示す。この燃料電池システムは、燃料電池ス
タック1、水素供給手段としての水素吸蔵合金21を含
む燃料供給系2、空気供給系3、水供給系4及び負荷系
5から大略構成される。
FIG. 6 shown below shows a structural example of a vehicle fuel cell system using the fuel cell stack 1 according to the present invention. This fuel cell system is roughly composed of a fuel cell stack 1, a fuel supply system 2 including a hydrogen storage alloy 21 as a hydrogen supply means, an air supply system 3, a water supply system 4, and a load system 5.

【0032】燃料供給系2では、水素供給路20を介し
て水素吸蔵合金21から放出された水素を燃料電池の燃
料電池スタック1の水素通路へ送る。水素供給路20に
は、水素吸蔵合金21側から燃料電池スタック1側へ向
けて、水素一次圧センサ22、水素調圧弁23、水素供
給電磁弁24、水素二次圧センサ25が設けられてい
る。水素一次圧センサ22によって水素吸蔵合金21側
の水素圧がモニターされている。水素調圧弁23によっ
て、燃料電池スタック1へ供給するために適した圧力に
調整される。また水素供給電磁弁24の開閉によって、
水素の燃料電池スタック1への供給が電気的に制御さ
れ、水素ガスの供給を行わない場合には、この電磁弁2
4が閉じられ、水素ガスの供給が止められる。また、水
素二次圧センサ25によって、燃料電池スタック1に供
給される直前の水素ガス圧がモニターされる。
In the fuel supply system 2, hydrogen released from the hydrogen storage alloy 21 via the hydrogen supply passage 20 is sent to the hydrogen passage of the fuel cell stack 1 of the fuel cell. The hydrogen supply passage 20 is provided with a hydrogen primary pressure sensor 22, a hydrogen pressure regulating valve 23, a hydrogen supply solenoid valve 24, and a hydrogen secondary pressure sensor 25 from the hydrogen storage alloy 21 side toward the fuel cell stack 1 side. . The hydrogen pressure on the hydrogen storage alloy 21 side is monitored by the hydrogen primary pressure sensor 22. The hydrogen pressure regulating valve 23 regulates the pressure suitable for supplying to the fuel cell stack 1. Also, by opening and closing the hydrogen supply solenoid valve 24,
When the supply of hydrogen to the fuel cell stack 1 is electrically controlled and hydrogen gas is not supplied, this solenoid valve 2
4 is closed and the supply of hydrogen gas is stopped. Further, the hydrogen secondary pressure sensor 25 monitors the hydrogen gas pressure immediately before being supplied to the fuel cell stack 1.

【0033】燃料電池スタック1内での水素の流れは、
先に説明したとおりである。燃料供給系2において、燃
料電池スタック1の水素通路から排出される水素ガス
は、水素排気路27を介して大気へ放出される。水素排
気路27には逆止弁28と電磁弁29が設けられてい
る。逆止弁28は水素排気路27を介して空気が燃料電
池スタック1の燃料極に進入することを防止する。電磁
弁29は間欠的に駆動されて水素の完全燃焼を図る。
The flow of hydrogen in the fuel cell stack 1 is
As described above. In the fuel supply system 2, the hydrogen gas discharged from the hydrogen passage of the fuel cell stack 1 is released to the atmosphere via the hydrogen exhaust passage 27. The hydrogen exhaust passage 27 is provided with a check valve 28 and a solenoid valve 29. The check valve 28 prevents air from entering the fuel electrode of the fuel cell stack 1 via the hydrogen exhaust passage 27. The solenoid valve 29 is intermittently driven to achieve complete combustion of hydrogen.

【0034】水供給系4においては、タンク40の水は
ポンプ41により空気マニホールド34内に配設された
ノズル45へ圧送され、ここから空気マニホールド34
内で連続的若しくは間欠的に噴出される。この水は、先
に説明したように、燃料電池スタック1の上部開口を介
して空気流路S1と冷却空間S2に送られる。ここにお
いて優先的に水分から潜熱を奪うので、空気極12側の
電解質膜11からの水分の蒸発が防止される。したがっ
て、電解質膜11はその空気極12側で乾燥することな
く、生成水により常に均一な湿潤状態を維持する。ま
た、空気極12の表面に供給された蒸気は、空気極12
自体からも熱を奪いこれを冷却し、更に冷却空間S2に
流入する水も熱を奪う。これにより燃料電池スタック1
の温度を制御できる。
In the water supply system 4, the water in the tank 40 is pressure-fed by the pump 41 to the nozzle 45 arranged in the air manifold 34, and from there, the air manifold 34.
It is ejected continuously or intermittently. As described above, this water is sent to the air flow path S1 and the cooling space S2 via the upper opening of the fuel cell stack 1. Here, the latent heat is preferentially taken from the water, so that the evaporation of the water from the electrolyte membrane 11 on the air electrode 12 side is prevented. Therefore, the electrolyte membrane 11 does not dry on the side of the air electrode 12, and always maintains a uniform wet state with the produced water. Further, the vapor supplied to the surface of the air electrode 12 is
The heat is also taken from itself and cooled, and the water flowing into the cooling space S2 also takes the heat. As a result, the fuel cell stack 1
You can control the temperature of.

【0035】すなわち、燃料電池スタック1へ特に冷却
水系を付加しなくても、燃料電池スタック1を十分に冷
却することができる。なお、排気温度センサ37で検出
された排出空気の温度に対応してポンプ41の出力を制
御し、燃料電池スタック1の温度を所望の温度に維持す
る。ポンプ41の吸込み側にはフィルタ42が設けら
れ、ノズル45とポンプ41の間には電磁弁43が設け
られており、電磁弁43によって、ノズル45からの噴
射量が制御される。タンク40の水は、空気マニホール
ド34内に配設されたノズル45から燃料電池スタック
1の表面に供給され、この水は、水凝縮器46で回収さ
れ、ポンプ44によりタンク40に戻される。タンク4
0の水温は、水温センサ47でモニタされ、水位は水位
センサ48でモニタされている。
That is, the fuel cell stack 1 can be sufficiently cooled without adding a cooling water system to the fuel cell stack 1. The output of the pump 41 is controlled according to the temperature of the exhaust air detected by the exhaust temperature sensor 37 to maintain the temperature of the fuel cell stack 1 at a desired temperature. A filter 42 is provided on the suction side of the pump 41, and an electromagnetic valve 43 is provided between the nozzle 45 and the pump 41. The electromagnetic valve 43 controls the injection amount from the nozzle 45. The water in the tank 40 is supplied to the surface of the fuel cell stack 1 from the nozzle 45 arranged in the air manifold 34, and this water is collected by the water condenser 46 and returned to the tank 40 by the pump 44. Tank 4
The water temperature of 0 is monitored by the water temperature sensor 47, and the water level is monitored by the water level sensor 48.

【0036】負荷系5は燃料電池スタック1の出力を、
インバータ51を介して外部に取り出し、モータ52等
の負荷を駆動させる。この負荷系5にはスイッチのため
のリレー53が設けられている。また、負荷系5には、
リレー53とインバータ51の間に、バッテリ54が接
続されている。このバッテリ54は、モータ52の回生
電流を蓄積し、また、燃料電池の出力が不足している場
合には、出力を補う。
The load system 5 outputs the output of the fuel cell stack 1 to
It is taken out through the inverter 51 and drives a load such as the motor 52. The load system 5 is provided with a relay 53 for a switch. In addition, the load system 5 includes
A battery 54 is connected between the relay 53 and the inverter 51. The battery 54 accumulates the regenerative current of the motor 52 and supplements the output of the fuel cell when the output is insufficient.

【0037】このシステムの特徴は、燃料電池スタック
1における空気流路S1と冷却流路S2とを一本化した
流通経路に配置でき、同時に空気と水を流通させること
ができるので、冷却のための装置を別に設ける必要がな
い点にある。
The characteristic of this system is that the air flow path S1 and the cooling flow path S2 in the fuel cell stack 1 can be arranged in a unified flow path, and at the same time, air and water can be circulated. There is no need to provide a separate device.

【0038】以上説明した第1実施形態では、燃料極1
3側の流路を面状とすべく、燃料極13に接続される集
電部材15の凸部151を間歇配置の柱状としたが、こ
の流路を、空気流路S1と同様に溝状の流路とする場
合、凸部151を連続する突条とすることもできる。次
の図7〜図12に示す第2実施形態は、こうした構成を
採るものである。図7は燃料電池セパレータを燃料極が
重ねられる側から見た正面図、図8はこのセパレータを
用いた燃料電池スタックの部分横断面図(図1における
A−A断面図)、図9は同じく燃料電池スタックの部分
縦断面図(図1及び図2におけるB−B断面図)、図1
0は燃料電池スタックの他の部分の部分縦断面図(図1
及び図2におけるC−C断面図)、図11は燃料電池用
セパレータを空気極が重ねられる側から見た背面図、図
12は燃料電池スタックの部分上面図である。
In the first embodiment described above, the fuel electrode 1
The projections 151 of the current collecting member 15 connected to the fuel electrode 13 are formed in a columnar shape with an intermittent arrangement in order to make the flow path on the 3 side planar, but this flow path has a groove shape like the air flow path S1. In the case of the flow path of, the convex portion 151 may be a continuous ridge. The second embodiment shown in FIGS. 7 to 12 below has such a configuration. FIG. 7 is a front view of the fuel cell separator as seen from the side where the fuel electrodes are overlapped, FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack using this separator (AA cross-sectional view in FIG. 1), and FIG. 9 is the same. 1 is a partial vertical cross-sectional view of the fuel cell stack (BB cross-sectional view in FIGS. 1 and 2), FIG.
0 is a partial vertical sectional view of another portion of the fuel cell stack (see FIG.
2 is a rear view of the fuel cell separator as seen from the side where the air electrode is superposed, and FIG. 12 is a partial top view of the fuel cell stack.

【0039】この形態の場合も、図8に示すように、セ
パレータ10Bは、単位セル10Aの電極に接触して電
流を外部に取り出すための集電部材14,15と、各集
電部材14,15の周端部に外装される枠体16,17
とを備えている。集電部材14,15は金属板で構成さ
れている。構成金属は、先の第1実施形態と同様であ
る。集電部材15は、単位セル10Aの燃料極に接触
し、集電部材14は空気極に接触する。集電部材15
は、図7に示すように、矩形の板材からなり、プレス加
工によって、複数の凸状部151が構成されている。凸
状部151は、板材の短辺に直線状に連続して形成され
ていて、等間隔で配置されている。凸状部151の間に
は、溝が形成されて、燃料である水素が流通する水素流
路S1が形成されている。この凸状部151の頂点部分
の面は、燃料極が接触する当接部152となっている。
また、凸状部151の裏側は、溝15aとなっていて、
この溝15aの両端は、図9に示されているように、板
材の端辺部まで及ばず、閉塞された状態となっている。
集電部材15の両端部には、孔153が形成され、セパ
レータ10Bを積層した場合に、この孔153によって
水素供給路が構成される。
Also in this embodiment, as shown in FIG. 8, the separator 10B includes collector members 14 and 15 for contacting the electrodes of the unit cell 10A to take out an electric current, and the collector members 14 and 15. Frame bodies 16 and 17 to be mounted on the peripheral end portion of 15
It has and. The current collecting members 14 and 15 are made of metal plates. The constituent metals are the same as those in the first embodiment. The current collecting member 15 contacts the fuel electrode of the unit cell 10A, and the current collecting member 14 contacts the air electrode. Current collecting member 15
As shown in FIG. 7, it is made of a rectangular plate material, and a plurality of convex portions 151 are formed by pressing. The convex portions 151 are linearly formed continuously on the short side of the plate material and are arranged at equal intervals. A groove is formed between the convex portions 151 to form a hydrogen flow path S1 through which hydrogen as fuel flows. The surface of the apex of the convex portion 151 is a contact portion 152 with which the fuel electrode comes into contact.
Further, the back side of the convex portion 151 is a groove 15a,
As shown in FIG. 9, both ends of the groove 15a do not extend to the edge portions of the plate material and are in a closed state.
Holes 153 are formed at both ends of the current collecting member 15, and when the separator 10B is laminated, the holes 153 form a hydrogen supply path.

【0040】図11に示すように、集電部材14は、矩
形の板材からなり、プレス加工によって、複数の凸状部
141が形成されている。凸状部141は、板材の短辺
に平行に直線状に連続して形成されていて、等間隔で配
置されている。凸状部141の間には、溝が形成され
て、空気が流通する空気流路S1が形成されている。こ
の凸状部141の頂点部分の面は、空気極が接触する当
接部142となっている。また、凸状部141の裏側は
溝状の中空部となっていて、この中空部によって冷却流
路S2が形成されている。空気流路S1と冷却流路S2
は、板材の端部まで達し、両端は、板材の端辺部で開口
する開口部を備えている。集電部材14の両端部には、
孔144が形成され、セパレータ10Bを積層した場合
に、この孔144によって水素供給路が構成される。
As shown in FIG. 11, the current collecting member 14 is made of a rectangular plate material and has a plurality of convex portions 141 formed by press working. The convex portions 141 are linearly formed continuously in parallel with the short sides of the plate material and are arranged at equal intervals. A groove is formed between the convex portions 141, and an air flow path S1 through which air flows is formed. The surface of the apex portion of the convex portion 141 is a contact portion 142 with which the air electrode contacts. Further, the back side of the convex portion 141 is a groove-shaped hollow portion, and the cooling passage S2 is formed by this hollow portion. Air channel S1 and cooling channel S2
Reaches the end of the plate, and both ends are provided with openings that open at the edges of the plate. At both ends of the current collecting member 14,
When the holes 144 are formed and the separator 10B is laminated, the holes 144 form a hydrogen supply path.

【0041】以上のような集電部材14,15は、各凸
状部141,151が外側となるように重ね合わされて
固定される。このとき、水素流路S3の裏側面15bと
空気流路S1の裏側面14aが当接した状態となり、相
互に通電可能な状態となる。また、集電部材14,15
を重ね合わせることによって、図9に示されているよう
に、冷却流路S2が形成され、溝15aは冷却流路S2
の一部を構成する。また、空気流路S1は、図8及び図
10に示されているように、単位セル10Aに重ね合わ
され、溝の開口部14bを閉鎖することにより、管状の
流路が構成され、内壁の一部が空気極で構成される。こ
の空気流路S1から、単位セル10Aの空気極に酸素と
水が供給される。
The current collecting members 14 and 15 as described above are stacked and fixed so that the convex portions 141 and 151 are on the outside. At this time, the back side surface 15b of the hydrogen flow path S3 and the back side surface 14a of the air flow path S1 are in contact with each other, so that they can be energized mutually. Further, the current collecting members 14 and 15
As shown in FIG. 9, the cooling channels S2 are formed by overlapping the grooves 15a with the cooling channels S2.
Form part of. Further, as shown in FIGS. 8 and 10, the air flow path S1 is superposed on the unit cell 10A, and the opening 14b of the groove is closed to form a tubular flow path, and one of the inner walls is closed. The part is composed of an air electrode. From this air flow path S1, oxygen and water are supplied to the air electrode of the unit cell 10A.

【0042】空気流路S1の一端側開口部は、空気と水
が流入する導入口P1となり、他端の開口部は、空気と
水が流出する導出口P2となっている。また、冷却流路
S2の一端側開口部は、空気と水が流入する流入開放口
P3となり、他端の開口部は、空気と水が流出する流出
開放口P4となっている。以上のような構成において、
空気流路S1と冷却流路S2は、交互に平行に配置さ
れ、相互に側壁14cを挟んで隣接した構成となってい
る。このため、導入口P1と流入開放口P3も交互に配
置され、導出口P2と流出開放口P4も交互に配置され
る。また、空気と水は、側壁14cに沿って流れるた
め、側壁14cは、冷却フィンとしての作用も発揮す
る。空気流路S1と冷却流路S2が交互に、かつ平行に
配置されることで、燃料電池の冷却効率が向上し、均一
な冷却が可能となる。
The opening on one end side of the air flow path S1 serves as an inlet P1 through which air and water flow in, and the opening at the other end serves as an outlet P2 through which air and water flow out. The opening on one end side of the cooling flow path S2 is an inflow opening P3 into which air and water flow in, and the opening on the other end is an outflow opening P4 from which air and water flow out. In the above configuration,
The air flow paths S1 and the cooling flow paths S2 are alternately arranged in parallel and are adjacent to each other with the side wall 14c interposed therebetween. Therefore, the inlets P1 and the inflow openings P3 are also arranged alternately, and the outlets P2 and the outflow openings P4 are also arranged alternately. Further, since air and water flow along the side wall 14c, the side wall 14c also functions as a cooling fin. By arranging the air flow paths S1 and the cooling flow paths S2 alternately and in parallel, the cooling efficiency of the fuel cell is improved and uniform cooling is possible.

【0043】集電部材14,15には、枠体16,17
がそれぞれ重ねられる。図7に示されているように、集
電部材15に重ねられる枠体17は、集電部材15と同
じ大きさに構成され、中央には、凸状部151を収納す
る窓171が形成されている。また、両端部近傍には、
集電部材15の孔153に合致する位置に孔173が形
成されており、この孔173と窓171との間には、集
電部材15に接触する側の平面に凹部が形成され、水素
流通経路L3が設けられている。また、集電部材15に
接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓17
1に沿って形成された凹部が形成され、単位セル10A
が収納される収納部R2が設けられている。
The current collecting members 14 and 15 include frames 16 and 17, respectively.
Are overlaid on each other. As shown in FIG. 7, the frame 17 to be stacked on the current collecting member 15 has the same size as the current collecting member 15, and a window 171 for accommodating the convex portion 151 is formed in the center. ing. Also, near both ends,
A hole 173 is formed at a position corresponding to the hole 153 of the current collecting member 15, and a concave portion is formed between the hole 173 and the window 171 on the flat surface on the side in contact with the current collecting member 15, so that the hydrogen flow is prevented. A route L3 is provided. Further, on the plane opposite to the surface in contact with the current collecting member 15, the contour is the window 17
1 is formed along with the concave portion to form the unit cell 10A.
A storage portion R2 is provided for storing the.

【0044】図7、図9及び図10に示されているよう
に、凸状部151の端部と、枠体17の窓171の端辺
内壁との間には隙間があり、この隙間によって、集電部
材15の長辺方向に沿った水素流路S3’が構成されて
いる。この水素流路S3’によって、各水素流路S3へ
水素が供給される。また、水素流路S3’においても、
燃料極へ水素の供給が行われる。
As shown in FIGS. 7, 9 and 10, there is a gap between the end of the convex portion 151 and the inner wall of the edge of the window 171 of the frame body 17. A hydrogen flow path S3 ′ is formed along the long side direction of the current collecting member 15. Hydrogen is supplied to each hydrogen flow path S3 by this hydrogen flow path S3 '. Also in the hydrogen flow path S3 ′,
Hydrogen is supplied to the fuel electrode.

【0045】集電部材14に重ねられる枠体16は、枠
体17と同じ大きさに構成され、中央には、凸状部14
1を収納する窓164が形成されている。また、両端部
近傍には、枠体17の孔173に合致する位置に孔16
5が形成されている。枠体17の集電部材14が重ねら
れる側の面には、枠体17の対向する一対の長辺に沿っ
て溝が形成され、集電部材14,15に重ねることによ
って、空気流通路L4,L5が構成される構造となって
いる。空気流通路L4の一端は、枠体17の長辺側の端
面に形成された開口P5に接続され、他端は空気流路S
1の導入口P1と冷却流路S2の流入開放口P3とに接
続されている。
The frame body 16 overlaid on the current collecting member 14 has the same size as the frame body 17, and has a convex portion 14 at the center.
A window 164 for storing 1 is formed. Further, in the vicinity of both ends, the holes 16 are provided at positions matching the holes 173 of the frame body 17.
5 is formed. Grooves are formed on the surface of the frame body 17 on the side where the current collecting members 14 are overlapped, along a pair of opposing long sides of the frame body 17, and by overlapping the current collecting members 14 and 15, the air flow passage L4 is formed. , L5 are configured. One end of the air flow passage L4 is connected to the opening P5 formed in the end surface on the long side of the frame body 17, and the other end is the air flow path S.
1 is connected to the inlet P1 and the inflow opening P3 of the cooling flow path S2.

【0046】上流部の空気流通路L4は、開口P5側か
ら空気流路S1側へ向けて横断面積が漸減するように、
端部内壁がテーパー面16aとなっており、先述の空気
マニホールド34から噴射される霧状水の取り入れを容
易としている。一方、下流側の空気流通路L5の一端
は、空気流路S1の導出口P2と冷却流路S2の流入開
放口P3とに接続され、他端は、枠体17の長辺側端面
に形成された開口P6に接続されている。空気流通路L
5は、開口P6側から空気流路S1側へ向けて横断面積
が漸減するように、端部内壁がテーパー面16bとなっ
ている。燃料電池スタック1が傾いた際にも、このテー
パー面16bによって、水の排出が維持される。また、
枠体16の、集電部材14に接触する面に対して、反対
側の平面には、輪郭が窓164に沿って形成された凹部
が形成され、単位セル10Aが収納される収納部R1が
設けられている。
The air flow passage L4 at the upstream portion gradually decreases in cross-sectional area from the opening P5 side toward the air flow path S1 side.
The inner wall of the end portion has the tapered surface 16a, which facilitates the intake of the mist-like water sprayed from the air manifold 34 described above. On the other hand, one end of the downstream air flow passage L5 is connected to the outlet P2 of the air flow passage S1 and the inflow opening P3 of the cooling flow passage S2, and the other end is formed on the long side end surface of the frame body 17. It is connected to the opened opening P6. Air flow passage L
In No. 5, the inner wall at the end is a tapered surface 16b so that the cross-sectional area gradually decreases from the opening P6 side toward the air flow path S1 side. Even when the fuel cell stack 1 is tilted, the tapered surface 16b maintains the discharge of water. Also,
A recessed portion having a contour formed along the window 164 is formed on a plane opposite to the surface of the frame body 16 that contacts the current collecting member 14, and a storage portion R1 for storing the unit cell 10A is formed. It is provided.

【0047】この形態の場合の単位セル10Aの構成
は、先の第1実施形態において図2を参照して説明した
構成と同様である。また、流路の各部に施される親水性
処理の手法とその処理部位についても、第1実施形態の
場合と同様である。
The configuration of the unit cell 10A in this case is the same as the configuration described in the first embodiment with reference to FIG. Further, the method of hydrophilic treatment applied to each part of the flow path and the treatment site thereof are the same as in the case of the first embodiment.

【0048】以上のように構成された枠体16,17に
よって集電部材14,15を保持してセパレータ10B
が構成され、セパレータ10Bと単位セル10Aを交互
に積層して、燃料電池スタック1が構成される。図12
は燃料電池スタック1の部分平面図である。燃料電池ス
タック1の上面には、多数の導入口P1と流入開放口P
3が交互に開口し、この導入口P1と流入開放口P3
に、先述のように、空気マニホールド34から空気が流
入するとともに、ノズル45から噴射された水が同時に
流入する。側壁14cは、空気の流通経路に配置され冷
却フィンとしても作用する。
The separators 10B hold the current collecting members 14 and 15 by the frame bodies 16 and 17 configured as described above.
The fuel cell stack 1 is configured by alternately stacking the separators 10B and the unit cells 10A. 12
FIG. 3 is a partial plan view of the fuel cell stack 1. On the upper surface of the fuel cell stack 1, a large number of inlets P1 and inlet / outlet openings P1 are provided.
3 alternately open, and the inlet P1 and the inflow opening P3
In addition, as described above, the air flows in from the air manifold 34 and the water jetted from the nozzle 45 flows in at the same time. The side wall 14c is arranged in the air flow passage and also acts as a cooling fin.

【0049】セパレータを薄く構成し凸状部141の内
側に空間(S2)を設けると、発熱している単位セル1
0Aに接触している部分と、単位セル10Aから離れた
部分との間に温度差が大きくなる。このため、空気流路
内においても、飽和状態となるために必要な水蒸気量に
ついて、部分的に差が生じる。例えば、温度の高い電極
側の部分が、電極から離れた部分よりも、飽和状態とな
るための水蒸気量を、より多く必要とする。このような
温度差は、空気極の乾燥を招く恐れがあるが、冷却流路
S2によって、セパレータ全体を均一に冷却することに
より、部分的な温度差の発生を抑制し、空気流路S1内
を均一に飽和状態に保つことができ、結果として、空気
極を湿潤状態に維持することができる。
When the separator is made thin and a space (S2) is provided inside the convex portion 141, the unit cell 1 which is generating heat is generated.
The temperature difference becomes large between the portion in contact with 0A and the portion separated from the unit cell 10A. Therefore, even in the air flow path, there is a partial difference in the amount of water vapor required to reach the saturated state. For example, a portion on the electrode side having a high temperature requires a larger amount of water vapor to reach a saturated state than a portion separated from the electrode. Such a temperature difference may lead to drying of the air electrode, but the cooling flow path S2 uniformly cools the entire separator to suppress the occurrence of a partial temperature difference, and the inside of the air flow path S1 is suppressed. Can be uniformly saturated, and as a result, the cathode can be maintained in a wet state.

【0050】導入口P1と流入開放口P3から流入した
空気と水は、空気流路S1内で空気極に酸素を提供する
とともに、潜熱冷却により集電部材14,15を冷却す
る。また、流入開放口P3から流入した空気と水は、同
様に潜熱冷却により集電部材14,15を冷却する。こ
こで、冷却流路S2では、内壁14dが最も電極に近
く、熱を発するところであるが、冷却流路S2に空気と
水を流すことにより、この部分を効率よく冷却すること
ができる。また、溝15aが冷却流路S2の一部を構成
しているので、水素極に接触している当接面152につ
いても、裏側から直接冷却することができ、水素極側か
らも冷却できるので、一層冷却効率が向上する。
The air and water flowing in through the inlet P1 and the inflow opening P3 provide oxygen to the air electrode in the air passage S1 and cool the current collecting members 14, 15 by latent heat cooling. Further, the air and water that have flowed in from the inflow opening P3 also cool the current collecting members 14 and 15 by latent heat cooling. Here, in the cooling flow path S2, the inner wall 14d is closest to the electrode and is where heat is generated, but by flowing air and water through the cooling flow path S2, this portion can be efficiently cooled. Further, since the groove 15a constitutes a part of the cooling flow path S2, the contact surface 152 which is in contact with the hydrogen electrode can also be directly cooled from the back side and also from the hydrogen electrode side. The cooling efficiency is further improved.

【0051】以上説明した集電部材14,15の凸状部
141,151は、いずれかも等間隔に設けられ、した
がって、空気流路S1、冷却流路S2や水素流路S3も
等間隔に設けられているが、このような構成に限らず、
空気の流れる分布等に応じて適宜配置間隔を変更しても
よい。また、これら空気流路S1や水素流路S3の配置
方向も、必ずしも平行に設ける必要もなく、気体の流れ
る向きに沿って、放射方向配置するなど、任意の方向に
変更してもよい。例えば、噴射ノズルから水を供給する
場合には、噴射ノズルの噴出し口を中心として、放射方
向に水が噴射されるから、その噴射方向に沿って、ノズ
ルの先端を放射の中心とした場合の放射方向に沿って凸
状部141を配置してもよい。あるいは、噴射ノズルに
近い位置では、凸状部141の間隔を狭く(空気流路の
幅を狭く)、噴射ノズルから離れた位置の間隔を広く
(空気流路の幅を広く)した構成としてもよい。
All of the convex portions 141 and 151 of the current collecting members 14 and 15 described above are provided at equal intervals, so that the air flow path S1, the cooling flow path S2 and the hydrogen flow path S3 are also provided at equal intervals. However, it is not limited to such a configuration,
The arrangement interval may be changed appropriately according to the distribution of air flow and the like. Further, the air flow passages S1 and the hydrogen flow passages S3 are not necessarily arranged in parallel, but may be arranged in any direction such as radial arrangement along the gas flow direction. For example, when water is supplied from the jet nozzle, water is jetted in the radial direction around the jet port of the jet nozzle. Therefore, when the tip of the nozzle is set as the radial center along the jet direction. The convex portions 141 may be arranged along the radial direction of. Alternatively, at a position close to the injection nozzle, the interval of the convex portions 141 may be narrowed (the width of the air passage is narrowed), and the position separated from the injection nozzle may be widened (the width of the air passage is widened). Good.

【0052】以上説明した第2実施形態の場合、空気流
路S1と冷却流路S2とを空気の同じ流通経路に配置で
き、同時に空気と水を流通させることができるので、冷
却のための装置を別に設ける必要がない点が特徴であ
る。
In the case of the second embodiment described above, the air flow path S1 and the cooling flow path S2 can be arranged in the same air circulation path, and at the same time, air and water can be circulated. The feature is that there is no need to separately provide.

【0053】この第2実施形態の変形例として、燃料極
側の流路については、更に他の構成を採ることもでき
る。図13に示す変形例は、燃料極に接続される集電部
材15の凸状部151を、集電部材15の長辺に沿って
直線的に形成したものである。こうした構成を採ると、
水素流路S3は、水素ガスの流れる方向に沿って配置さ
れており、水素ガスの流れによどみや滞留が少なくなる
といった利点が得られる。
As a modified example of the second embodiment, the flow path on the fuel electrode side may have another structure. In the modification shown in FIG. 13, the convex portion 151 of the current collecting member 15 connected to the fuel electrode is linearly formed along the long side of the current collecting member 15. With this configuration,
The hydrogen flow path S3 is arranged along the flow direction of the hydrogen gas, and has an advantage of reducing stagnation and retention due to the flow of the hydrogen gas.

【0054】以上の各実施形態は、セパレータをプレス
成形品を主体として構成するものであるが、セパレータ
をカーボンブラック等の削り出し加工品とするような場
合についても、本発明は適用可能である。以下に示す第
3実施形態は、こうした構成を採るものである。図13
に示すように、この第3実施形態の場合、燃料電池の単
位ユニットは、固体高分子電解質膜11と、該固体高分
子電解質膜11の両側面にそれぞれ重ねられた酸化剤極
である空気極12と燃料極13とを備えた単位セルと、
単位セルの空気極12に重ねられたセパレータ14A
と、燃料極13に重ねられたセパレータ15Aとを備え
ている。つまり、固体高分子電解質膜11を空気極12
と燃料極15とで狭持して単位セルを構成し、さらにセ
パレータ14A,15Aでその単体を狭持した構成とな
っている。
In each of the above embodiments, the separator is mainly composed of a press-molded product, but the present invention is also applicable to a case where the separator is a machined product such as carbon black. . The third embodiment shown below has such a configuration. FIG.
As shown in FIG. 3, in the case of the third embodiment, the unit unit of the fuel cell includes a solid polymer electrolyte membrane 11 and an air electrode which is an oxidant electrode stacked on both side surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 11. A unit cell including 12 and a fuel electrode 13,
Separator 14A stacked on the air electrode 12 of the unit cell
And a separator 15A stacked on the fuel electrode 13. That is, the solid polymer electrolyte membrane 11 is attached to the air electrode 12.
The fuel cell 15 and the fuel electrode 15 sandwich the unit cell, and the separators 14A and 15A sandwich the unit cell.

【0055】セパレータ14A,15Aは、導電性を有
し、かつ耐蝕性を備えた材料で構成され、例えば、導電
性と耐蝕性を備えた金属、グラファイトなどが用いられ
る。導電性と耐蝕性とを備えた金属としては、例えば、
ステンレス、ニッケル合金、チタン合金等に耐蝕導電処
理を施したもの等が挙げられる。
The separators 14A and 15A are made of a material having conductivity and corrosion resistance. For example, a metal having conductivity and corrosion resistance, graphite or the like is used. As the metal having conductivity and corrosion resistance, for example,
Examples include stainless steel, nickel alloys, titanium alloys, and the like that have been subjected to anticorrosion conductive treatment.

【0056】セパレータ14Aには、空気極12と接触
する側の面(一方の端面)に、略等間隔で複数の酸化剤
ガス供給溝が平行に形成され、空気極12に重ねられた
状態で空気供給路S1が形成される構成となっている。
空気供給路S1は、セパレータ14Aの一方の長辺から
他方の長辺へ向けて形成され、両端は各長辺部で開口し
ている。空気供給路S1の間には凸部141により隔壁
が形成され、その上端部142は、空気極12に接触し
ている。
In the separator 14A, a plurality of oxidant gas supply grooves are formed in parallel with each other on the surface (one end surface) on the side contacting the air electrode 12, and the oxidant gas supply grooves are superposed on the air electrode 12. The air supply path S1 is formed.
The air supply path S1 is formed from one long side of the separator 14A toward the other long side, and both ends are open at each long side. A partition wall is formed by the convex portion 141 between the air supply passages S1, and an upper end portion 142 thereof is in contact with the air electrode 12.

【0057】セパレータ14Aは、空気供給路S1と隔
壁141が設けられる板状の本体部140を備え、本体
部140内には、酸化剤ガス供給溝である空気供給路S
1に沿って形成された冷却流路S2が設けられている。
冷却流路S2には、燃料電池を冷却する冷却媒体として
水が流通する。冷却流路S2は、セパレータ14Aに形
成された複数の空気供給路S1に沿って、それぞれ形成
されており、図16に示されているように、冷却流路S
2の一端は供給路L6に、他端は排出路L7にそれぞれ
接続されている。供給路L6は、燃料電池スタック1の
外部に設けられている後記する水供給系4の供給ライン
40aに接続され、排出路L7は、変換ライン40bに
接続され、空気供給路S1に供給されなかった水は、水
タンク40へ返還され、燃料電池スタック1と水タンク
40の間で冷却水が循環する構成となっている。このよ
うにして、冷却水は、セパレータ14Aの側縁部の一端
から他端へ流通する。
The separator 14A has a plate-shaped main body 140 provided with an air supply passage S1 and a partition wall 141, and inside the main body 140, an air supply passage S which is an oxidant gas supply groove.
The cooling flow path S2 formed along 1 is provided.
Water flows through the cooling flow path S2 as a cooling medium for cooling the fuel cell. The cooling passages S2 are formed along the plurality of air supply passages S1 formed in the separator 14A, respectively, and as shown in FIG. 16, the cooling passages S2 are formed.
One end of 2 is connected to the supply path L6, and the other end is connected to the discharge path L7. The supply path L6 is connected to a supply line 40a of a water supply system 4 which will be described later provided outside the fuel cell stack 1, and the discharge path L7 is connected to the conversion line 40b and is not supplied to the air supply path S1. The water is returned to the water tank 40, and cooling water circulates between the fuel cell stack 1 and the water tank 40. In this way, the cooling water flows from one end of the side edge portion of the separator 14A to the other end.

【0058】空気供給路S1と冷却流路S2との間に
は、水を空気供給路S1へ供給する供給手段である通路
として貫通孔143が連通している。貫通孔143は、
等間隔で複数設けられ、冷却流路S2内を流れる冷却水
が、貫通孔143を介して空気供給路S1内へ流入す
る。貫通孔143から空気供給路S1へ供給された水
は、蒸発する際の潜熱による冷却効果を発揮するととも
に、空気極13の乾燥を防止し、常に湿潤状態を維持さ
せることができる。
A through hole 143 is connected between the air supply passage S1 and the cooling flow passage S2 as a passage which is a supply means for supplying water to the air supply passage S1. The through hole 143 is
A plurality of cooling water provided at equal intervals and flowing in the cooling flow path S2 flows into the air supply path S1 via the through holes 143. The water supplied from the through hole 143 to the air supply path S1 exerts a cooling effect due to latent heat at the time of evaporation, prevents the air electrode 13 from drying, and can always maintain a wet state.

【0059】ここで、冷却流路S2内を流れる冷却水
は、必ずしも冷却流路S2内に隙間なく満たされている
必要はなく、冷却流路S2の内壁を伝って流れる程度の
流量であってもよい。したがって、例えば、貫通孔14
3が形成されている側面14eを伝って流れる場合に
は、貫通孔143から水が空気供給路S1へ流出する
が、違う側面を伝って流れる場合には、水が空気供給路
S1へ流出しない場合もある。しかし、水が、冷却流路
S2の内壁を伝って流れれば、セパレータ14Aは冷却
され、十分な冷却効果を得ることができる。
Here, the cooling water flowing in the cooling flow passage S2 does not necessarily have to be filled in the cooling flow passage S2 without a gap, and has such a flow rate as to flow along the inner wall of the cooling flow passage S2. Good. Therefore, for example, the through hole 14
3 flows through the side surface 14e in which water is formed, water flows out from the through hole 143 to the air supply passage S1, but when it flows along a different side surface, water does not flow out to the air supply passage S1. In some cases. However, if the water flows along the inner wall of the cooling flow path S2, the separator 14A is cooled, and a sufficient cooling effect can be obtained.

【0060】燃料極13側のセパレータ15Aには、燃
料ガスを流通させるガス供給路S3が形成されている。
ガス供給路S3は、単位ユニットを構成した状態で、空
気供給路S1に対して直交する方向へ形成されている。
セパレータ14Aに設けられている冷却媒体が流通する
冷却流路S2と同様の流路は、セパレータ15Aに設け
ることもできる。
In the separator 15A on the fuel electrode 13 side, a gas supply passage S3 for circulating the fuel gas is formed.
The gas supply passage S3 is formed in a direction orthogonal to the air supply passage S1 in a state where it constitutes a unit unit.
A flow path similar to the cooling flow path S2 through which the cooling medium is provided in the separator 14A may be provided in the separator 15A.

【0061】この実施形態では、燃料電池単位ユニット
を使用状態にセットした状態で、空気供給路S1が上下
方向に沿って位置するように構成されている。このよう
に構成することで、空気供給路S1に供給された冷却水
を下方に滴下させて、空気供給路S1から容易に排出す
ることができる。
In this embodiment, the air supply passage S1 is arranged along the vertical direction when the fuel cell unit is set in the used state. With this configuration, the cooling water supplied to the air supply passage S1 can be dropped and easily discharged from the air supply passage S1.

【0062】図17に示されているように、以上のよう
に構成された燃料電池単位ユニットを複数積層して、即
ち直列に接続して、燃料電池スタック1を構成する。な
お、上記セパレータ14Aの構成において、空気供給路
S1における空気の流通方向と逆方向に冷却水が流れる
構成としてもよい。
As shown in FIG. 17, the fuel cell stack 1 is constructed by stacking a plurality of fuel cell unit units constructed as described above, that is, connecting them in series. In addition, in the configuration of the separator 14A, the cooling water may flow in a direction opposite to the air flow direction in the air supply passage S1.

【0063】以上説明した燃料電池セパレータ14Aの
構成としては、以下に例示するような他の構成とするこ
ともできる。第1の変形形態としては、排出路L7を設
けず、冷却流路S2に供給された冷却水は、貫通孔14
3を介して全て空気供給路S1へ流出させる構成として
もよい。この場合には、例えば、図19に示されている
ように、セパレータ14Aの平行な対向する端辺(上辺
側と下辺側)に沿って、それぞれ供給路L6a,L6b
を設け、各供給路L6a,L6bから一つおきに交互に
冷却流路S2a,S2bを接続した構成とすることがで
きる。この構成では、冷却流路S2a内では、上方から
下方へ向けて冷却水が流れ、冷却流路S2b内では、下
方から上方へ向けて冷却水が流れる。つまり、それぞれ
逆方向に冷却水が流通する。冷却水は、熱交換をしなが
ら流路内を流れるので、下流側へ向けて冷却水の温度が
上昇し冷却効果が低下する。しかし、この実施形態のよ
うに、冷却水の流通方向を交互に逆向きとすることによ
って、セパレータ14Aをより均一に冷却することがで
きる。
As the structure of the fuel cell separator 14A described above, it is possible to adopt other structures as exemplified below. As a first modified example, the discharge water L7 is not provided, and the cooling water supplied to the cooling flow path S2 has the through holes 14
It is also possible to adopt a configuration in which all the air flows out to the air supply path S1 via In this case, for example, as shown in FIG. 19, along the parallel facing edges (upper side and lower side) of the separator 14A, the supply paths L6a and L6b are respectively provided.
And the cooling channels S2a and S2b are alternately connected to each of the supply channels L6a and L6b. In this configuration, the cooling water flows from the upper side to the lower side in the cooling flow path S2a, and the cooling water flows from the lower side to the upper side in the cooling flow path S2b. That is, the cooling water flows in the opposite directions. Since the cooling water flows in the flow path while exchanging heat, the temperature of the cooling water increases toward the downstream side and the cooling effect decreases. However, as in this embodiment, the separators 14A can be cooled more uniformly by alternately setting the circulation directions of the cooling water to the opposite directions.

【0064】あるいは、第2の変形形態として、排出路
L7を設けず、冷却流路S2の下端は全てセパレータ1
4Aの下端辺から外部に冷却水を排出させる構成として
もよい。この場合には、燃料電池スタック1の下側に設
けられている集水トレーに排水は回収され、後述するタ
ンク40へ返還される構成とすることができる。
Alternatively, as a second modification, the discharge passage L7 is not provided and the lower end of the cooling passage S2 is entirely separated by the separator 1.
The cooling water may be discharged to the outside from the lower end side of 4A. In this case, the waste water can be collected in a water collecting tray provided on the lower side of the fuel cell stack 1 and returned to the tank 40 described later.

【0065】第3の変形形態としては、図20に示され
ているように、冷却流路S2cを、空気供給路S1に対
して交差する方向に形成してもよい。
As a third modification, as shown in FIG. 20, the cooling passage S2c may be formed in a direction intersecting with the air supply passage S1.

【0066】第4の変形形態としては、図21に示され
ているように、隔壁141内に冷却流路S2を形成する
こともできる。隔壁141は、空気極12に接触するの
で、隔壁141内に冷却流路S2を形成すると、冷媒の
位置が空気極12に接近し、冷却効果が向上する。ま
た、この場合は、空気供給路S1と連通する貫通孔14
3は、空気供給路S1の側壁面14cに形成されること
となる。側壁面14cに貫通孔143を設けることによ
って、空気供給路S1に供給された冷却水が空気極12
に接触し易くなり、極を湿潤状態に維持する効果を確実
に発揮させることができる。
As a fourth modification, as shown in FIG. 21, a cooling passage S2 can be formed in the partition wall 141. Since the partition wall 141 contacts the air electrode 12, when the cooling flow path S2 is formed in the partition wall 141, the position of the refrigerant approaches the air electrode 12 and the cooling effect is improved. Further, in this case, the through hole 14 communicating with the air supply passage S1
3 will be formed on the side wall surface 14c of the air supply path S1. By providing the through hole 143 in the side wall surface 14c, the cooling water supplied to the air supply path S1 can be supplied to the air electrode 12.
It becomes easier to contact the electrode, and the effect of maintaining the electrode in a wet state can be surely exhibited.

【0067】第5の変形形態としては、図22に示され
ているように、隔壁141内に冷却流路S2を形成し、
隔壁141の空気極12との上端部(接触面)142に
貫通孔143を構成してもよい。この構成では、直接空
気極12に貫通孔143から冷却水を供給し、空気極1
2の乾燥が防止できる。
As a fifth modification, as shown in FIG. 22, a cooling passage S2 is formed in the partition wall 141,
A through hole 143 may be formed in the upper end portion (contact surface) 142 of the partition wall 141 with the air electrode 12. In this configuration, the cooling water is directly supplied to the air electrode 12 from the through hole 143, and the air electrode 1
2 can be prevented from drying.

【0068】第6の変形形態としては、図23に示され
ているように、セパレータ14Aを、平断面が波形とな
るように形成された空気供給路構成部材14Aaと、そ
の背面側に重ねられた平板状の背面部材14Abとを備
えた構成とすることもできる。背面部材14Abと空気
供給路構成部材14Aaとの間の隙間には、平面状の冷
却流路S2が構成され、隔壁141内には溝状の流路S
2’が形成される。このような構成とすることで、冷却
水が充填される範囲が増大し、冷却効果が向上する。ま
た、貫通孔143は、空気供給路S1内の底面14f
と、空気供給路S1の側壁面14cのいずれにも形成す
ることができる。
As a sixth modification, as shown in FIG. 23, a separator 14A is superposed on the air supply path constituting member 14Aa having a corrugated flat section and on the back side thereof. It is also possible to adopt a configuration including a flat plate-shaped back member 14Ab. A planar cooling flow path S2 is formed in the gap between the back surface member 14Ab and the air supply path forming member 14Aa, and a groove-like flow path S is formed in the partition wall 141.
2'is formed. With such a configuration, the range filled with cooling water is increased and the cooling effect is improved. Further, the through hole 143 has a bottom surface 14f in the air supply passage S1.
And can be formed on any of the side wall surfaces 14c of the air supply path S1.

【0069】次に、以上のように構成された燃料電池ス
タック1を用いた燃料電池システムの構成について説明
する。図24に示されているように、この燃料電池シス
テムは燃料電池スタック1、水素吸蔵合金21を含む燃
料供給系2、空気供給系3、水供給系4及び負荷系5か
ら大略構成される。
Next, the structure of the fuel cell system using the fuel cell stack 1 having the above structure will be described. As shown in FIG. 24, this fuel cell system is roughly composed of a fuel cell stack 1, a fuel supply system 2 including a hydrogen storage alloy 21, an air supply system 3, a water supply system 4 and a load system 5.

【0070】燃料供給系2では、水素供給路20を介し
て水素吸蔵合金21から放出された水素を燃料電池スタ
ック1の各単位ユニットの水素ガス流路S3へ送る。水
素供給路20には、水素調圧弁23が配設され、水素吸
蔵合金21から放出された水素ガスを調圧している。符
号24は水素供給電磁弁であって、水素供給路20の開
閉を制御している。燃料電池スタック1へ供給される直
前の水素ガス圧は水素圧センサ25でモニタされてい
る。
In the fuel supply system 2, hydrogen released from the hydrogen storage alloy 21 via the hydrogen supply passage 20 is sent to the hydrogen gas passage S3 of each unit of the fuel cell stack 1. A hydrogen pressure regulating valve 23 is arranged in the hydrogen supply passage 20 to regulate the pressure of hydrogen gas released from the hydrogen storage alloy 21. Reference numeral 24 is a hydrogen supply solenoid valve, which controls opening / closing of the hydrogen supply passage 20. The hydrogen gas pressure immediately before being supplied to the fuel cell stack 1 is monitored by the hydrogen pressure sensor 25.

【0071】燃料供給系2において、燃料電池スタック
1から排出される水素ガスは、水素排出路27を介して
大気へ放出される。水素排出路27には逆止弁28と電
磁弁29が設けられている。逆止弁28は水素排気路2
7を介して空気が燃料電池スタック1の燃料極に進入す
ることを防止できる。電磁弁29は間欠的に駆動されて
水素の完全燃焼を図る。
In the fuel supply system 2, the hydrogen gas discharged from the fuel cell stack 1 is discharged to the atmosphere via the hydrogen discharge passage 27. The hydrogen discharge passage 27 is provided with a check valve 28 and a solenoid valve 29. The check valve 28 is the hydrogen exhaust passage 2
It is possible to prevent air from entering the fuel electrode of the fuel cell stack 1 via 7. The solenoid valve 29 is intermittently driven to achieve complete combustion of hydrogen.

【0072】空気供給系3は大気から空気を燃料電池ス
タック1の空気流路S1に供給し、燃料電池スタック1
から排出された空気を水凝縮器46を通過させて排気す
る。空気供給路30にはファン31が備えられ、大気か
ら空気を空気マニホールド34へ送る。空気はマニホー
ルド34から燃料電池スタック1の空気供給路S1へ流
入して空気極12へ酸素を供給する。燃料電池スタック
1から排出された空気は水凝縮器46で水分が凝縮・回
収されて大気へ放出される。燃料電池スタック1から排
出される温度は排気温度センサ37によりモニタされて
いる。
The air supply system 3 supplies air from the atmosphere to the air flow path S1 of the fuel cell stack 1,
The air discharged from the air passes through the water condenser 46 and is discharged. The air supply path 30 is provided with a fan 31 and sends air from the atmosphere to the air manifold 34. Air flows from the manifold 34 into the air supply path S1 of the fuel cell stack 1 to supply oxygen to the air electrode 12. Water discharged from the fuel cell stack 1 is condensed and recovered by the water condenser 46 and is discharged to the atmosphere. The temperature discharged from the fuel cell stack 1 is monitored by the exhaust temperature sensor 37.

【0073】冷却水の冷却流路S2から空気供給路S1
へ送られた冷却水の大部分は液体の状態を維持したまま
水凝縮器46に到達し、そのままタンク40へ送られて
回収される。供給された水の一部は蒸発し、水凝縮器4
6において凝縮されて回収される。なお、排気空気に含
まれる水蒸気には燃料電池スタック1の発電反応に伴う
反応水に起因するものもあると考えられる。
From the cooling water flow passage S2 to the air supply passage S1
Most of the cooling water sent to reaches the water condenser 46 while maintaining the liquid state, and is sent to the tank 40 as it is for recovery. Part of the supplied water evaporates and the water condenser 4
It is condensed and recovered at 6. It is considered that some of the water vapor contained in the exhaust air is caused by the reaction water accompanying the power generation reaction of the fuel cell stack 1.

【0074】水供給系4はタンク40の水を、ポンプ4
1により、各燃料電池単位ユニットの冷却水供給路L6
へ配管40aを介して圧送し、供給された冷却水の一部
を、各燃料電池単位ユニットの排出路L7から配管40
bを介してタンク40に回収する。各燃料電池単位ユニ
ット内で、貫通孔143から空気供給路S1へ供給され
た水は、水凝縮器46で回収され、タンク40に戻され
る。勿論、水供給系4を完全に閉じることは不可能であ
るので、タンク40の水位を水位センサ48でモニタし
てこの水位が所定の閾値を超えたら外部より水を補給す
る。冬季にタンク40中の水が凍結しないようにタンク
40にはヒータ49と凍結防止電磁バルブ40cが取り
付けられている。水凝縮器46とタンク40を連結する
配管には電磁バルブ40dが取り付けられてタンク40
内の水が蒸発するのを防止している。排気温度センサ3
7で検出された排出空気の温度に対応してポンプ41の
出力を制御し、循環する冷却水の量を調整し燃料電池ス
タック1の温度を所望の温度に維持することができる。
The water supply system 4 pumps the water in the tank 40 into the pump 4
1, the cooling water supply path L6 of each fuel cell unit is
A part of the cooling water that has been pressure-fed through the pipe 40a to the pipe 40 is supplied from the discharge path L7 of each fuel cell unit.
It collects in the tank 40 via b. In each fuel cell unit, the water supplied from the through hole 143 to the air supply path S1 is recovered by the water condenser 46 and returned to the tank 40. Of course, since it is impossible to completely close the water supply system 4, the water level of the tank 40 is monitored by the water level sensor 48, and when this water level exceeds a predetermined threshold value, water is replenished from the outside. A heater 49 and an antifreezing electromagnetic valve 40c are attached to the tank 40 so that the water in the tank 40 does not freeze in winter. An electromagnetic valve 40d is attached to a pipe connecting the water condenser 46 and the tank 40.
It prevents the water inside from evaporating. Exhaust temperature sensor 3
It is possible to control the output of the pump 41 according to the temperature of the exhaust air detected in 7 and adjust the amount of circulating cooling water to maintain the temperature of the fuel cell stack 1 at a desired temperature.

【0075】負荷系5は燃料電池スタック1の出力を外
部に取り出して、モータ52等の負荷を駆動させる。こ
の負荷系5にはスイッチのためのリレー53と補助出力
源となる二次電池54が設けられ、二次電池54とリレ
ー53との間には整流用のダイオード55が介在されて
いる。なお、燃料電池スタック1自体の出力は電圧セン
サ56で常にモニタされている。このモニタ結果に基づ
き、図示しない制御回路で水素排気電磁弁29の開閉が
制御される。
The load system 5 takes out the output of the fuel cell stack 1 to the outside and drives the load such as the motor 52. The load system 5 is provided with a relay 53 for a switch and a secondary battery 54 serving as an auxiliary output source, and a rectifying diode 55 is interposed between the secondary battery 54 and the relay 53. The output of the fuel cell stack 1 itself is constantly monitored by the voltage sensor 56. Based on the monitor result, the opening / closing of the hydrogen exhaust solenoid valve 29 is controlled by a control circuit (not shown).

【0076】[0076]

【発明の効果】本発明の請求項1に記載の構成によれ
ば、セパレータの表裏で空気流路と冷却空間が分離され
るため、セパレータ内に格別の分離手段や冷却板を設け
ることによるセパレータの厚肉化が防止される。また、
セパレータが冷却空間側で直接潜熱冷却されることによ
って、冷却板によって冷却する場合より冷却効率がよ
く、均一に冷却することができる。また、従来、空気と
冷却水を同時供給するシステムの場合に、空気極面に冷
却水の水滴が付着したり、空気流路に水が詰まることが
が懸念されることから、空気流路の断面積を広くし、特
に空気流路を構成する溝の高さを高くしており、これが
燃料電池の小型、軽量化の障害となっていたのに対し
て、空気流路には、水蒸気状態で水が供給されるように
なるため、電極への空気の供給が、小さな断面積の空気
流路によっても水滴により阻害されなくなる。したがっ
て、この構成によりセパレータの薄肉化が可能となり、
更には、燃料電池スタックの小型、軽量化が達成され
る。
According to the structure of claim 1 of the present invention, the air passage and the cooling space are separated from each other on the front and back sides of the separator, so that the separator is provided with a special separating means or a cooling plate. Is prevented from thickening. Also,
Since the separator is directly subjected to latent heat cooling on the cooling space side, the cooling efficiency is higher than in the case of cooling by the cooling plate, and uniform cooling can be performed. Further, conventionally, in the case of a system that simultaneously supplies air and cooling water, there is concern that water droplets of cooling water may adhere to the air electrode surface or that water may become clogged in the air flow path. The cross-sectional area is wide, and the height of the grooves that make up the air flow path is particularly high, which has been an obstacle to reducing the size and weight of the fuel cell. Since the water is supplied in this way, the supply of the air to the electrode is not obstructed by the water droplets even by the air passage having the small cross-sectional area. Therefore, with this configuration, it is possible to reduce the thickness of the separator,
Further, the fuel cell stack can be reduced in size and weight.

【0077】また、請求項2に記載の構成によれば、冷
却空間内に供給され、潜熱冷却により水蒸気飽和状態に
なった空気が、通孔を介して空気流路に供給されるの
で、空気流路内において、空気極から液体水を持ち去る
ことを抑制でき、電極の湿潤を十分に保つことができ
る。
According to the second aspect of the invention, the air supplied into the cooling space and saturated with steam by latent heat cooling is supplied to the air flow path through the through hole. In the flow path, it is possible to prevent liquid water from being taken away from the air electrode, and it is possible to sufficiently keep the electrode wet.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る燃料電池を構成す
る単電池の部分横断面図である。
FIG. 1 is a partial transverse cross-sectional view of a unit cell constituting a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

【図2】単電池を構成する単位セルの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a unit cell that constitutes a unit cell.

【図3】第1実施形態の単電池を構成するセパレータの
分解斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view of a separator that constitutes the unit cell of the first embodiment.

【図4】第1実施形態の単電池を積層した燃料電池スタ
ックの部分上面図である。
FIG. 4 is a partial top view of a fuel cell stack in which the unit cells of the first embodiment are stacked.

【図5】第1実施形態のセパレータによる冷却メカニズ
ムを示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic view showing a cooling mechanism by the separator of the first embodiment.

【図6】燃料電池システムの構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a fuel cell system.

【図7】本発明の第2実施形態に係る燃料電池を構成す
るセパレータの全体正面図である。
FIG. 7 is an overall front view of a separator that constitutes a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.

【図8】第2実施形態の燃料電池スタックの部分横断面
図である。
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of a fuel cell stack according to a second embodiment.

【図9】図8のB−B縦断面図である。9 is a vertical cross-sectional view taken along the line BB of FIG.

【図10】図8のC−C縦断面図である。10 is a vertical cross-sectional view taken along line CC of FIG.

【図11】第2実施形態のセパレータの全体背面図であ
る。
FIG. 11 is an overall rear view of the separator according to the second embodiment.

【図12】第2実施形態の燃料電池スタックの部分上面
図である。
FIG. 12 is a partial top view of the fuel cell stack according to the second embodiment.

【図13】第2実施形態のセパレータの変形形態を示す
正面図である。
FIG. 13 is a front view showing a modification of the separator of the second embodiment.

【図14】本発明の第3実施形態の燃料電池を構成する
燃料電池単位ユニットの側面断面図である。
FIG. 14 is a side sectional view of a fuel cell unit constituting a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.

【図15】第3実施形態の燃料電池のセパレータの部分
横断面図である。
FIG. 15 is a partial cross-sectional view of a separator of a fuel cell according to a third embodiment.

【図16】第3実施形態の燃料電池のセパレータの全体
正面図である。
FIG. 16 is an overall front view of a fuel cell separator according to a third embodiment.

【図17】第3実施形態の燃料電池のセパレータの部分
拡大図である。
FIG. 17 is a partially enlarged view of the separator of the fuel cell according to the third embodiment.

【図18】第3実施形態の燃料電池スタックの部分拡大
斜視図である。
FIG. 18 is a partially enlarged perspective view of a fuel cell stack according to a third embodiment.

【図19】第3実施形態における変形形態の燃料電池セ
パレータの全体正面図である。
FIG. 19 is an overall front view of a fuel cell separator according to a modification of the third embodiment.

【図20】他の変形形態における燃料電池セパレータの
部分横断面図である。
FIG. 20 is a partial cross-sectional view of a fuel cell separator according to another modification.

【図21】他の変形形態における燃料電池セパレータの
部分横断面図である。
FIG. 21 is a partial cross-sectional view of a fuel cell separator according to another modification.

【図22】他の変形形態における燃料電池セパレータの
部分横断面図である。
FIG. 22 is a partial cross-sectional view of a fuel cell separator according to another modification.

【図23】他の変形形態における燃料電池セパレータの
部分横断面図である。
FIG. 23 is a partial cross-sectional view of a fuel cell separator according to another modification.

【図24】第3実施形態の燃料電池システムの構成図で
ある。
FIG. 24 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10A 単位セル 10B セパレータ 12 空気極 141 凸部 143 通孔 34 マニホールド S1 空気流路 S2 冷却空間 10A unit cell 10B separator 12 air poles 141 convex 143 through holes 34 manifold S1 air flow path S2 cooling space

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 正隆 東京都千代田区外神田2丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03 CC08 5H027 AA06 CC06    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masataka Ueno             2-19-12 Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo Stock             Inside the company Equus Research F-term (reference) 5H026 AA06 CC03 CC08                 5H027 AA06 CC06

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに隣接する単位セルの間にセパレー
タが配置される燃料電池において、 前記セパレータは、単位セルの少なくとも空気極に接す
る表面側に空気流路を備えるとともに、背面側に空気と
水とを供給される冷却空間を備え、前記空気流路と冷却
空間は、セパレータを貫通する通孔により連通されて、
冷却空間から空気流路に通孔を介して空気が供給される
ような空気供給構造を備えることを特徴とする燃料電
池。
1. A fuel cell in which a separator is disposed between unit cells adjacent to each other, wherein the separator has an air flow path on at least a surface side of the unit cell which is in contact with an air electrode and air and water on a back side thereof. A cooling space supplied with, the air flow path and the cooling space are communicated by a through hole penetrating the separator,
A fuel cell comprising an air supply structure for supplying air from a cooling space to an air flow path through a through hole.
【請求項2】 前記空気供給構造は、前記空気流路をそ
の一端側で閉鎖した流路とし、該流路がその閉鎖端から
開放端に至る途中の部分で前記通孔により前記冷却空間
に連通することにより構成される、請求項1記載の燃料
電池。
2. The air supply structure is a flow path in which the air flow path is closed at one end side thereof, and the flow path connects the cooling space to the cooling space at an intermediate part from the closed end to the open end. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is configured by communicating with each other.
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