JP2003157865A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧損の低減を図るとともに、結露の発生を有効
に阻止し、しかも生成水や結露水を円滑に排出すること
を可能にする。 【解決手段】単位燃料電池セル３０には、酸化剤ガス流
路６２および燃料ガス流路６４が設けられる。酸化剤ガ
ス流路６２および燃料ガス流路６４を構成し、電極反応
面内を通過した酸化剤ガスおよび燃料ガスを排出するた
めの酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通
孔５０は、２分割されるカソード側電極４０ａ、４０ｂ
間およびアノード側電極４２ａ、４２ｂ間に設けられて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解質の両側に一
対の電極が配設された電解質・電極構造体を、セパレー
タを介して複数個積層した燃料電池スタックに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、固体高分子型燃料電池は、高分
子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の
両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を
対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって
挟持することにより構成されている。

【０００３】この種の燃料電池は、通常、電解質（電解
質膜）・電極構造体およびセパレータを所定数だけ積層
することにより、燃料電池スタックとして使用されてい
る。前記燃料電池スタックにおいて、アノード側電極に
供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、触媒電
極上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を
介してカソード側電極側へと移動し、その移動の間に生
じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギ
として利用される。カソード側電極には、酸化剤ガス、
例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているため
に、このカソード側電極において、前記水素イオン、前
記電子および酸素ガスが反応して水が生成される。

【０００４】ところで、上記の燃料電池スタックでは、
一般的に、燃料ガスや酸化剤ガスである反応ガスを供給
および排出する反応ガス供給連通孔および反応ガス排出
連通孔が、セパレータの端縁部に積層方向に貫通して設
けられている。しかしながら、反応ガス排出連通孔がセ
パレータの端縁部、すなわち、燃料電池の端部に設けら
れているため、加湿された排出ガスが、放熱により温度
低下を惹起してしまい、特に前記燃料電池の反応ガス出
口付近で結露し易いという問題が指摘されている。

【０００５】そこで、例えば、米国特許第５，４８４，
６６６号公報に開示されているように、電解質・電極構
造体を貫通して反応ガス供給連通孔と反応ガス排出連通
孔とが設けられた燃料電池スタックが知られている。具
体的には、図１０に示すように、燃料電池スタック１
は、矢印Ａ方向に積層される燃料電池アセンブリ２を備
えており、前記燃料電池アセンブリ２は、電解質膜・電
極構造体３と、この電解質膜・電極構造体３を挟持する
一対の流路プレート４、５とを備えている。

【０００６】燃料電池アセンブリ２の積層方向両端に
は、第１および第２エンドプレート６、７が配置される
とともに、前記第１および第２エンドプレート６、７間
には、前記燃料電池アセンブリ２が４本のタイロッド８
を介して一体的に締め付け保持されている。

【０００７】第１エンドプレート６には、燃料ガス供給
マニホールド９ａ、冷却媒体供給マニホールド１０ａお
よび酸化剤ガス供給マニホールド１１ａが設けられる一
方、第２エンドプレート７には、燃料ガス排出マニホー
ルド９ｂ、冷却媒体排出マニホールド１０ｂおよび酸化
剤ガス排出マニホールド１１ｂが設けられている。

【０００８】燃料電池アセンブリ２の水平方向（矢印Ｃ
方向）一端側には、積層方向（矢印Ａ方向）に連通する
開口を介して上下方向（矢印Ｂ方向）に沿って燃料ガス
供給連通孔１２ａ、冷却媒体供給連通孔１３ａおよび酸
化剤ガス供給連通孔１４ａが設けられている。燃料電池
アセンブリ２の水平方向他端側には、上下方向に沿って
酸化剤ガス排出連通孔１４ｂ、冷却媒体排出連通孔１３
ｂおよび燃料ガス排出連通孔１２ｂが設けられている。

【０００９】このような構成において、燃料ガス供給マ
ニホールド９ａ、冷却媒体供給マニホールド１０ａおよ
び酸化剤ガス供給マニホールド１１ａに、それぞれ、燃
料ガス、冷却媒体および酸化剤ガスが導入される。この
ため、燃料ガス、冷却媒体および酸化剤ガスは、燃料電
池アセンブリ２内に形成されている燃料ガス供給連通孔
１２ａ、冷却媒体供給連通孔１３ａおよび酸化剤ガス供
給連通孔１４ａに供給される。

【００１０】燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電解質膜・
電極構造体３の両面と流路プレート４、５とを介して形
成される図示しない燃料ガス流路および酸化剤ガス流路
を介して電極反応面内を通過した後、燃料ガス排出連通
孔１２ｂおよび酸化剤ガス排出連通孔１４ｂに排出され
る。一方、冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３を冷却
した後、冷却媒体排出連通孔１３ｂに排出される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、特に、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂに排
出される加湿された酸化剤ガスに結露が発生するおそれ
があるとともに、生成水や結露水が良好に排出されず、
酸化剤ガスの円滑な流れが阻止されて発電性能が低下す
るという問題がある。

【００１２】さらに、電解質膜・電極構造体３の両面
に、それぞれ比較的寸法の大きな１枚の電極が設けられ
ている。これにより、単位燃料電池セル当たりの反応ガ
スおよび冷却媒体の圧損が大きなものとなり易く、電極
性能が低下するとともに、冷却媒体用のポンプの負荷が
大きなものになるという問題が指摘されている。

【００１３】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、圧損の低減を図るとともに、結露の発生を有効に阻
止し、しかも生成水や結露水を円滑に排出することが可
能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
燃料電池スタックでは、電解質・電極構造体を構成する
電極が複数個に分割されるとともに、燃料ガスまたは酸
化剤ガスの少なくとも一方の反応ガスを流す反応ガス流
路が、セパレータの外周端側に設けられる反応ガス供給
連通孔と、分割された前記電極間に設けられる反応ガス
排出連通孔とを備えている。

【００１５】そこで、反応ガス供給連通孔に供給される
反応ガスは、電極反応面内を通過して反応ガス排出連通
孔に排出される。その際、反応ガス排出連通孔は、分割
された電極間に設けられている。このため、反応ガス排
出連通孔に排出される反応ガスの放熱による温度低下を
有効に阻止することができ、結露や滞留水（生成水や結
露水）を有効に低減させることが可能になる。

【００１６】しかも、電極は、セパレータの面方向に沿
って複数個に分割されるため、反応ガスの流路長が有効
に短尺化される。これにより単位燃料電池セル当たりの
圧力損失を低減することができる。さらに、冷却媒体の
流路長も短尺化されるため、冷却媒体の圧損を低減させ
て冷却媒体用ポンプの負荷を低減させることが可能にな
る。

【００１７】また、本発明の請求項２に係る燃料電池ス
タックでは、冷却媒体流路を構成する冷却媒体排出連通
孔が、反応ガス排出連通孔に近接して設けられている。
従って、反応ガス排出連通孔に排出される加湿ガス（水
分を大量に含んだ反応ガス）が、高温側となる冷却媒体
排出連通孔に排出される冷却媒体を介して加温され、温
度低下による結露の発生を有効に削減することが可能に
なる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る燃料電池スタック２０の要部概略分解斜視図であ
る。

【００１９】燃料電池スタック２０は、積層方向（矢印
Ａ方向）に配列される第１サブスタック２２および第２
サブスタック２４を備え、前記第１および第２サブスタ
ック２２、２４間には中間プレート２６が介装される。
なお、燃料電池スタック２０は、第１および第２サブス
タック２２、２４に限定されるものではなく、必要に応
じて３組以上のサブスタック（図示せず）を、各組間に
中間プレート２６を介装して矢印Ａ方向に積層すること
ができる。

【００２０】第１および第２サブスタック２２、２４
は、同様に構成されており、それぞれ所定組数の単位燃
料電池セル３０を矢印Ａ方向に重ね合わせて構成されて
いる。図２に示すように、単位燃料電池セル３０は、電
解質膜（電解質）・電極構造体３２と、前記電解質膜・
電極構造体３２を挟持する第１および第２セパレータ３
４、３６とを備える。

【００２１】電解質膜・電極構造体３２は、固体高分子
電解質膜（電解質）３８と、この電解質膜３８を挟んで
配設されるカソード側電極４０ａ、４０ｂおよびアノー
ド側電極４２ａ、４２ｂとを有する。カソード側電極４
０ａ、４０ｂは、第１セパレータ３４側に配置され、こ
の第１セパレータ３４の面方向に沿って２分割されてい
る。アノード側電極４２ａ、４２ｂは、同様に、第２セ
パレータ３６側に配置され、この第２セパレータ３６の
面方向に沿って分割されている。

【００２２】カソード側電極４０ａ、４０ｂおよびアノ
ード側電極４２ａ、４２ｂは、それぞれ触媒電極と多孔
質カーボンとから構成されるとともに、第１および第２
セパレータ３４、３６は、金属製薄板またはカーボン製
薄板により構成されている。

【００２３】電解質膜・電極構造体３２並びに第１およ
び第２セパレータ３４、３６の上部側には、長辺方向
（矢印Ｃ方向）両端縁部に近接して一対の酸化剤ガス供
給連通孔（反応ガス供給連通孔）４４ａが設けられ、前
記酸化剤ガス供給連通孔４４ａの内方には、一対の冷却
媒体供給連通孔４６ａが設けられる。この冷却媒体供給
連通孔４６ａ間には、単一の燃料ガス供給連通孔（反応
ガス供給連通孔）４８ａが設けられる。

【００２４】電解質膜・電極構造体３２並びに第１およ
び第２セパレータ３４、３６の下部側には、長辺方向両
端縁部に近接して一対の酸化剤ガス供給連通孔（反応ガ
ス供給連通孔）４４ｂが設けられ、前記酸化剤ガス供給
連通孔４４ｂの内方には、一対の冷却媒体供給連通孔４
６ｂが設けられる。この冷却媒体供給連通孔４６ｂ間に
は、単一の燃料ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）
４８ｂが設けられる。

【００２５】電解質膜・電極構造体３２並びに第１およ
び第２セパレータ３４、３６の短辺方向（矢印Ｂ方向）
中央部には、長辺方向両端縁部に近接して一対の燃料ガ
ス排出連通孔（反応ガス排出連通孔）５０が設けられ、
前記燃料ガス排出連通孔５０の内方には、一対の冷却媒
体排出連通孔５２が設けられる。この冷却媒体排出連通
孔５２間には、単一の酸化剤ガス排出連通孔（反応ガス
排出連通孔）５４が設けられる。

【００２６】酸化剤ガス供給連通孔４４ａ、４４ｂに
は、酸素含有ガス等の酸化剤ガス（反応ガス）が積層方
向（矢印Ａ方向）に流動するとともに、酸化剤ガス排出
連通孔５４には、電極反応面内を通過した前記酸化剤ガ
スが積層方向に流動する。冷却媒体供給連通孔４６ａ、
４６ｂには、純水やエチレングリコールやオイル等の冷
却媒体が供給される一方、冷却媒体排出連通孔５２に
は、電極反応面を冷却して高温となった冷却媒体が流動
する。燃料ガス供給連通孔４８ａ、４８ｂには、水素含
有ガス等の燃料ガス（反応ガス）が流動するとともに、
燃料ガス排出連通孔５０には、電極反応面内を通過した
前記燃料ガスが流動する。

【００２７】燃料ガス排出連通孔５０、酸化剤ガス排出
連通孔５４および冷却媒体排出連通孔５２は、上下に２
分割されたカソード側電極４０ａ、４０ｂ間およびアノ
ード側電極４２ａ、４２ｂ間に対応して設定されてい
る。

【００２８】第１セパレータ３４のカソード側電極４０
ａ、４０ｂに対向する面３４ａには、酸化剤ガス供給連
通孔４４ａ、４４ｂに連通するそれぞれ独立した複数の
酸化剤ガス流路溝５６ａ、５６ｂが設けられる。前記酸
化剤ガス流路溝５６ａ、５６ｂの下流は、酸化剤ガス排
出連通孔５４に連通している。

【００２９】第２セパレータ３６のアノード側電極４２
ａ、４２ｂに対向する面３６ａの上部側には、図３に示
すように、燃料ガス供給連通孔４８ａと燃料ガス排出連
通孔５０とに連通する複数の燃料ガス流路溝５８ａが設
けられる。面３６ａの下部側には、燃料ガス供給連通孔
４８ｂと燃料ガス排出連通孔５０とに連通する複数の燃
料ガス流路溝５８ｂが設けられる。

【００３０】第２セパレータ３６の面３６ａとは反対の
面３６ｂの上部側には、図２に示すように、冷却媒体供
給連通孔４６ａと冷却媒体排出連通孔５２とに連通する
複数の冷却媒体流路溝６０ａが設けられる。面３６ｂの
下部側には、冷却媒体供給連通孔４６ｂと冷却媒体排出
連通孔５２とに連通する複数の冷却媒体流路溝６０ｂが
設けられる。

【００３１】酸化剤ガス供給連通孔４４ａ、４４ｂ、酸
化剤ガス排出連通孔５４および酸化剤ガス流路溝５６
ａ、５６ｂにより酸化剤ガス流路（反応ガス流路）６２
が構成される。同様に、燃料ガス供給連通孔４８ａ、４
８ｂ、燃料ガス排出連通孔５０および燃料ガス流路溝５
８ａ、５８ｂにより燃料ガス流路（反応ガス流路）６４
が構成される。

【００３２】図１に示すように、中間プレート２６は、
第１サブスタック２２に対向する一方の面２６ａに、酸
化剤ガス排出連通孔５４と酸化剤ガス供給連通孔４４
ａ、４４ｂとに連通する酸化剤ガス通路７０ａ、７０ｂ
を設けている。図４に示すように、中間プレート２６の
第２サブスタック２４に対向する面２６ｂには、燃料ガ
ス排出連通孔５０と燃料ガス供給連通孔４８ａ、４８ｂ
とに連通する燃料ガス通路７２ａ、７２ｂが設けられて
いる。

【００３３】中間プレート２６と第１および第２サブス
タック２２、２４との接合面には、図示していないが、
シール部材が介装されている。第１サブスタック２２側
のシール部材により、中間プレート２６の酸化剤ガス供
給連通孔４４ａ、４４ｂおよび燃料ガス供給連通孔４８
ａ、４８ｂと前記第１サブスタック２２の酸化剤ガス供
給連通孔４４ａ、４４ｂおよび燃料ガス供給連通孔４８
ａ、４８ｂとが遮断される。第２サブスタック２４側の
シール部材により、中間プレート２６と前記第２サブス
タック２４との間で、酸化剤ガス排出連通孔５４および
燃料ガス排出連通孔５０同士の連通が遮断されている。

【００３４】このように構成される第１の実施形態に係
る燃料電池スタック２０の動作について、以下に説明す
る。

【００３５】図１に示すように、酸化剤ガス供給連通孔
４４ａ、４４ｂには、酸化剤ガスとして空気等の酸素含
有ガス（以下、単に空気という）が供給されるととも
に、燃料ガス供給連通孔４８ａ、４８ｂには、燃料ガス
として水素含有ガスが供給される。さらに、冷却媒体供
給連通孔４６ａ、４６ｂには、冷却媒体が供給される。
また、酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連
通孔５０には、それぞれ低加湿の未使用酸化剤ガスおよ
び低加湿の未使用燃料ガスが供給される。

【００３６】このため、第１サブスタック２２では、矢
印Ａ方向に重ね合わされた複数組の単位燃料電池セル３
０に対して、酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却媒体が供
給される（図１参照）。

【００３７】矢印Ａ方向に連通している酸化剤ガス供給
連通孔４４ａ、４４ｂに供給された酸化剤ガスは、図２
に示すように、第１セパレータ３４の面３４ａに設けら
れている酸化剤ガス流路溝５６ａ、５６ｂに導入され、
電解質膜・電極構造体３２を構成するカソード側電極４
０ａ、４０ｂに沿って重力方向および反重力方向に移動
する。

【００３８】一方、燃料ガス供給連通孔４８ａ、４８ｂ
に供給された燃料ガスは、第２セパレータ３６の面３６
ａに設けられている燃料ガス流路溝５８ａ、５８ｂに導
入され、電解質膜・電極構造体３２を構成するアノード
側電極４２ａ、４２ｂに沿って移動する。従って、電解
質膜・電極構造体３２では、カソード側電極４０ａ、４
０ｂに供給される酸化剤ガスとアノード側電極４２ａ、
４２ｂに供給される燃料ガスとが触媒電極内で電気化学
反応により消費され、発電が行われる。

【００３９】また、冷却媒体供給連通孔４６ａ、４６ｂ
に供給された冷却媒体は、第２セパレータ３６の面３６
ｂ側に設けられている冷却媒体流路溝６０ａ、６０ｂに
沿って移動し、電解質膜・電極構造体３２を冷却した後
に冷却媒体排出連通孔５２に排出される。

【００４０】上記のように、各単位燃料電池セル３０で
消費された酸化剤ガスおよび燃料ガスは、それぞれ酸化
剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０に
排出され、第１サブスタック２２の下流側に配置されて
いる中間プレート２６に送られる。

【００４１】中間プレート２６では、図１に示すよう
に、一方の面２６ａに酸化剤ガス通路７０ａ、７０ｂが
設けられており、酸化剤ガス排出連通孔５４に排出され
た使用済みの酸化剤ガスと、この酸化剤ガス排出連通孔
５０に導入されている低加湿の未使用酸化剤ガスとが混
合されて、前記酸化剤ガス通路７０ａ、７０ｂに導入さ
れる。これにより、加湿状態の使用済み酸化剤ガスと低
加湿の未使用酸化剤ガスとの混合ガスは、酸化剤ガス通
路７０ａ、７０ｂを通って第２サブスタック２４の酸化
剤ガス供給連通孔４４ａ、４４ｂに供給される。

【００４２】一方、中間プレート２６の他方の面２６ｂ
には、燃料ガス通路７２ａ、７２ｂが設けられている
（図４参照）。この燃料ガス通路７２ａ、７２ｂには、
燃料ガス排出連通孔５０を介して、低濃度の使用済み燃
料ガスと低加湿の未使用燃料ガスとが混合された状態で
導入される。このため、第２サブスタック２４の燃料ガ
ス供給連通孔４８ａ、４８ｂには、低濃度の燃料ガスと
低加湿の未使用燃料ガスとの混合ガスが供給される。

【００４３】第２サブスタック２４では、上記の第１サ
ブスタック２２と同様に、酸化剤ガス供給連通孔４４
ａ、４４ｂに供給された酸化剤ガスが、電解質膜・電極
構造体３２を構成するカソード側電極４０ａ、４０ｂに
供給される一方、燃料ガス供給連通孔４８ａ、４８ｂに
供給された燃料ガスが、前記電解質膜・電極構造体３２
を構成するアノード側電極４２ａ、４２ｂに供給され
る。従って、電解質膜・電極構造体３２で発電が行われ
るとともに、消費された酸化剤ガスおよび燃料ガスは、
酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５
０を介して外部に排出される。

【００４４】この場合、第１の実施形態では、酸化剤ガ
ス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０が、そ
れぞれ２分割されたカソード側電極４０ａ、４０ｂ間お
よびアノード側電極４２ａ、４２ｂ間に対応して設けら
れている。このため、電極外方に反応ガス排出連通路が
設けられている従来構造に比べ、放熱を有効に阻止する
ことができ、酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス
排出連通孔５０内での結露や滞留水（生成水や結露水）
を有効に低減し得るという効果がある。

【００４５】しかも、それぞれ２分割されたカソード側
電極４０ａ、４０ｂおよびアノード側電極４２ａ、４２
ｂが用いられるため、酸化剤ガス流路溝５６ａ、５６ｂ
および燃料ガス流路溝５８ａ、５８ｂの流路長が短尺化
され、単位燃料電池セル３０当たりの圧力損失を有効に
低減することが可能となる。同様に、冷却媒体流路溝６
０ａ、６０ｂの流路長が短尺化され、冷却媒体の圧力損
失を低減して冷却媒体用ポンプ（図示せず）の負荷を有
効に低減することができる。

【００４６】さらに、それぞれ２つの酸化剤ガス供給連
通孔４４ａ、４４ｂ、２つの燃料ガス供給連通孔４８
ａ、４８ｂおよび２つの燃料ガス排出連通孔５０を採用
している。これにより、電極反応面内での酸化剤ガスお
よび燃料ガスの分配性が向上し、ガス分配のばらつきを
抑制することができる。

【００４７】また、第１の実施形態では、冷却媒体排出
連通孔５２が酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス
排出連通孔５０に近接して設けられている。冷却媒体排
出連通孔５２には、電解質膜・電極構造体３２を冷却し
て高温となった冷却媒体が排出される。従って、酸化剤
ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０に排
出される水分を大量に含んだ酸化剤ガスおよび低濃度燃
料ガスは、高温の冷却媒体を介して加温され、結露水を
有効に削減することが可能になるという利点がある。

【００４８】さらにまた、酸化剤ガス排出連通孔５４お
よび燃料ガス排出連通孔５０には、低加湿の未使用酸化
剤ガスおよび低加湿の未使用燃料ガスが供給されてい
る。このため、図５に示すように、各単位燃料電池セル
３０のガス出口付近では、酸化剤ガス流路溝５６ａ、５
６ｂ内および燃料ガス流路溝５８ａ、５８ｂ内と、酸化
剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０内
との動圧差（ガス圧差）を介して、滞留水（生成水や結
露水）を強制的に取り除くことが可能になる。しかも、
低加湿の未使用酸化剤ガスおよび低加湿の未使用燃料ガ
スと排出された高湿度の酸化剤ガスおよび燃料ガスとを
混合させるため、相対湿度が低下して結露の発生を有効
に阻止することができる。

【００４９】さらに、酸化剤ガス排出連通孔５４および
燃料ガス排出連通孔５０は、冷却媒体排出連通孔５２に
より加温されており、それぞれ新規に導入される未使用
酸化剤ガスおよび未使用燃料ガスを加熱して結露水を減
らすことができる。これにより、後段の第２サブスタッ
ク２４に供給される酸化剤ガスおよび燃料ガスの加湿量
を増加させることが可能になり、加湿酸化剤ガスおよび
高濃度燃料ガスを効率よく前記第２サブスタック２４に
確実に供給することが可能になる。

【００５０】図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃
料電池スタック１００内の反応ガス流れ説明図である。
なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック２０と同
一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な
説明は省略する。また、以下に説明する第３および第４
の実施形態においても、同様である。

【００５１】燃料電池スタック１００は、第１および第
２サブスタック２２、２４と、前記第１および第２サブ
スタック２２、２４間に介装される中間プレート１０２
とを備える。

【００５２】中間プレート１０２は、１枚または２枚以
上の板材で構成されている。この中間プレート１０２に
は、後段の第２サブスタック２４に設けられている酸化
剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０に
対し、低加湿の未使用酸化剤ガスおよび低加湿の未使用
燃料ガスを、直接、供給するための追加酸化剤ガス通路
１０４および追加燃料ガス通路１０６が設けられてい
る。

【００５３】このように構成される第２の実施形態で
は、第２サブスタック２４を構成する酸化剤ガス排出連
通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０に、それぞれ低
加湿の未使用酸化剤ガスおよび低加湿の未使用燃料ガス
が導入される。このため、酸化剤ガス排出連通孔５４お
よび燃料ガス排出連通孔５０内に排出される使用済み酸
化剤および使用済み燃料ガスの加湿量や温度を調整する
ことができる。

【００５４】従って、第２の実施形態では、第１および
第２サブスタック２２、２４において、酸化剤ガス排出
連通孔５４および燃料ガス排出連通孔５０内の結露水や
生成水の発生を有効に阻止し、前記第１および第２サブ
スタック２２、２４内で酸化剤ガスおよび燃料ガスを円
滑に流すことが可能になり、燃料電池スタック１００全
体の発電性能を有効に維持し得る等、第１の実施形態と
同様の効果が得られる。

【００５５】図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃
料電池スタック１２０の要部概略分解斜視図である。

【００５６】燃料電池スタック１２０は、第１の実施形
態に係る燃料電池スタック２０に比べて縦長に構成され
ており、矢印Ａ方向に配列される第１および第２サブス
タック１２２、１２４を備え、前記第１および第２サブ
スタック１２２、１２４間には中間プレート１２６が介
装される。第１および第２サブスタック１２２、１２４
を構成するそれぞれ所定組数の単位燃料電池セル１２８
は、図８に示すように、電解質膜・電極構造体１３０
と、前記電解質膜・電極構造体１３０を挟持する第１お
よび第２セパレータ１３２、１３４とを備える。

【００５７】電解質膜・電極構造体１３０並びに第１お
よび第２セパレータ１３２、１３４の長辺方向（矢印Ｃ
方向）一端側には、上下方向（矢印Ｂ方向）に沿って一
対の酸化剤ガス供給連通孔４４ａ、一対の冷却媒体供給
連通孔４６ａおよび単一の燃料ガス供給連通孔４８ａが
設けられる。

【００５８】電解質膜・電極構造体１３０並びに第１お
よび第２セパレータ１３２、１３４の長辺方向他端側に
は、上下方向に沿って一対の酸化剤ガス供給連通孔４４
ｂ、一対の冷却媒体供給連通孔４６ｂおよび単一の燃料
ガス供給連通孔４８ｂが設けられるとともに、長辺方向
中央部側には、上下方向に沿って一対の燃料ガス排出連
通孔５０、一対の冷却媒体排出連通孔５２および単一の
酸化剤ガス排出連通孔５４が設けられる。

【００５９】電解質膜・電極接合体１３０では、カソー
ド側電極４０ａ、４０ｂおよびアノード側電極４２ａ、
４２ｂが水平方向（矢印Ｃ方向）に２分割して構成され
ている。

【００６０】このように構成される第３の実施形態で
は、酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス排出連通
孔５０が、カソード側電極４０ａ、４０ｂ間およびアノ
ード側電極４２ａ、４２ｂ間に設けられるとともに、冷
却媒体排出連通孔５２が前記酸化剤排出連通孔５４およ
び前記燃料ガス排出連通孔５０に近接して設けられてい
る。さらに、酸化剤ガス排出連通孔５４および燃料ガス
排出連通孔５０には、低加湿の未使用酸化剤ガスおよび
低加湿の未使用燃料ガスが供給されている。

【００６１】これにより、酸化剤ガス排出連通孔５４お
よび燃料ガス排出連通孔５０内で結露水や生成水が滞留
することがなく、しかも圧損の低減が容易に図られる
等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、カ
ソード側電極４０ａ、４０ｂおよびアノード側電極４２
ａ、４２ｂが水平方向（矢印Ｃ方向）に２分割して構成
されるため、重力方向の影響が少なく、前記カソード側
電極４０ａ、４０ｂ同士およびアノード側電極４２ａ、
４２ｂ同士の発電特性が同一となる。

【００６２】なお、第１乃至第３の実施形態では、２分
割されたカソード側電極４０ａ、４０ｂおよびアノード
側電極４２ａ、４２ｂを用いているが、これに限定され
るものではなく、電極を３分割あるいは４分割以上に構
成することも可能である。

【００６３】図９は、本発明の第４の実施形態に係る燃
料電池スタックを構成する単位燃料電池セル１４０の要
部分解斜視説明図である。

【００６４】単位燃料電池セル１４０は、電解質膜・電
極構造体１４２と、前記電解質膜・電極構造体１４２を
挟持する第１および第２セパレータ１４４、１４６とを
備える。電解質膜・電極構造体１４２は、電解質膜３８
の一方の面にそれぞれ２分割されたカソード側電極４０
ａ、４０ｂが設けられるとともに、前記電解質膜３８の
他方の面にそれぞれ２分割されたアノード側電極４２
ａ、４２ｂが設けられる。従って、第４の実施形態で
は、電極を４分割した単位燃料電池セル１４０を構成す
ることができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、電
解質膜・電極構造体を構成する電極が複数に分割される
とともに、前記電極間には、反応ガス排出連通孔が設け
られている。このため、反応ガス排出連通孔を有効に保
温して放熱を阻止し、結露や滞留水を有効に削減させる
ことが可能になる。しかも、電極がセパレータの面方向
に沿って複数個に分割されるため、反応ガスの流路長が
有効に短尺化され、圧力損失の低減を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの要部概略分解斜視図である。

【図２】前記燃料電池スタックを構成する単位燃料電池
セルの要部分解斜視説明図である。

【図３】前記単位燃料電池セルを構成する第２セパレー
タの他方の面の正面図である。

【図４】前記燃料電池スタックを構成する中間プレート
の他方の面の正面図である。

【図５】前記燃料電池スタック内の反応ガス流れ説明図
である。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタッ
ク内の反応ガス流れ説明図である。

【図７】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタッ
クの要部概略分解斜視図である。

【図８】前記燃料電池スタックを構成する単位燃料電池
セルの要部分解斜視説明図である。

【図９】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタッ
クを構成する単位燃料電池セルの要部分解斜視説明図で
ある。

【図１０】従来技術に係る燃料電池スタックの一部切り
欠き斜視説明図である。

【符号の説明】

２０、１００、１２０…燃料電池スタック ２２、２４、１２２、１２４…サブスタック ２６、１０２、１２６…中間プレート ３０、１２８、１４０…単位燃料電位セル ３２、１３０、１４２…電解質膜・電極構造体 ３４、３６、１３２、１３４、１４４、１４６…セパレ
ータ ３８…電解質膜 ４０ａ、４０ｂ…カ
ソード側電極 ４２ａ、４２ｂ…アノード側電極 ４４ａ、４４ｂ…酸
化剤ガス供給連通孔 ４６ａ、４６ｂ…冷却媒体供給連通孔 ４８ａ、４８ｂ…燃料ガス供給連通孔 ５０…燃料ガス排出連通孔 ５２…冷却媒体排出
連通孔 ５４…酸化剤ガス排出連通孔 ５６ａ、５６ｂ…酸
化剤ガス流路溝 ５８ａ、５８ｂ…燃料ガス流路溝 ６０ａ、６０ｂ…冷
却媒体流路溝 ６２…酸化剤ガス流路 ６４…燃料ガス流路 ７０ａ、７０ｂ…酸化剤ガス通路 ７２ａ、７２ｂ…燃
料ガス通路 １０４…追加酸化剤ガス通路 １０６…追加燃料ガ
ス通路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電解質の両側に一対の電極が配設された電
   解質・電極構造体を、セパレータを介して複数個積層し
   た燃料電池スタックであって、 前記セパレータを積層方向に貫通し、燃料ガスまたは酸
   化剤ガスの少なくとも一方である反応ガスを流す反応ガ
   ス流路を備え、 前記電極は、前記セパレータの面方向に沿って複数個に
   分割されるとともに、前記反応ガス流路は、前記セパレ
   ータの外周端側に設けられ、前記反応ガスを供給する反
   応ガス供給連通孔と、 分割された前記電極間に設けられ、電極反応面内を通過
   した前記反応ガスを排出する反応ガス排出連通孔と、 を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 【請求項２】請求項１記載の燃料電池スタックにおい
   て、前記セパレータを積層方向に貫通し、冷却媒体を流
   す冷却媒体流路を備え、 前記冷却媒体流路は、前記セパレータの外周端側に設け
   られ、前記冷却媒体を供給する冷却媒体供給連通孔と、 反応ガス排出連通孔に近接して設けられ、前記電極反応
   面を冷却した前記冷却媒体を排出する冷却媒体排出連通
   孔と、 を備えることを特徴とする燃料電池スタック。