(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面に燃料の流れる燃料流路を有し、その背面に横方向に延びる燃料の流入部、流出部を有し、かつ前記燃料流路と流入部，流出部を連通孔でつないだ第１配流板と、片面に酸化剤の流れる酸化剤流路を有し、その背面に横方向に延びる酸化剤の流入部，流出部を有し、かつ前記酸化剤流路と流入部，流出部を連通孔でつないだ第２配流板と、前記第１配流板と第２配流板間に配置された電極接合体とを具備し、
前記第１配流板における燃料の流入部，流出部、及び第２配流板における酸化剤の流入部，流出部は前記第１の配流板の厚み方向に夫々連通され、酸化剤の流入部，流出部は前記第２の配流板の厚み方向に夫々連通されていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記第１配流板、第２配流板及び電極接合体の他、前記第２配流板側の片面に冷却水の流れる冷却水流路を有し、その背面に冷却水の流入部，流出部を有し、かつ前記冷却水流路と流入部・流出部を連通孔でつないだ第３配流板とを具備したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池スタックとしては図１（Ａ），（Ｂ）に示すものが知られている。
図中の符号１，２，３は、夫々第１配流板、第２配流板、第３配流板である。また、符号４は、配流板１，２間に配置された電極接合体である。前記第１配流板１には、燃料が流れる溝状の燃料流路５、及び入口燃料ヘッダー（又は入口燃料マニホールド）の一構成である燃料流入部６，出口燃料ヘッダーの一構成である燃料流出部７が同一面になるように形成されている。前記第２配流板２には、酸化剤が流れる溝状の酸化剤流路８、及び入口酸化剤ヘッダーの一構成である酸化剤流入部９，出口酸化剤ヘッダーの一構成である酸化剤流出部１０が同一面になるように形成されている。前記第３配流板３には、冷却水が流れる溝状の冷却水流路１１、及び入口冷却水ヘッダーの一構成である冷却水流入部１２，出口冷却水ヘッダーの一構成である冷却水流出部１３が同一面になるように形成されている。
【０００３】
こうした構成の燃料電池スタックにおいて、燃料は第１配流板１のＦ面一端より入り、Ｅ面上で入口燃料ヘッダーの燃料流入部６で分配され、同一面上に形成された燃料流路５を流れ、出口燃料ヘッダーの燃料流出部７に集合させられ、電池外部に排出されるような構造となっていた。また、酸化剤は第２配流板２のＣ面一端より入り、Ｄ面上で入口酸化剤ヘッダーの酸化剤流入部９で分配され、同一面上に形成された酸化剤流路８を流れ、出口酸化剤ヘッダーの酸化剤流出部１０に集合させられ、電池外部に排出されるような構造となっていた。更に、冷却水は第３配流板３のＡ面一端より入り、Ｂ面上で入口冷却水ヘッダーの冷却水流入部１２で分配され、同一面上に形成された流路１１を流れ、出口冷却水ヘッダーの冷却水流出部１３に集合させられ、電池外部に排出されるような構造となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１による燃料電池スタックによれば、以下に述べる問題点を有する。
（１）  ヘッダー（又はマニホールド）における燃料、あるいは酸化剤あるいは冷却水の流速を十分小さくとれないことから、各流路に燃料、あるいは酸化剤、あるいは冷却水を均等に分配することが困難である。即ち、ヘッダー（又はマニホールド）の末端に位置する流路には、燃料、あるいは酸化剤、あるいは冷却水が供給されにくい。
【０００５】
（２）  各流路に燃料、あるいは酸化剤、あるいは冷却水を均等に分配しようとして、各流路入口部に絞りを設けるようとすると、細部製作工程が増え、コストアップになる。
【０００６】
（３）  ヘッダー（又はマニホールド）内における燃料、酸化剤、あるいは冷却水の流速を十分小さくとろうとして、ヘッダー（又はマニホールド）の断面積を大きくとると、セパレータあるいは配流板の面積が大きくなる。
【０００７】
（４）  特に、固体高分子電解質燃料電池のような電極接合体４が軟らかい場合、ヘッダー（又はマニホールド）に相当する凹部分は、セパレータあるいは配流板により両面で挟み込んだ状態とならないため、電極接合体４がヘッダー（又はマニホールド）の凹部内部にたわみ、変形しやすくなる。
【０００８】
（５）  前記たわみ込みを防止するため、ヘッダー（又はマニホールド）に相当する凹部に多孔質物質を充填、あるいは挿入し、軟らかい電極接合体４をセパレータあるいは配流板により両面から挟み込んだ状態にしようとすると、製作工程・材料が増え、コストアップになる。
【０００９】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、燃料入口連通孔，酸化剤入口連通孔を設けることにより燃料，酸化剤，冷却水を各配流板の流路に均等に分配できるとともに、絞りを設けるような細かい製作部を省略するなどして制作費や材料費を低く押さえてコスト低減を図ることができ、更に第１配流板における燃料の流入部，流出部及び第２配流板における酸化剤の流入部，流出部を電極接合体と反対側の位置に形成した構成にすることにより、電極接合体の両側を第１・第２配流板によってしっかり挟み込んで固定し電極接合体のたわみを防止しえる燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、片面に燃料の流れる燃料流路を有し、その背面に横方向に延びる燃料の流入部、流出部を有し、かつ前記燃料流路と流入部，流出部を連通孔でつないだ第１配流板と、片面に酸化剤の流れる酸化剤流路を有し、その背面に横方向に延びる酸化剤の流入部，流出部を有し、かつ前記酸化剤流路と流入部，流出部を連通孔でつないだ第２配流板と、前記第１配流板と第２配流板間に配置された電極接合体とを具備し、前記第１配流板における燃料の流入部，流出部、及び第２配流板における酸化剤の流入部，流出部は前記第１の配流板の厚み方向に夫々連通され、酸化剤の流入部，流出部は前記第２の配流板の厚み方向に夫々連通されていることを特徴とする燃料電池スタックである。
【００１１】
【作用】
本発明によれば、次の効果を有する。
（１）  燃料入口連通孔，酸化剤入口連通孔及び冷却水入口連通孔を絞りの役目として大きさを任意に設定できる。しかも、細部製作もなく大きな断面積を持つヘッダー（あるいはマニホールド）を配流板（あるいはセパレータ）で構成できるため、燃料あるいは酸化剤あるいは冷却水を各燃料流路，酸化剤流路及び冷却水流路に均等に分配することが容易にでき、製作も容易である。
【００１２】
（２）本発明においては、第１配流板における燃料の流入部，流出部及び第２配流板における酸化剤の流入部，流出部が電極接合体と反対側の位置に形成した構成となっている。従って、固体高分子電解質燃料電池のように電極接合体が軟らかい場合でも、電極接合体の両側を第１・第２配流板によってしっかり挟み込んで固定し、電極接合体のたわみを防止することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図を参照して説明する。
【００１４】
（実施例１）
図２（Ａ），（Ｂ）を参照する。ここで、図２（Ａ）は燃料電池スタックの平面図、図２（Ｂ）は燃料電池スタックの側面図を示す。
図中の符号２１，２２，２３，２４，２５は、夫々金属，カーボン，その他導電性を有する物質で製作される第１配流板、第２配流板、第３配流板、第４配流板、第５配流板である。また、符号２６は、配流板２１，２２間に配置された電極接合体である。前記第１配流板２１には、燃料が流れる溝状の燃料流路２７、燃料が供給される燃料流入部２８、燃料が排出される燃料流出部２９が同一面になるように形成され、前記燃料通路２７と燃料流入部２８とは燃料入口連通孔３０によりつながれている。ここで、前記第１配流板２１の燃料流入部２８と前記第５配流板２５のＩ面とにより入口燃料ヘッダーが構成され、前記第１配流板２１の燃料流出部２９と前記第５配流板２５のＩ面とにより出口燃料ヘッダーが構成される。
前記第２配流板２２には、酸化剤が流れる溝状の酸化剤流路３１、酸化剤が供給される酸化剤流入部３２，酸化剤が排出される酸化剤流出部３３が同一面になるように形成され、前記酸化剤流路３１と酸化剤流入部３２とは酸化剤入口連通孔３４によりつながれている。ここで、前記第２配流板２２の酸化剤流入部３２と前記第３配流板２３のＤ面とにより入口酸化剤ヘッダーが構成され、前記第２配流板２２の酸化剤流出部３３と前記第３配流板２３のＤ面とにより出口酸化剤ヘッダーが構成される。
前記第３配流板２３には、冷却水が流れる溝状の冷却水流路３５、冷却水が供給される冷却水流入部３６，冷却水が排出される冷却水流出部３７が同一面になるように形成され、前記冷却水流路３５と前記冷却水流入部３６とは冷却水入口連通孔３８によりつながれている。ここで、前記第３配流板２３の冷却水流入部３６と前記第４配流板２４のＢ面とにより入口冷却水ヘッダーが構成され、前記第３配流板２３の冷却水流出部３７と前記第４配流板２４のＢ面とにより出口冷却水ヘッダーが構成される。
第３配流板２３，第４配流板２４には、前記第２配流板２２の酸化剤流入部３２に対応して酸化剤導入穴４１，４２が設けられ、前記第２配流板２２の酸化剤流出部３３に対応してに酸化剤排出穴４３，４４が設けられている。また、前記第４配流板２４には、前記第３配流板２３の冷却水流入部３６に対応して冷却水導入穴４５が設けられ、前記第３配流板２３の冷却水流出部３７に対応して冷却水排出穴４６が設けられている。前記第５配流板２５には、前記第１配流板２１の燃料流入部２８に対応して燃料導入穴４７が設けられ、前記第１配流板２１の燃料流出部２９に対応して燃料排出穴４８が設けられている。
【００１５】
こうした構成の燃料電池スタックにおいて、燃料は第５配流板２５のＪ面の一端より入り、入口燃料ヘッダーの一構成である燃料流入部２８に導入される。導入された燃料は、前記燃料入口連通孔３０を通過して燃料流路２７に導かれる。残存燃料は、前記出口燃料ヘッダーに集合後、第５配流板２５を通過して外部に排出される。この時、燃料入口連通孔３０が絞りとしての役目を果たすことになる。
【００１６】
酸化剤は、第４配流板２４のＡ面の一端より入り、第３配流板２３を通過して前記入口酸化剤ヘッダーの一構成である酸化剤流入部３２に導入される。導入された酸化剤は、前記酸化剤入口連通孔３４を通過して酸化剤流路３１に導かれる。残存酸化剤は、前記出口酸化剤ヘッダーに集合後、第３配流板２３，第４配流板２４を通過して外部に排出される。この時、酸化剤入口連通孔３４が絞りとしての役目を果たすことになる。
【００１７】
冷却水は、第４配流板２４のＡ面の一端より入り、前記入口冷却水ヘッダーの一構成である冷却水流入部３５に導入される。導入された冷却水は、前記冷却水入口連通孔３８を通過して冷却水流路３５に導かれる。電池の発熱を回収して温水となった冷却水は、前記出口冷却水ヘッダーに集合後、第４配流板２４を通過して外部に排出される。この時、冷却水入口連通孔３８が絞りとしての役目を果たすことになる。
【００１８】
上記実施例１に係る燃料電池スタックは、片面に溝状の燃料流路２７を形成すると共に、他方の面に燃料流入部２８，燃料流出部２９を形成し、前記燃料通路２７と流入部２８とを燃料入口連通孔３０によりつないだ第１配流板２１と、片面に溝状の酸化剤流路３１を形成すると共に、他方の面に酸化剤流入部３２，酸化剤流出部３３を形成し、前記酸化剤流路３１と酸化剤流入部３２とを酸化剤入口連通孔３４によりつないだ第２配流板２２と、片面に溝状の冷却水流路３５を形成すると共に、他方の面に冷却水流入部３６，冷却水流出部３７を形成し、前記冷却水流路３５と前記冷却水流入部３６とを冷却水入口連通孔３８によりつないだ第３配流板２３と、前記第１配流板２１と第２配流板２２間に配置された電極接合体２６と、外側の第４配流板２４及び第５配流板２５とか構成されている。従って、以下の利点を有する。
【００１９】
（１）  燃料入口連通孔３０，酸化剤入口連通孔３４及び冷却水入口連通孔３８を絞りの役目として大きさを任意に設定できる。しかも、絞りを設けるような細かい製作もなくかつ配流板の面積を大きくすることなく、大きな断面積を持つヘッダー  （あるいはマニホールド）を配流板（あるいはセパレータ）で構成できるため、燃料あるいは酸化剤あるいは冷却水を各燃料流路２７，酸化剤流路３１及び冷却水流路３５に均等に分配することが容易にでき、燃料電池スタックの製作も容易にできる。
【００２０】
（２）また、第１配流板２１における燃料の流入部，流出部及び第２配流板２２における酸化剤の流入部，流出部が電極接合体２６と反対側の位置に形成した構成となっているので、固体高分子電解質燃料電池のように電極接合体２６が軟らかい場合でも、電極接合体２６の両側を第１配流板２１，第２配流板２２によってしっかり挟み込み固定できる。従って、電極接合体２６がたわむこともなく、またたわみ防止手法も必要とせず、制作費等を上げることもなく、しかも簡単に長期に渡り性能，耐久性を保持できる。
【００２１】
（実施例２）
図３を参照する。但し、図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。
【００２２】
図中の符号５１は、第３配流板である。この第３配流板５１のＤ面（第２配流板２２側）には、第２配流板２２の酸化剤流入部３２に対応して凹部４１ａが前記酸化剤導入穴４１に連通して形成されている。また、前記第３配流板５１のＤ面には、第２配流板２２の酸化剤流出部３３に対応して凹部４３ａが前記酸化剤排出穴４３に連通して形成されている。
図中の符号５２は、第４配流板である。この第４配流板５２のＢ面（第３配流板５１側）には、第３配流板５１の冷却水流入部３６に対応して凹部４５ａが前記冷却水導入穴４５に連通して形成されている。また、前記第４配流板５２のＢ面には、第３配流板５１の冷却水流出部３７に対応して凹部４６ａが前記冷却水排出穴４６に連通して形成されている。
図中の符号５３は、第５配流板である。この第５配流板５３のＩ面（第１配流板２１側）には、第１配流板２１の燃料流入部２８に対応して凹部４７ａが前記冷却水導入穴４７に連通して形成されている。また、前記第５配流板５３のＩ面には、第１配流板２１の燃料流出部２９に対応して凹部４８ａが前記燃料導入穴４８に連通して形成されている。
【００２３】
上記実施例２によれば、第３配流板５１，第５配流板５３，第４配流板５２の所定の片面に夫々凹部４１ａ，４３ａ，４７ａ，４８ａ，４５ａ，４６ａを設けた構成になっているため、酸化剤，冷却水，燃料の各入口，出口ヘッダーの断面積を大きくできる。従って、ヘッダー内の各流体を遅くして、溝状の酸化剤流路３１，冷却水流路３５，燃料流路２７への分配を更に均等にできる。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、燃料入口連通孔，酸化剤入口連通孔を設けることにより燃料，酸化剤，冷却水を各配流板の流路に均等に分配できるとともに、絞りを設けるような細かい製作部を省略するなどして制作費や材料費を低く押さえてコスト低減を図ることができ、更に第１配流板における燃料の流入部，流出部及び第２配流板における酸化剤の流入部，流出部を電極接合体と反対側の位置に形成した構成にすることにより、電極接合体の両側を第１・第２配流板によってしっかり挟み込んで固定し電極接合体のたわみを防止しえる燃料電池スタックを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は従来の燃料電池スタックの説明図であり、図１（Ａ）はそのスタックの平面図、図１（Ｂ）はそのスタックの側面図。
【図２】図２は本発明の実施例１に係る燃料電池スタックの説明図であり、図２（Ａ）はそのスタックの平面図、図２（Ｂ）はそのスタックの側面図。
【図３】図３は本発明の実施例２に係る燃料電池スタックの説明図であり、図３（Ａ）はそのスタックの平面図、図３（Ｂ）はそのスタックの側面図。
【符号の説明】
２１〜２５，５１〜５３…配流板、２６…電極接合体、  ２７…燃料通路、  ２８…燃料流入部、          ２９…燃料流出部、  ３０…燃料入口連通孔、３１…酸化剤流路、          ３２…酸化剤流入部、３３…酸化剤流出部、  ３４…酸化剤入口連通孔、    ３５…冷却水通路、  ３６…冷却水流入部、
３７…冷却水流出部、        ３８…冷却水入口連通孔。
【図１】
0003600256.tif 000002
【図２】
0003600256.tif 000003
【図３】
0003600256.tif 000004