(57)【要約】【課題】  燃料電池用スタックの体積を最小化する。【解決手段】      燃料電池用スタックであって，電気生成に必要な燃料と，前記スタックを冷却させるための冷却媒体が流れる共同流通路とを含む単位セルを含み，少なくとも1つ以上の前記単位セルにより構成される電気生成集合体であることを特徴とする，燃料電池用スタック。【選択図】  図３
2006086127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用スタックであって，
電気生成に必要な酸化剤と，
前記スタックを冷却させるための冷却媒体が流れる共同流通路と，
を含む単位セルを含み，
少なくとも1つ以上の前記単位セルにより構成される電気生成集合体であることを特徴とする，燃料電池用スタック。
【請求項２】
前記単位セルは，
膜−電極アセンブリーと，
この膜−電極アセンブリーの側面に接する複数のセパレータと，
を含み，
前記共同流通路は，
前記複数のセパレータのうちのいずれか一つのセパレータに複数個形成されるチャンネルによって構成されることを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池用スタック。
【請求項３】
前記冷却媒体は，空気であることを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池用スタック。
【請求項４】
前記共同流通路は，前記膜−電極アセンブリーに接する前記セパレータの接触面に形成されることを特徴とする，請求項３に記載の燃料電池用スタック。
【請求項５】
前記チャンネルは，四角形の断面を有して形成されることを特徴とする，請求項２に記載の燃料電池用スタック。
【請求項６】
前記共同流通路は，前記セパレータの一側端から反対側端に沿って形成され，前記共同流通路の両端は，前記セパレータの外側に露出されることを特徴とする，請求項２に記載の燃料電池用スタック。
【請求項７】
前記流通路は，直線形態であることを特徴とする，請求項６に記載の燃料電池用スタック。
【請求項８】
前記膜−電極アセンブリーの非活性領域に対応する前記共同流通路領域には，前記非活性領域に接する補強材が設置されることを特徴とする，請求項２に記載の燃料電池用スタック。
【請求項９】
前記補強材は，前記膜−電極アセンブリー非活性領域の幅と対応する幅を有して形成されることを特徴とする，請求項８に記載の燃料電池用スタック。
【請求項１０】
前記共同流通路を間に置いて位置する前記セパレータには，前記補強材が安着する安着部が形成されることを特徴とする，請求項８に記載の燃料電池用スタック。
【請求項１１】
前記安着部は，前記補強材の厚さと対応する深さで形成されることを特徴とする，請求項１０に記載の燃料電池用スタック。
【請求項１２】
膜−電極アセンブリーを中心に置いてその両側に配置される複数のセパレータを含む少なくとも一つ以上の電気生成部を含む燃料システムにおいて，
前記複数のセパレータのうちの少なくとも一つのセパレータの一面には，
電気生成のための酸化剤と，
前記電気生成部の冷却のための冷却媒体が流れる共同流通路が複数個配列形成されたスタックと，
前記スタックに燃料を供給する燃料供給部と，
前記共同流通路を通じて前記スタックで冷却媒体を供給する冷却媒体供給部と，
を含むことを特徴とする，燃料電池システム。
【請求項１３】
前記冷却媒体は，外部空気であることを特徴とする，請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記冷却媒体供給部は，ファンを含むことを特徴とする，請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
膜−電極アセンブリーを中心に置いてその両側に配置される複数のセパレータを含む少なくとも一つ以上の電気生成部を含む燃料システムにおいて，
前記複数のセパレータのうちの少なくとも一つのセパレータの一面には，
電気生成のための酸化剤と，
前記電気生成部の冷却のための冷却媒体が流れる共同流通路が複数個配列形成されたスタックと，
前記スタックに燃料を供給する燃料供給部と，
前記共同流通路を通じて前記スタックに酸素を供給するための空気供給部と，
を含むことを特徴とする，燃料電池システム。
【請求項１６】
前記酸素は，外部空気から提供されることを特徴とする，請求項１５に記載の燃料電池
システム。
【請求項１７】
前記冷却媒体は，前記空気供給部から供給された外部空気であることを特徴とする，請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記空気供給部は，外部空気を前記共同流通路に供給するための空気ポンプを含むことを特徴とする，請求項１５に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用スタックおよび燃料電池システムにかかり，特に体積を最少化した燃料電池用スタックおよび燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に，燃料電池はメタノール，エタノールまたは天然ガスなど炭化水素系物質内に含まれている水素と空気または空気のような酸化剤の間で起こる電気化学反応によって化学エネルギーを直接電気エネルギーに変化させる発電システムである。
【０００３】
特に，燃料電池は燃焼過程なく燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学的反応によって生成される電気とその副産物である熱が同時に使用できるという特徴を有している。
【０００４】
このような燃料電池は，使用される電解質の種類によって，１５０℃〜２００℃付近で作動するリン酸型燃料電池，６００℃〜７００℃の高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池，１０００℃以上の高温で作動する固体酸化物型燃料電池，常温〜１００℃以下で作動する高分子電解質型およびアルカリ型燃料電池などに分類され，これら各々の燃料電池は根本的に同じ原理によって作動するが，燃料の種類，運転温度，触媒および電解質が互いに異なる。
【０００５】
この中で近来開発されている高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ，以下ではＰＥＭＦＣという）は，他の燃料電池に比べて出力特性が優れていて，作動温度が低いだけでなく，速い始動および応答特性を有しているので自動車のような移動用電源はもちろん，住宅，公共建物のような分散用電源および電子機器用のような小型電源など，その応用範囲が広いという長所持っている。
【０００６】
このようなＰＥＭＦＣが基本的にシステムの構成を備えるためには，スタックと呼ばれる燃料電池本体（以下，便宜上スタックと言う），燃料タンクおよびこの燃料タンクから前記スタックに燃料を供給するための燃料ポンプなどが必要である。そして，燃料タンクに保存された燃料をスタックに供給する過程で燃料を改質して水素を発生させ，その水素をスタックに供給する改質装置を含むことができる。
【０００７】
したがって，ＰＥＭＦＣは，燃料ポンプのポンピング力によって燃料タンクに保存された燃料を改質装置に供給し，改質装置が燃料を改質して水素を発生させ，スタックは水素と酸素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを生産し，放出する。
【０００８】
一方，液状のメタノール燃料を直接スタックに供給できる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ，以下，ＤＭＦＣという）方式がある。このＤＭＦＣはＰＥＭＦＣとは異なって改質装置が不要である。
【０００９】
上記のような燃料電池システムにおいて，電気を実質的に発生させるスタックは膜−電
極アセンブリー（ＭＥＡ）と二極式プレート（またはセパレータ）で構成される単位セルが数個〜数十個積層された構造を有する。膜−電極アセンブリーは電解質膜を間に置いてアノード電極とカソード電極が付着された構造を有する。
【００１０】
そして二極式プレートは燃料電池の反応に必要な酸素と燃料ガスが供給される通路の役割と，各ＭＥＡのアノード電極とカソード電極を直列に接続させる伝導体の役割を同時に果たす。
【００１１】
したがって，二極式プレートによってアノード電極には水素を含有するガスが供給される反面，カソード電極には酸素を含有するガスが供給される。この過程でアノード電極では水素の電気化学的な酸化が，カソード電極では酸素の電気化学的な還元が起こり，この時に生成される電子の移動によって電気と熱，そして水が共に得られる。
【００１２】
このような燃料電池システムは，適正な運転温度を外れる場合，電解質膜の役割遂行能力が低下し，安定性を保障することができず，激しい場合には燃料電池を損傷させる。したがって，前記燃料電池システムには空冷式または水冷式の冷却手段が備えられて運転過程でスタック内部に発生する熱を持続的に除去する必要がある。
【００１３】
そこで，従来の冷却方式としては，冷却媒体をスタックセルの間に進行させるために二極式プレートにクーリングチャンネルを形成する方式や，別途のクーリングプレートをセルとセルの間に設置する方式を採用している。
【００１４】
このような冷却方式は二極式プレートまたはクーリングプレートに形成されたクーリングチャンネルを通じて冷却媒体が流通されながら，セルの電気化学反応によって発生する熱を速かに外部に放熱させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで，前記冷却方式におけるスタック構造は，セル冷却のための別途のクーリングプレートが，セルとセルとの間に介されることによって，全体的なスタックの厚さが，厚くなる短所がある。クーリングプレートを使用せず，二極式プレートにクーリングチャンネルを形成する場合にも，同様に二極式プレート自体の厚さが厚くなり，そのためにスタックの全厚さが厚くなる問題が発生する。
【００１６】
さらに，従来の冷却方式における燃料電池システム構造は，スタックに酸素を供給するための空気供給用エアーポンプと共にスタック冷却のために冷却用空気を供給するためのクーリングファンを全て備えなければならないために，システムの構成が複雑になってその大きさがおおきくなり，消耗される電力が増える問題が発生する。
【００１７】
また，このようなスタックの体積増加は，狭い空間内にシステムを構成しなければならない場合，設計上の制約を与える問題が発生する。
【００１８】
本発明は，従来の燃料電池用スタックおよび燃料電池システムが有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，体積を最少化可能な，新規かつ改良された燃料電池用スタックと前記スタックを備える燃料電池システムを提供することである。
【００１９】
さらに，本発明の別の目的は，システムを構成する構成要素を減らすことによってシステムを単純化させ，消耗される電力を減らすことの可能な，新規かつ改良された燃料電池用スタックおよび燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，燃料電池用スタックの単位セルは，電気生成に必要な酸化剤と，前記スタックを冷却させるための冷却媒体が流れる共同流通路とを含み，少なくとも1つ以上の前記単位セルを含む電気生成集合体で構成される燃料電池用スタックが提供される。
【００２１】
前記単位セルは，膜−電極アセンブリーと，この膜−電極アセンブリーの側面に接するセパレータとを含み，前記共同流通路は，前記セパレータのうちのいずれか一つのセパレータに複数個形成されるチャンネルによって構成される燃料電池用スタックが提供される。
【００２２】
前記冷却媒体は，自然状態で容易に取れる空気であっても良い。
【００２３】
前記共同流通路は，前記膜−電極アセンブリーに接する前記セパレータの接触面に形成できる。
【００２４】
前記チャンネルは四角形の断面を有して形成できる。かかる構成を有することにより，本発明にかかる燃料電池用スタックでは，酸化剤や冷却媒体の流量を極大化させることができる。
【００２５】
前記共同流通路は前記セパレータの一側端から反対側端に沿って形成され，前記共同流通路の両端は前記セパレータの外側に露出されるように形成できる。かかる構成を有することにより，本発明にかかる燃料電池用スタックでは，酸化剤や冷却媒体が共同流路に流入または排出される構造を簡単に成すことができる。
【００２６】
前記膜−電極アセンブリーの非活性領域に対応する前記共同流通路領域には前記非活性領域に接する補強材を設置することができる。かかる構成を有することにより，本発明にかかる燃料電池用スタックでは，膜−電極アセンブリーとセパレータとの支持力を強化させることができる。
【００２７】
前記補強材は前記膜−電極アセンブリー非活性領域の幅と対応する幅を有して形成することができる。かかる構成を有することにより，本発明にかかる燃料電池用スタックでは，膜−電極アセンブリーとセパレータとが接する面積を大きくすることにより，前記支持力を強化させることができる。
【００２８】
前記共同流通路を間に置いて位置する前記セパレータに前記補強材が安着する安着部を形成することができる。かかる構成を有することにより，本発明にかかる燃料電池用スタックでは，膜−電極アセンブリーとセパレータとを密着させてこれらの間に隙間が発生しないようにすることができる。
【００２９】
前記安着部は前記補強材の厚さと対応する深さで形成できる。かかる構成を有することにより，本発明にかかる燃料電池用スタックでは，膜−電極アセンブリーとセパレータとを密着させてこれらの間に隙間が発生しないようにする効果を極大化させることができる。
【００３０】
また，本発明の他の観点によれば，膜−電極アセンブリーを中心に置いてその両側に配置される複数のセパレータを含む少なくとも一つ以上の電気生成部の前記複数のセパレータのうちの少なくとも一つのセパレータの一面には，電気生成のための酸化剤と，前記電気生成部の冷却のための冷却媒体が流れる共同流通路が複数個配列形成されたスタックと，前記スタックに燃料を供給する燃料供給部と，前記共同流通路を通じて前記スタックで冷却媒体を供給する冷却媒体供給部とを含む燃料電池システムが提供される。
【００３１】
前記冷却媒体は，自然状態で容易に取れる外部空気であっても良い。
【００３２】
前記冷却媒体供給部はファンを含む。
【００３３】
また，本発明の他の観点によれば，膜−電極アセンブリーを中心に置いてその両側に配置される複数のセパレータを含む少なくとも一つ以上の電気生成部の前記複数のセパレータのうちの少なくとも一つのセパレータの一面には，電気生成のための酸化剤と，前記電気生成部の冷却のための冷却媒体が流れる共同流通路が複数個配列形成されたスタックと，前記スタックに燃料を供給する燃料供給部と，前記共同流通路を通じて前記スタックに酸素を供給するための空気供給部とを含む燃料電池システムが提供される。
【００３４】
前記酸素は外部空気から提供できる。
【００３５】
前記冷却媒体は前記空気供給部から供給された外部空気であっても良い。
【００３６】
前記空気供給部は外部空気を前記共同流通路に供給するための空気ポンプを含む。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように，本発明によれば，複数個の電気生成部を積層させてスタックを構成することにおいて，セパレータに別途のクーリングのためのチャンネルを形成し，クーリングプレートを設置しなくても良いのでスタックの体積を最少化することができる。
【００３８】
また，スタックに空気を供給するための空気ポンプ，または，スタックに冷却媒体を供給するためのクーリングファンを備えず，空気ポンプやクーリングファン１つのみで冷却媒体と燃料用空気を供給することができる。これにより，全体的なシステムの体積を減らすことができ，システムで消耗される電力を節減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる燃料電池用スタックおよび燃料電池システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００４０】
（第１実施形態）
図１は，第１実施形態による燃料電池システムの構成を示した説明図である。図１を参照し，本実施形態による燃料電池システムを見てみれば，本システム１００は水素と酸素，または他の酸化剤の化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させて電気を生産し放出する電気生成部１１が，複数個積層されて構成されたスタック１０と，水素を含有した燃料を前記スタック１０に供給する燃料供給部３０と，前記スタック１０に空気を供給するための空気供給部４０とを含む。
【００４１】
前記燃料供給部３０は，水素を含有した液状の燃料を保存する燃料タンク３１と，この燃料タンク３１に連結設置されて保存された燃料を排出させるための燃料ポンプ３３とを含む。
【００４２】
前記燃料ポンプ３３は，所定のポンピング力によって燃料タンク３１に保存された液状の燃料をこの燃料タンク３１から排出させる機能を果たす。
【００４３】
そして，本実施形態における前記燃料供給部３０から供給される燃料は，改質装置２０を経て前記スタック１０に提供できるようにしているが，そのために前記燃料供給部３０と前記スタック１０との間には改質装置２０が配置され，この改質装置２０は前記燃料供給部３０および前記スタック１０に第１供給ライン９１および第２供給ライン９２によって連結される。
【００４４】
もちろん，本実施形態の燃料電池システムが液状の燃料を直接スタックに供給して電気を生産する直接酸化型燃料電池方式で構成される場合，前記ＰＥＭＦＣ方式と異なって改質装置が排除された構成をなす。
【００４５】
以下では，ＰＥＭＦＣ方式で改質装置２０が適用された燃料電池システムを例に挙げて説明する。しかし，本発明が必ずこの方式で限られるわけではない。前記改質装置２０は改質反応によって液状の燃料でからスタック１０の電気生成に必要な水素を発生させるだけでなく，前記水素に含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる。
【００４６】
通常，前記改質装置２０は，液状の燃料を改質して水素が含まれた改質ガスを発生させる改質部と，この改質ガスとしてから一酸化炭素の濃度を低減させる一酸化炭素低減部を含む。
【００４７】
前記改質部は水蒸気改質，部分酸化または自熱反応などの触媒反応によって前記燃料を水素が豊富な改質ガスに転換する。そして前記一酸化炭素低減部は水性ガス転換方法，選択的酸化方法などのような触媒反応または分離膜を利用した水素の精製などのような方法で改質ガスから一酸化炭素の濃度を低減させる。
【００４８】
本実施形態における燃料とは，メタノール，エタノール，天然ガスなどのような炭化水素またはアルコール系を含むことができ，以下の説明では炭化水素系の液状燃料に水が混合されたものを燃料と言う。
【００４９】
また，酸素は別途の保存手段に保存された純粋な酸素を使用することができ，酸素を含む外部空気をそのまま使用しても良い。以下の説明では外部空気を使用することを例として説明する。
【００５０】
前記空気供給部４０はスタック１０と連結設置され，所定のポンピング力で外部空気を吸入しスタック１０に供給する空気ポンプ４１を含む。この時，スタック１０と空気供給部４０は第３供給ライン９３によって連結設置される。
【００５１】
一方，前記システム１００は空気供給部４０の他に別途にスタック１０を冷却させるための構成を備えていないが，これは空気供給部４０を通じて供給される空気の一部は電気生成部１１の電気化学反応に消費され，他の一部はスタック１０冷却用として消費されるためである。
【００５２】
図２は，第１実施形態による燃料電池システムを示す説明図である。本実施形態によれば，前述した図１の空気供給部の代りに冷却媒体供給部が備えられる。つまり，図２に示すように，燃料電池システム２００は，水素と酸素の化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させて電気を生産し出す電気生成部２０２が複数個積層されて構成されたスタック２０４と，水素を含有した燃料を前記電気生成部２０２に供給する燃料供給部２０６と，前記電気生成部２０２に冷却媒体である空気を供給するための冷却媒体供給部２０８とを含む。
【００５３】
前記システム２００は冷却媒体供給部２０８を通じて供給される冷却媒体である空気中の一部が電気生成部２０２の電気化学反応に参与することによって，別途の空気供給部を備えなくても良い。
【００５４】
前記冷却媒体供給部２０８はクーリングファン２１０を含み，このクーリングファン２１０はスタック２０４に冷却媒体を供給できるように第４供給ライン２１２に連結されている。前記冷却媒体は膜−電極アセンブリーに酸素を供給する役割も果たさなければならないので，本実施形態では自然状態で容易に取れる空気を使用する。
【００５５】
図２の図面符号２１４，２１６，２１８は各々燃料タンク，燃料ポンプおよび改質装置であって，これについて前述した図１で説明したために，その説明を省略する。
【００５６】
このように本実施形態による燃料電池システムにおける空気供給部または冷却媒体供給部のみでスタックに提供される酸素と冷却媒体を同時に供給することができることは電気生成部が有するセパレータの構造のためであるが，これについては以下で詳しく説明する。
【００５７】
図３は，図２に示したスタック２０４を分解した斜視図であり，図４は，このスタック２０４の平面図である。本発明において，図１に示したスタック１０も，図２のスタック２０４と同様の構成を有するので，以下の説明では便宜上，図２に示したスタック２０４を用いて説明する。なお，図１に示したスタック１０に関しても同様なことが成り立つ。
【００５８】
図３および図４に示すように，スタック２０４は，改質装置２１８を通じて供給される改質ガスと外部空気の酸化／還元反応によって電気エネルギーを発生させる複数の電気生成部２０２を備える。ここで，一つの電気生成部２０２は電気を発生させる単位セルを意味する。
【００５９】
前記電気生成部２０２は，水素と空気を酸化／還元させる膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）２０２ａと，水素と空気を膜−電極アセンブリー２０２ａに供給するためのセパレータ２０２ｂ，２０２ｃを含む。このような電気生成部２０２は膜−電極アセンブリー２０２ａを中心に置いてその両側にセパレータ２０２ｂ，２０２ｃが各々配置され，前記膜−電極アセンブリー２０２ａに接合されることによって構成されるスタック２０４は前記のような電気生成部２０２が連続的に複数個配置されることによって構成される。
【００６０】
前記膜−電極アセンブリー２０２ａは両側面を構成するアノード電極とカソード電極との間に電解質膜が介された通常の構造からなる。
【００６１】
前記アノード電極は，セパレータ２０２ｂ（以下，便宜上第１セパレータと言う）を通じて，改質ガスの供給を受ける部分であって，改質ガスを電子と水素イオンに分離させる触媒層と改質ガスの円滑な移動のための気体拡散層を含む。前記カソード電極は，セパレータ２０２ｃ（以下，便宜上第２セパレータと言う）を通じて，空気の供給を受ける部分であって，アノード電極側から受けた電子，水素イオンおよび空気中の酸素を反応させ，水を生成する触媒層と，酸素イオンの円滑な移動のための気体拡散層で構成される。
【００６２】
そして，前記電解質膜は，その厚さが５０μｍ〜２００μｍである固体ポリマー電解質であって，前記アノード電極の触媒層で生成された水素イオンを前記カソード電極の触媒層に移動させるイオン交換の機能を有する。
【００６３】
このような構成を有するスタック２０４は，例えば，次の反応式のような反応によって電気，熱および水を生成する。
【化１】
2006086127.tif 000003
【００６４】
前記反応式を参照すれば，第１セパレータ２０２ｂを通じて膜−電極アセンブリー２０２ａのアノード電極に改質ガスが供給され，第２セパレータ２０２ｃを通じてカソード電極に空気が供給される。前記改質ガスがアノード電極で流れれば，触媒層で水素が電子とプロトン（水素イオン）に分解される。プロトンが電解質膜を通じて移動すれば，やはり触媒の助けでカソード電極で電子と酸素イオンそして移動したプロトンが合わせられて水を生成する。ここで，アノード電極で生成された電子は電解質膜を通じて移動できず，外部回路を通じてカソード電極に移動する。このような過程を経て電気と水を生成し，スタック２０４では改質ガスと酸素の化学的な反応によって付随的に熱が発生する。
【００６５】
前記第１セパレータ２０２ｂと第２セパレータ２０２ｃは膜ー電極アセンブリー２０２ａのアノード電極とカソード電極を直列に接続させる伝導体の機能を果たし，改質ガスと空気を前記アノード電極と前記カソード電極に供給する通路の機能も果たす。このために第１セパレータ２０２ｂの一側面には改質ガスが流れる流路チャンネル２０２ｄが形成される。
【００６６】
第２セパレータ２０２ｃの一側面には上述した反応に必要な空気とともに各電気生成部２０２で発生する熱を冷却させるための冷却用空気が供給される流通に２０２ｅが形成される。
【００６７】
前記スタック２０４において，第１セパレータ２０２ｂと第２セパレータ２０２ｃは各々流路チャンネル２０２ｄと流通路２０２ｅが形成されていない面を互いに密着させて電気生成部２０２を構成する。
【００６８】
このような本実施形態のスタック２０２によれば，前記流通路２０２ｅを通じて電気生成の反応に必要な空気と，電気生成部２０２の冷却に必要な空気が同時に提供できるので，スタック２０２には別途のクーリングチャンネルやクーリングプレートのように従来方式の冷却構造が不要になる。
【００６９】
つまり，このスタック２０２が含まれた燃料電池システム２００では，冷却媒体供給部２０８を通じて供給される冷却用空気が，前記流通路２０２ｅを通りながら電気生成部を冷却させるとともに，膜−電極アセンブリー２０２ａに前述の化学反応に必要な酸素を供給することができる。
【００７０】
したがって，前記第２セパレータ２０２ｃ上に冷却用空気が通る前記流通路２０２ｅの他に別途の空気供給のためのチャンネルなどを形成する必要がないために電気生成部２０２の厚さが薄くなることができ，全体的にスタック２０４の厚さが最大限に薄くなることができる。
【００７１】
次の表１は本実施形態によるスタックと従来の技術によるスタックの体積を比較実験したものである。
【００７２】
【表１】
2006086127.tif 000004
【００７３】
前記実験は３５Ｗ級燃料電池に適用されるスタックに対して実施されており，表１から本実施形態によるスタックがクーリングプレートを使用した従来技術のスタックに比べてスタックの全体積を約１６％程度減らすことができることが分かる。
【００７４】
次に，第２セパレータ２０２ｃに形成された流通路２０２ｅについて，さらに詳細に説明する。
【００７５】
前記流通路２０２ｅは，膜−電極アセンブリー２０２ａに接する第２セパレータ２０２ｃの接触面にチャンネル形態に一定の間隔をおいて形成され，第２セパレータ２０２ｃの一側端から反対側端に向かって，直線形態に貫通形成される構造になっている。
【００７６】
その構造によって，前記流通路２０２ｅは，前記膜−電極アセンブリー２０２ａと接しながら両端がスタック１０の外側に露出されるが，これに流通路２０２ｅの一側先端は空気の流入口になり，反対側先端は空気の排出口を構成する。
【００７７】
したがって，前記流入口を通じて流通路２０２ｅに供給された空気の一部は，膜−電極アセンブリー２０２ａに提供されて電気生成に必要な反応に参与し，残り一部は前記排出口を通じて排出されながら，電気生成部２０２で発生した熱をスタック２０４外部に放熱させる。
【００７８】
本実施形態における流通路２０２ｅはその断面が四角形になるように形成されるが，これは一つの例に過ぎず，半円形態や梯形態など多様な形態を適用することができる。
【００７９】
（第２実施形態）
図５は，第２実施形態による燃料電池システムのスタック３００を，図６は，図５に示したスタックの断面図を示している。図５を参照すると，スタック３００と図３に示されたスタック２０４とは，基本的な構成が同じであるため，その詳細な説明は省略し，以下では前記スタック２０４と異なる部分についてのみ説明する。
【００８０】
図５に示したスタック３００は，図３に示したスタック２０４で予想される問題点を補完することができるものであって，図３のスタック２０４においては，第２セパレータ２０２ｅと膜−電極アセンブリー２０２ａが互いに接する時，流通路２０２ｅが形成された部分では，この部分が空間に形成されるために互いに接触することができないために相互間の支持状態が良くない。この部分は通常膜−電極アセンブリーに設定される非活性領域である。
【００８１】
これを勘案して前記スタック３００においては，膜−電極アセンブリー３００ａに設定された非活性領域３００ｂに対応する流通路３００ｃ部位に膜−電極アセンブリー３００ａと接する補強材３００ｄを設置している。
【００８２】
この補強材３００ｄは一定の間隔をおいて配列された流通路３００ｃに対して直角方向に長く置かれて流通路３００ｃの流入口側と排出口側，つまり，理由通路３００ｃの両端に設置される。
【００８３】
本実施形態において，この補強材３００ｄの設置のために前記流通路３００ｃと流通路３００ｃとの間に対応する第２セパレータ３００ｅには，補強材３００ｄのための安着部３００ｆが形成される。
【００８４】
前記安着部３００ｆの深さは補強材３００ｄの厚さと対応させる。つまり，図６に示すように，前記スタック３００は，流通路３００ｃの両端に安着部３００ｆを形成し，この安着部３００ｆに前記補強材３００ｄが密着されるように設置する。これによって補強材３００ｄと第２セパレータ３００ｅの外側面が同一面上に位置するが，その結果，補強材３００ｄが膜−電極組立体３００ａの非活性領域３００ｂに対応する位置に均一に接して支持することができ，これに前述したように第２セパレータと膜−電極組立体が結合される時，流通路部位の支持力が弱くて変形が招かれることを防止することができる。
【００８５】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる燃料電池用スタックおよび燃料電池システムの好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の燃料電池用スタックおよび燃料電池システムは，スタックの体積を最少化することにより，全体的なシステムの体積を減らすことができ，システムで消耗される電力を節減する効果があり，燃料電池用スタックおよび燃料電池システムの製造分野で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】第１実施形態による燃料電池システムを示す説明図である。
【図２】第１実施形態による燃料電池システムを示す説明図である。
【図３】図２のスタックを分解した斜視図である。
【図４】図２のスタックを示す平面図である。
【図５】第２実施形態によるスタックを分解した斜視図である。
【図６】図５に示したスタックの断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０      スタック
１１      電気生成部
２０      改質装置
３０      燃料供給部
３１      燃料タンク
３３      燃料ポンプ
４０      空気供給部
４１      空気ポンプ
９１      第１供給ライン
９２      第２供給ライン
９３      第３供給ライン
１００    燃料電池システム
２００    燃料電池システム
２０２    電気生成部
２０２ａ  膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）
２０２ｂ  セパレータ（第１セパレータ）
２０２ｃ  セパレータ（第２セパレータ）
２０２ｄ  流路チャンネル
２０２ｅ  流通路
２０４    スタック
２０６    燃料供給部
２０８    冷却媒体供給部
２１０    クリーンファン
２１２    第４供給ライン
２１４    燃料タンク
２１６    燃料ポンプ
２１８    改質装置
３００    スタック
３００ａ  膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）
３００ｂ  非活性領域
３００ｃ  流通路
３００ｄ  補強材
３００ｅ  第２セパレータ
３００ｆ  安着部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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