(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの集電板内部での電気抵抗損失が低減され、高い出力電圧で運転できるものを得る。【解決手段】電気エネルギー取出し用の集電端子２Ａを、集電板１Ａの酸化剤ガスの導入部に対応する位置に近接して配設する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体を一対のセパレータにより挟持した平板状の単セルを複数個積層し、少なくともその両端に一組の集電板を配設して構成される燃料電池で、一対のセパレータに備えられた反応ガス流通路にそれぞれ燃料ガスと酸化剤ガスを流通し、電気化学反応により得られた電気エネルギーを集電板に配設された集電端子を介して外部に取出す燃料電池において、
前記の集電端子が、セパレータに備えられた反応ガス流通路の酸化剤ガスの導入部に対応する集電板の位置に近接して配設されていることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の単セルを積層して構成される燃料電池のスタックの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池においては、１個の単セルで得られる発電電圧が１Ｖ未満の低い値に限定されるため、複数の単セルを積層して電気的に直列接続して所望の発電電圧を得ている。
例えば、固体高分子形燃料電池においては、固体高分子電解質膜の両面に電極層を形成した膜電極接合体を、良導電性でガス不透過性の材料よりなるセパレータによって挟持して単セルを形成し、この単セルを順次積層して両端に集電板を配することによって、所定の発電電圧の燃料電池スタックを構成している。
【０００３】
図２は、従来のこの種の燃料電池に組込まれている集電板の構成を示す平面図である。図に見られるように、集電板１の一端には電気エネルギー取出し用の集電端子２が配設されており、積層された単セルの発電領域９に相応する部分の外側には、単セルのセパレータに備えられた反応ガス流路、あるいは冷媒流路に燃料ガスや酸化剤ガス、あるいは冷媒を通流させるための燃料ガス入口マニホールド３、燃料ガス出口マニホールド４、酸化剤ガス入口マニホールド５、酸化剤ガス出口マニホールド６、冷媒入口マニホールド７、冷媒出口マニホールド８に対応する貫通孔が備えられている。なお、図２において発電領域９の内部に示した蛇行する点線は、単セルのセパレータの反応ガス流路を流れる酸化剤ガスの流れを例示したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の燃料電池においては、図２に示したように、酸化剤ガス入口マニホールド５より供給された酸化剤ガスは、発電領域９の反応ガス流路へと送られ、発電領域９を左上端近傍より右下端近傍へと流れて発電反応に寄与したのち、酸化剤ガス出口マニホールド６より排出される。また、燃料ガス入口マニホールド３より供給された燃料ガスは、同様に発電領域９を左下端近傍より右上端近傍へと流れて発電反応に寄与したのち、燃料ガス出口マニホールド４より排出される。発電反応の際には燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素が共に消費されるので、下流側ほど燃料ガス中の水素濃度、酸化剤ガス中の酸素濃度が低くなる。したがって、発電領域９内でも位置によって発電反応の強さが異なり、発電電流密度に差が生じる。特に、酸化剤ガス中の酸素濃度が高い酸化剤ガス入口マニホールド５の近傍で発電反応が活発となり、電流密度が高くなる。
【０００５】
一方、発電反応で得られた発電電流は、両端の集電板１に集められ、集電板１の内部を集電端子２へと導いて外部へと取出されるが、図２のごとく、組立てを容易にするために集電端子２を集電板１の燃料ガス出口マニホールド４と酸化剤ガス出口マニホールド６の中間部分に対応する位置に配設した燃料電池においては、電流密度が高く、電流が集中する酸化剤ガス入口マニホールド５の近傍に対応する位置から集電端子２までの距離が長くなるので、この間の集電板１内部を流れる際の電気抵抗が高くなり、この電気抵抗による電圧降下によって集電端子２間に得られるセル電圧が低下してしまうという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記のごとき従来技術の難点を考慮してなされたもので、本発明の目的は、燃料電池スタックの集電板内部での電気抵抗損が低減され、高い出力電圧で発電運転できる燃料電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明においては、
膜電極接合体を一対のセパレータにより挟持した平板状の単セルを複数個積層し、少なくともその両端に一組の集電板を配設して構成される燃料電池で、一対のセパレータに備えられた反応ガス流通路にそれぞれ燃料ガスと酸化剤ガスを流通し、電気化学反応により得られた電気エネルギーを集電板に配設された集電端子を介して外部に取出す燃料電池において、
前記の集電端子を、セパレータに備えられた反応ガス流通路の酸化剤ガスの導入部に対応する集電板の位置に近接して配設することとする。
【０００８】
このように、集電端子を反応ガス流通路の酸化剤ガスの導入部に対応する集電板の位置に近接して配設すれば、電流密度が高く、電流が集中する集電板の位置から集電端子２までの距離が短く抑えられるため、集電板内の電気抵抗による電圧損失が実質的に低減され、高い出力電圧を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を例を挙げて説明する。
図１は、本発明の燃料電池に組込まれる集電板の構成例を示す平面図である。本構成例の集電板１Ａにおいても、図２に示した従来例の構成と同様に、単セルの発電領域９に相応する部分の外側に燃料ガス入口マニホールド３、燃料ガス出口マニホールド４、酸化剤ガス入口マニホールド５、酸化剤ガス出口マニホールド６、冷媒入口マニホールド７、冷媒出口マニホールド８に対応する貫通孔が備えられている。また、発電領域９の内部に示した蛇行する点線は、セパレータの反応ガス流路を流れる酸化剤ガスの流れを例示したもので、一般に、平行して流れる複数の蛇行流路に反応ガスを流すことによって発電領域９全体に反応ガスを供給している。
【００１０】
図１に示した構成例の特徴は、電気エネルギー取出し用の集電端子２Ａが、集電板１Ａの酸化剤ガス入口マニホールド５に近接する位置、すなわち、セパレータに備えられた反応ガス流通路の酸化剤ガスの導入部に対応する位置に近接して配設されている点にある。セルの反応ガス流通路の酸化剤ガスの導入部では、酸化剤ガス中の酸素濃度が高く、発電反応が活発に生じて電流密度が高くなり、他の部分に比較して発電電流が集中するが、集電端子２Ａがこの酸化剤ガスの導入部に対応する部分に近接して配設されているため、集電端子２Ａに至る集電板１Ａ内部での電圧損失が低く抑えられる。したがって、この集電板１Ａを組込んだ燃料電池では、高い出力電圧が得られる。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、燃料電池を請求項１に記載のごとく構成したので、燃料電池スタックの集電板内の電気抵抗による電圧損失が実質的に低減され、高い出力電圧で発電運転できる燃料電池が得られることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池に組込まれる集電板の構成例を示す平面図
【図２】従来のこの種の燃料電池に組込まれている集電板の構成を示す平面図
【符号の説明】
１Ａ    集電板
２Ａ    集電端子
３    燃料ガス入口マニホールド
４    燃料ガス出口マニホールド
５    酸化剤ガス入口マニホールド
６    酸化剤ガス出口マニホールド
９    発電領域
【図１】
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【図２】
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