(57)【要約】【課題】各セルでの発電出力差を小さく抑えることができる燃料電池のマニホールド構造を提供する。【解決手段】燃料ガス及び空気の供給を受けイオン交換膜を介して起電力を発生する複数のセルを積層して形成したセルスタック１３と、セルスタックを、積層方向の前方及び後方から挟持するエンドプレート１１，１２とを有する燃料電池であって、流体をセルスタックの中央付近まで通流させる通流路１５，１６と、通流路に連接され、その通流路から導入した流体を、セルスタックの積層方向の前方及び後方に分配して各セルに供給する分配通路１７とを有する。【選択図】図２
2005071957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び空気の供給を受けイオン交換膜を介して起電力を発生する複数のセルを積層して形成したセルスタックと、
前記セルスタックを、積層方向の前方及び後方から挟持するエンドプレートと、
を有する燃料電池であって、
流体を前記セルスタックの中央付近まで通流させる通流路と、
前記通流路に連接され、その通流路から導入した流体を、前記セルスタックの積層方向の前方及び後方に分配して各セルに供給する分配通路と、
を有することを特徴とする燃料電池のマニホールド構造。
【請求項２】
前記流体は、前記各セルで起電力を発生するための燃料ガス又は空気である、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のマニホールド構造。
【請求項３】
前記流体は、前記各セルを冷却する冷却水である、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のマニホールド構造。
【請求項４】
前記各セルは、前記流体を通流可能な孔部を有し、
前記通流路及び分配通路は、前記各セルの孔部が合わせられて形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のマニホールド構造。
【請求項５】
前記エンドプレートは、前記分配通路の延長部分に形成され、その分配通路を通流する流体の流れの乱れを防止する乱流防止手段を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のマニホールド構造。
【請求項６】
前記乱流防止手段は、前記エンドプレートに形成された凹部である、
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池のマニホールド構造。
【請求項７】
前記分配通路で前方及び後方に一旦分岐した流体を合流する合流路を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池のマニホールド構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の内部に形成されたマニホールド構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料及び空気の供給を受けイオン交換膜を介して起電力を発生するセルを積層したセルスタックの前後を一対のエンドプレートで挟持している。従来の燃料電池は、セルスタックに対して一方のエンドプレート側から他方のエンドプレート側に、一定方向に燃料ガスを流して起電力を発生している（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２１３０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような燃料電池で出力を上げる場合は、セルの積層数を増やしている。しかし、セルの積層数を増やせば増やすほど下流側のセルに供給できる燃料ガスが減るので、下流側のセルほど発電量が小さくなる。この傾向はセルの積層数を増やすほど顕著になり、その結果、積層数を増やしてもそれに見合った出力を得ることができない。
【０００４】
また、流路に対して最下流となるセルは、燃料ガスが流れてエンドプレートに衝突する部分に近いので、特に流れの乱れによる影響を受けやすく、セルに供給される燃料ガス量が他のセルに比して不足しやすい。そのためその部分では電気出力が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、各セルでの発電出力差を小さく抑えることができる燃料電池のマニホールド構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、燃料ガス及び空気の供給を受けイオン交換膜を介して起電力を発生する複数のセルを積層して形成したセルスタック（１３）と、前記セルスタックを、積層方向の前方及び後方から挟持するエンドプレート（１１，１２）とを有する燃料電池であって、流体を前記セルスタックの中央付近まで通流させる通流路（１５，１６）と、前記通流路に連接され、その通流路から導入した流体を、前記セルスタックの積層方向の前方及び後方に分配して各セルに供給する分配通路（１７）とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、流体を一旦セルスタックの中央付近まで通流させ、そこからセルスタックの積層方向の前方及び後方に分配して各セルに供給するようにしたので、その分岐部分から最下流のセルまでの流路長を短くすることができる。したがって各セルでの発電出力差を小さく抑えることができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明による燃料電池の第１実施形態の外観を示す斜視図である。
【００１０】
燃料電池１０は、複数のセルを積層したセルスタック１３の前後を、第１エンドプレート１１及び第２エンドプレート１２で挟持する構造となっている。第１エンドプレート１１は、燃料ガスを供給するための空気入口部１１ａ及び燃料入口部１１ｂを有する。第２エンドプレート１２は、燃料ガスを排出するための空気出口部１２ａ及び燃料出口部（不図示）を有する。なお、燃料入口部１１ｂから供給された燃料ガスが流れる経路を図中の破線で示した。詳細については後述するが、簡単に説明すると燃料入口部１１ｂから供給された燃料ガスは、導入通路１５→連通路１６→分配通路１７を経由して、サーペンタイン状（蛇腹状）の燃料通路１９を流れて燃料出口部（不図示）から排出される。
【００１１】
図２は第１実施形態のマニホールド構造を示す図であり、図１の矢印Ａ方向から見た側面図である。
【００１２】
燃料電池１０は、第１エンドプレート１１側から、第１プレート区間Ｐ１、第２プレート区間Ｐ２及び第３プレート区間Ｐ３を有する。第１プレート区間Ｐ１は、第１プレート１４ａ（後ほど図３を参照しながら説明する）を有するセルを積層する区間である。第２プレート区間Ｐ２は、第２プレート１４ｂ（後ほど図３を参照しながら説明する）を有するセルを積層する区間であり、燃料電池１０のほぼ中央付近に配置されている。第３プレート区間Ｐ３は、第３プレート１４ｃ（後ほど図３を参照しながら説明する）を有するセルを積層する区間である。
【００１３】
後述するように、各プレート１４ａ〜１４ｃには孔部が形成されており、これらを積層することで、燃料電池の内部に、導入通路１５、連通路１６、分配通路１７及び合流通路１８を形成する。ここに、導入通路１５は、燃料入口部１１ｂから導入した燃料ガスを第２プレート区間Ｐ２まで流通させる。連通路１６は、第２プレート区間Ｐ２に配置されており、導入通路１５から流れてきた燃料ガスを分配通路１７に供給する。分配通路１７は、連通路１６に連接され、その連通路１６から流れてきた燃料ガスを第１プレート区間Ｐ１及び第３プレート区間Ｐ３に分配する。合流通路１８は、分配通路１７に連接され、第１プレート区間Ｐ１及び第３プレート区間Ｐ３に一旦分配された燃料ガスを合流する。
【００１４】
図３はセルを構成する各プレートを示す図である。図３（Ａ）は第１プレート１４ａの平面図であって図２のＡ−Ａ断面図に相当する。図３（Ｂ）は第２プレート１４ｂの平面図であって図２のＢ−Ｂ断面図に相当する。図３（Ｃ）は第３プレート１４ｃの平面図であって図２のＣ−Ｃ断面図に相当する。
【００１５】
第１プレート１４ａは、第１プレート区間Ｐ１に配置されるセルを構成するプレートであり、導入通路孔１５ａ、分配通路孔１７ａ及び合流通路孔１８ａを有する。分配通路孔１７ａはサーペンタイン状（蛇腹状）の燃料通路１９ａに連設する。
【００１６】
第２プレート１４ｂは、第２プレート区間Ｐ２に配置されるセルを構成するプレートであり、導入通路孔１５ｂ、連通路孔１６ｂ、分配通路孔１７ｂ及び合流通路孔１８ｂを有する。分配通路孔１７ｂはサーペンタイン状（蛇腹状）の燃料通路１９ｂに連設する。
【００１７】
第３プレート１４ｃは、第３プレート区間Ｐ３に配置されるセルを構成するプレートであり、分配通路孔１７ｃ及び合流通路孔１８ｃを有する。分配通路孔１７ｃはサーペンタイン状（蛇腹状）の燃料通路１９ｃに連設する。
【００１８】
これらのプレート１４ａ〜１４ｃを積層して、図２に示したように、導入通路孔１５ａ，１５ｂによって導入通路１５を形成し、連通路孔１６ｂによって連通路１６を形成し、分配通路孔１７ａ〜１７ｃによって分配通路１７を形成し、合流通路孔１８ａ〜１８ｃによって合流通路１８を形成する。
【００１９】
続いて本実施形態の効果について説明する。
【００２０】
図２の矢印に示すように、燃料入口部１１ｂから導入した燃料ガスは、導入通路１５（導入通路孔１５ａ，１５ｂ）及び連通路１６（連通路孔１６ｂ）を通過して、分配通路１７でスタックの前後方向に分岐して流れ、さらに合流通路１８を流れる。そしてその途中で各プレートの分配通路孔１７ａ〜１７ｃから燃料通路１９ａ〜１９ｃに流れる。すると燃料電池のセルで発電が生じる。
【００２１】
従来の燃料電池では、セルの積層数が増えるにつれて下流側のセルに供給できる燃料ガスが減り、下流側のセルほど発電量が小さくなってしまっていた。この傾向はセルの積層数を増やせば増やすほど顕著であった。そのため、上流側のセルと下流側のセルとの発電量の差が大きく、積層数を増してもそれに見合った出力を得ることができなかった。しかし、本実施形態では、上述のように燃料入口部１１ｂから導入した燃料ガスは、導入通路１５で燃料電池１０のほぼ中央付近まで通流した後、分配通路１７でスタック１０の前後方向に分岐して流れるようにしたので、その分岐部分から最下流のセルまでの流路長を短くすることができ、各セルでの燃料ガス流量差を小さくすることができたので、各セルでの発電量の差を小さく抑えることができたのである。
【００２２】
また、従来は、いちばん端側のプレートのすぐ両側のエンドプレートで燃料ガスの流れを止めていたので、その部分では燃料ガスの流れが乱れやすく、サーペンタイン状（蛇腹状）の燃料通路１９に流入する燃料ガスが他の部分に比べて小さく、その部分では電気出力が低かった。しかし、本実施形態では、上述のように分配通路１７に連接された合流通路１８を設けたので、分配通路１７を通流した燃料ガスは、さらに合流通路１８に流れ込むこととなる。したがって、いちばん端側のセルの近くでも燃料ガスの流れがスムーズであり乱れることがなく、そのセルでも他のセルと同等の電気出力を得ることができたのである。
【００２３】
（第２実施形態）
図４は本発明による燃料電池の第２実施形態のマニホールド構造を示す側面図である。なお以下では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００２４】
本実施形態の第１エンドプレート１１及び第２エンドプレート１２は、分配通路１７の延長部分に凹部１１ｃ，１２ｃを有する。また、本実施形態の燃料電池１０は合流通路１８を有さない。そのため、本実施形態で使用するプレートには、合流通路１８を構成するための合流通路孔１８ａ〜１８ｃが形成されていないが、その他は第１実施形態のものと同一であるので図示を省略する。
【００２５】
燃料入口部１１ｂから導入した燃料ガスは、導入通路１５（導入通路孔１５ａ，１５ｂ）及び連通路１６（連通路孔１６ｂ）を通過して、分配通路１７でスタックの前後方向に分岐して流れ、さらに第１エンドプレート１１及び第２エンドプレート１２の凹部１１ｃ，１２ｃに流れ込む。そしてその途中で各プレートの分配通路孔１７ａ〜１７ｃから燃料通路１９ａ〜１９ｃに流れる。すると燃料電池のセルで発電が生じる。
【００２６】
従来は、いちばん端側のプレートのすぐ両側のエンドプレートで燃料ガスの流れを止めていたので、その部分では燃料ガスの流れが乱れやすく、サーペンタイン状（蛇腹状）の燃料通路１９に流入する燃料ガスが他の部分に比べて小さく、その部分では電気出力が低かった。しかし、本実施形態では、第１エンドプレート１１及び第２エンドプレート１２に凹部１１ｃ，１２ｃを設けたので、分配通路１７を通流した燃料ガスは、さらに凹部１１ｃ，１２ｃに流れ込むこととなった。このようになると、いちばん端側のセルの近くでも燃料ガスの流れの乱れが少なくなる。このように凹部１１ｃ，１２ｃは、燃料ガスの流れの乱れを防止する乱流防止手段として機能するのである。そして、このように、乱流防止手段（凹部１１ｃ，１２ｃ）を設けたので、いちばん端側のセルでも他のセルとほぼ同等の電気出力を得ることができるようになったのである。
【００２７】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００２８】
例えば上記では燃料供給側の燃料ガスフローで説明しているが、同様の構成は、燃料側、空気側、冷却水側を問わず適用することができる。また上記では供給側（流入側）で説明しているが、排出側についても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による燃料電池の第１実施形態の外観を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態のマニホールド構造を示す側面図である。
【図３】セルを構成する各プレートを示す図である。
【図４】本発明による燃料電池の第２実施形態のマニホールド構造を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  燃料電池
１１  第１エンドプレート
１１ｃ，１２ｃ  凹部（乱流防止手段）
１２  第２エンドプレート
１３  セルスタック
１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）  プレート
１５  導入通路（通流路）
１５ａ，１５ｂ  導入通路孔
１６  連通路（通流路）
１６ｂ  連通路孔
１７  分配通路
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  分配通路孔
１８  合流通路
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  合流通路孔
１９（１９ａ，１９ｂ，１９ｃ）  燃料通路
【図１】
2005071957.tif 000003
【図２】
2005071957.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005071957.tif 000006