(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体が、セパレータを介装して複数積層されたサブスタックを有し、前記サブスタックは、積層方向に沿って反応ガス入口側連通路及び反応ガス出口側連通路を有し、少なくとも反応ガスの供給方向上流側に配置される上流側サブスタックと、前記反応ガスの供給方向下流側に配置される下流側サブスタックとが積層される燃料電池スタックであって、
前記上流側サブスタックと前記下流側サブスタックとの間には、前記上流側サブスタックの前記反応ガス出口側連通路と、前記下流側サブスタックの前記反応ガス入口側連通路とを、直列に連通する反応ガス通路が設けられ、
前記上流側サブスタックは、使用済みの反応ガスを、前記下流側サブスタックの前記反応ガス出口側連通路から前記上流側サブスタックに向かって排出させる反応ガス排出流路を備え、
前記下流側サブスタックは、積層方向に対して前記上流側サブスタックに近接する同一面側で、前記上流側サブスタックの前記反応ガス出口側連通路から前記下流側サブスタックの前記反応ガス入口側連通路への前記反応ガスの供給と、前記下流側サブスタックの前記反応ガス出口側連通路から前記反応ガス排出流路への前記反応ガスの排出とを行う一方、
前記上流側サブスタックは、積層方向に対して前記下流側サブスタックとは反対側の同一面側で、前記反応ガス入口側連通路への反応ガスの供給と、前記反応ガス排出流路からの前記使用済みの反応ガスの排出とを行うことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記上流側サブスタックは、前記反応ガス入口側連通路、前記反応ガス出口連通路及び前記反応ガス排出流路を、互いに独立し且つ前記積層方向に延在して設けることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記上流側サブスタックには、前記反応ガス通路を介して前記下流側サブスタックの前記反応ガス入口側連通路に使用前の反応ガスを供給するための追加反応ガス供給口が、前記積層方向に貫通して設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
【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を設けた電解質・電極構造体が、セパレータを介装して複数積層されたサブスタックを有し、少なくとも２個の前記サブスタックが積層される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（ＰＥＦＣ）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（電解質）を採用している。この電解質膜の両側に、それぞれ触媒電極と多孔質カーボンからなるアノード側電極およびカソード側電極を対設して構成される電解質膜（電解質）・電極構造体を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持することにより構成される単位セルを備え、通常、この単位セルが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の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、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、触媒電極上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。そ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。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池スタックでは、例えば、車載用として使用する際には、比較的大きな出力が要求されている。このため、通常、多数個の単位セルを積層する構造等が採用されているが、積層個数が増加するのに伴って積層方向に温度分布が発生し易くなるとともに、電気化学反応により発生した生成水の排水性等が低下して所望の発電性能を得ることができないという不具合がある。
【０００５】
そこで、例えば、米国特許第５４７８６６２号公報に開示されている装置が知られている。この装置では、図１１に示すように、燃料電池ブロック１が第１セルグループ２、第２セルグループ３および第３セルグループ４に分割されるとともに、前記第１乃至第３セルグループ２、３および４が、反応ガス（例えば、燃料ガス）の供給方向（矢印α方向）に積層されている。第１乃至第３セルグループ２、３および４は、それぞれ所定数の単位セル５ａ、５ｂおよび５ｃを備えている。
【０００６】
燃料電池ブロック１には、ライン６を介して反応ガスが供給されており、この反応ガスは、まず、第１セルグループ２を構成する複数の単位セル５ａに並列的に供給される。次いで、第１セルグループ２から排出された反応ガスは、第２セルグループ３を構成する複数の単位セル５ｂに並列的に供給された後、前記第２セルグループ３から排出されて、第３セルグループ４を構成する複数の単位セル５ｃに並列的に供給される。これにより、生成水や不活性ガスを効果的に排出することができ、発電性能の向上を図るとともに、反応ガスの利用率の向上を図ることが可能になる、としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的な燃料電池スタックでは、配管作業の簡素化および設置自由度の向上等を図るため、前記燃料電池スタックの配管を該燃料電池スタックの同一面側に集約する構成が採用されている。そこで、燃料電池ブロック１に上記の構成を採用する場合、図１１に示すように、第３セルグループ４の反応ガス出口を、エンドプレート７に設けられたリターン流路８を介して排出流路９に連結する。このため、第３セルグループ４から排出される使用済みの反応ガスは、リターン流路８により流れ方向を反転させた後に、排出流路９を介して供給方向（矢印α方向）とは反対の排出方向（矢印β方向）に導かれることになる。
【０００８】
しかしながら、上記の従来技術では、燃料電池ブロック１全体の小型化を図るために、エンドプレート７の薄肉化およびリターン流路８の短尺化を行おうとすると、特に囲み部分Ｈでの反応ガスの圧損が相当に大きくなってしまうという問題が指摘されている。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、有効に小型化を図るとともに、反応ガスの圧損を低減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。
【００１０】
【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、反応ガスの供給方向上流側に配置された上流側サブスタックの反応ガス出口側連通路と、前記反応ガスの供給方向下流側に配置された下流側サブスタックの反応ガス入口側連通路とを、直列に連通する反応ガス通路が設けられるとともに、使用済みの反応ガスを、前記下流側サブスタックから前記上流側サブスタックに向かって排出させる反応ガス排出流路を備えている。そして、下流側サブスタックの積層方向の同一面側では、上流側サブスタックの反応ガス出口側連通路から前記下流側サブスタックの反応ガス入口側連通路への反応ガスの供給と、前記下流側サブスタックの前記反応ガス出口側連通路から反応ガス排出流路への前記反応ガスの排出とが行われている。
【００１１】
このため、下流側サブスタックにおいて、反応ガス出口側連通路に排出された使用済みの反応ガスをリターン流路を介して排出流路に戻す構成に比べ、反応ガスの圧損が有効に削減される。しかも、エンドプレート内部にリターン流路を形成する必要がなく、前記エンドプレートの薄肉化を図るとともに、流路長を良好に短尺化することが可能になる。これにより、燃料電池スタック全体を容易に小型化し、省スペース化および組み付け作業性の向上が図られる。
【００１２】
【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１０の概略全体斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部分解斜視説明図である。
【００１３】
燃料電池スタック１０は、反応ガスである酸化剤ガスおよび燃料ガスの供給方向（矢印Ｘ方向）に配列される第１サブスタック１２、第２サブスタック１４および第３サブスタック１６を備え、前記第１乃至第３サブスタック１２、１４および１６間には中間プレート１８ａ、１８ｂが介装される。
【００１４】
第１乃至第３サブスタック１２、１４および１６は、同様に構成されており、それぞれ所定組数の単位セル２０を矢印Ａ方向に重ね合わせて構成されている。図３に示すように、単位セル２０は、電解質膜（電解質）・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１および第２セパレータ２４、２６とを備える。
【００１５】
電解質膜・電極構造体２２は、固体高分子電解質膜（電解質）２８と、前記電解質膜２８を挟んで配設されるアノード側電極３０およびカソード側電極３２とを有する。アノード側電極３０およびカソード側電極３２は、それぞれ触媒電極と多孔質カーボンとから構成されており、前記触媒電極が電解質膜２８側に対向している。
【００１６】
電解質膜・電極構造体２２のアノード側電極３０側に第１セパレータ２４が配設され、前記電解質膜・電極構造体２２のカソード側電極３２側に第２セパレータ２６が配設される。第１および第２セパレータ２４、２６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。
【００１７】
図３に示すように、電解質膜・電極構造体２２並びに第１および第２セパレータ２４、２６の長辺（矢印Ｃ方向）側の一端縁部には、単位セル２０の重ね合わせ方向（矢印Ａ方向）に互いに連通して、水素含有ガス等の燃料ガス（反応ガス）を通過させるための燃料ガス入口（反応ガス入口側連通路）３６ａと、冷却媒体を通過させるための冷却媒体出口３８ｂと、低加湿酸化剤ガス供給口（追加反応ガス供給口）４０と、酸素含有ガス等の酸化剤ガス（反応ガス）を通過させるための酸化剤ガス出口（反応ガス出口側連通路）４２ｂとが設けられる。
【００１８】
電解質膜・電極構造体２２並びに第１および第２セパレータ２４、２６の長辺側の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口（反応ガス入口側連通路）４２ａと、冷却媒体入口３８ａと、低加湿燃料ガス供給口（追加反応ガス供給口）４４と、燃料ガス出口（反応ガス出口側連通路）３６ｂとが設けられる。
【００１９】
低加湿酸化剤ガス供給口４０には、酸化剤ガス入口４２ａに供給される加湿された酸化剤ガスよりも低加湿の酸化剤ガスが供給される一方、低加湿燃料ガス供給口４４には、燃料ガス入口３６ａに供給される加湿された燃料ガスよりも低加湿の燃料ガスが供給される。
【００２０】
電解質膜・電極構造体２２並びに第１および第２セパレータ２４、２６の長辺側の下端縁部には、使用済みの酸化剤ガスを、供給方向（矢印Ｘ方向）とは反対の排出方向（矢印Ｙ方向）に向かって排出させる酸化剤ガス排出流路（反応ガス排出流路）４６と、使用済みの燃料ガスを矢印Ｙ方向に向かって排出させる燃料ガス排出流路（反応ガス排出流路）４８とが設けられる。
【００２１】
図３および図４に示すように、第１セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２側の面２４ａには、例えば、矢印Ｃ方向に延在する複数本の溝部からなる燃料ガス流路５０が設けられるとともに、この燃料ガス流路５０は、燃料ガス入口３６ａと燃料ガス出口３６ｂとに連通する。
【００２２】
第２セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２側の面２６ａには、酸化剤ガス入口４２ａと酸化剤ガス出口４２ｂとを連通する酸化剤ガス流路５２が形成される。この酸化剤ガス流路５２は、矢印Ｃ方向に延在する複数本の溝部を備える。第２セパレータ２６の面２６ｂには、冷却媒体入口３８ａと冷却媒体出口３８ｂとを連通する冷却媒体流路５４が形成される。この冷却媒体流路５４は、矢印Ｃ方向に延在する複数本の溝部を備える。
【００２３】
図２に示すように、中間プレート１８ａ、１８ｂは、第１流路プレート６０を備えるとともに、前記中間プレート１８ａ、１８ｂは、この第１流路プレート６０に積層される第２流路プレート６２を備える。第１流路プレート６０の一方の面６０ａには、図２および図５に示すように、燃料ガス出口３６ｂと、低加湿燃料ガス供給口４４と、燃料ガス入口３６ａとを連通する燃料ガス混合流路（反応ガス通路）６４が設けられる。この燃料ガス混合流路６４は、第１流路プレート６０の一方の面６０ａに沿って対角方向に延在する長尺状流路を構成するとともに、ガイド部６６を設けている。
【００２４】
第１流路プレート６０の他方の面６０ｂには、酸化剤ガス出口４２ｂと、低加湿酸化剤ガス供給口４０と、酸化剤ガス入口４２ａとを連通する酸化剤ガス混合流路（反応ガス通路）６８とが設けられる。この酸化剤ガス混合流路６８は、燃料ガス混合流路６４と交差するように、第１流路プレート６０の他方の面６０ｂに沿って対角方向に延在するとともに、ガイド部７０を設けている。
【００２５】
第２流路プレート６２は、図２および図６に示すように、第１流路プレート６０に対向する面とは反対の面６２ａに燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂに対応して凹部７２、７４が形成される。この凹部７２、７４は、溝状の連結流路７６、７８を介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６に連通する。
【００２６】
第１および第２サブスタック１２、１４は、同様に構成されており、前記第２サブスタック１４の酸化剤ガス入口４２ａおよび燃料ガス入口３６ａは、前記第１サブスタック１２の酸化剤ガス入口４２ａおよび燃料ガス入口３６ａと同一の位置に設けられている（図２参照）。第３サブスタック１６は、第１および第２サブスタック１２、１４と略同様に構成されているが、使用済みの酸化剤ガスおよび燃料ガスを矢印Ｙ方向に向かって排出させるための酸化剤ガス排出流路４６および燃料ガス排出流路４８を設けていない。
【００２７】
図１に示すように、上記のように構成される第１乃至第３サブスタック１２、１４および１６は、矢印Ａ方向に積層された状態で、その積層方向両端部にエンドプレート８０、８２が介装される。エンドプレート８０、８２には図示しないタイロッドが一体的に挿入されることにより、燃料電池スタック１０が締め付け保持される。
【００２８】
エンドプレート８０には、配管構造８４が設けられる。この配管構造８４は、酸化剤ガス入口４２ａに連結する酸化剤ガス供給管８６ａと、冷却媒体入口３８ａに連通する冷却媒体供給管８８ａと、低加湿燃料ガス供給口４４に連通する低加湿燃料ガス供給管９０とを長辺方向（矢印Ｃ方向）一端側に備えている。配管構造８４の長辺方向他端側には、燃料ガス入口３６ａに連通する燃料ガス供給管９２ａと、冷却媒体出口３８ｂに連通する冷却媒体排出管８８ｂと、低加湿酸化剤ガス供給口４０に連通する低加湿酸化剤ガス供給管９４とが設けられる。配管構造８４の下部側には、燃料ガス排出流路４８に連通する燃料ガス排出管９２ｂと、酸化剤ガス排出流路４６に連通する酸化剤ガス排出管８６ｂとが設けられる。
【００２９】
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１０の動作について、以下に説明する。
【００３０】
図１に示すように、酸化剤ガス供給管８６ａに酸化剤ガスとして、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、燃料ガス供給管９２ａに燃料ガスとして、例えば、水素含有ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給管８８ａ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。また、低加湿燃料ガス供給管９０および低加湿酸化剤ガス供給管９４には、低加湿の未使用燃料ガスおよび低加湿の酸化剤ガスが供給される。
【００３１】
このため、第１サブスタック１２では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数組の単位セル２０に対して燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却媒体が、順次、供給される。
【００３２】
矢印Ａ方向に連通している酸化剤ガス入口４２ａに供給された酸化剤ガスは、図３に示すように、第２セパレータ２６に設けられている酸化剤ガス流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体２２を構成するカソード側電極３２に沿って移動する。一方、燃料ガス入口３６ａに供給された燃料ガスは、第１セパレータ２４に設けられている燃料ガス流路５０に導入され、電解質膜・電極構造体２２を構成するアノード側電極３０に沿って移動する。
【００３３】
従って、電解質膜・電極構造体２２では、カソード側電極３２に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３０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。
【００３４】
一方、冷却媒体入口３８ａに供給された冷却媒体は、第２セパレータ２６に設けられている冷却媒体流路５４に沿って移動し、電解質膜・電極構造体２２を冷却した後に、冷却媒体出口３８ｂに排出される。
【００３５】
上記のように、各単位セル２０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出口４２ｂおよび燃料ガス出口３６ｂに排出され、第１サブスタック１２の下流側に配置されている中間プレート１８ａに送られる。中間プレート１８ａでは、第１流路プレート６０の一方の面６０ａにおいて、燃料ガス出口３６ｂから燃料ガス混合流路６４に低濃度の燃料ガスが供給されるとともに、低加湿燃料ガス供給口４４から低加湿の未使用燃料ガスが前記燃料ガス混合流路６４に導入される。
【００３６】
このため、燃料ガス混合流路６４に供給された低濃度の燃料ガスと低加湿の未使用燃料ガスとは、十分かつ均一に混合された後、第２サブスタック１４の燃料ガス入口３６ａに供給される（図５参照）。
【００３７】
一方、第１流路プレート６０の他方の面６０ｂでは、酸化剤ガス出口４２ｂから酸化剤ガス混合流路６８に反応生成水を含んで加湿状態の酸化剤ガスが供給されるとともに、低加湿酸化剤ガス供給口４０から前記酸化剤ガス混合流路６８に低加湿の未使用酸化剤ガスが供給される。これにより、酸化剤ガス混合流路６８では、上記の燃料ガス混合流路６４と同様に、加湿状態の酸化剤ガスと低加湿の未使用酸化剤ガスとが均一に混合された後、第２サブスタック１４の酸化剤ガス入口４２ａに供給される。
【００３８】
第２サブスタック１４では、上記の第１サブスタック１２と同様に、燃料ガス入口３６ａに供給された燃料ガスが、電解質膜・電極構造体２２を構成するアノード側電極３０に供給される一方、酸化剤ガス入口４２ａに供給された酸化剤ガスが、前記電解質膜・電極構造体２２を構成するカソード側電極３２に供給される。このため、電解質膜・電極構造体２２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、中間プレート１８ｂに送られる。
【００３９】
この消費された酸化剤ガスおよび燃料ガスは、中間プレート１８ｂを介して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混合された後、第３サブスタック１６の燃料ガス入口３６ａおよび酸化剤ガス入口４２ａに供給される。この第３サブスタック１６では、上記の第１および第２サブスタック１２、１４と同様に、電解質膜・電極構造体２２のアノード側電極３０およびカソード側電極３２に燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電が行われる。
【００４０】
次いで、使用済みの燃料ガスおよび酸化剤ガスは、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂに排出された後、中間プレート１８ｂを構成する第２流路プレート６２の凹部７２、７４に、直接、送られる。
【００４１】
図６に示すように、凹部７２、７４には、連結流路７６、７８を介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６が連通しており、使用済みの燃料ガスおよび酸化剤ガスは、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂから前記燃料ガス排出流路４８および前記酸化剤ガス排出流路４６に送られる。
【００４２】
さらに、使用済みの燃料ガスおよび酸化剤ガスは、矢印Ｘ方向とは逆方向である矢印Ｙ方向に向かって流動し、燃料ガス排出管９２ｂおよび酸化剤ガス排出管８６ｂを介して燃料電池スタック１０の外部に排出される（図１参照）。
【００４３】
この場合、第１の実施形態では、図７に示すように、反応ガスの供給方向最下流に位置する第３サブスタック１６において、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂに排出された使用済みの燃料ガスおよび酸素ガスを、前記燃料ガス出口３６ｂおよび前記酸化剤ガス出口４２ｂから中間プレート１８ｂを介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６に、直接、戻すように構成されている。
【００４４】
このため、使用済みの燃料ガスおよび酸化剤ガスを、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂからリターン流路を介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６に戻す従来構成に比べ、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの圧損が有効に削減されるという効果が得られる。
【００４５】
しかも、エンドプレート８２の内部にリターン流路を形成する必要がなく、前記エンドプレート８２の薄肉化を図るとともに、前記リターン流路に対応する流路長を有効に短尺化することが可能になる。さらに、燃料電池スタック１０では、配管構造８４をエンドプレート８０側に集約することができる。これにより、燃料電池スタック１０全体を容易に小型化し、前記燃料電池スタック１０の設置用スペースを狭小化するとともに、組み付け作業性が有効に向上するという利点がある。
【００４６】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１００の一部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０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。
【００４７】
燃料電池スタック１００は、第１乃至第３サブスタック１０２、１０４および１０６を備え、前記第１乃至第３サブスタック１０２、１０４および１０６間に中間プレート１０８ａ、１０８ｂが介装されている。第１乃至第３サブスタック１０２、１０４および１０６を構成する単位セル１０９は、図９に示すように、電解質膜・電極構造体１１０と、前記電解質膜・電極構造体１１０を挟持する第１および第２セパレータ１１２、１１４とを備える。
【００４８】
電解質膜・電極構造体１１０並びに第１および第２セパレータ１１２、１１４は、第１の実施形態で用いられた低加湿酸化剤ガス供給口４０および低加湿燃料ガス供給口４４を設けていない。
【００４９】
このように構成される第２の実施形態では、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、図１０に示すように、まず、第１サブスタック１０２の燃料ガス入口３６ａおよび酸化剤ガス入口４２ａに、第１乃至第３サブスタック１０２、１０４および１０６の発電に必要な量ずつ供給される。このため、第１サブスタック１０２で発電が行われるとともに、一部が消費された燃料ガスおよび酸化剤ガスは、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂから中間プレート１０８ａを介して第２サブスタック１０４の燃料ガス入口３６ａおよび酸化剤ガス入口４２ａに供給される。
【００５０】
第２サブスタック１０４では、燃料ガスおよび酸化剤ガスが、電解質膜・電極構造体１１０に供給されて発電が行われるとともに、一部が消費されて燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂから中間プレート１０８ｂを介して第３サブスタック１０６に送られる。この第３サブスタック１０６では、発電により消費された燃料ガスおよび酸化剤ガスが、燃料ガス出口３６ｂおよび酸化剤ガス出口４２ｂから中間プレート１０８ｂを介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６に、直接、排出される。
【００５１】
これにより、第２の実施形態では、第３サブスタック１０６で消費された燃料ガスおよび酸化剤ガスを、リターン流路を介して燃料ガス排出流路４８および酸化剤ガス排出流路４６に戻す従来構造に比べ、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの圧損を大幅に低減することができるとともに、燃料電池スタック１００全体の小型化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。
【００５２】
なお、上述した本発明の第１および第２の実施形態では、各単位セル２０、１０９が長辺側を水平方向に配置する横置きタイプで構成されているが、この長辺側を鉛直方向に指向させた縦置きタイプで構成してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックでは、下流側サブスタックにおいて、反応ガス出口に排出された使用済みの反応ガスを、直接、排出流路に排出するため、前記使用済みの反応ガスをリターン流路を介して前記排出流路に戻す従来構成に比べ、反応ガスの圧損が有効に削減される。しかも、エンドプレート内部にリターン流路を形成する必要がなく、前記エンドプレートの薄肉化を図るとともに、流路長を良好に短尺化することが可能になる。これにより、燃料電池スタック全体を容易に小型化し、省スペース化および組み付け作業性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの概略全体斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの一部分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの要部分解斜視図である。
【図４】前記単位セルを構成する第１セパレータの正面図である。
【図５】前記燃料電池スタックを構成する第１流路プレートの正面図である。
【図６】前記燃料電池スタックを構成する第２流路プレートの正面図である。
【図７】前記燃料電池スタック内の流れ説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解斜視図である。
【図９】前記燃料電池スタックを構成する単位セルの要部分解斜視図である。
【図１０】前記燃料電池スタックの流れ説明図である。
【図１１】従来技術に係る燃料電池ブロックの説明図である。
【符号の説明】
１０、１００…燃料電池スタック
１２、１４、１６、１０２、１０４、１０６…サブスタック
１８ａ、１８ｂ、１０８ａ、１０８ｂ…中間プレート
２０、１０９…単位セル            ２２、１１０…電解質膜・電極構造体
２４、２６、１１２、１１４…セパレータ
２８…電解質膜                    ３０…アノード側電極
３２…カソード側電極              ３６ａ…燃料ガス入口
３６ｂ…燃料ガス出口              ３８ａ…冷却媒体入口
３８ｂ…冷却媒体出口              ４０…低加湿酸化剤ガス供給口
４２ａ…酸化剤ガス入口            ４２ｂ…酸化剤ガス出口
４４…低加湿燃料ガス供給口        ４６…酸化剤ガス排出流路
４８…燃料ガス排出流路            ５０…燃料ガス流路
５２…酸化剤ガス流路              ５４…冷却媒体流路
６０、６２…流路プレート          ６４…燃料ガス混合流路
６８…酸化剤ガス混合流路          ７２、７４…凹部
７６、７８…連結流路              ８４…配管構造
【図１】
0003914418.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003914418.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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