(57)【要約】【課題】システム内に占めるスタックの体積を最小としながら、スタック内の各セルに供給される燃料及び酸化剤の供給量の均一性を向上させることにより、セル間の電圧バラツキを抑えることが可能な燃料電池スタックを提供する【解決手段】本発明の燃料電池スタックは、積層構造の複数のセルに燃料を供給するための燃料マニホールドと、酸化剤を供給するための酸化剤マニホールドと、を備えるスタック本体と、前記燃料マニホールドに挿入され、長さ方向の一面にリセスが配置された棒構造を有するバッフルと、を備え、前記リセスの断面積が一方向に向かって減少する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層構造の複数のセルに燃料を供給するための燃料マニホールドと、酸化剤を供給するための酸化剤マニホールドと、を備えるスタック本体と、
前記燃料マニホールドに挿入され、長さ方向の一面にリセスが配置された棒構造を有するバッフルと、
を備え、
前記リセスの断面積が、前記燃料マニホールドの入口側から他側に向かって減少する燃料電池スタック。
【請求項２】
前記燃料マニホールドの断面積は、均一であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記リセスは、前記燃料マニホールドの入口側から所定区間形成される第１リセス部と、前記第１リセス部が形成される区間以外に形成される第２リセス部から構成され、
前記第１リセス部の断面積は、前記第２リセス部の断面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記第１リセス部の断面積は、前記燃料マニホールドの９０〜７０％であり、前記第２リセス部の断面積は、前記燃料マニホールドの７０〜５０％であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記第１リセス部と前記第２リセス部との長さの比率が約１：５となるように、前記第１リセス部と前記第２リセス部との境界が位置することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記第１リセス部と前記第２リセス部の断面積は、前記マニホールドの入口側から他側に向かって、互いに異なる割合で減少していくことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記バッフルは、非電気伝導性及び耐酸性材料からなることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記バッフルは、高分子材料からなることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記燃料マニホールドは、前記燃料の流入のための第１燃料マニホールドと、前記各セルから出る未反応燃料と副産物の排出のための第２燃料マニホールドと、を備え、
前記バッフルは、前記第１燃料マニホールドに配置される第１バッフルと、前記第２燃料マニホールドに配置される第２バッフルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記酸化剤マニホールドに配置されるもう１つのバッフルを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
前記燃料は、気状燃料、液状燃料及びこれらの組み合わせのいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項１２】
前記燃料は、水素ガス、メタノール、エタノールの少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池スタック。
【請求項１３】
前記各セルは膜−電極アセンブリとセパレータを備え、前記セパレータは燃料流動流路及び酸化剤流動流路の少なくともいずれかを備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項１４】
前記膜−電極アセンブリは、電解質、前記電解質の一側に接するアノード触媒、及び前記電解質の他側に接するカソード触媒を備えることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、より詳しくは、スタック内の燃料の流れを均一にすることができる燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、燃料電池（ｆｕｅｌ
ｃｅｌｌ）は、メタノール、エタノール、天然ガスのような炭化水素系の物質内に含まれている水素と酸素の電気化学的な反応により電気エネルギーを発生させる発電システムである。
【０００３】
燃料電池は、用いられる電解質（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）の種類によって、リン酸燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、固体酸化物燃料電池、高分子電解質燃料電池、アルカリ燃料電池などに分類される。これらのそれぞれの燃料電池は基本的に同じ原理により作動するが、用いられる燃料の種類、運転温度、触媒、電解質などが互いに異なる。
【０００４】
これらのうち、高分子電解質燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ
Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）は、他の燃料電池に比べて出力特性に極めて優れており、作動温度が低く、更に速い起動及び応答特性といった特徴を有する。したがって、高分子電解質燃料電池は、例えば、携帯用電子機器のような移動用（ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｂｌｅ）電源や自動車用動力源のような輸送用電源はもちろん、住宅、公共建物の停止用発電所のような分散用電源など、広い範囲で応用されている。
【０００５】
また、液状燃料を直接スタックに供給する直接メタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ
Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）は、高分子電解質燃料電池のように燃料から水素を得るための改質基を用いないため、小型化に更に有利である。
【０００６】
前述した高分子電解質燃料電池や直接メタノール燃料電池は、例えばスタック（Ｓｔａｃｋ）、燃料タンク及び燃料ポンプなどを備える。スタックは通常、膜−電極アセンブリ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ
Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）と、セパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）とからなる単位燃料電池（以下、セルという）が数個〜数十個積層された構造を有する。この場合、燃料電池スタックの内部には通常、各セルに燃料を供給するためのマニホールド（ｍａｎｉｆｏｌｄ）と、酸化剤を供給するためのマニホールドが設置される。スタック構造の燃料電池ではセルの積層個数を調節することで、所望の電圧を容易に得ることができる。
【０００７】
前述した燃料電池スタックは、燃料入口、燃料出口、酸化剤入口及び酸化剤出口の配置によってＺ−タイプスタックとＵ−タイプスタックとに区分できる。例えば、Ｚ−タイプスタックは、燃料入口及び燃料出口が向き合う面にそれぞれ位置し、これと同様に、酸化剤入口及び酸化剤出口も向き合う面にそれぞれ位置する構造を有する。Ｕ−タイプスタックは、燃料入口と燃料出口とが同一面に位置し、これと同様に、酸化剤入口及び酸化剤出口とが同一面に位置する構造を有する。Ｕ−タイプスタックの場合、燃料入口と酸化剤入口は同一面に共に位置するか、向き合う面又は互いに異なる面にそれぞれ位置し得る。
【０００８】
前述したＺ−タイプスタックは、各セルに供給される燃料の均一性の側面でＵ−タイプスタックより有利であるが、燃料入口及び燃料出口が互いに向き合う側にそれぞれ位置するため、体積が大きくなるという短所がある。それに対し、前述したＵ−タイプスタックは、燃料入口及び燃料出口が片方に偏って位置するため、Ｚ−タイプスタックより体積が小さくなるという長所がある。
【０００９】
【特許文献１】日本特許公開第２００２−２５２０２１号
【特許文献２】日本特許公開第２００４−１７９０６１号
【特許文献３】米国特許公開第２００４００７２０５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、Ｕ−タイプスタックの場合、燃料はスタックの燃料入口を介して第１燃料マニホールド内に供給された後、各セルに分かれて流入する。その後、各セルから未反応燃料と副産物が第２燃料マニホールド内に一括放出された後、燃料出口を介して外部に流出される。このとき、燃料入口と燃料出口とが同一面に位置するため、燃料の流れはセル毎に異なる。即ち、燃料入口に位置するセルに供給される燃料と燃料入口から最も遠い所に位置するセルに供給される燃料の流動経路の長さが異なる。前述した互いに異なる燃料流動の長さは各セル間で圧力差を誘発してしまう。これにより、各セルに供給される燃料量が異なってしまう。このような結果、燃料の圧力が低いセルでは電気の発生が不安定になってしまい、セル間の電気の発生にバラツキが生じてスタック全体の性能が不安定になるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、システム内に占めるスタックの体積を最小としながら、スタック内の各セルに供給される燃料及び酸化剤の供給量の均一性を向上させることにより、セル間の電圧バラツキを抑えることが可能な燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、積層構造の複数のセルに燃料を供給するための燃料マニホールドと、酸化剤を供給するための酸化剤マニホールドと、を備えるスタック本体と、前記燃料マニホールドに挿入され、長さ方向の一面にリセスが配置された棒構造を有するバッフルと、を備え、前記リセスの断面積が、前記燃料マニホールドの入口側から他側に向かって減少する燃料電池スタックが提供される。
【００１３】
また、前記燃料マニホールドの断面積は、均一としてもよい。
【００１４】
また、前記リセスは、前記燃料マニホールドの入口側から所定区間形成される第１リセス部と、前記第１リセス部が形成される区間以外に形成される第２リセス部から構成され、前記第１リセス部の断面積は、前記第２リセス部の断面積より大きくてもよい。
【００１５】
また、前記第１リセス部の断面積は、前記燃料マニホールドの９０〜７０％であり、前記第２リセス部の断面積は、前記燃料マニホールドの７０〜５０％であってもよい。
【００１６】
また、前記第１リセス部と前記第２リセス部との長さの比率が約１：５となるように、前記第１リセス部と前記第２リセス部との境界が位置してもよい。
【００１７】
また、前記第１リセス部と前記第２リセス部の断面積は、前記マニホールドの入口側から他側に向かって、互いに異なる割合で減少していってもよい。
【００１８】
また、前記バッフルは、非電気伝導性及び耐酸性材料からなってもよい。
【００１９】
また、前記バッフルは、高分子材料からなってもよい。
【００２０】
また、前記燃料マニホールドは、前記燃料の流入のための第１燃料マニホールドと、前記各セルから出る未反応燃料と副産物の排出のための第２燃料マニホールドと、を備え、前記バッフルは、前記第１燃料マニホールドに配置される第１バッフルと、前記第２燃料マニホールドに配置される第２バッフルと、を備えてもよい。
【００２１】
また、前記酸化剤マニホールドに配置されるもう１つのバッフルを更に備えてもよい。
【００２２】
また、前記燃料は、気状燃料、液状燃料及びこれらの組み合わせのいずれか１つを含んでもよい。
【００２３】
また、前記燃料は、水素ガス、メタノール、エタノールの少なくともいずれか１つを含んでもよい。
【００２４】
また、前記各セルは膜−電極アセンブリとセパレータを備え、前記セパレータは燃料流動流路及び酸化剤流動流路の少なくともいずれかを備えてもよい。
【００２５】
また、前記膜−電極アセンブリは、電解質、前記電解質の一側に接するアノード触媒、及び前記電解質の他側に接するカソード触媒を備えてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本発明によれば、システム内に占めるスタックの体積を最小としながら、スタック内の各セルに供給される燃料及び酸化剤の供給量の均一性を向上させることにより、セル間の電圧バラツキを抑えることが可能な燃料電池スタックを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、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。
【００２８】
図１は、本発明の実施形態の１つに係る燃料電池スタックの斜視図である。
【００２９】
図１を参照すれば、本実施形態の燃料電池スタックは、複数のセルの積層構造を備えたスタック本体１０を含む。スタック本体１０は、均一な締結圧でスタック本体１０と締結される一対のエンド・プレート１１a、１１ｂを備えることができる。
【００３０】
セルは、板状の膜−電極アセンブリと前記膜−電極アセンブリのアノード電極に燃料を供給するための燃料流動流路を備えたセパレータと、前記膜−電極アセンブリのカソード電極に酸化剤を供給するための酸化剤流動流路を備えたセパレータとを含む。前記セパレータは、その両面に燃料流動流路と酸化剤流動流路を備えた構造で形成されることができる。
【００３１】
膜−電極アセンブリは、高分子電解質膜と前記電解質膜の一面に位置するアノード触媒と、前記電解質膜の他面に位置するカソード触媒とを備える。高分子電解質膜は、燃料電池に用いられる電解質の一例であって、本発明はこれに限定されない。アノード触媒及びカソード触媒は、電解質によって燃料電池に用いられる多様な触媒の中から選択されることができる。前記膜−電極アセンブリは、燃料、酸化剤、反応副産物の円滑な流動などのために、拡散層や支持層などを更に備えることができる。
【００３２】
スタック本体１０は、Ｕ−タイプスタック構造を備える。Ｕ−タイプスタック構造は、燃料入口１６ａと燃料出口１６ｂがスタックの同一面、例えば、図１に示すように、スタック本体１０の上部面に共に配置された構造を有する。本実施形態では、酸化剤入口１８ａと酸化剤出口１８ｂも前記上部面に共に配置されている。しかしながら、酸化剤入口１８ａと酸化剤出口１８ｂは上部面、下部面及び側面の少なくともいずれか一面にそれぞれ又は共に設置可能である。
【００３３】
前述したように、従来のＵ−タイプのスタック本体では、スタック本体内の各セルを通過する燃料流れ経路の長さが互いに異なる。従って、スタック本体内の各セルに供給される燃料の圧力差が発生し得る。そして、前述した各セルに対する燃料の圧力差により、セル間の性能差が誘発されてしまう。この結果、各セル間で性能バラツキが発生することにより、燃料電池スタック全体の性能が減少されてしまう。しかしながら、本実施形態では、スタック本体１０内のセルに発生する燃料の圧力差を簡単に調節することにより、各セルに燃料を均一に供給できる単純構造の部品、すなわち、バッフルを簡便に付加することを主な特徴とする。
【００３４】
前述した燃料電池スタックの各セルのアノードとカソードの反応式は、下記の通りである。下記反応式１は、メタノール水溶液を燃料として用いた場合であり、反応式２はブタンを改質した水素含有ガスを燃料として用いた場合である。下記反応式１におけるＥｏは、理論的な起電力を示す。
【００３５】
（反応式１）
Ａｎｏｄｅ：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−
Ｃａｔｈｏｄｅ：１．５Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ
Ｏｖｅｒａｌｌ：ＣＨ３ＯＨ＋１．５Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ、Ｅｏ＝１．１８Ｖ
【００３６】
（反応式２）
ｒｅｆｏｒｍｅｒ：ｎ−Ｃ４Ｈ１０＋８Ｈ２Ｏ→４ＣＯ２＋１３Ｈ２
Ａｎｏｄｅ：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
Ｃａｔｈｏｄｅ：０．５Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
Ｏｖｅｒａｌｌ：Ｈ２＋０．５Ｏ２→Ｈ２Ｏ
【００３７】
前記反応式１及び反応式２のように、本実施形態の燃料電池スタックは、メタノール水溶液のような液状燃料以外にブタン、エタノール、ＮａＢＨ４溶液などの燃料を改質して得た水素や純粋水素ガスのような気状燃料を用いることができる。また、本実施形態の燃料電池スタックは、酸化剤として、空気、純粋酸素などを用いることができる。
【００３８】
図２は、図１の燃料電池スタックに設置されたバッフルを説明する斜視図である。
【００３９】
図２を参照すれば、Ｕ−タイプの燃料電池スタックでは、燃料入口と燃料出口に隣接するように位置するセル（以下、第１セルという）と、燃料入口と燃料出口から遠く位置するセル（以下、第２セルという）は、燃料流動経路で互いに異なる長さを有する。本実施形態において、第１セルは膜−電極アセンブリ１２ａとその上下面に位置するセパレータ１４を備え、第２セルは膜−電極アセンブリ１２ｂとその上下面に位置するセパレータ１４を備える。図２に示すように、同一の燃料マニホールドを介して第１セルと第２セルに燃料が供給されるとき、第１セルの燃料流動経路Ｆ１は第２セルの燃料流動経路Ｆ２より短い。従って、第１セルと第２セルは互いに異なる燃料圧力を有する。
【００４０】
燃料マニホールドは、燃料入口側に配置される第１燃料マニホールドと、燃料出口側に配置される第２燃料マニホールドとを備える。バッフル２０は、第１燃料マニホールド内に配置される第１バッフルと、第２燃料マニホールド内に配置される第２バッフルとを備える。更に、バッフル２０は酸化剤マニホールド内に配置されるもう１つのバッフルを備えることができる。前述したバッフル２０は、棒状からなり、マニホールドの断面形状と同一の断面形状を有する。例えば、マニホールドの断面が四角形であれば、バッフルも四角形断面を備え、マニホールドの断面が円形又は楕円形であれば、バッフルも円形又は楕円形の断面を有する。
【００４１】
実際に、Ｕ−タイプ燃料電池スタックで各セルに対する燃料の圧力差は、燃料流量、セパレータの燃料流動流路の構造、スタックに対するマニホールドの大きさなどにより変わり得る。従って、以下の実施形態では第２セルに一定の流量の燃料を供給する場合を仮定する。このような仮定の下では、特定の断面積を有するマニホールドに特定流量の燃料が供給されるため、第２セルの出力電圧は安定した状態を示すが、第１セルの出力電圧は不安定な状態を示すこととなる。しかしながら、本実施形態では、バッフル２０を用いることにより、第２セルだけでなく、第１セルも安定した状態の出力電圧を示すことができる。
【００４２】
図３は、本発明のバッフルの斜視図である。図４Ａは、図３のバッフルの右側面図（スタック本体１０の燃料入口側からの側面図）であり、図４Ｂは、図３のバッフルの左側面図（スタック本体１０の燃料入口側と他側からの側面図）である。
【００４３】
図３、図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、バッフル２０は、スタック本体１０の燃料入口側に位置する一端２０ａと、前記一端２０ａと向き合う他端２０ｄとを備えた棒状に形成される。更に、バッフル２０は、長さ方向でその一面に備えられる座ぐり形状又は溝形状で形成されるリセス２２を備える。リセス２２は、燃料入口に流入した燃料を各セルに伝達する流路及び各セルから排出される未反応燃料と副産物をスタックの外部に一括排出する流路として機能する。前述したリセス２２は、前記一端側２０ａに位置する第１リセス部２２ａと、前記他端２０ｄ側に位置する第２リセス部２２ｂとに区分できる。
【００４４】
バッフル２０は、スタック本体１０の燃料マニホールド内に設置される。ここで、燃料マニホールドの断面積は一定である。そして、スタック本体１０は、例えば、３０個のセルが積層された構造を有するものと仮定する。３０個のセルが積層されたスタック本体１０は、燃料入口及び燃料出口に最も近く位置する第１セル（以下、１番目のセルｃｅｌｌ_１という）から燃料入口及び燃料出口から最も遠く位置する第２セル（以下、３０番目のセルｃｅｌｌ_３０という）の間に２８個のセルが配置された構造を有する。
【００４５】
前記１番目のセルから３０番目のセルまで燃料の供給を均一にするために、バッフル２０のリセス２２の断面積は１番目のセルに隣接する部分から３０番目のセルに隣接する部分まで次第に減少する。即ち、第１リセス部２２ａの大きさは、第２リセス部２２ｂの大きさより大きい。例えば、第１リセス部２２ａの断面積が燃料マニホールド断面積の約９０〜７０％であるとき、第２リセス部２２ｂの断面積は燃料マニホールド断面積の約７０〜５０％とすることができる。
【００４６】
また、第１リセス部２２ａと第２リセス部２２ｂの長さの比（Ｌ１：Ｌ２）が例えば、約１：５となるように、リセス２２に境界２１が形成されることができる。この場合、第１リセス部２２ａの断面積が減少する割合と、第２リセス部２２ｂの断面積が減少する割合と、を互いに異なるように形成することもできる。すなわち、スタック本体１０の第１番目のセルから５番目のセルが第１リセス部２２ａに位置し、６番目のセルから３０番目のセルが第２リセス部２２ｂに位置することとなる。この結果、燃料入口と燃料出口に位置する第１リセス部２２ａの差圧を増加させることにより、１番目のセルから５番目のセルに対する燃料の供給を円滑にできる。また、第２リセス部２２ｂの断面積の減少勾配を第１リセス部２２ａの断面積の減少勾配と比較して緩やかにすることにより、スタック本体１０内の燃料流れ圧力を５番目のセルと６番目のセルとの間で変化させることができる。したがって、３０番目のセル領域において、燃料の供給が欠乏する現象を防止することができる。なお、第１リセス部２２ａと第２リセス部２２ｂの長さの比（Ｌ１：Ｌ２）は、１：５に限定されるものではなく、任意の割合とすることが当然に可能である。
【００４７】
前述したバッフル２０は、積層されたセルを電気的に連結させない非電気伝導性と燃料に反応しない耐酸性を有する材料からなる。例えば、バッフルは、ＡＢＳ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＥＦＥ(ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＥ(ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）などの高分子材料からなることができる。
【００４８】
図５Ａ〜図５Ｃは、本実施形態の燃料電池スタックの性能に対する実験結果を示すグラフである。図６Ａ〜図６Ｃは、比較例の燃料電池スタックの性能に対する実験結果を示すグラフである。
【００４９】
下記の実験結果においては、本実施形態の燃料電池スタックと比較例の燃料電池スタックにはバッフルの適用有無を除けば、同一の仕様及び同一の負荷が適用された。
【００５０】
図５Ａおよび図６Ａにおいて、三角印のプロットを結んだ線は、電流と電圧との関係を示し、ダイヤ印のプロットを結んだ線は、電流と電力との関係を示す。図５Ａを参照すれば、バッフルを適用した本実施形態の燃料電池スタックは、電流１９.５Ａで約３９０Ｗの電力を出力した。一方、バッフルを適用しない比較例の燃料電池スタックは、図６Ａに示すように、出力電流１９.５Ａで約３８３Ｗの電力を出力した。
【００５１】
図５Ｂおよび図６Ｂにおいて、ダイヤ印のプロットを結んだ線は、電圧と電力との関係を示す。図５Ｂを参照すれば、本実施形態の燃料電池スタックは、電圧２０Ｖで約４００Ｗの電力を出力した。一方、比較例の燃料電池スタックは、図６Ｂに示すように、電圧２０Ｖで約３６０Ｗの電力を出力した。
【００５２】
図５Ｃおよび図６Ｃにおいて、三角印のプロットを結んだ線は、電流と電圧との関係を示し、ダイヤ印のプロットを結んだ線は、電流とセル間のスダンダード（ｓｔａｎｄａｒｄ：ＳＴＤ）セル電圧との関係を示す。図５Ｃを参照すれば、本実施形態の燃料電池スタックは、出力電流１９.５Ａで約１０ｍＶのスタンダードセル電圧を示したが、セル間のスタンダードセル電圧のバラツキが小さいことを確認した。一方、比較例の燃料電池スタックは、図６Ｃに示すように、電圧２０Ｖで約１１ｍＶのスタンダードセル電圧を示したが、セル間のスタンダードセル電圧のバラツキが本発明の燃料電池スタックに比べて大きいことを確認した。
【００５３】
以上のように、本実施形態の燃料電池スタックは、上述したバッフルを備えることにより、燃料電池スタックの製作工程や組立工程を複雑にすることなく、スタックの各セルに対する燃料の供給及び排出を均一にすることができる。これにより、上記の実験結果からも明らかなように、セル間の電圧バラツキを抑制することができる。さらに、スタック内の燃料の供給及び排出が均一であるため、セパレータのマニホールドのサイズを異なるように加工する必要がないので、製作コストを減少させることができる。
【００５４】
一方、前述した実施形態ではバッフルのリセスの断面積が燃料入口及び燃料出口からバッフルの長さ方向に減少する構造を説明した。しかしながら、そのような説明は、バッフル自らの断面積が燃料入口及び燃料出口からバッフルの長さ方向に増加する構造と同一であることは自明であるといえる。
【００５５】
そして、前述した実施形態では燃料マニホールド内に設置されるバッフルを中心に説明したが、本発明のバッフルは、図２に示すように、酸化剤マニホールド内に設置され得ることは自明であるといえる。
【００５６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視図である。
【図２】図１の燃料電池スタックに設置されたバッフルを説明する斜視図である。
【図３】本発明のバッフルの斜視図である。
【図４Ａ】図３のバッフルの右側面図である。
【図４Ｂ】図３のバッフルの左側面図である。
【図５Ａ】本発明の燃料電池スタックの性能に対する実験結果を示すグラフである。
【図５Ｂ】本発明の燃料電池スタックの性能に対する実験結果を示すグラフである。
【図５Ｃ】本発明の燃料電池スタックの性能に対する実験結果を示すグラフである。
【図６Ａ】比較例の燃料電池スタックの性能に対する実験結果を示すグラフである。
【図６Ｂ】比較例の燃料電池スタックの性能に対する実験結果を示すグラフである。
【図６Ｃ】比較例の燃料電池スタックの性能に対する実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１０    スタック本体
１１ａ、１１ｂ    エンド・プレート
１２ａ、１２ｂ    膜−電極アセンブリ
１４    セパレータ
１６ａ    燃料入口
１６ｂ    燃料出口
１８ａ    酸化剤入口
１８ｂ    酸化剤出口
２０    バッフル
２２    リセス
２２ａ    第１リセス部
２２ｂ    第２リセス部
【図１】
2009123680.tif 000003
【図２】
2009123680.tif 000004
【図３】
2009123680.tif 000005
【図４Ａ】
2009123680.tif 000006
【図４Ｂ】
2009123680.tif 000007
【図５Ａ】
2009123680.tif 000008
【図５Ｂ】
2009123680.tif 000009
【図５Ｃ】
2009123680.tif 000010
【図６Ａ】
2009123680.tif 000011
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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