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JP2000215904A - Fuel cell stack - Google Patents

Fuel cell stack

Info

Publication number
JP2000215904A
JP2000215904A JP11012790A JP1279099A JP2000215904A JP 2000215904 A JP2000215904 A JP 2000215904A JP 11012790 A JP11012790 A JP 11012790A JP 1279099 A JP1279099 A JP 1279099A JP 2000215904 A JP2000215904 A JP 2000215904A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cathode
gas
cell stack
fuel cell
manifold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11012790A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Tsuru
敦 都留
Nobuyuki Arima
信之 在間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd filed Critical Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Priority to JP11012790A priority Critical patent/JP2000215904A/en
Publication of JP2000215904A publication Critical patent/JP2000215904A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流配を悪化させることなく従来以上の高積層
化が容易にでき、かつ圧力損失を低減し、シール構造の
簡素化を図ることができ、これにより従来以上の高電圧
化が可能となる燃料電池スタックを提供する。 【解決手段】 セパレータ12を介してセル4を積層し
たセル積層体14と、セパレータ間に挟持されたガスシ
ール部材16とを備える。セパレータはガスシール部材
により外部との間を気密にシールされたアノードガス用
内部マニホールド12aを有し、かつセパレータ間の隙
間を介してカソード3の対向する辺部3aがそれぞれ反
対側の外部と連通している。また、セル積層体を気密に
囲みセパレータ間の隙間を介して各カソード3の一方の
辺部3aからカソードガスを供給し他方の辺部から排出
するカソードガスダクト20を備える。更に、セル積層
体とカソードガスダクトとの間に、カソードに沿った流
れ以外のバイパス流れを低減するバイパス抵抗体22を
備える。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To make it possible to easily achieve higher lamination without deteriorating flow distribution, to reduce pressure loss, and to simplify the sealing structure. Provided is a fuel cell stack capable of increasing voltage. SOLUTION: The fuel cell system includes a cell laminated body 14 in which cells 4 are laminated with a separator 12 interposed therebetween, and a gas seal member 16 sandwiched between the separators. The separator has an anode gas internal manifold 12a hermetically sealed to the outside by a gas seal member, and the opposing sides 3a of the cathode 3 communicate with the outside on the opposite side via a gap between the separators. are doing. In addition, a cathode gas duct 20 is provided which hermetically surrounds the cell stack and supplies cathode gas from one side 3a of each cathode 3 via a gap between the separators and discharges the cathode gas from the other side. Further, a bypass resistor 22 is provided between the cell stack and the cathode gas duct to reduce a bypass flow other than a flow along the cathode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セパレータを介し
てセルを積層した燃料電池スタックに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell stack in which cells are stacked via a separator.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池(例えば溶融炭酸塩型燃料電
池)は図4(A)に模式的に示すようには、薄い平板状
の電解質板(タイル)1を燃料極(アノード)2と空気
極(カソード)3の平板状の電極で挟んだ単セル4と、
導電性のバイポーラプレート(セパレータ)5とからな
る。セパレータ5は、単セル4では電圧が低い(0.8
V程度)ため、これを多段に積層し用いられる。積層し
た燃料電池を以下、燃料電池スタック又は単にスタック
と呼ぶ。また、スタック6内の各セル4にプロセスガス
(アノードガスとカソードガス)を供給する手段とし
て、図4(B)に示すように、スタックの側面から直接
プロセスガスを供給する外部マニホールド方式(a)
と、セパレータ自体に垂直な貫通マニホールド8を備
え、このマニホールドを介して各セルにプロセスガスを
供給する内部マニホールド方式(b)とがある。
2. Description of the Related Art As shown schematically in FIG. 4A, a fuel cell (for example, a molten carbonate type fuel cell) comprises a thin flat electrolyte plate (tile) 1 and a fuel electrode (anode) 2 and air. A single cell 4 sandwiched between plate-like electrodes 3 of electrodes (cathodes);
A conductive bipolar plate (separator) 5. The separator 5 has a low voltage in the single cell 4 (0.8
V), these are stacked and used in multiple stages. Hereinafter, the stacked fuel cells are referred to as a fuel cell stack or simply a stack. As a means for supplying the process gas (anode gas and cathode gas) to each cell 4 in the stack 6, as shown in FIG. 4B, an external manifold system (a) for directly supplying the process gas from the side of the stack is used. )
And an internal manifold system (b) in which a vertical through manifold 8 is provided on the separator itself and process gas is supplied to each cell via this manifold.

【0003】外部マニホールド方式(a)は、スタック
側面から直接プロセスガス(アノードガスとカソードガ
ス)を供給するため、セパレータの構造が簡単になり、
特にアノードガスとカソードガスが直交する直交流方式
の燃料電池に適している。しかし、電池特性に優れた平
行流方式への適用と、温度変化等による燃料電池スタッ
クの高さ変化への追従が困難である欠点がある。一方、
内部マニホールド方式(b)は、セパレータ自体に垂直
な貫通マニホールド8を備えるため、電池特性に優れた
平行流方式への適用及びスタックの高さ変化への追従も
容易である利点がある。
In the external manifold system (a), since the process gas (anode gas and cathode gas) is supplied directly from the side of the stack, the structure of the separator is simplified.
In particular, it is suitable for a cross-flow type fuel cell in which the anode gas and the cathode gas are orthogonal. However, there is a drawback in that it is difficult to apply to a parallel flow system having excellent cell characteristics and to follow a change in height of the fuel cell stack due to a change in temperature or the like. on the other hand,
Since the internal manifold system (b) includes the through manifold 8 perpendicular to the separator itself, there is an advantage that it can be easily applied to a parallel flow system excellent in battery characteristics and can follow a change in stack height.

【0004】上述したように、内部マニホールド方式の
燃料電池では、セパレータが、アノードガスとカソー
ドガスを仕切る仕切板、各セルを接続する電流コレク
タ、各セルにアノードガスとカソードガスをそれぞれ
供給するガスマニホールド、等の複数の機能をになって
いる。また、これらの機能を満たすため、セパレータ
は、約700℃以上の高温に耐える耐熱性、溶融炭
酸塩に耐える耐食性、溶融した炭酸塩を含む電解質板
(タイル)により、セパレータ間にウェットシールを形
成する平面精度と柔軟性、電池の内部抵抗を下げる低
い電気抵抗、等が要求される。これらの要求を満たし、
かつコストダウンを図るために、従来の精密機械加工に
代えて、流路部をコルゲート板で構成したコルゲート型
セパレータと、各部品をプレス加工で成形したプレス型
セパレータが、既に開発されている。
As described above, in an internal manifold type fuel cell, a separator is a partition plate for separating anode gas and cathode gas, a current collector connecting each cell, and a gas for supplying anode gas and cathode gas to each cell. It has multiple functions such as manifolds. In order to satisfy these functions, the separator is formed with a heat seal resistant to high temperatures of about 700 ° C. or more, a corrosion resistance resistant to molten carbonate, and a wet seal formed between the separators by an electrolyte plate (tile) containing molten carbonate. Flatness and flexibility, low electrical resistance that lowers the internal resistance of the battery, and the like are required. Meet these requirements,
In order to reduce costs, instead of the conventional precision machining, a corrugated separator having a corrugated plate in the channel portion and a press-type separator formed by press-forming each component have already been developed.

【0005】図5は、プレス型セパレータを採用した従
来の内部マニホールド平行流方式の燃料電池スタックの
模式図である。この図において(A)は平面図の一部、
(B)はアノードマニホールドの断面図、(C)はカソ
ードマニホールドの断面図を示している。セパレータ5
は複数の薄板をプレス加工し接合したものであり、その
間にセル4を挟持し、燃料ガス(アノードガス)をアノ
ードに沿って片側のアノードマニホールド8aから反対
側に流し、酸化ガス(カソードガス)をカソードに沿っ
て同様にカソードマニホールド8cから流すようになっ
ている。
FIG. 5 is a schematic diagram of a conventional internal manifold parallel flow type fuel cell stack employing a press type separator. In this figure, (A) is a part of a plan view,
(B) is a cross-sectional view of the anode manifold, and (C) is a cross-sectional view of the cathode manifold. Separator 5
Is formed by pressing and joining a plurality of thin plates, sandwiching the cell 4 therebetween, flowing a fuel gas (anode gas) along the anode from the anode manifold 8a on one side to the opposite side, and oxidizing gas (cathode gas). Along the cathode from the cathode manifold 8c.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した平行
流内部マニホールド方式の燃料電池スタックには、以下
の問題点があった。1.各セルの対向する位置に、アノ
ードマニホールドとカソードマニホールドを隣接して設
ける必要があるため、その間のガスシールが困難にな
る。特に、燃料電池が大型化するにつれて、各マニホー
ルドは複数を交互に配列する必要が生じ、マニホールド
部の構造が複雑となる。2.燃料電池の冷却のために、
カソードガスをアノードガスの10倍以上流す必要があ
るため、カソードマニホールドがアノードマニホールド
に比較して大きくなり、アノードガスの反応面での均等
な流量配分(流配)が困難になる。3.各セルの側面に
2種のマニホールドを設ける関係上、カソードマニホー
ルドの大きさに限界があり、そのためスタックの積層数
が制限される。すなわち、無理に積層数を増やして高電
圧化を図ろうとすると、カソードガスの積層方向で均等
な流配が困難になり、かつマニホールド内でのガス分岐
による圧力損失が大きくなる。
However, the above-mentioned fuel cell stack of the parallel flow internal manifold type has the following problems. 1. Since it is necessary to provide an anode manifold and a cathode manifold adjacent to each other at positions facing each cell, gas sealing between them becomes difficult. In particular, as the size of the fuel cell increases, it becomes necessary to alternately arrange a plurality of manifolds, and the structure of the manifold section becomes complicated. 2. For fuel cell cooling,
Since the cathode gas needs to flow at least 10 times the anode gas, the size of the cathode manifold becomes larger than that of the anode manifold, making it difficult to distribute the anode gas uniformly on the reaction surface. 3. Since two types of manifolds are provided on the side surface of each cell, the size of the cathode manifold is limited, which limits the number of stacks in the stack. That is, if it is attempted to increase the voltage by forcibly increasing the number of layers, it is difficult to distribute the cathode gas uniformly in the direction of stacking, and the pressure loss due to gas branching in the manifold increases.

【0007】すなわち、燃料電池スタックに使用するカ
ソードガスは電池反応だけでなく冷却目的にも供給され
るため流量が非常に多くなる。そのため、スタックを高
積層化すると内部マニホールド型のセパレータでは、カ
ソードマニホールドの大きさに制限が生じるため、マニ
ホールドでのガス分岐による圧力損失の増大、積層方向
のカソードガスの流配悪化、マニホールド構造の複雑化
等の問題点があった。従って、高積層化による高電圧化
が例えば250セル(約200V)程度に制限される問
題点があった。
That is, the flow rate of the cathode gas used in the fuel cell stack is very large because it is supplied not only for the cell reaction but also for the purpose of cooling. Therefore, when the stack is stacked high, the size of the cathode manifold is restricted in the internal manifold type separator, so that the pressure loss increases due to gas branching in the manifold, the flow distribution of the cathode gas in the stacking direction deteriorates, and the manifold structure is There were problems such as complications. Therefore, there has been a problem that the increase in voltage due to the high stacking is limited to, for example, about 250 cells (about 200 V).

【0008】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、流配
を悪化させることなく従来以上の高積層化が容易にで
き、かつ圧力損失を低減し、シール構造の簡素化を図る
ことができ、これにより従来以上の高電圧化が可能とな
る燃料電池スタックを提供することにある。
The present invention has been made to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to make it possible to easily achieve higher lamination without deteriorating the flow distribution, to reduce the pressure loss, and to simplify the sealing structure. It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack capable of generating a voltage.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、セパレ
ータ(12)を介してセル(4)を積層したセル積層体
(14)と、セパレータ間に挟持されたガスシール部材
(16)とを備え、セパレータはガスシール部材により
外部との間を気密にシールされたアノードガス用内部マ
ニホールド(12a)を有し、かつセパレータ間の隙間
を介してカソード(3)の対向する辺部(3a)がそれ
ぞれ反対側の外部と連通している、ことを特徴とする燃
料電池スタックが提供される。
According to the present invention, a cell laminate (14) in which cells (4) are laminated via a separator (12), and a gas seal member (16) sandwiched between the separators. The separator has an anode gas internal manifold (12a) hermetically sealed to the outside by a gas seal member, and the opposite side (3a) of the cathode (3) via a gap between the separators. ) Are in communication with the outside on opposite sides, respectively.

【0010】上記本発明の構成により、アノードガスは
アノードガス用内部マニホールド(12a)から各セル
に供給し、カソードガスは外部からセパレータ間の隙間
を介して各セルに供給することができる。従って、カソ
ード側だけを外部マニホールド化することができ、カソ
ード側の高積層化による悪影響(圧力損失の増大、積層
方向の流配悪化)を本質的に解決することができる。ま
た、内部マニホールドが流量が少ないアノード用だけと
なるので、ガスシール部材(16)によるシールが容易
となり、かつ複数のマニホールドを自由に配置できるの
でアノード側の反応面での均等な流配が容易となる。
According to the configuration of the present invention, the anode gas can be supplied to each cell from the anode gas internal manifold (12a), and the cathode gas can be supplied to each cell from the outside via the gap between the separators. Therefore, only the cathode side can be formed as an external manifold, and the adverse effects (increase in pressure loss and deterioration in flow distribution in the stacking direction) due to high stacking on the cathode side can be essentially solved. In addition, since the internal manifold is used only for the anode having a small flow rate, sealing by the gas seal member (16) is easy, and a plurality of manifolds can be freely arranged, so that uniform flow distribution on the anode side reaction surface is easy. Becomes

【0011】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
セル積層体を挟持するホルダ部材(18)を備え、該ホ
ルダ部材の少なくとも一部に前記内部マニホールド(1
2a)に連通するアノードガスマニホールド(19)が
設けられている。この構成により、ホルダ部材(18)
でセル積層体(12)をシール特性や電池特性が最適に
なるように保持することができ、かつアノードガスマニ
ホールド(19)と内部マニホールド(12a)を介し
て各セルのアノード側にアノードガスを供給・排出する
ことができる。
According to a preferred embodiment of the present invention, a holder member (18) for holding the cell stack is provided, and at least a part of the holder member is provided with the internal manifold (1).
An anode gas manifold (19) communicating with 2a) is provided. With this configuration, the holder member (18)
The cell stack (12) can be maintained so that the sealing characteristics and the battery characteristics are optimized, and anode gas is supplied to the anode side of each cell via the anode gas manifold (19) and the internal manifold (12a). Can be supplied and discharged.

【0012】また、前記セル積層体を気密に囲みセパレ
ータ間の隙間を介して各カソード(3)の一方の辺部
(3a)からカソードガスを供給し他方の辺部から排出
するカソードガスダクト(20)を備える。この構成に
より、カソードガスダクト(20)の対向する辺部(3
a)に対応してそれぞれ流入口と流出口を設け、流入口
からカソードガスを供給するだけで、各カソード(3)
に均等にカソードガスを供給し、かつ各カソードから流
出口に排出することができる。また、カソードをバイパ
スしてセパレータの隙間やセル積層体の周囲を通過する
カソードガスがあっても、カソードガスは空気に近いガ
ス組成であるためアノードガスとの間がガスシール部材
(16)でシールされている限り悪影響はなく、むしろ
燃料電池の冷却に役立てることができる。
Further, a cathode gas duct (20) for supplying a cathode gas from one side (3a) of each cathode (3) through a gap between the separators and exhausting the cathode gas from the other side through a gap between the separators. ). With this configuration, the opposed sides (3) of the cathode gas duct (20)
An inlet and an outlet are respectively provided corresponding to a), and only cathode gas is supplied from the inlet, and each cathode (3)
The cathode gas can be supplied uniformly and discharged from each cathode to the outlet. In addition, even if there is a cathode gas that bypasses the cathode and passes through the gap between the separators and the periphery of the cell stack, the cathode gas has a gas composition close to that of air, and the gap between the cathode gas and the anode gas is formed by the gas seal member (16). As long as it is sealed, there is no adverse effect, but it can be useful for cooling the fuel cell.

【0013】更に、前記セル積層体とカソードガスダク
トとの間に、カソードに沿った流れ以外のバイパス流れ
を低減するバイパス抵抗体(22)を備えることが好ま
しい。かかるバイパス抵抗体により、カソードに沿った
流れ以外の流れ(バイパス流)を低減し、各カソードに
沿ってカソードガスを確実に流すことができる。
Further, it is preferable that a bypass resistor (22) for reducing a bypass flow other than a flow along the cathode is provided between the cell stack and the cathode gas duct. With such a bypass resistor, the flow other than the flow along the cathode (bypass flow) can be reduced, and the cathode gas can flow reliably along each cathode.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。図1は、本発明による燃料電池スタックの部分断面
図である。この図に示すように、本発明の燃料電池スタ
ック10は、セパレータ12を介してセル4を積層した
セル積層体14(矢印の範囲)と、セパレータ12の間
に挟持されたガスシール部材16とを備える。なお、こ
の図は燃料電池スタックのガス供給側のみを模式的に示
しているが、ガス排出側も同様の構成である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each of the drawings, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a fuel cell stack according to the present invention. As shown in this figure, a fuel cell stack 10 of the present invention includes a cell stack 14 (in the range of the arrow) in which cells 4 are stacked with a separator 12 interposed therebetween, and a gas seal member 16 sandwiched between the separators 12. Is provided. Although FIG. 2 schematically shows only the gas supply side of the fuel cell stack, the gas discharge side has the same configuration.

【0015】セル4は、この例では、中央の電解質板1
を挟持するアノード2及びカソード3と、更にこれらを
挟持するアノード集電板9aとカソード集電板9cとか
らなる。集電板9a,9bは、例えば多孔板であり、そ
れぞれアノード2及びカソード3を保護しかつ発生した
電流をセパレータ12に流す役割をになっている。な
お、これらの集電板9a,9bは、省略することもでき
る。
The cell 4 is, in this example, a central electrolyte plate 1.
, And an anode current collector 9a and a cathode current collector 9c sandwiching the anode 2 and the cathode 3. The current collectors 9 a and 9 b are, for example, perforated plates, and serve to protect the anode 2 and the cathode 3 and to pass generated current to the separator 12. Note that these current collecting plates 9a and 9b can be omitted.

【0016】ガスシール部材16は、セル4とは異なる
位置でセパレータ12の間で挟持されている。このガス
シール部材16は、電気的に絶縁性を有し、かつ燃料電
池の運転状態で耐える耐熱性と耐食性を備えたシール材
からなる。かかるシール材には、例えばセラミックスの
粉末に電解質を浸透させて電解質の濡れによりいわゆる
ウェットシールを形成するもの、あるいは運転温度で溶
融又は軟化するガラス質を含むものを用いることができ
る。
The gas seal member 16 is sandwiched between the separators 12 at a position different from the cell 4. The gas sealing member 16 is made of a sealing material that is electrically insulating and has heat resistance and corrosion resistance that can withstand the operating state of the fuel cell. For example, a material that forms a so-called wet seal by wetting the electrolyte by infiltrating the electrolyte into ceramic powder, or a material containing a glass material that melts or softens at the operating temperature can be used as the sealing material.

【0017】セパレータ12は、この例では、複数の薄
板をプレス加工し接合したものであり、その間にセル4
を挟持するように構成されている。また、このセパレー
タ12はガスシール部材16により外部との間を気密に
シールされたアノードガス用内部マニホールド12aを
有する。この内部マニホールド12aは、セル4のアノ
ード2に連通するように、セル4を挟んで対向する位置
に好ましくは複数設けられている。更にこのセパレータ
12は、ガスシール部材16により形成されるセパレー
タ間の隙間13を介してカソード3の対向する辺部3a
がそれぞれセル4を挟んで対向する反対側の外部と連通
するように構成されている。
In this example, the separator 12 is formed by pressing a plurality of thin plates and joining them.
Is configured to be held. The separator 12 has an anode gas internal manifold 12 a hermetically sealed from the outside by a gas seal member 16. Preferably, a plurality of the internal manifolds 12a are provided at positions opposed to each other across the cell 4 so as to communicate with the anode 2 of the cell 4. Further, the separator 12 is formed by a gap 3 between the separators formed by the gas seal member 16 and the opposing sides 3 a of the cathode 3.
Are arranged so as to communicate with the outside on the opposite side that faces each other with the cell 4 interposed therebetween.

【0018】セル積層体14は、上述したセル4、セパ
レータ12、ガスシール部材16からなり、これらを積
層したものである。
The cell laminate 14 includes the above-described cell 4, the separator 12, and the gas seal member 16, and is formed by laminating these.

【0019】更に、図1に示すように、本発明の燃料電
池スタック10は、セル積層体14を挟持するホルダ部
材18を備える。ホルダ部材18は、この例ではセル積
層体14を上下から挟持する上部ホルダ18aと下部ホ
ルダ18bからなる。また、ホルダ部材18の少なくと
も一部(この例では下部ホルダ18b)にセパレータ1
2の内部マニホールド12aに連通するアノードガスマ
ニホールド19が設けられ、このマニホールド19から
内部マニホールド12aを介して各セル4のアノード2
にアノードガス(燃料ガス)を供給し、かつ反対側のマ
ニホールド19から排出するようになっている。
Further, as shown in FIG. 1, the fuel cell stack 10 of the present invention includes a holder member 18 for holding the cell stack 14. In this example, the holder member 18 includes an upper holder 18a and a lower holder 18b that sandwich the cell stack 14 from above and below. The separator 1 is attached to at least a part of the holder member 18 (in this example, the lower holder 18b).
2 is provided with an anode gas manifold 19 communicating with the internal manifold 12a of each of the cells 4 via the internal manifold 12a.
The anode gas (fuel gas) is supplied to the fuel cell and discharged from the manifold 19 on the opposite side.

【0020】図2は、図1の燃料電池スタックの全体を
透視図として示した全体斜視図であり、図3は、図2の
カソードガスダクトの平面図(A)と正面図(B)を示
す構成図である。
FIG. 2 is an overall perspective view showing the whole fuel cell stack of FIG. 1 as a perspective view, and FIG. 3 shows a plan view (A) and a front view (B) of the cathode gas duct of FIG. It is a block diagram.

【0021】図2及び図3に示すように、本発明の燃料
電池スタック10は、セル積層体14を気密に囲むカソ
ードガスダクト20を備える。このダクト20は、カソ
ード3の対向する辺部3aが連通する互いに反対側の外
部にカソードガスを供給する供給口20aと排出する排
出口20bを有する。このダクト20の供給口20aか
らカソードガスを供給することにより、セパレータ12
の間の隙間を介して各カソード3の一方の辺部3aから
カソードガスを供給し、かつ他方の辺部3aから排出す
ることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell stack 10 of the present invention includes a cathode gas duct 20 that hermetically surrounds the cell stack 14. The duct 20 has a supply port 20a for supplying the cathode gas to the outside on the opposite side to which the opposite sides 3a of the cathode 3 communicate, and a discharge port 20b for discharging the cathode gas. By supplying the cathode gas from the supply port 20a of the duct 20, the separator 12
The cathode gas can be supplied from one side 3a of each cathode 3 and discharged from the other side 3a through the gap between the two.

【0022】更に、セル積層体14とカソードガスダク
ト20との間に、カソード3に沿った流れ以外のバイパ
ス流れを低減するバイパス抵抗体22を備えている。こ
のバイパス抵抗体22は、好ましくは絶縁性と可撓性を
有する材質、例えば断熱材であるのがよい。
Further, a bypass resistor 22 for reducing a bypass flow other than a flow along the cathode 3 is provided between the cell stack 14 and the cathode gas duct 20. The bypass resistor 22 is preferably made of a material having insulation and flexibility, for example, a heat insulating material.

【0023】上述した本発明の構成により、アノードガ
スはアノードガス用内部マニホールド12aから各セル
に供給し、カソードガスは外部からセパレータ間の隙間
を介して各セルに供給することができる。従って、カソ
ード側だけを外部マニホールド化することができ、カソ
ード側の高積層化による悪影響(圧力損失の増大、積層
方向の流配悪化)を本質的に解決することができる。ま
た、内部マニホールドが流量が少ないアノード用だけと
なるので、ガスシール部材16によるシールが容易とな
り、かつ複数のマニホールドを自由に配置できるのでア
ノード側の反応面での均等な流配が容易となる。
According to the configuration of the present invention described above, the anode gas can be supplied to each cell from the anode gas internal manifold 12a, and the cathode gas can be supplied from the outside to each cell via the gap between the separators. Therefore, only the cathode side can be formed as an external manifold, and the adverse effects (increase in pressure loss and deterioration in flow distribution in the stacking direction) due to high stacking on the cathode side can be essentially solved. Further, since the internal manifold is used only for the anode having a small flow rate, sealing by the gas seal member 16 becomes easy, and a plurality of manifolds can be freely arranged, so that uniform flow distribution on the anode side reaction surface becomes easy. .

【0024】また、ホルダ部材18を設けることによ
り、ホルダ部材18でセル積層体12をシール特性や電
池特性が最適になるように保持することができ、かつア
ノードガスマニホールド19と内部マニホールド12a
を介して各セル4のアノード側にアノードガスを供給・
排出することができる。
Further, by providing the holder member 18, the cell stack 12 can be held by the holder member 18 so that the sealing characteristics and the battery characteristics are optimized, and the anode gas manifold 19 and the internal manifold 12a
Anode gas is supplied to the anode side of each cell 4 via
Can be discharged.

【0025】更にカソードガスダクト20を備える構成
により、流入口20aからカソードガスを供給するだけ
で、各カソード3に均等にカソードガスを供給し、かつ
各カソードから流出口20bに排出することができる。
また、カソードをバイパスしてセパレータ12の隙間や
セル積層体14の周囲を通過するカソードガスがあって
も、アノードガスとの間がシールされている限り悪影響
はなく、むしろ燃料電池の冷却に役立てることができ
る。
Further, by providing the cathode gas duct 20, the cathode gas can be uniformly supplied to each cathode 3 and discharged from each cathode to the outlet 20b only by supplying the cathode gas from the inlet 20a.
In addition, even if there is a cathode gas that bypasses the cathode and passes through the gap between the separators 12 and the periphery of the cell stack 14, there is no adverse effect as long as the space between the anode gas and the anode gas is sealed, and it is useful for cooling the fuel cell. be able to.

【0026】更に、バイパス抵抗体22カソードに沿っ
た流れ以外の流れ(バイパス流)を低減し、各カソード
に沿ってカソードガスを確実に流すことができる。
Furthermore, the flow (bypass flow) other than the flow along the cathode of the bypass resistor 22 can be reduced, and the cathode gas can flow reliably along each cathode.

【0027】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously changed without departing from the gist of the present invention.

【0028】[0028]

【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池スタ
ックによれば、カソードマニホールドを外部マニホー
ルドにすることでスタックの積層数への影響が少なくな
り、燃料電池スタックを容器内に設置する場合、容器
内雰囲気ガスをカソードガスにすることで、ガスリーク
による影響が少なく、外部マニホールドにすること
で、カソード側の圧力損失の低減が可能である。
As described above, according to the fuel cell stack of the present invention, when the cathode manifold is an external manifold, the influence on the number of stacks is reduced, and the fuel cell stack is installed in a container. By using a cathode gas as the atmosphere gas in the container, the influence of gas leakage is small, and by using an external manifold, pressure loss on the cathode side can be reduced.

【0029】従って、本発明の燃料電池スタックは、流
配を悪化させることなく従来以上の高積層化が容易にで
き、かつ圧力損失を低減し、シール構造の簡素化を図る
ことができ、これにより従来以上の高電圧化が可能とな
る、等の優れた効果を有する。
Therefore, the fuel cell stack of the present invention can easily achieve higher stacking without deteriorating flow distribution, can reduce pressure loss, and can simplify the sealing structure. Thereby, higher voltage than before can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による燃料電池スタックの部分断面図で
ある。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a fuel cell stack according to the present invention.

【図2】図1の燃料電池スタックの全体斜視図である。FIG. 2 is an overall perspective view of the fuel cell stack of FIG.

【図3】図2のカソードガスダクトの構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a cathode gas duct of FIG. 2;

【図4】従来の燃料電池の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a conventional fuel cell.

【図5】従来の内部マニホールド平行流方式の燃料電池
スタックの模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of a conventional internal manifold parallel flow type fuel cell stack.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電解質板(タイル) 2 燃料極(アノード) 3 空気極(カソード) 3a 辺部 4 セル(単セル) 5 バイポーラプレート(セパレータ) 6 燃料電池スタック 8 内部マニホールド 8a アノードマニホールド 8c カソードマニホールド 10 燃料電池スタック 12 セパレータ 14 セル積層体 16 ガスシール部材 18 ホルダ部材 18a,18b ホルダ 19 アノードガスマニホールド 20 カソードガスダクト 20a,20b 流入流出口 22 バイパス抵抗体 Reference Signs List 1 electrolyte plate (tile) 2 fuel electrode (anode) 3 air electrode (cathode) 3a side part 4 cell (single cell) 5 bipolar plate (separator) 6 fuel cell stack 8 internal manifold 8a anode manifold 8c cathode manifold 10 fuel cell stack DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Separator 14 Cell laminated body 16 Gas seal member 18 Holder member 18a, 18b Holder 19 Anode gas manifold 20 Cathode gas duct 20a, 20b Inflow / outflow port 22 Bypass resistor

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セパレータ(12)を介してセル(4)
を積層したセル積層体(14)と、セパレータ間に挟持
されたガスシール部材(16)とを備え、セパレータは
ガスシール部材により外部との間を気密にシールされた
アノードガス用内部マニホールド(12a)を有し、か
つセパレータ間の隙間を介してカソード(3)の対向す
る辺部(3a)がそれぞれ反対側の外部と連通してい
る、ことを特徴とする燃料電池スタック。
1. A cell (4) via a separator (12)
And a gas seal member (16) sandwiched between separators, wherein the separator is hermetically sealed to the outside by a gas seal member. ), And the opposed sides (3a) of the cathode (3) communicate with the outside on the opposite side through a gap between the separators.
【請求項2】 前記セル積層体を挟持するホルダ部材
(18)を備え、該ホルダ部材の少なくとも一部に前記
内部マニホールド(12a)に連通するアノードガスマ
ニホールド(19)が設けられている、ことを特徴とす
る請求項1に記載の燃料電池スタック。
2. An anode gas manifold (19) communicating with the internal manifold (12a) is provided on at least a part of the holder member for holding the cell stack. The fuel cell stack according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記セル積層体を気密に囲みセパレータ
間の隙間を介して各カソード(3)の一方の辺部(3
a)からカソードガスを供給し他方の辺部から排出する
カソードガスダクト(20)を備える、ことを特徴とす
る請求項1又は2に記載の燃料電池スタック。
3. One side (3) of each cathode (3) through a gap between separators surrounding the cell stack in an airtight manner.
3. The fuel cell stack according to claim 1, further comprising a cathode gas duct (20) for supplying the cathode gas from a) and discharging the gas from the other side.
【請求項4】 前記セル積層体とカソードガスダクトと
の間に、カソードに沿った流れ以外のバイパス流れを低
減するバイパス抵抗体(22)を備える、ことを特徴と
する請求項3に記載の燃料電池スタック。
4. The fuel according to claim 3, further comprising a bypass resistor (22) between the cell stack and the cathode gas duct for reducing a bypass flow other than a flow along the cathode. Battery stack.
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