JP6780950B2 - Fuel cells, fuel cell stacks, fuel cell systems, and bipolar plates - Google Patents
Fuel cells, fuel cell stacks, fuel cell systems, and bipolar plates Download PDFInfo
- Publication number
- JP6780950B2 JP6780950B2 JP2016073523A JP2016073523A JP6780950B2 JP 6780950 B2 JP6780950 B2 JP 6780950B2 JP 2016073523 A JP2016073523 A JP 2016073523A JP 2016073523 A JP2016073523 A JP 2016073523A JP 6780950 B2 JP6780950 B2 JP 6780950B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- fuel
- electrode assembly
- membrane electrode
- bipolar plate
- 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.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 293
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 114
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 73
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 69
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 52
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 41
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 26
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 25
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 5
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 3
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 2
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229920006015 heat resistant resin Polymers 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料電池、燃料電池スタック、燃料電池システム、及びバイポーラプレートに関するものである。 The present invention relates to fuel cells, fuel cell stacks, fuel cell systems, and bipolar plates.
発電を行うセルと、セパレータとを備える燃料電池において、当該セパレータにおける流路が形成されている面とは反対側の面に、セパレータの面方向でその中心部から外側に向けて複数の発熱体が設けられたものが知られている(たとえば、特許文献1参照)。この燃料電池では、発熱体の最大発熱温度がセパレータの面方向でその中心部から外側に向けて段階的に高くなるように構成されている。 In a fuel cell provided with a cell for generating power and a separator, a plurality of heating elements are provided on a surface of the separator opposite to the surface on which the flow path is formed, from the center to the outside in the surface direction of the separator. Is known (see, for example, Patent Document 1). In this fuel cell, the maximum heat generation temperature of the heating element is configured to gradually increase from the center to the outside in the surface direction of the separator.
上記燃料電池では、鉛直方向の上側に向かう熱の移動(熱拡散)によって生じるセルの面内温度の不均一を解消することができない。このため、セルの面内において、鉛直方向の下側の領域が相対的に低温となって発電反応が生じ難くなってしまい、結果として、燃料電池の出力が安定し難い、という問題がある。 In the above fuel cell, it is not possible to eliminate the non-uniformity of the in-plane temperature of the cell caused by the heat transfer (heat diffusion) upward in the vertical direction. Therefore, in the plane of the cell, the lower region in the vertical direction becomes relatively low temperature, which makes it difficult for the power generation reaction to occur, and as a result, there is a problem that the output of the fuel cell is difficult to stabilize.
本発明が解決しようとする課題は、出力を安定させることができる燃料電池、燃料電池スタック、燃料電池システム、及びバイポーラプレートを提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a fuel cell, a fuel cell stack, a fuel cell system, and a bipolar plate capable of stabilizing the output.
[1]本発明に係る燃料電池は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟む一対のバイポーラプレートと、を備え、前記膜電極接合体と前記バイポーラプレートとの積層方向において、前記膜電極接合体と前記バイポーラプレートとは重複領域で相互に重なっており、前記燃料電池は、一対の前記バイポーラプレートの少なくとも一方に設けられた発熱体をさらに備え、前記発熱体は、前記重複領域を鉛直方向に対して2分割した領域のうち少なくとも下側の領域と重なるように配置されている燃料電池である。 [1] The fuel cell according to the present invention includes a membrane electrode assembly and a pair of bipolar plates sandwiching the membrane electrode assembly, and the membrane in the stacking direction of the membrane electrode assembly and the bipolar plate. The electrode assembly and the bipolar plate overlap each other in an overlapping region, the fuel cell further includes a heating element provided on at least one of the pair of bipolar plates, and the heating element includes the overlapping region. The fuel cell is arranged so as to overlap at least the lower region of the region divided into two in the vertical direction.
[2]上記発明において、前記発熱体は、PTCヒータであってもよい。 [2] In the above invention, the heating element may be a PTC heater.
[3]上記発明において、前記バイポーラプレートは、前記燃料電池の電極の入口に繋がる第1のマニホールドを構成する第1の連通孔と、前記燃料電池の電極の出口に繋がる第2のマニホールドを構成する第2の連通孔と、を有し、前記燃料電池は、前記第1の連通孔及び第2の連通孔と前記発熱体との間を封止する封止部と、をさらに備えてもよい。 [3] In the above invention, the bipolar plate constitutes a first communication hole forming a first manifold connected to the inlet of the electrode of the fuel cell and a second manifold connected to the outlet of the electrode of the fuel cell. The fuel cell may further include a first communication hole and a sealing portion for sealing between the second communication hole and the heating element. Good.
[4]上記発明において、前記発熱体は、矩形状、又は、鉛直方向に対して上下に位置する上辺及び下辺を有し、前記上辺及び前記下辺に対して直交する側辺を有し、前記上辺の中央近傍に凹部を有する形状であってもよい。 [4] In the above invention, the heating element has a rectangular shape or an upper side and a lower side located vertically with respect to the vertical direction, and has a side side orthogonal to the upper side and the lower side. It may have a shape having a recess near the center of the upper side.
[5]上記発明において、前記発熱体は、前記発熱体の側辺の一方から延出する第1の端子と、前記発熱体の側辺の他方から延出する第2の端子と、を有していてもよい。 [5] In the above invention, the heating element has a first terminal extending from one of the side sides of the heating element and a second terminal extending from the other side of the heating element. You may be doing it.
[6]本発明に係る燃料電池スタックは、上記燃料電池を複数備え、複数の前記燃料電池は、前記積層方向において、前記第1の端子同士が相互に重なると共に、前記第2の端子同士が相互に重なるように積層されており、前記燃料電池スタックは、直線状に延在し、複数の前記第1の端子と電気的に接続された第1の導体線と、直線状に延在し、複数の前記第2の端子と電気的に接続された第2の導体線と、を備える燃料電池スタックである。 [6] The fuel cell stack according to the present invention includes a plurality of the fuel cells, and the plurality of fuel cells have the first terminals overlapping each other and the second terminals overlapping each other in the stacking direction. Stacked so as to overlap each other, the fuel cell stack extends linearly and extends linearly with a first conductor wire electrically connected to the plurality of first terminals. , A fuel cell stack comprising a plurality of second conductor wires electrically connected to the second terminal.
[7]本発明に係る燃料電池システムは、上記燃料電池、又は、上記燃料電池スタックと、前記燃料電池のアノードに燃料を供給する第1の供給手段と、前記燃料電池のカソードに酸化剤を供給する第2の供給手段と、を備えた燃料電池システムである。 [7] In the fuel cell system according to the present invention, the fuel cell or the fuel cell stack, a first supply means for supplying fuel to the anode of the fuel cell, and an oxidizing agent are applied to the cathode of the fuel cell. It is a fuel cell system including a second supply means for supplying.
[8]本発明に係るバイポーラプレートは、燃料電池に用いられ、膜電極接合体に対向配置されるバイポーラプレートであって、前記膜電極接合体と前記バイポーラプレートとを積層した状態で、前記膜電極接合体と前記バイポーラプレートとの積層方向において、前記膜電極接合体と前記バイポーラプレートとは重複領域で相互に重なっており、前記重複領域を鉛直方向に対して2分割した領域のうち下側の領域と重なるように発熱体が配置されているバイポーラプレートである。 [8] The bipolar plate according to the present invention is a bipolar plate used in a fuel cell and arranged to face the membrane electrode assembly, and the membrane is in a state where the membrane electrode assembly and the bipolar plate are laminated. In the stacking direction of the electrode assembly and the bipolar plate, the membrane electrode assembly and the bipolar plate overlap each other in an overlapping region, and the lower side of the region obtained by dividing the overlapping region into two in the vertical direction. It is a bipolar plate in which the heating element is arranged so as to overlap the region of.
本発明によれば、発熱体を、重複領域を鉛直方向に対して2分割した領域のうち下側の領域と重なるように配置することで、膜電極接合体の面内において、相対的に温度の低い領域を部分的に加熱することができる。これにより、膜電極接合体の面内温度の不均一を抑えられ、燃料電池の出力を安定させることができる。 According to the present invention, by arranging the heating element so as to overlap the lower region of the region in which the overlapping region is divided into two in the vertical direction, the temperature is relatively high in the plane of the membrane electrode assembly. Areas with low temperature can be partially heated. As a result, the non-uniformity of the in-plane temperature of the membrane electrode assembly can be suppressed, and the output of the fuel cell can be stabilized.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態に係る燃料電池スタックを示す斜視図、図2(A)は図1のIIA-IIA線に沿った断面図、図2(B)は図1のIIB-IIB線に沿った断面図、図3は本発明の一実施の形態に係る燃料電池を示す分解斜視図、図4は本発明の一実施の形態に係る膜電極接合体を幅方向から視た断面図、図5(A)は本発明の一実施の形態に係る第1のバイポーラプレートの第1の主面を積層方向から視た平面図、図5(B)は本発明の一実施の形態に係る第2のバイポーラプレートの第1の主面を積層方向から視た平面図、図6(A)は本発明の一実施の形態に係る第1のバイポーラプレートの第2の主面を積層方向から視た平面図、図6(B)は本発明の一実施の形態に係る発熱体及び導体部を積層方向から視た平面図、図7は図6(B)のVII-VII線に沿った断面図、図8は本発明の一実施の形態に係る燃料電池スタックを示す上面図である。 1 is a perspective view showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention, FIG. 2A is a sectional view taken along the line IIA-IIA of FIG. 1, and FIG. 2B is IIB- of FIG. A sectional view taken along line IIB, FIG. 3 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view of a membrane electrode joint according to an embodiment of the present invention from the width direction. A cross-sectional view, FIG. 5 (A) is a plan view of the first main surface of the first bipolar plate according to the embodiment of the present invention as viewed from the stacking direction, and FIG. 5 (B) is an embodiment of the present invention. A plan view of the first main surface of the second bipolar plate according to the embodiment as viewed from the stacking direction, FIG. 6A shows the second main surface of the first bipolar plate according to the embodiment of the present invention. A plan view seen from the stacking direction, FIG. 6B is a plan view of the heating element and the conductor portion according to the embodiment of the present invention as viewed from the stacking direction, and FIG. 7 is a line VII-VII of FIG. 6B. FIG. 8 is a top view showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の燃料電池スタック10は、たとえば、ノートパソコン、携帯電話、小型ビデオカメラ、自動車等の電源として用いられる。この燃料電池スタック10は、図1及び図2に示すように、複数のダイレクトメタノール型の燃料電池11と、エンドプレート75,76と、第1及び第2の導体線77,78とを備えている。複数の燃料電池11は、その面方向と積層方向(後述)とが実質的に一致するように重ねられている。複数の燃料電池11を積層し、これらを直列に電気的に接続することで、その積層数に応じた高出力の電力を得ることができる。燃料電池11については、後に詳細に説明する。本実施形態における「燃料電池スタック10」が本発明における「燃料電池スタック」の一例に相当し、本実施形態における「燃料電池11」が本発明における「燃料電池」の一例に相当し、本実施形態における「第1の導体線77」が本発明における「第1の導体線」の一例に相当し、本実施形態における「第2の導体線78」が本発明における「第2の導体線」の一例に相当する。
The
一対のエンドプレート75,76は、積層された複数の燃料電池11の両端に配置されている。エンドプレート75,76同士は、特に図示しない複数本の締結ボルトによって繋がれている。この締結ボルトを締め付けることで、一対のエンドプレート75、76の間に締め付け荷重が印加され、積層された複数の燃料電池11を保持することができる。
The pair of
エンドプレート75は、燃料供給口751と、燃料排出口752と、空気供給口753と、空気排出口754と、を有している。燃料供給口751は、燃料電池スタック10の外部から燃料電池11のアノードに供給される燃料(メタノール水溶液)を受け入れる。この燃料供給口751は、燃料電池スタック10の燃料供給側マニホールド2に連通している。燃料供給側マニホールド2は、積層方向において燃料供給連通孔251,301,351(いずれも後述)が連なり構成されている。この燃料供給側マニホールド2は、それぞれの燃料電池11のアノードの入口121と繋がっている。
The
空気供給口753は、燃料電池スタック10の外部から燃料電池11のカソードに供給される空気(酸化剤)を受け入れる。空気供給口753は、燃料電池スタック10の空気供給側マニホールド4と連通している。空気供給側マニホールド4は、積層方向において空気供給連通孔253,303,353(いずれも後述)が連なり構成されている。この空気供給側マニホールド4は、それぞれの燃料電池11のカソードの入口131と繋がっている。
The
燃料電池11のアノードに送られた燃料のうち未反応のもの及び当該アノードの生成物は、当該アノードの出口122と繋がる燃料排出側マニホールド3を通じて、当該燃料排出側マニホールド3と連通する燃料排出口752から燃料電池スタック10の外部に排出される。この燃料排出側マニホールド3は、積層方向において燃料排出連通孔252,302,352(いずれも後述)が連なり構成されている。
And those the anode product of unreacted of fuel sent to the anode of the
一方、燃料電池11のカソードに送られた空気及び当該カソードの生成物は、当該カソードの出口132と繋がる空気排出側マニホールド5を通じて、当該空気排出側マニホールド5と連通する空気排出口754から燃料電池スタック10の外部に排出される。この空気排出側マニホールド5は、積層方向において空気排出連通孔254,304,354(いずれも後述)が連なり構成されている。
On the other hand, the air sent to the cathode of the
燃料供給側マニホールド2と燃料排出側マニホールド3とは、膜電極接合体20(後述)を挟んで、鉛直方向に並んで配置されている。本実施形態では、燃料供給側マニホールド2が燃料排出側マニホールド3に対して鉛直方向において上側に位置している。空気供給側マニホールド4と空気排出側マニホールド5とは、膜電極接合体20を挟んで、燃料電池スタック10の幅方向に並んで配置されている。なお、鉛直方向とは、図1に対して+Z方向を指す。この為、例えば、ある地点よりも図1に対して+Z方向に存在するものがある場合は、その存在するものは上記のある地点に対して鉛直方向の上側に存在しているものとし、ある地点よりも図1に対して−Z方向に存在するものがある場合は、その存在するものは上記のある地点に対して鉛直方向の下側に存在しているものとする。本実施形態における「燃料供給側マニホールド2」及び「空気供給側マニホールド4」が本発明における「第1のマニホールド」の一例に相当し、本実施形態における「燃料排出側マニホールド3」及び「空気排出側マニホールド5」が本発明における「第2のマニホールド」の一例に相当する。また、本実施形態における「燃料電池11のアノードの入口121」及び「燃料電池11のカソードの入口131」が本発明における「燃料電池の電極の入口」の一例に相当し、本実施形態における「燃料電池11のアノードの出口122」及び「燃料電池11のカソードの出口132」が本発明における「燃料電池の電極の出口」の一例に相当する。
The fuel
図1の+Z方向に対してエンドプレート75の下側の面には、2つの脚部755,755が設けられている。また、図1の+Z方向に対してエンドプレート76の下側の面には、2つの脚部765,765が設けられている。この脚部755,755,765,765を水平面上に置いて、燃料電池スタック10を設置する。この場合、燃料電池スタック10では、燃料電池11が立った状態(積層方向と鉛直方向とが交差する状態)となる。本実施形態の燃料電池スタック10では、燃料電池11のカソードと電気的に接続されたエンドプレート76に組み込まれる集電体(不図示)が正極となり、燃料電池11のアノードと電気的に接続されたエンドプレート75に組み込まれる集電体(不図示)が負極となる。これらの電極を外部負荷に接続することで、燃料電池スタック10から当該外部負荷に電力が供給される。
Two
燃料電池11は、図3に示すように、膜電極接合体20(MEA:Membrane electrode assembly)と、第1のバイポーラプレート30と、第2のバイポーラプレート35と、発熱体40と、絶縁部51,52と、導体部55と、第1〜第3の封止部60,65,70と、を備えている。この燃料電池11では、積層方向において、第2のバイポーラプレート35、膜電極接合体20、第1のバイポーラプレート30、絶縁部51、発熱体40及び導体部55、並びに、絶縁部52が図3における+Y方向に対して順次積層されている。なお、燃料電池スタック10における複数の燃料電池11の積層方向と、燃料電池11における当該燃料電池11の構成要素の積層方向とは実質的に一致している。以下の説明では、いずれ場合も単に積層方向と称する。本実施形態における「膜電極接合体20」が本発明における「膜電極接合体」の一例に相当し、本実施形態における「第1のバイポーラプレート30」及び「第2のバイポーラプレート35」が本発明における「バイポーラプレート」の一例に相当し、本実施形態における「発熱体40」が本発明における「発熱体」の一例に相当し、本実施形態における「第3の封止部70」が本発明における「封止部」の一例に相当する。
As shown in FIG. 3, the
膜電極接合体20は、図4に示すように、水素イオン(陽イオン)伝導性を有する高分子電解質膜21と、アノード触媒層221と、カソード触媒層231と、アノードガス拡散層222と、カソードガス拡散層232とを備えている。アノード触媒層221とアノードガス拡散層222が燃料電池11のアノードを構成し、カソード触媒層231とカソードガス拡散層232が燃料電池11のカソードを構成する。
As shown in FIG. 4, the
高分子電解質膜21と、その表面及び裏面にそれぞれ積層されるアノード触媒層221及びカソード触媒層231と、さらにその表面及び裏面にそれぞれ積層されるアノードガス拡散層222及びカソードガス拡散層232は、矩形、円形、楕円形、多角形などダイレクトメタノール型燃料電池1の外形形状に応じた適宜の形状とされる。
The
高分子電解質膜21としては、特に限定されるものではなく、通常の高分子電解質型燃料電池に搭載される、固体高分子電解質膜などの高分子電解質膜を使用することができる。
The
アノード触媒層221及びカソード触媒層231は、例えば白金又は白金合金からなる金属触媒(白金系触媒)などの電極触媒と、当該電極触媒を担持する例えば導電性を有する細孔の発達したカーボン材料などの導電性炭素粒子と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質とで構成されている。なお、アノード触媒層221にあっては、中間生成物である一酸化炭素が白金系触媒を被毒する問題があるため、耐一酸化炭素被毒性を有するルテニウムなどを含むことが望ましい。
The
アノード触媒層221及びカソード触媒層231に含有されて、上記触媒担持粒子に付着させる上記水素イオン伝導性を有する高分子電解質としては、高分子電解質膜21を構成するものと同じ高分子電解質、例えばイオノマー(ionomer)を用いることができる。アノード触媒層221及びカソード触媒層231ならびに高分子電解質膜21を構成する高分子電解質は、同じ種類であっても、異なる種類であってもよい。
The polymer electrolyte contained in the
アノードガス拡散層222は、第1のバイポーラプレート30のアノード流路311(後述)から流入した燃料をアノード触媒層221に効率よく導く機能と導電性があれば特に限定されない。同様にカソードガス拡散層232も、第2のバイポーラプレート35のカソード流路から流入した空気をカソード触媒層231に効率よく導く機能と導電性があれば特に限定されない。アノードガス拡散層222やカソードガス拡散層232としては、種々の公知のガス拡散層を用いることができる。
The anode
アノードガス拡散層222及びカソードガス拡散層232を構成する基材としては、ガス透過性や電子伝導性を有する導電性多孔質基材を用いることができる。なお、カソード側及びアノード側において同じガス拡散層を用いても異なるガス拡散層を用いてもよい。
As the base material constituting the anode
この膜電極接合体20は、フレーム25によって保持されている。フレーム25は、燃料に対する耐腐食性と電気絶縁性を有しており、たとえば、フェノール樹脂等の公知の熱硬化性樹脂や耐熱性を有する公知の熱可塑性樹脂等により構成されている。このフレーム25は、膜電極接合体20の側面を囲むように枠状に形成されており、当該フレーム25の中央に形成された膜電極接合体20の形状に対応する開口部に当該膜電極接合体20が配置されている。
The
フレーム25には、中央に形成された開口部の周囲に燃料供給連通孔251、燃料排出連通孔252、空気供給連通孔253、及び空気排出連通孔254が形成されている。これら連通孔251,252,253,254は、積層方向から視て略長方形状を有しており、積層方向に沿ってフレーム25を貫通している。なお、フレーム25は必須の構成ではなく、幅広に形成した膜電極接合体20の一部に上述の連通孔を形成することで、フレーム25を省略してもよい。
The
第1のバイポーラプレート30は、図2及び図3に示すように、隣り合う膜電極接合体20,20同士を隔離しつつ、当該膜電極接合体20で生じた電子を導く機能を有する。このような第1のバイポーラプレート30を構成する材料としては、たとえば、金属材料やグラファイト等を用いることができる。この中でも、加工容易性の観点から、金属材料が好ましい。また、燃料による腐食防止の観点から、第1のバイポーラプレート30の表面に金メッキ等を施してもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the first
この第1のバイポーラプレート30は、膜電極接合体20のアノードと対向するように配置されている。第1のバイポーラプレート30の膜電極接合体20と対向する側の主面(以下、「第1の主面31」と称する。)は、当該膜電極接合体20のアノードガス拡散層222と当接している。これにより、第1のバイポーラプレート30が燃料電池11のアノードで生じた電子を受け取ることができる。
The first
第1のバイポーラプレート30は、図3及び図5(A)に示すように、燃料供給連通孔301と、燃料排出連通孔302と、空気供給連通孔303と、空気排出連通孔304と、を有している。これら連通孔301,302,303,304は、積層方向から視て略長方形状を有しており、積層方向に沿って第1のバイポーラプレート30を貫通している。本実施形態における「燃料供給連通孔301」及び「空気供給連通孔303」が本発明における「第1の連通孔」の一例に相当し、本実施形態における「燃料排出連通孔302」及び「空気排出連通孔304」が本発明における「第2の連通孔」の一例に相当する。
As shown in FIGS. 3 and 5A, the first
第1の主面31には、図5(A)に示すように、当該第1の主面31上で開口する溝であるアノード流路311が複数形成されている。このアノード流路311は、積層方向において、膜電極接合体20と第1のバイポーラプレート30とが相互に重なる領域(以下、「重複領域Z1」とも称する。)に少なくとも形成されている。本実施形態における「重複領域Z1」が本発明における「重複領域」の一例に相当する。
As shown in FIG. 5A, a plurality of
アノード流路311の一端は、燃料供給連通孔301と繋がっている。一方、アノード流路311の他端は、燃料排出連通孔302と繋がっている。アノード流路311は、燃料供給連通孔301及び燃料排出連通孔302の間を鉛直方向に沿って直線状に形成されている。なお、アノード流路311は、特に上述に限定されず、たとえば、特に図示しないが、複数の直線状の溝と、隣接する直線状の溝を連結する複数のターン状の溝とで構成されたサーペンタイン形状であってもよい。
One end of the
第1のバイポーラプレート30の第1の主面31上には、第1の封止部60が設けられている。第1の封止部60は、フレーム25と第1のバイポーラプレート30との間に介在している。この第1の封止部60は、締結ボルトによる締め付け荷重が印加されることで変形し、当該フレーム25及び第1のバイポーラプレート30と密着することで、当該フレーム25及び第1のバイポーラプレート30の間を封止している。このような第1の封止部60は、ゴム等の当該分野で公知なものを用いることができる。
A
第1の封止部60の一部は、積層方向から視て、燃料供給連通孔301と、燃料排出連通孔302と、アノード流路311とを一括して包囲するように設けられており、当該アノード流路311を介して燃料供給側マニホールド2と燃料排出側マニホールド3とが繋がるのを許容している。また、第1の封止部60の一部は、空気供給側マニホールド4から空気が流出するのを防ぐため、積層方向から視て、空気供給連通孔303を包囲している。同様に、第1の封止部60の一部は、空気排出側マニホールド5から空気及びカソードの生成物が流出するのを防ぐため、積層方向から視て、空気排出連通孔304を包囲している。
A part of the
第2のバイポーラプレート35は、図2及び図3に示すように、第1のバイポーラプレート30と同様、隣り合う膜電極接合体20,20同士を隔離しつつ、当該膜電極接合体20で生じた電子を導く機能を有している。この第2のバイポーラプレート35は、膜電極接合体20のカソードと対向するように配置されている。膜電極接合体20は、第1及び第2のバイポーラプレート30,35に挟まれており、締結ボルトによる締め付け荷重が作用することで、これらのバイポーラプレート30,35によって把持される。このような第2のバイポーラプレート35を構成する材料としては、上述の第1のバイポーラプレート30を構成する材料と同様のものを用いることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the second
第2のバイポーラプレート30の膜電極接合体20と対向する側の主面(以下、「第1の主面36」と称する。)は、当該膜電極接合体20のカソードガス拡散層232と当接している。これにより、燃料電池11のアノードで生じた電子がカソード側に移動する移動経路が形成される。
The main surface of the second
第2のバイポーラプレート35は、図3及び図5(B)に示すように、燃料供給連通孔351と、燃料排出連通孔352と、空気供給連通孔353と、空気排出連通孔354と、を有している。これらの連通孔351,352,353,354は、積層方向から視て略長方形状を有しており、第2のバイポーラプレート35を積層方向に沿って貫通している。
As shown in FIGS. 3 and 5B, the second
第1の主面36には、図5(B)に示すように、当該第1の主面36上で開口する溝であるカソード流路361が複数形成されている。このカソード流路361は、積層方向において、重複領域Z1に少なくとも形成されている。カソード流路361の一端は、空気供給連通孔353と繋がっている。一方、カソード流路361の他端は、空気排出連通孔354と繋がっている。カソード流路361は、空気供給連通孔353及び空気排出連通孔354の間に幅方向に沿って直線状に形成されている。なお、カソード流路361は、アノード流路311と同様、サーペンタイン形状であってもよい。
As shown in FIG. 5B, a plurality of
第1の主面36上には、第2の封止部65が設けられている。第2の封止部65は、フレーム25と第2のバイポーラプレート35との間に介在している。この第2の封止部65は、締結ボルトによる締め付け荷重が印加されることで変形し、当該フレーム25及び第2のバイポーラプレート35と密着することで、当該フレーム25及び第2のバイポーラプレート35の間を封止している。このような第2の封止部65を構成する材料としては、第1の封止部60を構成する材料と同様の材料を用いることができる。
A
第2の封止部65の一部は、積層方向から視て、空気供給連通孔353と、空気排出連通孔354と、カソード流路361とを一括して包囲するように設けられており、当該カソード流路361を介して空気供給側マニホールド4と空気排出側マニホールド5とが繋がるのを許容している。また、第2の封止部65の一部は、燃料供給側マニホールド2から燃料が流出するのを防ぐため、積層方向から視て、燃料供給連通孔351を包囲している。同様に、第2の封止部65の一部は、燃料排出側マニホールド3から燃料及びアノードの生成物が流出するのを防ぐため、積層方向から視て、燃料排出連通孔352を包囲している。
A part of the
図2及び図3に示すように、本実施形態の第1のバイポーラプレート30において、第1の主面31と反対側の主面(以下、「第2の主面32」と称する。)上には、発熱体40と、導体部55と、第3の封止部70とが設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, in the first
発熱体40は、燃料電池11の発電に伴い生じる熱により、膜電極接合体20の面内の温度が不均一になるのを抑えるために設けられる。本実施形態の発熱体40は、第1のバイポーラプレート30を介して、膜電極接合体20のアノード側から当該膜電極接合体20を加熱する。
The
この発熱体40は、図3に示すように、本体部41と、第1及び第2の端子42,43とを有している。本体部41は、温度上昇に伴って当該本体部41の電気抵抗値が正の係数を持って増大するPTC(正温度係数、Positive Temperature Coefficient)特性を有している。このような本体部41としては、PTCヒータを用いることができる。PTCヒータとしては、たとえば、通電することで発熱する(具体的には、通電することで導体の抵抗に応じたジュール熱を生じる)カーボン粒子等の導体と、温度に応じて膨張・収縮する熱応答絶縁性(非導電性)粒子とを配合して構成したものが挙げられる。このようなPTCヒータでは、通電することで導体が発熱し、これにより熱応答絶縁性粒子が加熱され膨張する。熱応答絶縁性粒子が膨張すると、導体同士が離れるなどして電流が流れ難くなり、当該導体の発熱が収まる。このように、PTCヒータは、温度に応じて電流の流れ易さを変化させ、所定温度で安定する温度自己制御機能を有している。なお、本体部41としては、PTCヒータに特に限定されない。たとえば、ニクロム線やカーボン繊維を用いた一般的な発熱体であってもよい。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態の本体部41は、図6(A)及び図6(B)に示すように、積層方向から視て、重複領域Z1を鉛直方向に対して2分割した領域のうち鉛直方向から視て下側の領域に配置されている。ここで、燃料電池11の発電に伴い膜電極接合体20が発熱すると、熱拡散の影響により鉛直方向の上側に向かって熱の移動が生じる。このため、膜電極接合体20の面内では、鉛直方向の上側の領域が相対的に高温となり、下側の領域が相対的に低温となる温度の不均一が生じる。本実施形態では、上述の膜電極接合体20の面内温度の不均一に基づいて、矩形状の重複領域Z1の辺のうち、図6(A)の+Z方向に延在する重複領域Z1の辺を鉛直方向に対して2分割する様に、重複領域Z1を鉛直方向に対して2分割している。本明細書では、図1の様に、脚部を有する構造を水平面に載置した際において、重複領域Z1を鉛直方向に対して2分割した領域のうち上側の領域を高温領域Z2と称し、下側の領域を低温領域Z3と称する。
As shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B), the
重複領域Z1において、高温領域Z2と低温領域Z3とを分割する方法は、使用する燃料電池11の性能や当該燃料電池11の使用環境によって異なる。本実施形態では、重複領域Z1の中心を通り、燃料電池11の幅方向に延在する仮想直線L1よりも上側を高温領域Z2とし、当該仮想直線L1よりも図6に対して下側を低温領域Z3としている。この場合、高温領域Z2及び低温領域Z3の幅(燃料電池11の幅方向の長さ)は、膜電極接合体20の幅とほぼ一致している。一方、高温領域Z2及び低温領域Z3の高さ(鉛直方向の長さ)は、膜電極接合体20の高さのおおそよ2分の1となっている。
The method of dividing the high temperature region Z 2 and the low temperature region Z 3 in the overlapping region Z 1 differs depending on the performance of the
本実施形態では、低温領域Z3の全体を均等に加熱する観点から、本体部41は、積層方向から視て低温領域Z3の全体と重なるように配置されている。なお、少なくとも本体部41の一部が重複領域Z1を鉛直方向に対して2分割した領域のうち下側の領域に配置されていれば、当該本体部41の配置の形態は特に限定されない。たとえば、本体部41は、積層方向から視て低温領域Z3の一部と重なるように配置されていてもよい。また、本体部41の一部が、積層方向から視て低温領域Z3から食み出して配置されていてもよい。また、本体部の外形は、積層方向から視て低温領域Z3の外形よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。
In the present embodiment, from the viewpoint of uniformly heating the entire low temperature region Z 3 , the
本実施形態の本体部41は、図6(B)に示すように、細長い板状の部材である。この本体部41は、積層方向から視て矩形状の平面形状を有し、短辺411,412と長辺413,414とからなる平行な対辺を有している。本実施形態の本体部41では、短辺411,412が鉛直方向と実質的に平行に延在し、長辺413,414が幅方向と実質的に平行に延在している。本実施形態における「短辺411,412」が本発明における「側辺」の一例に相当する。
As shown in FIG. 6B, the
第1及び第2の端子42,43は、帯状の部材であり、本体部41に電力を供給するために設けられている。本体部41の短辺411からは、第1の端子42が本体部41の中心から離れる側であって、本体部41の長辺413,414に対して水平方向に向かって延出している。第1の端子42は、積層方向から視て、第1のバイポーラプレート30に形成された複数の連通孔301,302,303,304と重ならないように配設されている。
The first and
この第1の端子42は、図7に示すように、第1のバイポーラプレート30と短絡するのを防ぐため、当該第1のバイポーラプレート30と離間して配置されている。第1の端子42の先端は、第1のバイポーラプレート30の外縁よりも外側に突出している。この第1の端子42の先端には、当該第1の端子42を積層方向に沿って貫通する貫通孔421が形成されている。本実施形態における「第1の端子42」が本発明における「第1の端子」の一例に相当する。
As shown in FIG. 7, the
図6(B)に示すように、本体部41の短辺412からは、第2の端子43が本体部41の中心から離れる側であって、本体部41の長辺413,414に対して水平方向に向かって延出している。第2の端子43は、積層方向から視て、第1のバイポーラプレート30に形成された複数の連通孔301,302,303,304と重ならないように配設されている。
As shown in FIG. 6B, from the
この第2の端子43は、図7に示すように、第1のバイポーラプレート30と短絡するのを防ぐため、当該第1のバイポーラプレート30と離間して配置されている。第2の端子43の先端は、第1のバイポーラプレートの外縁よりも外側に突出している。この第2の端子43の先端には、当該第2の端子43を積層方向に沿って貫通する貫通孔431が形成されている。本実施形態における「第2の端子43」が本発明における「第2の端子」の一例に相当する。
As shown in FIG. 7, the
図2及び図3に示すように、本実施形態では、第1のバイポーラプレート30と発熱体40との間に電気絶縁性を有する絶縁部51が介在している。仮に、発熱体としてのPTCヒータとバイポーラプレートとが直接接触していると、当該接触する部分が燃料電池の発電により生じた電流が流れる短絡経路となってしまい、当該発熱体が誤動作するおそれがある。また、燃料電池が出力する電力を発熱体が消費してしまい、燃料電池の発電特性を悪化させるおそれ等がある。本実施形態の絶縁部51は、第1のバイポーラプレート30と発熱体40との間を電気的に絶縁することで、上記に記載した発熱体の誤動作及び燃料電池11の発電特性の悪化等の問題を防いでいる。
As shown in FIGS. 2 and 3, in the present embodiment, an insulating
絶縁部52は、発熱体40と、前述した燃料電池11の積層方向に隣接する他の燃料電池11を構成する第2のバイポーラプレート35との間に介在しており、これらを電気的に絶縁している。
The insulating
発熱体40と第1及び第2のバイポーラプレート30,35との間の電気的な絶縁を確実に確保する観点から、絶縁部51,52は、積層方向から視て、少なくとも本体部41の全体と重なるように形成されていることが好ましい。このような絶縁部51,52としては、90℃程度まで変質、変形しない材料を用いることが好ましい。たとえば、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等の熱硬化性樹脂や耐熱性を有する公知の熱可塑性樹脂(たとえば、スーパーエンプラ)等の樹脂材料やシリコーンゴムやEPゴム等のゴム材料等で構成されるシートを用いることができる。なお、絶縁部は、特に上述に限定されず、発熱体40の全体を覆い囲むように絶縁部が1つのみ設けられも良い。
From the viewpoint of ensuring electrical insulation between the
導体部55は、図6(A)及び図6(B)に示すように、積層方向から視て、高温領域Z2と重なる位置に設けられている。この導体部55は、第1のバイポーラプレート30と、前述した燃料電池11の積層方向に隣接する他の燃料電池11を構成する第2のバイポーラプレート35とを電気的に接続している。発熱体40と導体部55とは、相互に離間して配置され電気的に絶縁されている。このような導体部55を構成する材料としては、耐熱性と導電性を有する材料であればよく、たとえば、金属材料や、導電性材料を耐熱性のある樹脂材料中に分散させたもの等を用いることができる。なお、導体部55を構成する材料としては、燃料に対する耐腐食性を有していることが好ましい。
図2に示すように、燃料電池スタック10において、締結ボルトによる締め付け荷重を燃料電池11の面内に対して均等に印加する観点から、積層方向において、導体部55の厚さと、発熱体40の厚さとが実質的に等しい事が好ましく、具体的には、図3に示すように、導体部55の厚さと、本体部41の厚さ、絶縁部51の厚さ,及び絶縁部52の厚さの合計とが実質的に等しいことが好ましい。
As shown in FIG. 2, in the
第3の封止部70は、図6(A)に示すように、第1のバイポーラプレート30と、隣接する燃料電池11を構成する第2のバイポーラプレート35との間に介在している。この第3の封止部70は、締結ボルトによる締め付け荷重が印加されることで変形し、当該第1及び第2のバイポーラプレート30,35と密着することで、当該第1及び第2のバイポーラプレート30,35の間を封止している。このような第3の封止部70を構成する材料としては、第1の封止部60を構成する材料と同様の材料を用いることができる。
As shown in FIG. 6A, the
この第3の封止部70は、第1の環状部701と、第2の環状部702と、第3の環状部703と、第4の環状部704と、第5の環状部705とを有している。第1の環状部701は、積層方向から視て本体部41と、導体部55とを一括して包囲するように形成されている。この第1の環状部701は、各マニホールド2,3,4,5から流れ出た燃料により、発熱体40の劣化の抑制を図ることを目的として、第1のバイポーラプレート30に形成された複数の連通孔301,302,303,304と、発熱体40との間を封止して設けられている。この場合、発熱体40の第1及び第2の端子42,43は、第1の環状部701を横切って設けられており、第1の環状部701を貫通して、当該第1の環状部701の内側から外側に向かって延出している。なお、第1及び第2の端子42,43が第1の環状部701を横切る態様は特に上述に限定されない。たとえば、第1のバイポーラプレート30の第2の主面32上に封止部を設け、前述した燃料電池11の積層方向に隣接する他の燃料電池11を構成する第2のバイポーラプレート35の主面のうち第2の主面32に対向する主面上に封止部を設け、これら2つの封止部の間を第1及び第2の端子42,43が横切ってもよい。また、第1のバイポーラプレート30の第2の主面32上に封止部を設け、前述した燃料電池11の積層方向に隣接する他の燃料電池11を構成する第2のバイポーラプレート35の主面のうち第2の主面32と上記の封止部との間に第1及び第2の端子42,43が設けられていてもよい。
The
第2の環状部702は、燃料供給側マニホールド2から燃料が流出するのを防ぐため、積層方向から視て、燃料供給連通孔301を包囲している。第3の環状部703は、燃料排出側マニホールド3から燃料及びアノードの生成物が流出するのを防ぐため、積層方向から視て、燃料排出連通孔302を包囲している。第4の環状部704は、空気供給側マニホールド4から空気が流出するのを防ぐため、積層方向から視て、空気供給連通孔303を包囲している。第5の環状部705は、空気排出側マニホールド5から空気及びカソードの生成物が流出するのを防ぐため、積層方向から視て、空気排出連通孔304を包囲している。
The second
本実施形態のように、第1のバイポーラプレート30の第2の主面32上に第3の封止部70が形成されている場合、発熱体40の第1及び第2の端子42,43は、積層方向から視て、第3の封止部70の第2〜第5の環状部702,703,704,705と重ならないように配設する。
When the
図1及び図8に示すように、本実施形態の燃料電池スタック10では、複数の燃料電池11は、積層方向において、第1の端子42同士が相互に重なるように配置されている。複数の第1の端子42は、積層方向において、相互に等間隔に配置されている。複数の第1の端子42の貫通孔421は、積層方向に沿って実質的に同軸上に配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 8, in the
また、複数の燃料電池11は、積層方向において、第2の端子43同士が相互に重なるように配置されている。複数の第2の端子43は、積層方向において、相互に等間隔に配置されている。複数の第2の端子43の貫通孔431は、積層方向に沿って実質的に同軸上に配置されている。
Further, the plurality of
第1の導体線77は、複数の第1の端子42を一括して外部電源(不図示)と電気的に接続する機能を有する。この第1の導体線77は、それぞれの第1の端子42の貫通孔421内に挿通されており、当該複数の貫通孔421が共有する軸上を直線状に延在している。この第1の導体線77の一端は、積層された複数の燃料電池11の両端に位置する燃料電池11の何れか一方を構成する第1の端子42に固定されている。第1の導体線77の他端は、外部電源(不図示)に電気的に接続されている。
The
第2の導体線78は、複数の第2の端子43を一括して外部電源(不図示)と電気的に接続する機能を有する。この第2の導体線78は、それぞれの第2の端子43の貫通孔431内に挿通されており、当該複数の貫通孔431が共有する軸上を直線状に延在している。この第2の導体線78の一端は、積層された複数の燃料電池11の両端に位置する燃料電池11の何れか一方を構成する第2の端子43に固定されている。第2の導体線78の他端は、外部電源(不図示)に電気的に接続されている。これら第1及び第2の導体線77,78は、たとえば、銅などの高い導電性を有する金属材料により構成されている。
The
以下に、本実施形態の燃料電池スタック10の作用について説明する。
The operation of the
本実施形態の燃料電池スタック10は、以下のように動作する。まず、図2(A)に示すように、エンドプレート75の燃料供給口751から燃料供給側マニホールド2に燃料が供給される。燃料供給側マニホールド2は、燃料を複数の燃料電池11のアノードに対して分配して供給する。そして、第1のバイポーラプレート30のアノード流路311に燃料が導入される(図2(A)の矢印を参照)。一方、図2(B)に示すように、エンドプレート75の空気供給口753から空気供給側マニホールド4に空気が供給される。空気供給側マニホールド4は、空気を複数の燃料電池11のカソードに分配して供給する。そして、第2のバイポーラプレート35のカソード流路361に空気が導入される(図2(B)の矢印を参照)。
The
これにより、各燃料電池11のアノードにおいては、
[数1] CH3OH+H2O→CO2+6H++6e−
という酸化反応が生じ、各燃料電池11のカソードにおいては、
[数2] 3/2O2+6H++6e−→3H2O
という還元反応が生じる。これによりアノードとカソードとの間に電流が流れることになる。
As a result, at the anode of each
[Number 1] CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e −
Oxidation reaction occurs, and at the cathode of each
[Number 2] 3 / 2O 2 + 6H + + 6e - → 3H 2 O
The reduction reaction occurs. This causes a current to flow between the anode and the cathode.
上記に示す化学反応(発電反応)により、膜電極接合体20が発熱し温度が上昇する。発生した熱は、熱拡散の影響により膜電極接合体20の面内を移動する。具体的には、膜電極接合体20の面内において鉛直方向の上側に向かって熱が移動する。このため、膜電極接合体20の面内を鉛直方向に対して2分割したうちの上側の領域は相対的に高温となり易く、下側の領域が相対的に低温となり易い。
Due to the chemical reaction (power generation reaction) shown above, the
従来の燃料電池では、膜電極接合体における鉛直方向の上側に向かう熱の移動(熱拡散)により、当該膜電極接合体の面内温度が鉛直方向において不均一となる場合がある。また、一般的に、燃料電池においては、膜電極接合体の温度が高いほど発電反応が生じ易く、当該膜電極接合体の温度が低いほど発電反応が生じ難い。このため、相対的に低温となる膜電極接合体の面内のうち鉛直方向の下側の領域では発電反応が生じ難くなる。この場合、膜電極接合体の面内全体で発電反応が生じないため、燃料電池における燃料の利用効率が低下してしまい、当該膜電極接合体の反応面積から想定される燃料電池の出力を得ることができないおそれがある、という問題がある。なお、燃料の利用効率は、下記(1)式によって表すことができる。
A=(B−C)/B … (1)
但し、上記(1)式において、Aは燃料の利用効率であり、Bは燃料の供給量であり、Cは透過した燃料クロスオーバー量とカソードに透過せずにアノード排出口に排出された未反応の燃料の排出量との合計値である。
In a conventional fuel cell, the in-plane temperature of the membrane electrode assembly may become non-uniform in the vertical direction due to heat transfer (heat diffusion) toward the upper side in the vertical direction. Further, in general, in a fuel cell, the higher the temperature of the membrane electrode assembly, the more likely the power generation reaction occurs, and the lower the temperature of the membrane electrode assembly, the less likely the power generation reaction occurs. Therefore, the power generation reaction is less likely to occur in the lower region in the vertical direction in the plane of the membrane electrode assembly, which has a relatively low temperature. In this case, since the power generation reaction does not occur in the entire in-plane of the membrane electrode assembly, the fuel utilization efficiency in the fuel cell is lowered, and the expected output of the fuel cell is obtained from the reaction area of the membrane electrode assembly. There is a problem that it may not be possible. The fuel utilization efficiency can be expressed by the following equation (1).
A = (BC) / B ... (1)
However, in the above equation (1), A is the fuel utilization efficiency, B is the fuel supply amount, and C is the permeated fuel crossover amount and the amount of fuel that has not permeated through the cathode and has not been discharged to the anode discharge port. It is the total value with the fuel emission of the reaction.
また、膜電極接合体の面内のうち鉛直方向の上側の領域が相対的に高温となるため、局所的な発電反応が生じてしまい、当該上側の領域において局所的な触媒の劣化が生じてしまうおそれがある。この場合、燃料電池の運転を継続した結果、膜電極接合体の面内のうち相対的に温度の高い領域においても発電反応が滞り、燃料電池の出力が低下してしまうおそれがある、という問題がある。 Further, since the upper region in the vertical direction in the plane of the membrane electrode assembly becomes relatively hot, a local power generation reaction occurs, and local deterioration of the catalyst occurs in the upper region. There is a risk that it will end up. In this case, as a result of continuing the operation of the fuel cell, there is a problem that the power generation reaction may be delayed even in a region of the membrane electrode assembly where the temperature is relatively high, and the output of the fuel cell may decrease. There is.
また、膜電極接合体の面内のうち相対的に温度の高い領域において局所的に発電反応が生じてしまうことで、膜電極接合体が局所的に発熱してしまう。このため、膜電極接合体の面内温度の不均一がより一層拡大してしまう。そして、膜電極接合体の温度が一定温度以上となると、燃料電池のアノードに供給された燃料が、未反応のまま高分子電解質膜を通過し、燃料電池のカソードに到達してしまう現象(いわゆる、クロスオーバー現象)が生じ易くなる。この場合、燃料電池のおける燃料の利用効率がさらに低下して、当該燃料電池の出力が低下するおそれがある、という問題がある。 In addition, a power generation reaction occurs locally in a region of the membrane electrode assembly where the temperature is relatively high, so that the membrane electrode assembly generates heat locally. Therefore, the non-uniformity of the in-plane temperature of the membrane electrode assembly further increases. When the temperature of the membrane electrode assembly exceeds a certain temperature, the fuel supplied to the anode of the fuel cell passes through the polymer electrolyte membrane without reacting and reaches the cathode of the fuel cell (so-called). , Crossover phenomenon) is likely to occur. In this case, there is a problem that the efficiency of fuel utilization in the fuel cell is further lowered, and the output of the fuel cell may be lowered.
以上のように、従来の燃料電池では、膜電極接合体の面内温度が、鉛直方向において不均一であることで、上述の問題が複合的に生じてしまい、結果として、燃料電池の出力が安定し難い、という問題があった。 As described above, in the conventional fuel cell, the in-plane temperature of the membrane electrode assembly is non-uniform in the vertical direction, which causes the above-mentioned problems in a complex manner, and as a result, the output of the fuel cell is increased. There was a problem that it was difficult to stabilize.
これに対し、本実施形態の燃料電池11は、第1のバイポーラプレート30に設けた発熱体40を、重複領域Z1を鉛直方向に対して2分割した領域のうち下側の領域(低温領域Z3)と重なるように配置している。このため、膜電極接合体20の面内において相対的に温度の低い領域を部分的に加熱することができるので、当該膜電極接合体20の面内温度の不均一を抑えることができる。
In contrast, the
これにより、膜電極接合体20の面内全体において発電反応が生じるため、燃料電池11における燃料の利用効率を向上することができる。また、膜電極接合体20の面内全体において発電反応が生じるため、局所的な触媒の劣化が生じ難くなる。さらに、膜電極接合体20の面内全体が発熱するため、当該膜電極接合体20の面内温度の不均一が拡大するのを防ぐことができ、燃料のクロスオーバーの発生を抑制できる。結果として、本実施形態では、燃料電池11の出力を安定させることができる。
As a result, a power generation reaction occurs in the entire in-plane of the
また、発熱体40を低温領域Z3と重なるように配置するだけで、重複領域Z1の全体に配置しないので、燃料電池11の製造コストの低減を図ることができる。
Further, since the
なお、膜電極接合体20の温度が過昇温した場合は、外部から燃料電池11のカソードに導入される空気の量を増大させて、当該膜電極接合体20の面内全体を冷却することができるが、この場合、本実施形態では、膜電極接合体20の面内温度の不均一を抑えているので、当該膜電極接合体20の面内全体の温度を一様に低下させるだけで、当該膜電極接合体20の適切な温度制御を行うことができる。
When the temperature of the
また、本実施形態では、発熱体40としてPTCヒータを用いている。ここで、燃料電池スタック10(燃料電池11)の出力及び燃料の利用効率は、当該燃料電池スタック10(燃料電池11)の温度が上昇するに従い上昇するが、所定温度以上においては、燃料のクロスオーバーの影響により、むしろ温度が上昇するに従い燃料電池スタック10(燃料電池11)の出力及び燃料の利用効率が低下する。これに対し、本実施形態で用いるPTCヒータには、導体と熱応答絶縁性粒子が含まれており、当該導体が通電されることで発熱し、これにより熱応答絶縁性粒子が加熱され膨張する。熱応答絶縁性粒子が膨張すると、導体同士が離れるなどして電流が流れ難くなり、当該導体の発熱が収まる。このように、PTCヒータは、温度に応じて電流の流れ易さを変化させ、所定温度で安定する温度自己制御機能を有しており、所定温度を超える温度にならない様に設定されているので、膜電極接合体20の温度を所定温度で安定させることができ、延いては、燃料電池スタック10(燃料電池11)の出力及び燃料の利用効率を高い状態で安定させることができる。
Further, in the present embodiment, a PTC heater is used as the
また、本実施形態では、第1のバイポーラプレート30に形成された連通孔301,302と発熱体40との間を封止する第3の封止部を設けることで、各マニホールド2,3,4,5から流れ出た燃料により、発熱体40が劣化するのを抑制している。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、発熱体40を矩形状に形成している。この場合、本体部41が積層方向から視て、低温領域Z3の全体と重なるように配置されているので、当該膜電極接合体20の面内の相対的に温度の低い領域全体を均等に加熱することができる。これにより、膜電極接合体20の面内温度の不均一をより抑えることができる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、積層方向から視て矩形状の発熱体40の短辺411から本体部41の中心から離れる側であって、本体部41の長辺413,414に対して水平方向に向かって第1の端子42が延出し、積層方向から視て当該短辺411と反対側の短辺412から本体部41の中心から離れる側であって、本体部41の長辺413,414に対して水平方向に向かって第2の端子43が延出している。このため、発熱体40の略全体に亘って通電することができるため、当該発熱体40の全体を均等に発熱させることができる。
Further, in the present embodiment, the side away from the center of the
また、本実施形態の燃料電池スタック10では、積層方向において、複数の燃料電池11を、第1の端子42同士が相互に重なると共に、第2の端子43同士が相互に重なるように積層している。そして、これら複数の第1の端子42を、直線状に延在する第1の導体線77と電気的に接続すると共に、複数の第2の端子43を、直線状に延在する第2の導体線78と電気的に接続している。これにより、複数の第1の端子42を一括して外部電源と電気的に接続すると共に、複数の第2の端子43を一括して外部電源と電気的に接続することができるので、第1及び第2の導体線77,78の取扱いが容易かつ、小型化が可能な燃料電池スタック10を得る事が可能となる。
Further, in the
以上に説明した燃料電池スタック10を備える燃料電池システム1について、図9を参照しながら説明する。図9は本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
The
本実施形態の燃料電池システム1は、図9に示すように、外部負荷と電気的に接続された燃料電池スタック10と、燃料タンク80と、ポンプ81と、ブロワ82と、水タンク83と、ポンプ84と、メタノールタンク85と、ポンプ86と、を備えている。本実施形態における「燃料タンク80」及び「ポンプ81」が本発明における「第1の供給手段」の一例に相当し、本実施形態における「ブロワ82」が本発明における「第2の供給手段」の一例に相当する。
As shown in FIG. 9, the
燃料タンク80には、メタノールタンク85から供給される高濃度のメタノール水溶液又はメタノール原液と、水タンク83から供給される水とが混合された燃料(液体燃料)が貯蔵されている。
The
ポンプ81は、配管F1を介して燃料電池スタック10の燃料供給口751に、燃料タンク80から燃料を供給する。燃料電池11のアノードから排出される生成物(二酸化炭素等)及び未反応の燃料は、燃料電池スタック10の燃料排出口752に繋がる配管F2を介して燃料タンク80に戻される。
ブロワ82は、配管F3を介して燃料電池スタック10の空気供給口753に、空気を供給する。このブロワ82の吸引側には、吸引する空気に含まれる塵埃等を除去するエアフィルタ(不図示)が設けられている。燃料電池11のカソードから排出される生成物(水、水蒸気、及び二酸化炭素等)、未反応の空気、及び膜電極接合体20を透過した未反応メタノールは、燃料電池スタック10の空気排出口754に繋がる配管F4を介して排出設備へ送られる。排出設備では、二酸化炭素等の気相成分を水等の液相成分から分離して、当該気相成分を外部に排出している。
水タンク83に貯蔵された水は、ポンプ84により、配管F5を介して燃料タンク80に送られる。また、メタノールタンク85に貯蔵された高濃度のメタノール水溶液又はメタノール原液は、ポンプ86により、配管F6を介して燃料タンク80に送られる。
Stored in the
図10(A)は本発明の他の実施の形態に係る燃料電池を説明するための図であり、第1のバイポーラプレートの第2の主面を積層方向から視た平面図、図10(B)は本発明の他の実施の形態に係る発熱体及び導体部を積層方向から視た平面図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。 FIG. 10A is a view for explaining the fuel cell according to another embodiment of the present invention, and is a plan view of the second main surface of the first bipolar plate viewed from the stacking direction, FIG. 10 (A). B) is a plan view of the heating element and the conductor portion according to another embodiment of the present invention as viewed from the stacking direction. The same reference numerals are given to the same configurations as those in the above-described embodiment, the repeated description is omitted, and the description in the above-described embodiment is incorporated.
以下に説明する実施形態では、熱は円形状に拡散していく事から、実際に発生し得る熱分布は図10(B)に示す通り、熱が逃げにくい膜電極接合体20の中心近傍において円弧状の領域Z212を有する高温領域Z21の様になる事が多い点に着目した。そこで、図10(B)に示す様な熱分布になった場合における燃料電池スタック11の説明をする。
In the embodiment described below, since the heat diffuses in a circular shape, the heat distribution that can actually be generated is near the center of the
図10(A)に示すように、本実施形態では、重複領域Z1において、高温領域Z21と低温領域Z31とを以下のとおり設定する。すなわち、高温領域Z21は、仮想直線L1よりも上側の領域Z211と、当該領域Z211の下側の長辺の中心近傍において下方に向かって突出する円弧状の領域Z212とを合わせた領域とする。一方、低温領域Z31は、仮想直線L1よりも下側の領域のうち、上記領域Z212と重ならない領域とする。 As shown in FIG. 10A, in the present embodiment, the high temperature region Z 21 and the low temperature region Z 31 are set as follows in the overlapping region Z 1 . That is, the high-temperature region Z 21 is combined with the upper area Z 211 to the virtual straight line L 1, and the arcuate region Z 212 projecting downward in the vicinity of the center of the lower long side of the region Z 211 Area. On the other hand, the low temperature region Z 31 is a region below the virtual straight line L 1 that does not overlap with the region Z 212 .
膜電極接合体20の外縁近傍は、燃料電池11の外部から近いため比較的熱が逃げ易い。これに対して、膜電極接合体20の中心近傍は、燃料電池11の外部から遠いため比較的熱が逃げ難い。このため、膜電極接合体20の中心近傍は、相対的に高温となり易く、膜電極接合体20の外縁近傍は、相対的に低温となり易い。つまり、本実施形態では、膜電極接合体20の面内における鉛直方向の上側に向かう熱の移動と、当該膜電極接合体20の面内における当該膜電極接合体20の中心から外縁に向かう熱の移動とに基づいて高温領域Z21と低温領域Z31とを設定している。このため、仮想直線L1よりも下側の領域であっても、膜電極接合体20の中心近傍と重なる領域(領域Z212)は、低温領域Z31から除外している。
Since the vicinity of the outer edge of the
発熱体40Bの本体部41Bは、図10(B)に示すように、積層方向から視て、上述した低温領域Z31に対応した形状となっている。すなわち、本体部41Bは、鉛直方向に対して上下に位置する長辺413B,414を有し、当該長辺413B,414に対して直交する短辺411,412を有し、当該長辺413Bの中央近傍に凹部415を有する形状となっている。ここで、凹部415は、図10(B)に示すように、鉛直方向に対して上方向に開口する様、設けられている。図10(B)の+X方向における凹部415の幅としては、図10(B)の+X方向における本体部41Bの幅の4分の1〜8分の1が好ましく、特に2分の1であることがより好ましい。また、図10(B)の+Z方向における凹部415の深さとしては、図10(B)の+Z方向における本体部41Bの高さの4分の1〜8分の1が好ましく、特に2分の1であることがより好ましい。なお、導体部55Bは、高温領域Z21に対応した形状となっている。すなわち、導体部55Bは、鉛直方向に対して上下に位置する長辺を有し、当該長辺に対して直交する側辺を有し、図10(B)に対して導体部の下側の長辺の中心近傍に、下側に向かって突出する円弧状の凸部を有する形状となっている。本実施形態における「長辺413B」が本発明における「上辺」の一例に相当し、本実施形態における「長辺414」が本発明における「下辺」の一例に相当し、本実施形態における「短辺411,412」が本発明における「側辺」の一例に相当する。
As shown in FIG. 10B, the
本実施形態では、積層方向から視て、相対的に高温となり易い膜電極接合体20の中心近傍と重ならないように発熱体40Bを形成している。これにより、膜電極接合体の中心近傍が発熱し、さらに、発熱体により加熱されることで、当該膜電極接合体の中心近傍が過昇温するのを防いでいる。これにより、膜電極接合体20の面内温度の不均一をより一層抑えることができ、燃料電池11の出力をさらに安定させることができる。
In the present embodiment, the
図11は本発明の他の実施の形態に係るバイポーラプレートを示す幅方向から視た断面図である。 FIG. 11 is a cross-sectional view of the bipolar plate according to another embodiment of the present invention as viewed from the width direction.
本実施形態のバイポーラプレート30Bは、燃料電池スタック10において、隣り合う燃料電池11,11を構成する膜電極接合体20,20同士の間に介在している。バイポーラプレート30Bの第1の主面31は、一方の膜電極接合体20のアノードと対向しており、当該膜電極接合体20のアノードガス拡散層222と当接している。バイポーラプレート30Bの第1の主面31と反対側の第2の主面32Bは、他方の膜電極接合体20のカソードと対向しており、当該膜電極接合体20のカソードガス拡散層232と当接している。
The
図11に示すバイポーラプレート30Bは、膜電極接合体20のアノードと対向する第1の主面31にアノード流路311が形成され、膜電極接合体20のカソードと対向する第2の主面32Bにカソード流路321が形成されている。このカソード流路321は、上述の実施形態におけるカソード流路361と同様の形状を有しているため、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。
In the
発熱体40Cは、バイポーラプレート30Bの内部に埋め込まれている。つまり、本実施形態の発熱体40Cは、図11に対してバイポーラプレート30Bの第1の主面31よりも−Y方向側に位置しており、且つ、第2の主面32Bよりも+Y方向側に位置している。
The
バイポーラプレート30Bと発熱体40Cとが短絡するのを防ぐため、発熱体40Cの本体部41の全体は、電気絶縁性を有する絶縁部51Bで被覆されている。特に図示しないが、バイポーラプレート30Bと発熱体40Cとが短絡するのを防ぐため、発熱体40Cの第1及び第2の端子のうちバイポーラプレート30Bに埋設される部分も、電気絶縁性を有する絶縁層で被覆されている。
In order to prevent the
本実施形態のバイポーラプレート30Bを用いると、第1及び第2のバイポーラプレート30,35を必要としないため、燃料電池11において部品点数が減少し、当該燃料電池11の製造コストを低減することができる。
When the
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 It should be noted that the embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
たとえば、本実施形態では、第1のバイポーラプレート30の第2の主面32上に発熱体40を設けていたが、特にこれに限定されず、第1のバイポーラプレート30の代わりに第2のバイポーラプレート35を用いて、第2のバイポーラプレート35の第2の主面(第2のバイポーラプレート35において膜電極接合体20と対向する主面と反対側の主面)上に発熱体を設けてもよい。この場合、上記の実施形態と同様に、第2のバイポーラプレート35の第2の主面上に、絶縁部、導体部、及び第3の封止部も設ける。
For example, in the present embodiment, the
1…燃料電池システム
2…燃料供給側マニホールド
3…燃料排出側マニホールド
4…空気供給側マニホールド
5…空気排出側マニホールド
10…燃料電池スタック
11…燃料電池
Z1…重複領域
Z2,Z21…高温領域
Z211,Z212…領域
Z3,Z31…低温領域
121…アノードの入口
122…アノードの出口
131…カソードの入口
132…カソードの出口
20…膜電極接合体(MEA)
21…高分子電解質膜
221…アノード触媒層
222…アノードガス拡散層
231…カソード触媒層
232…カソードガス拡散層
25…フレーム
251…燃料供給連通孔
252…燃料排出連通孔
253…空気供給連通孔
254…空気排出連通孔
30,30B…第1のバイポーラプレート
301…燃料供給連通孔
302…燃料排出連通孔
303…空気供給連通孔
304…空気排出連通孔
31…第1の主面
311…アノード流路
32,32B…第2の主面
321…カソード流路
35…第2のバイポーラプレート
351…燃料供給連通孔
352…燃料排出連通孔
353…空気供給連通孔
354…空気排出連通孔
36…第1の主面
361…カソード流路
37…第2の主面
40,40B,40C…発熱体
41,41B,41C…本体部
411,412…短辺
413,414…頂辺
415…凹部
42,43…第1及び第2の端子
421,431…貫通孔
51,52…絶縁部
55…導体部
60…第1の封止部
65…第2の封止部
70…第3の封止部
701…第1の環状部
702…第2の環状部
703…第3の環状部
704…第4の環状部
705…第5の環状部
75…エンドプレート
751…燃料供給口
752…燃料排出口
753…空気供給口
754…空気排出口
755…脚部
76…エンドプレート
765…脚部
77,78…第1及び第2の導体線
80…燃料タンク
81…ポンプ
82…ブロワ
83…水タンク
84…ポンプ
85…メタノールタンク
86…ポンプ
F1〜F6…配管
1 ...
Z 2 , Z 21 ... High temperature region
Z 211 , Z 212 ... Area
Z 3 , Z 31 ...
21 ...
301 ... Fuel supply communication hole
302 ... Fuel discharge communication hole
303 ... Air supply communication hole
304 ... Air
311 ...
321 ...
351 ... Fuel supply communication hole
352 ... Fuel discharge communication hole
353 ... Air supply communication hole
354 ... Air
361 ... Cathode flow path 37 ... Second
411,412 ... Short side
413,414 ... Top
415 ...
421, 431 ... Through
Claims (7)
前記膜電極接合体と前記バイポーラプレートとの積層方向において、前記膜電極接合体と前記バイポーラプレートとは重複領域で相互に重なっており、
前記燃料電池は、一対の前記バイポーラプレートの少なくとも一方に設けられた発熱体をさらに備え、
前記発熱体は、鉛直方向に対して上下に位置する上辺及び下辺を有し、前記上辺及び前記下辺に対して直交する側辺を有し、前記上辺の中央近傍に凹部を有する形状であり、前記重複領域を鉛直方向に対して2分割した領域のうち下側の領域のみと重なるように配置されている燃料電池。 A fuel cell comprising a membrane electrode assembly and a pair of bipolar plates sandwiching the membrane electrode assembly.
In the stacking direction of the membrane electrode assembly and the bipolar plate, the membrane electrode assembly and the bipolar plate overlap each other in an overlapping region.
The fuel cell further comprises a heating element provided on at least one of the pair of bipolar plates.
The heating element has an upper side and a lower side located vertically with respect to the vertical direction, has a side side orthogonal to the upper side and the lower side, and has a recess in the vicinity of the center of the upper side. fuel cell are disposed so as to overlap only an area of the overlapping region of two divided areas sac Chi lower with respect to the vertical direction.
前記発熱体は、PTCヒータである燃料電池。 The fuel cell according to claim 1.
The heating element is a fuel cell which is a PTC heater.
前記バイポーラプレートは、
前記燃料電池の電極の入口に繋がる第1のマニホールドを構成する第1の連通孔と、
前記燃料電池の電極の出口に繋がる第2のマニホールドを構成する第2の連通孔と、を有し、
前記燃料電池は、前記第1の連通孔及び第2の連通孔と前記発熱体との間を封止する封止部と、をさらに備える燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2.
The bipolar plate is
The first communication hole constituting the first manifold connected to the inlet of the electrode of the fuel cell, and
It has a second communication hole that constitutes a second manifold that connects to the outlet of the electrode of the fuel cell.
The fuel cell is a fuel cell further comprising a sealing portion for sealing between the first communication hole and the second communication hole and the heating element.
前記発熱体は、
前記発熱体の側辺の一方から延出する第1の端子と、
前記発熱体の側辺の他方から延出する第2の端子と、を有している燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3 .
The heating element is
A first terminal extending from one of the side surfaces of the heating element and
A fuel cell having a second terminal extending from the other side of the heating element.
複数の前記燃料電池は、前記積層方向において、前記第1の端子同士が相互に重なると共に、前記第2の端子同士が相互に重なるように積層されており、
前記燃料電池スタックは、
直線状に延在し、複数の前記第1の端子と電気的に接続された第1の導体線と、
直線状に延在し、複数の前記第2の端子と電気的に接続された第2の導体線と、を備える燃料電池スタック。
A fuel cell stack including a plurality of fuel cells according to claim 4 .
The plurality of fuel cells are laminated so that the first terminals overlap each other and the second terminals overlap each other in the stacking direction.
The fuel cell stack
A first conductor wire extending linearly and electrically connected to the plurality of the first terminals,
A fuel cell stack comprising a second conductor wire extending linearly and electrically connected to the plurality of said second terminals.
前記燃料電池のアノードに燃料を供給する第1の供給手段と、
前記燃料電池のカソードに酸化剤を供給する第2の供給手段と、を備えた燃料電池システム。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 4 , or the fuel cell stack according to claim 5.
A first supply means for supplying fuel to the anode of the fuel cell,
A fuel cell system comprising a second supply means for supplying an oxidizing agent to the cathode of the fuel cell.
前記膜電極接合体と前記バイポーラプレートとを積層した状態で、前記膜電極接合体と前記バイポーラプレートとの積層方向において、前記膜電極接合体と前記バイポーラプレートとは重複領域で相互に重なっており、
前記重複領域を鉛直方向に対して2分割した領域のうち下側の領域のみと重なるように発熱体が配置されており、
前記発熱体は、鉛直方向に対して上下に位置する上辺及び下辺を有し、前記上辺及び前記下辺に対して直交する側辺を有し、前記上辺の中央近傍に凹部を有する形状であるバイポーラプレート。
A bipolar plate used in fuel cells and placed opposite a membrane electrode assembly.
In a state where the membrane electrode assembly and the bipolar plate are laminated, the membrane electrode assembly and the bipolar plate overlap each other in an overlapping region in the stacking direction of the membrane electrode assembly and the bipolar plate. ,
The heating element is arranged so as to overlap only the lower region of the region obtained by dividing the overlapping region into two in the vertical direction .
The heating element has an upper side and a lower side located vertically with respect to the vertical direction, has a side side orthogonal to the upper side and the lower side, and has a concave portion near the center of the upper side. plate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016073523A JP6780950B2 (en) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Fuel cells, fuel cell stacks, fuel cell systems, and bipolar plates |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016073523A JP6780950B2 (en) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Fuel cells, fuel cell stacks, fuel cell systems, and bipolar plates |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017183252A JP2017183252A (en) | 2017-10-05 |
JP6780950B2 true JP6780950B2 (en) | 2020-11-04 |
Family
ID=60008564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016073523A Active JP6780950B2 (en) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Fuel cells, fuel cell stacks, fuel cell systems, and bipolar plates |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6780950B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3087952B1 (en) * | 2018-10-26 | 2021-09-24 | Commissariat Energie Atomique | SOLID OXIDE ELECTROCHEMICAL SYSTEM WITH INTEGRATED HEATING MEDIA |
US20240170693A1 (en) * | 2019-11-12 | 2024-05-23 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel battery stack |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10031062A1 (en) * | 2000-06-26 | 2002-01-17 | Siemens Ag | Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell with heating element, PEM fuel cell system and method for operating a PEM fuel cell system |
JP4313128B2 (en) * | 2003-09-18 | 2009-08-12 | パナソニック株式会社 | POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE SAME |
JP2005293902A (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Toyota Motor Corp | Fuel cell separator and fuel cell |
JP2008300131A (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-11 | Panasonic Corp | Fuel cell stack |
JP2009176609A (en) * | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Toyota Motor Corp | Fuel cell stack and current collector plate used in fuel cell stack |
JP2009212053A (en) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system, estimation device of moisture content in fuel cell, and estimation method of moisture content in fuel cell |
-
2016
- 2016-03-31 JP JP2016073523A patent/JP6780950B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017183252A (en) | 2017-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100699659B1 (en) | Polymer Electrolyte Fuel Cell | |
JP6313281B2 (en) | Current collector components for fuel cells | |
JP4440958B2 (en) | Fuel cell | |
JP5096647B1 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
JP5454301B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP6780950B2 (en) | Fuel cells, fuel cell stacks, fuel cell systems, and bipolar plates | |
JP4599300B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
JP5425092B2 (en) | FUEL CELL, FUEL CELL SYSTEM, AND FUEL CELL OPERATING METHOD | |
US9190691B2 (en) | Fuel cell stack | |
CN106104878B (en) | Fuel cell | |
CN111989810B (en) | Fuel cell | |
WO2006057155A1 (en) | Fuel cell | |
JP6423210B2 (en) | Gas channel structure and fuel cell | |
WO2010109917A1 (en) | Polymer electrolyte fuel cell stack | |
JP2005038845A (en) | Polyelectrolyte fuel cell | |
CN112020786B (en) | Fuel cell | |
JP5183130B2 (en) | Fuel cell | |
JP5136051B2 (en) | Fuel cell | |
JP7345104B1 (en) | compression device | |
CN111937206B (en) | Fuel cell | |
CN111937205B (en) | Fuel cell | |
JP2009187727A (en) | Fuel cell system | |
JP2006210212A (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
JP2013222605A (en) | Separator for fuel cell and fuel cell stack | |
JP2015032489A (en) | Solid oxide fuel cell stack |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181214 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20191030 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191105 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191225 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200310 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200421 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201006 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201015 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6780950 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |