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JPH05242903A - Fuel cell stack body - Google Patents

Fuel cell stack body

Info

Publication number
JPH05242903A
JPH05242903A JP4041215A JP4121592A JPH05242903A JP H05242903 A JPH05242903 A JP H05242903A JP 4041215 A JP4041215 A JP 4041215A JP 4121592 A JP4121592 A JP 4121592A JP H05242903 A JPH05242903 A JP H05242903A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
unit cells
unit
stacks
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
JP4041215A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihiko Takeu
俊彦 竹生
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4041215A priority Critical patent/JPH05242903A/en
Publication of JPH05242903A publication Critical patent/JPH05242903A/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

PURPOSE:To provide a highly practical fuel cell stack body capable of increasing output per unit fuel cell stack body, giving high cell characteristics and compactness, and substantially reducing cost per output by increasing the number of unit cell stacks for the number of cooling plates. CONSTITUTION:A unit cell stack body comprising a plurality of sub-stacks 19 is constituted of cooling plates 8 laid at both upper and lower ends, and inside of a plurality of cells 6. A plurality of the unit cells 6 are stacked between the cooling plates 8 laid at the upper and lower ends of the unit cell stack body, and a structural member including a current collector 9, an insulator 10 and a tightening plate 11 via separators 7, thereby forming an additional cell section 20. Or, the stack number of the unit cells 6 in the sub-stacks 19a at the upper and lower ends of the unit cell stack body is made larger than the stack number of other sub-stacks 19b in the center of the unit cell stack body.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池積層体に係
り、特に、積層構造を改良することにより、燃料電池積
層体一基当たりの出力を増大するための技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly to a technique for improving the output per fuel cell stack by improving the stacking structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、燃料の有している化学的エネルギ
ーを直接電気的エネルギーに変換する装置として、燃料
電池が知られている。この燃料電池は、通常、電解質を
保持したマトリックスを挟んで一対の多孔質電極を配置
すると共に、一方の電極の背面に水素などの燃料ガスを
接触させ、且つ、他方の電極の背面に酸素などの酸化剤
ガスを接触させ、このとき起こる電気化学的反応を利用
して電極間から電気エネルギーを出力する単位セルを、
セパレータを介して複数個積層して構成されるものであ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell has been known as a device for directly converting the chemical energy of fuel into electrical energy. In this fuel cell, usually, a pair of porous electrodes are arranged with a matrix holding an electrolyte in between, a fuel gas such as hydrogen is brought into contact with the back surface of one electrode, and oxygen or the like is put on the back surface of the other electrode. Unit cell that outputs electrical energy from between electrodes by using the electrochemical reaction that occurs when the oxidant gas of
A plurality of layers are laminated with a separator interposed therebetween.

【0003】このような構成を有する燃料電池は、一対
の電極の背面に、燃料ガスと酸化剤ガスが供給されてい
る限り、高い変換効率で電気エネルギーを取り出すこと
ができ、小容量でも発電効率が高いという特徴を有して
おり、近年は、特に、小容量のオンサイト型燃料電池発
電プラントへの需要が急速に高まっている。また、電池
製造技術の進歩により、単位セルサイズが拡大可能とな
っており、燃料電池積層体の積層数は減少傾向にある。
In the fuel cell having such a structure, as long as the fuel gas and the oxidant gas are supplied to the back surfaces of the pair of electrodes, electric energy can be taken out with high conversion efficiency, and power generation efficiency can be achieved even with a small capacity. In particular, the demand for small-sized on-site fuel cell power generation plants is rapidly increasing in recent years. Further, the unit cell size can be expanded by the progress of the cell manufacturing technology, and the number of stacked fuel cell stacks tends to decrease.

【0004】図7は、以上のような燃料電池を構成する
単位セルの一般的な構成を示す模式的斜視図である。す
なわち、図7に示すように、電解質を含浸したマトリッ
クス1を挟んで、アノード電極2とカソード電極3とが
配置されている。この場合、アノード電極2及びカソー
ド電極3は、共に多孔質体によって形成され、そのマト
リックス1に接する面である前面には、共に触媒が塗布
されている。また、アノード電極2及びカソード電極3
の、マトリックス1の反対側に位置する背面には、燃料
ガス流通路4及び酸化剤ガス流通路5が、互いに直交す
る方向に形成されている。そして、以上のようなマトリ
ックス1、アノード電極2、及びカソード電極3によ
り、単位セル6が形成されている。なお、一般に、リン
酸型燃料電池においては、燃料ガスは水素であり、酸化
剤ガスは空気中の酸素である。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a general structure of a unit cell constituting the above fuel cell. That is, as shown in FIG. 7, the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 are arranged with the matrix 1 impregnated with the electrolyte sandwiched therebetween. In this case, the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 are both formed of a porous material, and the front surface, which is the surface in contact with the matrix 1, is coated with the catalyst. In addition, the anode electrode 2 and the cathode electrode 3
A fuel gas flow passage 4 and an oxidant gas flow passage 5 are formed in a direction orthogonal to each other on the back surface located on the opposite side of the matrix 1. A unit cell 6 is formed by the matrix 1, the anode electrode 2, and the cathode electrode 3 as described above. In a phosphoric acid fuel cell, generally, the fuel gas is hydrogen and the oxidant gas is oxygen in the air.

【0005】また、一般に、1枚の単位セルより得られ
る電圧は1V以下と低いため、図8に示すように、多数
枚の単位セル6を、耐熱性及び耐リン酸性のセパレータ
プレート7を介して積層し、単位セル積層体を形成する
ことにより、高電圧を得るように構成している。この場
合、一基の燃料電池を構成する単位セル6の積層枚数
は、例えば、400〜500枚である。
Further, since the voltage obtained from one unit cell is generally as low as 1 V or less, as shown in FIG. 8, a large number of unit cells 6 are connected via a heat-resistant and phosphoric acid-resistant separator plate 7. It is configured to obtain a high voltage by forming the unit cell laminated body by stacking the unit cells. In this case, the number of stacked unit cells 6 forming one fuel cell is, for example, 400 to 500.

【0006】ところで、前記のような、燃料電池の電気
化学反応は、発熱反応であるため、多数枚の単位セル6
を積層した場合、全体の発熱量は著しいものとなる。そ
のため、単位セル6を積層する場合には、一般的に、図
8に示すように、一定枚数の単位セル毎に冷却板8を挿
入し、電気化学反応によって生じる熱を外部に取り出す
ように構成して、温度上昇を防止している。
Incidentally, since the electrochemical reaction of the fuel cell as described above is an exothermic reaction, a large number of unit cells 6
When laminated, the total amount of heat generation becomes significant. Therefore, when stacking the unit cells 6, generally, as shown in FIG. 8, a cooling plate 8 is inserted for every fixed number of unit cells, and the heat generated by the electrochemical reaction is taken out to the outside. The temperature rise is prevented.

【0007】また、前述のような単位セル積層体には、
さらに、図9に示すように、その上下端部に、集電板
9、絶縁板10、締付板11、及び端子12が取り付け
られ、適当な締付け圧によって上下方向から締付けられ
るように構成される。そして、この単位セル積層体の側
面には、電気絶縁性ガスケット13を介して、燃料ガス
及び酸化剤ガスを供給及び排出するための2組の一対の
マニホールド14〜17が、それぞれ対向して配置さ
れ、適当な圧力で締付け固定されることにより、燃料電
池積層体が構成されている。各マニホールド14〜17
には、燃料ガス及び酸化剤ガスを供給及び排出するため
の配管18が接続されている。さらに、このような構成
を有する燃料電池積層体は、図示していない圧力容器内
に収納され、窒素などの絶縁性シールガスを充填される
ことにより、燃料電池として完成される。
Further, the unit cell laminated body as described above has
Further, as shown in FIG. 9, a current collector plate 9, an insulating plate 10, a tightening plate 11, and a terminal 12 are attached to the upper and lower ends thereof, and are configured to be tightened from above and below by an appropriate tightening pressure. It Then, a pair of manifolds 14 to 17 for supplying and discharging the fuel gas and the oxidant gas are arranged to face each other on the side surface of the unit cell laminated body through the electrically insulating gasket 13. Then, the fuel cell stack is constructed by tightening and fixing with an appropriate pressure. Each manifold 14-17
A pipe 18 for supplying and discharging the fuel gas and the oxidant gas is connected to the. Further, the fuel cell stack having such a configuration is housed in a pressure vessel (not shown) and filled with an insulating seal gas such as nitrogen to complete a fuel cell.

【0008】図10は、図9に示すような燃料電池積層
体における従来の積層構造の一例を示す模式的側面図で
ある。すなわち、多数枚の積層単位セル6の上下端部に
冷却板8が配置されると共に、その内部に冷却板8が挿
入されることにより、隣接する2枚の冷却板8の間に、
複数枚の積層単位セル6が挟まれている。このような冷
却板8の間の積層単位セル6は、通常、サブスタック1
9と称されるが、この例では、いずれのサブスタック1
9も、共に6枚の単位セル6で構成されている。そし
て、このようなサブスタック19と冷却板8とを積層し
てなる単位セル積層体の上下端部の冷却板8には、それ
ぞれ、集電板9、絶縁板10、及び締付板11が順次取
り付けられている。
FIG. 10 is a schematic side view showing an example of a conventional laminated structure in a fuel cell laminated body as shown in FIG. That is, the cooling plates 8 are arranged at the upper and lower ends of the plurality of stacked unit cells 6, and the cooling plates 8 are inserted into the inside thereof, so that between the two adjacent cooling plates 8,
A plurality of stacked unit cells 6 are sandwiched. The stacked unit cell 6 between the cooling plates 8 is usually formed by the sub-stack 1
9 but any sub-stack 1 in this example
Both 9 are also composed of 6 unit cells 6. Then, the current collector plate 9, the insulating plate 10, and the tightening plate 11 are respectively provided on the cooling plates 8 at the upper and lower ends of the unit cell stack formed by stacking the sub-stack 19 and the cooling plate 8 as described above. They are installed in sequence.

【0009】ところで、以上のような構成を有する燃料
電池積層体において、その運転温度範囲は極めて限られ
ている。すなわち、代表的なリン酸型燃料電池におい
て、セル電圧は、運転温度上昇により約1mV/cell・
℃上昇することが、文献値及び実験結果から知られてお
り、そのため、リン酸型燃料電池は、約190℃以上で
運転されるのが一般的である。一方、リン酸型燃料電池
において、運転温度が約230℃以上になると、白金触
媒の劣化、リン酸電解質のロス、及び使用材料の劣化が
促進され、電池特性低下、寿命短縮が進行するという欠
点を生じる。このため、リン酸型燃料電池の運転温度範
囲は、約190〜220℃程度に設定されることが一般
的である。
By the way, in the fuel cell stack having the above structure, the operating temperature range is extremely limited. That is, in a typical phosphoric acid fuel cell, the cell voltage is about 1 mV / cell
It is known from literature values and experimental results that the temperature rises by 0 ° C. Therefore, phosphoric acid fuel cells are generally operated at about 190 ° C. or higher. On the other hand, in the phosphoric acid fuel cell, when the operating temperature is about 230 ° C. or higher, the deterioration of the platinum catalyst, the loss of the phosphoric acid electrolyte, and the deterioration of the materials used are promoted, and the deterioration of the cell characteristics and the shortening of the life progress. Cause Therefore, the operating temperature range of the phosphoric acid fuel cell is generally set to about 190 to 220 ° C.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
燃料電池積層体においては、前述のように、その運転温
度範囲が極めて限られているために、サブスタックを構
成する単位セルの積層枚数は、冷却板の冷却能力の制約
を受けて一定枚数に制限されてしまい、その結果とし
て、燃料電池積層体一基当たりの出力を増大できず、電
池特性、コンパクト性、及びコスト性を向上できないと
いう欠点を有している。この点について以下に説明す
る。
However, in the conventional fuel cell stack, since the operating temperature range is extremely limited as described above, the number of unit cells stacked in the sub-stack is It is limited to a certain number due to the cooling capacity of the cooling plate, and as a result, the output per fuel cell stack cannot be increased, and the cell characteristics, compactness, and cost performance cannot be improved. have. This point will be described below.

【0011】まず、図9及び図10に示すような燃料電
池積層体において、単位セルの総数が同一で出力が同一
の場合には、サブスタックを構成する単位セルの積層枚
数が多い程、燃料電池積層体の冷却板の数を減少させ、
電池特性及びコンパクト性を向上し、コストを削減する
ことができる。すなわち、冷却板は、電気抵抗要因とな
る上に、厚さが厚く、値段も高価であるため、冷却板の
数が少ない程、電池特性・コンパクト性・コスト性に関
して有利となる。
First, in the fuel cell stack as shown in FIGS. 9 and 10, when the total number of unit cells is the same and the outputs are the same, the fuel is increased as the number of unit cells forming the sub-stack is increased. Reduce the number of cooling plates in the battery stack,
Battery characteristics and compactness can be improved, and cost can be reduced. That is, since the cooling plate becomes a factor of electric resistance and is thick and expensive, the smaller the number of cooling plates, the more advantageous the battery characteristics, compactness and cost.

【0012】しかしながら、冷却板の冷却能力には制約
があるため、サブスタックを構成する単位セルの積層枚
数を増やし過ぎると、電池温度が前記の適切な運転温度
範囲を越えて上昇してしまう可能性があり、前記のよう
な各種の問題を生じる可能性がある。そのため、前述の
通り、サブスタックを構成する単位セルの積層枚数は、
冷却板の冷却能力の制約を受けて、一定枚数に制限され
ている。従って、一基の燃料電池積層体において、冷却
板の数に対する単位セルの積層数は、自ずと制限される
ことになる。この場合、図10に示した燃料電池積層体
の従来例においては、サブスタックを構成する積層枚数
は、6枚とされている。そして、このように、冷却板の
数に対する単位セルの積層数が制限される結果、従来の
燃料電池積層体は、前述のように、燃料電池積層体一基
当たりの出力を増大できず、電池特性、コンパクト性、
及びコスト性を向上できないという欠点を有している。
However, since the cooling capacity of the cooling plate is limited, if the number of laminated unit cells forming the sub-stack is increased too much, the battery temperature may rise beyond the above-mentioned appropriate operating temperature range. There is a possibility of causing various problems as described above. Therefore, as described above, the number of stacked unit cells forming the sub-stack is
Due to the cooling capacity of the cooling plate, it is limited to a certain number. Therefore, in one fuel cell stack, the number of unit cell stacks with respect to the number of cooling plates is naturally limited. In this case, in the conventional example of the fuel cell stack shown in FIG. 10, the number of stacked sub-stacks is six. As described above, as a result of limiting the number of unit cell stacks with respect to the number of cooling plates, the conventional fuel cell stack cannot increase the output per fuel cell stack as described above, and Characteristics, compactness,
Also, it has a drawback that the cost performance cannot be improved.

【0013】特に、現在、燃料電池のコストダウンの必
要性は高く、同一積層数の燃料電池積層体の出力を1.
5倍に増加するために、技術的に高度で困難な多くの課
題の解決方法が検討されている。仮に、これらの課題が
全て解決され、触媒などの材料、製造プロセスのコスト
が全く増加しなかったと仮定した場合、そのコストダウ
ン効果は約33%である。
In particular, at present, there is a great need to reduce the cost of fuel cells, and the output of a fuel cell stack having the same number of stacks is 1.
In order to increase the number by a factor of 5, solutions to many technically sophisticated and difficult problems are being investigated. If it is assumed that all of these problems have been solved and the costs of materials such as catalysts and manufacturing processes have not increased at all, the cost reduction effect is about 33%.

【0014】本発明は、以上のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、冷
却板の数に対する単位セルの積層数を増やすことによ
り、燃料電池積層体一基当たりの出力を増大可能で、電
池特性及びコンパクト性に優れ、出力当たりのコストを
大幅に削減可能な、実用性の高い燃料電池積層体を提供
することである。
The present invention has been proposed in order to solve the problems of the prior art as described above, and an object thereof is to increase the number of unit cell stacks with respect to the number of cooling plates to provide a fuel cell stack. An object of the present invention is to provide a highly practical fuel cell stack capable of increasing the output per unit, having excellent cell characteristics and compactness, and significantly reducing the cost per output.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池積層体
は、従来の燃料電池積層体における上下端部のサブスタ
ックの温度が、中央部に配置されたサブスタックの温度
に比べて低くなっている点に着目して提案されたもので
ある。
In the fuel cell stack of the present invention, the temperature of the sub-stacks at the upper and lower ends of the conventional fuel cell stack is lower than the temperature of the sub-stack located at the center. It was proposed by paying attention to the point.

【0016】すなわち、図11は、図10に示した従来
の燃料電池積層体をリン酸型燃料電池に適用した場合に
おける各単位セルの温度分布図であり、各単位セルの燃
料ガス流通路4に、図示していない熱電対を挿入して温
度を測定した結果を示している。この図11に示すよう
に、上下端部に配置されたサブスタックの温度は、約1
90〜210℃であるのに対し、中央部に配置されたそ
の他のサブスタックの温度は、約200〜220℃であ
る。従って、上下端部のサブスタックの温度は、中央部
に配置されたサブスタックの温度に比べ、約10℃低く
なっている。この現象は、集電板9、絶縁板10、及び
締付板11などからなる構造材に、上下端部のサブスタ
ックの熱が吸収されることによって生じる現象であり、
従来の燃料電池積層体に共通して見られるものである。
なお、前記の温度差の値は、構造材の仕様による熱伝達
率の差や、運転条件の設計仕様に基づく絶縁性シールガ
スの温度の差などの影響を受けるため、燃料電池積層体
の設計仕様や電池プラント仕様が変わると異なる値とな
るが、いずれにせよ、上下端部のサブスタックの温度
が、中央部に配置されたサブスタックの温度に比べて低
くなる現象が生じるものである。
That is, FIG. 11 is a temperature distribution diagram of each unit cell when the conventional fuel cell stack shown in FIG. 10 is applied to a phosphoric acid fuel cell, and the fuel gas flow passage 4 of each unit cell is shown. The result of measuring the temperature by inserting a thermocouple (not shown) is shown in FIG. As shown in FIG. 11, the temperature of the sub-stacks arranged at the upper and lower ends is about 1
The temperature of the other sub-stacks arranged in the central part is about 200 to 220 ° C, while the temperature is 90 to 210 ° C. Therefore, the temperature of the upper and lower sub-stacks is about 10 ° C. lower than the temperature of the sub-stacks arranged in the central part. This phenomenon is a phenomenon caused by the heat of the sub-stacks at the upper and lower ends being absorbed by the structural material including the collector plate 9, the insulating plate 10, the tightening plate 11, and the like.
It is commonly found in conventional fuel cell stacks.
The temperature difference value is affected by the difference in heat transfer coefficient depending on the specifications of the structural material and the temperature difference of the insulating seal gas based on the design specifications of the operating conditions. If the specifications or the battery plant specifications change, the values will be different, but in any case, the temperature of the sub-stacks at the upper and lower end portions becomes lower than the temperature of the sub-stacks arranged at the central portion.

【0017】そして、以上のような現象を前提として、
まず、請求項1に記載の燃料電池積層体は、単位セル積
層体の上下端部に配置された冷却板と前記構造材との間
に、複数個の単位セルをセパレータを介して積層し、追
加電池部を形成したことを特徴としている。次に、請求
項2に記載の燃料電池積層体は、単位セル積層体の上下
端部に配置されたサブスタックの単位セルの積層数を、
その他の中央部のサブスタックの単位セルの積層数より
も多くしたことを特徴としている。
On the premise of the above phenomenon,
First, in the fuel cell stack according to claim 1, a plurality of unit cells are stacked via a separator between a cooling plate arranged at the upper and lower ends of the unit cell stack and the structural member, It is characterized in that an additional battery portion is formed. Next, in the fuel cell stack according to claim 2, the number of stacked unit cells of the sub-stack arranged at the upper and lower ends of the unit cell stack is
It is characterized in that the number of stacked unit cells is larger than the number of unit cells of the other sub-stacks in the central portion.

【0018】[0018]

【作用】以上のような構成を有する本発明の燃料電池積
層体の作用は次の通りである。すなわち、請求項1の燃
料電池積層体においては、上下端部の冷却板と構造材と
の間に形成した追加電池部の電池温度が、冷却板に挟ま
れた各サブスタックの電池温度と同様の適切な温度レベ
ルとなるように、追加電池部を構成する単位セルの積層
数を調節可能である。従って、電池温度が適切な運転温
度範囲を越えて上昇することによる電池特性の低下及び
電池寿命の短縮などの問題を生じることなく、冷却板の
数に対する単位セルの積層数を増やすことができるた
め、燃料電池積層体一基当たりの電池出力を増加可能で
ある。
The operation of the fuel cell stack of the present invention having the above construction is as follows. That is, in the fuel cell stack according to claim 1, the cell temperature of the additional battery portion formed between the cooling plates at the upper and lower ends and the structural material is the same as the cell temperature of each sub-stack sandwiched between the cooling plates. It is possible to adjust the number of stacked unit cells forming the additional battery unit so that the temperature level becomes appropriate. Therefore, it is possible to increase the number of unit cells stacked with respect to the number of cooling plates without causing problems such as deterioration of battery characteristics and shortening of battery life due to increase in battery temperature exceeding an appropriate operating temperature range. It is possible to increase the cell output per fuel cell stack.

【0019】また、請求項2の燃料電池積層体において
は、上下端部のサブスタックの電池温度が、その他の中
央部のサブスタックの電池温度と同様の適切な温度レベ
ルとなるように、上下端部のサブスタックを構成する単
位セルの積層数を調節可能である。従って、請求項1の
燃料電池積層体と同様に、電池特性の低下及び電池寿命
の短縮などの問題を生じることなく、冷却板の数に対す
る単位セルの積層数を増やすことができるため、燃料電
池積層体一基当たりの電池出力を増加可能である。
Further, in the fuel cell stack according to the second aspect, the cell temperature of the upper and lower sub-stacks is adjusted so that the cell temperature of the sub-stacks of the upper and lower end portions becomes an appropriate temperature level similar to the cell temperature of the other central sub-stacks. It is possible to adjust the number of stacked unit cells forming the edge sub-stack. Therefore, like the fuel cell stack of claim 1, the number of unit cells stacked relative to the number of cooling plates can be increased without causing problems such as deterioration of cell characteristics and shortened battery life. The battery output per laminated body can be increased.

【0020】[0020]

【実施例】以下には、本発明による燃料電池積層体をリ
ン酸型燃料電池に適用してなる幾つかの実施例を、図1
乃至図6を参照して説明する。この場合、図1は、請求
項1の発明に従う燃料電池積層体の一実施例(第1実施
例)における積層構造を示す模式的側面図、図2は、図
1の燃料電池積層体における各単位セルの温度分布図、
図3は、請求項1の発明に従う燃料電池積層体の異なる
実施例(第2実施例)における各単位セルの温度分布
図、図4は、請求項2の発明に従う燃料電池積層体の一
実施例(第3実施例)における積層構造を示す模式的側
面図、図5は、図4の燃料電池積層体における各単位セ
ルの温度分布図、図6は、請求項2の発明に従う燃料電
池積層体の異なる実施例(第4実施例)における各単位
セルの温度分布図である。なお、図7乃至図11に示し
た従来例と同一部分には同一の符号を付して説明は省略
する。
EXAMPLES Some examples in which the fuel cell stack according to the present invention is applied to a phosphoric acid fuel cell will be described below with reference to FIG.
It will be described with reference to FIGS. In this case, FIG. 1 is a schematic side view showing a laminated structure in one embodiment (first embodiment) of the fuel cell laminated body according to the invention of claim 1, and FIG. 2 is each of the fuel cell laminated body of FIG. Unit cell temperature distribution diagram,
FIG. 3 is a temperature distribution diagram of each unit cell in a different embodiment (second embodiment) of the fuel cell stack according to the invention of claim 1, and FIG. 4 is an embodiment of the fuel cell stack according to the invention of claim 2. FIG. 5 is a schematic side view showing a laminated structure in an example (third embodiment), FIG. 5 is a temperature distribution diagram of each unit cell in the fuel cell laminated body of FIG. 4, and FIG. 6 is a fuel cell laminated body according to the invention of claim 2. It is a temperature distribution figure of each unit cell in an example (4th example) from which a body differs. The same parts as those of the conventional example shown in FIGS. 7 to 11 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0021】(1) 請求項1の発明の実施例 図1は、請求項1の発明に従う第1実施例を示す図であ
る。この第1実施例においては、各サブスタック19を
それぞれ6枚の単位セル6で構成すると共に、単位セル
積層体の上下端部の冷却板8と集電板9の間に、それぞ
れ、2枚の単位セル6とセパレータプレート7を積層
し、追加電池部20を形成した。なお、このように構成
した場合、実際には、燃料電池積層体の高さが、上下端
部の追加電池部20を構成する単位セル6及びセパレー
タプレート7の分だけ、数ミリメートル高くなるが、こ
のような若干の高さの変更に対しては、構造材の寸法変
更の必要はない。
(1) Embodiment of the Invention of Claim 1 FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment according to the invention of claim 1. In this first embodiment, each sub-stack 19 is composed of six unit cells 6, and two sheets are provided between the cooling plate 8 and the current collector plate 9 at the upper and lower ends of the unit cell stack. The additional cell unit 20 was formed by stacking the unit cell 6 and the separator plate 7 of FIG. In addition, in the case of such a configuration, the height of the fuel cell stack is actually increased by several millimeters by the amount of the unit cells 6 and the separator plate 7 constituting the additional battery section 20 at the upper and lower ends, It is not necessary to change the dimension of the structural material for such a slight height change.

【0022】以上のような構成を有する本実施例の燃料
電池積層体において、各単位セル6の燃料ガス流通路4
に、図示していない熱電対を挿入して温度を測定した結
果、図2に示すような結果が得られた。この図2におい
て、冷却板8に挟まれた各サブスタック19の電池温度
は、上下端部のサブスタック19も含めて、約200〜
220℃であり、上下端部に追加した追加電池部20の
電池温度も、同様に、約200〜220℃である。すな
わち、上下端部に追加した追加電池部20の片側には、
冷却板8が配置されていないが、この追加電池部20の
熱は、これに隣接する集電板9、絶縁板10、及び締付
板11などからなる構造材に吸収されるため、その結果
として、全体の電池温度が約200〜220℃の同レベ
ルとなる。この温度は、リン酸型燃料電池の適正な運転
温度範囲である約190〜220℃内である。
In the fuel cell stack of the present embodiment having the above structure, the fuel gas flow passage 4 of each unit cell 6
As a result of inserting a thermocouple (not shown) and measuring the temperature, the results shown in FIG. 2 were obtained. In FIG. 2, the battery temperature of each of the sub-stacks 19 sandwiched between the cooling plates 8 is about 200 including the upper and lower sub-stacks 19.
It is 220 ° C., and the battery temperature of the additional battery part 20 added to the upper and lower ends is also about 200 to 220 ° C. That is, on one side of the additional battery unit 20 added to the upper and lower ends,
Although the cooling plate 8 is not arranged, the heat of the additional battery section 20 is absorbed by the structural material including the current collector plate 9, the insulating plate 10, the tightening plate 11 and the like adjacent to the cooling plate 8, and as a result, As a result, the entire battery temperature is about the same level of 200 to 220 ° C. This temperature is within a proper operating temperature range of the phosphoric acid fuel cell, which is within about 190 to 220 ° C.

【0023】従って、本実施例においては、冷却板の数
を増やすことなく、電池温度を適正な温度範囲内に保持
しながら、燃料電池積層体の単位セルの積層数を、上下
端部で合計4枚増加し、燃料電池積層体一基当たりの出
力を増大することが可能である。そしてまた、冷却板の
数を増やさない分だけ、電池特性及びコンパクト性に優
れており、出力当たりのコストを大幅に削減可能であ
る。以下には、単位セルの積層数の増加によるコストダ
ウン効果に関し、より具体的に、本実施例の燃料電池積
層体をオンサイト型に適用した場合について、50kW
オンサイト型燃料電池積層体と比較して説明する。
Therefore, in this embodiment, the number of unit cells of the fuel cell stack is summed at the upper and lower ends while maintaining the cell temperature within an appropriate temperature range without increasing the number of cooling plates. It is possible to increase the number of sheets by four to increase the output per fuel cell stack. Further, since the number of cooling plates is not increased, the battery characteristics and compactness are excellent, and the cost per output can be significantly reduced. The cost reduction effect due to the increase in the number of unit cell stacks will be described below. More specifically, when the fuel cell stack of the present example is applied to the on-site type, 50 kW is obtained.
Description will be made in comparison with the on-site fuel cell stack.

【0024】すなわち、一般に、50kWオンサイト型
燃料電池積層体は、図10の従来例と同様に、6枚の単
位セルからなるサブスタック19が6個積層され、全体
で36枚の単位セルが積層されている。これに対して、
本実施例のオンサイト型燃料電池積層体では、図1に示
すように、単位セル積層体の上下端部に、2枚の単位セ
ルがそれぞれ追加され、全体では、40枚の単位セルが
積層されることになる。
That is, in general, in the 50 kW on-site type fuel cell stack, as in the conventional example of FIG. 10, six sub-stacks 19 each composed of six unit cells are stacked, and a total of 36 unit cells are formed. It is stacked. On the contrary,
In the on-site fuel cell stack of the present embodiment, as shown in FIG. 1, two unit cells are added to the upper and lower ends of the unit cell stack, and 40 unit cells are stacked as a whole. Will be done.

【0025】ここで、50kWオンサイト型燃料電池積
層体のセル電圧を、A[V/cell]、電流を、B[A]
とすると、電池出力は、36AB[W]である。また、
本実施例のオンサイト型燃料電池積層体の電池出力は、
40AB[W]である。従って、50kWオンサイト型
と本実施例の電池出力の比は、 40AB/36AB=1.1111… となる。
Here, the cell voltage of the 50 kW on-site type fuel cell stack is A [V / cell], and the current is B [A].
Then, the battery output is 36 AB [W]. Also,
The cell output of the on-site fuel cell stack of this example is
40 AB [W]. Therefore, the ratio of the battery output of the 50 kW on-site type to that of the present example is 40 AB / 36 AB = 1.1111.

【0026】そして、50kWオンサイト型のコストを
Cとすると、単位セル1枚のコストは、Cの0.05〜
0.1%であるから、本実施例のコストは、1.002
C〜1.004Cである。従って、本実施例の電池出力
当たりのコストは、 (1.002C〜1.004C)/1.111 =0.902C〜0.904C となる。すなわち、本実施例によれば、50kWオンサ
イト型に比べて9.6〜9.8%という大幅なコストダ
ウンを実現できる。
When the cost of the 50 kW on-site type is C, the cost of one unit cell is 0.05 to C.
Since it is 0.1%, the cost of this embodiment is 1.002.
It is C to 1.004C. Therefore, the cost per battery output of this example is (1.002C to 1.004C) /1.111 = 0.902C to 0.904C. That is, according to the present embodiment, a significant cost reduction of 9.6 to 9.8% can be realized as compared with the 50 kW on-site type.

【0027】以上のように、本実施例は、構成が簡単で
あるにも拘らず、今後大きな需要が見込まれるオンサイ
ト型などの積層数の少ない燃料電池積層体において、大
幅なコストダウンが可能であるなど、極めて有効であ
り、また、小容量の燃料電池積層体を複数個接続して高
出力を得る設計の燃料電池発電設備にも有効である。
As described above, in the present embodiment, although the structure is simple, it is possible to greatly reduce the cost in the fuel cell stack having a small number of stacks such as on-site type, which is expected to have a great demand in the future. Is also very effective, and is also effective for a fuel cell power generation facility designed to obtain a high output by connecting a plurality of small capacity fuel cell stacks.

【0028】次に、請求項1の発明に従う第2実施例に
ついて説明する。第2実施例においては、図示していな
いが、前記第1実施例と同様に、各サブスタック19を
それぞれ6枚の単位セル6で構成すると共に、単位セル
積層体の上下端部の冷却板8と集電板9の間に、それぞ
れ、3枚の単位セル6とセパレータプレート7を積層
し、追加電池部20を形成した。なお、本実施例におい
ても、前記第1実施例と同様に、実際には、燃料電池積
層体の高さが、上下端部の追加電池部20を構成する単
位セル6及びセパレータプレート7の分だけ、数ミリメ
ートル高くなるが、同様に、構造材の寸法変更の必要は
ない。
Next, a second embodiment according to the invention of claim 1 will be described. In the second embodiment, although not shown, each sub-stack 19 is composed of six unit cells 6 as in the first embodiment, and the cooling plates at the upper and lower ends of the unit cell stack are formed. Three unit cells 6 and a separator plate 7 were stacked between the battery 8 and the current collector plate 9 to form an additional battery unit 20. Note that, also in this embodiment, as in the case of the first embodiment, in actuality, the height of the fuel cell stack is equal to that of the unit cells 6 and the separator plate 7 constituting the additional battery section 20 at the upper and lower ends. Just a few millimeters higher, but similarly, no structural material resize is necessary.

【0029】以上のような構成を有する本実施例の燃料
電池積層体において、前記第1実施例と同様に、各単位
セル6の温度を測定した結果、図3に示すような結果が
得られた。すなわち、本実施例においても、冷却板8に
挟まれた全てのサブスタック19の電池温度のレベル
と、上下端部に追加した追加電池部20の電池温度のレ
ベルとを、約200〜220℃の同レベルとすることが
でき、この温度は、適正な運転温度範囲内である。
In the fuel cell stack of this embodiment having the above structure, the temperature of each unit cell 6 was measured in the same manner as in the first embodiment, and the result shown in FIG. 3 was obtained. It was That is, also in this embodiment, the battery temperature levels of all the sub-stacks 19 sandwiched between the cooling plates 8 and the battery temperature levels of the additional battery parts 20 added to the upper and lower ends are set to about 200 to 220 ° C. , Which is within the proper operating temperature range.

【0030】従って、本実施例においては、冷却板の数
を増やすことなく、電池温度を適正な温度範囲内に保持
しながら、燃料電池積層体の単位セルの積層数を、上下
端部で合計6枚増加し、燃料電池積層体一基当たりの出
力を第1実施例よりもさらに増大することが可能であ
る。そしてまた、冷却板の数を増やさない分だけ、電池
特性及びコンパクト性に優れており、出力当たりのコス
トを大幅に削減可能である。
Therefore, in this embodiment, the number of unit cells stacked in the fuel cell stack is summed at the upper and lower ends while maintaining the battery temperature within an appropriate temperature range without increasing the number of cooling plates. By increasing the number of sheets by 6, the output per fuel cell stack can be further increased as compared with the first embodiment. Further, since the number of cooling plates is not increased, the battery characteristics and compactness are excellent, and the cost per output can be significantly reduced.

【0031】以下には、単位セルの積層数の増加による
コストダウン効果に関し、より具体的に、本実施例の燃
料電池積層体をオンサイト型に適用した場合について、
50kWオンサイト型燃料電池積層体と比較して説明す
る。すなわち、前記第1実施例と同じ要領で、50kW
オンサイト型燃料電池積層体のセル電圧を、A[V/ce
ll]、電流を、B[A]とすると、50kWオンサイト
型と本実施例の電池出力の比は、 42AB/36AB=1.1666… である。そして、50kWオンサイト型のコストをCと
すると、本実施例のコストは、1.003C〜1.00
6Cであるため、本実施例の電池出力当たりのコスト
は、 (1.003C〜1.006C)/1.167 =0.859C〜0.862C となる。従って、本実施例によれば、50kWオンサイ
ト型に比べて13.8〜14.1%の大幅なコストダウ
ンを実現できる。
Regarding the cost reduction effect due to the increase in the number of unit cell stacks, more specifically, in the case where the fuel cell stack of the present embodiment is applied to the on-site type,
Description will be made in comparison with the 50 kW on-site fuel cell stack. That is, in the same manner as the first embodiment, 50 kW
The cell voltage of the on-site fuel cell stack is A [V / ce
ll], and the current is B [A], the ratio of the battery outputs of the 50 kW on-site type and this example is 42AB / 36AB = 1.1666 ... When the cost of the 50 kW on-site type is C, the cost of this embodiment is 1.003C to 1.00.
Since it is 6C, the cost per battery output of the present embodiment is (1.003C to 1.006C) /1.167 = 0.859C to 0.862C. Therefore, according to this example, a significant cost reduction of 13.8 to 14.1% can be realized as compared with the 50 kW on-site type.

【0032】以上のように、本実施例は、構成が簡単で
あるにも拘らず、今後大きな需要が見込まれるオンサイ
ト型などの積層数の少ない燃料電池積層体において、前
記第1実施例よりもさらに大幅なコストダウンが可能で
あるなど、極めて有効であり、また、小容量の燃料電池
積層体を複数個接続して高出力を得る設計の燃料電池発
電設備にも有効である。
As described above, the present embodiment is different from the first embodiment in a fuel cell stack having a small number of stacks such as an on-site type, which is expected to have a great demand in the future, although the structure is simple. It is also extremely effective in that the cost can be drastically reduced, and is also effective in a fuel cell power generation facility designed to obtain a high output by connecting a plurality of small-capacity fuel cell stacks.

【0033】なお、以上のような第2実施例では、上下
端部の冷却板8と構造材との間の単位セル数が増加する
ため、熱抵抗が増加する。この場合、燃料電池昇温は、
冷却板内を流れる温水を熱媒体としているため、構造材
の昇温時間が長くなる。
In the second embodiment as described above, the number of unit cells between the cooling plates 8 at the upper and lower ends and the structural material is increased, so that the thermal resistance is increased. In this case, the fuel cell temperature rise is
Since the hot water flowing in the cooling plate is used as the heat medium, the temperature rising time of the structural material becomes long.

【0034】(2) 請求項2の発明の実施例 図4は、請求項2の発明に従う第3実施例を示す図であ
る。この第3実施例においては、単位セル積層体の上下
端部のサブスタック19aをそれぞれ7枚の単位セル6
で構成し、その他の中央部のサブスタック19bをそれ
ぞれ6枚の単位セル6で構成した。具体的には、燃料電
池積層工程において、上下端部のサブスタック19aの
み、7枚の単位セルを積層することになる。この場合に
も、前記各実施例と同様に、実際には、燃料電池積層体
全体の高さが、上下端部のサブスタック19aに追加し
た単位セル6及びセパレータプレート7の分だけ、数ミ
リメートル高くなるが、前記各実施例と同様に、構造材
の寸法変更の必要はない。
(2) Embodiment of Invention of Claim 2 FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment according to the invention of Claim 2. In the third embodiment, each of the sub-stacks 19a at the upper and lower ends of the unit cell stack has seven unit cells 6 respectively.
And the other central sub-stacks 19b are each composed of six unit cells 6. Specifically, in the fuel cell stacking process, seven unit cells are stacked only in the upper and lower sub-stacks 19a. Also in this case, the height of the entire fuel cell stack is actually several millimeters as much as the unit cells 6 and the separator plates 7 added to the sub-stacks 19a at the upper and lower ends, as in the above-described embodiments. Although it becomes higher, it is not necessary to change the dimensions of the structural material as in the above-mentioned embodiments.

【0035】以上のような構成を有する本実施例の燃料
電池積層体において、前記各実施例と同様に、各単位セ
ル6の温度を測定した結果、図5に示すような結果が得
られた。すなわち、本実施例においては、上下端部のサ
ブスタック19aの電池温度のレベルと、その他の中央
部のサブスタック19bの電池温度のレベルとを、約2
00〜220℃の同レベルとすることができ、この温度
は、適正な運転温度範囲内である。
In the fuel cell stack of this embodiment having the above-mentioned structure, the temperature of each unit cell 6 was measured in the same manner as in each of the above embodiments, and the result shown in FIG. 5 was obtained. .. That is, in the present embodiment, the battery temperature level of the upper and lower end sub-stacks 19a and the battery temperature level of the other central sub-stacks 19b are about 2
The same level of 00 to 220 ° C. can be used, and this temperature is within a proper operating temperature range.

【0036】従って、本実施例においては、冷却板の数
を増やすことなく、電池温度を適正な温度範囲内に保持
しながら、燃料電池積層体の単位セルの積層数を、上下
端部のサブスタックで合計2枚増加し、燃料電池積層体
一基当たりの出力を増大することが可能である。そして
また、冷却板の数を増やさない分だけ、電池特性及びコ
ンパクト性に優れており、出力当たりのコストを大幅に
削減可能である。
Therefore, in this embodiment, the number of unit cells in the fuel cell stack is set to the number of subcells in the upper and lower end portions while maintaining the cell temperature within an appropriate temperature range without increasing the number of cooling plates. It is possible to increase the total number of sheets by two in the stack and increase the output per fuel cell stack. Further, since the number of cooling plates is not increased, the battery characteristics and compactness are excellent, and the cost per output can be significantly reduced.

【0037】以下には、単位セルの積層数の増加による
コストダウン効果に関し、より具体的に、本実施例の燃
料電池積層体をオンサイト型に適用した場合について、
50kWオンサイト型燃料電池積層体と比較して説明す
る。すなわち、前記各実施例と同じ要領で、50kWオ
ンサイト型燃料電池積層体のセル電圧を、A[V/cel
l]、電流を、B[A]とすると、50kWオンサイト
型の電池出力は、前述の通り、36AB[W]であり、
本実施例の電池出力は、38AB[W]である。より厳
密には、上下端部のサブスタック20を構成する合計1
4枚の単位セルの温度が約10℃上昇するため、セル電
圧は、(A+0.01)[V/cell]となる。従って、
本実施例の電池出力は、厳密には、{24AB+14
(A+0.01)B}[W]である。この結果、50k
Wオンサイト型と本実施例の電池出力の比は、 {24AB+14(A+0.01)B}/36AB となる。この場合、セル電圧A=0.6[V/cell]と
すると、電池出力比は、1.062となる。そして、5
0kWオンサイト型のコストをCとすると、本実施例の
コストは、1.001C〜1.002Cであるため、本
実施例の電池出力当たりのコストは、 (1.001C〜1.002C)/1.062 =0.943C〜0.944C となる。従って、本実施例によれば、50kWオンサイ
ト型に比べて5.6〜5.7%の大幅なコストダウンを
実現できる。
Regarding the cost reduction effect due to the increase in the number of unit cell stacks, more specifically, in the case where the fuel cell stack of the present embodiment is applied to the on-site type,
Description will be made in comparison with the 50 kW on-site fuel cell stack. That is, the cell voltage of the 50 kW on-site type fuel cell stack was set to A [V / cel in the same manner as in each of the above Examples.
l] and the current is B [A], the 50 kW on-site battery output is 36 AB [W] as described above,
The battery output of this embodiment is 38 AB [W]. More strictly speaking, the total of 1s forming the upper and lower sub-stacks 20
Since the temperature of the four unit cells rises by about 10 ° C., the cell voltage becomes (A + 0.01) [V / cell]. Therefore,
Strictly speaking, the battery output of this embodiment is {24AB + 14.
(A + 0.01) B} [W]. As a result, 50k
The ratio of the battery output of the W on-site type and the battery output of this example is {24AB + 14 (A + 0.01) B} / 36AB. In this case, when the cell voltage A = 0.6 [V / cell], the battery output ratio is 1.062. And 5
Assuming that the cost of the 0 kW on-site type is C, the cost of this embodiment is 1.001C to 1.002C, and therefore the cost per battery output of this embodiment is (1.001C to 1.002C) / 1.062 = 0.943C to 0.944C. Therefore, according to this example, a significant cost reduction of 5.6 to 5.7% can be realized as compared with the 50 kW on-site type.

【0038】以上のように、本実施例は、構成が簡単で
あるにも拘らず、今後大きな需要が見込まれるオンサイ
ト型などの積層数の少ない燃料電池積層体において、大
幅なコストダウンが可能であるなど、極めて有効であ
り、また、小容量の燃料電池積層体を複数個接続して高
出力を得る設計の燃料電池発電設備にも有効である。
As described above, in the present embodiment, although the structure is simple, it is possible to greatly reduce the cost in the fuel cell stack having a small number of stacks such as on-site type, which is expected to have a great demand in the future. Is also very effective, and is also effective for a fuel cell power generation facility designed to obtain a high output by connecting a plurality of small capacity fuel cell stacks.

【0039】次に、請求項2の発明に従う第4実施例に
ついて説明する。第4実施例においては、図示していな
いが、単位セル積層体の上下端部のサブスタック19a
をそれぞれ8枚の単位セル6で構成し、その他の中央部
のサブスタック19bをそれぞれ6枚の単位セル6で構
成した。具体的には、燃料電池積層工程において、上下
端部のサブスタック19aのみ、8枚の単位セルを積層
することになる。この場合にも、前記各実施例と同様
に、実際には、燃料電池積層体全体の高さが、上下端部
のサブスタック19aに追加した単位セル6及びセパレ
ータプレート7の分だけ、数ミリメートル高くなるが、
前記各実施例と同様に、構造材の寸法変更の必要はな
い。
Next, a fourth embodiment according to the invention of claim 2 will be described. In the fourth embodiment, although not shown, the sub-stacks 19a at the upper and lower ends of the unit cell stack are formed.
And each of the other sub-stacks 19b in the central portion were each composed of 6 unit cells 6. Specifically, in the fuel cell stacking process, eight unit cells are stacked only in the upper and lower sub-stacks 19a. Also in this case, the height of the entire fuel cell stack is actually several millimeters as much as the unit cells 6 and the separator plates 7 added to the sub-stacks 19a at the upper and lower ends, as in the above-described embodiments. It will be higher,
As in the above-mentioned embodiments, it is not necessary to change the dimensions of the structural material.

【0040】以上のような構成を有する本実施例の燃料
電池積層体において、前記各実施例と同様に、各単位セ
ル6の温度を測定した結果、図6に示すような結果が得
られた。すなわち、本実施例においては、中央部のサブ
スタック19bの電池温度のレベルは、前記第3実施例
と同様に、約200〜220℃のレベルである反面、上
下端部のサブスタック19aの電池温度のレベルは、前
記第3実施例よりも高くなり、最高温度が約225℃と
高くなった。この場合、リン酸型燃料電池の運転温度の
限界点である230℃に対するマージンは減少するが、
急激な負荷上昇などの電池温度が過渡的に上昇し易い運
転方法を避ければ、運転可能である。
In the fuel cell stack of this embodiment having the above-mentioned structure, the temperature of each unit cell 6 was measured in the same manner as in each of the above embodiments, and the result shown in FIG. 6 was obtained. .. That is, in this embodiment, the battery temperature level of the central sub-stack 19b is about 200 to 220 ° C. as in the third embodiment, while the battery temperature of the upper and lower sub-stacks 19a is lower. The temperature level was higher than that of the third embodiment, and the maximum temperature was as high as about 225 ° C. In this case, the margin for 230 ° C., which is the operating temperature limit of the phosphoric acid fuel cell, decreases,
Operation is possible by avoiding an operating method in which the battery temperature is likely to transiently increase, such as a sudden load increase.

【0041】従って、本実施例においても、冷却板の数
を増やすことなく、電池温度を適正な温度範囲内に保持
しながら、燃料電池積層体の単位セルの積層数を、上下
端部のサブスタックで合計4枚増加し、燃料電池積層体
一基当たりの出力を第3実施例よりもさらに増大するこ
とが可能である。そしてまた、冷却板の数を増やさない
分だけ、電池特性及びコンパクト性に優れており、出力
当たりのコストを大幅に削減可能である。
Therefore, also in the present embodiment, the number of unit cells stacked in the fuel cell stack is set to the number of subcells at the upper and lower ends while maintaining the battery temperature within an appropriate temperature range without increasing the number of cooling plates. It is possible to increase the total number of sheets by four in the stack, and further increase the output per fuel cell stack as compared with the third embodiment. Further, since the number of cooling plates is not increased, the battery characteristics and compactness are excellent, and the cost per output can be significantly reduced.

【0042】以下には、単位セルの積層数の増加による
コストダウン効果に関し、より具体的に、本実施例の燃
料電池積層体をオンサイト型に適用した場合について、
50kWオンサイト型燃料電池積層体と比較して説明す
る。すなわち、前記各実施例と同じ要領で、50kWオ
ンサイト型と本実施例のコスト比を求めれば、本実施例
により、10〜11%の大幅なコストダウンを実現でき
ることが分かる。
The cost reduction effect by increasing the number of unit cell stacks will be described below. More specifically, the case where the fuel cell stack of the present embodiment is applied to an on-site type will be described.
Description will be made in comparison with the 50 kW on-site fuel cell stack. That is, if the cost ratio between the 50 kW on-site type and this example is obtained in the same manner as in each of the above examples, it can be seen that a substantial cost reduction of 10 to 11% can be realized by this example.

【0043】(3) 他の実施例 なお、本発明は、前記各実施例に限定されるものではな
く、オンサイト型以外の各種の燃料電池にも同様に適用
可能であり、例えば、単位セル積層体の上下端部におけ
る構造材との間に積層され、あるいは上下端部のサブス
タックに追加される単位セルの具体的な積層数は、燃料
電池の具体的な設計仕様に応じて適宜選択される。
(3) Other Embodiments The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be similarly applied to various fuel cells other than the on-site type, for example, a unit cell. The specific number of unit cells to be stacked between the upper and lower end portions of the stack and the structural material or added to the upper and lower end sub-stacks is appropriately selected according to the specific design specifications of the fuel cell. To be done.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、単位セル積層体の上下端部における構造材との間に
複数個の単位セルを積層するか、あるいは上下端部のサ
ブスタックの単位セルの積層数を他のサブスタックより
も多くすることにより、冷却板の数に対する単位セルの
積層数を増やすことができるため、従来技術に比べて、
燃料電池積層体一基当たりの出力を増大可能で、電池特
性及びコンパクト性に優れ、出力当たりのコストを大幅
に削減可能な、実用性の高い燃料電池積層体を提供する
ことができる。
As described above, according to the present invention, a plurality of unit cells are stacked between the unit cell laminated body and the structural material at the upper and lower end portions, or the unit of the sub-stack at the upper and lower end portions is formed. By increasing the number of stacked cells than other sub-stacks, it is possible to increase the number of stacked unit cells with respect to the number of cooling plates.
It is possible to provide a highly practical fuel cell stack capable of increasing the output per fuel cell stack, excellent in cell characteristics and compactness, and capable of significantly reducing the cost per output.

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

【図1】請求項1の発明に従う燃料電池積層体の一実施
例(第1実施例)における積層構造を示す模式的側面
図。
FIG. 1 is a schematic side view showing a laminated structure in an embodiment (first embodiment) of a fuel cell stack according to the invention of claim 1.

【図2】図1の燃料電池積層体における各単位セルの温
度分布図。
2 is a temperature distribution diagram of each unit cell in the fuel cell stack of FIG.

【図3】請求項1の発明に従う燃料電池積層体の異なる
実施例(第2実施例)における各単位セルの温度分布
図。
FIG. 3 is a temperature distribution diagram of each unit cell in a different embodiment (second embodiment) of the fuel cell stack according to the invention of claim 1.

【図4】請求項2の発明に従う燃料電池積層体の一実施
例(第3実施例)における積層構造を示す模式的側面
図。
FIG. 4 is a schematic side view showing a laminated structure in one embodiment (third embodiment) of the fuel cell stack according to the invention of claim 2.

【図5】図4の燃料電池積層体における各単位セルの温
度分布図。
5 is a temperature distribution diagram of each unit cell in the fuel cell stack of FIG.

【図6】請求項2の発明に従う燃料電池積層体の異なる
実施例(第4実施例)における各単位セルの温度分布
図。
FIG. 6 is a temperature distribution diagram of each unit cell in a different embodiment (fourth embodiment) of the fuel cell stack according to the invention of claim 2.

【図7】燃料電池を構成する単位セルの一般的な構成を
示す斜視図。
FIG. 7 is a perspective view showing a general configuration of a unit cell that constitutes a fuel cell.

【図8】図7に示す単位セルを複数個積層してなる単位
セル積層体の一般的な構成を示す分解斜視図。
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a general configuration of a unit cell laminated body in which a plurality of unit cells shown in FIG. 7 are laminated.

【図9】一般的な燃料電池積層体の構成を示す分解斜視
図。
FIG. 9 is an exploded perspective view showing the configuration of a general fuel cell stack.

【図10】従来の燃料電池積層体における積層構造の一
例を示す模式的側面図。
FIG. 10 is a schematic side view showing an example of a laminated structure in a conventional fuel cell stack.

【図11】図10の燃料電池積層体における各単位セル
の温度分布図。
11 is a temperature distribution diagram of each unit cell in the fuel cell stack of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…マトリックス 2…アノード電極 3…カソード電極 4…燃料ガス流通路 5…酸化剤ガス流通路 6…単位セル 7…セパレータプレート 8…冷却板 9…集電板 10…絶縁板 11…締付板 12…端子 13…電気絶縁性ガスケット 14〜17…マニホールド 18…配管 19,19a,19b…サブスタック 20…追加電池部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Matrix 2 ... Anode electrode 3 ... Cathode electrode 4 ... Fuel gas flow passage 5 ... Oxidant gas flow passage 6 ... Unit cell 7 ... Separator plate 8 ... Cooling plate 9 ... Current collecting plate 10 ... Insulating plate 11 ... Tightening plate 12 ... Terminal 13 ... Electrically insulating gasket 14-17 ... Manifold 18 ... Piping 19, 19a, 19b ... Sub-stack 20 ... Additional battery part

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マトリックスに電解質を含浸した電解質
層を挟んで一対の電極を配置してなり、一方の電極に燃
料ガスが流通し、他方の電極に酸化剤ガスが流通してい
る条件下で電気エネルギーを出力する単位セルを、セパ
レータを介して複数個積層すると共に、この複数個の積
層単位セルの上下端部に冷却板を配置し、且つ、その内
部に冷却板を挿入して、隣接する冷却板の間に複数個の
積層単位セルをサブスタックとして挟む形の単位セル積
層体を構成し、さらに、この単位セル積層体の上下端部
に、集電板、絶縁板、及び締付板を含む構造材を取り付
けて構成した燃料電池積層体において、 前記単位セル積層体の上下端部に配置された冷却板と前
記構造材との間に、複数個の単位セルをセパレータを介
して積層し、追加電池部を形成したことを特徴とする燃
料電池積層体。
1. A pair of electrodes are arranged with an electrolyte layer impregnated with a matrix sandwiched between them. Under the condition that a fuel gas flows through one electrode and an oxidant gas flows through the other electrode. A plurality of unit cells that output electric energy are stacked with a separator interposed therebetween, cooling plates are arranged at the upper and lower ends of the plurality of stacked unit cells, and cooling plates are inserted into the unit cells so that they are adjacent to each other. A unit cell laminated body in which a plurality of laminated unit cells are sandwiched as a sub-stack between cooling plates is formed, and a current collector plate, an insulating plate, and a tightening plate are further provided at the upper and lower ends of the unit cell laminated body. In a fuel cell stack including a structural member including the structure, a plurality of unit cells are stacked with a separator interposed between a cooling plate arranged at the upper and lower ends of the unit cell stack and the structural member. Forming an additional battery part Fuel cell stack, characterized in that.
【請求項2】 マトリックスに電解質を含浸した電解質
層を挟んで一対の電極を配置してなり、一方の電極に燃
料ガスが流通し、他方の電極に酸化剤ガスが流通してい
る条件下で電気エネルギーを出力する単位セルを、セパ
レータを介して複数個積層すると共に、この複数個の積
層単位セルの上下端部に冷却板を配置し、且つ、その内
部に冷却板を挿入して、隣接する冷却板の間に複数個の
積層単位セルをサブスタックとして挟む形の単位セル積
層体を構成し、さらに、この単位セル積層体の上下端部
に、集電板、絶縁板、及び締付板を含む構造材を取り付
けて構成した燃料電池積層体において、 前記単位セル積層体の上下端部に配置されたサブスタッ
クの単位セルの積層数を、その他の中央部のサブスタッ
クの単位セルの積層数よりも多くしたことを特徴とする
燃料電池積層体。
2. A matrix is provided with a pair of electrodes sandwiching an electrolyte layer impregnated with an electrolyte, and a fuel gas flows through one electrode and an oxidant gas flows through the other electrode. A plurality of unit cells that output electric energy are stacked with a separator interposed therebetween, cooling plates are arranged at the upper and lower ends of the plurality of stacked unit cells, and cooling plates are inserted into the unit cells so that they are adjacent to each other. A unit cell laminated body in which a plurality of laminated unit cells are sandwiched as a sub-stack between cooling plates is formed, and a current collector plate, an insulating plate, and a tightening plate are further provided at the upper and lower ends of the unit cell laminated body. In a fuel cell stack formed by attaching a structural material including, the number of stacks of unit cells of the sub-stacks arranged at the upper and lower ends of the unit cell stack, the number of stacks of unit cells of the other sub-stacks in the center More than Fuel cell stack, characterized in that the.
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Cited By (4)

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