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公開番号2025024443
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-20
出願番号2023128551
出願日2023-08-07
発明の名称燃料電池セルスタック
出願人トヨタ紡織株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 8/0263 20160101AFI20250213BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池セルにおける冷却媒体による冷却効果のばらつきを低減できる燃料電池セルスタックを提供する。
【解決手段】燃料電池セルスタック13は、発電部と、発電部を挟む第1セパレータ及び第2セパレータとを有した燃料電池セル12を複数積層する。第1セパレータは、第1流路30を酸化剤ガスの流れ方向が複数回反転する蛇行状の流路である。第2セパレータは、第2流路33を燃料ガスの流れ方向が複数回反転する蛇行状の流路である。隣り合う燃料電池セル12のうちの一方の第1セパレータと他方の第2セパレータとの間には、冷却媒体が流通する冷却媒体流通領域34が形成される。両流路30,33における一般部分36,39は、波状をなす波状部37,40になっている。両流路30,33の反転部分35,38は、冷却媒体流通領域34における反転部分35,38と対応する領域を流通する冷却媒体の流通抵抗が大きくなるように延びている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
発電部と、前記発電部を挟む第１セパレータ及び第２セパレータと、を有した板状の燃料電池セルを複数積層して形成された燃料電池セルスタックであって、
前記燃料電池セルは、第１方向における一方側の端部に燃料ガスが供給される燃料ガス供給孔及び酸化剤ガスが排出される酸化剤ガス排出孔が形成されるとともに他方側の端部に前記燃料ガスが排出される燃料ガス排出孔及び前記酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス供給孔が形成され、または、前記第１方向における一方側の端部に前記燃料ガス供給孔及び前記酸化剤ガス供給孔が形成されるとともに他方側の端部に前記燃料ガス排出孔及び前記酸化剤ガス排出孔が形成され、且つ前記第１方向と直交する第２方向における一方側の端部に冷却媒体が供給される冷却媒体供給孔が形成されるとともに他方側の端部に前記冷却媒体が排出される冷却媒体排出孔が形成され、
前記第１セパレータは、前記酸化剤ガス供給孔から前記酸化剤ガス排出孔に至る間に前記発電部の一方側の面に前記酸化剤ガスを供給する複数の第１流路を、前記酸化剤ガスの流れ方向が複数回反転する蛇行状の流路として形成する表裏一体の凹凸を有し、
前記第２セパレータは、前記燃料ガス供給孔から前記燃料ガス排出孔に至る間に前記発電部の他方側の面に前記燃料ガスを供給する複数の第２流路を、前記燃料ガスの流れ方向が複数回反転する蛇行状の流路として形成する表裏一体の凹凸を有し、
積層方向で隣接する２つの前記燃料電池セルのうちの一方の前記第１セパレータと他方の前記第２セパレータとの間には、前記冷却媒体供給孔側から前記冷却媒体排出孔側に向かって前記冷却媒体が流通する冷却媒体流通領域が形成され、
複数の前記第１流路及び複数の前記第２流路のうちの少なくとも一方における反転部分以外の部分である一般部分の少なくとも一部は、波状をなす波状部になっており、
複数の前記第１流路及び複数の前記第２流路の前記反転部分は、前記冷却媒体流通領域における当該反転部分と対応する領域を流通する前記冷却媒体の流通抵抗が大きくなるように延びていることを特徴とする燃料電池セルスタック。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
前記反転部分は、前記冷却媒体流通領域における前記冷却媒体の流通方向に対して斜めに延びていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セルスタック。
【請求項３】
前記反転部分は、波状をなすように延びていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池セルスタック。
【請求項４】
前記第１流路及び前記第２流路の両方の前記一般部分は、全体が前記波状部になっており、
前記第１流路の前記波状部と前記第２流路の前記波状部とは、前記第１セパレータと前記第２セパレータとを重ねたときに、位相が互いにずれていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池セルスタック。
【請求項５】
前記第１セパレータと前記第２セパレータとは、同一の構成であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池セルスタック。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セルが複数積層された燃料電池セルスタックに関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池セルとして、例えば、特許文献１に示すものが知られている。燃料電池セルは、複数積層することによって燃料電池セルスタックとして使用される。燃料電池セルは、電解質膜・電極構造体をアノード側金属セパレータとカソード側金属セパレータとで挟持することによって構成されるとともに、全体として矩形板状をなしている。燃料電池セルの長辺方向の一端縁部には、酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔と、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔が設けられている。
【０００３】
燃料電池セルの長辺方向の他端縁部には、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔と、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔が設けられている。燃料電池セルの短辺方向の一端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔が設けられている。燃料電池セルの短辺方向の他端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔が設けられている。
【０００４】
アノード側金属セパレータにおける電解質膜・電極構造体側の面には、表裏一体の凹凸により燃料ガス流路が形成されている。燃料ガス流路は、燃料ガス入口連通孔と燃料ガス出口連通孔とに連通している。燃料ガス流路は、波状流路溝とエンボス部とを有している。燃料ガス流路は、互いに短辺方向に離れ且つ長辺方向に千鳥状に配置される２つの折り返し用仕切り部材により全体としてサーペンタイン流路を構成している。燃料ガス流路は、２つの折り返し部位を有するとともに、２つの折り返し部位に対応してそれぞれエンボス部が設けられている。
【０００５】
カソード側金属セパレータにおける電解質膜・電極構造体側の面には、表裏一体の凹凸により酸化剤ガス流路が形成されている。酸化剤ガス流路は、酸化剤ガス入口連通孔と酸化剤ガス出口連通孔とに連通している。酸化剤ガス流路は、波状流路溝とエンボス部とを有している。酸化剤ガス流路は、互いに短辺方向に離れ且つ長辺方向に千鳥状に配置される２つの折り返し用仕切り部材により全体としてサーペンタイン流路を構成している。酸化剤ガス流路は、２つの折り返し部位を有するとともに、２つの折り返し部位に対応してそれぞれエンボス部が設けられている。
【０００６】
積層方向で隣り合う２つの燃料電池セルのうち一方のアノード側金属セパレータと他方のカソード側金属セパレータとの間には、冷却媒体入口連通孔と冷却媒体出口連通孔とに連通する冷却媒体流路が短辺方向に延在して形成されている。すなわち、冷却媒体流路は、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路との間に形成されている。冷却媒体は、冷却媒体流路を、冷却媒体入口連通孔側から冷却媒体出口連通孔に向かって流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００６－１４７４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述のような燃料電池セルスタックでは、冷却媒体流路における各ガス流路の波状流路溝と対応する領域の方が冷却媒体流路における各ガス流路のエンボス部と対応する領域よりも、冷却媒体が冷却媒体流路を流れる際の抵抗が大きい。このため、冷却媒体流路には、冷却媒体が流れ易い領域と冷却媒体が流れ難い領域とが生じる。したがって、燃料電池セルにおける冷却媒体による冷却効果のばらつきが大きくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する燃料電池セルスタックは、発電部と、前記発電部を挟む第１セパレータ及び第２セパレータと、を有した板状の燃料電池セルを複数積層して形成された燃料電池セルスタックであって、前記燃料電池セルは、第１方向における一方側の端部に燃料ガスが供給される燃料ガス供給孔及び酸化剤ガスが排出される酸化剤ガス排出孔が形成されるとともに他方側の端部に前記燃料ガスが排出される燃料ガス排出孔及び前記酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス供給孔が形成され、または、前記第１方向における一方側の端部に前記燃料ガス供給孔及び前記酸化剤ガス供給孔が形成されるとともに他方側の端部に前記燃料ガス排出孔及び前記酸化剤ガス排出孔が形成され、且つ前記第１方向と直交する第２方向における一方側の端部に冷却媒体が供給される冷却媒体供給孔が形成されるとともに他方側の端部に前記冷却媒体が排出される冷却媒体排出孔が形成され、前記第１セパレータは、前記酸化剤ガス供給孔から前記酸化剤ガス排出孔に至る間に前記発電部の一方側の面に前記酸化剤ガスを供給する複数の第１流路を、前記酸化剤ガスの流れ方向が複数回反転する蛇行状の流路として形成する表裏一体の凹凸を有し、前記第２セパレータは、前記燃料ガス供給孔から前記燃料ガス排出孔に至る間に前記発電部の他方側の面に前記燃料ガスを供給する複数の第２流路を、前記燃料ガスの流れ方向が複数回反転する蛇行状の流路として形成する表裏一体の凹凸を有し、積層方向で隣接する２つの前記燃料電池セルのうちの一方の前記第１セパレータと他方の前記第２セパレータとの間には、前記冷却媒体供給孔側から前記冷却媒体排出孔側に向かって前記冷却媒体が流通する冷却媒体流通領域が形成され、複数の前記第１流路及び複数の前記第２流路のうちの少なくとも一方における反転部分以外の部分である一般部分の少なくとも一部は、波状をなす波状部になっており、複数の前記第１流路及び複数の前記第２流路の前記反転部分は、前記冷却媒体流通領域における当該反転部分と対応する領域を流通する前記冷却媒体の流通抵抗が大きくなるように延びていることを要旨とする。
【００１０】
一般に、第１セパレータの複数の第１流路及び第２セパレータの複数の第２流路を形成する凹凸は、表裏一体であるため、冷却媒体流通領域を冷却媒体が流通するときの流通抵抗となる。第１流路及び第２流路は、蛇行状の流路であるため、通常、一般部分が冷却媒体の流通方向と直交するように延びるとともに反転部分が冷却媒体の流通方向に延びる。このため、冷却媒体流通領域を冷却媒体が流通するときの流通抵抗は、冷却媒体流通領域における反転部分と対応する領域よりも一般部分と対応する領域の方が大きくなる。したがって、冷却媒体流通領域には、冷却媒体が流れ易い領域と冷却媒体が流れ難い領域とが生じる。この結果、燃料電池セルにおける冷却媒体による冷却効果のばらつきが大きくなるという問題がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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