JP2010113959A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタックにおいて、エネルギ効率の低下を抑制しつつ、端部セルを保温する。
【解決手段】単セル１０を複数積層してなる燃料電池スタック１００は、単セル１０の積層方向の端部に配置された端部セルに当接して配置された伝熱板２０ａ，２０ｂと、伝熱板２０ａ，２０ｂにそれぞれ接続され、発電時に生成された高温の生成水ＨＷを貯水する貯水タンク５０ａ，５０ｂと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池スタックに関するものである。

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。このような燃料電池（単セル）を複数積層した燃料電池スタックでは、各単セルのカソードにおいて、発電時に、カソード反応によって、水（生成水）が生成される。そして、燃料電池スタックにおいて、単セルの積層方向の端部に配置された単セル（以下、端部セルと呼ぶ）は、放熱によって、中央部に配置された単セルよりも温度が低くなる。このため、端部セルでは、飽和水蒸気圧が低下し、生成水が凝縮しやすくなり、フラッディングやガス分配の不均一が生じやすくなる。

そこで、従来、例えば、燃料電池スタックに、端部セルを加熱するための電気ヒータを設けたり、外気よりも温度の高い冷却水を燃料電池スタックに循環させたりすることによって、端部セルの保温が行われていた。

特開２００６−１７９４０４号公報 特開２００５−１００７０１号公報

しかし、従来の技術では、端部セルの保温、すなわち、電気ヒータによる端部セルの加熱や、冷却水の循環のために、電気エネルギを必要とするため、エネルギ効率の低下を招いていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックにおいて、エネルギ効率の低下を抑制しつつ、端部セルを保温することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する単セルを複数積層してなる燃料電池スタックであって、前記単セルの積層方向の端部に配置された端部セルに当接して配置された伝熱板と、前記伝熱板に接続され、発電時に生成された生成水を貯水する貯水タンクと、を備える燃料電池スタック。

適用例１の燃料電池スタックでは、発電時に生成された高温の生成水を貯水タンクに貯水し、この生成水の熱を、貯水タンクに接続された伝熱板を介して端部セルに伝導させることによって、端部セルを加熱することができる。このため、端部セルの保温のために、電気エネルギを必要としない。したがって、適用例１の燃料電池スタックによって、エネルギ効率の低下を抑制しつつ、端部セルの保温を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す説明図である。

燃料電池スタック１００は、水素と酸素との電気化学反応によって発電する単セル１０を、複数積層させたスタック構造を有している。各単セル１０は、概ね、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を、セパレータによって挟持した構成となっている。本実施例では、電解質膜として、ナフィオン（登録商標）等の固体高分子膜を用いるものとした。

燃料電池スタック１００は、一端から、エンドプレート４０ａ、絶縁板３０ａ、伝熱板２０ａ、複数の単セル１０、伝熱板２０ｂ、絶縁板３０ｂ、エンドプレート４０ｂの順に積層することによって構成されている。伝熱板２０ａ，２０ｂには、それぞれ、燃料電池スタック１００において、発電時に上記電気化学反応によって生成され、アノードオフガスやカソードオフガスとともに排出された生成水を貯水するための貯水タンク５０ａ，５０ｂが接続されている。

燃料電池スタック１００の各単セル１０のアノードには、図示しない水素供給配管を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。各単セル１０のアノードから排出されるアノードオフガスは、配管６０を介して、貯水タンク５０ａに導入される。そして、アノードオフガスに含まれる高温の生成水ＨＷは、貯水タンク５０ａで分離されて貯水される。生成水ＨＷが分離されたアノードオフガスは、配管６１を介して、排気される。

燃料電池スタック１００の各単セル１０のカソードには、図示しない空気供給配管を介して、コンプレッサによって圧縮された圧縮空気が、酸素を含有した酸化剤ガスとして供給される。各単セル１０のカソードから排出されるカソードオフガスは、配管６２を介して、貯水タンク５０ｂに導入される。そして、カソードオフガスに含まれる高温の生成水ＨＷは、貯水タンク５０ｂで分離されて貯水される。生成水ＨＷが分離されたカソードオフガスは、配管６３を介して、排気される。

本実施例の燃料電池スタック１００では、貯水タンク５０ａ，５０ｂに貯水された高温の生成水ＨＷの熱を、それぞれ、伝熱板２０ａ，２０ｂを介して、複数の単セル１０の積層方向の端部に配置された端部セルに伝導させることによって、端部セルを加熱することができる。このため、端部セルの保温のために、電気エネルギを必要としない。したがって、以上説明した燃料電池スタック１００によれば、エネルギ効率の低下を抑制しつつ、端部セルの保温を行うことができる。

本発明の一実施例としての燃料電池スタック１００の概略構成を示す説明図である。

符号の説明

１００…燃料電池スタック
１０…単セル
２０ａ，２０ｂ…伝熱板
３０ａ，３０ｂ…絶縁板
４０ａ，４０ｂ…エンドプレート
５０ａ，５０ｂ…貯水タンク
６０，６１，６２，６３…配管
ＨＷ…生成水

Claims (1)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する単セルを複数積層してなる燃料電池スタックであって、
   前記単セルの積層方向の端部に配置された端部セルに当接して配置された伝熱板と、
   前記伝熱板に接続され、発電時に生成された生成水を貯水する貯水タンクと、
   を備える燃料電池スタック。

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