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公開番号2025044837
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023152633
出願日2023-09-20
発明の名称燃料電池スタック
出願人トヨタ紡織株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 8/2483 20160101AFI20250326BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】水の滞留に起因するガス排出マニホールドの流路断面積の減少を抑制できる燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】燃料電池スタックは、複数の発電セル20が、鉛直方向であるZ軸方向と交差するX軸方向に積層されることにより構成されている。燃料電池スタックの燃料ガス排出マニホールドM2は、Z軸方向及びX軸方向の両方に直交するY軸方向において燃料ガス流路51と並ぶ位置に形成されるとともに、X軸方向において複数の発電セル20を貫通している。燃料ガス排出マニホールドM2の周縁部の下部には、断面積が部分的に小さくされ、反応ガスに含まれる水分を貯留する貯留部80が形成されている。燃料ガス排出マニホールドM2の貯留部80は、燃料ガス排出マニホールドM2の周縁部と燃料ガス流路51との接続部分の最下部よりも下方に位置している。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
反応ガスが供給されることにより発電する発電部を有する複数の発電セルが、鉛直方向と交差する第１方向に積層されることにより構成された燃料電池スタックであって、
前記発電部に対向するとともに前記反応ガスが流れるガス流路と、前記ガス流路に接続されるガス供給マニホールド及びガス排出マニホールドと、を有しており、
前記ガス供給マニホールド及び前記ガス排出マニホールドは、鉛直方向及び前記第１方向の両方に直交する第２方向において前記ガス流路と並ぶ位置に形成されるとともに、前記第１方向において前記複数の発電セルを貫通しており、
前記ガス排出マニホールドの周縁部の下部には、前記第１方向に直交する断面の面積が部分的に小さくされ、前記反応ガスに含まれる水分を貯留する貯留部が形成されており、
前記貯留部は、前記ガス排出マニホールドの周縁部と前記ガス流路との接続部分の最下部よりも鉛直方向の下方に位置している、
燃料電池スタック。
続きを表示（約 840 文字）【請求項２】
前記ガス供給マニホールドの周縁部の下部には、前記貯留部が形成されており、
前記ガス供給マニホールドの前記貯留部は、前記ガス供給マニホールドの周縁部と前記ガス流路との接続部分よりも鉛直方向の下方に位置している、
請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記ガス供給マニホールドを流れる前記反応ガスの流れ方向を単に流れ方向とするとき、
前記複数の発電セルの前記流れ方向の下流側に積層され、発電機能を有しないダミーセルを備え、
前記ダミーセルは、前記反応ガスが流れるガス流路を有しており、
前記ガス供給マニホールド及び前記ガス排出マニホールドは、前記ダミーセルを貫通するとともに前記ダミーセルのガス流路に接続されており、
前記ガス供給マニホールドの前記貯留部のうち前記ダミーセルを構成する部分は、前記ダミーセルのガス流路に接続されている、
請求項２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記貯留部の前記面積は、鉛直方向の下方ほど徐々に小さくなっている、
請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記貯留部は、前記第２方向において互いに対向する一対の側壁を有しており、
前記一対の側壁は、鉛直方向の下方ほど互いに近付くように鉛直方向に対して傾斜している、
請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
当該燃料電池スタックは、前記第２方向が移動体の移動方向と一致する姿勢で前記移動体に搭載されるものであり、
前記移動体の移動時において想定される前記移動体の水平方向に対する傾斜角度の最大値を最大傾斜角度とするとき、
前記一対の側壁のそれぞれにおける前記第２方向に対する傾斜角度は、前記最大傾斜角度より大きい、
請求項５に記載の燃料電池スタック。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の単セルが積層されることにより構成された燃料電池スタックが開示されている。単セルは、反応ガスが供給されることにより発電する膜電極接合体を有している。燃料電池スタックは、単セルに反応ガスとして燃料ガスを供給する燃料ガス供給マニホールドと、発電に供された燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールドとを有している。また、燃料スタックは、単セルに反応ガスとして酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給マニホールドと、発電に供された酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出マニホールドとを有している。燃料ガスと酸化剤ガスとが、単セルの膜電極接合体において電気化学反応することにより発電が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－７８０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料ガス及び酸化剤ガスは、予め加湿された状態で単セルに供給されることがある。このため、燃料ガス供給マニホールド内及び燃料ガス排出マニホールド内には、燃料ガスに含まれる水分が凝縮した凝縮水が滞留することがある。また、酸化剤ガス供給マニホールド内及び酸化剤ガス排出マニホールド内には、凝縮水に加えて、発電に伴って生じる生成水が滞留することがある。各マニホールド内に水が滞留すると、マニホールドの流路断面積が減少する。これにより、反応ガスの円滑な流通が阻害されることで、燃料電池スタックの発電性能が低下するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための燃料電池スタックは、反応ガスが供給されることにより発電する発電部を有する複数の発電セルが、鉛直方向と交差する第１方向に積層されることにより構成された燃料電池スタックであって、前記発電部に対向するとともに前記反応ガスが流れるガス流路と、前記ガス流路に接続されるガス供給マニホールド及びガス排出マニホールドと、を有しており、前記ガス供給マニホールド及び前記ガス排出マニホールドは、鉛直方向及び前記第１方向の両方に直交する第２方向において前記ガス流路と並ぶ位置に形成されるとともに、前記第１方向において前記複数の発電セルを貫通しており、前記ガス排出マニホールドの周縁部の下部には、前記第１方向に直交する断面の面積が部分的に小さくされ、前記反応ガスに含まれる水分を貯留する貯留部が形成されており、前記貯留部は、前記ガス排出マニホールドの周縁部と前記ガス流路との接続部分の最下部よりも鉛直方向の下方に位置している。
【０００６】
上記構成によれば、貯留部は、ガス排出マニホールドの周縁部とガス流路との接続部分の最下部よりも鉛直方向の下方に位置している。このため、ガス排出マニホールド内に流入した水は、貯留部に貯留されやすくなる。また、貯留部の第１方向に直交する断面の面積は部分的に小さくされているため、貯留部を流れる反応ガスの流速は、ガス排出マニホールドのその他の部分における流速よりも大きくなる。以上のことから、ガス排出マニホールド内に流入して貯留部に貯留された水が、反応ガスと共にガス排出マニホールド内を移動しやすくなる。したがって、水の滞留に起因するガス排出マニホールドの流路断面積の減少を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、一実施形態の燃料電池スタックを備える燃料電池が搭載される車両を示す正面図である。
図２は、図１の燃料電池を示す斜視図である。
図３は、図１の燃料電池を示す断面図である。
図４は、図１の発電セルを構成するセパレータの燃料ガス流路を示す正面図である。
図５は、図１の発電セルを構成するセパレータの酸化剤ガス流路を示す正面図である。
図６は、図１のダミーセルを構成するセパレータの燃料ガス流路を示す正面図である。
図７は、図４の燃料ガス排出マニホールドを拡大して示す拡大図である。
図８は、図１の車両が傾斜したときの燃料ガス排出マニホールドを示す正面図である。
図９は、第１変更例の燃料ガス排出マニホールドを示す正面図である。
図１０は、第２変更例の燃料ガス排出マニホールドを示す正面図である。
図１１は、第３変更例の燃料ガス排出マニホールドを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図１～図８を参照して、燃料電池スタックの一実施形態について説明する。
（燃料電池１０）
図１に示すように、燃料電池１０は、自動車などの移動体１に搭載される。燃料電池１０は、移動体１を駆動するモータ（図示略）に電力を供給する。
【０００９】
燃料電池１０は、燃料電池スタック１１と、一対のターミナルプレート１２と、一対の絶縁プレート１３と、一対のエンドプレート１４とを備えている。
（燃料電池スタック１１）
燃料電池スタック１１は、発電機能を有する複数の発電セル２０と、発電機能を有しないダミーセル２０Ｄとが、鉛直方向と交差する方向に積層されることにより構成されている。ダミーセル２０Ｄは、複数の発電セル２０の積層方向における一端部に配置されている。
【００１０】
以降において、燃料電池スタック１１の積層方向をＸ軸方向と称し、鉛直方向をＺ軸方向と称し、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の両方に直交する方向をＹ軸方向と称することがある。また、Ｚ軸方向の上方及び下方をそれぞれ単に上方及び下方と称することがある。
（【００１１】以降は省略されています）

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