CN101622744A - 燃料电池用隔板以及具备该隔板的燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池用隔板,其特征在于,第一反应气体通道(131)具有第一部分(41)和比该第一部分(41)位于上游侧的第二部分(51);第一部分(41)在第一反应气体通道(131)的第二部分(51)和下游端之间的部分当中最接近于上游端;第二部分(51)在第一反应气体通道(131)的上游端和第一部分(41)之间的部分当中最接近于下游端;第二反应气体通道(132、133)不介于第一部分(41)和上游端之间,第二反应气体通道(132、133)介于第二部分(51)和下游端之间;并且第一反应气体通道(131)在第一部分(41)和下游端之间的部分(以下称作“特定部分”)中与第二反应气体通道(132、133)中的至少1条反应气体通道(以下称作“特定通道”)相连通。

Description

燃料电池用隔板以及具备该隔板的燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池用隔板以及具备该隔板的燃料电池,特别是涉及燃料电池用隔板的构造。
背景技术
高分电解质型燃料电池(以下称之为PEFC)是通过使含有氢的燃料气体和空气等的含有氧的氧化剂气体发生电化学反应从而同时产生电力和热能的装置。PEFC的单电池(cell)具有由高分子电解质膜以及一对气体扩散电极(阳极以及阴极)构成的MEA(Membrance-Electrode-Assembly:膜电极组件)、密封垫圈以及导电性的板状隔板。而且,PEFC一般是通过层叠多个上述单电池,并以端板夹持被层叠的单电池的两端,并通过由紧固器具紧固该端板和单电池而加以形成。
但是,在隔板的主面设置有用于提供以及排出燃料气体或者氧化剂气体(将这些称之为“反应气体”)的形成歧管(manifold)的歧管孔(反应气体供给用歧管孔和反应气体排出用歧管孔),反应气体所贯穿流经的沟槽状的反应气体通道以与这些歧管孔相连通的形式被设置于与气体扩散电极相接触的主面。
而且,在反应气体贯穿流经这个反应气体通道的期间,反应气体被提供给MEA并在MEA的内部通过电化学反应而被消耗。为此,在反应气体通道的下游部由于气体被消耗因而氢或者氧浓度会下降。其结果会出现如下问题,即,在低气体浓度的反应气体通道的下游部区域,发电量降低,且在单电池面内形成对应于气体浓度的发电分布。
对于这样的问题,在气体通道的形状上下功夫并通过谋求在单电池面内的气体浓度的均一化而提高发电效率的燃料电池是众所周知的(例如参照专利文献1)。图22是表示由专利文献1所公开的燃料电池中的隔板的主面的概略构成的模式图。
如图22所示,由专利文献1所公开的燃料电池中的隔板200上,多条(在图22中为3条)流体通道201~203(反应气体通道)由入口(反应气体供给用歧管孔)211与其上游端进行连通的大致L字状的上游部、出口(反应气体排出用歧管孔)212与其下游端进行连通的下游部、以及连接上游部的下游端和下游部的上游端的中游部构成,并且作为整体被形成为漩涡状。由此,在隔板200的特定的部分不会集中流体通道的上游部或者下游部,所以电极面内上的反应气体的浓度被均一化。
专利文献1:日本特开平10-284094号公报
发明内容
然而,本发明者们发现,即使是专利文献1所公开的隔板200,从改善贯穿流经多条流体通道的反应气体的利用效率的观点出发,仍还有可以改善的余地。
本发明就是鉴于上述问题而悉心研究的结果,其目的在于提供一种能够改善贯穿流经反应气体通道的反应气体的利用效率的燃料电池用隔板以及燃料电池。
本发明者们为了解决上述现有技术中的课题而作了无数次悉心研究,其结果终于发现了一下几个要点。
即,在由上述专利文献1所公开的燃料电池中的隔板200上,贯穿流经流体通道201~203中的上游部的上游端附近部分的反应气体的一部分在与该上游部相接近的下游部的上游端附近部分发生短路,由此,在流动于流体通道201~203中的反应气体当中会产生对于反应不作贡献而被排出的反应气体,从而降低了反应气体的利用效率。
具体而言,流体通道201~203以与气体扩散电极的气体扩散层相邻接的形式(以由气体扩散层覆盖隔板200的开放面(上面)的形式)配设,所以贯穿流经流体通道201~203的反应气体的一部分贯穿流经气体扩散层(以下将贯穿流经气体扩散层的气体称之为“伏流气体”)。为此,在3条流体通道201~203当中,贯穿流经于最下侧的流体通道201的上游部的反应气体与流体通道201的下游部上的贯穿流经与流体通道201的上游部最为接近的部分204的反应气体的压力差较大,另外,因为其通道之间的距离较小(因为压力差的梯度较大),所以贯穿流经流体通道201的上游部的反应气体的一部分经由气体扩散层而流入到流体通道201的下游部(发生短路)。于是,流入到流体通道201的下游部的反应气体就直接贯穿流经下游部并从出口212排出。为此,贯穿流经流体通道201的反应气体的一部分对反应不作贡献而被排出,因而降低了反应气体的利用效率。
另外,在3条流体通道201~203当中,因为贯穿流经在最下侧的流体通道201的上游部的反应气体会发生短路,所以在贯穿流经剩余的2条流体通道202、203的上游部的反应气体和贯穿流经流体通道201的上游部的反应气体之间会产生压力差。由于该压力差,贯穿流经剩余的2条流体通道202、203的上游部的反应气体的一部分将流入到流体通道201的上游部。于是,流入到流体通道201的上游部的反应气体的一部分与流体通道201的下游部发生短路。为此,贯穿流经流体通道201~203的反应气体的对反应不作贡献而被排出的反应气体的量将会变得更大,从而进一步降低反应气体的利用效率。
再有,贯穿流经流体通道203的上游部中的与流体通道203的下游端最为接近的部分205的反应气体和贯穿流经流体通道203下游部的反应气体的压力差较大,另外,因为其通道之间的距离较小(因为压力差的梯度较大),所以贯穿流经流体通道203的部分205附近的反应气体的一部分经由气体扩散层而流入到流体通道203的下游部(发生短路)。于是,流入到流体通道203的下游部的反应气体就直接贯穿流经下游部并从出口212排出。为此,贯穿流经流体通道203的反应气体的一部分对反应不作贡献而被排出,因而降低了反应气体的利用效率。
对于这样的问题,本发明者们发现如果采用以下所记载的构成会对达到上述本发明的目的极为有效,从而想到了本发明。
即,本发明所涉及的燃料电池用隔板是板状的燃料电池用隔板,其具备:在厚度方向上贯通的反应气体供给用歧管孔;在厚度方向上贯通的反应气体排出用歧管孔;以弯曲的形式形成的沟槽状的第一反应气体通道,其上游端至少在一方的主面上连接于所述反应气体供给用歧管孔,而其下游端则连接于所述反应气体排出用歧管孔;以与所述第一反应气体通道并行且弯曲的形式形成的1条以上的沟槽状的第二反应气体通道,至少其上游端连接于所述反应气体供给用歧管孔。所述第一反应气体通道被形成为:具有第一部分和比该第一部分位于上游侧的第二部分;所述第一部分在所述第一反应气体通道的所述第二部分和所述下游端之间的部分当中最接近于所述上游端;所述第二部分在所述第一反应气体通道的所述上游端和所述第一部分之间的部分当中最接近于所述下游端;所述第二反应气体通道不介于所述第一部分和所述上游端之间,所述第二反应气体通道介于所述第二部分和所述下游端之间;并且,所述第一反应气体通道被形成为,在所述第一部分和所述下游端之间的部分(以下称之为“特定部分”)中与所述1条以上的第二反应气体通道中的至少1条反应气体通道(以下称之为“特定通道”)相连通。
根据该构成,在第一反应气体通道的上游端部和第一部分之间虽然会发生反应气体的短路,但是即使是在这样的情况下,短路的反应气体也会通过贯穿流经第二反应气体通道的至少1个反应气体通道而被分流到该反应气体通道。为此,就能够降低贯穿流经第一以及第二反应气体通道的反应气体的浓度的不均匀性。
另外,在本发明所涉及的燃料电池用隔板上,所述特定通道的下游端可以连接于所述反应气体供给用歧管孔。
另外,在本发明所涉及的燃料电池用隔板上,所述特定通道也可以以其下游端在所述特定部分中连接于所述第一反应气体通道的形式与该第一反应气体通道相连通。
另外,在本发明所涉及的燃料电池用隔板上,所述第一反应气体通道也可以以由沟槽状的连通通道进行连接的形式与所述特定通道相连通。
另外,在本发明所涉及的燃料电池用隔板上,也可以是:在所述特定部分中形成有由将多个突起设立于其底面的凹部构成的反应气体混合部,所述第一反应气体通道和所述特定通道在所述反应气体混合部进行合流,由此,第一反应气体通道与所述特定通道相连通。
另外,在本发明所涉及的燃料电池用隔板上,所述第一反应气体通道和所述特定通道也可以在所述反应气体混合部朝着所述反应气体排出用歧管孔进行分流。
另外,在本发明所涉及的燃料电池用隔板上,所述第一反应气体通道的所述第二部分和所述第一部分之间、以及所述1条以上的第二反应气体通道的对应于所述第一反应气体通道的所述第二部分和所述第一部分之间的部分也可以被形成为漩涡状。
另外,在本发明所涉及的燃料电池用隔板上,所述第一反应气体通道的所述第二部分和所述第一部分之间、以及所述1个以上的第二反应气体通道的对应于所述第一反应气体通道的所述第二部分和所述第一部分之间的部分也可以被形成为盘蛇状。
再有,在本发明所涉及的燃料电池用隔板上,所述反应气体供给用歧管孔和所述反应气体排出用歧管孔也可以以隔着所述燃料电池用隔板的中心部而互相相对的形式进行配置。
另外,本发明所涉及的燃料电池具备:一对燃料电池用隔板,其中包括所述燃料电池用隔板;电解质层-电极组件,其具有电解质层和夹持该电解质层的一对电极;所述电解质层-电极组件被一对所述燃料电池用隔板夹持。
根据该构成,在第一反应气体通道的上游端部和第一部分之间虽然会发生反应气体的短路,但是即使是在这样情况下,短路的反应气体也会通过贯穿流经第二反应气体通道的至少1个反应气体通道而被分流到该反应气体通道。为此,就能够降低贯穿流经第一以及第二反应气体通道的反应气体的供给量的不均匀性。
本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点将会在参照附图的条件下并由以下优选的实施方式的详细说明变得明了。
根据本发明的燃料电池用隔板以及燃料电池,能够降低贯穿流经反应气体通道的反应气体的供给量的不均匀性,从而也就能够改善反应气体的利用效率。另外,根据本发明的燃料电池用隔板以及燃料电池,通过减少不沿着反应气体通道流动而发生短路的反应气体,从而能够减少贯穿流经反应气体通道的反应气体中的对反应不作贡献而被排出的反应气体,因而也就能够改善反应气体的利用效率。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池的概略构成的截面图。
图2是表示由图1所表示的燃料电池的阴极隔板的概略构成的模式图。
图3是表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图4是表示本发明的实施方式3所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图5是表示本发明的实施方式4所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图6是表示本发明的实施方式5所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图7是表示本发明的实施方式6所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图8是表示本发明的实施方式7所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图9是表示本发明的实施方式8所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图10是表示本发明的实施方式9所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图11是表示本发明的实施方式10所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图12是表示本发明的实施方式11所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图13是表示本发明的实施方式12所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图14是表示本发明的实施方式13所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图15是表示本发明的实施方式14所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图16是表示本发明的实施方式15所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图17是表示本发明的实施方式16所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图18是表示本发明的实施方式17所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图19是表示本发明的实施方式18所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图20是表示本发明的实施方式19所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图21是表示本发明的实施方式20所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
图22是表示由专利文献1所公开的燃料电池中的隔板的主面的概略构成的模式图。
符号说明
1.高分子电解质膜
2a.阳极催化剂层
2b.阴极催化剂层
3a.阳极气体扩散层
3b.阴极气体扩散层
4a.阳极
4b.阴极
5.MEA(Membrance-Electrode-Assembly:电解质层-电极组件)
6.密封垫圈
9.冷却介质通道
10.阳极隔板
11.阴极隔板
21.氧化剂气体供给用歧管孔(反应气体供给用歧管孔)
22.氧化剂气体排出用歧管孔(反应气体排出用歧管孔)
23.燃料气体供给用歧管孔(反应气体供给用歧管孔)
24.燃料气体排出用歧管孔(反应气体排出用歧管孔)
25.冷却介质供给用歧管孔
26.冷却介质排出用歧管孔
31a.第一上游直线部
31b.第一上游转弯部
31c.第二上游直线部
31d.第二上游转弯部
31e.第三上游直线部
31f.第三上游转弯部
31g.第一下游转弯部
31h.第一下游直线部
31i.第二下游转弯部
31j.第二下游直线部
31k.第三下游转弯部
31m.第三下游转弯部
31n.第四下游转弯部
31p.第四下游直线部
33a.第一上游直线部
33b.第一上游转弯部
33c.第二上游直线部
33d.第二上游转弯部
33e.第三上游直线部
33f.第三上游转弯部
33g.第一下游转弯部
33h.第一下游直线部
33i.第二下游转弯部
33j.第二下游直线部
33k.第三下游转弯部
33m.第三下游转弯部
33n.第四下游转弯部
33p.第四下游直线部
41.第一部分
51.第二部分
52.第三部分
53.第四部分
61.连通用通道
62.凹部部
63.突起
64.第一反应气体混合部
65.第二反应气体混合部
100.燃料电池
101.中心轴
131.氧化剂气体通道(第一反应气体通道、沟槽)
131a.上游部
131b.中游部
131c.下游部
132.第二氧化剂气体通道(第二反应气体通道、沟槽)
133.第二氧化剂气体通道(第二反应气体通道、沟槽)、第三氧化剂气体通道(第三反应气体通道)
134.第二氧化剂气体通道(第二反应气体通道)
135.第二氧化剂气体通道(第二反应气体通道)
141.第一燃料气体通道(第一反应气体通道)
142.第二燃料气体通道(第二反应气体通道)
143.第二燃料气体通道(第二反应气体通道)
200.隔板
201.流体通道
202.流体通道
203.流体通道
211.入口
212.出口
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的优选实施方式。另外,在所有的附图上,对相同或者相当的部分标注相同的符号,从而省略重复说明。另外,在图2至图21中,将隔板的上下方向作为图中的上下方向进行表示,另外,为了明确第一反应气体通道而标注影阴线。
(实施方式1)
[燃料电池的构成]
图1是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池的概略构成的截面图。另外,在图1中省略了燃料电池构成的一部分。
如图1所示,本实施方式1所涉及的燃料电池100为单电池(cell),具备MEA(Membrance-Electrode-Assembly:电解质层-电极组件)5、密封垫圈6、阳极隔板10以及阴极隔板11。
MEA5具有选择性地输送氢离子的高分子电解质膜[电解质层:例如美国杜邦公司制的Nafion(商品名)]1、阳极4a以及阴极4b。
高分子电解质膜1具有大致四边形(这里是矩形)的形状。在高分子电解质膜1的两面上,以比其周边部靠近内侧的形式,分别配置有阳极4a以及阴极4b(将这些称之为气体扩散电极)。另外,在高分子电解质膜1的周边部,以在其厚度方向上进行贯通的形式设置有后述的反应气体供给用歧管孔等的各个歧管孔(没有图示)。
阳极4a具有:被设置于高分子电解质膜1的一方的主面上,由担载电极催化剂(例如铂等贵金属)的导电性碳粒子和具有氢离子传导性的高分子电解质的混合物构成的阳极催化剂层2a;被设置于阳极催化剂层2a的主面上,兼具通气性和导电性的阳极气体扩散层3a。同样,阴极4b具有:被设置于高分子电解质膜1的另一方的主面上,由担载电极催化剂(例如铂等贵金属)的导电性碳粒子和具有氢离子传导性的高分子电解质的混合物构成的阴极催化剂层2b;被设置于阴极催化剂层2b的主面上,兼具通气性和导电性的阴极气体扩散层3b。
另外,阳极催化剂层2a以及阴极催化剂层2b可通过使用包含导电性碳粒子(该导电性碳粒子上担载有由贵金属构成的电极催化剂)、高分子电解质以及分散介质的催化剂层形成用油墨,并由该领域中公知的方法来形成。另外,作为构成阳极气体扩散层3a以及阴极气体扩散层3b的材料并没有特别的限定,可以使用在该领域中公知的材料,例如可以使用碳布或者碳纸等的导电性多孔质基材。另外,也可以在该导电性多孔质基材上以现有公知的方法施以拨水处理。
另外,在MEA5的阳极4a以及阴极4b的周围,以夹持高分子电解质膜1并以一对环状的方式配设有基本上为矩形的氟橡胶制的密封垫圈6。由此,就能够防止燃料气体、空气或者氧化剂气体泄漏至电池外,另外,也能够防止在燃料电池100内这些气体发生互相混合的情况。另外,在密封垫圈6的周边部,以在其厚度方向进行贯通的形式设置有后述的反应气体供给用歧管孔等的各个歧管孔。
另外,以夹持MEA5和密封垫圈6的形式配设具有导电性的板状阳极隔板(燃料电池用隔板)10和阴极隔板(燃料电池用隔板)11。由此,MEA5被机械性地固定,并在其厚度方向上层叠多个燃料电池100的时候MEA5被电连接。另外,这些隔板10、11可以使用在热传导性以及导电性方面表现卓越的金属、石墨或者石墨与树脂的混合物,例如可以使用通过将碳粉末和胶粘剂(溶剂)的混合物进行注射成型而制作的隔板,或者在钛制或不锈钢制的板表面上施以镀金的隔板。
在阳极隔板10的与阳极4a相接触的一方的主面上,配设有用于流通燃料气体的沟槽状的第一燃料气体通道(第一反应气体通道)141和并行于第一燃料气体通道141的沟槽状的第二燃料气体通道(第二反应气体通道)142、143,另外,在另一方的主面上配设有用于流通冷却介质的沟槽状的冷却介质通道9。同样,在与阴极隔板11的阴极4b相接触的一方的主面上,配设有用于流通氧化剂气体的沟槽状的第一氧化剂气体通道(第一反应气体通道)131和并行于第一氧化剂气体通道131的第二氧化剂气体通道(第二反应气体通道)132、133,另外,在另一方的主面上配设有用于流通冷却介质的沟槽状的冷却介质通道9。
由此,将燃料气体以及氧化剂气体分别提供给阳极4a以及阴极4b,并使这些气体发生反应,从而产生电和热。另外,通过使冷却水等的冷却介质贯穿流通于冷却介质通道9中,将所产生的热予以回收。
另外,可以将上述构成的燃料电池100作为单电池(cell)来使用,也可以将多个燃料电池100层叠并作为电池堆来使用。另外,在层叠燃料电池100的情况下,也可以是对每2~3个单电池设置一个冷却介质通道9的构成。进一步,在单电池之间不设置冷却介质通道9的情况下,对于被夹持于2个MEA5之间的隔板,也可以使用在一方的主面设置第一燃料气体通道141以及第二燃料气体通道142、143且在另一方的主面设置第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133的兼作阳极隔板10和阴极隔板11的隔板。
接着,参照图1以及图2就有关阴极隔板11作如下的详细说明。另外,关于阳极隔板10,因为其基本构成与阴极隔板11相同,所以在此省略对其作详细说明。
[燃料电池用隔板的构成]
图2是表示由图1所表示的燃料电池100的阴极隔板(本发明的实施方式1所涉及的燃料电池用隔板)11的概略构成的模式图。
如图2所示,本实施方式1所涉及的阴极隔板11为板状并且被构成为大致矩形。在阴极隔板11的主面的周边部,形成有在厚度方向上进行贯通的多个贯通孔,这些贯通孔构成了:用于提供氧化剂气体的氧化剂气体供给用歧管孔(反应气体供给用歧管孔)21、用于排出氧化剂气体的氧化剂气体排出用歧管孔(反应气体排出用歧管孔)22、用于提供燃料气体的燃料气体供给用歧管孔(反应气体供给用歧管孔)23、用于排出燃料气体的燃料气体排出用歧管孔(反应气体排出用歧管孔)24、用于提供冷却介质的冷却介质供给用歧管孔25、以及用于排出冷却介质的冷却介质排出用歧管孔26。
氧化剂气体供给用歧管孔21配置在阴极隔板11的一方的侧部(图面左侧的侧部:以下称之为“第一侧部”)的上部,氧化剂气体排出用歧管孔22配置在燃料电池用隔板的另一方的侧部(图面右侧的侧部:以下称之为“第二侧部”)的下部。另外,燃料气体供给用歧管孔23配置在第二侧部的上部,燃料气体排出用歧管孔24配置在第一侧部的下部。进一步,冷却介质供给用歧管孔25配置在氧化剂气体供给用歧管孔21的上部的第二侧部一侧,冷却介质排出用歧管孔26配置在氧化剂气体排出用歧管孔22的下部的第一侧部一侧。
另外,氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22以夹持阴极隔板11的中央部而互相相对的形式配置,并且,燃料气体供给用歧管孔23和燃料气体排出用歧管孔24以夹持阴极隔板11的中央部而互相相对的形式配置。在此,所谓“阴极隔板11的中央部”是指,相对于阴极隔板11的外周而言的中央部分。
然后,在阴极隔板11的一方的主面上,以连通氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22的形式以及以将氧化剂气体提供给阴极4b的主面的全领域的形式,配设有沟槽状的第一氧化剂气体通道131和多个(这里是2个)沟槽状的第二氧化剂气体通道132、133。第一氧化剂气体通道131和第二氧化剂气体通道132、133以互相并行的形式形成。在此,所谓“并行”是指多条氧化剂气体通道被并排设置。另外,第二氧化剂气体通道132、133的构成与第一氧化剂气体通道131的构成相同,所以在以下的说明中,就有关第一氧化剂气体通道131加以说明。
第一氧化剂气体通道131由上游部131a、下游部131c以及中游部131b构成,其中,上游部131a是其上游端与氧化剂气体供给用歧管孔21相连通的大致L字状的部分(图2中所示的一点划线内的通道);下游部131c是其下游端与氧化剂气体排出用歧管孔22相连通的部分(图2中所示的二点划线内的通道);中游部131b是漩涡状的部分(图2中所示的虚线内的通道),其上游端连接于上游部131a的下游端,且其下游端连接于下游部131c的上游端。第一氧化剂气体通道131以围绕上游部131a、下游部131c以及中游部131b的方式形成。
在此,在第一氧化剂气体通道131当中,将第一氧化剂气体通道131的上游端即氧化剂气体供给用歧管孔21的连接端作为一端,并将满足式:L1≤L2的部分作为另一端时,将该两端之间的部分称作上游部131a。另外,在上述式中,L1表示第一氧化剂气体通道131的上游部131a的通道的长度,L2则表示第一氧化剂气体通道131的整个通道的长度。另外,上游部131a的另一端更优选是满足式:L1≤[(1/3)×L2]的部分。
另外,在第一氧化剂气体通道131当中,下游部131c是以下两端之间的部分,一端是第一氧化剂气体通道131的下游端即氧化剂气体排出用歧管孔22的连接端,而另一端是满足式:L3≤L2的部分。另外,在上述式中,L3表示第一氧化剂气体通道131的下游部131c的通道的长度。另外,下游部131c的另一端更优选是满足式:L3≤[(1/3)×L2]的部分。
上游部131a由下列各部构成:以从阴极隔板11的第一侧部朝着第二侧部进行延伸的形式(以在水平方向上进行延伸的形式)形成的第一上游直线部31a、其上游端与第一上游直线部31a的下游端相连接并从水平方向将通道向阴极隔板11的上下方向进行弯曲的第一上游转弯部31b、连接于该第一上游转弯部31b的下游端并且以从阴极隔板11的上部向下部进行延伸的形式(以在垂直方向上进行延伸的形式)形成的第二上游直线端31c、其上游端与第二上游直线部31c的下游端相连接并从垂直方向将通道向水平方向进行弯曲的第二上游转弯部31d。
中游部131b被形成为漩涡状,具体而言:以从阴极隔板11的周边部向中央部汇聚的形式顺时针地形成通道,并在阴极隔板11的中央部折回,再以朝着阴极隔板11的周边部进行发散的形式反时针地形成有通道。更加详细地说:中游部131b从上游部131a的第二上游转弯部31d的下游端开始,从第二侧部向第一侧部(以下称之为“第一侧部方向”)在水平方向上延伸一定距离,从该处开始,从阴极隔板11的下部向上部(以下称之为“上方向”)在垂直方向上延伸一定距离,从该处开始,从第一侧部向第二侧部(以下称之为“第二侧部方向”)在水平方向上延伸一定距离,从该处开始,从阴极隔板11的上部向下部(以下称之为“下方向”)在垂直方向上延伸一定距离,从该处开始,在第一侧部方向上水平延伸一定距离,直到阴极隔板11的中央部。然后,在阴极隔板11的中央部折回,从该处开始,在第二侧部方向上水平延伸一定距离,从该处开始,在阴极隔板11的上方向上垂直延伸一定距离,从该处开始,在第一侧部方向上水平延伸一定距离,从该处开始,在下方向上垂直延伸一定距离,从该处开始,在第二侧部方向上水平延伸一定距离,从该处开始,在上方向上垂直延伸一定距离,从该处开始,在第一侧部方向上水平延伸一定距离,直到下游部131c的上游端。
下游部131c由下列各部构成:其上游端连接于中游部131b的下游端并将通道从水平方向弯曲为垂直方向的第一下游转弯部31g、连接于该第一下游转弯部31g的下游端并以向下方向垂直延伸的形式形成的第一下游直线部31h、连接于该第一下游直线部31h的下游端并将通道从垂直方向弯曲为水平方向的第二下游转弯部31i、连接于该第二下游转弯部31i的下游端并以在第二侧部方向上水平延伸的形式形成且其下游端与氧化剂气体排出用歧管孔22相连通的第二下游直线部31j。
如以上所述,第一氧化剂气体通道131由直线部和转弯部形成,直线部在垂直方向或者水平方向上进行延伸,转弯部从垂直方向弯曲为水平方向或者从水平方向弯曲为垂直方向,第一氧化剂气体通道131作为全体为弯曲形式。第二氧化剂气体通道132、133以并排于第一氧化剂气体通道131的形式设置。另外,第二氧化剂气体通道132、133不介于第一氧化剂气体通道131中的后述的第一部分41和第一氧化剂气体通道131的上游端之间,另外,第二氧化剂气体通道132、133介于第一氧化剂气体通道131中的后述的第二部分51和第一氧化剂气体通道131的下游端之间。
另外,第一氧化剂气体通道131的下游部131c具有第一部分41而上游部131a则具有第二部分51。第一部分41是,在第一氧化剂气体通道131中的第二部分51和下游端之间的部分当中,最接近于第一氧化剂气体通道131的上游端的部分。换言之,第一部分41是在第一氧化剂气体通道131的下游部131c当中与上游部131a之间的压力梯度最大的部分(从上游部131a发生短路的反应气体的量为最多的部分)。具体而言,在本实施方式中,在下游部131c的第一下游转弯部31g当中与第一氧化剂气体通道131的上游端最接近的部分构成第一部分41。另外,第一氧化剂气体通道131的第一部分41和下游端之间的部分构成特定部分。
然后,在第一氧化剂气体通道131的第一部分41配设有用于与第一氧化剂气体通道131和第二氧化剂气体通道132、133相连通的沟槽状的连通用通道61。连通用通道61以连通第一氧化剂气体通道131的第一部分41、第二氧化剂气体通道132的下游部(正确地来说是其第一下游转弯部)以及第二氧化剂气体通道133的下游部(正确地来说是其下游部)的形式形成。由此,即使是在第一氧化剂气体通道131的第一部分41上发生短路的情况下,因为发生短路的氧化剂气体会流通于连通用通道61中,因此,流通于第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133的上游部的氧化剂气体的一部分会被分流到第二氧化剂气体通道132、133。另外,在本实施方式中,第二氧化剂气体通道132、133分别构成了特定通道。
另外,第二部分51是,在第一氧化剂气体通道131中的上游端和第一部分41之间的部分当中,最接近于第一氧化剂气体通道131的下游端的部分。换言之,第二部分51是,在第一氧化剂气体通道131中的上游端和第一部分41之间的部分当中,在第一氧化剂气体通道131中从上游端朝下游端的方向上离该上游端最远的部分。
[燃料电池的作用效果]
接着,参照图1以及图2就有关本实施方式1所涉及的燃料电池100的作用效果作如下说明。
如以上所述,由于贯穿流经第一氧化剂气体通道131的上游部131a的氧化剂气体与贯穿流经该第一氧化剂气体通道131的下游部131c的氧化剂气体的压力差,贯穿流经上游部131a的氧化剂气体的一部分经由阴极气体扩散层3b流入到第一氧化剂气体通道131的第一部分41。在贯穿流经第一氧化剂气体通道131的上游部131a的氧化剂气体与贯穿流经该第一氧化剂气体通道131的下游部131c的氧化剂气体的压力梯度为较大的情况下,就容易引起氧化剂气体的短路。
另外,在贯穿流经第一氧化剂气体通道131的上游部131a的氧化剂气体发生短路并流入到第一氧化剂气体通道131的第一部分41的情况下,在贯穿流经第二氧化剂气体通道132、133的上游部的氧化剂气体与贯穿流经第一氧化剂气体通道131的上游部131a的氧化剂气体之间就会产生压力差。由于该压力差,贯穿流经第二氧化剂气体通道132、133的上游部的氧化剂气体的一部分就会流入到第一氧化剂气体通道131的上游部131a。于是,从第二氧化剂气体通道132、133流入到第一氧化剂气体通道131的氧化剂气体的一部分流入到第一部分41,作为全体,贯穿流经第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133的氧化剂气体的一部分流入到第一部分41。如此,就会产生贯穿流经第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133的氧化剂气体的供给量的不均匀性,由于该不均匀性而降低了反应气体的利用效率。
然而,在本实施方式1所涉及的燃料电池100中,因为在第一部分41配设有连通用通道61,所以发生短路的氧化剂气体贯穿流经连通用通道61。由此,发生短路的氧化剂气体就会基本均匀地被分流到第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133。为此,就能够降低贯穿流经第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133的氧化剂气体的供给量的不均匀性。
另外,发生短路的氧化剂气体被分流到第二氧化剂气体通道132、133的下游部,所以贯穿流经该第二氧化剂气体通道132、133的下游部的氧化剂气体的供给量与没有配设连通用通道61的情况相比较会有所增加。为此,不仅是与阴极4b上的第一氧化剂气体通道131的下游部131c相对的部分,就连与第二氧化剂气体通道132、133的下游部相对的部分也能作为反应气体进行反应的场所,所以能够改善氧化剂气体的利用效率。
如以上所述,在本实施方式1所涉及的燃料电池100中,能够降低贯穿流经反应气体通道的反应气体的供给量的不均匀性,并能够改善反应气体的利用效率。
(实施方式2)
图3是表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
如图3所示,本发明的实施方式2所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,不同点在于:在第一氧化剂气体通道131的特定部分当中,从第一部分41到下游部131c中的第一下游直线部31h的下游端之间,多条连通用通道61以规定的间隔互相连通第一氧化剂气体通道131、第二氧化剂气体通道132、第二氧化剂气体通道133的形式配射。
在具备如以上所述方式构成的本实施方式2所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,能够进一步降低贯穿流经反应气体通道的反应气体的供给量的不均匀性,并且能够进一步改善反应气体的利用效率。
(实施方式3)
图4是表示本发明的实施方式3所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
如图4所示,本发明的实施方式3所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,不同点在于:在第一氧化剂气体通道131的特定部分即从第一部分41到第一氧化剂气体通道131的下游端之间,多条连通用通道61以规定的间隔互相连通第一氧化剂气体通道131、第二氧化剂气体通道132、第二氧化剂气体通道133的形式设置。
在具备如以上所述方式构成的本实施方式3所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,能够进一步降低贯穿流经反应气体通道的反应气体的供给量的不均匀性,并且能够进一步改善反应气体的利用效率。
(实施方式4)
图5是表示本发明的实施方式4所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
如图5所示,本发明的实施方式4所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,不同点在于:在第一氧化剂气体通道131的特定部分形成有凹部部62和从该凹部部62的底面设立的多个突起63。
具体而言:对于凹部部62来说,从阴极隔板11的厚度方向进行时其被形成为大致梯形状,并且其上游端连接于第一氧化剂气体通道131的第一部分41,另外,其下游端连接于第一氧化剂气体通道131的下游部131c中的第一下游直线部31h。而且,凹部部62的上游端以及下游端分别是以与第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133相连通的形式形成的。
另外,凹部部62被形成为与第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133具有相同的深度,在其底面上设置有从该底面在厚度方向上突出的多个岛状(在此为大致圆柱状,更加正确地说是大致正圆柱形)的突起63。以相同的间隔形成有多个(在此为11个)突起63。另外,虽然在此突起63被形成为大致圆柱形,但是并不限定于此,也可以是大致圆柱形、大致三角柱形以及大致四角柱形。另外,在此,垂直于突起63的设立方向的圆切片截面虽然做成了大致正圆柱形,但是并不限定于此,也可以是椭圆柱形。
由此,从第一氧化剂气体通道131的上游部131a到凹部部62(第一部分41)发生短路的氧化剂气体(以下称之为短路气体)、和贯穿流经第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133中的凹部部62的上游侧(中游部)的氧化剂气体(贯穿流经气体)在凹部部62合流。由于在凹部部62被配置成条纹状的多个突起63而使在凹部部62进行合流的短路气体和贯穿流经气体发生流动紊乱,从而促进了这些气体的混合并可以降低氧化剂气体供给量的不均匀性。于是,被混合的氧化剂气体从凹部部62的下游端被分流到第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133。
为此,就能够降低贯穿流经第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133的下游部的氧化剂气体的供给量的不均匀性,并且能够改善氧化剂气体的利用效率。
(实施方式5)
图6是表示本发明的实施方式5所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
如图6所示,本发明的实施方式5所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是不同点在于,在第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133的中游部被形成为盘蛇状。以下就有关第一氧化剂气体通道131的中游部131b的构成加以说明。
第一氧化剂气体通道131的中游部131b从其上游部131a的下游端按第一侧部方向并在水平方向上延伸一定的距离,从该处开始,使通道向上方向延伸并且转弯180度,从该处开始,按第二侧部方向并在水平方向上延伸一定的距离,从该处开始,按上方向并在垂直方向上延伸一定的距离。然后,将该延伸线路图形重复2次,再从该处开始,按第一侧部方向并在水平方向上延伸一定的距离,到达下游部131c的上游端。
在具备如以上所述构成的本实施方式5所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,同样也会取得与实施方式1所涉及的燃料电池100相同的作用效果。
(实施方式6)
图7是表示本发明的实施方式6所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。另外,在图7中只表示了氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22,省略了其它的歧管孔的图示。
如图7所示,本实施方式6所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是在氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22的设置位置和第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133的下游部的构成上有所不同。
具体而言,氧化剂气体排出用歧管孔22设置在第二侧部的上部。另外,第一氧化剂气体通道131的下游部131c被形成为U字状。更具体而言,下游部131c从其上游端到第二下游直线部31j与实施方式1所涉及的阴极隔板11的第一氧化剂气体通道131相同,在第二下游直线部31j的下游端连接有将通道从水平方向弯曲为垂直方向的第三下游转弯部31k的上游端,在其下游端连接有按上方向在垂直方向上进行延伸的第三下游直线部31m的上游端,其下游端连通于氧化剂气体排出用歧管孔22。
另外,第二氧化剂气体通道132、133的构成与第一氧化剂气体通道131相同,所以在此省略对其作详细的说明。另外,第一氧化剂气体通道131的下游部131c的构成如上所述,所以在第一氧化剂气体通道131的上游端与第一部分41之间的部分当中,最接近于第一氧化剂气体通道131的下游端的部分即第二部分51成为上游部131a中的第一上游转弯部31b。
在具备如以上所述构成的本实施方式6所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,同样也会取得与实施方式1所涉及的燃料电池100相同的作用效果。
(实施方式7)
图8是表示本发明的实施方式7所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。另外,在图8中只表示氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22,省略其它的歧管孔的图示。
如图8所示,本实施方式7所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是在氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22的配置位置和第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133的上游部的构成上有所不同。
具体而言,氧化剂气体排出用歧管孔22设置在第一侧部的下部。另外,第一氧化剂气体通道131的上游部131a被形成为U字状。更具体而言,上游部131a从其上游端到第二上游转弯部31d与实施方式1所涉及的阴极隔板11的第一氧化剂气体通道131相同,在第二上游转弯部31d的下游端连接有按第一侧部方向在水平方向上进行延伸的第三上游直线部31e的上游端,在其下游端连接有将通道从水平方向弯曲为垂直方向的第三上游转弯部31f的上游端,其下游端与中游部131b相连接。
另外,第二氧化剂气体通道132、133的构成与第一氧化剂气体通道131相同,所以在此省略对其作详细的说明。另外,第一氧化剂气体通道131的上游部131a的构成如上所述,所以在第一氧化剂气体通道131的上游端与第一部分41之间的部分当中,最接近于第一氧化剂气体通道131的下游端的部分即第二部分51成为上游部131a中的第三上游转弯部31f。
在具备如以上所述构成的本实施方式7所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,同样也会取得与实施方式1所涉及的燃料电池100相同的作用效果。
(实施方式8)
图9是表示本发明的实施方式8所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
如图9所示,本实施方式8所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是在第二氧化剂气体通道132的下游端连接于连通用通道61的这一点上有所不同。
在具备如以上所述构成的本实施方式8所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,同样也会取得与实施方式1所涉及的燃料电池100相同的作用效果。
另外,在本实施方式中,虽然制成了将第二氧化剂气体通道132的下游端连接于连通用通道61的构成,但是并不限定于此,也可以是将第二氧化剂气体通道133的下游端连接于连通用通道61的构成。
(实施方式9)
图10是表示本发明的实施方式9所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。另外,在图10中只表示氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22,省略其它的歧管孔的图示。
如图10所示,本实施方式9所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11被形成为圆板状,另外,在其主面上形成有并行的第一氧化剂气体通道131和4条第二氧化剂气体通道。氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22以夹持阴极隔板11的中心部(中心轴101)而彼此相对的形式设置。
第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132~135作为全体被形成为漩涡状,具体而言:以从其上游端向阴极隔板11的中心部汇聚的形式并以顺时针地画出弧线的形式形成通道,并在阴极隔板11的中央部折回,从而以朝着阴极隔板11的周边部进行发散的形式以及以反时针地画出弧线的形式形成通道。
另外,第一氧化剂气体通道131具有第一部分41和第二部分51。如以上所述,第一部分41是,在第一氧化剂气体通道131中的第二部分51和下游端之间的部分当中,最接近于第一氧化剂气体通道131的上游端的部分,在此,在第一氧化剂气体通道131中的与连接第一氧化剂气体通道131的上游端和中心轴101的线相交的部分当中,最接近于隔板11的外周的部分构成了第一部分41。另外,第二部分51是,在第一氧化剂气体通道131中的上游端和第一部分41之间的部分当中,最接近于第一氧化剂气体通道131的下游端的部分,在此,在第一氧化剂气体通道131中的与连接第一氧化剂气体通道131的下游端和中心轴101的线相交的部分当中,最接近于隔板11的外周的部分构成了第二部分51。
然后,在第一氧化剂气体通道131的第一部分41和下游端之间的部分(特定部分),多条沟槽状的连通用通道61以按照规定的间隔分别连通第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132~135的形式设置。
在具备如以上所述构成的本实施方式9所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,同样也会取得与实施方式1所涉及的燃料电池100相同的作用效果。
另外,在本实施方式1~9中,虽然是在第一氧化剂气体通道131的特定部分配设连通用通道61而使短路的氧化剂气体进行分流的构成,但是并不限定于此,也可以是以实施方式4的所述方式设置凹部部62和突起63来混合短路的氧化剂气体并分流混合后的氧化剂气体的构成。
另外,在本实施方式1~9中,虽然是将多条氧化剂气体通道131~135的下游端连通于氧化剂气体排出用歧管孔22的构成,但是并不限定于此,也可以制成将多条第二氧化剂气体通道132~135当中的至少1条氧化剂气体通道的下游端连接于连通用通道61的构成。
(实施方式10)
图11是表示本发明的实施方式10所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
本发明的实施方式10所涉及的燃料电池用隔板是具备下列部分的板状的燃料电池用隔板,这些部分为:在厚度方向上贯通的反应气体供给用歧管孔;在厚度方向上贯通的反应气体排出用歧管孔;由以并行且弯曲的形式形成的沟槽群构成的多条反应气体通道,其上游端在该燃料电池用隔板的至少一方的主面上连接于所述反应气体供给用歧管孔,而其下游端连接于所述反应气体排出用歧管孔。所述多条反应气体通道当中位于最外侧的一对反应气体通道的一方构成第一反应气体通道,其另一方则构成第三反应气体通道;所述第一反应气体通道具有第一部分和比该第一部分位于上游侧的第二部分;在所述第一反应气体通道中的所述第二部分和所述下游端之间的部分当中,所述第一部分最接近于所述上游端;在所述第一反应气体通道中的所述上游端和所述第一部分之间的部分当中,所述第二部分最接近于所述下游端;所述第三反应气体通道不介于所述第一部分和所述上游端之间,并且,所述第三反应气体通道介于所述第二部分和所述下游端之间;在邻接的所述沟槽之间的多根肋条当中,仅由构成所述第一反应气体通道的沟槽形成的肋条或者仅由所述第三反应气体通道形成的肋条当中的至少任意一方的肋条(以下称之为“特定肋条”)的宽度,比该特定肋条以外的任意肋条的宽度都宽。另外,所述特定肋条为仅由构成所述第一反应气体通道的沟槽所形成的第一肋条。
具体而言,如图11所示,在阴极隔板11的一方的主面上连通氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22,并以将氧化剂气体提供给阴极4b的主面的全领域的形式形成沟槽131~133。在该阴极隔板11的一方的主面上的这些沟槽与沟槽之间的部分形成与阴极4b相接触的肋条。另外,沟槽131~135分别构成第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133。第一氧化剂气体通道131和第二氧化剂气体通道132、133以互相并行的形式形成。在此,所谓“并行”是指多条氧化剂气体通道以互相并排的方式设置。另外,在最外侧的一对沟槽131、133当中,一方的沟槽131构成第一氧化剂气体通道131,其另一方的沟槽133则构成第三氧化剂气体通道(第三反应气体通道)133。即,在第二氧化剂气体通道132、133当中,位于最外侧的沟槽133构成第三氧化剂气体通道133。另外,第二氧化剂气体通道132的构成与第一以及第三氧化剂气体通道131、133相同,所以在以下的说明中,就有关第一以及第三氧化剂气体通道131、133加以说明。
第一以及第三氧化剂气体通道131、133分别由以下部分构成:其上游端与氧化剂气体供给用歧管孔21相连通的大致呈U字状的上游部131a、133a(由图11所表示的一点划线内的通道);其下游端与氧化剂气体排出用歧管孔22相连通的大致呈U字状的下游部131c、133c(由图11所表示的二点划线内的通道);漩涡状的中游部131b、133b,其上游端连接于上游部131a、133a的下游端,而其下游端连接于下游部131c、133c的上游端。并且,以由上游部131a、133a和下游部131c、133c围绕中游部131b、133b的形式构成。
上游部131a、133a分别由第一上游直线部31a、33a、第一上游转弯部31b、33b、第二上游直线部31c、33c、第二上游转弯部31d、33d、第三上游直线部31e、33e、第三上游转弯部31f、33f构成。
第一上游直线部31a、33a分别以其上游端连通于氧化剂气体供给用歧管孔21的形式形成,并且以从阴极隔板11的第一侧部向第二侧部进行延伸的形式(以在水平方向上进行延伸的形式)形成。第一上游转弯部31b、33b分别以其上游端连接于第一上游直线部31a、33a的下游端的方式形成,并且以将通道从水平方向弯曲为阴极隔板11的上下方向的形式形成。第二上游直线部31c、33c分别以其上游端连接于第一上游转弯部31b、33b的下游端的方式形成,并且以从阴极隔板11的上部向下部进行延伸的形式(以在垂直方向上进行延伸的形式)形成。第二上游转弯部31d、33d分别以其上游端连接于第二上游直线部31c、33c的下游端的方式形成,并且将通道从垂直方向弯曲为水平方向的形式形成。第三上游直线部31e、33e分别以其上游端连接于第二上游转弯部31d、33d的下游端的方式形成,并且在水平方向上从第二侧部向第一侧部进行延伸的形式形成。另外,第三上游转弯部31f、33f分别以其上游端连接于第三上游直线部31e、33e的下游端的方式形成,并且将通道从水平方向弯曲为阴极隔板11的上下方向的形式形成。
中游部131b、133b被形成为漩涡状,具体而言:以从阴极隔板11的周边部向中央部汇聚的形式顺时针地形成通道并在阴极隔板11的中央部折回,再以朝着阴极隔板11的周边部进行发散的形式逆时针地形成通道。
更具体而言:中游部131b、133b分别从上游部131a、133a的第三上游转弯部31f、33f的下游端,从阴极隔板11的下部向上部(以下称之为“上方向”)垂直延伸一定距离,从该处开始,从第一侧部向第二侧部(以下称之为“第二侧部方向”)水平延伸一定距离,从该处开始,从阴极隔板11的上部向下部(以下称之为“下方向”)垂直延伸一定距离,从该处开始,在第一侧部方向上水平延伸一定距离,直到阴极隔板11的中央部。然后,在阴极隔板11的中央部折回,从该处开始,在第二侧部方向上水平延伸一定距离,从该处开始,在阴极隔板11的上方向上垂直延伸一定距离,从该处开始,在第一侧部方向上水平延伸一定距离,从该处开始,在下方向上垂直延伸一定距离,从该处开始,在第二侧部方向上水平延伸一定距离,从该处开始,在上方向上垂直延伸一定距离,直到下游部131c、133c的上游端。
下游部131c、133c分别由第一下游转弯部31g、33g、第一下游直线部31h、33h、第二下游转弯部31i、33i、第二下游直线部31j、33j、第三下游转弯部31k、33k、第三下游直线部31m、33m构成。
第一下游转弯部31g、33g分别以其上游端连接于中游部131b、133b的下游端的方式形成,并以将通道从垂直方向弯曲为水平方向的形式形成。第一下游直线部31h、33h分别以其上游端连接于第一下游转弯部31g、33g的下游端的方式形成,并且在第一侧部方向上水平延伸的形式形成。第二下游转弯部31i、33i分别以其上游端连接于第一下游直线部31h、33h的下游端的方式形成,并且以将通道从水平方向弯曲为垂直方向的形式形成。第二下游直线部31j、33j分别以其上游端连接于第二下游转弯部31i、33i的方式形成,并且以在下方向上垂直延伸的形式形成。第二下游转弯部31k、33k分别以其上游端连接于第二下游直线部31j、33j并将通道从垂直方向弯曲为水平方向的形式形成。第三下游直线部31m、33m分别以其上游端连接于第二下游转弯部31k、33k的下游端,并且以在第二侧部方向上水平延伸的形式形成,其下游端以与氧化剂气体排出用歧管孔22相连通的形式形成。
如以上所述,第一以及第三氧化剂气体通道131、133由直线部和转弯部形成,直线部在垂直方向或者水平方向上进行延伸,转弯部从垂直方向弯曲为水平方向或者从水平方向弯曲为垂直方向,第一以及第三氧化剂气体通道131、133作为整体为弯曲形式。氧化剂气体通道132以与第一以及第三氧化剂气体通道131、133相并排的形式设置。另外,在与阴极隔板11的主面相平行的方向上,第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133不介于第一氧化剂气体通道131中的后述的第一部分41和第一氧化剂气体通道131的上游端之间,另外,在与阴极隔板11的主面相平行的方向上,第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133介于第一氧化剂气体通道131中的后述的第二部分51和第一氧化剂气体通道131的下游端之间。
另外,第一氧化剂气体通道131的下游部131c具有第一部分41,上游部131a则具有第二部分51。第一部分41是,在第一氧化剂气体通道131中的第二部分51和下游端之间的部分当中,最接近于第一氧化剂气体通道131的上游端的部分。换言之,第一部分41是在第一氧化剂气体通道131的下游部131c当中与上游部131a之间的压力梯度为最大的部分(从第一氧化剂气体通道131的上游部131a发生短路的反应气体的量为最多的部分)。具体而言,在本实施方式中,下游部131c的第一下游转弯部31i当中与第一氧化剂气体通道131的上游端最接近的部分构成第一部分41。
另外,第二部分51是,在第一氧化剂气体通道131中的上游端和第一部分41之间的部分当中,最接近于第一氧化剂气体通道131的下游端的部分。换言之,第二部分51是,在第一氧化剂气体通道131中的上游端和第一部分41之间的部分当中,在从第一氧化剂气体通道131中的上游端向下游端的方向上离该上游端最远的部分,并且是在第一氧化剂气体通道131的上游部131a之中与下游部131c的压力梯度大的部分。具体而言,在本实施方式中,上游部131a的第二上游转弯部31d构成第二部分51。
再有,第三氧化剂气体通道133的下游部133c具有第三部分52,上游部133a则具有第四部分53。第三部分52是对应于第三氧化剂气体通道133中的第一氧化剂气体通道131的第一部分41的部分,是在第四部分53和下游端之间的部分当中最接近于第三氧化剂气体通道133的上游端的第二下游转弯部33i。另外,第四部分53是对应于第三氧化剂气体通道133中的第一氧化剂气体通道131的第二部分51的部分,是在第三氧化剂气体通道133中的上游端和第三部分52之间的部分当中在最接近于第三氧化剂气体通道133的下游端的第二上游转弯部33d的上下方向上进行延伸的通道的下游端部分。
然后,在形成在邻接的沟槽131~133之间的多根肋条当中,仅仅由构成第一氧化剂气体通道131的沟槽131形成的肋条构成第一肋条71,仅仅由构成第三氧化剂气体通道133的沟槽133形成的肋条构成第二肋条72。在实施方式1中,从第一肋条71上的第一氧化剂气体通道131的上游端到第一上游直线部31a的下游端之间的部分(即与第一上游直线部31a相并行的部分)的宽度被形成为比第一肋条71之外的肋条的宽度宽,该第一肋条71构成特定肋条。另外,除了与第一肋条71的第一上游直线部31a相并行的部分之外的部分被形成为,具有与其它肋条实质上相同的宽度。
由此,就能够减小由于与贯穿流经和第一氧化剂气体通道131的第一上游直线部31a最为接近的通道31z(第一下游转弯部31g的在水平方向上进行延伸的部分、第一下游直线部31h、第二下游转弯部31i的在水平方向上进行延伸的部分)的氧化剂气体的压力差而产生的该通道之间的压力梯度。换言之,就能够增加氧化剂气体贯穿流经阴极气体扩散层3b(正确地来说应该是,阴极气体扩散层3b中的从燃料电池100的厚度方向进行观察时和与第一肋条71的第一上游直线部31a并行的部分相一致的部分)的时候的流体阻力。为此,就能够降低从第一氧化剂气体通道131的第一上游直线部31a到通道31z发生短路的氧化剂气体的流量。
[燃料电池的作用效果]
接着,参照图1以及图11就有关本实施方式10所涉及的燃料电池100的作用效果作如下说明。
如以上所述,因为贯穿流经第一氧化剂气体通道131中的上游部131a的第一上游直线部31a的氧化剂气体和贯穿流经与第一氧化剂气体通道131的该第一上游直线部31a最为接近的通道31z的氧化剂气体的压力差为较大,所以贯穿流经上游部131a的氧化剂气体的一部分经由阴极气体扩散层3b而流入到通道31z(特别是第一氧化剂气体通道131的第一部分41)。
另外,因为贯穿流经第一氧化剂气体通道131的上游部131a的氧化剂气体会发生短路,所以在贯穿流经第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133的上游部的氧化剂气体和贯穿流经第一氧化剂气体通道131的上游部131a的氧化剂气体之间会产生压力差。由于该压力差,贯穿流经第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133的上游部的氧化剂气体的一部分就会流入到第一氧化剂气体通道131的上游部131a。于是,从第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133流入到第一氧化剂气体通道131的氧化剂气体的一部分会流入到第一氧化剂气体通道131的通道31z(特别是第一氧化剂气体通道131的第一部分41),作为整体,贯穿流经第一氧化剂气体通道131以及第2第三氧化剂气体通道132、133的氧化剂气体的一部分将会流入到第一氧化剂气体通道131的通道31z(特别是第一部分41)。
为此,贯穿流经第一氧化剂气体通道131、第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133的氧化剂气体的一部分,通过在第一氧化剂气体通道131的通道31z(特别是第一部分41)发生短路,从而就这样在不参与反应的情况下被排出至氧化剂气体排出用歧管孔22,因而降低了反应气体的利用效率。
然而,在实施方式1所涉及的燃料电池100中,在形成于邻接的沟槽131~133之间的肋条当中,与仅仅由构成第一氧化剂气体通道131的沟槽131形成的第一肋条71的第一上游直线部31a相并行的部分(形成于第一肋条71的第一上游直线部31a和通道31z之间的部分)的宽度被形成为比其它肋条的宽度宽。由此,就能够降低由于贯穿流经第一氧化剂气体通道131的第一上游直线部31a的氧化剂气体和贯穿流经第一氧化剂气体通道131的通道31z的氧化剂气体之间的压力差而产生的该通道之间的压力梯度。换言之,就能够增加氧化剂气体贯穿流经阴极气体扩散层3b(正确地来说是,在阴极气体扩散层3b中的从燃料电池100的厚度方向进行观察时和与第一肋条71的第一上游直线部31a并行的部分相一致的部分)的时候的阻力。为此,就能够降低从第一氧化剂气体通道131的第一上游直线部31a到通道31z发生短路的氧化剂气体的流量。
另外,因为能够减少从第一氧化剂气体通道131的第一上游直线部131a到通道31z发生短路的氧化剂气体,所以就能够降低在贯穿流经第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133的上游部的氧化剂气体和贯穿流经第一氧化剂气体通道131的上游部131a的氧化剂气体之间所产生的压力差,同时也能够减少从第二第三氧化剂气体通道132、133的上游部经由第一氧化剂气体通道131的上游部131a到通道31z所发生短路的氧化剂气体。
为此,就能够减少在贯穿流经第一氧化剂气体通道131、第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133的氧化剂气体当中没有被使用于与燃料气体的反应而从氧化剂气体排出用歧管孔22排出的氧化剂气体,因而也就能够改善反应气体的利用效率。
如以上所述,以本实施方式10所涉及的燃料电池100就能够减少反应气体的短路并能够减少不对反应作贡献而排出的反应气体,从而也就能够改善反应气体的利用效率。
(实施方式11)
图12是表示本发明的实施方式11所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
如图12所示,本实施方式11所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是在第一肋条71的构成上有所不同。具体而言:第一肋条71上的与从第一氧化剂气体通道131的上游端到第二部分51的部分相并行的部分(以下简称为“部分”)的宽度被形成为比其它的肋条的宽度宽。即,在本发明的实施方式11所涉及的燃料电池用隔板中,所述第一肋条被形成为,从所述第一氧化剂气体通道的所述上游端到所述第二部分为止的部分的宽度比其以外的部分的宽度宽。
具备如以上所述构成的本实施方式11所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池同样也能取得与实施方式10所涉及的燃料电池100相同的作用效果。
(实施方式12)
图13是表示本发明的实施方式12所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
在本发明的实施方式12所涉及的燃料电池用隔板中,所述特定肋条是仅仅由构成所述第三反应气体通道的沟槽形成的第二肋条。
即,如图13所示,本实施方式12所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式10所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是不同点在于:用第二肋条72取代第一肋条71,仅仅由构成第三氧化剂气体通道133的沟槽133形成的第二肋条72被形成为其宽度比其以外的肋条(包含第一肋条71)的宽度宽。
具体而言:第二肋条72上的与第三氧化剂气体通道133的第三下游直线部33m相并行的部分[形成于第二上游转弯部33d的在水平方向上进行延伸的部分、第三上游直线部33e以及第三上游转弯部33f的在水平方向上进行延伸的部分(以下称之为通道33y)和第三下游直线部33m之间的部分]的宽度被形成为比该部分之外的肋条的宽度宽,从而由第二肋条72构成了特定肋条。由此,就能够减少从第三氧化剂气体通道133的通道33y(特别是第四部分53)到第三氧化剂气体通道133的第三下游直线部33m所发生短路的氧化剂气体。
接着,就有关具备本实施方式12所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100的作用效果作如下说明。
如以上所述,因为贯穿流经第三氧化剂气体通道133的通道33y的氧化剂气体和贯穿流经第三氧化剂气体通道133的下游部133c(正确地来说应该是第三下游直线部33m)的氧化剂气体的压力差较大,所以贯穿流经上游部133a(特别是第三氧化剂气体通道133的第四部分53)的氧化剂气体的一部分会经由阴极气体扩散层3b流入到通道33y。
另外,因为贯穿流经第三氧化剂气体通道133的上游部133a的氧化剂气体会发生短路,所以在贯穿流经第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132的上游部的氧化剂气体和贯穿流经第三氧化剂气体通道133的上游部133a的氧化剂气体之间会产生压力差。由于该压力差,贯穿流经第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132的上游部的氧化剂气体的一部分就会流入到第三氧化剂气体通道133的上游部133a。于是,从第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132流入到第三氧化剂气体通道133的氧化剂气体的一部分就会流入到第三氧化剂气体通道133的通道33y,作为整体,贯穿流经第一氧化剂气体通道131以及第二第三氧化剂气体通道132、133的氧化剂气体的一部分将会流入到第一氧化剂气体通道131的通道33y。
为此,贯穿流经第一氧化剂气体通道131、第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133的氧化剂气体的一部分通过与第一氧化剂气体通道131的通道33y发生短路,从而在不参与反应的情况下被排出至氧化剂气体排出用歧管孔22,因而降低了反应气体的利用效率。
然而,在具备本实施方式12所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,在形成于邻接的沟槽131~133之间的肋条当中,仅仅由构成第三氧化剂气体通道133的沟槽133形成的第二肋条72的与第三下游直线部33m相并行的部分(第二肋条72的形成于第三下游直线部33m和通道33y之间的部分)的宽度被形成为比其它肋条的宽度宽。由此,就能够降低由于贯穿流经第三氧化剂气体通道133的通道33y的氧化剂气体和贯穿流经第三氧化剂气体通道131的第三下游直线部33m的氧化剂气体的压力差而产生的该通道之间的压力梯度。换言之,能够增加氧化剂气体贯穿流经阴极气体扩散层3b(正确地来说应该是,阴极气体扩散层3b中的从燃料电池100的厚度方向进行观察时和与第二肋条72的第三下游直线部33m并行的部分相一致的部分)的时候的流体阻力。为此,就能够降低从第三氧化剂气体通道133的通道33y到下游部133c的第三下游直线部33m发生短路的氧化剂气体的流量。
另外,因为能够减少从第三氧化剂气体通道133的通道33y到第三下游直线部33m发生短路的氧化剂气体,所以就能够降低在贯穿流经第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132的上游部的氧化剂气体和贯穿流经第三氧化剂气体通道133的上游部133a的氧化剂气体之间所产生的压力差,同时也能够减少从第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132的上游部经由第三氧化剂气体通道133的上游部133a到第三下游直线部33m所发生短路的氧化剂气体。
为此,就能够减少在贯穿流经第一氧化剂气体通道131、第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133的氧化剂气体当中没有被使用于与燃料气体的反应而从氧化剂气体排出用歧管孔22排出的氧化剂气体,因而也就能够改善反应气体的利用效率。
如以上所述,以具备本实施方式12所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100就能够减少反应气体的短路并能够减少不对反应作贡献而排出的反应气体,从而也就能够改善反应气体的利用效率。
(实施方式13)
图14是表示本发明的实施方式13所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
如图14所示,本实施方式13所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式12所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是在第二肋条72的构成上有所不同。具体而言:第二肋条72上的从第三氧化剂气体通道133的第三部分52到下游端为止的部分的宽度被形成为比其它的肋条的宽度宽。即,在本发明的实施方式13所涉及的燃料电池用隔板中,所述第三反应气体通道具有第三部分和比该第三部分位于上游侧的第四部分,所述第三部分以在所述第三反应气体通道中的所述第四部分和所述下游端之间的部分当中最接近于所述上游端的形式形成,所述第四部分以在所述第三反应气体通道中的所述上游端和所述第三部分之间的部分当中最接近于所述下游端的形式形成,所述第二肋条被形成为,从所述第三反应气体通道的所述第三部分到所述下游端为止的部分的宽度比其以外的部分的宽度宽。
具备如以上所述构成的本实施方式13所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100,同样也能取得与具备实施方式12所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100相同的作用效果。
(实施方式14)
图15是表示本发明的实施方式14所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
在本发明的实施方式14所涉及的燃料电池用隔板中,所述特定肋条由第一肋条以及第二肋条构成,其中,第一肋条仅仅由构成所述第一反应气体通道的沟槽形成,第二肋条仅仅由构成所述第三反应气体通道的沟槽形成。
具体而言,如图15所示,本实施方式14所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式10所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是在以下方面有所不同。所不同之处在于:除了第一肋条71之外,与实施方式12所涉及的燃料电池用隔板11相同,第二肋条72上的与第三氧化剂气体通道133的第三下游直线部33m相并行的部分被形成为,其宽度比其以外的肋条(第一肋条71上的除了与第一上游直线部31a相并行的部分)的宽度宽。即,在本实施方式中,第一肋条71以及第二肋条72构成了特定肋条。
具备如以上所述构成的本实施方式14所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100,能够取得与实施方式10所涉及的燃料电池100相同的作用效果,并且,因为也能够取得与具备实施方式12所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100相同的作用效果,所以能够更加减少反应气体的短路并减少没有对反应作贡献而被排出的反应气体,从而也就能够进一步改善反应气体的利用效率。
(实施方式15)
图16是表示本发明的实施方式15所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。另外,在图16中只表示了氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22,省略了其它歧管孔的的图示。
如图16所示,本实施方式15所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式14所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是在氧化剂气体排出用歧管孔22的设置位置、第一氧化剂气体通道131和第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133的下游部的构成、第二肋条72的构成上有所不同。
具体而言,氧化剂气体排出用歧管孔22设置在第二侧部的上部。另外,第一以及第三氧化剂气体通道131、133的下游部131c、133c分别由第一下游转弯部31g、33g、第一下游直线部31h、33h、第二下游转弯部31i、33i、第二下游直线部31j、33j、第三下游转弯部31k、33k、第三下游直线部31m、33m、第四下游转弯部31n、33n、第四下游直线部31p、33p构成,从其上游端至第三下游直线部31m、33m为止,以与实施方式14所涉及的阴极隔板11的第一以及第三氧化剂气体通道131、133的下游部131c、133c相同的形式形成。而且,第一以及第三氧化剂气体通道131、133的下游部131c、133c分别被形成为:在第三下游直线部31m、33m的下游端连接将通道从水平方向弯曲为垂直方向的第四下游部转弯部31n、33n的上游端,在其下游端连接按上方向垂直延伸的第四下游直线部31p、33p的上游端,其下游端连通于氧化剂气体排出用歧管孔22。
另外,第二肋条72上的与第三下游直线部33m、第四下游转弯部33n以及第四下游直线部33p相并行的部分的宽度被形成为比其以外的肋条(除了第一肋条71上的与第一上游直线部31a相并行的部分)的宽度宽。
另外,第二氧化剂气体通道132的构成与第一以及第三氧化剂气体通道131、133相同,所以在此省略对其作详细的说明。另外,第一氧化剂气体通道131的下游部131c的构成如上所述,所以在第一氧化剂气体通道131的上游端和第一部分41之间的部分当中最接近于第一氧化剂气体通道131的下游端的部分即第二部分51成为上游部131a中的第一上游转弯部31b。另外,第三氧化剂气体通道133的下游部133c的构成如上所述,所以第四部分53成为第一上游转弯部33b的在水平方向上进行延伸的部分的下游端。
在具备如以上所述构成的本实施方式15所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,同样也会取得与具备实施方式14所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100相同的作用效果。
(实施方式16)
图17是表示本发明的实施方式16所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。另外,在图17中只表示了氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22,省略了其它的歧管孔的图示。
如图17所示,本实施方式16所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式14所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是在氧化剂气体排出用歧管孔22的配置位置、第一氧化剂气体通道131以及第三氧化剂气体通道132、133的下游部的构成、以及第二肋条72的构成方面有所不同。
具体而言,氧化剂气体排出用歧管孔22设置在第一侧部的下部。另外,第一以及第三氧化剂气体通道131、133的下部131c、133c分别被形成为大致L字状,并由第一下游转弯部31g、33g、第一下游直线部31h、33h、第二下游转弯部31i、33i、第二下游直线部31j、33j构成。再有,第二肋条72上的与第二下游直线部33j相并行的部分的宽度被形成为比其以外的肋条(除了第一肋条71上的与第一上游直线部31a相并行的部分)的宽度宽。
另外,第二氧化剂气体通道132的构成与第一以及第三氧化剂气体通道131、133相同,所以在此省略对其作详细的说明。另外,第一氧化剂气体通道131的下游部131c的构成如上所述,所以在第一氧化剂气体通道131的上游端和第一部分41之间的部分当中,最接近于第一氧化剂气体通道131的下游端的部分即第二部分51成为上游部131a中的第三上游转弯部31f。再有,第三氧化剂气体通道133的下游部133c的构成如上所述,所以第四部分53成为第三上游转弯部33f的在水平方向上进行延伸的部分的下游端。
在具备如以上所述构成的本实施方式16所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,同样也会取得与具备实施方式14所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100相同的作用效果。
(实施方式17)
图18是表示本发明的实施方式17所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
在本发明的实施方式17所涉及的燃料电池用隔板中,在所述第一反应气体通道中的所述上游端和所述第二部分之间形成有由将多个突起设立于其底面的凹部构成的第一反应气体混合部,所述第一反应气体混合部使贯穿流经于比该第一反应气混合部位于上游侧的所述第一反应气体通道以及该第一反应气体通道以外的所述多条反应气体通道当中的至少1条所述反应气体通道中的所述反应气体进行合流,将合流之后的所述反应气体分流到比该第1反应气混合部位于下游侧的所述第一反应气体通道以及该第一反应气体通道以外的所述多条反应气体通道当中的至少1条所述反应气体通道,比所述第1反应气混合部位于上游侧的所述反应气体通道的数量,少于比所述第1反应气混合部位于下游侧的所述反应气体通道的数量。
即,如图18所示,本发明的实施方式17所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式10所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是不同点在于,将第一反应气体混合部64配设于第一氧化剂气体通道131以及第三氧化剂气体通道133的上游部131a、133a的途中的这一点,和第二氧化剂气体通道132的上游端的位置。
具体而言,第一反应气体混合部64被设置于第一氧化剂气体通道131的上游端和第二部分51之间,在此,被配设于连接第一上游直线部31a的下游端和第二上游直线部31c的上游端的部分(在实施方式10中相当于第一上游转弯部31b的部分)。第一反应气体混合部64由凹部部62和在该凹部部62的底面设立的多个突起63构成。
凹部部62从阴极隔板11的厚度方向进行观察时被形成为大致矩形形状,其上游端连通于第一以及第三氧化剂气体通道131、133的第一上游直线部31a、33a,另外,其下游端连通于第一以及第三氧化剂气体通道131、133的第二上游直线部31c、33c和第二氧化剂气体通道132。即,第二氧化剂气体通道132的上游端成为凹部部62。
另外,凹部部62被形成为与第一氧化剂气体通道131、第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133具有相同的深度,在其底面上设置有从该底面向厚度方向突出的多个岛状(在这里为大致圆柱状,更加正确地来说的话应该是大致正圆柱状)的突起63。以等间隔形成有多个(在这里为2个)突起63。另外,虽然突起63在这里形成为大致圆柱形,但是并不限定于此,例如也可以是大致圆柱形、大致三角柱形以及大致四角柱形。另外,在这里,垂直于突起63的设立方向的圆切片截面是大致正圆柱形,但是并不限定于此,也可以是椭圆柱形。
由此,贯穿流经第一以及第三氧化剂气体通道131、133的第一上游直线部31a、33a的氧化剂气体在第一反应气体混合部64的凹部部62合流。在凹部部62被配置成条纹状的多个突起63使在凹部部62合流的氧化剂气体的流动发生紊乱,从而促进这些气体的混合,被混合的氧化剂气体从凹部部62的下游端被分流到第一氧化剂气体通道131、第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133。
在具备如以上所述构成的本实施方式17所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,同样也会取得与具备实施方式10所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100相同的作用效果。
另外,在本实施方式17中,虽然将第一反应气体混合部64配设在连接第一上游直线部31a的下游端和第二上游直线部31b的上游端的部分,但是并不限定于此,只要配置在第一氧化剂气体通道131的上游端和第二部分51之间的部分即可。另外,在本实施方式中,虽然由凹部部62和突起63构成第一反应气体混合部64,但是并不限定于此,也可以通过配设将各个通道互相连通的连通用通道来加以构成。
(实施方式18)
图19是表示本发明的实施方式18所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
在本发明的实施方式18所涉及的燃料电池用隔板中,在所述第三反应气体通道中的所述第三部分和所述下游端之间形成有由将多个突起设立于其底面的凹部构成的第二反应气体混合部,所述第二反应气体混合部使贯穿流经于比该第二反应气混合部位于上游侧的所述第三反应气体通道以及该第三反应气体通道以外的所述多条反应气体通道当中的至少1条所述反应气体通道中的所述反应气体进行合流,将合流之后的所述反应气体分流到比该第二反应气混合部位于下游侧的所述第三反应气体通道以及该第一反应气体通道以外的所述多条反应气体通道当中的至少1条所述反应气体通道,比所述第2反应气混合部位于上游侧的所述反应气体通道的数量,多于比所述第2反应气混合部位于下游侧的所述反应气体通道的数量。
即,如图19所示,本发明的实施方式18所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式12所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是不同点在于,将第二反应气体混合部65配设于第一氧化剂气体通道131以及第三氧化剂气体通道133的下游部131c、133c的途中的这一点,和第二氧化剂气体通道132的下游端的位置。
具体而言,第二反应气体混合部65被设置于第三氧化剂气体通道133的第三部分52和下游端之间,在此,被配设于连接第二下游直线部33j的下游端和第三下游直线部33m的上游端的部分(在实施方式12中相当于第三上游转弯部33k的部分),从而成为第二氧化剂气体通道132的下游端。与第一反应气体混合部64相同,第二反应气体混合部65由凹部部62和在该凹部部62的底面设立的多个突起63构成。
凹部部62从阴极隔板11的厚度方向进行观察时被形成为大致矩形形状,其上游端连通有第一以及第三氧化剂气体通道131、133的第二下游直线部31j、33j,另外,其下游端连通有第一以及第三氧化剂气体通道131、133的第三下游直线部31m、33m。另外,凹部部62连通于氧化剂气体通道132的下游端。
另外,凹部部62被形成为与第一氧化剂气体通道131、第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133具有相同的深度,在其底面上设置有从该底面向厚度方向突出的多个岛状(在这里为大致圆柱状,更加正确地来说的话应该是大致正圆柱状)的突起63。以等间隔形成有多个(在这里为2个)突起63。另外,在此,突起63被形成为大致圆柱形,但是并不限定于此,例如也可以是大致圆柱形、大致三角柱形以及大致四角柱形。另外,在此,垂直于突起63的设立方向的圆切片截面为大致正圆柱形,但是并不限定于此,也可以是椭圆柱形。
由此,贯穿流经第一以及第三氧化剂气体通道131、133的第二下游直线部31j、33j以及第二氧化剂气体通道132的下游部的氧化剂气体在第二反应气体混合部65的凹部部62合流。在凹部部62被配置成条纹状的多个突起63使在凹部部62合流的氧化剂气体的流动发生紊乱,从而促进这些气体的混合,被混合的氧化剂气体从凹部部62的下游端被分流到第一氧化剂气体通道131以及第三氧化剂气体通道133。
在具备如以上所述构成的本实施方式18所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,同样也会取得与具备实施方式12所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100相同的作用效果。
另外,在本实施方式18中,虽然将第二反应气体混合部65配设于连接第二下游直线部33j的下游端和第三下游直线部33m的上游端的部分,但是并不限定于此,只要设置在第三氧化剂气体通道133的第三部分52和下游端之间的部分即可。另外,在本实施方式18中,由凹部部62和突起63构成第二反应气体混合部65,但是并不限定于此,也可以通过配设将各个通道互相连通的连通用通道来加以构成。
(实施方式19)
图20是表示本发明的实施方式19所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。
如图20所示,本实施方式19所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11的基本构成与实施方式10所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11相同,但是在第1和第三氧化剂气体通道131、133以及第二氧化剂气体通道132的中游部被形成为盘蛇状的这一点上有所不同。以下就有关第一氧化剂气体通道131的中游部131b的构成加以说明。
第一氧化剂气体通道131的中游部131b从其上游部131a的下游端以第一侧部方向在水平方向上延伸一定距离,从该处开始,通道按上方向延伸并弯曲180度,从该处开始,以第二侧部方向在水平方向上延伸一定距离,从该处开始,以上方向垂直延伸一定距离。然后,重复2次该延伸图案,从该处开始,以第一侧部方向水平延伸一定距离,直到下游部131c的上游端。
在具备如以上所述构成的本实施方式19所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,同样也会取得与具备实施方式10所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100相同的作用效果。
(实施方式20)
图21是表示本发明的实施方式20所涉及的燃料电池用隔板的概略构成的模式图。另外,在图21中只表示了氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22,省略了其它的歧管孔的图示。
如图21所示,本实施方式20所涉及的燃料电池用隔板(阴极隔板)11被形成为圆板状,另外,在其主面上并行地形成有第一氧化剂气体通道131、第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133。氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22以夹持阴极隔板11的中心部(中心轴101)而相对的形式进行配设。另外,在这里虽然是以夹持阴极隔板11的中心轴而相对的形式配设氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22,但是并不限定于此,只要这些歧管孔被配置于阴极隔板11的周边部,那么被配置于哪个位置都是可以的。
第一氧化剂气体通道131、第二氧化剂气体通道132以及第三氧化剂气体通道133作为整体被形成为漩涡状,具体而言:以从其上游端向阴极隔板11的中心部汇聚的形式并以顺时针地画出弧线的形式形成通道,并在阴极隔板11的中央部折回,并以朝着阴极隔板11的周边部进行发散的形式以及以逆时针地画出弧线的形式形成通道。
另外,第一氧化剂气体通道131具有第一部分41和第二部分51。如以上所述,第一部分41是在第一氧化剂气体通道131中的第二部分51和下游端之间的部分当中最接近于第一氧化剂气体通道131的上游端的部分,在此,在第一氧化剂气体通道131中的与连接第一氧化剂气体通道131的上游端和中心轴101的线相交的部分当中最接近于隔板11的外周的部分构成了第一部分41。另外,第二部分51是在第一氧化剂气体通道131中的上游端和第一部分41之间的部分当中最接近于第一氧化剂气体通道131的下游端的部分,在此,在第一氧化剂气体通道131中的与连接第一氧化剂气体通道131的下游端和中心轴101的线相交的部分当中最接近于隔板11的外周的部分构成第二部分51。
再有,第三氧化剂气体通道133具有第三部分52和第四部分53。如以上所述,第三部分52是在第三氧化剂气体通道133中对应于第一氧化剂气体通道131的第一部分41的部分,是在第四部分53和下游端之间的部分当中最接近于第三氧化剂气体通道133的上游端的部分。在此,在第三氧化剂气体通道133中的与连接第三氧化剂气体通道133的上游端和中心轴101的线相交的部分当中最接近于隔板11的外周的部分构成第三部分52。另外,第四部分53是在第三氧化剂气体通道133中对应于第一氧化剂气体通道131的第二部分51的部分,是在第三氧化剂气体通道133中的上游端和第三部分52之间的部分当中最接近于第三氧化剂气体通道133的下游端的部分。在此,在第三氧化剂气体通道133中的与连接第三氧化剂气体通道133的下游端和中心轴101的线相交的部分当中最接近于隔板11的外周的部分构成第四部分53。
然后,仅仅由构成第一氧化剂气体通道131的沟槽131形成的肋条构成第一肋条71,仅仅由构成第三氧化剂气体通道133的沟槽133形成的肋条构成第二肋条72。另外,在本实施方式中,第一肋条71上的与从第一氧化剂气体通道131的上游端到第二部分51为止的部分相并行的部分的宽度和第二肋条72上的与从第三氧化剂气体通道133的第三部分52到下游端为止的部分相并行的部分的宽度被形成为,比这些以外的肋条的宽度宽。
在具备如以上所述构成的本实施方式20所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,同样也会取得与具备实施方式14所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100相同的作用效果。
以上就有关本发明的实施方式作了详细的说明,但是本发明并不限定于上述实施方式。
例如,在上述的本发明的实施方式中,从第一肋条71的上游端到第一部分为止的部分的宽度以及/或者从第二肋条72的第三部分到下游端为止的部分的宽度被形成为比这些以外的部分的宽度宽,但是并不限定于此,也可以被形成为从第一肋条71的上游端到下游端为止的宽度以及/或者从第二肋条72的上游端到下游端为止的宽度比其他的肋条的宽度宽。另外,上述实施方式中,除了从第一肋条71的上游端到第一部分为止的部分以及/或者从第二肋条72的第三部分到下游端为止的部分之外的宽度被形成为实质上相同,但是并不限定于此,也可以以分别不同的形式形成肋条的宽度。再有,在能够获得本发明的作用效果的范围内,除了第一以及第二肋条71、72之外的肋条的一部分的宽度也可以以下列形式形成,即,从第一肋条71的上游端到第一部分为止的部分的宽度以及/或者从第二肋条72的第三部分到下游端为止的部分的宽度被形成为比这些以外的部分的宽度宽。
另外,在本实施方式中,以夹持阴极隔板11的中心轴而相对的形式配设氧化剂气体供给用歧管孔21和氧化剂气体排出用歧管孔22,但是并不限定于此,这些歧管孔只要被配置于阴极隔板11的周边部那么被设置于哪个位置都可以。
接着,就有关通过模拟解析本发明所涉及的燃料电池100来验证其效果的结果作如下说明。
[试验例1]
将使用本发明的实施方式1所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100作为实施例1,将使用由图22所表示的隔板200的燃料电池100作为比较例1,从而由模拟解析来验证其效果。为了方便进行评价而仅仅将电极面作为解析对象。
在解析过程中使用了ANSYS Japan株式会社制的FLUENT、PEM模块。发电条件为:电流密度为0.24A/cm2、燃料利用率为75%、氧利用率为55%、燃料气体是含氢75%和二氧化碳25%的混合气体、氧化剂气体是空气、燃料气体的露点是65℃、氧化剂气体的露点是35℃、电池温度调整在90℃。
其结果为:由高分子电解质膜1的含水量而发生变化的质子导电率在实施例1中是0.816S/m,在比较例1中则成为0.771S/m,从而能够证实本发明的构成提高了对于电池性能产生影响的质子导电率。
本发明人研究考察了该现象是由以下的理由所决定的。在以低加湿的条件运转燃料电池100的情况下,高分子电解质膜1因为干燥而导致质子导电率变小,特别是,如果发电集中在单电池内(隔板的主面)的某个部分(这里是第一氧化剂气体通道的下游部),那么由于伴随着发电而发热,对应于该部分的高分子电解质膜1就会变得更加干燥,质子导电率也就会变得更小。然而,研究发现:在使用本实施方式1所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100中,在第一氧化剂气体通道131以及第二氧化剂气体通道132、133之间通过氧化剂气体被均匀分配而缓和了发电的集中性,并通过增加高分子电解质膜1的含水量而提高了质子导电率。
接着,表示实施本发明所涉及的燃料电池100的发电实验的结果。
[试验例2]
将使用本发明的实施方式4所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池(单电池)100作为实施例2,与试验例1相同地,将使用由图22所表示的隔板200的燃料电池100作为比较例1,从而测定燃料电池100的电动势(电压)。另外,发电条件为:电流密度为0.16A/cm2、燃料利用率为75%、氧利用率为85%、燃料气体是含氢75%和二氧化碳25%的混合气体、氧化剂气体是空气、燃料气体的露点是65℃、氧化剂气体的露点是35℃、电池温度调整在90℃。
其结果在实施例2中电压是693mV,在比较例1中电压则成为689mV,因而证实了由本发明的构成其电动势得到了增加且电池性能也得到了提高。
如以上所述,根据试验例1以及试验例2可知,使用本发明所涉及的燃料电池用隔板11的燃料电池100与以往的燃料电池100相比,前者的质子传导率以及电动势得到了提高,且其性能也得到了提高。
对于本行业者来说,根据上述说明可知本发明的各种改良和其他的实施方式。因此,上述说明只能被解释为是例示,是为了向本行业者例示并说明如何实施本发明的最佳方式而提供的。在不脱离本发明的精神的前提下,能够实质性地变更其构造以及/或者功能的细节。
产业上的利用可能性
本发明的燃料电池用隔板以及具备该隔板的燃料电池,能够降低贯穿流经反应气体通道的反应气体的供给量的不均匀性,并且因为能够改善反应气体的利用效率而能够高效率地进行发电,所以在燃料电池的技术领域是有用的。

Claims (10)

1.一种燃料电池用隔板,其特征在于:
是板状的燃料电池用隔板,具备:在厚度方向上贯通的反应气体供给用歧管孔;在厚度方向上贯通的反应气体排出用歧管孔;以弯曲的形式形成在至少在一方的主面上的沟槽状的第一反应气体通道,其上游端连接于所述反应气体供给用歧管孔,而其下游端则连接于所述反应气体排出用歧管孔;以与所述第一反应气体通道并行且弯曲的形式形成的1条以上的沟槽状的第二反应气体通道,至少其上游端连接于所述反应气体供给用歧管孔;
所述第一反应气体通道被形成为:具有第一部分和比该第一部分位于上游侧的第二部分,所述第一部分在所述第一反应气体通道的所述第二部分和所述下游端之间的部分当中最接近于所述上游端,所述第二部分在所述第一反应气体通道的所述上游端和所述第一部分之间的部分当中最接近于所述下游端,所述第二反应气体通道不介于所述第一部分和所述上游端之间,所述第二反应气体通道介于所述第二部分和所述下游端之间,
并且,所述第一反应气体通道被形成为,在所述第一部分和所述下游端之间的部分(以下称之为“特定部分”)中与所述1条以上的第二反应气体通道中的至少1条反应气体通道(以下称之为“特定通道”)相连通。
2.如权利要求1所记载的燃料电池用隔板,其特征在于:
所述特定通道的下游端连接于所述反应气体供给用歧管孔。
3.如权利要求1所记载的燃料电池用隔板,其特征在于:
所述特定通道以其下游端在所述特定部分中连接于所述第一反应气体通道的形式与该第一反应气体通道相连通。
4.如权利要求1所记载的燃料电池用隔板,其特征在于:
所述第一反应气体通道以由沟槽状的连通通道进行连接的形式与所述特定通道相连通。
5.如权利要求1所记载的燃料电池用隔板,其特征在于:
在所述特定部分中形成有由将多个突起设立于其底面的凹部构成的反应气体混合部,所述第一反应气体通道和所述特定通道在所述反应气体混合部进行合流,由此,第一反应气体通道与所述特定通道相连通。
6.如权利要求5所记载的燃料电池用隔板,其特征在于:
所述第一反应气体通道和所述特定通道在所述反应气体混合部朝着所述反应气体排出用歧管孔进行分流。
7.如权利要求1所记载的燃料电池用隔板,其特征在于:
所述第一反应气体通道的所述第二部分和所述第一部分之间、以及所述1条以上的第二反应气体通道的对应于所述第一反应气体通道的所述第二部分和所述第一部分之间的部分被形成为漩涡状。
8.如权利要求1所记载的燃料电池用隔板,其特征在于:
所述第一反应气体通道的所述第二部分和所述第一部分之间、以及所述1条以上的第二反应气体通道的对应于所述第一反应气体通道的所述第二部分和所述第一部分之间的部分被形成为盘蛇状。
9.如权利要求1所记载的燃料电池用隔板,其特征在于:
所述反应气体供给用歧管孔和所述反应气体排出用歧管孔以隔着所述燃料电池用隔板的中心部而互相相对的形式进行配置。
10.一种燃料电池,其特征在于:
具备:
一对燃料电池用隔板,其中包括权利要求1所记载的燃料电池用隔板;
电解质层-电极组件,具有电解质层和夹持该电解质层的一对电极;
所述电解质层-电极组件被一对所述燃料电池用隔板夹持。
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