JP2000082482A - Gas separator for fuel cell and the fuel cell, and gas distributing method for fuel cell - Google Patents

Gas separator for fuel cell and the fuel cell, and gas distributing method for fuel cell

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JP2000082482A JP11039921A JP3992199A JP2000082482A JP 2000082482 A JP2000082482 A JP 2000082482A JP 11039921 A JP11039921 A JP 11039921A JP 3992199 A JP3992199 A JP 3992199A JP 2000082482 A JP2000082482 A JP 2000082482A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent flow rate of gas passing through each cell from becaming nonuniform, resulting in deterioration of cell performance. SOLUTION: A separator 30 has holes 40, 41, 42 and recesses 90, 91 formed on one face. These recesses define an in-cell oxidizing gas flow passage in a space to an anode. Oxidizing gas to be supplied from the outside to a fuel cell is distributed from a oxidizing gas supply manifold defined by the hole 40, passing through the in-cell oxidizing gas flow passage defined by the recesses 90, 91 collected in an oxidizing gas exhaust manifold defined by the hole 42 and exhausted to the outside. In this case, the oxidizing gas passing through the in-cell oxidizing gas flow passage is passed via an oxidizing gas distributing manifold formed by the hole 41.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用ガスセ
パレータおよび燃料電池並びに燃料電池におけるガスの
流通方法に関し、詳しくは、単セルを複数積層して構成
する燃料電池において、隣接する単セル間に設けられ、
隣接する部材との間で燃料ガス流路および酸化ガス流路
を形成すると共に、燃料ガスと酸化ガスとを隔てる燃料
電池用セパレータ、および該セパレータを用いた燃料電
池、並びに該燃料電池におけるガスの流通方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas separator for a fuel cell, a fuel cell, and a gas distribution method in a fuel cell. More particularly, the present invention relates to a fuel cell comprising a plurality of stacked single cells. Provided in
A fuel cell flow path and an oxidizing gas flow path are formed between adjacent members, and a fuel cell separator that separates the fuel gas and the oxidizing gas, and a fuel cell using the separator, and a gas flow in the fuel cell. Related to distribution method.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池用ガスセパレータは、複数の単
セルが積層された燃料電池スタックを構成する部材であ
って、充分なガス不透過性を備えることによって、隣り
合う単セルのそれぞれに供給される燃料ガスおよび酸化
ガスが混じり合うのを防いでいる。このような燃料電池
用セパレータは、通常は表面にリブ状などの凹凸構造を
有しており、燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する
働きも有している(このような構成のガスセパレータ
は、リブ付きインターコネクタとも呼ばれる)。すなわ
ち、燃料電池用セパレータは、燃料電池スタックに組み
込まれたときには、隣接する部材(ガス拡散層)と上記
凹凸構造との間で、燃料ガスまたは酸化ガスの流路(単
セル内ガス流路)を形成する。
2. Description of the Related Art A gas separator for a fuel cell is a member constituting a fuel cell stack in which a plurality of single cells are stacked, and is provided with sufficient gas impermeability to supply each of the adjacent single cells. The fuel gas and the oxidizing gas are prevented from being mixed. Such a separator for a fuel cell usually has an uneven structure such as a rib shape on the surface, and also has a function of forming a flow path for the fuel gas and the oxidizing gas (the gas separator having such a configuration). Is also referred to as a ribbed interconnector). That is, when the fuel cell separator is incorporated into a fuel cell stack, a fuel gas or oxidizing gas flow path (gas flow path within a single cell) is provided between an adjacent member (gas diffusion layer) and the uneven structure. To form

【0003】また、燃料電池用ガスセパレータは、通常
は、上記したガス流路を形成する凹凸構造の他に、所定
の孔構造を有している。このようなガスセパレータを備
える単セルを積層して燃料電池スタックを構成したとき
には、隣り合うガスセパレータに備えられた対応する孔
構造同士が重なって、これらの孔構造によって、燃料電
池スタック内をその積層方向に貫くガスマニホールドが
形成される。このようなガスマニホールドは、燃料電池
の外部から供給される燃料ガスまたは酸化ガスをその内
部に通過させつつ各単セルに分配したり、各単セルで電
気化学反応に供された後の燃料排ガスあるいは酸化排ガ
スを集合させてこれらを燃料電池外部に流出させたりす
る。したがって、上記孔構造によって形成されるガスマ
ニホールドは、積層された各単セル内に形成される上記
単セル内ガス流路(単セル内酸化ガス流路または単セル
内燃料ガス流路)と連通しており、ガスマニホールドと
単セル内流路との間でガスが流出入可能となっている。
[0003] A gas separator for a fuel cell usually has a predetermined hole structure in addition to the concavo-convex structure for forming the gas flow path described above. When a single cell including such a gas separator is stacked to form a fuel cell stack, the corresponding hole structures provided in adjacent gas separators overlap with each other, and these hole structures cause the fuel cell stack to move inside the fuel cell stack. A gas manifold penetrating in the stacking direction is formed. Such a gas manifold distributes a fuel gas or an oxidizing gas supplied from the outside of the fuel cell to each single cell while passing the inside thereof, or a fuel exhaust gas after being subjected to an electrochemical reaction in each single cell. Alternatively, oxidized exhaust gases are collected and discharged out of the fuel cell. Therefore, the gas manifold formed by the above-mentioned hole structure communicates with the above-mentioned single-cell gas flow path (single-cell oxidizing gas flow path or single-cell fuel gas flow path) formed in each stacked single cell. The gas can flow in and out between the gas manifold and the flow path in the single cell.

【0004】図18は、従来知られる燃料電池用ガスセ
パレータの一例として、セパレータ930の構成を平面
的に表わす説明図である。セパレータ930は、その周
辺近くに、4つの孔構造として、孔部940,942,
950,952を備えている。これらの孔部は、セパレ
ータ930を含む部材からなる単セルを複数個積層して
燃料電池を構成する際には、隣り合うセパレータ930
が備える対応する孔部同士が重なって、燃料電池の内部
で、それぞれ、酸化ガス供給マニホールド(外部から供
給される酸化ガスを各単セル内酸化ガス流路に分配す
る)、酸化ガス排出マニホールド(各単セル内酸化ガス
流路から排出される酸化排ガスを集合させて燃料電池外
に導く)、燃料ガス供給マニホールド(外部から供給さ
れる燃料ガスを各単セル内燃料ガス流路に分配する)、
燃料ガス排出マニホールド(各単セル内燃料ガス流路か
ら排出される燃料排ガスを集合させて燃料電池外に導
く)を形成する。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a plan view of the structure of a separator 930 as an example of a conventionally known gas separator for a fuel cell. The separator 930 includes four holes 940, 942, and four holes near its periphery.
950, 952. When a fuel cell is constructed by stacking a plurality of single cells made of a member including the separator 930, these holes are adjacent to the separator 930.
The corresponding holes provided in the fuel cell overlap with each other, and inside the fuel cell, the oxidizing gas supply manifold (distributes the oxidizing gas supplied from the outside to the oxidizing gas flow path in each single cell) and the oxidizing gas discharge manifold ( The oxidizing exhaust gas discharged from the oxidizing gas flow path in each unit cell is collected and led to the outside of the fuel cell), and the fuel gas supply manifold (the fuel gas supplied from the outside is distributed to the fuel gas flow path in each unit cell) ,
A fuel gas discharge manifold (collecting and guiding the fuel exhaust gas discharged from the fuel gas passages in each single cell to the outside of the fuel cell) is formed.

【0005】また、セパレータ930の一方の面には、
孔部940と孔部942とを連通させる凹部990が設
けられており、セパレータ930の他方の面には、孔部
950と孔部952とを連通させる凹部(図示せず)が
設けられている。これらの凹部は共に、途中2カ所の屈
曲部を有する溝状構造となっている。セパレータ930
を含む部材を積層して燃料電池を構成する際には、これ
らの凹部は、セパレータ930に隣接する部材との間
で、単セル内ガス流路を形成する。すなわち、孔部94
0と孔部942とを連通させる凹部990は、単セル内
酸化ガス流路を形成し、孔部950と孔部952とを連
通させる凹部は、単セル内燃料ガス流路を形成する。燃
料電池に供給された酸化ガスは、孔部940によって形
成される酸化ガス供給マニホールド内を通過し、各単セ
ル内に形成された単セル内酸化ガス流路に分配され、電
気化学反応に供された後に、孔部942によって形成さ
れる酸化ガス排出マニホールドで合流して、燃料電池外
部に排出される。同様に、燃料電池に供給された燃料ガ
スは、孔部950によって形成される燃料ガス供給マニ
ホールド内を通過し、各単セル内に形成された単セル内
燃料ガス流路に分配され、電気化学反応に供された後
に、孔部952によって形成される燃料ガス排出マニホ
ールドで合流して、燃料電池外部に排出される。
[0005] On one surface of the separator 930,
A concave portion 990 for communicating the hole portion 940 and the hole portion 942 is provided, and a concave portion (not shown) for communicating the hole portion 950 and the hole portion 952 is provided on the other surface of the separator 930. . Each of these recesses has a groove-like structure having two bent portions in the middle. Separator 930
When a fuel cell is configured by laminating members including the following, these concave portions form a gas flow path within a single cell with a member adjacent to the separator 930. That is, the hole 94
The concave portion 990 that connects the hole 0 and the hole 942 forms an oxidizing gas flow path in the single cell, and the concave portion that connects the hole 950 and the hole 952 forms a fuel gas flow path in the single cell. The oxidizing gas supplied to the fuel cell passes through the oxidizing gas supply manifold formed by the holes 940, is distributed to the oxidizing gas flow paths in the single cells formed in each single cell, and is supplied to the electrochemical reaction. After that, they are joined by the oxidizing gas discharge manifold formed by the holes 942 and discharged outside the fuel cell. Similarly, the fuel gas supplied to the fuel cell passes through the fuel gas supply manifold formed by the holes 950, is distributed to the fuel gas flow paths in the single cells formed in each single cell, and After being subjected to the reaction, they are joined by a fuel gas discharge manifold formed by the holes 952 and discharged outside the fuel cell.

【0006】特に、このような図18に示したセパレー
タ930では、セパレータ930のそれぞれの面上に設
けられた凹部が、一往復半だけ屈曲する形状となってい
るため、このように屈曲する形状にしない場合に比べ
て、単セル内ガス流路の流路断面が小さくなり、流路の
任意の場所を通過するガスの流速をより速くすることが
できる。したがって、単セル内ガス流路内を通過するガ
スが、流路内でよりよく攪拌され、拡散する状態とな
る。このような状態となることによって、ガス(燃料ガ
スあるいは酸化ガス)中の電極活物質(水素あるいは酸
素)が、電極上に設けられた触媒層と接触し易くなると
共に、電極活物質が電気化学反応で利用され易くなり、
ガスの利用率が向上する。
In particular, in the separator 930 shown in FIG. 18, since the concave portion provided on each surface of the separator 930 is bent by one reciprocation and a half, the shape bent in this manner is used. As compared with the case where no gas flow is performed, the cross section of the gas flow path in the single cell becomes smaller, and the flow velocity of the gas passing through an arbitrary portion of the flow path can be further increased. Therefore, the gas passing through the gas flow path in the single cell is more well stirred and diffused in the flow path. In such a state, the electrode active material (hydrogen or oxygen) in the gas (fuel gas or oxidizing gas) easily comes into contact with the catalyst layer provided on the electrode, and the electrode active material becomes electrochemically active. Easier to use in reactions,
Gas utilization is improved.

【0007】図18に示した構成の他に、燃料電池用ガ
スセパレータの表面に設けられた凹部の形状として、上
記したように一往復半だけ屈曲した形状の凹部を、同一
平面上において各々平行に複数個設け、これら同一面上
の複数の凹部に対して、ガス供給マニホールドおよびガ
ス排出マニホールドを形成する一対のガス導入孔および
ガス排出孔を介して、ガスの給排を行なう構成が提案さ
れている(例えば、特開平7−263003号公報
等)。このような構成とすれば、屈曲した形状の凹部を
同一平面上に複数個設けることにより、単セル内ガス流
路の流路断面がさらに小さくなり、流路内の任意の場所
を通過するガスの流速がより速くなるため、燃料電池に
おけるガスの利用率をさらに向上させることができる。
In addition to the configuration shown in FIG. 18, as the shape of the concave portion provided on the surface of the gas separator for a fuel cell, a concave portion bent by one reciprocation and a half as described above is formed in parallel on the same plane. And a plurality of recesses on the same surface are supplied and supplied with gas through a pair of gas introduction holes and gas discharge holes forming a gas supply manifold and a gas discharge manifold. (For example, JP-A-7-263003). With such a configuration, by providing a plurality of concave portions having a bent shape on the same plane, the cross section of the gas flow path in the single cell is further reduced, and the gas passing through an arbitrary location in the flow path is reduced. Since the flow rate of the gas becomes higher, the gas utilization rate in the fuel cell can be further improved.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た図18および公報に開示された燃料電池用ガスセパレ
ータでは、各々の単セルが備える単セル内ガス流路にお
いて、この単セル内ガス流路に供給されるガスが通過す
る孔(図18では孔部940および孔部950)、およ
び、単セル内ガス流路から排出されるガスが通過する孔
(図18では孔部942および孔部952)が、それぞ
れ一つずつしかないため、燃料電池を構成する各々の単
セルに対するガスの配流が不均一になってしまうおそれ
があるという問題があった。例えば、電気化学反応に伴
って生じる生成水などがガスの流路内で凝縮した場合
に、この凝縮水が、ガスマニホールドと単セル内ガス流
路との接続部付近や、単セル内ガス流路内に滞留してし
まうと、この凝縮水が滞留した部位に対応する単セル内
ガス流路においてガスの流れに対する抵抗が生じ、ガス
の流れが妨げられてしまう。このようにガスの供給状態
が悪化した単セルでは、電気化学反応が充分に進行しな
くなるため、燃料電池全体では各単セル間で出力電圧に
ばらつきが生じてしまい、燃料電池の性能が低下するお
それがある。
However, in the gas separator for a fuel cell disclosed in the above-mentioned FIG. 18 and the gazette, the gas flow path in the single cell provided in each single cell has The holes through which the supplied gas passes (the holes 940 and 950 in FIG. 18) and the holes through which the gas discharged from the single cell gas flow path passes (the holes 942 and 952 in FIG. 18). However, since there is only one each, there is a problem that the gas distribution to each single cell constituting the fuel cell may be non-uniform. For example, when water generated due to the electrochemical reaction condenses in the gas flow path, the condensed water flows around the connection between the gas manifold and the gas flow path in the single cell or the gas flow in the single cell. If the condensed water stays in the passage, resistance to the gas flow occurs in the gas flow path in the single cell corresponding to the portion where the condensed water stays, and the gas flow is hindered. In the unit cell in which the supply state of the gas is deteriorated, the electrochemical reaction does not sufficiently proceed, so that the output voltage varies among the unit cells in the entire fuel cell, and the performance of the fuel cell is reduced. There is a risk.

【0009】ここで、ガス流路内に生じる凝縮水につい
て説明する。酸化ガスの流路中に生じる凝縮水は、電気
化学反応に伴ってカソード側に生じる生成水に起因して
いる。以下に、固体高分子型燃料電池を構成する各単セ
ルで進行する電気化学反応を表わす。
Here, the condensed water generated in the gas passage will be described. Condensed water generated in the flow path of the oxidizing gas is caused by water generated on the cathode side due to the electrochemical reaction. Hereinafter, an electrochemical reaction that proceeds in each unit cell of the polymer electrolyte fuel cell will be described.

【0010】 H2 → 2H++2e- …(1) (1/2)O2+2H++2e- → H2O …(2) H2+(1/2)O2 → H2O …(3)H 2 → 2H + + 2e (1) (1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O (2) H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3) )

【0011】(1)式はアノード側における反応を、
(2)式はカソード側における反応を示し、電池全体と
しては(3)式に示す反応が進行する。このように固体
高分子型燃料電池では、電池反応の進行に伴ってカソー
ド側で生成水が生じる。生じた生成水は、カソード側に
供給されている酸化ガス中に気化し、酸化ガスとともに
燃料電池外に排出されるが、生成水量が多いときや、酸
化ガスが流れる流路中に部分的に温度が低い領域がある
と、酸化ガスの流路内で生成水が凝縮し、凝縮水が流路
内に滞留してしまうことがある。
Equation (1) describes the reaction on the anode side,
Equation (2) shows the reaction on the cathode side, and the reaction shown in equation (3) proceeds for the whole battery. As described above, in the polymer electrolyte fuel cell, generated water is generated on the cathode side as the cell reaction proceeds. The generated water evaporates into the oxidizing gas supplied to the cathode side and is discharged out of the fuel cell together with the oxidizing gas.However, when the amount of generated water is large or partially in the flow path where the oxidizing gas flows, If there is a region where the temperature is low, the generated water may condense in the flow path of the oxidizing gas, and the condensed water may stay in the flow path.

【0012】アノード側では、電気化学反応に伴って生
成水が生じることはないが、アノード側に供給される燃
料ガスは、通常は、燃料電池に供給するのに先立って予
め加湿を行なう。すなわち、アノード側で上記(1)式
に示した反応が進行する際、生じたプロトンは、水分子
と水和した状態で、固体電解質膜中をカソード側に向か
って移動するため、固体電解質のアノード側では水が不
足する状態となるが、固体電解質の乾きは固体電解質の
導電性を低下させてしまうため、通常は、上記したよう
に予め加湿した燃料ガスを供給することによって、固体
電解質膜の乾燥を防いでいる。したがって、この燃料ガ
スに付加された水蒸気が、燃料ガスの流路内で凝縮して
しまうことがある。このように、酸化ガスの流路、ある
いは、燃料ガスの流路において生じた凝縮水が滞留し、
一部の単セルにおいてガスの供給状態が悪化すると、燃
料電池全体の性能が悪化してしまうおそれがある。
On the anode side, no water is produced due to the electrochemical reaction, but the fuel gas supplied to the anode side is usually humidified before being supplied to the fuel cell. That is, when the reaction represented by the above formula (1) proceeds on the anode side, the generated protons move toward the cathode side in the solid electrolyte membrane in a state of being hydrated with water molecules. Although there is a shortage of water on the anode side, drying the solid electrolyte lowers the conductivity of the solid electrolyte. Prevents drying out. Therefore, the water vapor added to the fuel gas may condense in the fuel gas flow path. Thus, the condensed water generated in the flow path of the oxidizing gas or the flow path of the fuel gas stays,
If the supply state of the gas in some of the single cells deteriorates, the performance of the entire fuel cell may deteriorate.

【0013】また、燃料電池を構成する各単セル間で出
力電圧がばらついてしまうという問題は、上記した凝縮
水が原因となる他に、燃料電池用ガスセパレータを成形
する際の精度に起因して生じることがある。ガス流路を
形成するためにガスセパレータ表面に形成された凹凸構
造において、成形の精度が不十分であった場合、すなわ
ち、形成された凹凸の深さにばらつきがあった場合に
は、各単セルごとに、単セル内ガス流路をガスが通過す
る際の流路抵抗がばらつき、各単セルごとに供給される
ガス量がばらついてしまう。従って、従来知られるガス
セパレータを用いた燃料電池では、ガスセパレータを成
形する際の精度に起因して、各単セル間で出力電圧がば
らついて、燃料電池全体の性能が悪化してしまうおそれ
があった。
Further, the problem that the output voltage varies between the individual cells constituting the fuel cell is caused not only by the above-mentioned condensed water but also by the accuracy in forming the gas separator for the fuel cell. May occur. In the case where the accuracy of molding is insufficient in the uneven structure formed on the surface of the gas separator to form the gas flow path, that is, when the depth of the formed unevenness varies, For each cell, the flow path resistance when the gas passes through the gas flow path within the single cell varies, and the amount of gas supplied to each single cell varies. Therefore, in a fuel cell using a conventionally known gas separator, the output voltage varies among the individual cells due to the accuracy in forming the gas separator, and the performance of the entire fuel cell may be deteriorated. there were.

【0014】本発明の燃料電池用ガスセパレータおよび
燃料電池並びに燃料電池におけるガスの流通方法は、こ
うした問題を解決し、各単セル内を通過するガスの流量
が不均一となって電池性能が低下してしまうのを防止す
ることを目的としてなされ、次の構成を採った。
The gas separator for a fuel cell, the fuel cell, and the gas distribution method in the fuel cell according to the present invention solve these problems, and the flow rate of gas passing through each unit cell becomes nonuniform, thereby deteriorating the cell performance. This is done for the purpose of preventing this from happening, and has the following configuration.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料電池は、単セルを複数積層してなり、各単セ
ルにおいてガスを利用した電気化学反応によって起電力
を得る燃料電池であって、前記各単セル内にそれぞれ連
続して設けられ、前記ガスを通過させて該ガスを前記各
単セル内に行き渡らせるための単セル内ガス流路と、前
記燃料電池の外部から流入される前記ガスを分配して、
それぞれの前記単セル内ガス流路に供給するガス供給マ
ニホールドと、それぞれの前記単セル内ガス流路から排
出される前記ガスを集めて、前記燃料電池の外部に流出
させるガス排出マニホールドと、前記単セルの積層方向
に、前記各単セル内ガス流路をそれぞれ貫通して、前記
各単セル内ガス流路間の前記ガスの行き来を可能にする
配流マニホールドとを備えることを要旨とする。
The fuel cell according to the present invention comprises a plurality of unit cells stacked one on another, and in each unit cell, an electromotive force is generated by an electrochemical reaction utilizing gas. And a gas flow path in the single cell, which is provided continuously in each of the single cells, and allows the gas to pass therethrough so as to spread the gas into the single cells, and flows in from outside the fuel cell. Distributing the gas
A gas supply manifold for supplying each of the single-cell gas flow paths, a gas discharge manifold for collecting the gas discharged from each of the single-cell gas flow paths, and allowing the gas to flow out of the fuel cell; A gist of the present invention includes a distribution manifold that penetrates each of the gas flow paths in the single cell in the stacking direction of the single cells, and enables the gas to flow between the gas flow paths in the single cell.

【0016】以上のように構成された本発明の燃料電池
は、単セルを複数積層してなり、燃料電池の外部から流
入されるガスを、ガス供給マニホールドが分配して、そ
れぞれの単セル内ガス流路に供給する。各単セル内に設
けられた単セル内ガス流路は、供給された前記ガスを通
過させて、該ガスを各単セル内に行き渡らせる。各単セ
ルでは、このガスを利用した電気化学反応によって起電
力を得る。また、燃料電池には、前記単セルの積層方向
に、前記各単セル内ガス流路をそれぞれ貫通して、前記
各単セル内ガス流路間の前記ガスの行き来を可能にする
配流マニホールドが設けられており、前記ガスは、各単
セル内ガス流路を通過する際に、この配流マニホールド
を経由する。それぞれの前記単セル内ガス流路から排出
された前記ガスは、ガス排出マニホールドに集められ
て、燃料電池の外部に流出される。
The fuel cell of the present invention configured as described above is formed by stacking a plurality of single cells, and a gas supplied from outside of the fuel cell is distributed by the gas supply manifold, and the gas is supplied into each single cell. Supply to gas flow path. The gas flow path in the single cell provided in each single cell allows the supplied gas to pass therethrough and distributes the gas into each single cell. In each single cell, an electromotive force is obtained by an electrochemical reaction using this gas. The fuel cell further includes a distribution manifold that penetrates each of the gas passages in the single cell in the stacking direction of the single cells, and enables the gas to flow between the gas passages in the single cell. The gas passes through the distribution manifold when passing through each single cell gas flow path. The gas discharged from each of the single-cell gas flow paths is collected in a gas discharge manifold and discharged to the outside of the fuel cell.

【0017】また、本発明の燃料電池におけるガスの流
通方法は、単セルを複数積層してなり、ガスの供給を受
けて、該ガスを利用した電気化学反応によって起電力を
得る燃料電池におけるガスの流通方法であって、(a)
前記燃料電池外部から供給された前記ガスを、前記燃料
電池に設けられたガス供給マニホールドを介して、各々
の前記単セル内部に形成された単セル内ガス流路に分配
する工程と、(b)各々の前記単セルにおいて、前記ガ
ス供給マニホールドから分配された前記ガスを、前記単
セル内ガス流路に通過させつつ、各々の前記単セルで進
行する電気化学反応に供する工程と、(c)前記電気化
学反応に供された後に各々の前記単セル内ガス流路から
排出された前記ガスを、前記燃料電池に設けられたガス
排出マニホールドに集合させ、該集合したガスを前記燃
料電池外に排出する工程とを備え、(b−1)前記
(b)工程は、各々の前記単セルにおいて、前記単セル
内ガス流路を通過する前記ガスの少なくとも一部を、前
記燃料電池内部において前記単セルの積層方向に貫通し
て設けられた配流マニホールドを経由させる工程をさら
に備えることを要旨とする。
Further, the gas distribution method in a fuel cell according to the present invention comprises a plurality of single cells stacked, receives a supply of the gas, and obtains an electromotive force by an electrochemical reaction utilizing the gas. (A)
(B) distributing the gas supplied from outside the fuel cell to a gas flow path in a single cell formed inside each single cell via a gas supply manifold provided in the fuel cell; (C) providing, in each of the single cells, the gas distributed from the gas supply manifold to the electrochemical reaction progressing in each of the single cells while passing the gas through the gas passage in the single cell; The gas discharged from each of the gas channels in the single cell after being subjected to the electrochemical reaction is collected in a gas discharge manifold provided in the fuel cell, and the collected gas is discharged outside the fuel cell. (B-1) in the step (b), wherein in each of the single cells, at least a part of the gas passing through the gas flow path in the single cell is disposed inside the fuel cell. And summarized in that further comprising the step of through flow distribution manifold disposed through the stacking direction of the unit cells.

【0018】このような本発明の燃料電池、および、本
発明の燃料電池におけるガスの流通方法によれば、単セ
ル内ガス流路を通過するガスが、配流マニホールドを経
由するため、燃料電池を構成する単セルのいずれかにお
いて、ガスの供給状態が悪化することにより出力電圧が
低下し、燃料電池全体の性能が低下してしまうのを防止
することができる。すなわち、単セルのいずれかにおい
て、凝縮水の滞留などによって、単セル内ガス流路にガ
スが流入する際の流路抵抗が増大し、ガスの供給状態が
悪化した場合にも、単セル内ガス流路を通過するガスが
配流マニホールドを経由することによって、この配流マ
ニホールドとの接続部よりも下流側の単セル内ガス流路
では、ガスの供給量を充分に確保することが可能とな
る。したがって、凝縮水の滞留などが起こっても、この
凝縮水が滞留した単セル全体においてガスの供給状態が
悪化してしまうことがない。
According to the fuel cell of the present invention and the gas distribution method in the fuel cell of the present invention, the gas passing through the gas passage in the single cell passes through the distribution manifold. In any one of the constituent single cells, it is possible to prevent the output voltage from being lowered due to the deterioration of the gas supply state, and the performance of the entire fuel cell from being lowered. That is, in any one of the single cells, even when the flow resistance of the gas flowing into the gas flow path in the single cell increases due to stagnation of condensed water or the like and the gas supply state is deteriorated, Since the gas passing through the gas flow path passes through the distribution manifold, it is possible to secure a sufficient gas supply amount in the single-cell gas flow path downstream of the connection portion with the distribution manifold. . Therefore, even if the condensed water stays, the gas supply state does not deteriorate in the entire single cell in which the condensed water stays.

【0019】さらに、本発明の燃料電池、および、本発
明の燃料電池におけるガスの流通方法によれば、それぞ
れの単セル内ガス流路を通過するガスが、配流マニホー
ルドを経由するため、燃料電池全体で、それぞれの単セ
ル内ガス流路を通過するガスの流量(あるいは流速)を
均一化することができるという効果を奏する。配流マニ
ホールドでは、各単セル内ガス流路間のガスの行き来が
可能となっているため、各単セル内ガス流路を通過する
ガスの流量にばらつきがある場合には、それらは均一化
される。また、燃料電池の内部では、外部から給排され
るガスの流れの方向(ガス排出マニホールド内を通過す
るガスの流れの方向)に応じて、それぞれの単セル内を
通過するガス流量に、所定の勾配が生じる。本発明の燃
料電池、および、本発明の燃料電池におけるガスの流通
方法のように、配流マニホールドを設けてそれぞれの単
セル内ガス流路を通過するガス流量を均一化すると、上
記した勾配を小さくすることができるため、燃料電池全
体を構成するそれぞれの単セルで、ガスの流量を充分に
確保することができ、それぞれの単セルで進行する電気
化学反応量を高いレベルに維持することができる。
Further, according to the fuel cell of the present invention and the gas distribution method in the fuel cell of the present invention, the gas passing through each gas passage in the single cell passes through the distribution manifold. As a whole, there is an effect that the flow rate (or flow rate) of the gas passing through each of the gas flow paths in the single cell can be made uniform. In the distribution manifold, gas can flow between the gas flow paths in each single cell. You. Further, inside the fuel cell, the gas flow rate passing through each single cell is set to a predetermined value according to the flow direction of the gas supplied / exhausted from the outside (the flow direction of the gas passing through the gas discharge manifold). Is generated. The fuel cell of the present invention, and, as in the gas distribution method in the fuel cell of the present invention, by providing a distribution manifold to equalize the gas flow rate passing through each single-cell gas flow path, the gradient described above is reduced. Therefore, the gas flow rate can be sufficiently ensured in each single cell constituting the entire fuel cell, and the amount of electrochemical reaction progressing in each single cell can be maintained at a high level. .

【0020】本発明の燃料電池は、前記配流マニホール
ドを複数備えることとしても良い。このような構成とす
れば、凝縮水などに起因して、所定の単セルにおいてガ
スの供給が妨げられることによる影響を削減すると共
に、各単セル内ガス流路を通過するガスの流量を均一化
する効果をさらに高めることができる。
The fuel cell of the present invention may include a plurality of the distribution manifolds. With this configuration, it is possible to reduce the influence of obstruction of gas supply in a predetermined single cell due to condensed water and the like, and to make the flow rate of gas passing through the gas flow path in each single cell uniform. Effect can be further enhanced.

【0021】本発明の燃料電池において、前記ガスは、
水素を含有する燃料ガスであることとしても良い。この
ような構成とすれば、燃料電池内に形成された燃料ガス
の流路において、上記した効果を得ることができ、燃料
電池の電池性能(安定した出力電圧)を充分に高く維持
することができる。
In the fuel cell according to the present invention, the gas is:
It may be a fuel gas containing hydrogen. With such a configuration, the above-described effects can be obtained in the fuel gas flow path formed in the fuel cell, and the cell performance (stable output voltage) of the fuel cell can be maintained sufficiently high. it can.

【0022】また、本発明の燃料電池において、前記ガ
スは、酸素を含有する酸化ガスであることとしても良
い。このような構成とすれば、燃料電池内に形成された
酸化ガスの流路において、上記した効果を得ることがで
き、燃料電池の電池性能(安定した出力電圧)を充分に
高く維持することができる。
In the fuel cell according to the present invention, the gas may be an oxidizing gas containing oxygen. With such a configuration, the above-described effect can be obtained in the flow path of the oxidizing gas formed in the fuel cell, and the cell performance (stable output voltage) of the fuel cell can be maintained sufficiently high. it can.

【0023】本発明の燃料電池用ガスセパレータは、複
数の単セルを積層してなる燃料電池に用いられ、電解質
層および電極を形成する部材と共に前記単セルを構成す
る燃料電池用ガスセパレータであって、該燃料電池用ガ
スセパレータをその厚み方向にそれぞれ貫通して設けら
れ、前記燃料電池のガスマニホールドの一部をそれぞれ
形成するための3つ以上の孔と、前記燃料電池用ガスセ
パレータの一方の面上において、前記3つ以上の孔のう
ち、所定の第1の孔から所定の第2の孔まで、該第1お
よび第2の孔以外の孔を順次介しながら、前記面上を連
通させるように設けられ、前記単セル内のガス流路を形
成するための凹部とを備えることを要旨とする。
The gas separator for a fuel cell according to the present invention is used in a fuel cell having a plurality of unit cells stacked, and is a gas separator for a fuel cell which constitutes the unit cell together with a member forming an electrolyte layer and an electrode. Three or more holes, each of which is provided so as to penetrate the fuel cell gas separator in the thickness direction thereof and form a part of a gas manifold of the fuel cell, and one of the fuel cell gas separators; Of the three or more holes, from the predetermined first hole to the predetermined second hole, communicating with the surface while sequentially passing through the holes other than the first and second holes. And a concave portion for forming a gas flow path in the single cell.

【0024】このような燃料電池用ガスセパレータは、
その厚み方向に貫通して設けられた3つ以上の孔を有し
ており、電解質層および電極を形成する部材と共に単セ
ルを構成し、複数の単セルを積層して構成する燃料電池
に用いる。本発明の燃料電池用ガスセパレータを用いて
燃料電池を構成したときには、前記3つ以上の孔は、前
記燃料電池のガスマニホールドをそれぞれ形成する。ま
た、本発明の燃料電池用ガスセパレータは、その一方の
面上に、前記3つ以上の孔のうち、所定の第1の孔から
所定の第2の孔まで、該第1および第2の孔以外の孔を
順次介しながら、前記面上を連通させる凹部を有してい
る。本発明の燃料電池用ガスセパレータを用いて燃料電
池を構成したときには、この凹部は、隣接する部材との
間で単セル内のガス流路を形成する。また、この凹部に
よって形成される単セル内のガス流路は、前記3つ以上
の孔のそれぞれによって形成されるガスマニホールドと
連通する。このような燃料電池において、所定の第1の
孔によって形成されるガスマニホールドに対して、燃料
電池の外部からガスを供給すると、供給されたガスは、
このガスマニホールドからそれぞれの単セル内のガス流
路に分配される。このとき、単セル内のガス流路を通過
して排出されるガスは、所定の第2の孔によって形成さ
れるガスマニホールドに集められ、燃料電池外部に流出
させることができる。このように単セル内のガス流路を
ガスが通過する際には、このガスは、前記第1および第
2の孔以外の孔によって形成されるガスマニホールドを
経由する。
Such a gas separator for a fuel cell comprises:
It has three or more holes penetrating in its thickness direction, forms a single cell together with a member forming an electrolyte layer and an electrode, and is used for a fuel cell configured by stacking a plurality of single cells . When a fuel cell is constructed using the gas separator for a fuel cell of the present invention, the three or more holes respectively form a gas manifold of the fuel cell. The gas separator for a fuel cell according to the present invention may further include, on one surface thereof, the first and second holes from a predetermined first hole to a predetermined second hole of the three or more holes. It has a concave portion that communicates with the surface while sequentially passing through holes other than the hole. When a fuel cell is configured using the gas separator for a fuel cell of the present invention, the recess forms a gas flow path in a single cell with an adjacent member. Further, the gas flow path in the single cell formed by the concave portion communicates with the gas manifold formed by each of the three or more holes. In such a fuel cell, when gas is supplied from outside the fuel cell to the gas manifold formed by the predetermined first hole, the supplied gas is
The gas is distributed from the gas manifold to the gas channels in each single cell. At this time, the gas discharged through the gas flow path in the single cell is collected in the gas manifold formed by the predetermined second hole, and can be discharged to the outside of the fuel cell. When the gas passes through the gas flow path in the single cell as described above, the gas passes through a gas manifold formed by holes other than the first and second holes.

【0025】このような燃料電池用ガスセパレータによ
れば、本発明の燃料電池と同様の燃料電池を構成するこ
とができ、このような燃料電池において、本発明の燃料
電池と同様の効果を得ることができる。従って、本発明
の燃料電池用ガスセパレータを用いることにより、燃料
電池を構成する単セルのいずれかにおいて、ガスの供給
状態が悪化することにより出力電圧が低下し、燃料電池
全体の性能が低下してしまうおそれのない燃料電池を構
成することができる。また、本発明の燃料電池用ガスセ
パレータを用いることにより、各単セル内ガス流路を通
過するガスの流量を均一化すると共に、燃料電池全体を
構成するそれぞれの単セルでガスの流量を充分に確保
し、それぞれの単セルで進行する電気化学反応量を高い
レベルに維持可能な燃料電池を構成することができる。
According to such a fuel cell gas separator, a fuel cell similar to the fuel cell of the present invention can be constructed, and the same effect as that of the fuel cell of the present invention can be obtained in such a fuel cell. be able to. Therefore, by using the gas separator for a fuel cell of the present invention, in any one of the single cells constituting the fuel cell, the output voltage is reduced due to the deterioration of the gas supply state, and the performance of the entire fuel cell is reduced. It is possible to configure a fuel cell that is not likely to be damaged. Further, by using the gas separator for a fuel cell of the present invention, the flow rate of the gas passing through the gas flow path in each single cell is made uniform, and the flow rate of the gas in each single cell constituting the entire fuel cell is sufficiently increased. And a fuel cell capable of maintaining the amount of electrochemical reaction progressing in each single cell at a high level.

【0026】なお、本発明の燃料電池用ガスセパレータ
の表面に形成された前記凹部は、平坦な凹面を形成して
いる必要はなく、凹面から突出する凸部を備えていても
良く、所定の第1の孔から所定の第2の孔まで、該第1
および第2の孔以外の孔を順次介しながら、燃料電池用
ガスセパレータの面上を連通させる構造であればよい。
The concave portion formed on the surface of the fuel cell gas separator of the present invention does not need to have a flat concave surface, but may have a convex portion projecting from the concave surface. From the first hole to a predetermined second hole, the first
Any structure may be used as long as the structure allows the gas separator for the fuel cell to communicate with the surface while sequentially passing through the holes other than the second hole.

【0027】本発明の燃料電池において、前記単セル内
ガス流路は、内部を通過する前記ガスの流れの方向を変
更するように流路が屈曲する折れ曲がり部を有し、前記
折れ曲がり部は、前記配流マニホールドが貫通する第1
の領域と、前記折れ曲がり部の内部を通過する前記ガス
の一部を、前記配流マニホールドを介することなく通過
可能にする第2の領域とを備えることとしてもよい。
In the fuel cell according to the present invention, the gas flow path in the single cell has a bent portion in which the flow path is bent so as to change the direction of the flow of the gas passing through the inside, and the bent portion has The first through which the distribution manifold penetrates
And a second region that allows a part of the gas passing through the inside of the bent portion to pass without passing through the distribution manifold.

【0028】このような燃料電池では、単セル内ガス流
路を通過するガスは、この単セル内ガス流路が屈曲する
折れ曲がり部を通過する際に、その一部は、配流マニホ
ールドを経由し、残りは、配流マニホールドを経由しな
い。このように、配流マニホールドを経由しない第2の
領域を設けることで、配流マニホールドが貫通する折れ
曲がり部において、充分な流路幅を確保することがで
き、上記折れ曲がり部をガスが通過する際の圧損を抑
え、ガスの流れをよりスムーズにすることができる。
In such a fuel cell, a part of the gas passing through the gas passage in the single cell passes through the distribution manifold when passing through the bent portion where the gas passage in the single cell is bent. The rest does not go through the distribution manifold. By providing the second region that does not pass through the distribution manifold in this manner, a sufficient flow path width can be secured in the bent portion through which the distribution manifold penetrates, and the pressure loss when gas passes through the bent portion is reduced. And the gas flow can be made smoother.

【0029】また、本発明の燃料電池用ガスセパレータ
において、前記凹部は、前記所定の第1の孔から第2の
孔までを、前記燃料電池用ガスセパレータの一方の面上
において連通させる途中に、該一方の面上で屈曲する折
れ曲がり部を備え、前記折れ曲がり部は、前記第1およ
び第2の孔以外の孔の一つが貫通する第1の領域と、該
第1の領域を貫通する前記孔に分断されることなく、前
記凹部の底面が連続して形成される第2の領域とを備え
ることとしてもよい。
Further, in the gas separator for a fuel cell according to the present invention, the concave portion is formed in the middle of connecting the predetermined first hole to the second hole on one surface of the fuel cell gas separator. A bent portion bent on the one surface, wherein the bent portion has a first region through which one of the holes other than the first and second holes penetrates, and the first region penetrates the first region. A second region in which the bottom surface of the concave portion is formed continuously without being divided by the hole may be provided.

【0030】以上のように構成された燃料電池用ガスセ
パレータによれば、上記した燃料電池と同様の燃料電池
を構成することができ、このような燃料電池において、
上記した燃料電池と同様の効果を得ることができる。
According to the gas separator for a fuel cell configured as described above, a fuel cell similar to the above-described fuel cell can be configured. In such a fuel cell,
The same effects as those of the above-described fuel cell can be obtained.

【0031】また、上記した燃料電池において、さら
に、前記折れ曲がり部は、U字形を成していることとし
てもよい。折れ曲がり部をU字形に形成することで、各
単セル内において効果的に単セル内ガス流路を配設し
て、流路内を通過するガス流量を増やすことができる
が、U字形を成す折れ曲がり部では、ガスの流れの方向
が逆向きに変更されることにより特に圧損が大きくな
り、上記構成とすることで、圧損を軽減してガスの流れ
をスムーズにする効果を特に顕著に得ることができる。
In the above-described fuel cell, the bent portion may have a U-shape. By forming the bent portion in a U-shape, the gas flow path in the single cell can be effectively arranged in each single cell and the gas flow rate passing through the flow path can be increased, but the U-shape is formed. In the bent portion, the pressure loss is particularly increased by changing the direction of the gas flow in the opposite direction. With the above configuration, the effect of reducing the pressure loss and smoothing the gas flow can be obtained particularly remarkably. Can be.

【0032】また、本発明の燃料電池において、前記単
セル内ガス流路は、その内部を通過する前記ガスの流れ
の方向を変更するように流路が屈曲する折れ曲がり部を
有し、前記折れ曲がり部の外周は、滑らかに湾曲するよ
う形成され、前記配流マニホールドは、前記折れ曲がり
部の外周部において、前記単セル内ガス流路を貫通する
こととしてもよい。
Further, in the fuel cell according to the present invention, the gas flow path in the single cell has a bent portion where the flow path is bent so as to change a flow direction of the gas passing through the inside thereof. The outer periphery of the portion may be formed to be smoothly curved, and the distribution manifold may penetrate the gas flow path in the single cell at the outer periphery of the bent portion.

【0033】このような構成とすれば、単セル内ガス流
路を通過するガスが、折れ曲がり部において、滑らかに
湾曲する外周に導かれて流れるため、単セル内ガス流路
を通過するガスの流れがよりスムーズになるという効果
が得られる。
According to this structure, the gas passing through the gas flow path in the single cell is guided to the smoothly curved outer periphery in the bent portion and flows therethrough. The effect that the flow becomes smoother is obtained.

【0034】さらに、本発明の燃料電池において、前記
単セル内ガス流路は、その内部を通過する前記ガスの流
れの方向を変更するように流路が屈曲する折れ曲がり部
を、前記燃料電池の外縁近くに有し、前記配流マニホー
ルドは、前記燃料電池の外縁近くに設けられると共に、
前記折れ曲がり部の外周部において、前記単セル内ガス
流路を貫通し、前記配流マニホールドの断面形状は、前
記燃料電池の外縁に沿った縦長形状を成し、前記配流マ
ニホールドにおける前記燃料電池外縁側の内壁面のう
ち、縦長形状を成す前記断面形状の端部に対応する内壁
面は、前記断面形状の中央部に対応する内壁面に比べ
て、前記燃料電池の外縁からの厚さが厚いこととしても
よい。
Further, in the fuel cell according to the present invention, the gas flow path in the single cell has a bent portion where the flow path is bent so as to change the flow direction of the gas passing therethrough. Near the outer edge, the distribution manifold is provided near the outer edge of the fuel cell,
In the outer peripheral portion of the bent portion, penetrates the gas flow path in the single cell, a cross-sectional shape of the distribution manifold forms a vertically long shape along an outer edge of the fuel cell, and the fuel cell outer edge side in the distribution manifold Of the inner wall surfaces, the inner wall surface corresponding to the end portion of the cross-sectional shape forming the vertically long shape has a greater thickness from the outer edge of the fuel cell than the inner wall surface corresponding to the center portion of the cross-sectional shape. It may be.

【0035】このような燃料電池によれば、燃料電池の
強度および耐久性を充分に確保することができる。配流
マニホールドを燃料電池の外縁近くに設け、配流マニホ
ールドの断面形状が、燃料電池の外縁に沿った縦長形状
とすることによって、配流マニホールドを設けることで
各単セル内で電気化学反応に関与できる領域が小さくな
ってしまうのを抑えることができると共に、配流マニホ
ールドにおけるガスシール性を確保するのが容易にな
る。しかしながら、配流マニホールドが貫通する上記折
れ曲がり部において、ガスの流れの方向が変わるため、
配流マニホールドの内壁面と燃料電池の外縁との間に
は、強い応力が働くことになる。この応力は、特に、縦
長形状に形成された配流マニホールドの断面の端部に対
応する領域において集中することになり、この領域の強
度が、燃料電池全体の強度に影響を与えるおそれがあ
る。燃料電池を上記のような構成とすることにより、折
れ曲がり部を通過するガスによって強い応力が働く領域
の強度を充分に確保することができ、これによって、燃
料電池全体の強度を充分に確保することが可能となる。
According to such a fuel cell, the strength and durability of the fuel cell can be sufficiently ensured. The distribution manifold is provided near the outer edge of the fuel cell, and the cross-sectional shape of the distribution manifold is vertically long along the outer edge of the fuel cell. By providing the distribution manifold, a region that can participate in an electrochemical reaction in each single cell. Can be suppressed, and it becomes easy to secure gas sealing properties in the distribution manifold. However, at the above-mentioned bent portion through which the distribution manifold penetrates, the direction of gas flow changes,
A strong stress acts between the inner wall surface of the distribution manifold and the outer edge of the fuel cell. This stress is concentrated particularly in a region corresponding to the end of the cross section of the distribution manifold formed in a vertically long shape, and the strength of this region may affect the strength of the entire fuel cell. With the above configuration of the fuel cell, it is possible to sufficiently secure the strength of a region where a strong stress is exerted by the gas passing through the bent portion, and thereby to sufficiently secure the strength of the entire fuel cell. Becomes possible.

【0036】また、本発明の燃料電池用ガスセパレータ
は、前記凹部は、前記所定の第1の孔から第2の孔まで
を、前記燃料電池用ガスセパレータの一方の面上におい
て連通させる途中に、該一方の面上で屈曲する折れ曲が
り部を、前記燃料電池用ガスセパレータの外縁近くに有
し、前記第1および第2の孔以外の孔の一つは、前記燃
料電池用ガスセパレータの外縁近くに配設されて、前記
燃料電池用ガスセパレータの外縁に沿った縦長形状を成
すと共に、前記折れ曲がり部の外周部において、前記凹
部を貫通し、該孔を形成する壁面のうち、前記燃料電池
用ガスセパレータの外縁側に位置する壁面は、縦長形状
を成す前記孔の端部に対応する部分が、中央部に対応す
る部分に比べて、前記燃料電池用ガスセパレータの外縁
からの距離が大きくなるよう形成されていることを特徴
とすることとしてもよい。
Also, in the gas separator for a fuel cell according to the present invention, the recess may be formed in the middle of connecting the predetermined first hole to the second hole on one surface of the fuel cell gas separator. A bent portion bent on the one surface is provided near an outer edge of the fuel cell gas separator, and one of the holes other than the first and second holes is an outer edge of the fuel cell gas separator. The fuel cell gas separator is disposed in the vicinity and forms a vertically long shape along the outer edge of the fuel cell gas separator, and at the outer peripheral portion of the bent portion, penetrates the concave portion and forms the hole. In the wall surface located on the outer edge side of the gas separator for a fuel cell, a portion corresponding to an end of the hole having a vertically long shape has a larger distance from an outer edge of the gas separator for a fuel cell than a portion corresponding to a central portion. It may be characterized in that it is formed so as to be.

【0037】以上のように構成された燃料電池用ガスセ
パレータによれば、上記した燃料電池と同様の燃料電池
を構成することができ、このような燃料電池において、
上記した燃料電池と同様の効果を得ることができる。
According to the gas separator for a fuel cell configured as described above, a fuel cell similar to the above-described fuel cell can be configured. In such a fuel cell,
The same effects as those of the above-described fuel cell can be obtained.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。本発明の第1実施例である燃
料電池は、固体高分子型燃料電池であり、単セルを複数
積層したスタック構造によって形成されている。図1
は、第1実施例の燃料電池を構成するスタック構造15
の基本単位である単セル20の構成を表わす分解斜視
図、図2は、本実施例の燃料電池が備えるセパレータ3
0の構成を表わす平面図、図3は、スタック構造15の
外観を表わす斜視図である。最初に、図1ないし図3に
基づいて、燃料電池の構成を説明し、次に、この燃料電
池におけるガスの流れの様子について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to further clarify the structure and operation of the present invention described above, embodiments of the present invention will be described below based on examples. The fuel cell according to the first embodiment of the present invention is a polymer electrolyte fuel cell and has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked. FIG.
Is a stack structure 15 constituting the fuel cell of the first embodiment.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a configuration of a single cell 20 which is a basic unit of FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of the stack structure 15. First, the configuration of the fuel cell will be described with reference to FIGS. 1 to 3, and then the flow of gas in the fuel cell will be described.

【0039】上述したように、本実施例の燃料電池は、
固体高分子型燃料電池であって、基本単位である単セル
20を積層したスタック構造15によって構成されてい
る。図1に示すように、単セル20は、電解質膜31,
アノード32,カソード33,セパレータ30によって
構成されている。
As described above, the fuel cell of this embodiment is
This is a polymer electrolyte fuel cell, and is constituted by a stack structure 15 in which unit cells 20 as basic units are stacked. As shown in FIG. 1, the single cell 20 includes an electrolyte membrane 31,
It comprises an anode 32, a cathode 33, and a separator 30.

【0040】ここで、電解質膜31は、固体高分子材
料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導
性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性
を示す。本実施例では、ナフィオン膜(デュポン社製)
を使用した。電解質膜31の表面には、触媒としての白
金または白金と他の金属からなる合金が塗布されてい
る。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他
の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、こ
の触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散さ
せ、電解質溶液(例えば、Aldrich Chemi
cal社、Nafion Solution)を適量添
加してペースト化し、電解質膜31上にスクリーン印刷
するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持し
たカーボン粉を含有するペーストを膜成形してシートを
作製し、このシートを電解質膜31上にプレスする構成
も好適である。
Here, the electrolyte membrane 31 is a proton-conductive ion-exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and has good electric conductivity in a wet state. In this embodiment, a Nafion membrane (manufactured by DuPont) is used.
It was used. The surface of the electrolyte membrane 31 is coated with platinum as a catalyst or an alloy composed of platinum and another metal. As a method of applying the catalyst, a carbon powder supporting platinum or an alloy of platinum and another metal is prepared, and the carbon powder supporting the catalyst is dispersed in an appropriate organic solvent, and an electrolyte solution (for example, Aldrich Chemi) is prepared.
Cal Co., Nafion Solution) was added in an appropriate amount to form a paste, and screen printing was performed on the electrolyte membrane 31. Alternatively, a configuration is also preferable in which a sheet containing carbon powder supporting the catalyst is formed into a film to form a sheet, and the sheet is pressed on the electrolyte membrane 31.

【0041】アノード32およびカソード33は、共に
炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形
成されたガス拡散電極である。なお、カーボンクロスの
他、炭素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフ
エルトによって形成しても良く、充分なガス拡散性およ
び導電性を有していればよい。
Each of the anode 32 and the cathode 33 is a gas diffusion electrode formed of a carbon cloth woven with carbon fiber yarn. In addition, other than carbon cloth, it may be formed of carbon paper or carbon felt made of carbon fiber, as long as it has sufficient gas diffusivity and conductivity.

【0042】セパレータ30は、ガス不透過の導電性部
材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした成形
カーボンにより形成されている。図2は、セパレータ3
0をその一方の面から見た様子を表わす平面図である。
セパレータ30は、その周辺近くに6個の孔を備えてい
る。すなわち、セパレータ30の1辺の近傍には、この
辺に沿って隣接する3つの孔である孔部40,41,4
2が設けられており、この辺に対向する辺の近傍には、
同じく隣接する孔部50,51,52が設けられてい
る。さらに、セパレータ30は、その両面に、所定の形
状の凹部を備えている。図2に示すように、セパレータ
30の一方の面には、屈曲した形状によって孔部40お
よび孔部41を連通させる凹部90と、同じく屈曲した
形状によって孔部41および孔部42を連通させる凹部
91とが設けられている。セパレータ30の他方の面に
も、上記一方の面と同様に、屈曲した形状によって孔部
50および孔部51を連通する凹部92と、同じく屈曲
した形状によって孔部51および孔部52を連通する凹
部93とが設けられている(図示せず)。
The separator 30 is formed of a gas-impermeable conductive member, for example, formed carbon which is made by compressing carbon to be gas-impermeable. FIG. 2 shows the separator 3
FIG. 2 is a plan view illustrating a state of the “0” as viewed from one surface thereof.
The separator 30 has six holes near its periphery. That is, in the vicinity of one side of the separator 30, the holes 40, 41, 4 which are three holes adjacent along this side are provided.
2 is provided, and in the vicinity of a side opposite to this side,
Similarly, adjacent holes 50, 51, and 52 are provided. Further, the separator 30 is provided with a concave portion having a predetermined shape on both surfaces thereof. As shown in FIG. 2, on one surface of the separator 30, a concave portion 90 communicating the holes 40 and 41 with a bent shape, and a concave portion communicating the holes 41 and 42 with the same bent shape. 91 are provided. Similarly to the above-mentioned one surface, the other surface of the separator 30 communicates the concave portion 92 communicating the hole portion 50 and the hole portion 51 with the bent shape, and communicates the hole portion 51 and the hole portion 52 with the same bent shape. A recess 93 is provided (not shown).

【0043】図1に示すように、セパレータ30が電解
質膜31,アノード32およびカソード33と共に積層
されて単セル20を形成し、さらにスタック構造15を
構成するときには、各凹部は、隣接するガス拡散電極と
の間でガス流路を形成する。すなわち、孔部40と4
1、および孔部41と42を連通させる凹部90および
91は、隣接するカソード33の表面との間に単セル内
酸化ガス流路を形成し、孔部50と51、および孔部5
1と52を連通させる凹部92および93は、隣接する
アノード32の表面との間に単セル内燃料ガス流路を形
成する。
As shown in FIG. 1, when the separator 30 is laminated with the electrolyte membrane 31, the anode 32, and the cathode 33 to form the single cell 20, and when the stack structure 15 is formed, each recess is formed by the adjacent gas diffusion. A gas flow path is formed between the electrodes. That is, the holes 40 and 4
1, and recesses 90 and 91 for communicating holes 41 and 42 form an oxidizing gas flow path in a single cell between the adjacent cathode 33 and the surfaces of holes 50 and 51 and hole 5.
Recesses 92 and 93 connecting 1 and 52 form a fuel gas flow path in a single cell with the surface of the adjacent anode 32.

【0044】単セル20を積層してスタック構造15を
組み立てたときには、各セパレータ30が備える孔部4
0は、スタック構造15内部をその積層方向に貫通する
酸化ガス供給マニホールド60を形成する。また、孔部
41は、同じくスタック構造15内部をその積層方向に
貫通する酸化ガス配流マニホールド61を形成する。ま
た、孔部42は、同じくスタック構造15内部をその積
層方向に貫通する酸化ガス排出マニホールド62を形成
する。さらに、孔部50は、同じくスタック構造15を
その積層方向に貫通する燃料ガス供給マニホールド63
を形成し、孔部51は燃料ガス配流マニホールド64を
形成し、孔部52は燃料ガス排出マニホールド65を形
成する(図2参照)。スタック構造15内に形成された
これらガス流路内でのガスの流れについては、後に詳し
く説明する(後述する図5を参照)。
When the stack structure 15 is assembled by stacking the single cells 20, the hole 4
No. 0 forms an oxidizing gas supply manifold 60 penetrating the inside of the stack structure 15 in the stacking direction. The hole 41 also forms an oxidizing gas distribution manifold 61 that also passes through the inside of the stack structure 15 in the stacking direction. The hole 42 also forms an oxidizing gas discharge manifold 62 that also passes through the inside of the stack structure 15 in the stacking direction. Further, the hole 50 is provided with a fuel gas supply manifold 63 which also passes through the stack structure 15 in the stacking direction.
The hole 51 forms a fuel gas distribution manifold 64 and the hole 52 forms a fuel gas discharge manifold 65 (see FIG. 2). The gas flow in these gas channels formed in the stack structure 15 will be described later in detail (see FIG. 5 described later).

【0045】以上説明した各部材を備えるスタック構造
15を組み立てるときには、セパレータ30、アノード
32、電解質膜31、カソード33、セパレータ30の
順序で順次重ね合わせる。さらに、その両端に集電板3
6,37、絶縁板38,39、エンドプレート80,8
5を順次配置して図3に示すスタック構造15を完成す
る。
When assembling the stack structure 15 including the members described above, the separator 30, the anode 32, the electrolyte membrane 31, the cathode 33, and the separator 30 are sequentially stacked in this order. In addition, current collectors 3
6, 37, insulating plates 38, 39, end plates 80, 8
5 are sequentially arranged to complete the stack structure 15 shown in FIG.

【0046】集電板36,37は緻密質カーボンや銅板
などガス不透過な導電性部材によって形成され、絶縁板
38,39はゴムや樹脂等の絶縁性部材によって形成さ
れ、エンドプレート80,85は剛性を備えた鋼等の金
属によって形成されている。また、集電板36,37に
はそれぞれ出力端子36A,37Aが設けられており、
スタック構造15によって構成される燃料電池で生じた
起電力を出力可能となっている。なお、集電板36,絶
縁板38およびエンドプレート80には、対応する同じ
位置に、4つの孔部が設けられている。例えば、エンド
プレート80には、孔部70,72,73,75が設け
られている(図3参照)。孔部70、および、集電板3
6と絶縁板38においてこれに対応する同じ位置に設け
られた孔部は、スタック構造15を構成したときには、
既述した酸化ガス供給マニホールド60に連通するガス
流路を形成する。また、孔部72、および、集電板36
と絶縁板38においてこれに対応する同じ位置に設けら
れた孔部は、スタック構造15を構成したときには、既
述した酸化ガス排出マニホールド62に連通するガス流
路を形成する。同じく、孔部73、および、集電板36
と絶縁板38においてこれに対応して設けられた孔部
は、燃料ガス供給マニホールド63に連通するガス流路
を形成し、孔部75、および、集電板36と絶縁板38
においてこれに対応して設けられた孔部は、燃料ガス排
出マニホールド65に連通するガス流路を形成する。
The current collecting plates 36 and 37 are formed of a gas-impermeable conductive material such as a dense carbon or copper plate, and the insulating plates 38 and 39 are formed of an insulating material such as rubber or resin. Is formed of a rigid metal such as steel. In addition, the current collector plates 36 and 37 are provided with output terminals 36A and 37A, respectively.
The electromotive force generated in the fuel cell constituted by the stack structure 15 can be output. The current collecting plate 36, the insulating plate 38, and the end plate 80 are provided with four holes at the same corresponding positions. For example, the end plates 80 are provided with holes 70, 72, 73, 75 (see FIG. 3). Hole 70 and current collector 3
The holes provided at the same positions in the insulating plate 6 and the insulating plate 38 correspond to the same when the stack structure 15 is formed.
A gas passage communicating with the oxidizing gas supply manifold 60 described above is formed. The hole 72 and the current collector 36
When the stack structure 15 is formed, the holes provided at the same positions on the insulating plate 38 and the insulating plate 38 form a gas flow path communicating with the oxidizing gas discharge manifold 62 described above. Similarly, the hole 73 and the current collector 36
The holes provided correspondingly to this and the insulating plate 38 form a gas flow path communicating with the fuel gas supply manifold 63, and the hole 75, the current collector plate 36 and the insulating plate 38
The hole provided corresponding to this forms a gas flow passage communicating with the fuel gas discharge manifold 65.

【0047】スタック構造15からなる燃料電池を動作
させるときには、エンドプレート80が備える孔部73
と図示しない燃料ガス供給装置とが接続され、水素リッ
チな燃料ガスが燃料電池内部に供給される。同様に、燃
料電池を動作させるときには、孔部70と図示しない酸
化ガス供給装置とが接続され、酸素を含有する酸化ガス
(空気)が燃料電池内部に供給される。ここで、燃料ガ
ス供給装置と酸化ガス供給装置は、それぞれのガスに対
して所定量の加湿および加圧を行なって燃料電池に供給
する装置である。また、燃料電池を動作させるときに
は、孔部75と図示しない燃料ガス排出装置とが接続さ
れ、孔部72と図示しない酸化ガス排出装置とが接続さ
れる。なお、燃料ガスとしては、炭化水素を改質して得
た水素リッチガスの他、純度の高い水素ガスを用いるこ
ととしても良い。
When the fuel cell having the stack structure 15 is operated, the hole 73 provided in the end plate 80 is provided.
And a fuel gas supply device (not shown) are connected to supply a hydrogen-rich fuel gas into the fuel cell. Similarly, when operating the fuel cell, the hole 70 and an oxidizing gas supply device (not shown) are connected, and an oxidizing gas (air) containing oxygen is supplied into the fuel cell. Here, the fuel gas supply device and the oxidizing gas supply device are devices that humidify and pressurize a predetermined amount of each gas and supply the gas to the fuel cell. When operating the fuel cell, the hole 75 is connected to a fuel gas discharge device (not shown), and the hole 72 is connected to an oxidizing gas discharge device (not shown). As the fuel gas, a high-purity hydrogen gas may be used in addition to a hydrogen-rich gas obtained by reforming a hydrocarbon.

【0048】スタック構造15を構成するときの各部材
の積層順序は既述した通りであるが、電解質膜31の周
辺部には、セパレータ30と接する領域において所定の
シール部材が設けられる。このシール部材は、各単セル
内部から燃料ガスおよび酸化ガスが漏れ出すのを防ぐと
共に、スタック構造15内において燃料ガスと酸化ガス
とが混合してしまうのを防止する役割を果たす。
The order of lamination of each member when forming the stack structure 15 is as described above, but a predetermined sealing member is provided around the electrolyte membrane 31 in a region in contact with the separator 30. The sealing member serves to prevent the fuel gas and the oxidizing gas from leaking from the inside of each unit cell and to prevent the fuel gas and the oxidizing gas from being mixed in the stack structure 15.

【0049】以上説明した各部材からなるスタック構造
15は、その積層方向に所定の押圧力がかかった状態で
保持され、燃料電池が完成する。スタック構造15を押
圧する構成については、本発明の要部とは関わらないた
め図示は省略した。スタック構造15を押圧しながら保
持するには、スタック構造15をボルトとナットを用い
て締め付ける構成としても良いし、あるいは所定の形状
のスタック収納部材を用意して、このスタック収納部材
の内部にスタック構造15を収納した上でスタック収納
部材の両端部を折り曲げて、スタック構造15に押圧力
を作用させる構成としても良い。
The stack structure 15 composed of the members described above is held in a state where a predetermined pressing force is applied in the stacking direction, and the fuel cell is completed. The configuration for pressing the stack structure 15 is not shown because it does not relate to the main part of the present invention. In order to hold the stack structure 15 while pressing it, the stack structure 15 may be tightened using bolts and nuts, or a stack storage member having a predetermined shape may be prepared, and the stack storage member may be stacked inside the stack storage member. After storing the structure 15, both ends of the stack storage member may be bent to apply a pressing force to the stack structure 15.

【0050】なお、上記した説明では、セパレータ30
は、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボ
ンによって形成することとしたが、異なる材質によって
形成することとしてもよい。例えば、焼成体カーボンに
よって形成したり、金属部材によって形成することとし
てもよい。金属部材によって形成する場合には、充分な
耐腐食性を有する金属を選択することが望ましい。ある
いは、充分な耐腐食性を有する材料によって、金属部材
の表面を被覆することとしてもよい。
In the above description, the separator 30
Is formed of dense carbon which is made gas-impermeable by compressing carbon, but may be formed of a different material. For example, it may be formed of fired carbon or a metal member. When formed of a metal member, it is desirable to select a metal having sufficient corrosion resistance. Alternatively, the surface of the metal member may be coated with a material having sufficient corrosion resistance.

【0051】また、図2では記載しなかったが、本実施
例のセパレータ30は、酸化ガスが通過するガスマニホ
ールドを形成するための孔部40〜42、および、燃料
ガスが通過するガスマニホールドを形成するための孔部
50〜52の他に、冷却水が通過する冷却水路を形成す
るための孔部も備えている。燃料電池で進行する電気化
学反応は発熱反応であり、上記孔部によって形成される
冷却水路内に冷却水を循環させることによって、燃料電
池内部の温度を所定の温度範囲に保っている。このよう
な冷却水路を形成するための孔部は、セパレータ30に
おいて、例えば、孔部40〜42および50〜52が形
成されていない残りの2辺の近傍に設けることができ
る。冷却水の循環に関する構成は、本発明の要部とは直
接関わらないため、冷却水路についてのこれ以上の説明
は省略する。
Although not shown in FIG. 2, the separator 30 of this embodiment has holes 40 to 42 for forming a gas manifold through which an oxidizing gas passes and a gas manifold through which a fuel gas passes. In addition to the holes 50 to 52 for forming, holes for forming a cooling water passage through which the cooling water passes are also provided. The electrochemical reaction that proceeds in the fuel cell is an exothermic reaction, and the temperature inside the fuel cell is maintained within a predetermined temperature range by circulating cooling water in a cooling water passage formed by the holes. The holes for forming such cooling water passages can be provided in the separator 30 near, for example, the remaining two sides where the holes 40 to 42 and 50 to 52 are not formed. Since the configuration relating to the cooling water circulation does not directly relate to the main part of the present invention, further description of the cooling water channel is omitted.

【0052】なお、図1および図2に示したセパレータ
30では、単セル内におけるガスの流れをわかりやすく
するために、凹部90,91は、底面が平坦な凹構造の
ように表わしたが、これらの凹部90,91および凹部
92,93には、実際には、その底面から突出する所定
の形状の複数の凸構造が設けられている。凹部90,9
1,92,93に設けられたこのような凸構造の一例を
図4に示す。図4(A)は、孔部40および凹部90の
一部を拡大した様子を表わす平面図であり、図4(B)
は、図4(A)におけるA−A断面の様子を表わす断面
図である。図4に示すように、凹部90には、その底面
から突出する複数の凸部94が設けられている。これら
それぞれの凸部94は、断面が略四角形であり、それぞ
れの高さが略同一となるように形成されている。それぞ
れの凸部94の端部は、スタック構造15を組み立てた
ときには、隣接するカソード33と接し、このカソード
33と接する領域によって、燃料電池内部で充分な導電
性を確保している。また、単セル内酸化ガス流路を通過
する酸化ガスは、それぞれの凸部94の側面に衝突し、
単セル内酸化ガス流路で拡散されることによって、電解
質膜31表面の触媒層に効率よく供給される。
In the separator 30 shown in FIGS. 1 and 2, the concave portions 90 and 91 are represented as a concave structure having a flat bottom surface for easy understanding of the gas flow in the single cell. Actually, the concave portions 90 and 91 and the concave portions 92 and 93 are provided with a plurality of convex structures having a predetermined shape protruding from the bottom surfaces thereof. Recesses 90, 9
FIG. 4 shows an example of such a convex structure provided in 1, 92 and 93. FIG. 4A is a plan view illustrating a state in which a part of the hole 40 and the recess 90 is enlarged, and FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state of an AA cross section in FIG. As shown in FIG. 4, the concave portion 90 is provided with a plurality of convex portions 94 protruding from the bottom surface. Each of the convex portions 94 has a substantially rectangular cross section, and is formed so that the heights thereof are substantially the same. When the stack structure 15 is assembled, the end of each projection 94 contacts the adjacent cathode 33, and the region in contact with the cathode 33 ensures sufficient conductivity inside the fuel cell. The oxidizing gas passing through the oxidizing gas flow path in the single cell collides with the side surface of each convex portion 94,
By being diffused in the oxidizing gas flow path in the single cell, it is efficiently supplied to the catalyst layer on the surface of the electrolyte membrane 31.

【0053】このように、凹部90に設けられた凸部9
4は、その端部でガス拡散電極と接することによって充
分な導電性を確保すると共に、凹部90が形成する単セ
ル内ガス流路を通過するガスを拡散して、酸化ガスを効
率よく電気化学反応に供し、ガスの利用率を向上させる
という働きを有する。また、凹部91,92,93に
も、凹部90における凸部94と同様の凸構造が設けら
れており、同様の働きをしている。なお、図4では、凸
部94は、断面略四角形としたが、異なる形状の凸構造
を異なる位置に配置することとしても良い。凸部94の
ようにそれぞれの凹部内に分散して配置するのではな
く、それぞれの凹部内に形成する凸構造として、例え
ば、流路内のガスの流れの方向に沿って連続して設けら
れたリブ状の凸構造を形成し、それぞれの凹部を、互い
に平行に走る細かい溝に分割する構成とすることもでき
る。セパレータ表面に形成されるそれぞれの凹部は、燃
料電池内で単セル内ガス流路を形成したときに、それぞ
れの凹部が連通させる孔部によって形成されるガスマニ
ホールド間で、ガスが流通可能となっていればよい。
As described above, the protrusions 9 provided in the recesses 90 are provided.
4 ensures sufficient conductivity by contacting the gas diffusion electrode at the end thereof, and diffuses the gas passing through the gas passage in the single cell formed by the concave portion 90 to efficiently convert the oxidizing gas into an electrochemical gas. It has a function of improving the gas utilization rate by providing for the reaction. Also, the concave portions 91, 92, and 93 are provided with the same convex structure as the convex portion 94 in the concave portion 90, and have the same function. In FIG. 4, the convex portion 94 has a substantially rectangular cross section. However, a convex structure having a different shape may be arranged at a different position. Rather than being dispersed and arranged in each concave portion like the convex portion 94, as a convex structure formed in each concave portion, for example, it is provided continuously along the direction of gas flow in the flow path. It is also possible to form a rib-shaped convex structure and divide each concave portion into fine grooves running parallel to each other. Each of the recesses formed on the separator surface allows gas to flow between gas manifolds formed by holes that allow the respective recesses to communicate with each other when a gas passage in a single cell is formed in the fuel cell. It should just be.

【0054】次に、以上のような構成を備えた燃料電池
における燃料ガスおよび酸化ガスの流れについて説明す
る。最初に、酸化ガスについて説明する。図5は、スタ
ック構造15内での酸化ガスの流れを立体的に表わす説
明図である。既述したように、燃料電池外部に設けられ
た酸化ガス供給装置は、エンドプレート80に設けられ
た孔部70に接続され、酸化ガス供給装置から供給され
る酸化ガス(加圧空気)は、絶縁板38および集電板3
6の対応する位置に設けられた孔部を介して、酸化ガス
供給マニホールド60内に導入される。酸化ガス供給マ
ニホールド60内を通過する酸化ガスは、各単セル20
において、各セパレータ30が備える凹部90と隣接す
るカソード33との間で形成されるガス流路(単セル内
酸化ガス流路)内に導かれる。これら単セル内酸化ガス
流路に導かれた酸化ガスは、単セル内酸化ガス流路から
電解質膜31上の触媒層に拡散し、各単セルにおいて電
気化学反応に供される。ここで、電気化学反応に関与し
なかった残りの酸化ガスは、セパレータ30に設けられ
た孔部41によって形成される酸化ガス配流マニホール
ド61を一旦経由する。
Next, the flow of the fuel gas and the oxidizing gas in the fuel cell having the above configuration will be described. First, the oxidizing gas will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram three-dimensionally illustrating the flow of the oxidizing gas in the stack structure 15. As described above, the oxidizing gas supply device provided outside the fuel cell is connected to the hole 70 provided in the end plate 80, and the oxidizing gas (pressurized air) supplied from the oxidizing gas supply device is Insulating plate 38 and current collecting plate 3
6 is introduced into the oxidizing gas supply manifold 60 through the holes provided at the corresponding positions. The oxidizing gas passing through the oxidizing gas supply manifold 60 is
In the above, the gas is guided into a gas flow path (oxidizing gas flow path in a single cell) formed between the concave portion 90 provided in each separator 30 and the adjacent cathode 33. The oxidizing gas guided to the oxidizing gas flow path in the single cell diffuses from the oxidizing gas flow path in the single cell to the catalyst layer on the electrolyte membrane 31 and is subjected to an electrochemical reaction in each single cell. Here, the remaining oxidizing gas that has not participated in the electrochemical reaction once passes through the oxidizing gas distribution manifold 61 formed by the holes 41 provided in the separator 30.

【0055】酸化ガス配流マニホールド61では、それ
ぞれの各単セル内ガス流路を通過する酸化ガスが集合し
て、互いに流通可能となる。また、この酸化ガス配流マ
ニホールド61では、これら集合した酸化ガスが下向き
(図5参照)に流れる。この酸化ガスは、それぞれのセ
パレータ30が備える孔部41を介して、各単セル20
において、各セパレータ30が備える凹部91と隣接す
るカソード33との間で形成される単セル内酸化ガス流
路に導かれる。これら単セル内酸化ガス流路に導かれた
酸化ガスは、単セル内酸化ガス流路から電解質膜31上
の触媒層に拡散し、各単セルにおいて電気化学反応に供
される。ここで、電気化学反応に関与しなかった残りの
酸化ガスは、セパレータ30に設けられた孔部42によ
って形成される酸化ガス排出マニホールド62に排出さ
れる。
In the oxidizing gas distribution manifold 61, the oxidizing gases passing through the respective gas passages in the single cell are gathered and can be circulated to each other. In the oxidizing gas distribution manifold 61, the collected oxidizing gas flows downward (see FIG. 5). This oxidizing gas is supplied to each single cell 20 through the hole 41 provided in each separator 30.
In this case, the gas is guided to the oxidizing gas flow path in the single cell formed between the concave portion 91 of each separator 30 and the adjacent cathode 33. The oxidizing gas guided to the oxidizing gas flow path in the single cell diffuses from the oxidizing gas flow path in the single cell to the catalyst layer on the electrolyte membrane 31 and is subjected to an electrochemical reaction in each single cell. Here, the remaining oxidizing gas that has not participated in the electrochemical reaction is discharged to the oxidizing gas discharge manifold 62 formed by the holes 42 provided in the separator 30.

【0056】酸化ガス排出マニホールド62では、酸化
ガス供給マニホールド60とは逆向きに酸化ガスが通過
しながら、各単セル20内に形成された単セル内酸化ガ
ス流路から排出される酸化ガス同士が合流する。酸化ガ
ス排出マニホールド62を通過した酸化ガスは、スタッ
ク構造15の端部に達すると、エンドプレート80に設
けられた孔部72と、集電板36および絶縁板38の対
応する位置に設けられた孔部とを介して、孔部72に接
続する酸化ガス排出装置に排出される。
In the oxidizing gas discharge manifold 62, the oxidizing gas passes through the oxidizing gas passages formed in each single cell 20 while passing the oxidizing gas in the opposite direction to the oxidizing gas supply manifold 60. Merge. When the oxidizing gas that has passed through the oxidizing gas discharge manifold 62 reaches the end of the stack structure 15, the oxidizing gas is provided in the hole 72 provided in the end plate 80, and in a position corresponding to the current collecting plate 36 and the insulating plate 38. The gas is discharged to the oxidizing gas discharge device connected to the hole 72 through the hole.

【0057】以上、スタック構造15内における酸化ガ
スの流れについて説明したが、スタック構造15内にお
ける燃料ガスの流れについても同様である。燃料電池外
部に設けられた燃料ガス供給装置は、エンドプレート8
0に設けられた孔部73に接続され、燃料ガス供給装置
から供給される燃料ガスは、絶縁板38および集電板3
6の対応する位置に設けられた孔部を介して、セパレー
タ30が備える孔部50によって形成される燃料ガス供
給マニホールド63内に導入される。燃料ガス供給マニ
ホールド63内を通過する燃料ガスは、各単セル20に
おいて単セル内燃料ガス流路(凹部92と隣接するアノ
ード32との間で形成される)に導かれ、電気化学反応
に供される。各単セル20内の単セル内燃料ガス流路を
通過する燃料ガスのうち、電気化学反応に関与しなかっ
た残りのガスは、セパレータ30に設けられた孔部51
によって形成される燃料ガス配流マニホールド64を一
旦経由する。これら燃料ガス配流マニホールドを経由し
た燃料ガスは、再び各単セル20内の単セル内燃料ガス
流路(凹部93と隣接するアノード32との間で形成さ
れる)を通過して、電気化学反応に供される。電気化学
反応に関与しなかった残りの燃料ガスは、セパレータ3
0に設けられた孔部52によって形成される燃料ガス排
出マニホールド65に排出されて互いに合流し、燃料ガ
ス排出マニホールド内を、燃料ガス供給マニホールド6
3とは逆向きに通過する。このような燃料ガスは、スタ
ック構造15の端部に達すると、エンドプレート80に
設けられた孔部75と、集電板36および絶縁板38の
対応する位置に設けられた孔部とを介して、孔部75に
接続する燃料ガス排出装置に排出される。
Although the flow of the oxidizing gas in the stack structure 15 has been described above, the flow of the fuel gas in the stack structure 15 is the same. The fuel gas supply device provided outside the fuel cell includes an end plate 8
The fuel gas supplied from the fuel gas supply device and connected to the hole 73 provided in the insulating plate 38 and the current collecting plate 3
6 is introduced into the fuel gas supply manifold 63 formed by the holes 50 provided in the separator 30 through the holes provided at the corresponding positions. The fuel gas passing through the fuel gas supply manifold 63 is guided to the fuel cell flow path (formed between the concave portion 92 and the adjacent anode 32) in each single cell 20 and supplied to the electrochemical reaction. Is done. Of the fuel gas passing through the fuel gas passage in the single cell in each single cell 20, the remaining gas not participating in the electrochemical reaction is supplied to the hole 51 provided in the separator 30.
Once pass through the fuel gas distribution manifold 64 formed. The fuel gas passing through these fuel gas distribution manifolds again passes through the fuel cell flow path (formed between the concave portion 93 and the adjacent anode 32) in the single cell in each single cell 20 to cause an electrochemical reaction. Offered to The remaining fuel gas not participating in the electrochemical reaction is supplied to the separator 3
The fuel gas is discharged to a fuel gas discharge manifold 65 formed by the holes 52 provided in the fuel gas supply manifold 6 and merged with each other.
It passes in the opposite direction to 3. When such fuel gas reaches the end of the stack structure 15, it passes through a hole 75 provided in the end plate 80 and a hole provided in a corresponding position of the current collector 36 and the insulating plate 38. Then, the fuel gas is discharged to the fuel gas discharge device connected to the hole 75.

【0058】なお、上記した説明では、酸化ガス供給マ
ニホールド60と酸化ガス排出マニホールド62、およ
び、燃料ガス供給マニホールド63と燃料ガス排出マニ
ホールド65では、それぞれ、内部を通過するガスの流
れる方向が逆向きとなっているが、供給側のマニホール
ドと排出側のマニホールドとで、同じ方向にガスが通過
する構成としても良い。すなわち、エンドプレート80
側ではなくエンドプレート85側に、酸化ガス排出装置
および燃料ガス排出装置を接続し、スタック構造15に
おいて、ガスが供給される端部とは反対側の端部よりガ
スを排出することとしても良い。
In the above description, in the oxidizing gas supply manifold 60 and the oxidizing gas discharge manifold 62, and in the fuel gas supply manifold 63 and the fuel gas discharge manifold 65, the flowing direction of the gas passing through the inside is opposite. However, the gas may pass in the same direction between the supply-side manifold and the discharge-side manifold. That is, the end plate 80
The oxidizing gas discharging device and the fuel gas discharging device may be connected to the end plate 85 side instead of the side, and the gas may be discharged from the end of the stack structure 15 opposite to the end to which the gas is supplied. .

【0059】以上のように構成された本実施例のセパレ
ータ30を備える燃料電池によれば、酸化ガス配流マニ
ホールドおよび燃料ガス配流マニホールドを備えてお
り、各単セル内ガス流路を通過するガスが、単セル内ガ
ス流路を通過する途中で、これらガス配流マニホールド
を一旦経由する。これによって、燃料電池を構成する単
セルの一部において、既述した凝縮水や、セパレータ表
面に形成された凹凸形状の精度に起因して、単セル内ガ
ス流路を通過するガスの流量にばらつきが生じていた場
合にも、配流マニホールドを経由することで、単セル内
ガス流路を通過するガス流量が均一化され、配流マニホ
ールドを経由したガス流量のばらつきが軽減される。例
えば、燃料電池を構成する単セル20のいずれかにおい
て、凝縮水のために、凹部90によって形成される単セ
ル内酸化ガス流路を通過する酸化ガスの流量が少なくな
った場合にも、各単セル内を通過する酸化ガスが一旦集
合する酸化ガス配流マニホールドを経由することによっ
て、近隣に配置された単セルから酸化ガスが補われ、凹
部91によって形成される単セル内酸化ガス流路では酸
化ガスの流量が充分となり、特定の単セルにおいて供給
される酸化ガス量が極端に低下してしまうことがない。
逆に、燃料電池を構成する単セル20のいずれかにおい
て、凝縮水のために、凹部91によって形成される単セ
ル内酸化ガス流路を通過する酸化ガスの流量が少なくな
った場合にも、凹部90によって形成される上流側の単
セル内酸化ガス流路では、酸化ガス配流マニホールドと
連通することによって、充分量の酸化ガスが通過するこ
とができる。したがって、各単セル内ガス流路を通過す
るガス流量のばらつきに起因して燃料電池の性能が低下
してしまうのを抑えることができる。
According to the fuel cell including the separator 30 of the present embodiment configured as described above, the fuel cell includes the oxidizing gas distribution manifold and the fuel gas distribution manifold. On the way to the gas distribution manifold, the gas once passes through the gas distribution manifold. Thereby, in a part of the unit cell constituting the fuel cell, the condensed water and the flow rate of the gas passing through the gas passage in the unit cell due to the accuracy of the concavo-convex shape formed on the separator surface are described. Even in the case where the variation occurs, by passing through the distribution manifold, the gas flow rate passing through the gas flow path in the single cell is made uniform, and the variation of the gas flow rate via the distribution manifold is reduced. For example, even in the case where the flow rate of the oxidizing gas passing through the oxidizing gas flow path in the single cell formed by the concave portion 90 due to the condensed water in any of the single cells 20 constituting the fuel cell, By passing through the oxidizing gas distribution manifold where the oxidizing gas passing through the single cell once gathers, the oxidizing gas is supplemented from the single cell arranged in the vicinity, and the oxidizing gas flow path in the single cell formed by the concave portion 91 is formed. The flow rate of the oxidizing gas is sufficient, and the amount of the oxidizing gas supplied in a specific single cell is not extremely reduced.
Conversely, even in the case where the flow rate of the oxidizing gas passing through the oxidizing gas flow path in the single cell formed by the concave portion 91 due to the condensed water in any of the single cells 20 constituting the fuel cell, By communicating with the oxidizing gas distribution manifold, a sufficient amount of the oxidizing gas can pass through the upstream single-cell oxidizing gas flow path formed by the concave portion 90. Therefore, it is possible to suppress the performance of the fuel cell from being deteriorated due to the variation in the gas flow rate passing through the gas flow path in each single cell.

【0060】図6は、本実施例のセパレータ30を用い
て構成した燃料電池と、比較例として図8に示したセパ
レータ130を用いて構成した燃料電池とで、電流−電
圧特性を比較した説明図である。セパレータ130は、
本実施例のセパレータ30とほぼ同様の形状を有してい
るが、孔部41および孔部51に対応する構造は有して
おらず、例えばセパレータ130の一方の面側では、連
続して形成され3カ所の屈曲部を有する単一の凹部19
0が形成されている(図8参照)。従って、セパレータ
130を用いて構成した燃料電池は、酸化ガス配流マニ
ホールドおよび燃料ガス配流マニホールドを有しておら
ず、各単セル内ガス流路を通過するガスは、上記実施例
のように途中で一旦互いに行き来可能となることがな
い。なお、図8に示したセパレータ130において、セ
パレータ30と共通する構成には、セパレータ30に付
した部材番号に100を加えた部材番号を付し、詳しい
説明は省略する。また、セパレータ130の凹部190
においても、図4に示したセパレータ30の凹部90に
設けられた凸部94と同様の凸部が設けられており、セ
パレータ130は、セパレータ30の場合と同等の面積
において、隣接するガス拡散電極と接して導電性を確保
するものとする。
FIG. 6 shows a comparison between the current-voltage characteristics of the fuel cell constituted by using the separator 30 of this embodiment and the fuel cell constituted by using the separator 130 shown in FIG. 8 as a comparative example. FIG. The separator 130 is
Although the separator has substantially the same shape as the separator 30 of the present embodiment, it does not have a structure corresponding to the hole 41 and the hole 51, and is formed continuously on one surface side of the separator 130, for example. Single recess 19 with three bends
0 is formed (see FIG. 8). Therefore, the fuel cell constituted by using the separator 130 does not have the oxidizing gas distribution manifold and the fuel gas distribution manifold, and the gas passing through each single-cell gas flow path is provided on the way as in the above embodiment. Once they can go to each other. In the separator 130 shown in FIG. 8, the same components as those of the separator 30 are denoted by the member numbers obtained by adding 100 to the member numbers assigned to the separator 30, and the detailed description is omitted. Also, the concave portion 190 of the separator 130
Also, a convex portion similar to the convex portion 94 provided in the concave portion 90 of the separator 30 shown in FIG. 4 is provided, and the separator 130 has the same gas diffusion electrode in the same area as that of the separator 30. To ensure conductivity.

【0061】図6に示すように、セパレータ30によっ
て構成され、酸化ガス配流マニホールドおよび燃料ガス
配流マニホールドを有する燃料電池は、セパレータ13
0によって構成され、酸化ガス配流マニホールドおよび
燃料ガス配流マニホールドを有しない燃料電池に比べ
て、出力電流が大きくなっても、より高い出力電圧を維
持することができた。すなわち、配流マニホールドを設
け、それぞれの単セル内ガス流路を通過するガスの流量
を均一化することによって、燃料電池の性能の低下を抑
えることができた。
As shown in FIG. 6, a fuel cell constituted by a separator 30 and having an oxidizing gas distribution manifold and a fuel gas distribution manifold is composed of a separator 13.
0, a higher output voltage could be maintained even when the output current was larger than that of a fuel cell having no oxidizing gas distribution manifold and no fuel gas distribution manifold. That is, by providing the distribution manifold and making the flow rate of the gas passing through the gas flow passage in each single cell uniform, it was possible to suppress the deterioration of the performance of the fuel cell.

【0062】また、セパレータ30を用いて構成した燃
料電池は、この燃料電池を構成する単セル中の一部の単
セルにおいて、単セル内ガス流路を通過するガス流速が
低下する事態が生じた場合に、この単セル内ガス流路に
おけるガス流速を均一化するという効果だけでなく、燃
料電池全体で、各単セル内ガス流路を通過するガスの流
速の勾配を均一化するという効果を奏する。図7は、セ
パレータ30を用いて構成した燃料電池と、セパレータ
130を用いて構成した燃料電池とのそれぞれにおい
て、内部の各単セル内ガス流路を通過するガスの流速の
分布状態を調べた結果を表わす説明図である。ここで、
それぞれの燃料電池は積層された100組の単セルから
なり、それぞれの単セル内を通過するガスの流速として
は、ガス供給マニホールドから各単セル内ガス流路にガ
スが流れ込むときの流速を測定した値を用いた。
Further, in the fuel cell constituted by using the separator 30, the flow rate of the gas passing through the gas passage in the single cell may decrease in some of the single cells constituting the fuel cell. In this case, not only the effect of equalizing the gas flow velocity in the gas flow path in the single cell, but also the effect of equalizing the gradient of the flow velocity of the gas passing through the gas flow path in the single cell in the entire fuel cell. To play. FIG. 7 shows the distribution state of the flow velocity of the gas passing through the internal single cell gas flow path in each of the fuel cell configured using the separator 30 and the fuel cell configured using the separator 130. FIG. 9 is an explanatory diagram showing a result. here,
Each fuel cell is made up of 100 single cells stacked, and the flow rate of gas passing through each single cell is measured as the gas flows from the gas supply manifold into the gas flow path inside each single cell. The values obtained were used.

【0063】この図7では、燃料電池の上流側(ガス供
給装置およびガス排出装置が接続された側)端部に配設
された単セル内ガス流路内を通過するガスの流速を10
0とし、残りの単セル内ガス流路におけるガス流速をこ
れに対する相対値として順次表わした。既述した実施例
のように、ガス供給装置とガス排出装置とを、燃料電池
の同じ側の端部に接続する場合には、この接続された端
部である上流側が最もガス流速が早くなり、反対側(下
流側)の端部に向けて徐々にガス流速は遅くなる。セパ
レータ30を用いて構成した燃料電池においても、上記
上流側から下流側に向かって(図7ではセル番号1側か
らセル番号100側に向かって)ガス流速は遅くなる
が、図7に示すように、比較例であるセパレータ130
を用いて構成した燃料電池に比べて、下流側に向かって
ガス流速が遅くなる程度が小さい。
In FIG. 7, the flow rate of the gas passing through the gas passage in the single cell provided at the upstream end (the side to which the gas supply device and the gas discharge device are connected) of the fuel cell is set to 10
It was set to 0, and the gas flow rates in the remaining gas flow paths in the single cell were sequentially expressed as relative values to this. When the gas supply device and the gas discharge device are connected to the same side end of the fuel cell as in the above-described embodiment, the upstream side which is the connected end has the fastest gas flow velocity. The gas flow rate gradually decreases toward the end on the opposite side (downstream side). Also in the fuel cell configured using the separator 30, the gas flow rate decreases from the upstream side to the downstream side (from the cell number 1 side to the cell number 100 side in FIG. 7), as shown in FIG. Next, a separator 130 as a comparative example
The degree to which the gas flow velocity decreases toward the downstream side is smaller than that of a fuel cell configured using

【0064】このように、本実施例のセパレータ30を
用いた燃料電池によれば、各単セル内流路を通過するガ
スの流速の勾配が小さくなり、燃料電池全体で、単セル
内ガス流路を通過するガスの流速が高いレベルに保たれ
るため、上記下流側に配設された単セルにおいても、ガ
スの利用率が充分に高くなる。したがって、既述した図
6に示したように、セパレータ30を用いた燃料電池が
高い電池性能を示すのは、このように燃料電池全体で充
分なガス流速が維持されるという効果にもよっていると
考えることができる。
As described above, according to the fuel cell using the separator 30 of the present embodiment, the gradient of the flow velocity of the gas passing through each single-cell flow path becomes small, and the gas flow in the single cell is reduced in the entire fuel cell. Since the flow velocity of the gas passing through the road is maintained at a high level, the gas utilization rate is sufficiently high even in the single cell provided on the downstream side. Therefore, as shown in FIG. 6 described above, the reason why the fuel cell using the separator 30 exhibits high cell performance is due to the effect that a sufficient gas flow rate is maintained in the entire fuel cell. Can be considered.

【0065】さらに、燃料電池全体で各単セル内流路を
通過するガスの流速が速くなることにより、燃料電池全
体でガスの流量が充分に多く維持されるということがで
き、ガス流量が最も少なくなる領域でのガス流量を充分
に確保するために燃料電池に供給するガスを加圧する程
度を、抑えることができる。また、燃料電池全体でガス
の利用率が充分に高くなることによって、燃料電池に供
給するガスの流量を低減することができるという効果も
得られる。燃料電池には、通常は、充分に電気化学反応
を進行させるために、発電させる電力量から理論的に求
められるガスの所要量を超える量のガスが供給される。
上記したようにガスの利用率が高まれば、このように過
剰に供給するガス量を抑えることができる。燃料電池に
供給するガス量およびガスの加圧の程度を抑えられるこ
とによって、発電のために消費される燃料の量を抑えた
り、燃料電池に供給するガスを加圧するために消費する
電力量を抑えることができ、燃料電池を備えるシステム
全体のエネルギ効率を向上させることができる。
Further, the flow rate of the gas passing through each single cell flow path in the entire fuel cell is increased, so that the flow rate of the gas can be maintained sufficiently large in the entire fuel cell, and the gas flow rate can be minimized. The degree to which the gas supplied to the fuel cell is pressurized in order to ensure a sufficient gas flow rate in the reduced area can be suppressed. In addition, by sufficiently increasing the gas utilization rate in the entire fuel cell, the effect that the flow rate of the gas supplied to the fuel cell can be reduced can be obtained. In general, a gas is supplied to a fuel cell in an amount exceeding a theoretically required gas amount based on the amount of electric power to be generated in order to sufficiently promote an electrochemical reaction.
As described above, when the gas utilization rate increases, the amount of gas supplied excessively can be suppressed in this manner. By suppressing the amount of gas supplied to the fuel cell and the degree of pressurization of the gas, the amount of fuel consumed for power generation can be reduced, and the amount of electric power consumed to pressurize the gas supplied to the fuel cell can be reduced. The energy efficiency of the entire system including the fuel cell can be improved.

【0066】また、上記した実施例におけるセパレータ
30を用いた燃料電池において、各単セル内に設けられ
たそれぞれの単セル内ガス流路をガスが通過する際に
は、セパレータ表面に設けられた凹部の形状に従ってガ
スは略水平方向に流れるが、各単セル内ガス流路全体で
は、ガスは上方から下方へ流れる。例えば、酸化ガス
は、孔部40が設けられた上方から、孔部42が設けら
れた下方に向かって流れる。従って、ガス流路内に生じ
た凝縮水も、重力に逆らうことなく、ガスの流れと共に
下方に導かれるため、単セル内ガス流路からの凝縮水の
排水が容易になる。ここで、流路内で生じる凝縮水と
は、既述したように、電気化学反応に伴ってカソード側
で生じる既述した生成水や、燃料電池にガスを供給する
のに先立って、電解質膜の乾燥を防ぐためにあらかじめ
供給ガスに加えられる水蒸気などが、ガス流路内で凝縮
したものである。
In the fuel cell using the separator 30 in the above-described embodiment, when the gas passes through the gas passages in each single cell provided in each single cell, the gas is provided on the surface of the separator. Although the gas flows in a substantially horizontal direction according to the shape of the concave portion, the gas flows from the upper side to the lower side in the entire gas passage in each single cell. For example, the oxidizing gas flows from above where the holes 40 are provided to below where the holes 42 are provided. Therefore, the condensed water generated in the gas flow path is also guided downward together with the gas flow without opposing the gravity, so that the drainage of the condensed water from the gas flow path in the single cell is facilitated. Here, the condensed water generated in the flow path is, as described above, the generated water generated on the cathode side due to the electrochemical reaction or the electrolyte membrane prior to supplying the gas to the fuel cell. Water vapor or the like previously added to the supply gas in order to prevent drying of the gas is condensed in the gas flow path.

【0067】さらに、本実施例のセパレータ30を用い
た燃料電池では、ガスマニホールドが燃料電池の側面に
設けられており、各単セルに供給されるガスは、各単セ
ル内ガス流路に対して横向きに流れ込む。従って、ガス
マニホールド内に生じた凝縮水が、各単セル内ガス流路
におけるガスマニホールドとの接続部付近を塞ぎ、ガス
の流れを妨げてしまうのを抑えることができる。これに
対し、ガスマニホールドが燃料電池の上下に設けられて
おり、各単セル内ガス流路に対して、ガスが上方のガス
マニホールドから供給される場合には、このガスマニホ
ールド内の凝縮水が、容易に単セル内ガス流路に流れ込
み、ガス流路を閉塞してしまうおそれがある。
Further, in the fuel cell using the separator 30 of this embodiment, the gas manifold is provided on the side of the fuel cell, and the gas supplied to each unit cell is supplied to the gas passage in each unit cell. Flows sideways. Therefore, it is possible to suppress the condensed water generated in the gas manifold from blocking the vicinity of the connection portion with the gas manifold in the gas flow path in each single cell and obstructing the gas flow. On the other hand, when gas manifolds are provided above and below the fuel cell, and gas is supplied from an upper gas manifold to each single cell gas flow path, condensed water in the gas manifold is discharged. There is a possibility that the gas easily flows into the gas flow path in the single cell and the gas flow path is closed.

【0068】既述した実施例のセパレータ30では、そ
の表面を水平方向に4分割し、分割された領域を二つず
つ連続させて、例えば図2に示した面側では凹部90お
よび凹部91とし、これら凹部90,91を連通させる
孔部41によって、単一の酸化ガス配流マニホールド6
1を形成することとした。ここで、酸化ガス(あるいは
燃料ガス)配流マニホールドは複数設けることとしても
良く、このような構成のセパレータの一例をセパレータ
230として図9に示す。図9に示したセパレータ23
0は、その一方の表面が、セパレータ30と同様に水平
方向に4分割されているが、この分割された領域は、そ
れぞれ別個の4つの凹部(凹部290,291,29
2,293)を形成しており、セパレータ230を用い
て燃料電池を構成したときには、これらの凹部は、隣接
するガス拡散電極との間で単セル内酸化ガス流路を形成
する。また、セパレータ230は、5つの孔部(孔部2
40,241,242,243,244)を備えてい
る。セパレータ230を用いて燃料電池を構成したとき
には、これらの孔部は、酸化ガスが通過するガスマニホ
ールドを形成する。
In the separator 30 of the above-described embodiment, the surface is divided into four parts in the horizontal direction, and the divided areas are continued two by two. For example, the concave part 90 and the concave part 91 are formed on the surface side shown in FIG. A single oxidizing gas distribution manifold 6 is formed by the holes 41 connecting the recesses 90 and 91 to each other.
1 was formed. Here, a plurality of oxidizing gas (or fuel gas) distribution manifolds may be provided, and an example of a separator having such a configuration is shown in FIG. Separator 23 shown in FIG.
No. 0 has one surface divided into four parts in the horizontal direction similarly to the separator 30, and this divided region has four separate concave parts (concave parts 290, 291, 29).
2, 293), and when a fuel cell is configured using the separator 230, these recesses form an oxidizing gas flow path in a single cell with an adjacent gas diffusion electrode. The separator 230 has five holes (holes 2).
40, 241, 242, 243, 244). When a fuel cell is configured using the separator 230, these holes form a gas manifold through which the oxidizing gas passes.

【0069】ここで、孔部240は、酸化ガス供給マニ
ホールドを形成し、この酸化ガス供給マニホールドは、
外部から供給された酸化ガスをそれぞれの単セル内ガス
流路に分配する。また、孔部242は、酸化ガス排出マ
ニホールドを形成し、この酸化ガス排出マニホールド
は、それぞれの単セル内流路から排出された酸化ガスを
合流させて、燃料電池の外部に導く。孔部241,24
3,344は、それぞれ、酸化ガス配流マニホールドを
形成し、燃料電池を構成する単セル内に形成されたそれ
ぞれの単セル内酸化ガス流路を通過する酸化ガスは、こ
れらの酸化ガス配流マニホールドのそれぞれを一旦経由
する。
Here, the hole 240 forms an oxidizing gas supply manifold.
The oxidizing gas supplied from the outside is distributed to the gas flow paths in each single cell. The holes 242 form an oxidizing gas discharge manifold. The oxidizing gas discharge manifold joins the oxidizing gases discharged from the respective single-cell internal flow paths and guides them to the outside of the fuel cell. Holes 241, 24
3 and 344 respectively form oxidizing gas distribution manifolds, and the oxidizing gas passing through the oxidizing gas flow paths in each single cell formed in the single cell constituting the fuel cell is used as the oxidizing gas distribution manifold. Once through each.

【0070】上記凹部290は、孔部240と孔部24
3とを連通させ、凹部291は、孔部243と孔部24
1とを連通させ、凹部292は、孔部241と孔部24
4とを連通させ、凹部293は、孔部244と孔部24
2とを連通させる。したがって、外部から供給された酸
化ガスは、まず、孔部240によって形成される酸化ガ
ス供給マニホールドを経由して、凹部290によって形
成される単セル内酸化ガス流路に導入される。この単セ
ル内酸化ガス流路を通過した酸化ガスは、孔部243に
よって形成される酸化ガス配流マニホールドを経由した
後、凹部291によって形成される単セル内酸化ガス流
路を通過する。その後、同様の動作を繰り返し、孔部2
41によって形成される酸化ガス配流マニホールドを経
由し、凹部292によって形成される単セル内酸化ガス
流路を通過し、孔部244によって形成される酸化ガス
配流マニホールドを経由した後、凹部293によって形
成される単セル内酸化ガス流路を通過し、孔部242に
よって形成される酸化ガス排出マニホールドを介して、
燃料電池の外部に排出される。
The recess 290 is formed between the hole 240 and the hole 24.
And the recess 291 is formed between the hole 243 and the hole 24.
1, and the recess 292 is formed between the hole 241 and the hole 24.
4 and the recess 293 is formed between the hole 244 and the hole 24.
2 is communicated. Therefore, the oxidizing gas supplied from the outside is first introduced into the oxidizing gas flow path in the single cell formed by the concave portion 290 via the oxidizing gas supply manifold formed by the hole 240. The oxidizing gas having passed through the oxidizing gas flow path in the single cell passes through the oxidizing gas distribution manifold formed by the holes 243, and then passes through the oxidizing gas flow path in the single cell formed by the concave portion 291. After that, the same operation is repeated, and the hole 2
After passing through the oxidizing gas distribution manifold formed by the recess 292, passing through the oxidizing gas distribution manifold formed by the recess 292, passing through the oxidizing gas distribution manifold formed by the hole 244, and then forming by the recess 293. Through the oxidizing gas flow path in the single cell, and through the oxidizing gas discharge manifold formed by the hole 242,
It is discharged outside the fuel cell.

【0071】このようなセパレータ230を用いて構成
した燃料電池によれば、セパレータ30を用いた上記実
施例と同様に、それぞれの単セル内ガス流路に供給され
る酸化ガスの流量を均一化すると共に、燃料電池全体で
ガスの流速を充分に高く保ち、燃料電池の性能が低下し
てしまうのを防ぐことができる。特に、セパレータ30
を用いる場合に比べて、酸化ガス配流マニホールドの数
が多いため、各単セル内を通過する酸化ガスの流量を均
一化する効果をさらに高めることができる。
According to the fuel cell constituted by using such a separator 230, the flow rate of the oxidizing gas supplied to the gas passage in each single cell is made uniform, as in the above-described embodiment using the separator 30. At the same time, the gas flow velocity can be kept sufficiently high in the entire fuel cell to prevent the performance of the fuel cell from being reduced. In particular, the separator 30
Since the number of the oxidizing gas distribution manifolds is larger than that in the case of using, the effect of equalizing the flow rate of the oxidizing gas passing through each single cell can be further enhanced.

【0072】なお、既述した実施例のセパレータ30を
用いた燃料電池では、酸化ガスの流路と燃料ガスの流路
との両方で、ガス配流マニホールドを設けることとした
が、どちらか一方の流路だけに設けることとしても良
く、どちらか一方の流路にこのようなガス配流マニホー
ルドを設けた場合にも、相応の効果が得られる。図9に
示したセパレータ230では、燃料ガスが通過するマニ
ホールドは一対だけ設け、酸化ガス流路側にだけガス配
流マニホールドを設けることとしたが、このような場合
にも、酸化ガスの流量を均一化することによる上記した
効果を充分に得ることができる。もとより、燃料ガス流
路側にだけ配流マニホールドを設けることとしても、燃
料ガスの流量が均一化することによる上記した効果を得
ることができる。どちらか一方の流路にだけガス配流マ
ニホールドを設ける場合には、他方のガス流路において
ガス配流マニホールドを形成するために孔部を設ける必
要がなく、セパレータの成形がより容易になる。
In the fuel cell using the separator 30 of the above-described embodiment, the gas distribution manifold is provided in both the flow path of the oxidizing gas and the flow path of the fuel gas. The gas distribution manifold may be provided only in the flow path, and a corresponding effect can be obtained even when such a gas distribution manifold is provided in one of the flow paths. In the separator 230 shown in FIG. 9, only one pair of manifolds through which the fuel gas passes is provided, and the gas distribution manifold is provided only on the oxidizing gas flow path side. Even in such a case, the flow rate of the oxidizing gas is made uniform. By doing so, the above effects can be sufficiently obtained. Of course, even if the distribution manifold is provided only on the side of the fuel gas flow path, the above-described effect of making the flow rate of the fuel gas uniform can be obtained. When the gas distribution manifold is provided only in one of the flow paths, it is not necessary to provide a hole for forming the gas distribution manifold in the other gas flow path, and the separator can be more easily formed.

【0073】既述した実施例では、セパレータの表面を
水平方向に4分割したが、セパレータ表面を異なる数に
分割して、ガス配流マニホールドを設けることとしても
良い。このような例を以下に示す。図10は、セパレー
タ表面を水平方向に2分割したセパレータ330の構成
を表わす平面図である。セパレータ330を用いて構成
する燃料電池では、セパレータ330の表面を2分割し
て設けられた凹部390,391によって単セル内酸化
ガス流路が形成される。また、このような燃料電池で
は、孔部340によって酸化ガス供給マニホールドが、
孔部342によって酸化ガス排出マニホールドが、孔部
343によって酸化ガス配流マニホールドが形成され
る。酸化ガス供給マニホールドから各単セルに分配され
た酸化ガスは、凹部390が形成する単セル内酸化ガス
流路を通過して、酸化ガス配流マニホールドを一旦経由
し、その後凹部391が形成する単セル内ガス流路を通
過し、酸化ガス排出マニホールドを介して外部に排出さ
れる。
In the above-described embodiment, the surface of the separator is divided into four parts in the horizontal direction. However, the surface of the separator may be divided into different numbers and a gas distribution manifold may be provided. Such an example is shown below. FIG. 10 is a plan view showing the configuration of a separator 330 in which the surface of the separator is divided into two parts in the horizontal direction. In the fuel cell configured using the separator 330, the oxidizing gas flow path in the single cell is formed by the concave portions 390 and 391 provided by dividing the surface of the separator 330 into two. In such a fuel cell, the oxidizing gas supply manifold is formed by the hole 340.
The holes 342 form an oxidizing gas discharge manifold, and the holes 343 form an oxidizing gas distribution manifold. The oxidizing gas distributed from the oxidizing gas supply manifold to each single cell passes through the oxidizing gas flow path in the single cell formed by the concave portion 390, passes through the oxidizing gas distribution manifold once, and then forms the single cell formed by the concave portion 391. The gas passes through the internal gas passage and is discharged to the outside via the oxidizing gas discharge manifold.

【0074】また、図11に、セパレータ表面を3分割
したセパレータ430の構成を表わす平面図を示す。セ
パレータ430を用いて構成する燃料電池では、セパレ
ータ430の表面を水平方向に3分割して設けられた凹
部490,491,492によって単セル内酸化ガス流
路が形成される。また、このような燃料電池では、孔部
440によって酸化ガス供給マニホールドが、孔部44
2によって酸化ガス排出マニホールドが、孔部443,
444によって酸化ガス配流マニホールドが形成され
る。酸化ガス供給マニホールドから各単セルに分配され
た酸化ガスは、凹部490,491,492のそれぞれ
が形成する単セル内酸化ガス流路を順次通過する。その
際、連続する2つの単セル内酸化ガス流路同士を連通さ
せる酸化ガス配流マニホールドを順次経由する。凹部4
92が形成する単セル内ガス流路を通過した酸化ガス
は、酸化ガス排出マニホールドを介して外部に排出され
る。
FIG. 11 is a plan view showing the structure of a separator 430 obtained by dividing the surface of the separator into three parts. In the fuel cell configured using the separator 430, the oxidizing gas flow path in the single cell is formed by the concave portions 490, 491, and 492 provided by dividing the surface of the separator 430 into three in the horizontal direction. In such a fuel cell, the oxidizing gas supply manifold is formed by the holes 440.
2 allows the oxidizing gas discharge manifold to be
444 forms an oxidizing gas distribution manifold. The oxidizing gas distributed from the oxidizing gas supply manifold to each single cell sequentially passes through the oxidizing gas flow path in the single cell formed by each of the concave portions 490, 491, and 492. At this time, the gas sequentially passes through an oxidizing gas distribution manifold that connects two continuous oxidizing gas channels in the single cell. Recess 4
The oxidizing gas that has passed through the gas flow path inside the single cell formed by 92 is discharged to the outside via the oxidizing gas discharge manifold.

【0075】図12は、セパレータ表面を6分割したセ
パレータ530の構成を表わす平面図である。セパレー
タ530の一方の表面には、セパレータ530の表面を
水平方向に6分割したうちの3つずつの領域をそれぞれ
連通させて設け、それぞれ2カ所の屈曲部を有する凹部
590,591が設けられている。セパレータ530を
用いて構成された燃料電池では、これら凹部590,5
91によって単セル内酸化ガス流路が形成される。ま
た、このような燃料電池では、孔部540によって酸化
ガス供給マニホールドが、孔部542によって酸化ガス
排出マニホールドが、孔部543によって酸化ガス配流
マニホールドが形成される。酸化ガス供給マニホールド
から各単セルに分配された酸化ガスは、凹部590が形
成する単セル内酸化ガス流路を通過して、酸化ガス配流
マニホールドを一旦経由し、その後凹部591が形成す
る単セル内ガス流路を通過し、酸化ガス排出マニホール
ドを介して外部に排出される。なお、セパレータ530
では、酸化ガス配流マニホールドを形成するための孔部
は1カ所だけ設けることとしたが、複数の酸化ガス配流
マニホールドを設けるためにより多くの孔部を設けるこ
ととしても良い。例えば、凹部590および凹部591
が有する屈曲部に孔部を設け、このような孔部によって
さらに酸化ガス配流マニホールドを形成することとして
も良い。
FIG. 12 is a plan view showing the structure of a separator 530 obtained by dividing the surface of the separator into six parts. On one surface of the separator 530, three regions each of which the surface of the separator 530 is divided into six in the horizontal direction are provided in communication with each other, and concave portions 590 and 591 each having two bent portions are provided. I have. In the fuel cell configured using the separator 530, these recesses 590, 5
The oxidizing gas flow path in the single cell is formed by 91. In such a fuel cell, the oxidizing gas supply manifold is formed by the hole 540, the oxidizing gas discharge manifold is formed by the hole 542, and the oxidizing gas distribution manifold is formed by the hole 543. The oxidizing gas distributed from the oxidizing gas supply manifold to each single cell passes through the oxidizing gas flow path in the single cell formed by the concave portion 590, temporarily passes through the oxidizing gas distribution manifold, and then forms the single cell formed by the concave portion 591. The gas passes through the internal gas passage and is discharged to the outside via the oxidizing gas discharge manifold. The separator 530
In the above, only one hole is provided for forming the oxidizing gas distribution manifold, but more holes may be provided for providing a plurality of oxidizing gas distribution manifolds. For example, the recess 590 and the recess 591
A hole may be provided in the bent portion of the above, and the oxidizing gas distribution manifold may be further formed by such a hole.

【0076】このように、セパレータ表面を複数の領域
に分割して、単セル内ガス流路を形成するための凹部を
形成し、これらの凹部と連通する孔部によってガス配流
マニホールドを形成することによって、燃料電池内のガ
ス流路を通過するガスの流量を均一化して、既述した効
果を得ることができる。なお、以上の説明では、図10
〜図12に示した一方の面側、すなわち酸化ガス流路に
ついてだけ説明したが、もう一方の面側に設けられた燃
料ガス流路についても、同様の構成とすることで、ガス
流路を通過するガスの流量を均一化し、燃料電池の性能
を向上させることができる。ここで、セパレータ表面に
形成する凹部の形状を細かくし、このような凹部によっ
て形成されるガス流路の断面積を小さくするほど、単セ
ル内ガス流路の所定の位置を通過するガス流量が増え、
ガスの拡散性が向上してガス利用率が高まる。また、単
セル内ガス流路を通過するガス流量が増えてガス流速が
速くなるほど、凝縮水が吹き飛ばされ易くなり、単セル
内ガス流路に凝縮水が滞留しにくくなるため、単セル内
ガス流路における排水性が向上する。しかしながら、こ
のように流路断面積を小さくすると、単セル内ガス流路
をガスが通過する際の圧損も上昇してしまう。ガスが通
過する際の圧損の上昇は、燃料電池に供給するガスを加
圧するために要するエネルギを増加させ、燃料電池を備
えるシステム全体のエネルギ効率の低下につながるおそ
れがある。したがって、凹部の形状の細かさは、細かく
することによってガス利用率が向上する効果や、これに
よって増加する圧損の影響、および、セパレータを形成
する際に要求される加工精度などを考慮して適宜決定す
ればよい。
As described above, the surface of the separator is divided into a plurality of regions, recesses for forming gas passages in the single cell are formed, and the gas distribution manifold is formed by the holes communicating with these recesses. Accordingly, the flow rate of the gas passing through the gas flow path in the fuel cell can be made uniform, and the above-described effect can be obtained. In the above description, FIG.
Although only the one surface side shown in FIG. 12, that is, the oxidizing gas flow channel has been described, the fuel gas flow channel provided on the other surface side has the same configuration, so that the gas flow channel is The flow rate of the passing gas can be made uniform, and the performance of the fuel cell can be improved. Here, the smaller the shape of the concave portion formed on the separator surface and the smaller the cross-sectional area of the gas flow path formed by such a concave portion, the more the gas flow rate passing through a predetermined position of the gas flow path in the single cell becomes. Increase
The gas diffusibility is improved, and the gas utilization rate is increased. Also, as the gas flow rate passing through the gas flow path in the single cell increases and the gas flow velocity increases, the condensed water is more likely to be blown away, and the condensed water hardly stays in the gas flow path in the single cell. The drainage in the flow path is improved. However, when the cross-sectional area of the flow path is reduced in this way, the pressure loss when the gas passes through the gas flow path in the single cell also increases. An increase in pressure loss when gas passes through increases the energy required to pressurize the gas supplied to the fuel cell, which may lead to a decrease in energy efficiency of the entire system including the fuel cell. Therefore, the fineness of the shape of the concave portion is appropriately determined in consideration of the effect of improving the gas utilization rate by reducing the size, the effect of increased pressure loss due to the fineness, and the processing accuracy required when forming the separator. You only have to decide.

【0077】なお、単セル内ガス流路を形成するために
セパレータ表面に形成した凹部には、セパレータ30の
説明で図4に示したように、流路を通過するガスを拡散
させると共に、セパレータとガス拡散電極との間で導電
性を確保する複数の凸部が設けられている。ここで、セ
パレータ表面に設けられた凹部の形状が充分に細かく、
ガスの拡散性および、ガス拡散電極との間の導電性が充
分に確保されるならば、凹部内に凸部94に対応するこ
のような凸構造を設ける必要はない。
As shown in FIG. 4 in the description of the separator 30, the gas passing through the flow path is diffused into the recess formed in the separator surface to form the gas flow path within the single cell. A plurality of convex portions for ensuring conductivity between the gas diffusion electrode and the gas diffusion electrode are provided. Here, the shape of the concave portion provided on the separator surface is sufficiently fine,
If the gas diffusibility and the conductivity between the gas diffusion electrode are sufficiently ensured, it is not necessary to provide such a convex structure corresponding to the convex portion 94 in the concave portion.

【0078】既述した実施例では、セパレータ表面に設
けられた所定の凹部によって形成される単セル内ガス流
路を通過するガスは、そのすべてが一旦、ガス配流マニ
ホールドを経由し、その後再び各単セルに流入する構成
としたが、単セル内ガス流路を通過するガスの一部は、
ガス配流マニホールドを経由しない構成としても良い。
このような構成の一例として、セパレータ630の構成
(酸化ガス流路を形成する面側の構成)を図13に示
す。セパレータ630は、その表面を水平方向に4分割
してこれらを順次連通させた凹部690と、孔部64
0,641,642を備えている。セパレータ630を
用いて構成した燃料電池では、孔部640によって形成
される酸化ガス供給マニホールドから各単セルに供給さ
れる酸化ガスは、凹部690によって形成される単セル
内酸化ガス流路を通過した後、孔部642によって形成
される酸化ガス排出マニホールドに排出されて燃料電池
外に導かれる。
In the embodiment described above, all of the gas passing through the gas flow path in the single cell formed by the predetermined concave portion provided on the surface of the separator once passes through the gas distribution manifold, and then returns to each other. Although it was configured to flow into the single cell, part of the gas passing through the gas flow path in the single cell,
It is good also as composition not passing through a gas distribution manifold.
As an example of such a configuration, FIG. 13 shows a configuration of the separator 630 (a configuration on a surface side on which an oxidizing gas flow path is formed). The separator 630 has a concave portion 690 formed by dividing the surface thereof into four parts in the horizontal direction and sequentially communicating these with each other.
0, 641, 642. In the fuel cell configured using the separator 630, the oxidizing gas supplied to each unit cell from the oxidizing gas supply manifold formed by the hole 640 passed through the oxidizing gas flow path in the unit cell formed by the concave portion 690. Thereafter, the gas is discharged to the oxidizing gas discharge manifold formed by the holes 642 and guided to the outside of the fuel cell.

【0079】ここで、単セル内酸化ガス流路を形成する
凹部690は、セパレータ630上でその形状が屈曲す
る領域で、酸化ガス配流マニホールドを形成する孔部6
41と連通している。既述した実施例のセパレータ30
では、凹部90と91とは孔部41を介して連通してい
るものの、凹部の構造としては孔部41によって分断さ
れている。セパレータ630が備える凹部690は、こ
のように孔部641によって分断されているわけではな
く、孔部640から孔部642までを連続して形成され
た凹部構造によって連通している。すなわち、孔部64
1は、凹部690が屈曲する端部(屈曲の外側)におい
て、この凹部690と連通してセパレータ630の一辺
に沿って形成されているが、孔部641に隣接する領域
(屈曲の内側)は、孔部690に分断されることなく凹
部が連続して形成されている。したがって、単セル内酸
化ガス流路を通過する酸化ガスの一部は、途中で一旦、
孔部641によって形成される酸化ガス配流マニホール
ドを経由するが、残りの酸化ガスは、酸化ガス配流マニ
ホールドを経由することなく、凹部690が形成する単
セル内酸化ガス流路を通過し、酸化ガス排出マニホール
ドに排出される。なお、図13では、セパレータ630
の一方の面側(単セル内酸化ガス流路を形成する側)の
様子のみを示したが、他方の面側(単セル内燃料ガス流
路を形成する側)も同様に形成されている。すなわち、
燃料ガス供給マニホールドから各単セルに供給された燃
料ガスは、凹部690と同様の凹部が形成する単セル内
燃料ガス流路を導かれ、その一部は孔部641と同様の
孔部が形成する燃料ガス配流マニホールドを経由すると
共に、残りの燃料ガスは、燃料ガス配流マニホールドを
経由することなく、上記凹部が形成する単セル内燃料ガ
ス流路によって、燃料ガス排出マニホールドまで導かれ
る。
Here, the concave portion 690 forming the oxidizing gas flow path in the single cell is a region where the shape is bent on the separator 630, and the hole 6, which forms the oxidizing gas distribution manifold, is formed.
It is in communication with 41. Separator 30 of the already described embodiment
Although the recesses 90 and 91 communicate with each other through the hole 41, the structure of the recess is separated by the hole 41. The recess 690 provided in the separator 630 is not divided by the hole 641 as described above, but communicates by a recess structure formed continuously from the hole 640 to the hole 642. That is, the hole 64
1 is formed along one side of the separator 630 in communication with the concave portion 690 at an end portion (outside of the bend) where the concave portion 690 is bent, but a region (inside of the bend) adjacent to the hole 641 is The recess is formed continuously without being divided by the hole 690. Therefore, part of the oxidizing gas passing through the oxidizing gas flow path in the single cell once
The oxidizing gas flows through the oxidizing gas distribution manifold formed by the holes 641, but the remaining oxidizing gas passes through the oxidizing gas flow path in the single cell formed by the concave portion 690 without passing through the oxidizing gas distribution manifold. Discharged to the discharge manifold. In FIG. 13, the separator 630 is used.
Only one side (the side forming the oxidizing gas flow path in the single cell) is shown, but the other side (the side forming the fuel gas flow path in the single cell) is similarly formed. . That is,
The fuel gas supplied from the fuel gas supply manifold to each single cell is guided through the fuel gas flow path in the single cell formed by the concave portion similar to the concave portion 690, and a part of the fuel gas channel is formed by the same hole portion as the hole portion 641. The remaining fuel gas is guided to the fuel gas discharge manifold by the fuel gas flow path in the single cell formed by the recess without passing through the fuel gas distribution manifold.

【0080】このような構成のセパレータ630によれ
ば、凹部(単セル内ガス流路)が屈曲する領域で、単セ
ル内ガス流路を通過するガスの一部を、配流マニホール
ドを経由させることなく通過させることによって、この
ような屈曲部におけるガスの圧損を抑え、ガスの流れの
偏りを抑えることができる。既述したように、セパレー
タ上に形成される単セル内ガス流路の流路断面積を小さ
くする構成は、流路内を通過するガス流量および流速を
増やす上で有用である。しかしながら、流路断面積を小
さくするために、既述した実施例のように単セル内ガス
流路に屈曲部(ガスの流れの方向が変わる部位)を設け
る場合には、このような屈曲部では、ガスの圧損が大き
くなると共に、ガスの流れが乱れて流れに偏りを生じて
しまう。屈曲部における圧損を軽減するには、屈曲部に
おいて流路幅を広げればよいが、既述した実施例のよう
に、孔部によって凹部を分断する構成では、屈曲部にお
ける流路幅を広げるためには、孔部を大きくする必要が
ある。このような構成は、セパレータ全体に対して孔部
の面積を大きくすることとなり、電気化学反応に利用可
能な面積の割合が低下してしまい、採用しがたい。上記
したセパレータ630のように、屈曲部の内側で凹部が
連続する構成とすれば、孔部の面積を大きくすることな
く屈曲部における流路幅を充分に確保することができ、
屈曲部で流路が絞り込まれて圧損が増大するのを抑える
ことができる。
According to the separator 630 having such a configuration, a part of the gas passing through the gas passage in the single cell is passed through the distribution manifold in the region where the concave portion (the gas passage in the single cell) is bent. By allowing the gas to pass through without bending, the gas pressure loss at such a bent portion can be suppressed, and the bias of the gas flow can be suppressed. As described above, the configuration in which the cross-sectional area of the gas flow path in the single cell formed on the separator is reduced is useful for increasing the flow rate and flow rate of the gas passing through the flow path. However, when a bent portion (a portion where the direction of gas flow changes) is provided in the single-cell gas flow channel as in the above-described embodiment in order to reduce the flow channel cross-sectional area, such a bent portion is required. In such a case, the pressure loss of the gas increases, and the flow of the gas is disturbed, causing a bias in the flow. In order to reduce the pressure loss at the bent portion, the flow path width may be increased at the bent portion. However, in the configuration in which the concave portion is divided by the hole as in the above-described embodiment, the flow path width at the bent portion is increased. Requires a larger hole. Such a configuration increases the area of the holes with respect to the entire separator, and reduces the ratio of the area available for the electrochemical reaction, which is difficult to employ. If the concave portion is continuous inside the bent portion as in the separator 630 described above, it is possible to sufficiently secure the flow path width in the bent portion without increasing the area of the hole,
It is possible to suppress an increase in pressure loss due to narrowing of the flow path at the bent portion.

【0081】図14は、単セル内ガス流路の屈曲部にお
いて、ガス配流マニホールドを経由することなくガスが
通過可能となる連通構造を設けたセパレータ630と、
上記屈曲部で孔部によって凹部を分断したセパレータ3
0とのそれぞれを用いた燃料電池で、ガスの流れる様子
をシミュレーションした結果を表わす説明図である。図
14(A)はセパレータ630を用いた結果を表わし、
図14(B)はセパレータ30を用いた結果を表わして
おり、いずれも、ガス配流マニホールド内における圧力
分布を、所定のセパレータの面上で表わしたものであ
る。図14(B)に示すように、孔部によって分断され
た凹部を備えるセパレータを用いる場合には、孔部が形
成するガス配流マニホールド内では、非常に高い圧力が
生じ、これによって単セル内ガス流路をガスが通過する
際の圧損が大きくなる。これに対し、図14(A)に示
すように、配流マニホールドを経由することなくガスが
通過可能な連通構造を有する凹部を備えるセパレータを
用いる場合には、ガス配流マニホールド内で生じる圧力
が軽減され、単セル内ガス流路をガスが通過する際の圧
損が抑えられる。
FIG. 14 shows a separator 630 provided with a communication structure in which a gas can pass at a bent portion of a gas flow path in a single cell without passing through a gas distribution manifold.
Separator 3 in which a concave portion is divided by a hole at the bent portion
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a result of simulating a gas flowing state in a fuel cell using each of the values 0 and 0. FIG. 14A shows a result using the separator 630,
FIG. 14B shows the results using the separator 30, and in each case, the pressure distribution in the gas distribution manifold is shown on the surface of a predetermined separator. As shown in FIG. 14 (B), when a separator having a concave portion divided by a hole is used, a very high pressure is generated in the gas distribution manifold formed by the hole, thereby causing The pressure loss when the gas passes through the flow path increases. On the other hand, as shown in FIG. 14A, in the case of using a separator having a recess having a communication structure through which a gas can pass without passing through the distribution manifold, the pressure generated in the gas distribution manifold is reduced. In addition, pressure loss when gas passes through the gas flow path in the single cell can be suppressed.

【0082】なお、図14では、ガス配流マニホールド
内における圧力分布のみを示したが、ガス配流マニホー
ルドに隣接して上記連通構造を設けることによって、ガ
ス配流マニホールドに接続する単セル内ガス流路では、
圧損が抑えられる他に、ガスの流れの偏りが生じ難いと
いう効果が得られる。図14(B)に示すように、ガス
配流マニホールド内の所定の部位で特に高い圧力を生じ
つつ、配流マニホールド内を通過する際のガスの圧損が
大きいと、ガス配流マニホールドの下流側では、ガスの
流速が著しく低下する領域が生じるなど、ガスの流れに
偏りが生じてしまう。このように単セル内ガス流路でガ
スの流れが不均一になると、電気化学反応が進行する効
率が場所によってばらつくことになってしまう。セパレ
ータ630を用いる場合のように、ガス配流マニホール
ドに隣接して上記連通構造を設けると、ガスの流れに偏
りが生じるのを抑え、セパレータ全体の面上で、電気化
学反応の効率を充分に確保することができる。
Although only the pressure distribution in the gas distribution manifold is shown in FIG. 14, by providing the communication structure adjacent to the gas distribution manifold, the gas flow path in the single cell connected to the gas distribution manifold is reduced. ,
In addition to suppressing the pressure loss, there is obtained an effect that the gas flow is less likely to be biased. As shown in FIG. 14 (B), when a particularly high pressure is generated at a predetermined portion in the gas distribution manifold and the pressure loss of the gas when passing through the distribution manifold is large, the gas downstream of the gas distribution manifold is The flow of the gas is biased, for example, a region where the flow velocity of the gas significantly decreases. If the gas flow in the gas flow path in the single cell becomes non-uniform as described above, the efficiency with which the electrochemical reaction proceeds varies from place to place. When the communication structure is provided adjacent to the gas distribution manifold as in the case of using the separator 630, the occurrence of bias in the gas flow is suppressed, and the efficiency of the electrochemical reaction is sufficiently secured on the entire surface of the separator. can do.

【0083】また、セパレータ630のようにガス配流
マニホールドに隣接して上記連通構造を設ける構成は、
燃料電池をより小型化する際にも有効である。すなわ
ち、電池性能を低下させることなく燃料電池を小型化す
る構成として、ガスマニホールドを形成するための孔部
をより小さくする構成が考えられるが、ガス配流マニホ
ールドに隣接して上記連通構造を設けるならば、このよ
うに孔部を小さくしても、ガスが通過する際の圧損が大
きくなりすぎたりガスの流れが悪くなるという不都合が
生じるのを抑えることができる。このような場合には、
燃料電池を小型化しつつ、単セル内ガス流路を通過する
ガスの一部はガス配流マニホールドを経由するため、ガ
ス流量を均一化する効果を得ることができると共に、残
りのガスはガス配流マニホールドを経由しないことによ
って、充分なガスの流れを確保することができる。
Further, the structure in which the communication structure is provided adjacent to the gas distribution manifold like the separator 630 is as follows.
This is also effective in reducing the size of the fuel cell. That is, as a configuration for reducing the size of the fuel cell without lowering the cell performance, a configuration in which the hole for forming the gas manifold is made smaller is conceivable.However, if the communication structure is provided adjacent to the gas distribution manifold, Thus, even if the hole is made small in this way, it is possible to suppress the occurrence of the inconvenience that the pressure loss when the gas passes through becomes too large or the flow of the gas deteriorates. In such a case,
While the fuel cell is downsized, part of the gas passing through the gas flow path inside the single cell passes through the gas distribution manifold, so that the effect of equalizing the gas flow rate can be obtained, and the remaining gas can be used as the gas distribution manifold. By not passing through, a sufficient gas flow can be secured.

【0084】既述した実施例のセパレータでは、セパレ
ータ上に設けた凹部が形成する単セル内ガス流路は、こ
の流路内を通過するガスの流れの方向が変更される屈曲
部において、ガス配流マニホールドと連通している。こ
こでは、セパレータに設けられ、燃料電池内でガス配流
マニホールドを形成する孔部は、セパレータの周辺部に
おいて、所定の辺に沿って形成されている。このような
セパレータにおいて、セパレータの外縁と上記孔部との
距離が、孔部の端部において大きくなる構成とすること
も望ましい。このような構成を図15を用いて説明す
る。
In the separator of the above-described embodiment, the gas flow path in the single cell formed by the concave portion provided on the separator has a gas flow at the bent portion where the flow direction of the gas passing through the flow path is changed. Communicates with distribution manifold. Here, a hole provided in the separator and forming a gas distribution manifold in the fuel cell is formed along a predetermined side in a peripheral portion of the separator. In such a separator, it is also desirable that the distance between the outer edge of the separator and the hole is increased at the end of the hole. Such a configuration will be described with reference to FIG.

【0085】図15(A)は、セパレータの外縁と上記
孔部との距離が、孔部の端部において大きくなる構成を
表わし、図15(B)は、セパレータの外縁と上記孔部
との距離が一定である構成を表わしている。なお、図1
5は、セパレータの構造のうち、ガス配流マニホールド
を形成する孔部の一端の近傍のみを表わしているが、図
15(B)に示したセパレータは、既述した実施例のセ
パレータ30と同一であり、図15(A)に示したセパ
レータ30Aもまた、図示しない他の部位は、セパレー
タ30と同様の構成を有しており、共通する部材にはセ
パレータ30と同じ番号を付して説明を省略した。セパ
レータ30Aは、セパレータ30における孔部41と同
様に、酸化ガス配流マニホールドを形成する孔部41A
を備えている。孔部41Aの外周は、孔部41Aの端部
において、セパレータ30Aの外縁に近い側のみがセパ
レータ30Aの内側に緩やかに傾斜しており、これによ
って孔部41Aの端部は次第に細くなるように形成され
ている。
FIG. 15A shows a configuration in which the distance between the outer edge of the separator and the hole is increased at the end of the hole, and FIG. 15B shows the structure between the outer edge of the separator and the hole. This shows a configuration in which the distance is constant. FIG.
5 shows only the vicinity of one end of the hole forming the gas distribution manifold in the structure of the separator, but the separator shown in FIG. 15B is the same as the separator 30 of the above-described embodiment. The separator 30A shown in FIG. 15A also has the same configuration as the separator 30 at other parts (not shown), and common members are denoted by the same reference numerals as those of the separator 30. Omitted. Separator 30A has holes 41A forming an oxidizing gas distribution manifold in the same manner as holes 41 in separator 30.
It has. At the end of the hole 41A, only the side near the outer edge of the separator 30A is gently inclined toward the inside of the separator 30A, so that the end of the hole 41A becomes gradually thinner. Is formed.

【0086】このように構成されたセパレータ30Aに
よれば、より耐久性に優れた燃料電池を構成することが
できる。既述したようにセパレータに設けた孔部によっ
てガス配流マニホールドを形成する場合には、単セル内
ガス流路を通過するガスは、ガス配流マニホールドが設
けられた単セル内ガス流路の屈曲部において流れの方向
を変えるため(図15(B)中の実線矢印参照)、燃料
電池を構成する各セパレータでは、ガス配流マニホール
ドを形成する孔部において、セパレータの外側方向に向
かう力が働く(図15(B)中の破線矢印参照)。この
ような外向きの応力は、各セパレータでは、ガス配流マ
ニホールドを形成する孔部の端部近傍のセパレータ辺縁
部において特に集中して働く。このように力が集中して
働く位置を、図15(B)のセパレータ30中に図示す
る。孔部41は、セパレータ30の外縁にできる限り近
づけて設けることによって、燃料電池の大型化を抑える
ものであるが、このように孔部41とセパレータ外縁と
の距離を小さくすると、図15(B)に示したように細
い部材に応力が集中することになり、燃料電池の強度と
耐久性を充分に確保する上で問題となる。図15(A)
に示したセパレータ30Aのように、孔部41Aを、そ
の端部においてセパレータの外縁との距離が大きくなる
ように形成すれば、上記した応力に対する充分な強度を
実現することができ、燃料電池の耐久性を充分に確保す
ることができる。また、上記したように孔部41Aの形
状を、その端部においてセパレータの外縁との距離が大
きくなるようにする構成によれば、孔部41A全体をセ
パレータ外縁からより遠くに形成することなく所望の強
度を達成するため、セパレータの強度を確保するため
に、セパレータ全体、ひいては燃料電池全体が大型化し
てしまうことがない。
According to the separator 30A thus configured, a fuel cell having more excellent durability can be formed. When the gas distribution manifold is formed by the holes provided in the separator as described above, the gas passing through the gas flow path in the single cell is bent at the bent portion of the gas flow path in the single cell provided with the gas distribution manifold. (See solid arrows in FIG. 15 (B).), In each of the separators constituting the fuel cell, a force acts on the holes forming the gas distribution manifold toward the outside of the separators. 15 (B). Such outward stress is particularly concentrated on each separator at the periphery of the separator near the end of the hole forming the gas distribution manifold. The position where the force acts in such a concentrated manner is shown in the separator 30 of FIG. The hole 41 is provided as close as possible to the outer edge of the separator 30 to suppress an increase in the size of the fuel cell. However, when the distance between the hole 41 and the outer edge of the separator is reduced as shown in FIG. As shown in (2), stress concentrates on the thin member, which is a problem in securing sufficient strength and durability of the fuel cell. FIG. 15 (A)
When the hole 41A is formed so that the distance from the outer edge of the separator to the end thereof is increased as in the separator 30A shown in FIG. Durability can be sufficiently ensured. Further, as described above, according to the configuration in which the shape of the hole 41A is such that the distance from the outer edge of the separator to the end thereof is increased, the entire hole 41A can be formed without being formed farther from the outer edge of the separator. In order to achieve the strength described above, the entire separator, and thus the entire fuel cell, is not increased in size in order to secure the strength of the separator.

【0087】さらに、孔部41Aの形状を、その端部に
おいてセパレータの外縁との距離が大きくなるように形
成する際に、図15(A)に示したように、孔部41の
外周のうち、セパレータ30Aの外縁に近い側のみが、
孔部41の端部に向かうにつれてセパレータ30Aの内
側に緩やかに傾斜する形状とすれば、単セル内ガス流路
を通過するガスは、この緩やかに傾斜する形状に導かれ
てよりスムーズに流れることができる。図15(B)の
ように、孔部41の端部に角部が形成されていると、単
セル内ガス流路の屈曲部を通過するガスは、この角部に
おいて乱流を生じ、これによってガスの圧損がさらに大
きくなってしまう。図15(A)のように、ガスの流れ
る方向に沿って流路を形成することで、このような圧損
を抑えてガスの流れをスムーズにすることができる。な
お、図15では、酸化ガスの流路側を表わしたが、燃料
ガスの流路側においても、同様の形状の孔部によってガ
ス配流マニホールドを形成することで、上記した効果を
得ることができる。また、図15では、ガス配流マニホ
ールドを形成する孔部の端部のうち、一方のみを表わし
たが、両方の端部を上記した形状とすることによって、
セパレータの強度を確保すると共にガスの流れをスムー
ズにするという上記した効果を、さらに大きくすること
ができる。
Further, when forming the shape of the hole 41A such that the distance from the outer edge of the separator to the end thereof is increased, as shown in FIG. Only the side near the outer edge of the separator 30A is
If the shape is such that the shape gradually slopes toward the inside of the separator 30A toward the end of the hole 41, the gas passing through the gas flow path within the single cell can be guided to this shape and smoothly flow. Can be. If a corner is formed at the end of the hole 41 as shown in FIG. 15 (B), the gas passing through the bent portion of the gas flow path in the single cell generates a turbulent flow at this corner. As a result, the gas pressure loss is further increased. By forming the flow path along the gas flow direction as shown in FIG. 15A, such a pressure loss can be suppressed and the gas flow can be made smooth. In FIG. 15, the flow path side of the oxidizing gas is shown, but the same effect can be obtained also by forming the gas distribution manifold with holes having the same shape on the flow path side of the fuel gas. Also, in FIG. 15, only one of the ends of the hole forming the gas distribution manifold is shown, but by forming both ends in the above-described shape,
The above-described effect of securing the strength of the separator and smoothing the gas flow can be further increased.

【0088】また、既述した実施例では、ガス配流マニ
ホールドを形成する孔部は、単セル内ガス流路を形成す
る凹部の屈曲部、すなわち、セパレータの外周部付近に
設けることとしたが、セパレータの異なる領域に設けた
孔部によってガス配流マニホールドを形成しても、ガス
流路を通過するガスの流速を均一化する効果を得ること
ができる。このような構成の一例を、セパレータ730
およびセパレータ830として、それぞれ図16および
図17に示す。
In the above-described embodiment, the hole forming the gas distribution manifold is provided at the bent portion of the concave portion forming the gas flow path in the single cell, that is, near the outer periphery of the separator. Even if the gas distribution manifold is formed by holes provided in different regions of the separator, the effect of making the flow velocity of the gas passing through the gas flow path uniform can be obtained. An example of such a configuration is shown in FIG.
FIGS. 16 and 17 show the separator and the separator 830, respectively.

【0089】図16は、セパレータ730の構成(酸化
ガス流路を形成する面側の構成)を表わす平面図であ
る。セパレータ730の表面は、水平方向に4分割され
ており、それぞれの分割された領域に、凹部790,7
91,792,793が設けられている。セパレータ7
30を用いて構成した燃料電池では、セパレータ730
の表面に設けられた凹部790,791,792,79
3が、この順に連通されて単セル内酸化ガス流路を形成
し、孔部740によって酸化ガス供給マニホールドが、
孔部742によって酸化ガス排出マニホールドが、孔部
743,744,745によって酸化ガス配流マニホー
ルドが形成される。
FIG. 16 is a plan view showing the structure of separator 730 (the structure on the side forming the oxidizing gas flow path). The surface of the separator 730 is divided into four parts in the horizontal direction.
91, 792, 793 are provided. Separator 7
In the fuel cell constituted by using the fuel cell 30, the separator 730 is used.
Recesses 790, 791, 792, 79 provided on the surface of
3 are connected in this order to form an oxidizing gas flow path in the single cell, and the oxidizing gas supply manifold is
The holes 742 form an oxidizing gas discharge manifold, and the holes 743, 744, and 745 form an oxidizing gas distribution manifold.

【0090】ここで、孔部743は、凹部790および
791を連通させ、孔部744は、凹部791および7
92を連通させ、孔部745は、凹部792および79
3を連通させているが、これらの孔部は、既述した実施
例においてガス配流マニホールドを形成する孔部とは異
なり、セパレータのより中心部よりに設けられている。
すなわち、セパレータ表面に設けられた凹部から、セパ
レータ外周部に向かって張り出した屈曲部に設けるので
はなく、隣接し合う凹部の端部側面同士を連通するよう
に設けられている(図16参照)。
Here, the hole 743 connects the recesses 790 and 791, and the hole 744 connects the recesses 791 and 791.
92, and the hole 745 is formed with the concave portions 792 and 79
3, the holes are provided closer to the center of the separator, unlike the holes forming the gas distribution manifold in the above-described embodiment.
That is, instead of being provided at a bent portion that protrudes from the concave portion provided on the separator surface toward the outer peripheral portion of the separator, it is provided so that end side surfaces of adjacent concave portions communicate with each other (see FIG. 16). .

【0091】図17は、セパレータ830の構成(酸化
ガス流路を形成する面側の構成)を表わす平面図であ
る。セパレータ830の表面は、水平方向に3分割され
ており、その一段目と2段目の真ん中付近までが連続し
て凹部890を形成しており、2段目の真ん中付近から
3段目までが連続して凹部891を形成している。凹部
890と凹部891の接続部分、すなわちセパレータ8
30の中心部付近には、これらの凹部を連通させる孔部
843が設けられている(図17参照)。セパレータ8
30を用いて構成した燃料電池では、セパレータ830
の表面に設けられた凹部890,891が、この順に連
通されて単セル内酸化ガス流路を形成し、孔部840に
よって酸化ガス供給マニホールドが、孔部842によっ
て酸化ガス排出マニホールドが、孔部843によって酸
化ガス配流マニホールドが形成される。
FIG. 17 is a plan view showing a configuration of separator 830 (a configuration on a surface side on which an oxidizing gas flow path is formed). The surface of the separator 830 is divided into three parts in the horizontal direction. The first part and the vicinity of the middle of the second step form a concave portion 890 continuously, and the part from the vicinity of the middle of the second step to the third step is formed. The recess 891 is formed continuously. A connecting portion between the concave portions 890 and 891, that is, the separator 8
In the vicinity of the central portion of the hole 30, a hole 843 for communicating these concave portions is provided (see FIG. 17). Separator 8
In the fuel cell configured using the fuel cell 30, the separator 830
The recesses 890 and 891 provided on the surface of the hole are connected in this order to form an oxidizing gas flow path in the single cell, the oxidizing gas supply manifold is formed by the hole 840, and the oxidizing gas discharge manifold is formed by the hole 842. 843 forms an oxidizing gas distribution manifold.

【0092】なお、図16および図17に示したセパレ
ータ730および830では、酸化ガスの流路側にのみ
このようなガス配流マニホールドを設けることとした
が、燃料ガスの流路側にも同様のガス配流マニホールド
を設けることとしても良い。
In the separators 730 and 830 shown in FIGS. 16 and 17, such a gas distribution manifold is provided only on the oxidizing gas flow path side, but the same gas distribution manifold is provided on the fuel gas flow path side. A manifold may be provided.

【0093】このように、ガス配流マニホールドを形成
する孔部は、セパレータ上のどの領域に設けることとし
ても良く、孔部によって形成されるガス配流マニホール
ドが、セパレータ表面に設けられた凹部によって形成さ
れるそれぞれの単セル内ガス流路と連通しており、各単
セル内を通過するガスが、このガス配流マニホールドを
一旦経由することが可能であれば、燃料電池内のガス流
路を通過するガスの流量を均一化させる効果を得ること
ができる。したがって、凹部を設けるためのセパレータ
上の分割数や配流マニホールドの数に加え、配流マニホ
ールドを形成するための孔部の位置なども、燃料電池を
備えるシステム全体のエネルギ効率や、燃料電池を設置
すべきスペース上の制約などを適宜考慮しつつ、自由に
設計することができる。
As described above, the hole forming the gas distribution manifold may be provided in any region on the separator, and the gas distribution manifold formed by the hole is formed by the concave portion provided on the surface of the separator. If the gas passing through each single cell can once pass through this gas distribution manifold, it passes through the gas flow path inside the fuel cell. The effect of making the gas flow rate uniform can be obtained. Therefore, in addition to the number of divisions on the separator for providing the concave portion and the number of distribution manifolds, the position of the hole for forming the distribution manifold, and the like, are determined by the energy efficiency of the entire system including the fuel cell and the installation of the fuel cell. The design can be freely performed while appropriately considering restrictions on the space to be provided.

【0094】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。
The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to such embodiments at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.

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

【図1】第1実施例の燃料電池を構成するスタック構造
15の基本単位である単セル20の構成を表わす分解斜
視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a single cell 20 which is a basic unit of a stack structure 15 constituting a fuel cell according to a first embodiment.

【図2】セパレータ30の構成を表わす平面図である。FIG. 2 is a plan view illustrating a configuration of a separator 30.

【図3】スタック構造15の外観を表わす斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view illustrating an appearance of a stack structure 15;

【図4】凹部90に設けられた凸部94の様子を表わす
説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state of a convex portion 94 provided in a concave portion 90.

【図5】スタック構造15内での酸化ガスの流れを立体
的に表わす説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram three-dimensionally showing a flow of an oxidizing gas in a stack structure 15;

【図6】セパレータ30とセパレータ130のそれぞれ
を用いて構成した燃料電池における電流−電圧特性を示
す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing current-voltage characteristics in a fuel cell configured using each of a separator 30 and a separator 130.

【図7】セパレータ30とセパレータ130のそれぞれ
を用いて構成した燃料電池において、燃料電池を構成す
る各単セル内の流速相対値のようすを表わす説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a flow velocity relative value in each unit cell constituting a fuel cell in a fuel cell configured using each of a separator 30 and a separator 130.

【図8】比較例として用いたセパレータ130の構成を
表わす平面図である。
FIG. 8 is a plan view illustrating a configuration of a separator 130 used as a comparative example.

【図9】セパレータ230の構成を表わす平面図であ
る。
FIG. 9 is a plan view illustrating a configuration of a separator 230.

【図10】セパレータ330の構成を表わす平面図であ
る。
FIG. 10 is a plan view illustrating a configuration of a separator 330.

【図11】セパレータ430の構成を表わす平面図であ
る。
FIG. 11 is a plan view illustrating a configuration of a separator 430.

【図12】セパレータ530の構成を表わす平面図であ
る。
FIG. 12 is a plan view illustrating a configuration of a separator 530.

【図13】セパレータ630の構成を表わす平面図であ
る。
FIG. 13 is a plan view illustrating a configuration of a separator 630.

【図14】ガス配流マニホールドにおけるガスの流れの
様子をシミュレーションした結果を示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a result of simulating a gas flow state in the gas distribution manifold.

【図15】ガス配流マニホールドを形成する孔部の一端
の構成を表わす説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating a configuration of one end of a hole forming a gas distribution manifold.

【図16】セパレータ730の構成を表わす平面図であ
る。
FIG. 16 is a plan view illustrating a configuration of a separator 730.

【図17】セパレータ830の構成を表わす平面図であ
る。
FIG. 17 is a plan view illustrating a configuration of a separator 830.

【図18】従来知られるセパレータの一例であるセパレ
ータ930の構成を表わす平面図である。
FIG. 18 is a plan view illustrating a configuration of a separator 930 which is an example of a conventionally known separator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15…スタック構造 20…単セル 30…セパレータ 31…電解質膜 32…アノード 33…カソード 36,37…集電板 36A,37A…出力端子 38,39…絶縁板 40〜42…孔部 50〜52…孔部 60…酸化ガス供給マニホールド 61…酸化ガス配流マニホールド 62…酸化ガス排出マニホールド 63…燃料ガス供給マニホールド 64…燃料ガス配流マニホールド 65…燃料ガス排出マニホールド 70,72,73,75…孔部 80,85…エンドプレート 90,91,92,93…凹部 94…凸部 130…セパレータ 190…凹部 230…セパレータ 240,241,242,243,244…孔部 290,291,292,293…凹部 330…セパレータ 340,342,343…孔部 390,391…凹部 430…セパレータ 440,442,443,444…孔部 490,491,492…凹部 530…セパレータ 540,542,543…孔部 590,591…凹部 630…セパレータ 640〜642…孔部 690…凹部 730…セパレータ 740,742,743〜745…孔部 790〜793…凹部 830…セパレータ 840,842,843…孔部 890,891…凹部 930…セパレータ 940,942,950,952…孔部 990…凹部 Reference Signs List 15 Stack structure 20 Single cell 30 Separator 31 Electrolyte membrane 32 Anode 33 Cathode 36, 37 Current collector 36A, 37A Output terminal 38, 39 Insulating plate 40-42 Hole 50-52 Hole 60: Oxidizing gas supply manifold 61: Oxidizing gas distribution manifold 62: Oxidizing gas discharge manifold 63: Fuel gas supply manifold 64: Fuel gas distribution manifold 65: Fuel gas discharge manifold 70, 72, 73, 75: Hole 80, 85 ... end plate 90, 91, 92, 93 ... concave part 94 ... convex part 130 ... separator 190 ... concave part 230 ... separator 240, 241, 242, 243, 244 ... hole part 290, 291, 292, 293 ... concave part 330 ... separator 340, 342, 343 ... hole 390, 391 ... recess 30 separator 440, 442, 443, 444 hole 490, 491, 492 recess 530 separator 540, 542, 543 hole 590, 591 recess 630 separator 640 to 642 hole 690 recess 730 Separator 740, 742, 743 to 745 ... hole 790 to 793 ... recess 830 ... separator 840, 842, 843 ... hole 890, 891 ... recess 930 ... separator 940, 942, 950, 952 ... hole 990 ... recess

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単セルを複数積層してなり、各単セルに
おいてガスを利用した電気化学反応によって起電力を得
る燃料電池であって、 前記各単セル内にそれぞれ連続して設けられ、前記ガス
を通過させて該ガスを前記各単セル内に行き渡らせるた
めの単セル内ガス流路と、 前記燃料電池の外部から流入される前記ガスを分配し
て、それぞれの前記単セル内ガス流路に供給するガス供
給マニホールドと、 それぞれの前記単セル内ガス流路から排出される前記ガ
スを集めて、前記燃料電池の外部に流出させるガス排出
マニホールドと、 前記単セルの積層方向に、前記各単セル内ガス流路をそ
れぞれ貫通して、前記各単セル内ガス流路間の前記ガス
の行き来を可能にする配流マニホールドとを備える燃料
電池。
1. A fuel cell comprising a plurality of unit cells stacked to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction using gas in each unit cell, wherein the fuel cell is provided in each of the unit cells continuously, A gas flow path in a single cell for passing a gas and distributing the gas into each of the single cells; and distributing the gas flowing from outside the fuel cell to each of the gas flows in the single cell. A gas supply manifold to be supplied to a passage, a gas discharge manifold to collect the gas discharged from each of the single-cell gas flow paths, and to discharge the gas to the outside of the fuel cell. A fuel cell, comprising: a distribution manifold that penetrates each of the gas passages in the single cell and enables the gas to flow between the gas passages in the single cell.
【請求項2】 前記配流マニホールドを複数備える請求
項1記載の燃料電池。
2. The fuel cell according to claim 1, comprising a plurality of said distribution manifolds.
【請求項3】 前記ガスは、水素を含有する燃料ガスで
ある請求項1または2記載の燃料電池。
3. The fuel cell according to claim 1, wherein the gas is a fuel gas containing hydrogen.
【請求項4】 前記ガスは、酸素を含有する酸化ガスで
ある請求項1または2記載の燃料電池。
4. The fuel cell according to claim 1, wherein the gas is an oxidizing gas containing oxygen.
【請求項5】 請求項1記載の燃料電池であって、 前記単セル内ガス流路は、内部を通過する前記ガスの流
れの方向を変更するように流路が屈曲する折れ曲がり部
を有し、 前記折れ曲がり部は、 前記配流マニホールドが貫通する第1の領域と、 前記折れ曲がり部の内部を通過する前記ガスの一部を、
前記配流マニホールドを介することなく通過可能にする
第2の領域とを備える燃料電池。
5. The fuel cell according to claim 1, wherein the gas flow path in the single cell has a bent portion where the flow path is bent so as to change a direction of a flow of the gas passing through the inside. The bent portion includes: a first region through which the distribution manifold penetrates; and a part of the gas that passes through the inside of the bent portion.
A second region allowing passage without passing through the distribution manifold.
【請求項6】 前記折れ曲がり部は、U字形を成してい
る請求項5記載の燃料電池。
6. The fuel cell according to claim 5, wherein the bent portion has a U-shape.
【請求項7】 請求項1記載の燃料電池であって、 前記単セル内ガス流路は、その内部を通過する前記ガス
の流れの方向を変更するように流路が屈曲する折れ曲が
り部を有し、 前記折れ曲がり部の外周は、滑らかに湾曲するよう形成
され、 前記配流マニホールドは、前記折れ曲がり部の外周部に
おいて、前記単セル内ガス流路を貫通する燃料電池。
7. The fuel cell according to claim 1, wherein the gas flow path in the single cell has a bent portion in which the flow path is bent so as to change a direction of a flow of the gas passing through the inside. The fuel cell is configured such that the outer periphery of the bent portion is smoothly curved, and the distribution manifold penetrates the gas flow path inside the single cell at the outer peripheral portion of the bent portion.
【請求項8】 請求項1記載の燃料電池であって、 前記単セル内ガス流路は、その内部を通過する前記ガス
の流れの方向を変更するように流路が屈曲する折れ曲が
り部を、前記燃料電池の外縁近くに有し、 前記配流マニホールドは、前記燃料電池の外縁近くに設
けられると共に、前記折れ曲がり部の外周部において、
前記単セル内ガス流路を貫通し、 前記配流マニホールドの断面形状は、前記燃料電池の外
縁に沿った縦長形状を成し、 前記配流マニホールドにおける前記燃料電池外縁側の内
壁面のうち、縦長形状を成す前記断面形状の端部に対応
する内壁面は、前記断面形状の中央部に対応する内壁面
に比べて、前記燃料電池の外縁からの厚さが厚いことを
特徴とする燃料電池。
8. The fuel cell according to claim 1, wherein the gas flow path in the single cell has a bent portion in which the flow path is bent so as to change the direction of the flow of the gas passing through the inside. Near the outer edge of the fuel cell, the distribution manifold is provided near the outer edge of the fuel cell, and at the outer periphery of the bent portion,
The cross-sectional shape of the distribution manifold is formed in a vertically long shape along the outer edge of the fuel cell, and the vertical shape of the inner wall surface on the fuel cell outer edge side in the distribution manifold is formed. A fuel cell, wherein an inner wall surface corresponding to an end portion of the cross-sectional shape is thicker than an inner wall surface corresponding to a center portion of the cross-sectional shape from an outer edge of the fuel cell.
【請求項9】 複数の単セルを積層してなる燃料電池に
用いられ、電解質層および電極を形成する部材と共に前
記単セルを構成する燃料電池用ガスセパレータであっ
て、 該燃料電池用ガスセパレータをその厚み方向にそれぞれ
貫通して設けられ、前記燃料電池のガスマニホールドの
一部をそれぞれ形成するための3つ以上の孔と、 前記燃料電池用ガスセパレータの一方の面上において、
前記3つ以上の孔のうち、所定の第1の孔から所定の第
2の孔まで、該第1および第2の孔以外の孔を順次介し
ながら、前記面上を連通させるように設けられ、前記単
セル内のガス流路を形成するための凹部とを備えること
を特徴とする燃料電池用ガスセパレータ。
9. A gas separator for a fuel cell, which is used in a fuel cell having a plurality of unit cells stacked and constitutes the unit cell together with a member forming an electrolyte layer and an electrode, wherein the gas separator for a fuel cell is provided. Are provided in the thickness direction thereof, respectively, and three or more holes for respectively forming a part of the gas manifold of the fuel cell, and on one surface of the fuel cell gas separator,
Of the three or more holes, a predetermined first hole to a predetermined second hole are provided so as to communicate on the surface while sequentially passing through holes other than the first and second holes. And a recess for forming a gas flow path in the single cell.
【請求項10】 請求項9記載の燃料電池用ガスセパレ
ータであって、 前記凹部は、前記所定の第1の孔から第2の孔までを、
前記燃料電池用ガスセパレータの一方の面上において連
通させる途中に、該一方の面上で屈曲する折れ曲がり部
を備え、 前記折れ曲がり部は、 前記第1および第2の孔以外の孔の一つが貫通する第1
の領域と、 該第1の領域を貫通する前記孔に分断されることなく、
前記凹部の底面が連続して形成される第2の領域とを備
える燃料電池用ガスセパレータ。
10. The gas separator for a fuel cell according to claim 9, wherein the concave portion extends from the predetermined first hole to the second hole.
The fuel cell gas separator further includes a bent portion that is bent on the one surface in the middle of the communication on one surface of the gas separator, wherein the bent portion has one of the holes other than the first and second holes penetrating therethrough. First
Without being divided into the region and the hole penetrating the first region,
A second region in which the bottom surface of the concave portion is formed continuously.
【請求項11】 請求項9記載の燃料電池用ガスセパレ
ータであって、 前記凹部は、前記所定の第1の孔から第2の孔までを、
前記燃料電池用ガスセパレータの一方の面上において連
通させる途中に、該一方の面上で屈曲する折れ曲がり部
を、前記燃料電池用ガスセパレータの外縁近くに有し、 前記第1および第2の孔以外の孔の一つは、 前記燃料電池用ガスセパレータの外縁近くに配設され
て、前記燃料電池用ガスセパレータの外縁に沿った縦長
形状を成すと共に、前記折れ曲がり部の外周部におい
て、前記凹部を貫通し、 該孔を形成する壁面のうち、前記燃料電池用ガスセパレ
ータの外縁側に位置する壁面は、縦長形状を成す前記孔
の端部に対応する部分が、中央部に対応する部分に比べ
て、前記燃料電池用ガスセパレータの外縁からの距離が
大きくなるよう形成されていることを特徴とする燃料電
池用ガスセパレータ。
11. The gas separator for a fuel cell according to claim 9, wherein the concave portion extends from the first hole to the second hole.
In the middle of communicating on one surface of the fuel cell gas separator, the fuel cell gas separator has a bent portion bent on the one surface near an outer edge of the fuel cell gas separator, and the first and second holes. One of the other holes is disposed near the outer edge of the fuel cell gas separator, forms a vertically long shape along the outer edge of the fuel cell gas separator, and the outer peripheral portion of the bent portion has the concave portion. Of the wall surface forming the hole, the wall surface located on the outer edge side of the gas separator for a fuel cell has a portion corresponding to an end portion of the vertically elongated hole, and a portion corresponding to a central portion. A gas separator for a fuel cell, wherein the distance from the outer edge of the gas separator for a fuel cell is increased.
【請求項12】 単セルを複数積層してなり、ガスの供
給を受けて、該ガスを利用した電気化学反応によって起
電力を得る燃料電池におけるガスの流通方法であって、 (a)前記燃料電池外部から供給された前記ガスを、前
記燃料電池に設けられたガス供給マニホールドを介し
て、各々の前記単セル内部に形成された単セル内ガス流
路に分配する工程と、 (b)各々の前記単セルにおいて、前記ガス供給マニホ
ールドから分配された前記ガスを、前記単セル内ガス流
路に通過させつつ、各々の前記単セルで進行する電気化
学反応に供する工程と、 (c)前記電気化学反応に供された後に各々の前記単セ
ル内ガス流路から排出された前記ガスを、前記燃料電池
に設けられたガス排出マニホールドに集合させ、該集合
したガスを前記燃料電池外に排出する工程とを備え、 (b−1)前記(b)工程は、各々の前記単セルにおい
て、前記単セル内ガス流路を通過する前記ガスの少なく
とも一部を、前記燃料電池内部において前記単セルの積
層方向に貫通して設けられた配流マニホールドを経由さ
せる工程をさらに備える燃料電池におけるガスの流通方
法。
12. A gas distribution method in a fuel cell comprising a plurality of unit cells stacked one upon another, receiving a supply of gas, and obtaining an electromotive force by an electrochemical reaction using the gas, wherein: (B) distributing the gas supplied from the outside of the cell to a gas flow path in a single cell formed inside each single cell via a gas supply manifold provided in the fuel cell; Providing the gas distributed from the gas supply manifold to an electrochemical reaction progressing in each of the single cells while passing the gas distributed from the gas supply manifold through the gas flow path in the single cell; (c) The gas discharged from each of the single-cell gas channels after being subjected to the electrochemical reaction is collected in a gas discharge manifold provided in the fuel cell, and the collected gas is discharged outside the fuel cell. (B-1) in the (b) step, in each of the single cells, at least a part of the gas passing through the gas flow path in the single cell, the inside of the fuel cell, A gas distribution method for a fuel cell, further comprising a step of passing through a distribution manifold provided so as to penetrate in a stacking direction of single cells.
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