JP2000164227A - Gas manifold integrated separator and fuel cell - Google Patents
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- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はガスマニホールド一
体型セパレータ及び燃料電池に関する。The present invention relates to a gas manifold integrated separator and a fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】大気の汚染をできる限り減らすために自
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。2. Description of the Related Art In order to reduce air pollution as much as possible, it is important to take measures against exhaust gas from automobiles, and as one of the measures, electric vehicles are used. Has not been reached.
【０００３】燃料電池は、水素と酸素を使用して電気分
解の逆反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな
発電装置として注目されており、前記燃料電池を使用し
た自動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると
見られている。前記燃料電池の中でも固体高分子電解質
型燃料電池が低温で作動するため自動車用として最も有
望である。[0003] Fuel cells have attracted attention as clean power generation devices that generate no electricity other than water using hydrogen and oxygen by the reverse reaction of electrolysis, and automobiles that use the fuel cells are most likely to be used in the future. It is believed to be a clean car with potential. Among the above fuel cells, a solid polymer electrolyte fuel cell operates at a low temperature and is most promising for automobiles.
【０００４】前記固体高分子電解質型燃料電池は、一般
的に多数のセルが積層されており、該セルは、二つの電
極（燃料極と酸化剤極）で固体高分子電解質膜を挟んで
接合した固体高分子電解質膜と電極の接合体を、燃料ガ
スまたは酸化剤ガスのガス流路を有するセパレータで挟
んだ構造をしている。In the solid polymer electrolyte fuel cell, a large number of cells are generally stacked, and the cells are joined by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between two electrodes (a fuel electrode and an oxidant electrode). The joined body of the solid polymer electrolyte membrane and the electrode is sandwiched between separators having a gas flow path for a fuel gas or an oxidizing gas.
【０００５】前記電極と燃料ガスまたは酸化剤ガスの反
応を円滑に進め燃料電池の発電性能を高くするために
は、前記燃料ガス及び酸化剤ガスの流体抵抗が小さい流
路構造が重要である。In order for the reaction between the electrode and the fuel gas or the oxidizing gas to proceed smoothly and to enhance the power generation performance of the fuel cell, a flow path structure in which the fluid resistance of the fuel gas and the oxidizing gas is small is important.
【０００６】前記燃料極では燃料ガス中の水素が燃料極
触媒に接触することにより下記の反応が生ずる。At the fuel electrode, the following reaction occurs when hydrogen in the fuel gas contacts the fuel electrode catalyst.
【０００７】２Ｈ２ → ４Ｈ＋ ＋４ｅ− Ｈ＋は、電解質中を移動し酸化剤極触媒に達し空気中の
酸素と反応して水となる。2H 2 → 4H + + 4e − H + moves in the electrolyte, reaches the oxidant electrode catalyst, and reacts with oxygen in the air to become water.
【０００８】４Ｈ＋ ＋４ｅ− ＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ 燃料極からのＨ＋の移動に伴い水も移動するため燃料極
に供給する燃料ガスに水分を含ませて供給している。電
解質が、固体高分子電解質膜の場合は、電解質の性能を
維持するためにも、燃料ガスには上記の反応に必要な量
以上の水分を含ませて供給し、酸化剤ガスにも水分を含
ませて供給する必要がある。4H + + 4e − + O 2 → 2H 2 O Since water moves with the movement of H + from the fuel electrode, the fuel gas supplied to the fuel electrode is supplied with moisture contained therein. When the electrolyte is a solid polymer electrolyte membrane, in order to maintain the performance of the electrolyte, the fuel gas is supplied with the water containing the amount of water necessary for the above reaction, and the water is also supplied to the oxidizing gas. It is necessary to include and supply.
【０００９】電極反応に使用された後の燃料ガス中には
水分が残っている。酸化剤ガス中には、供給時に含ませ
た水分のほかに電極反応で生成する水分が含まれてい
る。これらの水分の一部は凝縮してガス流路を塞ぐおそ
れがある。ガス流路の一部でも水で塞がれると、ガス流
路の流体抵抗が上昇し燃料電池の発電性能が低下する。Water remains in the fuel gas after being used for the electrode reaction. The oxidizing gas contains water generated by the electrode reaction in addition to the water contained during the supply. Some of these moisture may condense and block the gas flow path. If a part of the gas flow path is blocked by water, the fluid resistance of the gas flow path increases and the power generation performance of the fuel cell decreases.
【００１０】従来技術１として、特開平７−２１１３３
２号公報には、セパレータの燃料ガス溝または酸化剤ガ
ス溝にそれぞれのガスを導入、排出する導入溝及び排出
溝において、前記燃料ガス溝または酸化剤ガス溝側の幅
を広げたディフューザ構造にしたセパレータが開示され
ている。従来技術２として、特開平９−３５７２６号公
報には、前記導入溝及び排出溝にシール材が覆い被さり
溝を塞ぐことを防止するため、前記導入溝及び排出溝を
平板で覆い、トンネル構造にしたセパレータが開示され
ている。前記導入溝及び排出溝は平行溝である。As prior art 1, Japanese Patent Laid-Open No. 7-21133
No. 2 discloses a diffuser structure in which a width on the side of the fuel gas groove or the oxidant gas groove is increased in an introduction groove and a discharge groove for introducing and discharging a gas into the fuel gas groove or the oxidant gas groove of the separator. A disclosed separator is disclosed. As prior art 2, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-35726 discloses that the introduction groove and the discharge groove are covered with a flat plate in order to prevent the seal groove from covering the introduction groove and the discharge groove and covering the groove. A disclosed separator is disclosed. The introduction groove and the discharge groove are parallel grooves.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術１は、ガス供給マニホールド及びガス排出マニホール
ドとガス導入溝及びガス排出溝の接続部の幅が狭く、ガ
スの流体抵抗が大きくなってガスの流れが円滑でない問
題点がある。また、ガス排出口ではガスに含まれる水が
凝縮して溝に滞留してガスの通流を阻害して、水つまり
現象を引き起こし燃料電池の発電性能を低下させる問題
がある。However, in the prior art 1, the width of the connection between the gas supply manifold and the gas discharge manifold and the connection between the gas introduction groove and the gas discharge groove is narrow, and the flow resistance of the gas is increased. However, there is a problem that is not smooth. At the gas outlet, there is a problem that water contained in the gas condenses and stays in the groove to impede the flow of the gas, causing water, that is, a phenomenon, and lowering the power generation performance of the fuel cell.
【００１２】また従来技術２は、シール材で溝が塞がれ
る問題は解決できるが、従来技術１と同様に、ガスの流
体抵抗が大きい問題、水つまり現象を引き起こし燃料電
池の発電性能を低下させる問題がある。In the prior art 2, the problem that the groove is closed by the sealing material can be solved. However, similarly to the prior art 1, the problem of high gas fluid resistance, water clogging, and a decrease in the power generation performance of the fuel cell is caused. There is a problem.
【００１３】本発明は上記課題を解決したもので、ガス
の流体抵抗を小さくでき、水つまり現象が起きないガス
マニホールド一体型セパレータ及び発電性能が高く、信
頼性が高い燃料電池を提供する。The present invention has solved the above-mentioned problems, and provides a gas manifold-integrated separator which can reduce the fluid resistance of gas and does not cause water clogging, and a highly reliable fuel cell having high power generation performance.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、ガス導入マ
ニホールド孔、ガス排出マニホールド孔及びガス流路溝
部を有し、前記ガス導入マニホールド孔と前記ガス流路
溝部を連結するガス導入口及び前記ガス排出マニホール
ド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス排出口を備えた
ガスマニホールド一体型セパレータにおいて、前記ガス
導入口、前記ガス排出口の少なくとも一方のガス通流溝
の断面積が前記ガス流路溝部のガス流路溝の断面積より
大きいことを特徴とするガスマニホールド一体型セパレ
ータである。Means for Solving the Problems In order to solve the above technical problems, the technical means (hereinafter referred to as first technical means) taken in claim 1 of the present invention is a gas introducing manifold hole. Having a gas discharge manifold hole and a gas flow channel groove, a gas inlet connecting the gas introduction manifold hole and the gas flow channel groove, and a gas discharge port connecting the gas discharge manifold hole and the gas flow channel groove. In the gas manifold integrated type separator provided, a cross-sectional area of at least one of the gas inlet and the gas outlet is larger than a cross-sectional area of the gas passage groove of the gas passage groove. It is a gas manifold integrated type separator.
【００１５】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the first technical means are as follows.
【００１６】即ち、最もガスの流体抵抗が大きくなる、
ガス通流溝の断面積を大きくしたので、セパレータ全体
のガスの流体抵抗を小さくすることができる。また、万
一、ガス流路溝部でガス中の水分の一部が凝縮しても、
前記ガス流路溝部のガス流路溝の断面積より排出口の断
面積が大きくので、凝縮した水を容易に前記ガスマニホ
ールド孔に排出することができ、水つまり現象を起こさ
なくできる。That is, the gas has the largest fluid resistance.
Since the cross-sectional area of the gas flow groove is increased, the gas flow resistance of the entire separator can be reduced. Also, even if some of the moisture in the gas condenses in the gas channel groove,
Since the cross-sectional area of the outlet is larger than the cross-sectional area of the gas passage groove of the gas passage groove portion, condensed water can be easily discharged to the gas manifold hole, and water clogging can be prevented.
【００１７】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記ガス導入口、前記ガス排
出口の少なくとも一方のガス通流溝の幅が前記ガス流路
溝部のガス流路溝の幅より広いことを特徴とする請求項
１記載のガスマニホールド一体型セパレータである。In order to solve the above technical problems, the technical means (hereinafter referred to as the second technical means) taken in claim 2 of the present invention is characterized by the following: the gas inlet and the gas outlet. 2. The gas manifold-integrated separator according to claim 1, wherein the width of at least one of the gas flow grooves is wider than the width of the gas flow groove in the gas flow groove portion.
【００１８】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the second technical means are as follows.
【００１９】即ち、セパレータの厚さを変えずにガス通
流溝の断面積を大きくすることができるので、前記セパ
レータの厚さを薄くでき、燃料電池の積層方向の長さを
短くでき、小型の燃料電池ができる。That is, since the cross-sectional area of the gas flow groove can be increased without changing the thickness of the separator, the thickness of the separator can be reduced, the length of the fuel cell in the stacking direction can be reduced, and the size of the fuel cell can be reduced. Fuel cell.
【００２０】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記ガス導入口、前記ガス排
出口の少なくとも一方のガス通流溝の少なくともガスマ
ニホールド孔側の幅が広がっていることを特徴とする請
求項１記載のガスマニホールド一体型セパレータであ
る。[0020] In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as third technical means) taken in claim 3 of the present invention comprises a gas inlet and a gas outlet. The gas manifold-integrated separator according to claim 1, wherein the width of at least one of the gas flow grooves at least on the gas manifold hole side is widened.
【００２１】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the third technical means are as follows.
【００２２】即ち、前記ガス通流溝と前記ガスマニホー
ルド孔の接続部のガスの流体抵抗を下げることができる
ので、ガスの流体抵抗が低いガスマニホールド一体型セ
パレータができる効果を有する。また、万一、ガス流路
溝部でガス中の水分の一部が凝縮しても、前記ガス排出
口のガス通流溝のガスマニホールド孔側の幅が広がって
いるので、前記ガス排出口から前記ガスマニホールド孔
への凝縮水の排出が容易にできる効果を有する。That is, since the gas flow resistance at the connection between the gas flow groove and the gas manifold hole can be reduced, a gas manifold integrated type separator having a low gas flow resistance can be obtained. Also, even if some of the moisture in the gas condenses in the gas flow channel groove, the width of the gas flow channel of the gas discharge port on the gas manifold hole side is widened, so that This has the effect that the condensed water can be easily discharged to the gas manifold hole.
【００２３】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、ガス導入マニホールド孔、ガ
ス排出マニホールド孔及びガス流路溝部を有し、前記ガ
ス導入マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガ
ス導入口及び前記ガス排出マニホールド孔と前記ガス流
路溝部を連結するガス排出口を備えたガスマニホールド
一体型セパレータを有する燃料電池において、前記ガス
導入口、前記ガス排出口の少なくとも一方のガス通流溝
の断面積が前記ガス流路溝部のガス流路溝の断面積より
大きいガスマニホールド一体型セパレータで電解質と電
極の接合体を挟んで積層したことを特徴とする燃料電池
である。In order to solve the above technical problems, the technical means (hereinafter, referred to as fourth technical means) taken in claim 4 of the present invention includes a gas introduction manifold hole, a gas discharge manifold hole and A gas manifold integrated type having a gas flow channel groove portion and having a gas introduction port connecting the gas introduction manifold hole and the gas flow channel groove portion and a gas discharge port connecting the gas discharge manifold hole and the gas flow channel groove portion. In a fuel cell having a separator, a gas manifold integrated separator in which the cross-sectional area of at least one of the gas inlets and the gas outlet is larger than the cross-sectional area of the gas passage groove of the gas passage groove is used as an electrolyte. And a fuel cell, wherein the fuel cell is laminated with a joined body of electrodes and electrodes interposed therebetween.
【００２４】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the fourth technical means are as follows.
【００２５】即ち、ガスの流体抵抗を小さくすることが
でき、ガス中に凝縮する水を容易に排出することができ
るガスマニホールド一体型セパレータを使用しているの
で、発電性能が高く、信頼性に優れた燃料電池ができ
る。That is, since the gas manifold integrated type separator which can reduce the fluid resistance of the gas and can easily discharge water condensed in the gas is used, the power generation performance is high and the reliability is high. An excellent fuel cell can be made.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
This will be described with reference to the drawings.
【００２７】図１は、本発明の実施例の固体高分子高分
子電解質型燃料電池のガスマニホールド一体型セパレー
タ１００の平面図である。中央部は、燃料ガス流路溝部
９が形成されている。前記ガス流路溝部９は、燃料電池
として組み立てたときに固体高分子電解質膜と電極の接
合体の電極と接する部分である。FIG. 1 is a plan view of a gas manifold-integrated separator 100 of a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention. A fuel gas passage groove 9 is formed in the center. The gas passage groove 9 is a portion that comes into contact with the electrode of the assembly of the solid polymer electrolyte membrane and the electrode when assembled as a fuel cell.
【００２８】前記ガスマニホールド一体型セパレータ１
００の一方の端部には、燃料ガス導入マニホールド孔
１、冷却水導入マニホールド孔２、酸化剤ガス導入マニ
ホールド孔３、４が設けられている。前記セパレータの
他方の端部には、酸化剤ガス排出マニホールド孔５、
６、冷却水排出マニホールド孔７及び燃料ガス排出マニ
ホールド孔８が設けられている。The gas manifold integrated type separator 1
A fuel gas introduction manifold hole 1, a cooling water introduction manifold hole 2, and an oxidizing gas introduction manifold holes 3 and 4 are provided at one end of the fuel cell 00. At the other end of the separator, an oxidant gas discharge manifold hole 5,
6, a cooling water discharge manifold hole 7 and a fuel gas discharge manifold hole 8 are provided.
【００２９】前記燃料ガス導入マニホールド孔１は、燃
料ガス導入口１０を介して前記燃料ガス流路溝部９と連
結している。前記燃料ガス導入口１０は、燃料ガス通流
溝１１を備え、固体高分子高分子電解質膜で塞がれるの
を防止するため平板１２で覆われている。また、前記燃
料ガス流路溝部９は、燃料ガス排出口３０を介して前記
燃料ガス排出マニホールド孔８と連結している。前記燃
料ガス排出口３０も燃料ガス通流溝３１を備え、前記固
体高分子高分子電解質膜で塞がれるのを防止するため平
板３２で覆われている。The fuel gas introduction manifold hole 1 is connected to the fuel gas passage groove 9 through a fuel gas introduction port 10. The fuel gas inlet 10 has a fuel gas flow groove 11 and is covered with a flat plate 12 to prevent the fuel gas introduction groove 10 from being blocked by a solid polymer electrolyte membrane. Further, the fuel gas flow channel groove 9 is connected to the fuel gas discharge manifold hole 8 via a fuel gas discharge port 30. The fuel gas discharge port 30 also has a fuel gas flow groove 31 and is covered with a flat plate 32 to prevent the fuel gas discharge groove 30 from being blocked by the solid polymer electrolyte membrane.
【００３０】燃料ガスは、燃料ガス導入マニホールド孔
１から前記燃料ガス導入口１０を通って前記燃料ガス流
路溝部９に導入される。燃料ガスは、前記燃料ガス流路
溝部９で当接する燃料極の電極反応に使用されて発電
し、残部が前記燃料ガス排出口３０を通って、前記燃料
ガス排出マニホールド孔８へ排出される。The fuel gas is introduced from the fuel gas introduction manifold hole 1 through the fuel gas introduction port 10 into the fuel gas passage groove 9. The fuel gas is used for the electrode reaction of the fuel electrode abutting on the fuel gas flow channel groove 9 to generate power, and the remainder is discharged to the fuel gas discharge manifold hole 8 through the fuel gas discharge port 30.
【００３１】本第実施例の裏面には酸化剤ガス導入口、
酸化剤ガス流路溝部、酸化剤ガス排出口が形成されてお
り、燃料ガス導入口、燃料ガス流路溝部、燃料ガス排出
口と同じ構造になっている。An oxidizing gas inlet is provided on the back surface of this embodiment.
An oxidizing gas passage groove and an oxidizing gas outlet are formed, and have the same structure as the fuel gas inlet, the fuel gas passage groove, and the fuel gas outlet.
【００３２】図２は、本発明の第一実施例の固体高分子
高分子電解質型燃料電池のガスマニホールド一体型セパ
レータ１００ａの燃料ガス導入口付近の詳細平面図であ
る。図３は、図２のＡ矢視詳細図である。FIG. 2 is a detailed plan view of the vicinity of the fuel gas inlet of the gas manifold integrated separator 100a of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a detailed view taken in the direction of arrow A in FIG.
【００３３】本第一実施例の燃料ガス導入口１０ａは、
平行溝の燃料ガス通流溝１１ａを備えている。前記燃料
ガス導入口１０ａの幅は、前記燃料ガス流路溝部９の燃
料ガス流路溝９ａの幅より大きくなっている。即ち、前
記燃料ガス通流溝１１ａの断面積は、前記燃料ガス流路
溝９ａの断面積より大きくなっている。燃料ガス排出口
も同じ構造になっている。The fuel gas inlet 10a of the first embodiment is
A fuel gas flow groove 11a of a parallel groove is provided. The width of the fuel gas inlet 10a is larger than the width of the fuel gas passage groove 9a of the fuel gas passage groove 9. That is, the sectional area of the fuel gas passage groove 11a is larger than the sectional area of the fuel gas passage groove 9a. The fuel gas outlet has the same structure.
【００３４】本第一実施例の裏面には酸化剤ガス導入
口、酸化剤ガス流路溝部、酸化剤ガス排出口が形成され
ており、燃料ガス導入口、燃料ガス流路溝部、燃料ガス
排出口と同じ構造になっている。An oxidizing gas inlet, an oxidizing gas passage groove, and an oxidizing gas outlet are formed on the back surface of the first embodiment. The fuel gas inlet, the fuel gas passage groove, and the fuel gas outlet are formed. It has the same structure as the exit.
【００３５】前記燃料ガス通流溝１１ａは、前記ガスマ
ニホールド一体型セパレータ１００ａの燃料ガス流路の
流体抵抗中で大きな部分を占めている。前記燃料ガス通
流溝１１ａの幅を広げることにより、この部分の流体抵
抗を低下させることができるので、前記ガスマニホール
ド一体型セパレータ１００ａの燃料ガス流路の流体抵抗
を下げることができ、燃料電池の発電性能を高めること
ができる。The fuel gas passage groove 11a occupies a large part in the fluid resistance of the fuel gas passage of the gas manifold integrated separator 100a. By increasing the width of the fuel gas passage groove 11a, the fluid resistance of this portion can be reduced, and therefore the fluid resistance of the fuel gas flow path of the gas manifold integrated separator 100a can be reduced. Power generation performance can be improved.
【００３６】一方、本第一実施例の燃料ガス排出口は、
前記燃料ガス導入口１０ａと同じガスの流体抵抗を下げ
る効果を有している。同時に、燃料ガス中の水分が燃料
ガス流路溝９ａで凝縮しても、前記燃料ガス排出口のガ
ス通流溝の幅が前記燃料ガス流路溝９ａの幅より広いの
で、該燃料ガス流路溝９ａの凝縮水は前記燃料ガス排出
口に押し出され、容易に排出される。On the other hand, the fuel gas outlet of the first embodiment is
This has the effect of reducing the fluid resistance of the same gas as the fuel gas inlet 10a. At the same time, even if the moisture in the fuel gas is condensed in the fuel gas passage groove 9a, the width of the gas passage groove at the fuel gas outlet is wider than the width of the fuel gas passage groove 9a. The condensed water in the path groove 9a is pushed out to the fuel gas outlet and is easily discharged.
【００３７】図４は、本発明の第二実施例の固体高分子
高分子電解質型燃料電池のガスマニホールド一体型セパ
レータ１００ｂの燃料ガス導入口付近の詳細平面図であ
る。図５は、図４のＢ矢視詳細図である。FIG. 4 is a detailed plan view of the vicinity of the fuel gas inlet of the gas manifold-integrated separator 100b of the polymer electrolyte fuel cell according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a detailed view taken in the direction of arrow B in FIG.
【００３８】本第二実施例は、第一実施例に更に改良を
加えたガスマニホールド一体型セパレータ１００ｂであ
る。本第二実施例の燃料ガス導入口１０ｂは、平行溝の
燃料ガス通流溝１１ｂを備えている。前記燃料ガス通流
溝１１ｂの幅は、前記燃料ガス流路溝部９の燃料ガス流
路溝９ａの幅より大きくなっている。The second embodiment is a gas manifold integrated separator 100b obtained by further improving the first embodiment. The fuel gas inlet 10b of the second embodiment has a fuel gas flow groove 11b of a parallel groove. The width of the fuel gas passage groove 11 b is larger than the width of the fuel gas passage groove 9 a of the fuel gas passage groove 9.
【００３９】前記燃料ガス通流溝１１ｂの燃料ガス導入
マニホールド孔１側の幅は、平行部分の幅より広がって
いる。即ち、前記燃料ガス通流溝１１ｂ間に設けられた
隔壁１３は、前記燃料ガス導入マニホールド孔１側がＶ
字型になっている。燃料ガス排出口も同じ構造になって
いる。The width of the fuel gas passage groove 11b on the side of the fuel gas introduction manifold hole 1 is larger than the width of the parallel portion. That is, the partition wall 13 provided between the fuel gas flow grooves 11b has a V
It is shaped like a letter. The fuel gas outlet has the same structure.
【００４０】本第二実施例も裏面に酸化剤ガス導入口、
酸化剤ガス流路溝部、酸化剤ガス排出口が形成されてお
り、燃料ガス導入口、燃料ガス流路溝部、燃料ガス排出
口と同じ構造になっている。The second embodiment also has an oxidant gas inlet on the back side,
An oxidizing gas passage groove and an oxidizing gas outlet are formed, and have the same structure as the fuel gas inlet, the fuel gas passage groove, and the fuel gas outlet.
【００４１】本第二実施例の燃料ガス導入口１０ｂは燃
料ガス導入マニホールド孔１側で広がっているので、前
記燃料ガス通流溝１１ｂと前記燃料ガス導入マニホール
ド孔１の接続部のガスの流体抵抗を下げることができ
る。従って、本第二実施例のガスマニホールド一体型セ
パレータ１００ｂは、第一実施例より更にガスの流体抵
抗が小さくなっている。Since the fuel gas inlet 10b of the second embodiment is widened on the side of the fuel gas introduction manifold hole 1, the gas fluid at the connection between the fuel gas passage groove 11b and the fuel gas introduction manifold hole 1 is formed. Resistance can be reduced. Therefore, the gas manifold-integrated separator 100b of the second embodiment has a smaller gas fluid resistance than the first embodiment.
【００４２】また、万一、ガス流路溝部でガス中の水分
の一部が凝縮しても、燃料ガス排出口は、燃料ガス排出
マニホールド孔８にむかって、その幅が広がっているの
で、凝縮水が第一実施例より更に排出しやすくなってい
る。Even if a part of the moisture in the gas is condensed in the gas channel groove, the width of the fuel gas discharge port is widened toward the fuel gas discharge manifold hole 8. Condensed water is more easily discharged than in the first embodiment.
【００４３】図６は、本発明の実施例の燃料電池の外観
図である。前記第二実施例のガスマニホールド一体型セ
パレータ１００ｂが複数枚積層されている。前記ガスマ
ニホールド一体型セパレータ１００ｂ間には、固体高分
子電解質膜を燃料極と酸化剤極で挟持した電極ユニット
が存在している。前記ガスマニホールド一体型セパレー
タ１００ｂの両端部には、発電した電気を外側に取り出
す集電板２５が設けられている。前記集電板２５の外側
には、発電した電気が前記集電板２５以外に流れないよ
うにする絶縁板２４が設けられている。FIG. 6 is an external view of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. A plurality of gas manifold-integrated separators 100b of the second embodiment are stacked. An electrode unit having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode is present between the gas manifold-integrated separator 100b. At both ends of the gas manifold-integrated separator 100b, current collecting plates 25 for extracting generated electricity to the outside are provided. An insulating plate 24 is provided outside the current collecting plate 25 to prevent generated electricity from flowing to a portion other than the current collecting plate 25.
【００４４】更に、前記絶縁板２４の外側には、プレッ
シャプレート２６ａ、２６ｂが設けられ、前記ガスマニ
ホールド一体型セパレータ１００ｂ、前記集電板２５、
前記絶縁板２４を押さえて固定している。前記プレッシ
ャプレート２６ａには、燃料ガス入口マニホールド１
８、冷却水入口マニホールド１９、酸化剤ガス入口マニ
ホールド２０、燃料ガス出口マニホールド２１、冷却水
出口マニホールド２２、酸化剤ガス出口マニホールド２
３が設けられている。Further, pressure plates 26a and 26b are provided outside the insulating plate 24, and the gas manifold integrated separator 100b, the current collecting plate 25,
The insulating plate 24 is pressed and fixed. The pressure plate 26a has a fuel gas inlet manifold 1
8, cooling water inlet manifold 19, oxidizing gas inlet manifold 20, fuel gas outlet manifold 21, cooling water outlet manifold 22, oxidizing gas outlet manifold 2
3 are provided.
【００４５】前記燃料ガス入口マニホールド１８は、燃
料ガス導入マニホールド孔１と連結している。前記冷却
水入口マニホールド１９は、冷却水導入マニホールド孔
２と連結している。前記酸化剤ガス入口マニホールド２
０は、酸化剤ガス導入マニホールド孔３、４と連結して
いる。前記燃料ガス出口マニホールド２１は、燃料ガス
排出マニホールド孔８と連結している。前記冷却水出口
マニホールド２２は、冷却水排出マニホールド孔７と連
結している。前記酸化剤ガス出口マニホールド２３は、
酸化剤ガス排出マニホールド孔５、６と連結している。The fuel gas inlet manifold 18 is connected to the fuel gas introduction manifold hole 1. The cooling water inlet manifold 19 is connected to the cooling water introduction manifold hole 2. The oxidant gas inlet manifold 2
0 is connected to the oxidizing gas introduction manifold holes 3 and 4. The fuel gas outlet manifold 21 is connected to the fuel gas discharge manifold hole 8. The cooling water outlet manifold 22 is connected to the cooling water discharge manifold hole 7. The oxidant gas outlet manifold 23 includes:
The oxidant gas discharge manifold holes 5 and 6 are connected.
【００４６】燃料ガスは前記燃料ガス入口マニホールド
１８から供給され、燃料ガス導入マニホールド孔１を通
ってそれぞれのガスマニホールド一体型セパレータ１０
０ｂの燃料ガス導入口１０ｂから燃料ガス流路溝部９に
供給される。The fuel gas is supplied from the fuel gas inlet manifold 18 and passes through the fuel gas introduction manifold hole 1 to each gas manifold integrated type separator 10.
The fuel gas is supplied from the fuel gas inlet 10b of the fuel gas flow channel groove 9 through the fuel gas inlet 10b.
【００４７】一方、酸化剤ガスは前記酸化剤ガス入口マ
ニホールド２０から供給され、酸化剤ガス導入マニホー
ルド孔３、４を通ってそれぞれのガスマニホールド一体
型セパレータ１００ｂの酸化剤ガス導入口から酸化剤ガ
ス流路溝部に供給される。それぞれのガス流路溝部に供
給された燃料ガスと酸化剤ガスは、それぞれ燃料極、酸
化剤極で電気化学反応による発電に使われる。On the other hand, the oxidizing gas is supplied from the oxidizing gas inlet manifold 20 and passes through the oxidizing gas introducing manifold holes 3 and 4 from the oxidizing gas introducing ports of the respective gas manifold integrated separators 100b. It is supplied to the flow channel. The fuel gas and the oxidant gas supplied to the respective gas flow channel grooves are used for power generation by an electrochemical reaction at the fuel electrode and the oxidant electrode, respectively.
【００４８】発電に使われなかった燃料ガスは、燃料ガ
ス排出口から燃料ガス排出マニホールド孔８に排出さ
れ、燃料ガス出口マニホールド２１から燃料電池の外部
に排出される。一方、発電に使われなかった酸化剤ガス
は、酸化剤ガス排出口から酸化剤ガス排出マニホールド
孔５、６に排出され、酸化剤ガス出口マニホールド２３
から燃料電池の外部に排出される。The fuel gas not used for power generation is discharged from the fuel gas discharge port to the fuel gas discharge manifold hole 8 and discharged from the fuel gas outlet manifold 21 to the outside of the fuel cell. On the other hand, the oxidizing gas not used for power generation is discharged from the oxidizing gas discharge ports to the oxidizing gas discharge manifold holes 5 and 6, and the oxidizing gas outlet manifold 23
From the fuel cell.
【００４９】本実施例に使用されたガスマニホールド一
体型セパレータ１００ｂは、ガスの流体抵抗が小さいの
で、該ガスマニホールド一体型セパレータ１００ｂが多
数積層されている燃料電池全体のガスの流体抵抗はかな
り小さくなり、該燃料電池の発電性能が向上する。Since the gas manifold-integrated separator 100b used in this embodiment has a low gas flow resistance, the gas flow resistance of the entire fuel cell in which a large number of the gas manifold-integrated separators 100b are stacked is considerably low. Thus, the power generation performance of the fuel cell is improved.
【００５０】また、本実施例に使用されたガスマニホー
ルド一体型セパレータ１００ｂは、燃料ガスまたは酸化
剤ガス中の水分が該ガスマニホールド一体型セパレータ
１００ｂのガス流路中で凝縮して水になっても速やかに
ガス排出口からガス排出マニホールド孔、ガス出口マニ
ホールドに排出されるので、水つまりのおそれがなく、
信頼性の大きな燃料電池である。In the gas manifold-integrated separator 100b used in this embodiment, the water in the fuel gas or the oxidizing gas is condensed into water in the gas flow path of the gas manifold-integrated separator 100b. Is quickly discharged from the gas discharge port to the gas discharge manifold hole and gas outlet manifold, so there is no danger of water clogging,
It is a highly reliable fuel cell.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上のように、本発明は、ガス導入マニ
ホールド孔、ガス排出マニホールド孔及びガス流路溝部
を有し、前記ガス導入マニホールド孔と前記ガス流路溝
部を連結するガス導入口及び前記ガス排出マニホールド
孔と前記ガス流路溝部を連結するガス排出口を備えたガ
スマニホールド一体型セパレータにおいて、前記ガス導
入口、前記ガス排出口の少なくとも一方のガス通流溝の
断面積が前記ガス流路溝部のガス流路溝の断面積より大
きいことを特徴とするガスマニホールド一体型セパレー
タ及び該ガスマニホールド一体型セパレータで電解質と
電極の接合体を挟んで積層した燃料電池であるので、ガ
スの流体抵抗を小さくでき、水つまり現象が起きないガ
スマニホールド一体型セパレータ及び発電性能が大き
く、信頼性が高い燃料電池ができる。As described above, the present invention has a gas introduction manifold hole, a gas discharge manifold hole, and a gas passage groove, and a gas introduction port for connecting the gas introduction manifold hole and the gas passage groove. In a gas manifold integrated type separator provided with a gas discharge port connecting the gas discharge manifold hole and the gas flow channel groove, a cross-sectional area of at least one of the gas introduction port and the gas discharge groove of the gas discharge port is the gas. A gas manifold integrated separator characterized by being larger than the cross-sectional area of the gas flow channel of the flow channel groove and a fuel cell laminated with an electrolyte-electrode assembly sandwiched between the gas manifold integrated separator and the gas A gas manifold-integrated separator that can reduce fluid resistance and does not cause water clogging, and has high power generation performance and high reliability It is the battery.
【図１】本発明の実施例の固体高分子高分子電解質型燃
料電池のガスマニホールド一体型セパレータFIG. 1 is a gas manifold integrated separator of a solid polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第一実施例の固体高分子高分子電解質
型燃料電池のガスマニホールド一体型セパレータの燃料
ガス導入口付近の詳細平面図FIG. 2 is a detailed plan view showing the vicinity of a fuel gas inlet of a gas manifold-integrated separator of the polymer electrolyte fuel cell according to the first embodiment of the present invention;
【図３】本発明の第一実施例の固体高分子高分子電解質
型燃料電池のガスマニホールド一体型セパレータの燃料
ガス導入口付近の矢視詳細図FIG. 3 is a detailed view in the vicinity of a fuel gas inlet of a gas manifold-integrated separator of the polymer electrolyte fuel cell according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第二実施例の固体高分子高分子電解質
型燃料電池のガスマニホールド一体型セパレータの燃料
ガス導入口付近の詳細平面図FIG. 4 is a detailed plan view showing the vicinity of a fuel gas inlet of a gas manifold-integrated separator of a polymer electrolyte fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第二実施例の固体高分子高分子電解質
型燃料電池のガスマニホールド一体型セパレータの燃料
ガス導入口付近の矢視詳細図FIG. 5 is a detailed view of the vicinity of the fuel gas inlet of the gas manifold integrated type separator of the polymer electrolyte fuel cell according to the second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の実施例の燃料電池の外観図FIG. 6 is an external view of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
１…燃料ガス導入マニホールド孔 ３、４…酸化剤ガス導入マニホールド孔 ５、６…酸化剤ガス排出マニホールド孔 ８…燃料ガス排出マニホールド孔 ９…燃料ガス流路溝部 ９ａ…燃料ガス流路溝 １０、１０ａ、１０ｂ…燃料ガス導入口 １１、１１ａ、１１ｂ、３１ …燃料ガス通流溝 ３０…燃料ガス排出口 １００、１００ａ、１００ｂ…ガスマニホールド一体型
セパレータDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel gas introduction manifold hole 3, 4 ... Oxidizing gas introduction manifold hole 5, 6 ... Oxidizing gas discharge manifold hole 8 ... Fuel gas discharge manifold hole 9 ... Fuel gas flow channel groove 9a ... Fuel gas flow channel groove 10, 10a, 10b ... fuel gas inlet 11, 11a, 11b, 31 ... fuel gas flow groove 30 ... fuel gas outlet 100, 100a, 100b ... gas manifold integrated separator
Claims (4)
ホールド孔及びガス流路溝部を有し、前記ガス導入マニ
ホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス導入口及
び前記ガス排出マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連
結するガス排出口を備えたガスマニホールド一体型セパ
レータにおいて、前記ガス導入口、前記ガス排出口の少
なくとも一方のガス通流溝の断面積が前記ガス流路溝部
のガス流路溝の断面積より大きいことを特徴とするガス
マニホールド一体型セパレータ。1. A gas inlet, a gas discharge manifold, and a gas flow channel groove, and a gas inlet, a gas discharge manifold hole, and a gas flow connecting the gas flow manifold hole and the gas flow channel groove. In the gas manifold integrated type separator provided with a gas outlet connecting the channel groove, the cross-sectional area of at least one of the gas flow grooves of the gas inlet and the gas outlet is the same as that of the gas flow channel of the gas flow channel. A gas manifold-integrated separator characterized by having a larger cross-sectional area.
くとも一方のガス通流溝の幅が前記ガス流路溝部のガス
流路溝の幅より広いことを特徴とする請求項１記載のガ
スマニホールド一体型セパレータ。2. The gas according to claim 1, wherein the width of at least one of the gas inlet and the gas outlet is larger than the width of the gas passage groove of the gas passage groove. Manifold integrated separator.
くとも一方のガス通流溝の少なくともガスマニホールド
孔側の幅が広がっていることを特徴とする請求項１記載
のガスマニホールド一体型セパレータ。3. The gas manifold-integrated separator according to claim 1, wherein the width of at least one of the gas passages of the gas inlet and the gas outlet at least on the gas manifold hole side is increased.
ホールド孔及びガス流路溝部を有し、前記ガス導入マニ
ホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス導入口及
び前記ガス排出マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連
結するガス排出口を備えたガスマニホールド一体型セパ
レータを有する燃料電池において、前記ガス導入口、前
記ガス排出口の少なくとも一方のガス通流溝の断面積が
前記ガス流路溝部のガス流路溝の断面積より大きいガス
マニホールド一体型セパレータで電解質と電極の接合体
を挟んで積層したことを特徴とする燃料電池。4. A gas inlet having a gas inlet manifold hole, a gas exhaust manifold hole, and a gas flow channel groove, and connecting the gas inlet manifold hole to the gas flow channel groove with the gas exhaust manifold hole and the gas flow. In a fuel cell having a gas manifold-integrated separator having a gas outlet connecting a passage groove, a cross-sectional area of at least one of the gas passages of the gas inlet and the gas outlet is smaller than that of the gas passage groove. A fuel cell comprising a gas manifold integrated separator having a cross-sectional area larger than a flow channel groove and laminated with an electrolyte-electrode assembly interposed therebetween.
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