JP2000164230A - 燃料電池用セパレータ及び燃料電池 - Google Patents
燃料電池用セパレータ及び燃料電池Info
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- JP2000164230A JP2000164230A JP10337875A JP33787598A JP2000164230A JP 2000164230 A JP2000164230 A JP 2000164230A JP 10337875 A JP10337875 A JP 10337875A JP 33787598 A JP33787598 A JP 33787598A JP 2000164230 A JP2000164230 A JP 2000164230A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス及び凝縮水の滞留をなくし、電極との接
触抵抗が小さくする。 【解決手段】 ガスの通流溝１０が入口３側に位置する
入口側通流溝部１１と出口４側に位置する出口側通流溝
部１２とそれらの間に位置する中間通流溝部１４とから
なり、該中間通流溝部１４が一端側から他端側に直線状
の溝で形成される独立通流溝部１４ａ〜１４ｅと各端側
で折り返す折り返し溝部１３ａ〜１３ｄとからなり、該
折り返し溝部が非連続な溝形状であり、該折り返し溝部
と前記独立通流溝部の境界３１、３２から前記通流溝の
端５、６までの距離が、前記独立通流溝部間に設けられ
た境界凸部１７ａ〜１７ｄから離れるにつれて小さくな
っていることを特徴とする燃料電池用セパレータ及び燃
料電池。
触抵抗が小さくする。 【解決手段】 ガスの通流溝１０が入口３側に位置する
入口側通流溝部１１と出口４側に位置する出口側通流溝
部１２とそれらの間に位置する中間通流溝部１４とから
なり、該中間通流溝部１４が一端側から他端側に直線状
の溝で形成される独立通流溝部１４ａ〜１４ｅと各端側
で折り返す折り返し溝部１３ａ〜１３ｄとからなり、該
折り返し溝部が非連続な溝形状であり、該折り返し溝部
と前記独立通流溝部の境界３１、３２から前記通流溝の
端５、６までの距離が、前記独立通流溝部間に設けられ
た境界凸部１７ａ〜１７ｄから離れるにつれて小さくな
っていることを特徴とする燃料電池用セパレータ及び燃
料電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池用セパレー
タ及び燃料電池に関する。
タ及び燃料電池に関する。
【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。
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。
【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。
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。
【０００４】固体高分子電解質型燃料電池は、固体高分
子電解質膜を二つのガス拡散電極で挟んで接合した接合
体をセパレータで挟持した単電池セルによって構成され
る。燃料ガス、酸化剤ガスが、それぞれ燃料極、酸化剤
極に供給され、電気化学反応により発電する。前記ガス
は、セパレータに設けられたガス流路により供給され
る。ガスをいかに均一にガス拡散電極の電極面に供給す
るかで、ガス利用率が決まり、発電効率及び出力特性に
影響する。
子電解質膜を二つのガス拡散電極で挟んで接合した接合
体をセパレータで挟持した単電池セルによって構成され
る。燃料ガス、酸化剤ガスが、それぞれ燃料極、酸化剤
極に供給され、電気化学反応により発電する。前記ガス
は、セパレータに設けられたガス流路により供給され
る。ガスをいかに均一にガス拡散電極の電極面に供給す
るかで、ガス利用率が決まり、発電効率及び出力特性に
影響する。
【０００５】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。
触媒に接触することにより下記の反応が生ずる。
【０００６】２Ｈ２ → ４Ｈ＋ ＋４ｅ− Ｈ＋は、電解質中を移動し酸化剤極触媒に達し酸化剤ガ
ス中の酸素と反応して水となる。
ス中の酸素と反応して水となる。
【０００７】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。
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。
【０００８】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
路の流路抵抗が上昇し、且つガスの分布を不均一にする
ため、燃料電池の発電性能が低下する。
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
路の流路抵抗が上昇し、且つガスの分布を不均一にする
ため、燃料電池の発電性能が低下する。
【０００９】従来技術として、特開平１０−１０６５９
４号公報には、ガス流路である通流溝を入口側通流溝
部、出口側通流溝部、中間通流溝部で構成し、該中間通
流溝部を一端側から他端側に延びる直線部と各端側で折
り返す曲線部で構成し、該曲線部及び前記入口側通流溝
部、前記出口側通流溝部が格子状溝になっている燃料電
池用セパレータが開示されている。
４号公報には、ガス流路である通流溝を入口側通流溝
部、出口側通流溝部、中間通流溝部で構成し、該中間通
流溝部を一端側から他端側に延びる直線部と各端側で折
り返す曲線部で構成し、該曲線部及び前記入口側通流溝
部、前記出口側通流溝部が格子状溝になっている燃料電
池用セパレータが開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来技術は、前記入口
側通流溝部が格子状溝になっているので、供給されたガ
スが自由に移動し時間的に速く電極と接触してガス拡散
性を高めることができ、前記出口側通流溝部が格子状溝
になっているので、水の停滞を防止することができる。
また、従来技術は前記中間通流溝部の直線部によって、
ガスがムラなく流れて排水性を高め、かつ、流速が速く
なるのでガス利用効率が向上できる。
側通流溝部が格子状溝になっているので、供給されたガ
スが自由に移動し時間的に速く電極と接触してガス拡散
性を高めることができ、前記出口側通流溝部が格子状溝
になっているので、水の停滞を防止することができる。
また、従来技術は前記中間通流溝部の直線部によって、
ガスがムラなく流れて排水性を高め、かつ、流速が速く
なるのでガス利用効率が向上できる。
【００１１】更に、従来技術は、前記曲線部が格子状溝
になっているので、該曲線部でのガス拡散性を維持した
まま流路抵抗を低減することができる。即ち、従来技術
は、ガス拡散性と出力性能の向上が可能である。
になっているので、該曲線部でのガス拡散性を維持した
まま流路抵抗を低減することができる。即ち、従来技術
は、ガス拡散性と出力性能の向上が可能である。
【００１２】その上、従来技術は、ガス中の水蒸気が凝
集して前記中間通流溝部の直線部の一部を塞いでも、前
記曲線部でガスが迂回できるので、下流側の中間通流溝
部にはガスが流れ、水づまりの影響を少なくすることが
できる。
集して前記中間通流溝部の直線部の一部を塞いでも、前
記曲線部でガスが迂回できるので、下流側の中間通流溝
部にはガスが流れ、水づまりの影響を少なくすることが
できる。
【００１３】しかしながら、従来技術は、前記入口側通
流溝部、前記出口側通流溝部の一隅であるコーナ部、及
び前記曲線部の通流溝端部の二隅であるコーナ部が死角
になって、ガスが滞留する問題点がある。また、万一、
ガス中の水蒸気が凝縮して水になり、ガス通流の死角に
なっている前記コーナ部に滞留したら、滞留したままの
状態が続き、流路抵抗が大きくなり、ガスの分布が不均
一になる問題点がある。
流溝部、前記出口側通流溝部の一隅であるコーナ部、及
び前記曲線部の通流溝端部の二隅であるコーナ部が死角
になって、ガスが滞留する問題点がある。また、万一、
ガス中の水蒸気が凝縮して水になり、ガス通流の死角に
なっている前記コーナ部に滞留したら、滞留したままの
状態が続き、流路抵抗が大きくなり、ガスの分布が不均
一になる問題点がある。
【００１４】更に、前記入口側通流溝部、前記出口側通
流溝部、及び前記曲線部は格子状溝であるので、電極と
の接触面積が小さく接触抵抗が大きいので、出力性能が
小さくなる問題点がある。
流溝部、及び前記曲線部は格子状溝であるので、電極と
の接触面積が小さく接触抵抗が大きいので、出力性能が
小さくなる問題点がある。
【００１５】図５は、従来技術の燃料電池用セパレータ
の曲線部付近の正面説明図である。５２ａ、５２ｂは中
間通流溝部の一端側から他端側に延びる直線部である。
前記直線部５２ａと５２ｂは、境界凸部５１により分か
れている。５０は、ガスが前記直線部５２ａから前記直
線部５２ｂに通流するときに折り返す曲線部である。該
曲線部は、円形の凸部５０ａを持つ格子状溝である。
の曲線部付近の正面説明図である。５２ａ、５２ｂは中
間通流溝部の一端側から他端側に延びる直線部である。
前記直線部５２ａと５２ｂは、境界凸部５１により分か
れている。５０は、ガスが前記直線部５２ａから前記直
線部５２ｂに通流するときに折り返す曲線部である。該
曲線部は、円形の凸部５０ａを持つ格子状溝である。
【００１６】ガスが、前記曲線部５０を通流するとき、
前記直線部５２ａ、５２ｂに近い部分はガスの通流が良
く、該直線部５２ａ、５２ｂから遠い部分はガスの通流
が悪い。特にコーナ部５０ｂ、５０ｃでは、ガスが滞留
する問題がある。また、前記コーナ部５０ｂ、５０ｃに
凝縮水が来ると、滞留し続けて流路抵抗を大きくし、ガ
スの分布を不均一にする問題がある。
前記直線部５２ａ、５２ｂに近い部分はガスの通流が良
く、該直線部５２ａ、５２ｂから遠い部分はガスの通流
が悪い。特にコーナ部５０ｂ、５０ｃでは、ガスが滞留
する問題がある。また、前記コーナ部５０ｂ、５０ｃに
凝縮水が来ると、滞留し続けて流路抵抗を大きくし、ガ
スの分布を不均一にする問題がある。
【００１７】また、前記曲線部５０では、前記凸部５０
ａで電極と接触しているが、該凸部５０ａの面積が前記
曲線部５０に占める割合が小さいので、電極とセパレー
タの接触抵抗が大きくなる。この接触抵抗が大きくなる
割合はわずかであるが、多数のセパレータが積層されて
いる燃料電池では、できる限り接触抵抗を小さくして出
力性能を上げることが求められている。
ａで電極と接触しているが、該凸部５０ａの面積が前記
曲線部５０に占める割合が小さいので、電極とセパレー
タの接触抵抗が大きくなる。この接触抵抗が大きくなる
割合はわずかであるが、多数のセパレータが積層されて
いる燃料電池では、できる限り接触抵抗を小さくして出
力性能を上げることが求められている。
【００１８】本発明は上記課題を解決したもので、前記
入口側通流溝部、前記出口側通流溝部及び前記曲線部に
ガス及び凝縮水が滞留する死角がなくガスの分布が均一
であり、電極との接触抵抗が小さい燃料電池用セパレー
タを提供し、出力性能が高い燃料電池を提供する。
入口側通流溝部、前記出口側通流溝部及び前記曲線部に
ガス及び凝縮水が滞留する死角がなくガスの分布が均一
であり、電極との接触抵抗が小さい燃料電池用セパレー
タを提供し、出力性能が高い燃料電池を提供する。
【００１９】
【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、電解質を挟
持する一対のガス拡散電極の該電解質と背向する一対の
該ガス拡散電極の面に燃料ガスまたは酸化剤ガスからな
る供給ガスをそれぞれの入口側から出口側に導く通流溝
が形成された一対の燃料電池用セパレータにおいて、少
なくとも一方の前記燃料電池用セパレータの前記通流溝
は、該入口側に位置する入口側通流溝部と該出口側に位
置する出口側通流溝部とそれらの間に位置する中間通流
溝部とからなり、該中間通流溝部は、一端側から他端側
に直線状の溝で形成される独立通流溝部と各端側で折り
返す折り返し溝部とからなり、該折り返し溝部が非連続
な溝形状であり、該折り返し溝部と前記独立通流溝部の
境界から前記通流溝の端までの距離が、前記独立通流溝
部間に設けられた境界凸部から離れるにつれて小さくな
っていることを特徴とする燃料電池用セパレータであ
る。
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、電解質を挟
持する一対のガス拡散電極の該電解質と背向する一対の
該ガス拡散電極の面に燃料ガスまたは酸化剤ガスからな
る供給ガスをそれぞれの入口側から出口側に導く通流溝
が形成された一対の燃料電池用セパレータにおいて、少
なくとも一方の前記燃料電池用セパレータの前記通流溝
は、該入口側に位置する入口側通流溝部と該出口側に位
置する出口側通流溝部とそれらの間に位置する中間通流
溝部とからなり、該中間通流溝部は、一端側から他端側
に直線状の溝で形成される独立通流溝部と各端側で折り
返す折り返し溝部とからなり、該折り返し溝部が非連続
な溝形状であり、該折り返し溝部と前記独立通流溝部の
境界から前記通流溝の端までの距離が、前記独立通流溝
部間に設けられた境界凸部から離れるにつれて小さくな
っていることを特徴とする燃料電池用セパレータであ
る。
【００２０】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２１】即ち、前記折り返し溝部のコーナ部をなく
し、かつ直線部の面積を大きくすることができるので、
該折り返し溝部でのガス及び凝縮水の滞留をなくし、ガ
スの分布を均一にすることができる。また、前記折り返
し溝部の電極との接触面積を大きくし接触抵抗を小さく
することができる。
し、かつ直線部の面積を大きくすることができるので、
該折り返し溝部でのガス及び凝縮水の滞留をなくし、ガ
スの分布を均一にすることができる。また、前記折り返
し溝部の電極との接触面積を大きくし接触抵抗を小さく
することができる。
【００２２】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、前記入口側通流溝部が非連続
な溝形状であり、該入口側通流溝部と前記独立通流溝部
の境界から前記通流溝の端までの距離が、入口から離れ
るにつれて小さくなっていることを特徴とする請求項１
記載の燃料電池用セパレータである。
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、前記入口側通流溝部が非連続
な溝形状であり、該入口側通流溝部と前記独立通流溝部
の境界から前記通流溝の端までの距離が、入口から離れ
るにつれて小さくなっていることを特徴とする請求項１
記載の燃料電池用セパレータである。
【００２３】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２４】即ち、請求項１と同様、前記入口側通流溝
部のコーナ部をなくし、かつ直線部の面積を大きくする
ことができるので、該入口側通流溝部でのガス及び凝縮
水の滞留をなくし、ガスの分布を均一にすることができ
る。また、前記入口側通流溝部の電極との接触面積を大
きくし接触抵抗を小さくすることができる。
部のコーナ部をなくし、かつ直線部の面積を大きくする
ことができるので、該入口側通流溝部でのガス及び凝縮
水の滞留をなくし、ガスの分布を均一にすることができ
る。また、前記入口側通流溝部の電極との接触面積を大
きくし接触抵抗を小さくすることができる。
【００２５】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、前記出口側通流溝部が非連続
な溝形状であり、該出口側通流溝部と前記独立通流溝部
の境界から前記通流溝の端までの距離が、出口から離れ
るにつれて小さくなっていることを特徴とする請求項１
記載の燃料電池用セパレータである。
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、前記出口側通流溝部が非連続
な溝形状であり、該出口側通流溝部と前記独立通流溝部
の境界から前記通流溝の端までの距離が、出口から離れ
るにつれて小さくなっていることを特徴とする請求項１
記載の燃料電池用セパレータである。
【００２６】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２７】即ち、請求項１と同様、前記出口側通流溝
部のコーナ部をなくし、かつ直線部の面積を大きくする
ことができるので、該出口側通流溝部でのガス及び凝縮
水の滞留をなくし、ガスの分布を均一にすることができ
る。また、前記出口側通流溝部の電極との接触面積を大
きくし接触抵抗を小さくすることができる。
部のコーナ部をなくし、かつ直線部の面積を大きくする
ことができるので、該出口側通流溝部でのガス及び凝縮
水の滞留をなくし、ガスの分布を均一にすることができ
る。また、前記出口側通流溝部の電極との接触面積を大
きくし接触抵抗を小さくすることができる。
【００２８】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、前記非連続な溝形状が格子状
溝であることを特徴とする請求項１ないし３記載の燃料
電池用セパレータである。
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、前記非連続な溝形状が格子状
溝であることを特徴とする請求項１ないし３記載の燃料
電池用セパレータである。
【００２９】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００３０】即ち、溝形状が単純であるので、流路抵抗
を小さくし、ガスの分布を均一にすることができる。
を小さくし、ガスの分布を均一にすることができる。
【００３１】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記格子状溝により形成され
る凸部が、四角形であることを特徴とする請求項４記載
の燃料電池用セパレータである。
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記格子状溝により形成され
る凸部が、四角形であることを特徴とする請求項４記載
の燃料電池用セパレータである。
【００３２】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００３３】即ち、前記格子状溝の加工が容易である効
果を有する。
果を有する。
【００３４】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、前記格子状溝により形成され
る凸部が、円形であることを特徴とする請求項４記載の
燃料電池用セパレータである。
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、前記格子状溝により形成され
る凸部が、円形であることを特徴とする請求項４記載の
燃料電池用セパレータである。
【００３５】上記第６の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００３６】即ち、前記凸部に角がないので、ガスの乱
流の発生を小さくすることができるので、流路抵抗を小
さくし、ガスの分布を均一にすることができる。
流の発生を小さくすることができるので、流路抵抗を小
さくし、ガスの分布を均一にすることができる。
【００３７】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項７において講じた技術的手段（以下、第７の技
術的手段と称する。）は、電解質を挟持する一対のガス
拡散電極の該電解質と背向する一対の該ガス拡散電極の
面に燃料ガスまたは酸化剤ガスからなる供給ガスをそれ
ぞれの入口側から出口側に導く通流溝が形成された一対
の燃料電池用セパレータで挟持した単電池セルを多数積
層した燃料電池において、少なくとも一方の前記燃料電
池用セパレータの前記通流溝は、該入口側に位置する入
口側通流溝部と該出口側に位置する出口側通流溝部とそ
れらの間に位置する中間通流溝部とからなり、該中間通
流溝部は、一端側から他端側に直線状の溝で形成される
独立通流溝部と各端側で折り返す折り返し溝部とからな
り、該折り返し溝部が非連続な溝形状であり、該折り返
し溝部と前記独立通流溝部の境界から前記通流溝の端ま
での距離が、前記独立通流溝部間に設けられた境界凸部
から離れるにつれて小さくなっていることを特徴とする
燃料電池である。
の請求項７において講じた技術的手段（以下、第７の技
術的手段と称する。）は、電解質を挟持する一対のガス
拡散電極の該電解質と背向する一対の該ガス拡散電極の
面に燃料ガスまたは酸化剤ガスからなる供給ガスをそれ
ぞれの入口側から出口側に導く通流溝が形成された一対
の燃料電池用セパレータで挟持した単電池セルを多数積
層した燃料電池において、少なくとも一方の前記燃料電
池用セパレータの前記通流溝は、該入口側に位置する入
口側通流溝部と該出口側に位置する出口側通流溝部とそ
れらの間に位置する中間通流溝部とからなり、該中間通
流溝部は、一端側から他端側に直線状の溝で形成される
独立通流溝部と各端側で折り返す折り返し溝部とからな
り、該折り返し溝部が非連続な溝形状であり、該折り返
し溝部と前記独立通流溝部の境界から前記通流溝の端ま
での距離が、前記独立通流溝部間に設けられた境界凸部
から離れるにつれて小さくなっていることを特徴とする
燃料電池である。
【００３８】上記第７の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００３９】即ち、前記折り返し溝部でのガス及び凝縮
水の滞留がなくガスの分布が均一であり、該折り返し溝
部の電極との接触抵抗を小さいセパレータを使用してい
るので、出力性能を高い燃料電池ができる。
水の滞留がなくガスの分布が均一であり、該折り返し溝
部の電極との接触抵抗を小さいセパレータを使用してい
るので、出力性能を高い燃料電池ができる。
【００４０】
【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。
図面に基づいて説明する。
【００４１】図１は、本発明の第１実施例の自動車用固
体高分子電解質型燃料電池のセパレータの正面図であ
る。前記燃料電池用セパレータは金属製であるが、カー
ボンなど導電性の材料なら他の材料でもかまわない。
体高分子電解質型燃料電池のセパレータの正面図であ
る。前記燃料電池用セパレータは金属製であるが、カー
ボンなど導電性の材料なら他の材料でもかまわない。
【００４２】前記燃料電池用セパレータの上端部にガス
入口マニホールド１が、下端部にガス出口マニホールド
２が設けられている。前記燃料電池用セパレータの中央
部には、ガス拡散電極に供給するガスの流路である通流
溝１０が設けられている。前記通流溝１０は、入口３を
介して前記ガス入口マニホールド１と連結し、出口４を
介して前記ガス出口マニホールド２と連結している。
入口マニホールド１が、下端部にガス出口マニホールド
２が設けられている。前記燃料電池用セパレータの中央
部には、ガス拡散電極に供給するガスの流路である通流
溝１０が設けられている。前記通流溝１０は、入口３を
介して前記ガス入口マニホールド１と連結し、出口４を
介して前記ガス出口マニホールド２と連結している。
【００４３】前記通流溝１０は、入口３側に位置する入
口側通流溝部１１と出口４側に位置する出口側通流溝部
１２とそれらの間に位置する中間通流溝部１４から構成
されている。該中間通流溝部１４は、一端から他端側に
直線状の溝で形成される独立通流溝部１４ａ〜１４ｅと
各端側で折り返す折り返し溝部１３ａ〜１３ｄで構成さ
れている。
口側通流溝部１１と出口４側に位置する出口側通流溝部
１２とそれらの間に位置する中間通流溝部１４から構成
されている。該中間通流溝部１４は、一端から他端側に
直線状の溝で形成される独立通流溝部１４ａ〜１４ｅと
各端側で折り返す折り返し溝部１３ａ〜１３ｄで構成さ
れている。
【００４４】前記入口側通流溝部１１、出口側通流溝部
１２及び折り返し溝部１３ａ〜１３ｄは、非連続な溝形
状の一つである格子状溝であり、該格子状溝で形成され
る凸部１１ａ、１２ａ、１５ａ〜１５ｄは円形の凸部で
ある。前記独立通流溝部１４ａ〜１４ｅには、直線状の
凸部１６ａ〜１６ｅが設けられている。前記凸部１１
ａ、１２ａ、１５ａ〜１５ｄ、１６ａ〜１６ｅがガス拡
散電極に接触し、セパレータは該ガス拡散電極で発電さ
れた電気を集電する役割も担っている。
１２及び折り返し溝部１３ａ〜１３ｄは、非連続な溝形
状の一つである格子状溝であり、該格子状溝で形成され
る凸部１１ａ、１２ａ、１５ａ〜１５ｄは円形の凸部で
ある。前記独立通流溝部１４ａ〜１４ｅには、直線状の
凸部１６ａ〜１６ｅが設けられている。前記凸部１１
ａ、１２ａ、１５ａ〜１５ｄ、１６ａ〜１６ｅがガス拡
散電極に接触し、セパレータは該ガス拡散電極で発電さ
れた電気を集電する役割も担っている。
【００４５】前記独立通流溝部１４ａ〜１４ｅを互いに
分離するために境界凸部１７ａ〜１７ｄが設けられてい
る。該境界凸部１７ａ〜１７ｄにより、隣接する独立通
流溝部では逆方向にガスが通流する。このガスの逆方向
への通流の折り返しを担っているのが前記折り返し溝部
１３ａ〜１３ｄである。
分離するために境界凸部１７ａ〜１７ｄが設けられてい
る。該境界凸部１７ａ〜１７ｄにより、隣接する独立通
流溝部では逆方向にガスが通流する。このガスの逆方向
への通流の折り返しを担っているのが前記折り返し溝部
１３ａ〜１３ｄである。
【００４６】図２は、本発明の第１実施例の自動車用固
体高分子電解質型燃料電池のセパレータの入口側通流溝
部１１付近ａの正面説明図である。
体高分子電解質型燃料電池のセパレータの入口側通流溝
部１１付近ａの正面説明図である。
【００４７】該入口側通流溝部１１と独立通流溝部１４
ａの境界３１から通流溝１０の端５までの距離は、入口
３から離れるにつれて小さくなっている。即ち、前記独
立通流溝部１４ａの凸部１６ａは、入口３から離れるに
つれて前記通流溝１０の端５に近づくように延びてい
る。前記入口側通流溝部１１は、略直角三角形になって
いる。
ａの境界３１から通流溝１０の端５までの距離は、入口
３から離れるにつれて小さくなっている。即ち、前記独
立通流溝部１４ａの凸部１６ａは、入口３から離れるに
つれて前記通流溝１０の端５に近づくように延びてい
る。前記入口側通流溝部１１は、略直角三角形になって
いる。
【００４８】ガス入口マニホールド１から入口３を通っ
て前記入口側通流溝部１１に供給されたガスは、格子状
溝を通って前記独立通流溝部１４ａに供給される。前記
入口側通流溝部１１の入口から最も遠いところでは前記
通流溝１０の端５近くまで前記独立通流溝部１４ａが延
びているので、コーナ部が存在せず、ガス及び凝縮水が
滞留することがない。そのため、ガスの分布が均一であ
る。また、前記独立通流溝部１４ａの凸部１６ａが延び
ているので、電極との接触面積が大きく、接触抵抗を小
さくすることができる。
て前記入口側通流溝部１１に供給されたガスは、格子状
溝を通って前記独立通流溝部１４ａに供給される。前記
入口側通流溝部１１の入口から最も遠いところでは前記
通流溝１０の端５近くまで前記独立通流溝部１４ａが延
びているので、コーナ部が存在せず、ガス及び凝縮水が
滞留することがない。そのため、ガスの分布が均一であ
る。また、前記独立通流溝部１４ａの凸部１６ａが延び
ているので、電極との接触面積が大きく、接触抵抗を小
さくすることができる。
【００４９】出口側通流溝部１２も同様に、コーナ部が
ないのでガス及び凝縮水が滞留せず、ガスの分布が均一
である。また、独立通流溝部１４ｅの凸部１６ｅが延び
ているので、接触抵抗を小さくすることができる。
ないのでガス及び凝縮水が滞留せず、ガスの分布が均一
である。また、独立通流溝部１４ｅの凸部１６ｅが延び
ているので、接触抵抗を小さくすることができる。
【００５０】図３は、本発明の第１実施例の自動車用固
体高分子電解質型燃料電池のセパレータの折り返し溝部
１３ｃ付近ｂの正面説明図である。
体高分子電解質型燃料電池のセパレータの折り返し溝部
１３ｃ付近ｂの正面説明図である。
【００５１】該折り返し溝部１３ｃと独立通流溝部１４
ｃの境界３２から通流溝１０の端６までの距離は、独立
通流溝部１４ｃと独立通流溝部１４ｄの間に設けられた
境界凸部１７ｃから離れるにつれて小さくなっている。
即ち、独立通流溝部１４ｃ、１４ｄの凸部１６ｃ、１６
ｄは、前記境界凸部１７ｃから離れるにつれて前記通流
溝１０の端６に近づくように延びている。前記折り返し
溝部１３ｃは、略三角形になっている。
ｃの境界３２から通流溝１０の端６までの距離は、独立
通流溝部１４ｃと独立通流溝部１４ｄの間に設けられた
境界凸部１７ｃから離れるにつれて小さくなっている。
即ち、独立通流溝部１４ｃ、１４ｄの凸部１６ｃ、１６
ｄは、前記境界凸部１７ｃから離れるにつれて前記通流
溝１０の端６に近づくように延びている。前記折り返し
溝部１３ｃは、略三角形になっている。
【００５２】前記独立通流溝部１４ｃから前記折り返し
溝部１３ｃに供給されたガスは、該折り返し溝部１３ｃ
格子状溝を通って前記独立通流溝部１４ｄに供給され
る。前記折り返し溝部１３ｃの境界凸部１７ｃから最も
遠いところでは前記通流溝１０の端５近くまで前記独立
通流溝部１４ｃ、１４ｄが延びているので、コーナ部が
存在せず、ガス及び凝縮水が滞留することがない。その
ため、ガスの分布が均一である。また、前記独立通流溝
部１４ｃ、１４ｄの凸部１６ｃ、１６ｄが延びているの
で、電極との接触面積が大きく、接触抵抗を小さくする
ことができる。
溝部１３ｃに供給されたガスは、該折り返し溝部１３ｃ
格子状溝を通って前記独立通流溝部１４ｄに供給され
る。前記折り返し溝部１３ｃの境界凸部１７ｃから最も
遠いところでは前記通流溝１０の端５近くまで前記独立
通流溝部１４ｃ、１４ｄが延びているので、コーナ部が
存在せず、ガス及び凝縮水が滞留することがない。その
ため、ガスの分布が均一である。また、前記独立通流溝
部１４ｃ、１４ｄの凸部１６ｃ、１６ｄが延びているの
で、電極との接触面積が大きく、接触抵抗を小さくする
ことができる。
【００５３】他の折り返し溝部１３ａ、１３ｂ、１３ｄ
も同様である。
も同様である。
【００５４】図４は、本発明の第２実施例の自動車用固
体高分子電解質型燃料電池のセパレータの折り返し溝部
付近の正面説明図である。通流溝２０の中間通流溝部
に、独立通流溝部２３、２４及び折り返し溝部２１が設
けられている。
体高分子電解質型燃料電池のセパレータの折り返し溝部
付近の正面説明図である。通流溝２０の中間通流溝部
に、独立通流溝部２３、２４及び折り返し溝部２１が設
けられている。
【００５５】前記独立通流溝部２３、２４と前記折り返
し溝部２１の境界３３から前記通流溝２０の端７までの
距離は、前記独立通流溝部２３と前記独立通流溝部２４
の間に設けられた境界凸部２５から離れるにつれて小さ
くなっている。即ち、独立通流溝部２３、２４の凸部２
３ａ、２４ａは、前記境界凸部２５から離れるにつれて
前記通流溝２０の端７に近づくように延びている。前記
折り返し溝部２１は、略半円形になっている。
し溝部２１の境界３３から前記通流溝２０の端７までの
距離は、前記独立通流溝部２３と前記独立通流溝部２４
の間に設けられた境界凸部２５から離れるにつれて小さ
くなっている。即ち、独立通流溝部２３、２４の凸部２
３ａ、２４ａは、前記境界凸部２５から離れるにつれて
前記通流溝２０の端７に近づくように延びている。前記
折り返し溝部２１は、略半円形になっている。
【００５６】前記独立通流溝部２３から前記折り返し溝
部２１に供給されたガスは、該折り返し溝部２１格子状
溝を通って前記独立通流溝部２４に供給される。前記折
り返し溝部２１の境界凸部２５から最も遠いところでは
前記通流溝２０の端７近くまで前記独立通流溝部２３、
２４が延びているので、コーナ部が存在せず、ガスが及
び凝縮水滞留することがない。そのため、ガスの分布が
均一である。また、前記独立通流溝部２３、２４の凸部
２３ａ、２４ａが延びているので、電極との接触面積が
大きく、接触抵抗を小さくすることができる。
部２１に供給されたガスは、該折り返し溝部２１格子状
溝を通って前記独立通流溝部２４に供給される。前記折
り返し溝部２１の境界凸部２５から最も遠いところでは
前記通流溝２０の端７近くまで前記独立通流溝部２３、
２４が延びているので、コーナ部が存在せず、ガスが及
び凝縮水滞留することがない。そのため、ガスの分布が
均一である。また、前記独立通流溝部２３、２４の凸部
２３ａ、２４ａが延びているので、電極との接触面積が
大きく、接触抵抗を小さくすることができる。
【００５７】
【発明の効果】以上のように、本発明は、電解質を挟持
する一対のガス拡散電極の該電解質と背向する一対の該
ガス拡散電極の面に燃料ガスまたは酸化剤ガスからなる
供給ガスをそれぞれの入口側から出口側に導く通流溝が
形成された一対の燃料電池用セパレータにおいて、少な
くとも一方の前記燃料電池用セパレータの前記通流溝
は、該入口側に位置する入口側通流溝部と該出口側に位
置する出口側通流溝部とそれらの間に位置する中間通流
溝部とからなり、該中間通流溝部は、一端側から他端側
に直線状の溝で形成される独立通流溝部と各端側で折り
返す折り返し溝部とからなり、該折り返し溝部が非連続
な溝形状であり、該折り返し溝部と前記独立通流溝部の
境界から前記通流溝の端までの距離が、前記独立通流溝
部間に設けられた境界凸部から離れるにつれて小さくな
っていることを特徴とする燃料電池用セパレータ及び電
解質を挟持したガス拡散電極を燃料電池用セパレータで
挟持した燃料電池であるので、燃料電池用セパレータの
前記入口側通流溝部、前記出口側通流溝部及び前記曲線
部にガス及び凝縮水が滞留する死角をなくし、ガスの分
布を均一にでき、電極との接触抵抗が小さいすることが
でき、燃料電池の出力性能を高くすることができる。
する一対のガス拡散電極の該電解質と背向する一対の該
ガス拡散電極の面に燃料ガスまたは酸化剤ガスからなる
供給ガスをそれぞれの入口側から出口側に導く通流溝が
形成された一対の燃料電池用セパレータにおいて、少な
くとも一方の前記燃料電池用セパレータの前記通流溝
は、該入口側に位置する入口側通流溝部と該出口側に位
置する出口側通流溝部とそれらの間に位置する中間通流
溝部とからなり、該中間通流溝部は、一端側から他端側
に直線状の溝で形成される独立通流溝部と各端側で折り
返す折り返し溝部とからなり、該折り返し溝部が非連続
な溝形状であり、該折り返し溝部と前記独立通流溝部の
境界から前記通流溝の端までの距離が、前記独立通流溝
部間に設けられた境界凸部から離れるにつれて小さくな
っていることを特徴とする燃料電池用セパレータ及び電
解質を挟持したガス拡散電極を燃料電池用セパレータで
挟持した燃料電池であるので、燃料電池用セパレータの
前記入口側通流溝部、前記出口側通流溝部及び前記曲線
部にガス及び凝縮水が滞留する死角をなくし、ガスの分
布を均一にでき、電極との接触抵抗が小さいすることが
でき、燃料電池の出力性能を高くすることができる。
【図１】本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解
質型燃料電池のセパレータの正面図
質型燃料電池のセパレータの正面図
【図２】本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解
質型燃料電池のセパレータの入口側通流溝部付近の正面
説明図
質型燃料電池のセパレータの入口側通流溝部付近の正面
説明図
【図３】本発明の第１実施例の自動車用固体高分子電解
質型燃料電池のセパレータの折り返し溝部付近の正面説
明図
質型燃料電池のセパレータの折り返し溝部付近の正面説
明図
【図４】本発明の第２実施例の自動車用固体高分子電解
質型燃料電池のセパレータの折り返し溝部付近の正面説
明図
質型燃料電池のセパレータの折り返し溝部付近の正面説
明図
【図５】従来技術の燃料電池用セパレータの曲線部付近
の正面説明図
の正面説明図
１…ガス入口マニホールド ２…ガス出口マニホールド ３…入口 ４…出口 ５、６、７…端 １０、２０…通流溝 １１…入口側通流溝部 １１ａ、、１２ａ、１５ａ〜１５ｄ 、２２ …凸部 １２…出口側通流溝部 １３ａ〜１３ｄ、２１…折り返し溝部 １４…中間通流溝部 １４ａ〜１４ｅ、２３、２４…独立通流溝部 １６ａ〜１６ｅ、２３ａ、２４ａ …凸部 １７ａ〜１７ｄ、２５…境界凸部 ３１〜３３…境界
Claims (7)
- 【請求項１】 電解質を挟持する一対のガス拡散電極の
該電解質と背向する一対の該ガス拡散電極の面に燃料ガ
スまたは酸化剤ガスからなる供給ガスをそれぞれの入口
側から出口側に導く通流溝が形成された一対の燃料電池
用セパレータにおいて、少なくとも一方の前記燃料電池
用セパレータの前記通流溝は、該入口側に位置する入口
側通流溝部と該出口側に位置する出口側通流溝部とそれ
らの間に位置する中間通流溝部とからなり、該中間通流
溝部は、一端側から他端側に直線状の溝で形成される独
立通流溝部と各端側で折り返す折り返し溝部とからな
り、該折り返し溝部が非連続な溝形状であり、該折り返
し溝部と前記独立通流溝部の境界から前記通流溝の端ま
での距離が、前記独立通流溝部間に設けられた境界凸部
から離れるにつれて小さくなっていることを特徴とする
燃料電池用セパレータ。 - 【請求項２】 前記入口側通流溝部が非連続な溝形状で
あり、該入口側通流溝部と前記独立通流溝部の境界から
前記通流溝の端までの距離が、入口から離れるにつれて
小さくなっていることを特徴とする請求項１記載の燃料
電池用セパレータ。 - 【請求項３】 前記出口側通流溝部が非連続な溝形状で
あり、該出口側通流溝部と前記独立通流溝部の境界から
前記通流溝の端までの距離が、出口から離れるにつれて
小さくなっていることを特徴とする請求項１記載の燃料
電池用セパレータ。 - 【請求項４】 前記非連続な溝形状が格子状溝であるこ
とを特徴とする請求項１ないし３記載の燃料電池用セパ
レータ。 - 【請求項５】 前記格子状溝により形成される凸部が、
四角形であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池
用セパレータ。 - 【請求項６】 前記格子状溝により形成される凸部が、
円形であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池用
セパレータ。 - 【請求項７】 電解質を挟持する一対のガス拡散電極の
該電解質と背向する一対の該ガス拡散電極の面に燃料ガ
スまたは酸化剤ガスからなる供給ガスをそれぞれの入口
側から出口側に導く通流溝が形成された一対の燃料電池
用セパレータで挟持した単電池セルを多数積層した燃料
電池において、少なくとも一方の前記燃料電池用セパレ
ータの前記通流溝は、該入口側に位置する入口側通流溝
部と該出口側に位置する出口側通流溝部とそれらの間に
位置する中間通流溝部とからなり、該中間通流溝部は、
一端側から他端側に直線状の溝で形成される独立通流溝
部と各端側で折り返す折り返し溝部とからなり、該折り
返し溝部が非連続な溝形状であり、該折り返し溝部と前
記独立通流溝部の境界から前記通流溝の端までの距離
が、前記独立通流溝部間に設けられた境界凸部から離れ
るにつれて小さくなっていることを特徴とする燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33787598A JP4120072B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 固体高分子電解質型燃料電池用セパレータ及び固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33787598A JP4120072B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 固体高分子電解質型燃料電池用セパレータ及び固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000164230A true JP2000164230A (ja) | 2000-06-16 |
| JP4120072B2 JP4120072B2 (ja) | 2008-07-16 |
Family
ID=18312822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33787598A Expired - Fee Related JP4120072B2 (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 固体高分子電解質型燃料電池用セパレータ及び固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4120072B2 (ja) |
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-
1998
- 1998-11-27 JP JP33787598A patent/JP4120072B2/ja not_active Expired - Fee Related
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