JP2000182631A - 燃料電池用のセパレータ - Google Patents
燃料電池用のセパレータInfo
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
するセパレータを提供する。 【解決手段】 セパレータ20の表面に流路形成リブ3
4,36,38により形成される二つのU字型の流路の
屈曲部に、等間隔のコの字型の複数の溝を形成するコの
字型の屈曲部リブ42a〜42d,44a〜44cを形
成する。この屈曲部リブ42a〜42d,44a〜44
cにより、燃料ガスや酸化ガスが屈曲部の内周側に片寄
って流れるのを防止し、外周側にも十分に流れるように
することができる。この結果、燃料電池スタックを構成
した際には、燃料ガスや酸化ガスを電極により均等に供
給することができる。
Description
レータに関し、詳しくは、電極や他の部材と共に燃料ガ
スや酸化ガスまたは冷却媒体等の流体の流路を形成する
複数の凸部を有し、この電極等と積層されて燃料電池ス
タックを形成した際に単位セル間の隔壁をなす燃料電池
用のセパレータに関する。
としては、図6の従来例のセパレータ320として示さ
れるように、ガス拡散電極(図示せず)とにより形成さ
れる燃料ガスや酸化ガスの流路を、流路形成リブ33
4,336,338により全体としては二つのU字型状
とし、その直線部分については複数の直線リブ340に
より流路をガイドし、流向の変化する部位(すなわち、
U字型の流路の屈曲部)については断面が略正方形の複
数の凸部342,344によりガスの方向性に対する自
由度を大きくして燃料ガスや酸化ガスの流向を変化させ
るものが提案されている(例えば、特開平10−106
594号公報など)。この従来例のセパレータ320に
よれば、このように燃料ガスや酸化ガスの流路を二つの
U字型状とすることにより、ガス拡散電極全体に燃料ガ
スや酸化ガスをより均等に供給することができるとされ
ている。
来例のセパレータ320では、燃料ガスや酸化ガスの流
向が変化する部位において、ガスは、流向の変化の内周
側を多く流れ、その外周側についてはあまり流れないと
いった問題が生じていた。この問題は燃料ガスや酸化ガ
スのガス拡散電極への均等な供給を阻害するものである
から、燃料電池の性能を十分に発揮させることができな
いという問題をも生じさせる。
て冷却媒体の流路を形成した場合には、冷却媒体がセパ
レータ内に均等に流れないことによって生じるセパレー
タの温度分布の問題、すなわち、温度分布を生じること
による燃料電池の性能の低下の問題として把握される。
した問題を解決し、燃料ガスや酸化ガスをより均等に電
極に供給すること又は冷却媒体をセパレータ内により均
等に流すことを目的とする。
発明の燃料電池用のセパレータは、上述の目的を達成す
るために以下の手段を採った。
や他の部材と共に燃料ガスや酸化ガスまたは冷却媒体等
の流体の流路を形成する複数の凸部を有し、前記電極等
と積層されて燃料電池スタックを形成した際に単位セル
間の隔壁をなす燃料電池用のセパレータであって、少な
くとも一つの前記流体の流向を変化させる部位における
前記凸部は、前記流体の流向に沿って少なくとも該部位
の前後に亘って一体的に形成されてなることを要旨とす
る。
タでは、少なくとも一つの凸部が流体の流向を変化させ
る部位の前後に亘って一体的に形成されているから、流
体を、流向の変化の内周側や外周側に関わらずより均等
に流すことができる。この結果、流体が燃料ガスや酸化
ガスの場合には、これらのガスを電極により均等に供給
することができ、燃料電池の性能を向上させることがで
きる。また、流体が冷却媒体の場合には、セパレータに
おける温度分布を小さくすることができ、燃料電池の性
能を向上させることができる。
おいて、流体の流向を変化させる部位は流向を180度
変化させる部位であり、流体の流向を変化させる部位に
おける凸部はコの字型に形成されてなるものとすること
もできる。また、本発明の燃料電池のセパレータにおい
て、流体の流向を変化させる部位における凸部は、流向
の変化の内周側に位置するほど流れに対して上流側から
一体的に形成されてなるものとすることもできる。この
ように、流体の流向を変化させる部位における凸部は、
流体のセパレータ内における流向や流れ密度などに合わ
せて形成することができる。
例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例である
燃料電池用のセパレータ20の概略構成を示す構成図で
ある。このセパレータ20は、ガス不透過の緻密性カー
ボンにより形成されている。図示するように、セパレー
タ20の各辺の近くには、燃料ガス(例えば、水素を含
有する水素リッチガス等)をセパレータ20の表面に導
入するための燃料ガス導入孔22と、燃料ガスを他の単
位セルと連絡するための燃料ガス連絡孔23と、燃料ガ
スをセパレータ20から排出するための燃料ガス排出孔
24と、酸化ガス(例えば、酸素を含有する空気等)を
図示しないセパレータ20の裏面に導入するための酸化
ガス導入孔26と、酸化ガスを他の単位セルと連絡する
ための酸化ガス連絡孔27と、この酸化ガスをセパレー
タ20から排出するための酸化ガス排出孔28と、冷却
水の水路を形成する冷却水孔30および32とが形成さ
れている。これらの各孔は、図示しないが、積層して燃
料電池スタックを形成した際には、燃料電池スタック内
に積層方向の燃料ガスや酸化ガスあるいは冷却水の流入
または排出のための流路が形成され、燃料電池スタック
内の各セルに燃料ガスや酸化ガスが供給され、燃料電池
スタックを冷却するために規則的に積層された各冷却部
材に冷却水が供給されるようになっている。
孔22から導入された燃料ガスが全体としてU字型に流
れて燃料ガス連絡孔23に至り、この燃料ガス連絡孔2
3から同様にU字型に流れて燃料ガス排出孔24へ排出
される流路を形成する3本の流路形成リブ34,36,
38が形成されている。この3本の流路形成リブ34,
36,38により形成された二つのU字型の流路の直線
部分には断面が正方形の複数の凸部40が形成されてお
り、燃料ガスの電極への効率的な拡散と電極との十分な
接触を確保している。二つのU字型の流路における屈曲
部には、等間隔の複数の溝を形成するコの字型の屈曲部
リブ42a〜42d,44a〜44cが形成されてお
り、燃料ガスが屈曲部の内周側に片寄って流れるのを防
止し、外周側にも燃料ガスが均等に流れるようにされて
いる。なお、屈曲部において、外周側になるほど外周側
の屈曲部リブ(例えば屈曲部リブ42dや44c)の上
流側の端部を内周側の屈曲部リブ(例えば屈曲部リブ4
2aや44a)のそれより下流側になるよう形成してい
るのは、燃料ガスが外周部ほど流れ込みやすいようにす
るためである。これは、各屈曲部リブにより形成される
各溝の長さや各溝から電極に供給される燃料ガスの量、
更に流体力学的な燃料ガスの流れやすさを勘案すると、
外周側の溝ほど燃料ガスをより多く流す必要があるから
である。
が、酸化ガス導入孔26から導入された酸化ガスが酸化
ガス連絡孔27を経由して酸化ガス排出孔28へ排出さ
れる二つのU字型の流路が、図1に例示するセパレータ
20の表示面における燃料ガスの二つのU字型の流路と
同様に形成されている。したがって、セパレータ20の
裏面の構成については説明が重複するので省略する。
0は、図2に固体高分子型燃料電池の単位セルの構成図
として例示するセルを構成する電解質膜50と燃料ガス
側の電極52と酸化ガス側の電極54と共に積層されて
燃料電池スタック(図示せず)を構成する。なお、図2
に例示する単位セルは、電解質膜50はフッ素系樹脂等
の固体高分子材料により形成されたプロトン導電性の膜
体により形成されており、電極52および54は白金ま
たは白金と他の金属からなる合金の触媒が練り込められ
たカーボンクロスにより形成されている。
例示する従来例のセパレータ320とを用いて図2に例
示する燃料電池スタックの単位セルを構成したときの各
単位セルの性能を単位セルの電流密度と電圧との関係で
示すグラフである。曲線Aは実施例のセパレータ20を
用いた単位セルの性能を表し、曲線Cは従来例のセパレ
ータ320を用いた単位セルの性能を表す。図示するよ
うに、実施例のセパレータ20を用いた単位セルは、電
流密度の全般で従来例のセパレータ320を用いた単位
セルより良い性能を示し、特に電流密度の高い領域にお
いて顕著な性能の向上が見られる。
れば、二つのU字型の流路における屈曲部にコの字型の
屈曲部リブ42a〜42d,44a〜44cを形成する
ことにより、燃料ガスや酸化ガスが屈曲部の内周側に片
寄って流れるのを防止し、外周側にも十分に流れるよう
にすることができる。この結果、燃料電池スタックを構
成した際には、燃料ガスや酸化ガスを電極52や54に
より均等に供給することができ、燃料電池の性能を向上
させることができる。また、屈曲部における外周側の屈
曲部リブの上流側の端部を内周側の屈曲部リブのそれよ
り下流側になるよう形成することにより、燃料ガスや酸
化ガスを外周部ほど流れ込みやすくすることができる。
この結果、外周部に必要な量の燃料ガスや酸化ガスを供
給することができ、燃料電池の性能を更に向上させるこ
とができる。
型の流路の屈曲部における外周側の屈曲部リブの上流側
の端部を内周側の屈曲部リブのそれより下流側になるよ
う形成したが、図4の変形例の屈曲部リブ142a〜1
42dに例示するように、屈曲部における外周側の屈曲
部リブの上流側の端部を内周側の屈曲部リブのそれと同
じ位置となるよう形成しても差し支えない。この変形例
のセパレータを用いて単位セルを構成した際の単位セル
の性能を図3の曲線Bとして示す。図示するように、変
形例のセパレータを用いた単位セルは、実施例のセパレ
ータ20ほどではないが、従来例のセパレータ320を
用いた単位セルに比して著しい性能の向上が見られる。
型の流路における屈曲部に等間隔のコの字型の複数の溝
を形成するようコの字型の屈曲部リブ42a〜42d,
44a〜44cを形成したが、屈曲部の外周側に形成さ
れる直線部については一体の連続したリブによってコの
字型に形成する必要はなく、図5の変形例の屈曲部リブ
242a〜242dに例示するように、コの字型の直線
部においては複数の凸部243を形成するものとしても
かまわない。
供給するための流路について本発明を適用したが、燃料
電池スタックを冷却するためにスタック内に規則的に積
層される冷却部材における冷却媒体(例えば、水)の流
路について適用するものとしても良い。こうすれば、冷
却部材内を冷却媒体がより均等に流れることにより冷却
部材の温度分布を小さくすることができ、この結果、燃
料電池の性能を向上させることができる。
を用いて説明したが、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、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
ータ20の概略構成を示す構成図である。
型燃料電池を構成した際の単位セルの概略構成を例示す
る構成図である。
れた燃料電池スタックの単位セルの電流密度と電圧との
関係で示すグラフである。
す説明図である。
す説明図である。
構成図である。
ガス連絡孔、24 燃料ガス排出孔、26 酸化ガス導
入孔、27 酸化ガス連絡孔、28 酸化ガス排出孔、
30,32 冷却水孔、34,36,38 流路形成リ
ブ、40 凸部、42a〜42d 屈曲部リブ、44a
〜44c 屈曲部リブ、50 電解質膜、52,54
電極、142a〜142d 屈曲部リブ、242a〜2
42d屈曲部リブ、243 凸部、320 従来例のセ
パレータ、334,336,338 流路形成リブ、3
40 直線リブ、342,344 凸部。
Claims (3)
- 【請求項1】 電極や他の部材と共に燃料ガスや酸化ガ
スまたは冷却媒体等の流体の流路を形成する複数の凸部
を有し、前記電極等と積層されて燃料電池スタックを形
成した際に単位セル間の隔壁をなす燃料電池用のセパレ
ータであって、 少なくとも一つの前記流体の流向を変化させる部位にお
ける前記凸部は、前記流体の流向に沿って少なくとも該
部位の前後に亘って一体的に形成されてなるセパレー
タ。 - 【請求項2】 請求項1記載のセパレータであって、 前記流体の流向を変化させる部位は、流向を180度変
化させる部位であり、 前記流体の流向を変化させる部位における前記凸部は、
コの字型に形成されてなるセパレータ。 - 【請求項3】 前記流体の流向を変化させる部位におけ
る前記凸部は、該流向の変化の内周側に位置するほど該
流れに対して上流側から一体的に形成されてなる請求項
1または2記載のセパレータ。
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1998
- 1998-12-18 JP JP36115098A patent/JP4045678B2/ja not_active Expired - Fee Related
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