JP2000182636A - Fuel cell separator and fuel cell - Google Patents
Fuel cell separator and fuel cellInfo
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- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池用セパレー
タ及び燃料電池に関する。The present invention relates to a fuel cell 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化
学反応で発電し、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 are attracting attention as clean power generation devices that generate electricity by an electrochemical reaction using hydrogen and oxygen and do not emit any waste other than water. It is seen as a clean car. Among the above fuel cells, a solid polymer electrolyte fuel cell operates at a low temperature and is most promising for automobiles.
【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を多数積層して構成され
る。ガス通路板一体型セパレータの場合では、セパレー
タは電池における集電板、ガス透過遮断板の役割を果た
すほか、活物質としての燃料ガスと酸化剤ガスを配流す
るガス通路板、反応生成熱を交換するための冷却剤を配
流する冷却剤通路板の役割をも果たす。[0004] A solid polymer electrolyte fuel cell is constituted by stacking a large number of unit cells in which a joined body in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two electrodes is sandwiched by separators. In the case of the gas passage plate integrated type separator, the separator functions as a current collector plate and a gas permeation blocking plate in the battery, and also exchanges gas passage plates for distributing fuel gas and oxidizing gas as active materials, and exchanges heat of reaction. Also serves as a coolant passage plate for distributing a coolant for cooling.
【０００５】また、固体高分子電解質型燃料電池は、一
般的に炭化水素系燃料と水を改質して燃料ガスを製造す
る改質装置が設けられている。前記改質装置が設けられ
た燃料電池は、燃料の可搬性、補充性に優れているので
自動車等車載用燃料電池として有望視されている。A solid polymer electrolyte fuel cell is generally provided with a reformer for reforming a hydrocarbon fuel and water to produce a fuel gas. A fuel cell provided with the reforming device is considered to be promising as a fuel cell for in-vehicle use such as automobiles because of its excellent fuel portability and replenishability.
【０００６】前記燃料ガスは、燃料電池の反応で使用さ
れる水素以外に、反応には使用されない窒素や二酸化炭
素を含んでいる。一方、酸化剤ガスとしては、一般的に
空気が使用される。空気は、燃料電池の反応で使用され
る酸素以外に、反応には使用されない窒素を含んでい
る。以後、燃料ガス、酸化剤ガスを供給ガスとよび、水
素、酸素を反応ガスとよぶ。供給ガスが反応ガス濃度１
００％でないとき、その反応ガス濃度の分布が燃料電池
の性能に影響する。[0006] The fuel gas contains nitrogen and carbon dioxide not used in the reaction, in addition to hydrogen used in the reaction of the fuel cell. On the other hand, air is generally used as the oxidizing gas. The air contains nitrogen that is not used in the reaction, in addition to the oxygen used in the fuel cell reaction. Hereinafter, the fuel gas and the oxidizing gas are referred to as supply gases, and the hydrogen and oxygen are referred to as reaction gases. Supply gas is reaction gas concentration 1
When it is not 00%, the distribution of the reaction gas concentration affects the performance of the fuel cell.
【０００７】ガス通路板の役割を果たすために設けられ
た前記セパレータのガス通路は、同時に反応生成水、ガ
ス中の残留水を燃料電池の外に運び出す役割を果たす。
燃料電池の電気特性が、ガスの温度、圧力、濃度に依存
する一方、電極または前記ガス通路における水づまりに
よるガス通路不順にも影響されて低下する。従って、燃
料電池へのガスの配流状態が燃料電池の電気特性を左右
する。[0007] The gas passage of the separator provided to serve as a gas passage plate serves to simultaneously carry out the reaction product water and the residual water in the gas to the outside of the fuel cell.
While the electrical characteristics of the fuel cell depend on the temperature, pressure and concentration of the gas, the electrical characteristics of the gas or the gas passage deteriorate due to irregularities in the gas passage due to water clogging. Therefore, the distribution state of the gas to the fuel cell affects the electric characteristics of the fuel cell.
【０００８】従来技術１として、特開平６−３３３５９
０号公報には、一端側から他端側に直線的に延びるスト
ライプ状になっている通流溝が設けられた燃料電池用セ
パレータが開示されている。As prior art 1, Japanese Patent Laid-Open No. 6-33359
No. 0 discloses a fuel cell separator provided with a stripe-shaped flow groove extending linearly from one end to the other end.
【０００９】従来技術２として、ＵＳＰ−５５２１０１
８には、入口から出口へ折り返し部を有する連続した一
本の通路になっている通流溝が設けられた燃料電池用セ
パレータが開示されている。As prior art 2, USP-552101
No. 8 discloses a fuel cell separator provided with a continuous flow passage which forms a continuous single passage having a folded portion from an inlet to an outlet.
【００１０】従来技術３として、特開平７−２８８１３
３号公報には、通流溝の入口から中途部に、当接する電
極の表面部分を隔てる側路を形成した燃料電池用セパレ
ータが開示されている。As prior art 3, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-28813
No. 3 discloses a fuel cell separator in which a bypass is formed at a halfway portion from the entrance of the flow groove to separate the surface portion of the contacting electrode.
【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、一端側から他端側に一方向にガスが通流するガ
ス通流溝であるので、ガスの圧力勾配の設計も通路の長
さが通路板の縦幅に規定されているので、電極内、また
はガス通流溝上で起った水づまりをガスの温度勾配、圧
力勾配などの熱力学的な要素を制御することで解消する
のは、困難である。However, since the prior art 1 is a gas flow groove in which gas flows in one direction from one end to the other end, the pressure gradient of the gas is designed to have a length equal to the length of the passage. Is defined by the vertical width of the passage plate, so it is possible to eliminate water clogging that occurs in the electrode or on the gas flow groove by controlling thermodynamic factors such as gas temperature gradient and pressure gradient. ,Have difficulty.
【００１２】また従来技術２は、圧力設計という面で従
来技術１のような難点は避けられるが、ガス導入マニホ
ールドとガス排出マニホールドがそれぞれ一つしかない
ため、大面積の電極の場合、一本のガス流路を供給ガス
中の反応ガス（水素又は酸素）が使用されながら通流す
るので、ガス流路に沿う反応ガスの濃度勾配が大きくな
る。前記濃度勾配により燃料電池の出力電圧が低下する
問題がある。The prior art 2 can avoid the difficulty of the prior art 1 in terms of pressure design, but has only one gas introduction manifold and one gas discharge manifold. Since the reactant gas (hydrogen or oxygen) in the supply gas flows through the gas flow path, the concentration gradient of the reaction gas along the gas flow path increases. There is a problem that the output voltage of the fuel cell decreases due to the concentration gradient.
【００１３】更に、従来技術１と２は、反応ガス、冷却
剤の導入口、排出口、或いはそのマニホールドが、それ
ぞれに一つしかないので、ガス流路、または冷却剤流路
が、導入口から排出口に向かて一つしかないため、酸化
剤ガス中の生成水の濃度勾配が大きく、水づまりの問題
が解消できない。また、前記生成水の濃度勾配は、固体
高分子電解質膜の面方向における最適な湿潤状態を確保
するの上で不適である。Further, in the prior arts 1 and 2, there is only one inlet and outlet for the reactant gas and the coolant, or each of the manifolds. Since there is only one from the outlet to the outlet, the concentration gradient of the generated water in the oxidizing gas is large, and the problem of water clogging cannot be solved. Further, the concentration gradient of the produced water is not suitable for securing an optimal wet state in the plane direction of the solid polymer electrolyte membrane.
【００１４】冷却剤は、電極の反応熱を吸収し、電極の
温度を冷却するためのものである。冷却剤の流路が一本
しかない場合は、通流するにつれて冷却剤の温度が上昇
し、冷却剤流路に沿う方向に電極面に温度勾配ができる
問題がある。前記温度勾配により燃料電池の出力電圧が
低下する。The coolant absorbs the reaction heat of the electrode and cools the temperature of the electrode. When there is only one coolant channel, the temperature of the coolant rises as the coolant flows, and there is a problem that a temperature gradient is formed on the electrode surface in a direction along the coolant channel. The output voltage of the fuel cell decreases due to the temperature gradient.
【００１５】従来技術３は、通流溝の電極の表面部分を
隔てる側路を流れてきたガスが有効に使用されない恐れ
がある。また、形状が複雑なため、加工が困難である。In the prior art 3, there is a possibility that the gas flowing through the bypass separating the surface portion of the electrode of the flow groove may not be used effectively. In addition, since the shape is complicated, processing is difficult.
【００１６】図９は、従来技術３の燃料電池用セパレー
タの断面説明図である。電解質９３は、電極９１、９２
により挟持されている。燃料電池用セパレータ１００
は、前記電極９２の前記電解質９３に背向する面に当接
して設けられている。前記燃料電池用セパレータ１００
のガス通流溝の入口側に属する半分は、遮蔽板９４によ
り上下二層の側路に分かれている。その上側即ち電極の
表面部分と接する側路が上部層流路９５であり、下側即
ち一方の電極の表面部分を隔てる側路が下部層流路９６
である。FIG. 9 is an explanatory sectional view of a fuel cell separator according to prior art 3. As shown in FIG. Electrolyte 93 includes electrodes 91 and 92
It is pinched by. Fuel cell separator 100
Is provided in contact with the surface of the electrode 92 facing the electrolyte 93. The fuel cell separator 100
The half that belongs to the inlet side of the gas flow groove is divided into two upper and lower sideways by a shielding plate 94. The upper side, that is, the side path in contact with the surface portion of the electrode is the upper layer flow path 95, and the lower side, that is, the side path separating the surface part of one electrode, is the lower layer flow path 96.
It is.
【００１７】入口から通流溝に供給されたガスは、前記
遮蔽板９４の入口側の端である分岐部９８により分岐さ
れ、前記上部層流路９５と前記下部層流路９６に分かれ
て通流する。前記上部層流路９５を通流するガスは、そ
のガス中の反応ガス（水素又は酸素）が電極反応に使わ
れながら通流し、反応ガス濃度が低い使用済みガスとな
る。前記下部層流路９６を通流するガスは、未使用のま
ま通流する。The gas supplied from the inlet to the flow groove is branched by a branch portion 98 at the end of the shield plate 94 on the inlet side, and is separated into the upper layer flow path 95 and the lower layer flow path 96. Shed. The gas flowing through the upper layer channel 95 flows while the reaction gas (hydrogen or oxygen) in the gas is used for the electrode reaction, and becomes a used gas having a low reaction gas concentration. The gas flowing through the lower layer channel 96 flows unused.
【００１８】前記遮蔽板９４の入口側と反対の端である
合流部９７で、前記上部層流路９５と前記下部層流路９
６を通流してきたガスが合流する。合流したガスは、前
記上部層流路９５を通流してきた使用済みガスと前記下
部層流路９６を通流してきた未使用ガスの混合ガスであ
る。その反応ガス濃度は入口から供給されたガスの反応
ガス濃度より低くなっている。このため、前記合流部９
７より下流側での反応ガス濃度が低くなる問題がある。At the junction 97 opposite to the entrance side of the shielding plate 94, the upper layer flow path 95 and the lower layer flow path 9 are formed.
The gas flowing through 6 merges. The merged gas is a mixed gas of a used gas flowing through the upper layer flow path 95 and an unused gas flowing through the lower layer flow path 96. The reaction gas concentration is lower than the reaction gas concentration of the gas supplied from the inlet. For this reason, the junction 9
There is a problem that the concentration of the reaction gas on the downstream side from 7 becomes low.
【００１９】本発明は上記課題を解決したもので、水づ
まりが起きにくく、電極面の反応ガス濃度差を小さくで
き、電極面の温度差を小さくできる燃料電池用セパレー
タ及び出力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 has a fuel cell separator which is less likely to cause water clogging, can reduce the difference in the concentration of reactant gas on the electrode surface, and can reduce the temperature difference on the electrode surface, and has high output performance and high reliability Provides a high fuel cell.
【００２０】[0020]
【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
持する一対の電極の該電解質と背向する一対の該電極の
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ガス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
の供給ガスの前記ガス通流溝が二つ以上、互いに独立し
て設けられていることを特徴とする燃料電池用セパレー
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 sandwiches an electrolyte. For a pair of fuel cells, a gas flow groove for guiding a supply gas comprising a fuel gas or an oxidizing gas from an inlet side to an outlet side is formed on a surface of the pair of electrodes facing the electrolyte of the pair of electrodes. A fuel cell separator, wherein two or more gas flow grooves for at least one supply gas are provided independently of each other in the separator.
【００２１】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.
【００２２】即ち、二つ以上のガス通流溝を設けること
により、電極面での反応ガス濃度分布を制御することが
できるので、該電極面の反応ガスの濃度差を小さくする
ことができる。また、ガス中に含まれる水蒸気が同一通
路を一度に流れないので、水蒸気の排出を容易にし、水
づまりを起きにくくすることができる。That is, by providing two or more gas flow grooves, the concentration distribution of the reaction gas on the electrode surface can be controlled, so that the difference in the concentration of the reaction gas on the electrode surface can be reduced. In addition, since the water vapor contained in the gas does not flow through the same passage at one time, the discharge of the water vapor is facilitated, and it is possible to reduce the possibility of water clogging.
【００２３】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、電解質を挟持する一対の電極
の該電解質と背向する一対の該電極と背向する面に冷却
剤をそれぞれの入口側から出口側に導く冷却剤通流溝が
形成された燃料電池用セパレータにおいて、前記冷却剤
通流溝が二つ以上、互いに独立して設けられていること
を特徴とする燃料電池用セパレータである。In order to solve the above-mentioned technical problem, the technical means (hereinafter referred to as the second technical means) taken in claim 2 of the present invention comprises an electrolyte of a pair of electrodes sandwiching the electrolyte. And a pair of electrodes opposed to each other, and a coolant passage groove formed on a surface opposed to the electrode to guide coolant from an inlet side to an outlet side. As described above, the fuel cell separator is provided independently of each other.
【００２４】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 effect of the second technical means is as follows.
【００２５】即ち、二つ以上の冷却剤通流溝を設けるこ
とにより、電極面での冷却剤温度分布を制御することが
できるので、該電極面の温度差を小さくすることができ
る。That is, by providing two or more coolant flow grooves, the coolant temperature distribution on the electrode surface can be controlled, so that the temperature difference between the electrode surfaces can be reduced.
【００２６】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、前記燃料電池用セパレータに
一対の入口、出口を設け、該入口及び出口が前記通流溝
と連結されていることを特徴とする請求項１、２記載の
燃料電池用セパレータである。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 pair of inlets in the fuel cell separator, 3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein an outlet is provided, and the inlet and the outlet are connected to the flow groove.
【００２７】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.
【００２８】即ち、前記入口、出口により形成される入
口マニホールド、出口マニホールドが一つであるので、
前記マニホールド内のガス、冷却剤の流体抵抗を小さく
できる。That is, since there is one inlet manifold and one outlet manifold formed by the inlet and the outlet,
The fluid resistance of the gas and the coolant in the manifold can be reduced.
【００２９】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、前記燃料電池用セパレータに
二対以上の入口、出口を設け、該入口及び出口が少なく
とも一つの前記通流溝と連結されていることを特徴とす
る請求項１、２記載の燃料電池用セパレータである。In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as fourth technical means) taken in claim 4 of the present invention is characterized in that two or more pairs of the fuel cell separator are provided. 3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein an inlet and an outlet are provided, and the inlet and the outlet are connected to at least one of the flow grooves.
【００３０】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.
【００３１】即ち、複数の入口、出口により、流体の流
量を個別に制御することができるので、反応ガス濃度分
布、電極面の温度分布を更に均一にできる。That is, since the flow rate of the fluid can be individually controlled by the plurality of inlets and outlets, the reaction gas concentration distribution and the electrode surface temperature distribution can be made more uniform.
【００３２】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、前記通流溝は、入口側に位置
する入口側通流溝部と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、互い
に独立した複数の前記通流溝の前記中間通流溝部が、入
口から出口に向かう方向に並列に設けられていることを
特徴とする請求項１、２記載の燃料電池用セパレータで
ある。In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as fifth technical means) taken in claim 5 of the present invention is such that the flow groove is located on the inlet side. An inlet-side communication groove portion, an outlet-side communication groove portion located on the outlet side, and an intermediate communication groove portion located therebetween, and the intermediate communication groove portions of the plurality of independent communication grooves are provided at the inlet. 3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the fuel cell separator is provided in parallel in a direction from the outlet to the outlet.
【００３３】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the fifth technical means are as follows.
【００３４】即ち、入口から出口に向かう方向に複数の
通流溝があり、一つの通流溝が短いので、通流方向に沿
う反応ガスの濃度差を小さく、通流方向に沿う電極面の
温度差を小さくできる。また、前記通流溝が短いので、
ガス中の水蒸気を速く排出でき、万一凝縮しても凝縮水
をすぐ排出することができる。That is, since there are a plurality of flow grooves in the direction from the inlet to the outlet and one flow groove is short, the difference in the concentration of the reaction gas along the flow direction is small, and the electrode surface along the flow direction is small. Temperature difference can be reduced. Also, since the flow groove is short,
Water vapor in the gas can be quickly discharged, and even if condensed, condensed water can be immediately discharged.
【００３５】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、前記通流溝は、入口側に位置
する入口側通流溝部と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、互い
に独立した複数の前記通流溝の前記中間通流溝部が、入
口から出口に向かう方向の前後に設けられていることを
特徴とする請求項１、２記載の燃料電池用セパレータで
ある。In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as sixth technical means) taken in claim 6 of the present invention is such that the flow groove is located on the inlet side. An inlet-side communication groove portion, an outlet-side communication groove portion located on the outlet side, and an intermediate communication groove portion located therebetween, and the intermediate communication groove portions of the plurality of independent communication grooves are provided at the inlet. 3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the separator is provided before and after in a direction toward the outlet from the fuel cell.
【００３６】上記第６の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the sixth technical means are as follows.
【００３７】即ち、入口から出口に向かう方向の前後の
反応ガスの濃度差を小さく、電極面の温度差を小さくで
きる。また、前記通流溝が短いので、ガス中の水蒸気を
速く排出でき、万一凝縮しても凝縮水をすぐ排出するこ
とができる。That is, the difference in the concentration of the reaction gas before and after in the direction from the inlet to the outlet can be reduced, and the temperature difference between the electrode surfaces can be reduced. Further, since the flow groove is short, water vapor in the gas can be quickly discharged, and even if condensed, condensed water can be discharged immediately.
【００３８】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、前記通流溝は、前記入口側に
位置する入口側通流溝部と前記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延びる独立通
流溝部と各端側で折り返す折り返し溝部とからなり、互
いに独立した複数の前記通流溝の、少なくとも一つの折
り返し溝部を含む前記独立通流溝部が、入口から出口に
向かう方向に交互に設けられていることを特徴とする請
求項１、２記載の燃料電池用セパレータである。In order to solve the above-mentioned technical problem, the technical means (hereinafter referred to as seventh technical means) taken in claim 7 of the present invention is such that the flow groove is provided on the inlet side. An inlet-side communication groove, an outlet-side communication groove located on the outlet side, and an intermediate communication groove located therebetween. The intermediate communication groove extends from one end to the other end. A plurality of the independent flow grooves, each including a flow groove portion and a return groove portion turned back at each end side, wherein the independent flow groove portions including at least one return groove portion are provided alternately in a direction from an inlet to an outlet. 3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein:
【００３９】上記第７の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the seventh technical means are as follows.
【００４０】即ち、反応ガス濃度のほぼ同じ供給ガスが
入口から出口に向かう方向に交互に供給されるので、反
応ガスの濃度差を小さくできる。また、温度のほぼ同じ
冷却剤が入口から出口に向かう方向に交互に供給される
ので、電極面の温度差を小さくできる。That is, since the supply gases having substantially the same reaction gas concentration are alternately supplied in the direction from the inlet to the outlet, the difference in the concentration of the reaction gas can be reduced. Further, since coolants having substantially the same temperature are alternately supplied in a direction from the inlet to the outlet, the temperature difference between the electrode surfaces can be reduced.
【００４１】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項８において講じた技術的手段（以下、第８の技
術的手段と称する。）は、前記通流溝の少なくとも一つ
の入口が燃料電池用セパレータの一方の端部に設けら
れ、残りの前記通流溝の入口が前記燃料電池用セパレー
タの他方の端部に設けられてい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。In order to solve the above technical problem, a technical means (hereinafter referred to as an eighth technical means) taken in claim 8 of the present invention is characterized in that at least one inlet of the flow groove is provided. 5. The fuel cell separator according to claim 4, wherein the fuel cell separator is provided at one end of the fuel cell separator, and the inlet of the remaining flow groove is provided at the other end of the fuel cell separator. It is a separator.
【００４２】上記第８の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the eighth technical means are as follows.
【００４３】即ち、ガス或いは冷却剤を、流れる方向が
互いに反対に流すことができるので、反応ガスの濃度
差、電極面の温度差を更に小さくできる。That is, since the gas or the coolant can flow in the opposite directions, the difference in the concentration of the reaction gas and the difference in the temperature of the electrode surface can be further reduced.
【００４４】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項９において講じた技術的手段（以下、第９の技
術的手段と称する。）は、電解質を挟持する一対の電極
の該電解質と背向する一対の該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
出口側に導くガス通流溝が形成され、一部は前記電極と
背向する面に冷却剤をそれぞれの入口側から出口側に導
く冷却剤通流溝が形成された一対の燃料電池用セパレー
タで前記電解質を挟持した電極を挟んだ単電池セルを多
数積層した燃料電池において、前記ガス通流溝、前記冷
却剤通流溝の少なくとも一つが複数の通流溝で形成され
ていることを特徴とする燃料電池である。In order to solve the above-mentioned technical problem, the technical means (hereinafter referred to as ninth technical means) taken in claim 9 of the present invention is a method of forming a pair of electrodes sandwiching an electrolyte. A gas flow groove for guiding a supply gas composed of a fuel gas or an oxidizing gas from an inlet side to an outlet side is formed on a surface of the pair of electrodes facing away from each other, and a part thereof is formed on a surface facing the electrode. In a fuel cell in which a plurality of unit cells are stacked with electrodes sandwiching the electrolyte sandwiched between a pair of fuel cell separators formed with a coolant flow groove for guiding a coolant from an inlet side to an outlet side thereof, A fuel cell, wherein at least one of the communication groove and the coolant communication groove is formed by a plurality of communication grooves.
【００４５】上記第９の技術的手段による効果は、以下
のようである。The effects of the ninth technical means are as follows.
【００４６】即ち、電極面における反応ガスの濃度差が
小さく、電極面の温度差が小さいセパレータ構造である
ので、出力性能が高い燃料電池ができる。また、水づま
りが起きにくいセパレータ構造であるので、信頼性が高
い燃料電池ができる。That is, since the separator structure has a small difference in the concentration of the reactant gas on the electrode surface and a small temperature difference on the electrode surface, a fuel cell having high output performance can be obtained. In addition, since the separator structure is less likely to be clogged with water, a highly reliable fuel cell can be obtained.
【００４７】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項１０において講じた技術的手段（以下、第１０
の技術的手段と称する。）は、前記単電池セルが積層さ
れたときに、前記入口、出口がそれぞれ一つのマニホー
ルドを形成し、前記単電池セルの積層体を挟持するプレ
ッシャプレートの少なくとも一方に供給ガス、冷却剤の
導入孔、排出孔を設け、該導入孔、排出孔と前記マニホ
ールドを連結し、該導入孔、排出孔または該導入孔、排
出孔に通じる管路の少なくとも一つに流量制御手段を設
けたことを特徴とする請求項９記載の燃料電池である。In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as a tenth means) taken in claim 10 of the present invention.
Technical means. ) Is that, when the unit cells are stacked, the inlet and the outlet form one manifold each, and supply gas and coolant are introduced into at least one of the pressure plates sandwiching the unit cell stack. A hole, a discharge hole, connecting the inlet hole, the discharge hole and the manifold, and providing a flow control means in at least one of the inlet hole, the discharge hole or at least one of the pipelines leading to the discharge hole. 10. The fuel cell according to claim 9, wherein:
【００４８】上記第１０の技術的手段による効果は、以
下のようである。The effects of the tenth technical means are as follows.
【００４９】即ち、前記流量制御手段によりマニホール
ドごとに供給する流量を制御できるので、より細かく反
応ガスの濃度分布、電極面の温度分布を制御することが
できるので、出力性能が高い燃料電池ができる。That is, since the flow rate supplied to each manifold can be controlled by the flow rate control means, the concentration distribution of the reaction gas and the temperature distribution on the electrode surface can be more finely controlled, so that a fuel cell having high output performance can be obtained. .
【００５０】[0050]
【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.
【００５１】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。以
下の実施例でも同様である。FIG. 1 is a front view of a separator of a solid polymer electrolyte fuel cell for an automobile according to a first embodiment of the present invention. The fuel cell separator is made of metal, but may be made of another material as long as it is a conductive material such as carbon. The same applies to the following embodiments.
【００５２】前記燃料電池用セパレータの上端部にガス
入口１が、下端部にガス出口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、電極に供給するガ
スの流路であるガス通流溝１０ａ、１０ｂが設けられて
いる。前記ガス通流溝１０ａ、１０ｂは、前記燃料電池
用セパレータの表面に凹凸の形状で形成されている。前
記凸部は電極と当接して該電極で発電した電気を集電す
る。前記凹部は、ガスの流路としてガスが通流できるよ
うになっている。The fuel cell separator is provided with a gas inlet 1 at the upper end and a gas outlet 2 at the lower end. In the center of the fuel cell separator, gas flow grooves 10a and 10b, which are flow paths for gas supplied to the electrodes, are provided. The gas flow grooves 10a and 10b are formed in an uneven shape on the surface of the fuel cell separator. The protrusion contacts the electrode and collects electricity generated by the electrode. The recess is configured to allow a gas to flow as a gas flow path.
【００５３】前記ガス通流溝１０ａ、１０ｂは、それぞ
れ入口通流部３を介して前記ガス入口１と連結し、出口
通流部４を介して前記ガス出口２と連結している。前記
ガス通流溝１０ａと１０ｂは、互いに独立した通流溝で
ある。The gas flow grooves 10a and 10b are connected to the gas inlet 1 via an inlet flow passage 3 and to the gas outlet 2 via an outlet flow passage 4, respectively. The gas flow grooves 10a and 10b are independent flow grooves.
【００５４】前記ガス通流溝１０ａは、前記ガス入口１
側に位置する入口側通流溝部１１ａと前記ガス出口２側
に位置する出口側通流溝部１２ａとそれらの間に位置す
る中間通流溝部１６から構成されている。該中間通流溝
部１６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１３ａ〜１３ｃと各端側で折り返す折り返し
溝部１４ａ、１４ｂ及び前記独立通流溝部１３ｃと前記
出口側通流溝部１２ａを連結する折り曲げ溝部１５ａで
構成されている。The gas flow groove 10a is connected to the gas inlet 1
It comprises an inlet-side flow groove 11a located on the side, an outlet-side flow groove 12a located on the gas outlet 2 side, and an intermediate flow groove 16 located therebetween. The intermediate flow groove portion 16 includes independent flow groove portions 13a to 13c formed by linear grooves from one end to the other end side, return groove portions 14a and 14b turned back at each end side, the independent flow groove portion 13c, and the outlet. It is composed of bent grooves 15a connecting the side flow grooves 12a.
【００５５】前記ガス通流溝１０ｂは、前記ガス入口１
側に位置する入口側通流溝部１１ｂと前記ガス出口２側
に位置する出口側通流溝部１２ｂとそれらの間に位置す
る中間通流溝部１７から構成されている。該中間通流溝
部１７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１３ｄ〜１３ｆと各端側で折り返す折り返し
溝部１４ｃ、１４ｄ及び前記入口側通流溝部１１ｂと前
記独立通流溝部１３ｄを連結する折り曲げ溝部１５ｂで
構成されている。The gas flow groove 10b is connected to the gas inlet 1
It is composed of an inlet-side flow groove 11b located on the side, an outlet-side flow groove 12b located on the gas outlet 2 side, and an intermediate flow groove 17 located therebetween. The intermediate flow groove 17 includes independent flow grooves 13d to 13f formed by linear grooves from one end to the other end, fold grooves 14c and 14d that are turned back at each end, and the inlet-side flow groove 11b. It is composed of bent grooves 15b connecting the independent flow grooves 13d.
【００５６】前記入口側通流溝部１１ａ、前記出口側通
流溝部１２ｂ、前記折り返し溝部１４ａ〜１４ｄ及び折
り曲げ溝部１５ａ、１５ｂは、格子状溝で形成されてい
る。前記入口側通流溝部１１ｂ及び前記出口側通流溝部
１２ａは、直線状の溝で形成される独立通流溝である。The inlet-side flow groove 11a, the outlet-side flow groove 12b, the return grooves 14a to 14d, and the bending grooves 15a and 15b are formed by lattice grooves. The inlet side flow groove 11b and the outlet side flow groove 12a are independent flow grooves formed by linear grooves.
【００５７】ガス入口１から供給されたガスは、入口通
流部３を通って前記入口側通流溝部１１ａ、１１ｂに供
給される。前記入口側通流溝部１１ａに供給されたガス
は、入口側通流溝部１１ａ、独立通流溝部１３ａ、折り
返し溝部１４ａ、独立通流溝部１３ｂ、折り返し溝部１
４ｂ、独立通流溝部１３ｃ、折り曲げ溝部１５ａ、出口
側通流溝部１２ａを通流して出口通流部４からガス出口
２に排出される。The gas supplied from the gas inlet 1 is supplied to the inlet side flow grooves 11a and 11b through the inlet flow part 3. The gas supplied to the inlet-side flow groove 11a is supplied to the inlet-side flow groove 11a, the independent flow groove 13a, the return groove 14a, the independent flow groove 13b, and the return groove 1.
4b, the independent flow groove 13c, the bent groove 15a, and the outlet-side flow groove 12a, and are discharged from the outlet flow passage 4 to the gas outlet 2.
【００５８】一方、前記入口側通流溝部１１ｂに供給さ
れたガスは、入口側通流溝部１１ｂ、折り曲げ溝部１５
ｂ、独立通流溝部１３ｄ、折り返し溝部１４ｃ、独立通
流溝部１３ｅ、折り返し溝部１４ｄ、独立通流溝部１３
ｆ、出口側通流溝部１２ｂを通流して出口通流部４から
ガス出口２に排出される。On the other hand, the gas supplied to the inlet side flow groove 11b is supplied to the inlet side flow groove 11b and the bent groove 15b.
b, independent flow groove 13d, return groove 14c, independent flow groove 13e, return groove 14d, independent flow groove 13
f, the gas flows through the outlet-side flow groove 12b and is discharged from the outlet flow passage 4 to the gas outlet 2.
【００５９】燃料電池用セパレータの入口から出口に向
かう方向Ｐの後半に設けられた中間通流溝部１７を通流
するガス中の反応ガスの濃度は、入口から出口に向かう
方向Ｐの前半に設けられた中間通流溝部１６を通流する
ガス中の反応ガスの濃度とほぼ同じである。The concentration of the reaction gas in the gas flowing through the intermediate flow groove 17 provided in the latter half of the direction P from the inlet to the outlet of the fuel cell separator is provided in the first half of the direction P from the inlet to the outlet. The concentration of the reactant gas in the gas flowing through the intermediate flow groove 16 is substantially the same.
【００６０】以上の構成により、電極の後半部にも反応
ガス濃度の高いガスを供給でき、電極面の反応ガス濃度
分布を均一化できる。これにより、電極面での発電反応
のばらつきを軽減できるので、燃料電池の出力性能を向
上できる。With the above configuration, a gas having a high reaction gas concentration can be supplied to the latter half of the electrode, and the distribution of the reaction gas concentration on the electrode surface can be made uniform. As a result, variations in the power generation reaction on the electrode surface can be reduced, and the output performance of the fuel cell can be improved.
【００６１】また、ガス中に含まれる水蒸気が、各ガス
通流溝１０ａ、１０ｂごとに排出されるため、同一流路
を一度に多量の水蒸気が流れることがないので、水づま
りを起きにくくすることができる。Further, since the water vapor contained in the gas is discharged to each of the gas flow grooves 10a and 10b, a large amount of water vapor does not flow through the same flow path at one time. Can be.
【００６２】本第１実施例は、ガスの通流溝として示し
たが、冷却剤の通流溝も同じ構成で製造することができ
る。冷却剤は、電極の反応熱を吸収し、電極の温度を冷
却するためのものである。従って、通流するにつれて冷
却剤の温度が上昇する。中間通流溝部が一つしかない
と、セパレータの後半部では冷却効果が減少し、電極の
入口から出口に向かう方向に大きな温度分布ができる。In the first embodiment, the gas flow grooves are shown, but the coolant flow grooves can be manufactured in the same configuration. The coolant absorbs the reaction heat of the electrode and cools the temperature of the electrode. Therefore, the temperature of the coolant rises as it flows. If there is only one intermediate flow groove, the cooling effect is reduced in the latter half of the separator, and a large temperature distribution is generated in the direction from the inlet to the outlet of the electrode.
【００６３】燃料電池の電極反応は、温度にも影響され
るので、電極面での発電反応のばらつきが大きくなる。
前記発電反応のばらつきは、燃料電池の出力性能を低下
させる。本第１実施例を冷却剤流路に適用すると、セパ
レータの後半部にも温度の低い冷却剤を供給することが
できるので、電極の温度分布を均一化できる。これによ
り、、電極面での発電反応のばらつきを軽減できるの
で、燃料電池の出力性能を向上できる。Since the electrode reaction of the fuel cell is also affected by the temperature, the variation in the power generation reaction on the electrode surface increases.
The variation in the power generation reaction lowers the output performance of the fuel cell. When the first embodiment is applied to the coolant channel, a coolant having a low temperature can be supplied also to the rear half of the separator, so that the temperature distribution of the electrodes can be made uniform. As a result, the variation in the power generation reaction on the electrode surface can be reduced, and the output performance of the fuel cell can be improved.
【００６４】図２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正面図であ
る。FIG. 2 is a front view of a separator of a solid polymer electrolyte fuel cell for an automobile according to a second embodiment of the present invention.
【００６５】前記燃料電池用セパレータの上端部にガス
入口１Ａ、２Ａが、下端部にガス出口１Ｂ、２Ｂ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、
電極に供給するガスの流路であるガス通流溝１８、１９
が設けられている。The fuel cell separator has gas inlets 1A and 2A at the upper end and gas outlets 1B and 2B at the lower end. At the center of the fuel cell separator,
Gas flow grooves 18, 19, which are flow paths for gas supplied to the electrodes
Is provided.
【００６６】前記ガス通流溝１８は、前記ガス入口１Ａ
及び前記ガス出口１Ｂと連結している。前記ガス通流溝
１９は、前記ガス入口２Ａ及び前記ガス出口２Ｂと連結
している。前記ガス通流溝１８と１９は、互いに独立し
た通流溝である。The gas flow groove 18 is connected to the gas inlet 1A.
And the gas outlet 1B. The gas flow groove 19 is connected to the gas inlet 2A and the gas outlet 2B. The gas flow grooves 18 and 19 are mutually independent flow grooves.
【００６７】前記ガス通流溝１８は、ガス入口１Ａ側に
位置する入口側通流溝部２２とガス出口１Ｂ側に位置す
る出口側通流溝部２３とそれらの間に位置する中間通流
溝部２０から構成されている。該中間通流溝部２０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
と各端側で折り返す折り返し溝部で構成されている。The gas flow groove 18 has an inlet flow groove 22 located on the gas inlet 1A side, an outlet flow groove 23 located on the gas outlet 1B side, and an intermediate flow groove 20 located therebetween. It is composed of The intermediate flow groove 20 is
It is composed of an independent flow groove formed by a linear groove from one end to the other end, and a folded groove turned back at each end.
【００６８】前記ガス通流溝１９は、ガス入口２Ａ側に
位置する入口側通流溝部２４とガス出口２Ｂ側に位置す
る出口側通流溝部２５とそれらの間に位置する中間通流
溝部２１から構成されている。該中間通流溝部２１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
と各端側で折り返す折り返し溝部で構成されている。The gas flow groove 19 has an inlet flow groove 24 located on the gas inlet 2A side, an outlet flow groove 25 located on the gas outlet 2B side, and an intermediate flow groove 21 located therebetween. It is composed of The intermediate flow groove 21 is
It is composed of an independent flow groove formed by a linear groove from one end to the other end, and a folded groove turned back at each end.
【００６９】前記入口側通流溝部２２、２４、前記出口
側通流溝部２３、２５、前記折り返し溝部は、格子状溝
で形成されている。The inlet-side flow grooves 22, 24, the outlet-side flow grooves 23, 25, and the folded groove are formed by lattice-shaped grooves.
【００７０】前記中間通流溝部２０と２１は、燃料電池
用セパレータの入口から出口に向かう方向Ｐに並列に設
けられている。即ち、図２で、前記中間通流溝部２０は
セパレータの左半分に設けられ、前記中間通流溝部２１
は右半分に設けられている。The intermediate flow grooves 20 and 21 are provided in parallel in a direction P from the inlet to the outlet of the fuel cell separator. That is, in FIG. 2, the intermediate flow groove 20 is provided in the left half of the separator, and the intermediate flow groove 21
Is provided in the right half.
【００７１】このようなガスの流路形状を持つ燃料電池
では、反応に伴うそれぞれの流路におけるガスの通流が
左右対称であり、局部的な反応ガス濃度差が、ガス通流
溝が一つしかないセパレータと比べれば小さく、面方向
における反応ガス濃度差による局部電池の形成が抑えら
れ、燃料電池の出力性能を高くすることができる。In the fuel cell having such a gas flow path shape, the gas flow in each flow path involved in the reaction is symmetrical left and right, and the local difference in the concentration of the reactant gas is such that the gas flow groove is one. It is smaller than a separator having only one, and the formation of a local cell due to a difference in reaction gas concentration in the plane direction is suppressed, so that the output performance of the fuel cell can be enhanced.
【００７２】図３は、本発明の第３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。FIG. 3 is a front view of a separator of an automotive solid polymer electrolyte fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
【００７３】前記燃料電池用セパレータの上端部にガス
入口３Ａ、４Ａが、下端部にガス出口３Ｂ、４Ｂ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、
電極に供給するガスの流路であるガス通流溝２６〜２９
が設けられている。The fuel cell separator has gas inlets 3A and 4A at the upper end and gas outlets 3B and 4B at the lower end. At the center of the fuel cell separator,
Gas flow grooves 26 to 29 which are flow paths for gas supplied to the electrodes
Is provided.
【００７４】前記ガス通流溝２６、２７は、前記ガス入
口３Ａ及び前記ガス出口３Ｂと連結している。前記ガス
通流溝２８、２９は、前記ガス入口４Ａ及び前記ガス出
口４Ｂと連結している。前記ガス通流溝２６〜２９は、
互いに独立した通流溝である。The gas flow grooves 26 and 27 are connected to the gas inlet 3A and the gas outlet 3B. The gas flow grooves 28 and 29 are connected to the gas inlet 4A and the gas outlet 4B. The gas flow grooves 26 to 29 are
The flow grooves are independent of each other.
【００７５】前記ガス通流溝２６は、ガス入口３Ａ側に
位置する入口側通流溝部３０とガス出口３Ｂ側に位置す
る出口側通流溝部３８とそれらの間に位置する中間通流
溝部３４から構成されている。該中間通流溝部３４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
と各端側で折り返す折り返し溝部で構成されている。The gas flow grooves 26 include an inlet flow groove 30 located on the gas inlet 3A side, an outlet flow groove 38 located on the gas outlet 3B side, and an intermediate flow groove 34 located therebetween. It is composed of The intermediate flow groove 34 is
It is composed of an independent flow groove formed by a linear groove from one end to the other end, and a folded groove turned back at each end.
【００７６】前記ガス通流溝２７は、ガス入口３Ａ側に
位置する入口側通流溝部３１とガス出口３Ｂ側に位置す
る出口側通流溝部３９とそれらの間に位置する中間通流
溝部３５から構成されている。該中間通流溝部３５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
と各端側で折り返す折り返し溝部で構成されている。The gas flow groove 27 has an inlet flow groove 31 located on the gas inlet 3A side, an outlet flow groove 39 located on the gas outlet 3B side, and an intermediate flow groove 35 located therebetween. It is composed of The intermediate flow groove 35 is
It is composed of an independent flow groove formed by a linear groove from one end to the other end, and a folded groove turned back at each end.
【００７７】前記ガス通流溝２８は、ガス入口４Ａ側に
位置する入口側通流溝部３２とガス出口４Ｂ側に位置す
る出口側通流溝部４０とそれらの間に位置する中間通流
溝部３６から構成されている。該中間通流溝部３６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
と各端側で折り返す折り返し溝部で構成されている。The gas flow grooves 28 include an inlet flow groove 32 located on the gas inlet 4A side, an outlet flow groove 40 located on the gas outlet 4B side, and an intermediate flow groove 36 located therebetween. It is composed of The intermediate flow groove 36 is
It is composed of an independent flow groove formed by a linear groove from one end to the other end, and a folded groove turned back at each end.
【００７８】前記ガス通流溝２９は、ガス入口４Ａ側に
位置する入口側通流溝部３３とガス出口４Ｂ側に位置す
る出口側通流溝部４１とそれらの間に位置する中間通流
溝部３７から構成されている。該中間通流溝部３７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
と各端側で折り返す折り返し溝部で構成されている。The gas flow grooves 29 include an inlet flow groove 33 located on the gas inlet 4A side, an outlet flow groove 41 located on the gas outlet 4B side, and an intermediate flow groove 37 located therebetween. It is composed of The intermediate flow groove 37 is
It is composed of an independent flow groove formed by a linear groove from one end to the other end, and a folded groove turned back at each end.
【００７９】前記入口側通流溝部３０〜３３、前記出口
側通流溝部３８〜４１、前記折り返し溝部は、格子状溝
で形成されている。The inlet-side flow grooves 30 to 33, the outlet-side flow grooves 38 to 41, and the turn-back grooves are formed by lattice grooves.
【００８０】前記中間通流溝部２６〜２９は、燃料電池
用セパレータの入口から出口に向かう方向Ｐに並列に設
けられている。このようなガスの流路形状を持つ燃料電
池では、反応に伴うそれぞれの流路におけるガスの通流
が４回対称であり、局部的な反応ガス濃度差が、ガス通
流溝が一つしかないセパレータと比べれば小さく、面方
向における反応ガス濃度差による局部電池の形成が抑え
られ、燃料電池の出力性能を高くすることができる。The intermediate flow grooves 26 to 29 are provided in parallel in a direction P from the inlet to the outlet of the fuel cell separator. In a fuel cell having such a gas flow path shape, the gas flow in each flow path involved in the reaction is symmetrical four times, and the local difference in the reaction gas concentration is only one gas flow groove. It is smaller than a separator having no separator, and the formation of a local cell due to a difference in the reaction gas concentration in the plane direction is suppressed, so that the output performance of the fuel cell can be enhanced.
【００８１】図４は、本発明の第４実施例の自動車用固
体高分子電解質型燃料電池の冷却剤流路を有するセパレ
ータの正面図である。FIG. 4 is a front view of a separator having a coolant channel of a solid polymer electrolyte fuel cell for an automobile according to a fourth embodiment of the present invention.
【００８２】前記燃料電池用セパレータの上端部に冷却
剤入口５Ａ、６Ａが、下端部に冷却剤出口５Ｂ、６Ｂ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、電極に供給する冷却剤の流路である冷却剤通流溝４
８、４９が設けられている。The coolant inlets 5A and 6A are provided at the upper end of the fuel cell separator, and the coolant outlets 5B and 6B are provided at the lower end. In the center of the fuel cell separator, a coolant passage groove 4 is provided, which is a passage for coolant supplied to the electrode.
8, 49 are provided.
【００８３】前記冷却剤通流溝４８は、前記冷却剤入口
５Ａ及び前記冷却剤出口５Ｂと連結している。前記冷却
剤通流溝４９は、前記冷却剤入口６Ａ及び前記冷却剤出
口６Ｂと連結している。前記冷却剤通流溝４８と４９
は、互いに独立した通流溝である。The coolant passage groove 48 is connected to the coolant inlet 5A and the coolant outlet 5B. The coolant passage groove 49 is connected to the coolant inlet 6A and the coolant outlet 6B. The coolant flow grooves 48 and 49
Are flow grooves independent of each other.
【００８４】前記冷却剤通流溝４８は、前記冷却剤入口
５Ａ側に位置する入口側通流溝部４２と前記冷却剤出口
５Ｂ側に位置する出口側通流溝部４４とそれらの間に位
置する中間通流溝部４３から構成されている。該中間通
流溝部４３は、一端から他端側に直線状の溝で形成され
る独立通流溝部と各端側で折り返す折り返し溝部で構成
されている。The coolant passage groove 48 is located between the inlet passage groove 42 located on the coolant inlet 5A side and the outlet passage groove 44 located on the coolant outlet 5B side. It is composed of an intermediate flow groove 43. The intermediate flow groove 43 is composed of an independent flow groove formed as a linear groove from one end to the other end, and a folded groove turned back at each end.
【００８５】前記冷却剤通流溝４９は、冷却剤入口６Ａ
側に位置する入口側通流溝部４５と冷却剤出口６Ｂ側に
位置する出口側通流溝部４７とそれらの間に位置する中
間通流溝部４６から構成されている。該中間通流溝部４
６は、一端から他端側に直線状の溝で形成される独立通
流溝部と各端側で折り返す折り返し溝部で構成されてい
る。The coolant passage groove 49 is provided at the coolant inlet 6A.
It is composed of an inlet-side flow groove 45 located on the side, an outlet-side flow groove 47 located on the coolant outlet 6B side, and an intermediate flow groove 46 located therebetween. The intermediate flow groove 4
Numeral 6 includes an independent flow groove formed by a linear groove from one end to the other end, and a folded groove turned back at each end.
【００８６】前記入口側通流溝部４２、４５、前記出口
側通流溝部４４、４７、前記折り返し溝部は、格子状溝
で形成されている。The inlet-side flow grooves 42, 45, the outlet-side flow grooves 44, 47, and the folded grooves are formed by lattice grooves.
【００８７】前記中間通流溝部４３と４６は、燃料電池
用セパレータの入口から出口に向かう方向Ｐに並列に設
けられている。即ち、図２で、前記中間通流溝部４３は
セパレータの左半分に設けられ、前記中間通流溝部４６
は右半分に設けられている。The intermediate flow grooves 43 and 46 are provided in parallel in a direction P from the inlet to the outlet of the fuel cell separator. That is, in FIG. 2, the intermediate flow groove 43 is provided in the left half of the separator,
Is provided in the right half.
【００８８】このような冷却剤の流路形状を持つ燃料電
池では、冷却剤の通流距離が短く、かつ電極の温度分布
が左右対称であるので、冷却効率を向上でき、電極の温
度分布を均一化できる。これにより、電極面での発電反
応のばらつきを軽減できるので、燃料電池の出力性能を
向上できる。In the fuel cell having such a coolant flow path shape, since the coolant flow distance is short and the electrode temperature distribution is symmetrical, the cooling efficiency can be improved and the electrode temperature distribution can be improved. Can be uniform. As a result, variations in the power generation reaction on the electrode surface can be reduced, and the output performance of the fuel cell can be improved.
【００８９】図５は、本発明の第５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。FIG. 5 is a front view of a separator of an automotive solid polymer electrolyte fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention.
【００９０】前記燃料電池用セパレータの上端部にガス
入口７Ａ、８Ａが、下端部にガス出口７Ｂ、８Ｂ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、
電極に供給するガスの流路であるガス通流溝５０、５１
が設けられている。The fuel cell separator has gas inlets 7A and 8A at the upper end and gas outlets 7B and 8B at the lower end. At the center of the fuel cell separator,
Gas flow grooves 50, 51, which are flow paths for gas supplied to the electrodes
Is provided.
【００９１】前記ガス通流溝５０は、前記ガス入口７Ａ
及び前記ガス出口７Ｂと連結している。前記ガス通流溝
５１は、前記ガス入口８Ａ及び前記ガス出口８Ｂと連結
している。前記ガス通流溝５０と５１は、互いに独立し
た通流溝である。The gas flow groove 50 is provided with the gas inlet 7A.
And the gas outlet 7B. The gas flow groove 51 is connected to the gas inlet 8A and the gas outlet 8B. The gas flow grooves 50 and 51 are independent flow grooves.
【００９２】前記ガス通流溝５０は、ガス入口７Ａ側に
位置する入口側通流溝部５２とガス出口７Ｂ側に位置す
る出口側通流溝部５４とそれらの間に位置する中間通流
溝部５３から構成されている。該中間通流溝部５３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
５８ａ〜５８ｄと各端側で折り返す折り返し溝部６０ａ
〜６０ｃで構成されている。The gas flow grooves 50 include an inlet flow groove 52 located on the gas inlet 7A side, an outlet flow groove 54 located on the gas outlet 7B side, and an intermediate flow groove 53 located therebetween. It is composed of The intermediate flow groove 53 is
Independent flow grooves 58a to 58d formed by linear grooves from one end to the other end, and a folded groove 60a that is folded back at each end.
To 60c.
【００９３】前記ガス通流溝５１は、ガス入口８Ａ側に
位置する入口側通流溝部５５とガス出口８Ｂ側に位置す
る出口側通流溝部５７とそれらの間に位置する中間通流
溝部５６から構成されている。該中間通流溝部５６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
５９ａ〜５９ｄと各端側で折り返す折り返し溝部６１ａ
〜６１ｃで構成されている。The gas flow groove 51 has an inlet flow groove 55 located on the gas inlet 8A side, an outlet flow groove 57 located on the gas outlet 8B side, and an intermediate flow groove 56 located therebetween. It is composed of The intermediate flow groove 56 is
Independent flow grooves 59a to 59d formed by linear grooves from one end to the other end, and folded grooves 61a that are folded back at each end.
To 61c.
【００９４】前記入口側通流溝部５２、５５、前記出口
側通流溝部５４、５７、前記折り返し溝部６０ａ〜６０
ｃ、６１ａ〜６１ｃは、格子状溝で形成されている。The inlet-side flow grooves 52, 55, the outlet-side flow grooves 54, 57, and the folded grooves 60a-60.
c, 61a to 61c are formed by lattice-shaped grooves.
【００９５】前記中間通流溝部５３の折り返し溝部６０
ａを含む二つの独立通流溝部５８ａ、５８ｂ、前記中間
通流溝部５６の折り返し溝部６１ａを含む二つの独立通
流溝部５９ａ、５９ｂ、前記中間通流溝部５３の折り返
し溝部６０ｃを含む二つの独立通流溝部５８ｃ、５８
ｄ、前記中間通流溝部５６の折り返し溝部６１ｃを含む
二つの独立通流溝部５９ｃ、５９ｄの各組が、ガス入口
７Ａからガス出口７Ｂに向かう方向Ｐに交互に設けられ
ている。即ち、前記独立通流溝部５８ａ〜５８ｄ、５９
ａ〜５９ｄの通流溝は Ｐ方向と直交方向に互いに平行
に並んでおり、Ｐ方向に独立通流溝部５８ａ、５８ｂ、
５９ａ、５９ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５９ｃ、５９ｄの順
に並んで設けられている。The folded groove 60 of the intermediate flow groove 53
a, two independent flow grooves 59a, 59b including the return groove 61a of the intermediate flow groove 56, and two independent flow grooves 60c, including the return groove 60c of the intermediate flow groove 53. Flow grooves 58c, 58
d, each set of two independent flow grooves 59c and 59d including the folded groove 61c of the intermediate flow groove 56 is provided alternately in the direction P from the gas inlet 7A to the gas outlet 7B. That is, the independent communication grooves 58a to 58d, 59
The flow grooves a to 59d are arranged in parallel to each other in the direction orthogonal to the P direction, and independent flow groove portions 58a, 58b,
59a, 59b, 58c, 58d, 59c, 59d are provided side by side in this order.
【００９６】このようなガスの流路形状を持つ燃料電池
では、反応に伴う反応ガス濃度を交互に設けられた流路
で互いに補うことができ、局部的な反応ガス濃度差が、
ガス通流溝が一つしかないセパレータと比べれば小さ
く、面方向における反応ガス濃度差による局部電池の形
成が抑えられ、燃料電池の出力性能を高くすることがで
きる。In the fuel cell having such a gas flow path shape, the reaction gas concentrations involved in the reaction can be complemented by alternately provided flow paths, and the local reaction gas concentration difference is reduced.
As compared with a separator having only one gas flow groove, the formation of a local cell due to a difference in the concentration of a reactive gas in the plane direction is suppressed, and the output performance of the fuel cell can be enhanced.
【００９７】本第５実施例は、ガスの通流溝として示し
たが、冷却剤の通流溝も同じ構成で製造することができ
る。冷却剤を交互に設けられた流路で互いに補うことが
できるので、電極面の温度分布を均一化できる。これに
より、電極面での発電反応のばらつきを軽減できるの
で、燃料電池の出力性能を向上できる。In the fifth embodiment, the gas flow grooves are shown, but the coolant flow grooves can also be manufactured with the same configuration. Since the coolants can be supplemented by alternately provided flow paths, the temperature distribution on the electrode surface can be made uniform. As a result, variations in the power generation reaction on the electrode surface can be reduced, and the output performance of the fuel cell can be improved.
【００９８】図６は、本発明の第６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。FIG. 6 is a front view of a separator of an automotive solid polymer electrolyte fuel cell according to a sixth embodiment of the present invention.
【００９９】前記燃料電池用セパレータの上端部にガス
入口９Ａ、ガス出口１０Ｂが、下端部にガス出口９Ｂ、
ガス入口１０Ａ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、電極に供給するガスの流路である
ガス通流溝６２、６３が設けられている。A gas inlet 9A and a gas outlet 10B are provided at an upper end of the fuel cell separator, and a gas outlet 9B is provided at a lower end thereof.
A gas inlet 10A is provided. In the center of the fuel cell separator, gas flow grooves 62 and 63, which are flow paths for gas supplied to the electrodes, are provided.
【０１００】前記ガス通流溝６２は、前記ガス入口９Ａ
及び前記ガス出口９Ｂと連結している。前記ガス通流溝
６３は、前記ガス入口１０Ａ及び前記ガス出口１０Ｂと
連結している。前記ガス通流溝６２と６３は、互いに独
立した通流溝である。The gas flow groove 62 is provided with the gas inlet 9A.
And the gas outlet 9B. The gas flow groove 63 is connected to the gas inlet 10A and the gas outlet 10B. The gas flow grooves 62 and 63 are mutually independent flow grooves.
【０１０１】前記ガス通流溝６２は、ガス入口９Ａ側に
位置する入口側通流溝部６４とガス出口９Ｂ側に位置す
る出口側通流溝部６６とそれらの間に位置する中間通流
溝部６５から構成されている。該中間通流溝部６５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
と各端側で折り返す折り返し溝部で構成されている。The gas flow grooves 62 include an inlet flow groove 64 located on the gas inlet 9A side, an outlet flow groove 66 located on the gas outlet 9B side, and an intermediate flow groove 65 located therebetween. It is composed of The intermediate flow groove 65 is
It is composed of an independent flow groove formed by a linear groove from one end to the other end, and a folded groove turned back at each end.
【０１０２】前記ガス通流溝６３は、ガス入口１０Ａ側
に位置する入口側通流溝部６７とガス出口１０Ｂ側に位
置する出口側通流溝部６９とそれらの間に位置する中間
通流溝部６８から構成されている。該中間通流溝部６８
は、一端から他端側に直線状の溝で形成される独立通流
溝部と各端側で折り返す折り返し溝部で構成されてい
る。The gas flow groove 63 has an inlet flow groove 67 located on the gas inlet 10A side, an outlet flow groove 69 located on the gas outlet 10B side, and an intermediate flow groove 68 located therebetween. It is composed of The intermediate flow groove 68
Is composed of an independent flow groove formed by a linear groove from one end to the other end, and a folded groove turned back at each end.
【０１０３】前記入口側通流溝部６４、６７、前記出口
側通流溝部６６、６９、前記折り返し溝部は、格子状溝
で形成されている。The inlet-side flow grooves 64 and 67, the outlet-side flow grooves 66 and 69, and the turn-back grooves are formed by lattice grooves.
【０１０４】前記中間通流溝部６５と６８は、燃料電池
用セパレータの入口から出口に向かう方向Ｐに並列に設
けられている。即ち、図６で、前記中間通流溝部６５は
セパレータの左半分に設けられ、前記中間通流溝部６８
は右半分に設けられている。The intermediate flow grooves 65 and 68 are provided in parallel in a direction P from the inlet to the outlet of the fuel cell separator. That is, in FIG. 6, the intermediate flow groove 65 is provided in the left half of the separator, and the intermediate flow groove 68
Is provided in the right half.
【０１０５】一方のガス通流溝６２のガスはＰ方向に通
流し、他方のガス通流溝６３のガスはＰ方向と反対方向
に通流している。The gas in one gas flow groove 62 flows in the P direction, and the gas in the other gas flow groove 63 flows in the direction opposite to the P direction.
【０１０６】このようなガスの流路形状を持つ燃料電池
では、反応に伴うそれぞれの流路におけるガスの通流が
セパレータの中心に対し点対称であり、局部的な反応ガ
ス濃度差が、ガス通流溝が一つしかないセパレータと比
べれば小さく、面方向における反応ガス濃度差による局
部電池の形成が抑えられ、燃料電池の出力性能を高くす
ることができる。In the fuel cell having such a gas flow path shape, the gas flow in each flow path involved in the reaction is point-symmetric with respect to the center of the separator, and the local difference in the concentration of the reaction gas is small. Compared to a separator having only one flow groove, the formation of a local cell due to a difference in the reaction gas concentration in the plane direction is suppressed, and the output performance of the fuel cell can be increased.
【０１０７】同時に、電池の局部的反応熱、反応生成水
の含有量を均等化することもできる。局部的反応熱、反
応生成水の均等化によって、固体高分子電解質膜の湿潤
状態が電極の面方向において均一な状態となりやすく、
電池の内部抵抗を下げることに繋がり、燃料電池の出力
性能を高くすることができる。At the same time, the local heat of reaction of the battery and the content of water produced by the reaction can be equalized. By equalizing the local reaction heat and the water generated by the reaction, the wet state of the solid polymer electrolyte membrane tends to be uniform in the surface direction of the electrode,
This leads to a reduction in the internal resistance of the battery, and can enhance the output performance of the fuel cell.
【０１０８】本第６実施例は、ガスの通流溝として示し
たが、冷却剤の通流溝も同じ構成で製造することができ
る。冷却剤の流れを互いに逆方向にすることによって、
冷却効率が向上し電極の温度分布を均一化できる。これ
により、電極面での発電反応のばらつきを軽減できるの
で、燃料電池の出力性能を向上できる。In the sixth embodiment, the gas flow grooves are shown, but the coolant flow grooves can also be manufactured with the same configuration. By making the coolant flows in opposite directions,
The cooling efficiency is improved and the temperature distribution of the electrodes can be made uniform. As a result, variations in the power generation reaction on the electrode surface can be reduced, and the output performance of the fuel cell can be improved.
【０１０９】図７は、本発明の第７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。FIG. 7 is a front view of a separator of a solid polymer electrolyte fuel cell for an automobile according to a seventh embodiment of the present invention.
【０１１０】前記燃料電池用セパレータの上端部にガス
入口１１Ａ、ガス出口１２Ｂが、下端部にガス出口１１
Ｂ、ガス入口１２Ａ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、電極に供給するガスの流路で
あるガス通流溝７０、７１が設けられている。A gas inlet 11A and a gas outlet 12B are provided at the upper end of the fuel cell separator, and a gas outlet 11A is provided at the lower end.
B, a gas inlet 12A is provided. In the center of the fuel cell separator, gas flow grooves 70 and 71, which are flow paths for gas supplied to the electrodes, are provided.
【０１１１】前記ガス通流溝７０は、前記ガス入口１１
Ａ及び前記ガス出口１１Ｂと連結している。前記ガス通
流溝７１は、前記ガス入口１２Ａ及び前記ガス出口１２
Ｂと連結している。前記ガス通流溝７０と７１は、互い
に独立した通流溝である。The gas flow groove 70 is provided with the gas inlet 11.
A and the gas outlet 11B. The gas passage groove 71 is provided between the gas inlet 12A and the gas outlet 12A.
B is connected. The gas flow grooves 70 and 71 are independent flow grooves.
【０１１２】前記ガス通流溝７０は、ガス入口１１Ａ側
に位置する入口側通流溝部７２とガス出口１１Ｂ側に位
置する出口側通流溝部７４とそれらの間に位置する中間
通流溝部７３から構成されている。該中間通流溝部７３
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７８ａ〜７８ｄと各端側で折り返す折り返し溝部８
０ａ〜８０ｃで構成されている。The gas flow groove 70 has an inlet flow groove 72 located on the gas inlet 11A side, an outlet flow groove 74 located on the gas outlet 11B side, and an intermediate flow groove 73 located therebetween. It is composed of The intermediate flow groove 73
Are independent flow grooves 78a to 78d formed by linear grooves from one end to the other end, and a folded groove 8 turned back at each end.
0a to 80c.
【０１１３】前記ガス通流溝７１は、ガス入口１２Ａ側
に位置する入口側通流溝部７５とガス出口１２Ｂ側に位
置する出口側通流溝部７７とそれらの間に位置する中間
通流溝部７６から構成されている。該中間通流溝部７６
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７９ａ〜７９ｄと各端側で折り返す折り返し溝部８
１ａ〜８１ｃで構成されている。The gas flow groove 71 has an inlet flow groove 75 located on the gas inlet 12A side, an outlet flow groove 77 located on the gas outlet 12B side, and an intermediate flow groove 76 located therebetween. It is composed of The intermediate flow groove 76
Are independent flow grooves 79a to 79d formed by linear grooves from one end to the other end, and folded grooves 8 turned back at each end.
1a to 81c.
【０１１４】前記入口側通流溝部７２、７５、前記出口
側通流溝部７４、７７、前記折り返し溝部８０ａ〜８０
ｃ、８１ａ〜８１ｃは、格子状溝で形成されている。The inlet-side flow grooves 72, 75, the outlet-side flow grooves 74, 77, and the turn-back grooves 80a-80.
c, 81a to 81c are formed by lattice-shaped grooves.
【０１１５】前記中間通流溝部７３の折り返し溝部８０
ａを含む二つの独立通流溝部７８ａ、７８ｂ、前記中間
通流溝部７６の折り返し溝部８１ａを含む二つの独立通
流溝部７９ａ、７９ｂ、前記中間通流溝部７３の折り返
し溝部８０ｃを含む二つの独立通流溝部７８ｃ、７８
ｄ、前記中間通流溝部７６の折り返し溝部８１ｃを含む
二つの独立通流溝部７９ｃ、７９ｄの各組が、ガス入口
１１Ａからガス出口１１Ｂに向かう方向Ｐに交互に設け
られている。The folded groove 80 of the intermediate flow groove 73
a, two independent flow grooves 79a, 79b including the return groove 81a of the intermediate flow groove 76, and two independent flow grooves 80c, including the return groove 80c of the intermediate flow groove 73. Flow grooves 78c, 78
d, each set of two independent communication grooves 79c and 79d including the return groove 81c of the intermediate communication groove 76 is provided alternately in the direction P from the gas inlet 11A to the gas outlet 11B.
【０１１６】即ち、前記独立通流溝部７８ａ〜７８ｄ、
７９ａ〜７９ｄの通流溝は、 Ｐ方向と直交方向に互い
に平行に並んでおり、Ｐ方向に独立通流溝部７８ａ、７
８ｂ、７９ａ、７９ｂ、７８ｃ、７８ｄ、７９ｃ、７９
ｄの順に並んで設けられている。That is, the independent flow grooves 78a to 78d,
The communication grooves 79a to 79d are arranged in parallel with each other in the direction orthogonal to the P direction, and the independent communication groove portions 78a, 7
8b, 79a, 79b, 78c, 78d, 79c, 79
They are provided side by side in the order of d.
【０１１７】このようなガスの流路形状を持つ燃料電池
では、反応に伴う反応ガス濃度を交互に設けられた流路
で互いに補うことができ、局部的な反応ガス濃度差が、
ガス通流溝が一つしかないセパレータと比べれば小さく
できる。また、ガスの流れを互いに逆方向にすることに
よって、電極反応に伴う反応ガス濃度の変化を更に均一
化することができる。これにより、面方向における反応
ガス濃度差による局部電池の形成が抑えられ、燃料電池
の出力性能を高くすることができる。In the fuel cell having such a gas flow path shape, the reaction gas concentrations involved in the reaction can be compensated for each other by alternately provided flow paths, and the local reaction gas concentration difference is reduced.
It can be smaller than a separator having only one gas flow groove. Further, by making the gas flows in opposite directions, the change in the reaction gas concentration accompanying the electrode reaction can be made more uniform. Thereby, the formation of the local cell due to the difference in the reaction gas concentration in the plane direction is suppressed, and the output performance of the fuel cell can be enhanced.
【０１１８】同時に、電池の局部的反応熱、反応生成水
の含有量を均等化することもできる。局部的反応熱、反
応生成水の均等化によって、固体高分子電解質膜の湿潤
状態が電極の面方向において均一な状態となりやすく、
電池の内部抵抗を下げることに繋がり、燃料電池の出力
性能を高くすることができる。At the same time, the local heat of reaction of the battery and the content of water produced by the reaction can be equalized. By equalizing the local reaction heat and the water generated by the reaction, the wet state of the solid polymer electrolyte membrane tends to be uniform in the surface direction of the electrode,
This leads to a reduction in the internal resistance of the battery, and can enhance the output performance of the fuel cell.
【０１１９】本第７実施例は、ガスの通流溝として示し
たが、冷却剤の通流溝も同じ構成で製造することができ
る。冷却剤を交互に設けられた流路で互いに補うことが
でき、かつ流れを互いに逆方向にすることによって、冷
却効率が向上し電極の温度分布を均一化できる。これに
より、電極面での発電反応のばらつきを軽減できるの
で、燃料電池の出力性能を向上できる。Although the seventh embodiment is described as a gas flow groove, the coolant flow groove can also be manufactured with the same configuration. The coolant can be supplemented by alternately provided flow paths, and by making the flows in opposite directions, the cooling efficiency can be improved and the temperature distribution of the electrodes can be made uniform. As a result, variations in the power generation reaction on the electrode surface can be reduced, and the output performance of the fuel cell can be improved.
【０１２０】図８は、本発明の第８実施例の自動車用固
体高分子電解質型燃料電池のプレッシャプレートの斜視
説明図である。FIG. 8 is a perspective view of a pressure plate of a solid polymer electrolyte fuel cell for an automobile according to an eighth embodiment of the present invention.
【０１２１】本第８実施例の燃料電池では、図２のセパ
レータが酸化剤ガスのガス通流溝を設けたセパレータと
して使用され、図４のセパレータが冷却剤通流溝を設け
たセパレータとして使用されている。また、入口、出口
の位置は異なるが、同様な構造の燃料ガスのガス通流溝
を設けたセパレータが使用されている。固体高分子電解
質膜を酸化剤極と燃料極で挟持した電解質と電極の接合
体を前記セパレータで挟持した単電池セルを積層した積
層体の前後を集電板、絶縁板、プレッシャプレートで挟
持されている。図８は、該プレッシャプレートの一方の
プレッシャプレート８２の斜視説明図である。In the fuel cell of the eighth embodiment, the separator shown in FIG. 2 is used as a separator provided with a gas flow groove for oxidizing gas, and the separator shown in FIG. 4 is used as a separator provided with a coolant flow groove. Have been. Although the inlet and outlet are different in position, a separator having a gas passage for fuel gas having a similar structure is used. A current collector plate, an insulating plate, and a pressure plate are sandwiched before and after a stack of unit cells in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between an oxidant electrode and a fuel electrode and an electrolyte-electrode assembly is sandwiched between the separators. ing. FIG. 8 is a perspective explanatory view of one pressure plate 82 of the pressure plate.
【０１２２】前記プレッシャプレート８２には、酸化剤
ガス導入孔１３Ａ、１４Ａ、酸化剤ガス排出孔１３Ｂ、
１４Ｂ、燃料ガス導入孔１５Ａ、１６Ａ、燃料ガス排出
孔１５Ｂ、１６Ｂ、冷却剤導入孔１７Ａ、１８Ａ、冷却
剤排出孔１７Ｂ、１８Ｂが設けられている。In the pressure plate 82, oxidizing gas introduction holes 13A and 14A, oxidizing gas discharge holes 13B,
14B, fuel gas introduction holes 15A and 16A, fuel gas discharge holes 15B and 16B, coolant introduction holes 17A and 18A, and coolant discharge holes 17B and 18B are provided.
【０１２３】前記酸化剤ガス導入孔１３Ａ、１４Ａは、
図２のガス入口１Ａ、２Ａによりそれぞれ形成されるマ
ニホールドと連結している。前記酸化剤ガス排出孔１３
Ｂ、１４Ｂは、図２のガス出口１Ｂ、２Ｂによりそれぞ
れ形成されるマニホールドと連結している。前記冷却剤
導入孔１７Ａ、１８Ａは、図４の冷却剤入口５Ａ、６Ａ
によりそれぞれ形成されるマニホールドと連結してい
る。前記冷却剤排出孔１７Ｂ、１８Ｂは、図４の冷却剤
出口５Ｂ、６Ｂによりそれぞれ形成されるマニホールド
と連結している。The oxidizing gas introduction holes 13A and 14A are
It is connected to the manifold formed by the gas inlets 1A and 2A of FIG. The oxidant gas discharge hole 13
B and 14B are connected to the manifolds respectively formed by the gas outlets 1B and 2B in FIG. The coolant introduction holes 17A and 18A are provided at the coolant inlets 5A and 6A in FIG.
Are connected to the manifolds respectively formed by. The coolant discharge holes 17B and 18B are connected to manifolds formed by the coolant outlets 5B and 6B in FIG.
【０１２４】前記酸化剤ガス導入孔１３Ａ、１４Ａ、燃
料ガス導入孔１５Ａ、１６Ａ、冷却剤導入孔１７Ａ、１
８Ａに連結されている外部の管路には、それぞれ流量制
御手段である流量制御バルブが設けられている。The oxidizing gas introduction holes 13A, 14A, the fuel gas introduction holes 15A, 16A, the coolant introduction holes 17A, 1A
A flow control valve, which is a flow control means, is provided in each of the external conduits connected to 8A.
【０１２５】酸化剤ガスは、前記酸化剤ガス導入孔１３
Ａ、１４Ａから導入され、前記ガス入口１Ａ、２Ａを介
してそれぞれガス通流溝１８、１９に供給される。燃料
ガスは、前記燃料ガス導入孔１５Ａ、１６Ａから導入さ
れ、燃料ガスのガス入口を介してそれぞれ燃料ガスのガ
ス通流溝に供給される。The oxidizing gas is supplied to the oxidizing gas introduction hole 13.
A and 14A, and are supplied to the gas flow grooves 18 and 19 through the gas inlets 1A and 2A, respectively. The fuel gas is introduced from the fuel gas introduction holes 15A and 16A, and is supplied to the gas flow grooves of the fuel gas through the fuel gas inlets.
【０１２６】ガス通流溝に供給された酸化剤ガスと燃料
ガスは、それぞれのガス通流溝に面する電極の反応に利
用され発電する。前記酸化剤ガスと燃料ガスのうち電極
反応に利用されなかった未利用酸化剤ガスと未利用燃料
ガスは、それぞれ酸化剤ガス出口１Ｂ、２Ｂ、燃料ガス
出口を介して前記酸化剤ガス排出孔１３Ｂ、１４Ｂ、燃
料ガス排出孔１５Ｂ、１６Ｂ から排出される。The oxidizing gas and the fuel gas supplied to the gas flow grooves are used for the reaction of the electrodes facing the respective gas flow grooves to generate power. Unused oxidant gas and unused fuel gas not used for the electrode reaction among the oxidant gas and the fuel gas are respectively supplied to the oxidant gas discharge holes 13B through the oxidant gas outlets 1B and 2B and the fuel gas outlet. , 14B and the fuel gas discharge holes 15B, 16B.
【０１２７】冷却剤は、前記冷却剤導入孔１７Ａ、１８
Ａから導入され、前記冷却剤入口５Ａ、６Ａを介してそ
れぞれ冷却剤通流溝４８、４９に供給され、電極を冷却
する。電極の冷却に使用された冷却剤は、冷却剤出口５
Ｂ、６Ｂを介してそれぞれ冷却剤排出孔１７Ｂ、１８Ｂ
から排出される。The coolant is supplied to the coolant introduction holes 17A and 18A.
A through the coolant inlets 5A and 6A, and is supplied to the coolant flow grooves 48 and 49, respectively, to cool the electrodes. The coolant used to cool the electrodes is
B, 6B through coolant discharge holes 17B, 18B respectively
Is discharged from
【０１２８】それぞれの通流溝は二つずつ設けられ、入
口から出口に向かう方向に並列に設けられている。これ
により、酸化剤ガス及び燃料ガスの通流溝は入口から出
口に向かう方向に対称であり、通流溝の通流距離も短い
ので、一本だけの通流溝を有するセパレータに比べて、
それぞれの反応ガス濃度の分布は均一になっている。Each of the flow grooves is provided two by two, and is provided in parallel in a direction from the inlet to the outlet. Thereby, the flow grooves of the oxidizing gas and the fuel gas are symmetric in the direction from the inlet to the outlet, and the flow distance of the flow grooves is short, so that compared to a separator having only one flow groove,
The distribution of each reaction gas concentration is uniform.
【０１２９】更に、それぞれのガス導入孔に連結してい
る外部の管路に設けられた流量制御バルブにより、二つ
の通流溝を流れるガス流量を制御することができるの
で、二つの通流溝に圧損差ができるなどしても反応ガス
濃度の分布を均一にすることができる。また、ガス中に
含まれる水蒸気が同一流路を一度に多量に流れることが
ないので、水づまりを起きにくくすることができる。Further, the flow rate of the gas flowing through the two flow grooves can be controlled by the flow control valves provided in the external pipes connected to the respective gas introduction holes. Even if a pressure loss difference occurs, the distribution of the concentration of the reaction gas can be made uniform. In addition, since a large amount of water vapor contained in the gas does not flow through the same flow path at one time, it is possible to reduce the possibility of water clogging.
【０１３０】一方、冷却剤の通流溝も入口から出口に向
かう方向に対称であり、通流溝の通流距離も短いので、
電極面の温度分布が均一であり、かつ冷却効率が大きく
なっている。また、冷却剤導入孔に連結している外部の
管路に設けられた流量制御バルブにより、二つの通流溝
を流れる冷却剤流量を制御することができるので、二つ
の通流溝に圧損差ができるなどしても電極面の温度分布
を均一にすることができる。On the other hand, the coolant flow grooves are also symmetrical in the direction from the inlet to the outlet, and the flow distance of the flow grooves is short.
The temperature distribution on the electrode surface is uniform and the cooling efficiency is high. In addition, the flow rate of the coolant flowing through the two flow grooves can be controlled by the flow control valve provided in the external conduit connected to the coolant introduction hole, so that the pressure loss difference between the two flow grooves is reduced. The temperature distribution on the electrode surface can be made uniform even if it is possible.
【０１３１】上記の構成により、出力性能が高く信頼性
が高い燃料電池ができる。With the above configuration, a fuel cell having high output performance and high reliability can be obtained.
【０１３２】[0132]
【発明の効果】以上のように、本発明は、電解質を挟持
する一対の電極の該電解質と背向する一対の該電極の面
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ガス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
供給ガスの前記ガス通流溝が二つ以上、互いに独立して
設けられていることを特徴とする燃料電池用セパレー
タ、及び電解質を挟持する一対の電極の該電解質と背向
する一対の該電極と背向する面に冷却剤をそれぞれの入
口側から出口側に導く冷却剤通流溝が形成された燃料電
池用セパレータにおいて、前記冷却剤通流溝が二つ以
上、互いに独立して設けられていることを特徴とする燃
料電池用セパレータ、及び電解質を挟持する一対の電極
の該電解質と背向する一対の該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
出口側に導くガス通流溝が形成され、一部は前記電極と
背向する面に冷却剤をそれぞれの入口側から出口側に導
く冷却剤通流溝が形成された一対の燃料電池用セパレー
タで前記電解質を挟持した電極を挟んだ単電池セルを多
数積層した燃料電池において、前記ガス通流溝、前記冷
却剤通流溝の少なくとも一つが複数の通流溝で形成され
ていることを特徴とする燃料電池であるので、水づまり
が起きにくく、電極面の反応ガス濃度差を小さくでき、
電極面の温度差を小さくできる燃料電池用セパレータ及
び出力性能が高く信頼性が高い燃料電池ができる。As described above, according to the present invention, the supply gas composed of the fuel gas or the oxidizing gas is supplied to the respective inlet sides of the pair of electrodes sandwiching the electrolyte. In a pair of fuel cell separators formed with a gas flow groove for guiding the gas to the outlet side, two or more gas flow grooves for at least one supply gas are provided independently of each other. The fuel cell separator, and a pair of electrodes sandwiching the electrolyte, a coolant flow groove for guiding the coolant from the respective inlet side to the outlet side is formed on a surface of the pair of electrodes opposite to the electrolyte and opposite to the pair of electrodes. A fuel cell separator, wherein two or more of the coolant flow grooves are provided independently of each other, and a pair of electrodes sandwiching the electrolyte are opposed to the electrolyte. Do Gas flow grooves for guiding a supply gas composed of a fuel gas or an oxidizing gas from the respective inlet side to the outlet side are formed on the surfaces of the pair of electrodes, and a part thereof is provided with a coolant on a surface opposite to the electrodes. In a fuel cell in which a large number of unit cells are sandwiched between electrodes sandwiching the electrolyte with a pair of fuel cell separators formed with a coolant flow groove that guides from the inlet side to the outlet side of the gas flow groove, Since the fuel cell is characterized in that at least one of the coolant flow grooves is formed by a plurality of flow grooves, water clogging is unlikely to occur, and the difference in the concentration of reactive gas on the electrode surface can be reduced,
A fuel cell separator capable of reducing the temperature difference between the electrode surfaces and a fuel cell having high output performance and high reliability can be obtained.
【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FIG. 1 is a front view of a separator of an automotive solid polymer electrolyte fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
【図２】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正面図FIG. 2 is a front view of a separator of an automotive solid polymer electrolyte fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３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FIG. 3 is a front view of a separator of a solid polymer electrolyte fuel cell for an automobile according to a third embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第４実施例の自動車用固体高分子電解
質型燃料電池の冷却剤流路を有するセパレータの正面図FIG. 4 is a front view of a separator having a coolant passage of a solid polymer electrolyte fuel cell for an automobile according to a fourth embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第５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FIG. 5 is a front view of a separator of a solid polymer electrolyte fuel cell for an automobile according to a fifth embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第６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FIG. 6 is a front view of a separator of an automotive solid polymer electrolyte fuel cell according to a sixth embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第７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FIG. 7 is a front view of a separator of an automotive solid polymer electrolyte fuel cell according to a seventh embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第８実施例の自動車用固体高分子電解
質型燃料電池のプレッシャプレートの斜視説明図FIG. 8 is an explanatory perspective view of a pressure plate of a solid polymer electrolyte fuel cell for an automobile according to an eighth embodiment of the present invention.
【図９】従来技術３の燃料電池用セパレータの断面説明
図FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view of a fuel cell separator according to Prior Art 3;
１、１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、７Ａ、８Ａ、９Ａ、１０
Ａ、１１Ａ、１２Ａ…ガス入口 ２、１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、７Ｂ、８Ｂ、９Ｂ、１０
Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ…ガス出口 ５Ａ、６Ａ…冷却剤入口 ５Ｂ、６Ｂ…冷却剤出口 １０ａ、１０ｂ、１８、１９、２６〜２９、５０、５
１、６２、６３、７０、７１…ガス通流溝 １１ａ、１１ｂ、２２、２４、３０〜３３、４２、４
５、５２、５５、６４、６７、７２、７５…入口側通流
溝部 １２ａ、１２ｂ、２３、２５、３８〜４１、４４、４
７、５４、５７、６６、６９、７４、７７…出口側通流
溝部 １３ａ〜１３ｆ、５８ａ〜５８ｄ、５９ａ〜５９ｄ、７
８ａ〜７８ｄ、７９ａ〜７９ｄ…独立通流溝部 １４ａ〜１４ｄ、６０ａ〜６０ｃ、６１ａ〜６１ｃ、８
０ａ〜８０ｃ、８１ａ〜８１ｃ…折り返し溝部 １３Ａ、１４Ａ…酸化剤ガス導入孔 １３Ｂ、１４Ｂ…酸化剤ガス排出孔 １５Ａ、１６Ａ…燃料ガス導入孔 １５Ｂ、１６Ｂ…燃料ガス排出孔 １７Ａ、１８Ａ…冷却剤導入孔 １７Ｂ、１８Ｂ…冷却剤排出孔 １６、１７、２０、２１、３４〜３７、４３、４６、５
３、５６、６５、６８、７３、７６…中間通流溝部 ４８、４９…冷却剤通流溝 ８２…プレッシャプレート1, 1A, 2A, 3A, 4A, 7A, 8A, 9A, 10
A, 11A, 12A ... gas inlets 2, 1B, 2B, 3B, 4B, 7B, 8B, 9B, 10
B, 11B, 12B ... gas outlet 5A, 6A ... coolant inlet 5B, 6B ... coolant outlet 10a, 10b, 18, 19, 26-29, 50, 5
1, 62, 63, 70, 71 ... gas flow grooves 11a, 11b, 22, 24, 30 to 33, 42, 4
5, 52, 55, 64, 67, 72, 75 ... inlet side flow grooves 12a, 12b, 23, 25, 38 to 41, 44, 4
7, 54, 57, 66, 69, 74, 77 ... outlet side flow grooves 13a to 13f, 58a to 58d, 59a to 59d, 7
8a to 78d, 79a to 79d ... independent flow grooves 14a to 14d, 60a to 60c, 61a to 61c, 8
0a to 80c, 81a to 81c: Turned grooves 13A, 14A: Oxidizing gas introduction holes 13B, 14B: Oxidizing gas discharge holes 15A, 16A: Fuel gas introduction holes 15B, 16B: Fuel gas discharge holes 17A, 18A: Coolant Inlet holes 17B, 18B ... coolant outlet holes 16, 17, 20, 21, 34 to 37, 43, 46, 5
3, 56, 65, 68, 73, 76: intermediate flow grooves 48, 49: coolant flow grooves 82: pressure plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 洋 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC04 CC08 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Okazaki 2-1-1 Asahi-cho, Kariya-shi, Aichi F-term in Aisin Seiki Co., Ltd. 5H026 AA06 CC03 CC04 CC08
Claims (10)
と背向する一対の該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
くガス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、少なくとも一方の供給ガスの前記ガス通流溝
が二つ以上、互いに独立して設けられていることを特徴
とする燃料電池用セパレータ。1. A gas flow groove for guiding a supply gas composed of a fuel gas or an oxidizing gas from an inlet side to an outlet side of a pair of electrodes sandwiching an electrolyte on surfaces of the pair of electrodes facing the electrolyte. Wherein a plurality of gas flow grooves for at least one supply gas are provided independently of each other in a pair of fuel cell separators formed with.
と背向する一対の該電極と背向する面に冷却剤をそれぞ
れの入口側から出口側に導く冷却剤通流溝が形成された
燃料電池用セパレータにおいて、前記冷却剤通流溝が二
つ以上、互いに独立して設けられていることを特徴とす
る燃料電池用セパレータ。2. A coolant flow groove for guiding a coolant from an inlet side to an outlet side thereof is formed on a surface of a pair of electrodes sandwiching an electrolyte, the surface facing the pair of electrodes facing the electrolyte. In a fuel cell separator, two or more coolant flow grooves are provided independently of each other.
口、出口を設け、該入口及び出口が前記通流溝と連結さ
れていることを特徴とする請求項１、２記載の燃料電池
用セパレータ。3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the fuel cell separator is provided with a pair of inlets and outlets, and the inlets and outlets are connected to the flow grooves.
入口、出口を設け、該入口及び出口が少なくとも一つの
前記通流溝と連結されていることを特徴とする請求項
１、２記載の燃料電池用セパレータ。4. The fuel cell separator according to claim 1, wherein two or more pairs of inlets and outlets are provided in the fuel cell separator, and the inlets and outlets are connected to at least one of the flow grooves. Fuel cell separator.
通流溝部と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、互いに独立した
複数の前記通流溝の前記中間通流溝部が、入口から出口
に向かう方向に並列に設けられていることを特徴とする
請求項１、２記載の燃料電池用セパレータ。5. The flow groove is composed of an inlet-side flow groove located on the inlet side, an outlet-side flow groove located on the outlet side, and an intermediate flow groove located therebetween. 3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the intermediate flow grooves of the plurality of flow grooves are provided in parallel in a direction from an inlet to an outlet.
通流溝部と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、互いに独立した
複数の前記通流溝の前記中間通流溝部が、入口から出口
に向かう方向の前後に設けられていることを特徴とする
請求項１、２記載の燃料電池用セパレータ。6. The communication groove comprises an inlet-side communication groove located on the inlet side, an outlet-side communication groove located on the outlet side, and an intermediate communication groove located therebetween. 3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the intermediate flow grooves of the plurality of flow grooves are provided before and after in a direction from an inlet to an outlet.
口側通流溝部と前記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延び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、互いに独立し
た複数の前記通流溝の、少なくとも一つの折り返し溝部
を含む前記独立通流溝部が、入口から出口に向かう方向
に交互に設けられていることを特徴とする請求項１、２
記載の燃料電池用セパレータ。7. The communication groove includes an inlet-side communication groove located on the inlet side, an outlet-side communication groove located on the outlet side, and an intermediate communication groove located therebetween. The intermediate flow groove portion includes an independent flow groove portion extending from one end to the other end and a folded groove portion folded back at each end, and the independent flow groove including at least one folded groove portion of a plurality of the flow grooves independent of each other. 3. The flow grooves are provided alternately in a direction from the inlet to the outlet.
The separator for a fuel cell according to the above.
料電池用セパレータの一方の端部に設けられ、残りの前
記通流溝の入口が前記燃料電池用セパレータの他方の端
部に設けられてい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。8. The fuel cell separator, wherein at least one inlet of the flow groove is provided at one end of the fuel cell separator, and the other inlet of the flow groove is provided at the other end of the fuel cell separator. 5. The fuel cell separator according to claim 4, wherein:
と背向する一対の該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
くガス通流溝が形成され、一部は前記電極と背向する面
に冷却剤をそれぞれの入口側から出口側に導く冷却剤通
流溝が形成された一対の燃料電池用セパレータで前記電
解質を挟持した電極を挟んだ単電池セルを多数積層した
燃料電池において、前記ガス通流溝、前記冷却剤通流溝
の少なくとも一つが複数の通流溝で形成されていること
を特徴とする燃料電池。9. A gas flow groove for guiding a supply gas comprising a fuel gas or an oxidizing gas from the inlet side to the outlet side of the pair of electrodes sandwiching the electrolyte, on the surfaces of the pair of electrodes facing the electrolyte. Is formed, a part of which is an electrode sandwiching the electrolyte between a pair of fuel cell separators in which a coolant flow groove for guiding a coolant from an inlet side to an outlet side is formed on a surface opposite to the electrode. In a fuel cell in which a large number of unit cells are stacked, at least one of the gas flow groove and the coolant flow groove is formed by a plurality of flow grooves.
前記入口、出口がそれぞれ一つのマニホールドを形成
し、前記単電池セルの積層体を挟持するプレッシャプレ
ートの少なくとも一方に供給ガス、冷却剤の導入孔、排
出孔を設け、該導入孔、排出孔と前記マニホールドを連
結し、該導入孔、排出孔または該導入孔、排出孔に通じ
る管路の少なくとも一つに流量制御手段を設けたことを
特徴とする請求項９記載の燃料電池。10. When the unit cells are stacked,
The inlet and the outlet each form one manifold, and at least one of the pressure plates sandwiching the unit cell stack is provided with a supply gas, a coolant introduction hole, and a discharge hole. 10. The fuel cell according to claim 9, wherein the manifold is connected, and at least one of the introduction hole and the discharge hole or a pipe line communicating with the introduction hole and the discharge hole is provided with a flow control unit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP10355194A JP2000182636A (en) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | Fuel cell separator and fuel cell |
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