JP2001043872A - Solid polymer electrolyte type fuel cell - Google Patents

Solid polymer electrolyte type fuel cell

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JP2001043872A
JP2001043872A JP11216020A JP21602099A JP2001043872A JP 2001043872 A JP2001043872 A JP 2001043872A JP 11216020 A JP11216020 A JP 11216020A JP 21602099 A JP21602099 A JP 21602099A JP 2001043872 A JP2001043872 A JP 2001043872A
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passage
air
refrigerant
fuel
passages
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Japanese (ja)
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Itsushin So
一新 曽
Katsuhiro Kajio
克宏 梶尾
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Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To equalize cell internal resistance in cell surfaces and distribution of current density, by equalizing temperature distribution in fuel, air, and refrigerant on cell surfaces, and equalizing temperature distribution in catalyst and ion exchange film. SOLUTION: This solid polymer electrolyte type fuel cell is equipped with fluid passage plates 1, (2), (3) having fluid passages 11, (21), (31), respectively, formed therein and supplied with fluids such as fuel, air, and refrigerant. Inlets 12, (22), (32) for letting the supplied fluids into the fluid passages 11, (21), (31) and outlets 13, (23), (33) for letting out the excessively supplied fluids are disposed in reversed relation to each other while fluids flowing through adjoining fluids passages 11A and 11B, (21A and 21B), (31A and 31B) formed in the respective fluid passage plates 1, (2), (3) are directed reverse to each other, thereby causing the total of physical properties of the supplied fluids diffused in opposed electrodes from adjoining fluid passage to be equalized in all portions.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料、空気および
冷媒等の流体が供給される流体通路が形成されている各
通路板を備えた固体高分子電解質型燃料電池において、
各通路板に形成されている隣り合う通路の流れの方向を
逆にするとともに、前記隣り合う流体通路から対向する
電極内に拡散する供給流体の物理的特性の和が、どの部
位においても同様になるように構成され、セル面におけ
る燃料、空気および冷媒の温度分布を均一にし、触媒、
イオン交換膜における温度分布を均一にして、セル面に
おける電池の内部抵抗、電流密度の分布を均一にする固
体高分子電解質型燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell having respective passage plates provided with fluid passages to which fluids such as fuel, air and refrigerant are supplied.
In addition to reversing the direction of flow of the adjacent passages formed in each passage plate, the sum of the physical characteristics of the supply fluids diffused from the adjacent fluid passages into the opposing electrodes is the same at any location. The temperature distribution of fuel, air and refrigerant on the cell surface is made uniform,
The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell in which the temperature distribution in an ion exchange membrane is made uniform and the internal resistance and current density distribution of the cell on the cell surface are made uniform.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の固体高分子電解質型燃料電池(U
SP4988583)は、燃料電池のセル温度をある希
望する値で維持するために、図14に示されるように冷
媒の循環通路Pが設けられており、冷媒通路板PT、燃
料と空気通路板における冷媒、燃料および空気の流れ
は、導入口Iから排出口Oに向かって全体に亘り一方向
になっているのが、多くの固体高分子電解質型燃料電池
における設計上の特徴であった。
2. Description of the Related Art A conventional solid polymer electrolyte fuel cell (U.
In SP4988853), in order to maintain the cell temperature of the fuel cell at a certain desired value, a refrigerant circulation passage P is provided as shown in FIG. 14, and the refrigerant passage plate PT, the refrigerant and the refrigerant in the air passage plate are provided. The flow of fuel and air is unidirectional throughout from the inlet I to the outlet O, which is a design feature of many solid polymer electrolyte fuel cells.

【0003】固体高分子電解質型燃料電池の場合では、
燃料(一般に水素を含有するガス)と空気(または酸
素)がそれぞれに還元剤と酸化剤として電池の燃料と空
気の導入口を通して電池に導入される。反応後の余剰な
燃料と空気がそれぞれの排出口を通して排出される。
In the case of a solid polymer electrolyte fuel cell,
Fuel (generally a hydrogen-containing gas) and air (or oxygen) are introduced into the cell as the reducing and oxidizing agents, respectively, through the fuel and air inlets of the cell. Excess fuel and air after the reaction are discharged through the respective outlets.

【0004】燃料と空気が電池のセル面において導入口
Iと排出口Oを連結する燃料と空気の通路Pを流れ、反
応の進行に伴って消費される。集電板とガス通路板一体
型のセパレータ式を採用する燃料電池の場合は、セパレ
ータの面において燃料極に面して燃料通路を、空気極に
面して空気通路を設ける。
Fuel and air flow through a fuel-air passage P connecting an inlet I and an outlet O on the cell surface of the battery, and are consumed as the reaction proceeds. In the case of a fuel cell adopting a separator type in which a current collector plate and a gas passage plate are integrated, a fuel passage is provided on the separator surface facing the fuel electrode, and an air passage is provided facing the air electrode.

【0005】上記従来の電池における燃料と空気の全体
は、一端の導入口から他端の排出口に向かって同一の方
向に流れるものであり、このような形状の燃料通路およ
び空気通路の下では、ガスの流れ方向に沿って、燃料極
と空気極におけるガスの組成、圧力、温度、湿度などが
変化する。
[0005] In the above-mentioned conventional battery, the entire fuel and air flow in the same direction from the inlet at one end to the outlet at the other end, and under the fuel passage and the air passage having such shapes. The composition, pressure, temperature, humidity, and the like of the gas at the fuel electrode and the air electrode change along the gas flow direction.

【0006】前記ガスの通路板と同様に、冷媒通路板の
通路形成においても、冷媒全体の流れが、入口から出口
に向かって同一の方向となっている。このような冷媒配
流構造を持つセルにおいては、セルの温度が、冷媒の入
口から出口にかけて冷媒の流れに沿って温度勾配が生じ
る。
[0006] As in the case of the gas passage plate, in the passage formation of the refrigerant passage plate, the flow of the entire refrigerant is in the same direction from the inlet to the outlet. In a cell having such a refrigerant distribution structure, the temperature of the cell has a temperature gradient along the flow of the refrigerant from the inlet to the outlet of the refrigerant.

【0007】すなわち上述したような燃料通路と空気通
路形状においては、ガスの流れ方向に沿って、燃料極と
空気極におけるガス組成と圧力、温度、湿度などが、面
方向に線形の勾配が形成されるように変化する。
That is, in the fuel passage and the air passage described above, the gas composition and the pressure, temperature, humidity, and the like at the fuel electrode and the air electrode form a linear gradient in the plane direction along the gas flow direction. To change.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の固体高分子
電解質型燃料電池は、よく知られているように前記燃料
電池のイオン交換膜のイオン導電率がイオン膜内の含水
状態、環境の温度、湿度に大きく依存するので、前記の
ようなガス通路板、冷媒通路板を用いる固体高分子電解
質型燃料電池においては、ガス流れ、冷媒流れの方向に
従ってセル面方向において電池の内部抵抗分布の不均一
が生ずるという問題があった。
As is well known, in the above-mentioned conventional solid polymer electrolyte fuel cell, the ionic conductivity of the ion exchange membrane of the fuel cell is such that the ionic conductivity of the ion exchange membrane is water-containing in the ionic membrane and the temperature of the environment. Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell using the gas passage plate and the refrigerant passage plate as described above, the internal resistance distribution of the cell in the cell surface direction does not depend on the direction of gas flow and refrigerant flow. There is a problem that uniformity occurs.

【0009】同時に、内部抵抗の不均一による電流密度
の不均一が、セル全体の出力が低下するだけではなく、
セル面方向における廃熱のバラツキを生み出し、燃料電
池の熱と水管理を難しくするとともに、これを原因とし
て反応触媒、イオン交換膜の熱履歴の相違が大きく、触
媒とイオン交換膜の耐久性能を損なうことになる。上述
した前記冷媒通路の形状においては、主に反応廃熱との
熱交換によるセル面における冷媒の温度勾配のパターン
は、前記のようなガス配流の特徴を有する燃料極と空気
極が求める局所的な圧力、温度と湿度の好ましい状態の
ものではなかったという問題があった。
At the same time, uneven current density due to uneven internal resistance not only reduces the output of the entire cell,
This creates variations in waste heat in the cell surface direction, making it difficult to control the heat and water of the fuel cell, and as a result, the difference in the thermal histories of the reaction catalyst and the ion exchange membrane is large, resulting in the durability of the catalyst and the ion exchange membrane. You will lose. In the above-described shape of the refrigerant passage, the pattern of the temperature gradient of the refrigerant on the cell surface mainly due to heat exchange with the waste heat of the reaction is locally determined by the fuel electrode and the air electrode having the gas distribution characteristics as described above. There was a problem that the pressure, temperature and humidity were not in a favorable condition.

【0010】そこで本発明者は、燃料、空気および冷媒
等の流体が供給される流体通路が形成されている各通路
板を備えた固体高分子電解質型燃料電池において、各通
路板に形成されている隣り合う通路の流れの方向を逆に
するとともに、前記隣り合う流体通路から対向する電極
内に拡散する供給流体の物理的特性の和が、どの部位に
おいても同様になるようにするという本発明の技術的思
想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、セル面におけ
る燃料、空気および冷媒の温度分布を均一にし、触媒、
イオン交換膜における温度分布を均一にして、セル面に
おける電池の内部抵抗、電流密度の分布を均一にすると
いう目的を達成する本発明に到達した。
Accordingly, the present inventor has proposed a solid polymer electrolyte fuel cell having a passage plate in which a fluid passage to which a fluid such as fuel, air and a refrigerant is supplied is formed in each passage plate. The invention is directed to reversing the direction of flow of adjacent passages, so that the sum of the physical properties of the supply fluids diffused from the adjacent fluid passages into the opposing electrodes is the same at any location. Focusing on the technical idea of, and as a result of further research and development, the temperature distribution of fuel, air and refrigerant on the cell surface was made uniform, and the catalyst,
The present invention has been achieved to achieve the object of making the temperature distribution in the ion exchange membrane uniform and the distribution of the internal resistance and current density of the battery on the cell surface uniform.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明(請求項1に記載
の第1発明)の固体高分子電解質型燃料電池は、燃料、
空気および冷媒等の流体が供給される流体通路が形成さ
れている各通路板を備えた固体高分子電解質型燃料電池
において、各通路板に形成されている隣り合う流体通路
の流れの方向を逆にするとともに、前記隣り合う流体通
路から対向する電極内に拡散する供給流体の物理的特性
の和が、どの部位においても同様になるように構成され
ているものである。
The solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention (first invention according to claim 1) comprises a fuel,
In a solid polymer electrolyte fuel cell provided with each passage plate in which a fluid passage to which a fluid such as air and a refrigerant is supplied is formed, the flow direction of adjacent fluid passages formed in each passage plate is reversed. And the sum of the physical characteristics of the supply fluids diffusing from the adjacent fluid passages into the opposing electrodes is the same at any location.

【0012】本発明(請求項2に記載の第2発明)の固
体高分子電解質型燃料電池は、前記第1発明において、
前記隣り合う流体通路が、前記各通路板に互いに平行に
延在形成され、前記供給流体が導入される導入口と余剰
の前記供給流体が排出される排出口の配置関係が互いに
逆になっているものである。
The solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention (the second invention according to the second aspect) is the fuel cell according to the first aspect,
The adjacent fluid passages are formed so as to extend in parallel with each of the passage plates, and the arrangement relationship between an inlet through which the supply fluid is introduced and an outlet through which excess supply fluid is discharged is opposite to each other. Is what it is.

【0013】本発明(請求項3に記載の第3発明)の固
体高分子電解質型燃料電池は、前記第2発明において、
前記隣り合う流体通路の前記導入口と前記排出口が、互
いに近接して配設されるとともに、前記各通路板の中心
に対して対称な位置関係の一端と他端に並置されている
ものである。
The solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention (third invention according to claim 3) is characterized in that in the second invention,
The inlet and the outlet of the adjacent fluid passages are arranged close to each other and are juxtaposed at one end and the other end in a symmetrical positional relationship with respect to the center of each passage plate. is there.

【0014】本発明(請求項4に記載の第4発明)の固
体高分子電解質型燃料電池は、前記第3発明において、
前記通路板が、燃料が供給される燃料通路が形成されて
いる燃料通路板であり、前記燃料通路が、前記燃料通路
板に穿設された溝によって構成され、前記隣り合う燃料
通路から対向する前記電極内に拡散する前記燃料の圧力
の和、温度の和および湿度の和が、どの部位においても
同様になるように構成されているものである。
The solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention (fourth invention according to claim 4) is characterized in that in the third invention,
The passage plate is a fuel passage plate in which a fuel passage to which fuel is supplied is formed, and the fuel passage is constituted by a groove formed in the fuel passage plate, and is opposed to the adjacent fuel passage. The sum of the pressure, the sum of the temperature and the sum of the humidity of the fuel diffused into the electrode is configured to be the same at any part.

【0015】本発明(請求項5に記載の第5発明)の固
体高分子電解質型燃料電池は、前記第3発明において、
前記通路板が、空気が供給される空気通路が形成されて
いる空気通路板であり、前記空気通路が、前記空気通路
板に穿設された溝によって構成され、前記隣り合う空気
通路から対向する前記電極内に拡散する前記空気の圧力
の和、温度の和および湿度の和が、どの部位においても
同様になるように構成されているものである。
[0015] The solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention (fifth invention according to claim 5) is characterized in that in the third invention,
The passage plate is an air passage plate in which an air passage to which air is supplied is formed, and the air passage is formed by a groove formed in the air passage plate, and is opposed to the adjacent air passage. The sum of the pressure, the sum of the temperature, and the sum of the humidity of the air diffused into the electrode are configured to be the same at any part.

【0016】本発明(請求項6に記載の第6発明)の固
体高分子電解質型燃料電池は、前記第3発明において、
前記通路板が、冷媒が供給される冷媒通路が形成されて
いる冷媒通路板であり、前記冷媒通路が、前記冷媒通路
板に穿設された溝によって構成され、前記隣り合う冷媒
通路から対向する前記電極内に拡散する前記冷媒の温度
の和が、どの部位においても同様になるように構成され
ているものである。
The solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention (the sixth invention according to the sixth invention) is characterized in that in the third invention,
The passage plate is a refrigerant passage plate in which a refrigerant passage to which a refrigerant is supplied is formed, and the refrigerant passage is constituted by a groove formed in the refrigerant passage plate, and is opposed to the adjacent refrigerant passage. It is configured such that the sum of the temperatures of the refrigerant diffusing into the electrode is the same at any part.

【0017】[0017]

【発明の作用および効果】上記構成より成る第1発明の
固体高分子電解質型燃料電池は、前記各通路板に形成さ
れている流れの方向が逆の隣り合う流体通路から対向す
る電極内に拡散する供給流体の物理的特性の和が、どの
部位においても同様になるので、セル面における供給流
体の温度分布を均一にし、触媒、イオン交換膜における
温度分布を均一にして、セル面における電池の内部抵
抗、電流密度の分布を均一にするという効果を奏する。
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the first aspect of the present invention having the above-mentioned structure, the flow is formed in each of the passage plates, and the flow direction of the flow is reversed from the adjacent fluid passages into the opposing electrodes. Since the sum of the physical characteristics of the supplied fluid becomes the same at any part, the temperature distribution of the supplied fluid on the cell surface is made uniform, the temperature distribution on the catalyst and the ion exchange membrane is made uniform, This has the effect of making the distribution of internal resistance and current density uniform.

【0018】上記構成より成る第2発明の固体高分子電
解質型燃料電池は、前記第1発明において、前記隣り合
う流体通路が、前記各通路板に互いに平行に延在形成さ
れ、前記供給流体が導入される導入口と余剰の前記供給
流体が排出される排出口の配置関係が互いに逆になって
いるので、例えば一方の流体通路のある部位が導入口に
近い場合は隣り合う他方の流体通路の近接する部位は排
出口に近いので,隣り合う流体通路から対向する電極内
に拡散する供給流体の物理的特性が一方の流体通路のあ
る部位において大きい場合は他方の流体通路の近接する
部位においては小さいため、隣り合う流体通路から対向
する電極内に拡散する供給流体の物理的特性の和が、ど
の部位においても同様になるという効果を奏する。
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the second aspect of the present invention having the above structure, in the first aspect, the adjacent fluid passages are formed so as to extend in parallel with each of the passage plates, and the supply fluid is provided. Since the arrangement relationship between the inlet to be introduced and the outlet from which the surplus supply fluid is discharged is opposite to each other, for example, when a part of one fluid passage is close to the inlet, the other fluid passage adjacent to the other fluid passage is adjacent. Is close to the discharge port, so if the physical characteristics of the supply fluid that diffuses from the adjacent fluid passage into the opposing electrode is greater in one part of the fluid passage, then in the vicinity of the other fluid passage Is small, the effect is obtained that the sum of the physical characteristics of the supply fluids diffused from the adjacent fluid passages into the opposing electrodes is the same at any part.

【0019】上記構成より成る第3発明の固体高分子電
解質型燃料電池は、前記第2発明において、前記隣り合
う流体通路の前記導入口と前記排出口が、互いに近接し
て配設されるとともに、前記各通路板の中心に対して対
称な位置関係の一端と他端に並置されているので、隣り
合う流体通路から対向する電極内に拡散する供給流体の
物理的特性が一方の流体通路のある部位において大きい
場合は他方の流体通路の近接する部位においては小さい
ため、隣り合う流体通路から対向する電極内に拡散する
供給流体の物理的特性の和が、どの部位においても同一
になるという効果を奏する。
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the third aspect of the present invention, the inlet and the outlet of the adjacent fluid passage are arranged close to each other. Since the juxtaposition is made at one end and the other end in a symmetrical positional relationship with respect to the center of each of the passage plates, the physical characteristics of the supply fluid diffused from the adjacent fluid passage into the opposing electrode are different from those of the one fluid passage. The effect that the sum of the physical characteristics of the supply fluids diffused from the adjacent fluid passages into the opposing electrode is the same at any portion because the larger fluid at one portion is smaller at the portion adjacent to the other fluid passage. To play.

【0020】上記構成より成る第4発明の固体高分子電
解質型燃料電池は、前記第3発明において、前記通路板
が、燃料が供給される燃料通路が形成されている燃料通
路板であり、前記燃料通路が、前記燃料通路板に穿設さ
れた溝によって構成され、前記隣り合う燃料通路から対
向する前記電極内に拡散する前記燃料の圧力の和、温度
の和および湿度の和が、どの部位においても同様になる
ので、セル面における燃料の温度分布を均一にして、セ
ル面における電池の内部抵抗、電流密度の分布を均一に
するという効果を奏する。
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to a fourth aspect of the present invention, the passage plate is a fuel passage plate in which a fuel passage to which fuel is supplied is formed. A fuel passage is formed by a groove formed in the fuel passage plate, and the sum of the pressure, the sum of the temperature, and the sum of the humidity of the fuel diffused from the adjacent fuel passage into the opposed electrode is determined by any part. Therefore, there is an effect that the temperature distribution of the fuel on the cell surface is made uniform, and the distribution of the internal resistance and current density of the battery on the cell surface is made uniform.

【0021】上記構成より成る第5発明の固体高分子電
解質型燃料電池は、前記第3発明において、前記通路板
が、空気が供給される空気通路が形成されている空気通
路板であり、前記空気通路が、前記空気通路板に穿設さ
れた溝によって構成され、前記隣り合う空気通路から対
向する前記電極内に拡散する前記空気の圧力の和、温度
の和および湿度の和が、どの部位においても同様になる
ので、セル面における空気の温度分布を均一にして、セ
ル面における電池の内部抵抗、電流密度の分布を均一に
するという効果を奏する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the third aspect, the passage plate is an air passage plate provided with an air passage to which air is supplied. The air passage is constituted by a groove formed in the air passage plate, and the sum of the pressure, the sum of the temperature, and the sum of the humidity of the air diffused from the adjacent air passages into the opposing electrodes are determined by any part. Therefore, there is an effect that the temperature distribution of air on the cell surface is made uniform, and the distribution of the internal resistance and current density of the battery on the cell surface is made uniform.

【0022】上記構成より成る第6発明の固体高分子電
解質型燃料電池は、前記第3発明において、前記通路板
が、冷媒が供給される冷媒通路が形成されている冷媒通
路板であり、前記冷媒通路が、前記冷媒通路板に穿設さ
れた溝によって構成され、前記隣り合う冷媒通路から対
向する前記電極内に拡散する前記冷媒の温度の和が、ど
の部位においても同様になるので、セル面における冷媒
の温度分布を均一にし、セル面における電池の内部抵
抗、電流密度の分布を均一にするという効果を奏する。
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the sixth aspect of the present invention, the passage plate is a refrigerant passage plate provided with a refrigerant passage to which a refrigerant is supplied. The coolant passage is constituted by a groove formed in the coolant passage plate, and the sum of the temperatures of the coolant diffused from the adjacent coolant passages into the opposing electrodes is the same at any portion. This has the effect of making the temperature distribution of the refrigerant on the surface uniform and the distribution of the internal resistance and current density of the battery on the cell surface uniform.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき、
図面を用いて説明する。
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.

【0024】(第1実施形態)本第1実施形態の固体高
分子電解質型燃料電池は、図1ないし図6に示されるよ
うに燃料、空気および冷媒等の流体が供給される流体通
路11、21、31が形成されている各通路板1、2、
3を備えた固体高分子電解質型燃料電池において、前記
流体通路11、21、31の前記供給流体が導入される
導入口12、22、32と余剰の前記供給流体が排出さ
れる排出口13、23、33の配置関係が互いに逆にな
っているとともに、前記各通路板1、2、3に形成され
ている隣り合う流体通路11A、11B、21A、21
B、31A、31Bの流れの方向を逆にするとともに、
前記隣り合う流体通路から対向する電極53、54、5
5、56内に拡散する供給流体の物理的特性の和が、ど
の部位においても同様になるように構成されているもの
である。
(First Embodiment) As shown in FIGS. 1 to 6, a solid polymer electrolyte fuel cell according to a first embodiment has a fluid passage 11 through which fluids such as fuel, air and a refrigerant are supplied. Each passage plate 1, 2, in which 21, 31 is formed
3. In the solid polymer electrolyte fuel cell provided with 3, the inlets 12, 22, 32 of the fluid passages 11, 21, 31 through which the supply fluid is introduced, and the outlet 13, through which excess supply fluid is discharged, The arrangement of the fluid passages 23, 33 is opposite to each other, and the adjacent fluid passages 11A, 11B, 21A, 21 formed in each of the passage plates 1, 2, 3 are arranged.
While reversing the flow directions of B, 31A and 31B,
The electrodes 53, 54, 5 facing from the adjacent fluid passages
The sum of the physical properties of the supply fluids diffusing into 5, 56 is configured to be the same at any part.

【0025】前記固体高分子電解質型燃料電池は、図4
ないし図6に示されるように対向する陰極である燃料と
しての水素極53、54と陽極である空気極55、56
の2枚の電極によって電解質である高分子イオン交換膜
57を挾持する構造の電極ユニット51、52の間に空
気通路21、水素吸排気通路11等が形成されているセ
パレータ61が介挿され、空気通路21および冷媒通路
31が形成されたセパレータ62が前記電極ユニット5
1の他面に当接し、前記水素吸排気通路11のみが形成
された前記セパレータ63が前記電極ユニット52の他
面に当接し、これらの構成要素が必要数だけ積層された
ものである。
The solid polymer electrolyte fuel cell is shown in FIG.
As shown in FIG. 6, hydrogen electrodes 53 and 54 as fuels facing each other and air electrodes 55 and 56 as anodes are opposed to each other.
A separator 61 having an air passage 21, a hydrogen absorption / exhaust passage 11 and the like is interposed between electrode units 51 and 52 having a structure in which a polymer ion exchange membrane 57 as an electrolyte is sandwiched between the two electrodes. The separator 62 in which the air passage 21 and the refrigerant passage 31 are formed is connected to the electrode unit 5.
The separator 63 in contact with the other surface of the electrode unit 52 and in contact with the other surface of the electrode unit 52 is formed by laminating a required number of these components.

【0026】なお図4ないし図6において、白丸が付さ
れている通路は、下に入口、上に出口を配置する通路の
位置を示し、同じ方向(例えば紙面厚さ方向下方)に流
れ、黒丸が付されている通路は、上に入口、下に出口を
配置する通路の位置を示し、前記白丸の通路の流れの方
向とは逆(例えば紙面厚さ方向上方)の方向に流れるよ
うになっている。すなわち互いに隣り合う燃料通路11
A−11B、空気通路21A−21B、冷媒通路31A
−31Bの流れの方向が逆になっている。
In FIGS. 4 to 6, the passages marked with white circles indicate the positions of the passages where the entrance is located below and the exit is located above, and flow in the same direction (for example, downward in the thickness direction of the paper). The passages marked with indicate the positions of the passages in which the inlet is located above and the outlet is located below, and flow in the direction opposite to the flow direction of the white circle passage (for example, upward in the thickness direction of the paper). ing. That is, the fuel passages 11 adjacent to each other
A-11B, air passages 21A-21B, refrigerant passage 31A
The flow direction of -31B is reversed.

【0027】前記隣り合う流体通路11A、11B、2
1A、21B、31A、31Bが、図1ないし図3に示
されるように前記各通路板1、2、3にクランク状に互
いに平行に延在形成され、前記供給流体が導入される導
入口12、22、32と余剰の前記供給流体が排出され
る排出口13、23、33の配置関係が互いに逆になっ
ている。
The adjacent fluid passages 11A, 11B, 2
As shown in FIGS. 1 to 3, 1A, 21B, 31A, and 31B are formed in the respective passage plates 1, 2, and 3 so as to extend parallel to each other in a crank shape, and the inlet 12 through which the supply fluid is introduced. , 22, 32 and the arrangement of the discharge ports 13, 23, 33 from which the excess supply fluid is discharged are reversed.

【0028】すなわち図1および図2に示されるよう
に、前記隣り合う燃料通路11A、11Bおよび空気通
路21A、21Bの前記導入口12、22と前記排出口
13、23が、互いに近接して配設されるとともに、前
記各通路板1、2、3の中心に対して対称な位置関係の
図中一端の左上端と他端の右下端に並置されている。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the inlets 12, 22 and the outlets 13, 23 of the adjacent fuel passages 11A, 11B and air passages 21A, 21B are arranged close to each other. At the same time, they are juxtaposed at the left upper end at one end and the lower right end at the other end in a symmetrical positional relationship with respect to the center of each of the passage plates 1, 2, and 3.

【0029】また図3に示されるように、前記隣り合う
冷媒通路31A、31Bの前記導入口32と前記排出口
33が、互いに近接して配設されるとともに、前記各通
路板1、2、3の中心に対して対称な位置関係の図中一
端の中央右寄り上端と他端の中央左寄り下端に並置され
ている。
As shown in FIG. 3, the inlet 32 and the outlet 33 of the adjacent refrigerant passages 31A and 31B are arranged close to each other, and the respective passage plates 1, 2,. 3 are juxtaposed at the upper right end at the center at the center and the lower end at the left center at the other end.

【0030】燃料通路板1は、図1および図4に示され
るように燃料である水素が供給される燃料通路11が形
成されており、前記燃料通路11が、前記燃料通路板1
に穿設された溝14によって構成され、図中上下方向に
おいて互いに隣り合う燃料通路11A、11Bの流れの
方向が逆であり、前記隣り合う燃料通路11A、11B
から対向する前記電極53、54内に拡散する前記燃料
の圧力の和、温度の和および湿度の和が、どの部位にお
いても同様になるように構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 4, the fuel passage plate 1 is formed with a fuel passage 11 to which hydrogen as a fuel is supplied.
The flow directions of the fuel passages 11A and 11B adjacent to each other in the vertical direction in the drawing are opposite to each other, and the fuel passages 11A and 11B
The sum of the pressure, the sum of the temperature and the sum of the humidity of the fuel diffused into the electrodes 53 and 54 facing each other is the same at any part.

【0031】すなわち前記燃料通路板1においては、セ
ルの面の一端において同方向位置に燃料導入口12と排
出口13を並列して設ける。同時に面方向において対向
する他端の位置に同数の燃料導入口12と排出口13を
並列して設ける。前記燃料導入口12と燃料排出口13
の配列方法としては、互いに隣り合う燃料通路11A、
11Bの流れの方向を逆にするために前記燃料通路板1
において、同方向位置並置される前記燃料の導入口12
と排出口13をそれぞれ交互に配置する。
That is, in the fuel passage plate 1, the fuel inlet 12 and the outlet 13 are provided in parallel at one end of the cell surface in the same direction. At the same time, the same number of fuel inlets 12 and outlets 13 are provided in parallel at the positions of the other ends facing each other in the plane direction. The fuel inlet 12 and the fuel outlet 13
Are arranged as fuel passages 11A,
11B in order to reverse the flow direction of the fuel passage plate 1B.
At the same direction, the fuel inlets 12
And the discharge port 13 are alternately arranged.

【0032】同列する燃料導入口12と排出口13の間
を、ガスゲートで分離する。対向的に位置する燃料導入
口12と燃料排出口13を一組にして、入口と出口を連
通する燃料通路11を設ける。燃料導入口と排出口を連
結する燃料通路も燃料流れ方向について互いに交互にな
っている。
A fuel gate 12 and a discharge port 13 are separated by a gas gate. A pair of the fuel inlet 12 and the fuel outlet 13 located opposite each other is provided as a set, and a fuel passage 11 communicating the inlet and the outlet is provided. The fuel passage connecting the fuel inlet and the outlet is also alternated in the fuel flow direction.

【0033】一つの燃料通路11は、一本(図示)、ま
たは一本以上の溝14によって構成される。燃料が、一
定の割合でそれぞれの燃料導入口12を通して燃料通路
11内に配流される。反応の余剰な燃料は、その燃料通
路に連結する前記燃料排出口13から排出される。
One fuel passage 11 is constituted by one (shown) or one or more grooves 14. Fuel is distributed into the fuel passage 11 through each fuel inlet 12 at a fixed rate. Excess fuel from the reaction is discharged from the fuel outlet 13 connected to the fuel passage.

【0034】空気通路板2は、図2および図5に示され
るように空気が供給される空気通路21が形成されてお
り、前記空気通路21が、前記空気通路板2に穿設され
た溝24によって構成され、図中上下方向において互い
に隣り合う空気通路21A、21Bの流れの方向が逆で
あり、前記隣り合う空気通路21A、21Bから対向す
る前記電極55、56内に拡散する前記空気の圧力の
和、温度の和および湿度の和が、どの部位においても同
様になるように構成されている。
The air passage plate 2 is provided with an air passage 21 to which air is supplied as shown in FIGS. 2 and 5, and the air passage 21 is formed in a groove formed in the air passage plate 2. 24, the flow directions of the air passages 21A and 21B adjacent to each other in the vertical direction in the drawing are opposite to each other, and the air diffused into the opposing electrodes 55 and 56 from the adjacent air passages 21A and 21B. The sum of the pressure, the sum of the temperature, and the sum of the humidity are configured to be the same at any part.

【0035】すなわち前記空気通路板2においては、セ
ルの面の一端において同方向位置に空気導入口22と排
出口23を並列して設ける。同時に面方向において対向
する他端の位置に同数の空気導入口22と排出口23を
並列して設ける。前記空気導入口22と空気排出口23
の配列方法としては、互いに隣り合う空気通路21A、
21Bの流れの方向を逆にするために空気通路板2にお
いて、同方向位置に並置される前記空気導入口22と排
出口23を交互に配置する。
That is, in the air passage plate 2, an air inlet 22 and an outlet 23 are provided in parallel at one end of the cell surface in the same direction. At the same time, the same number of air inlets 22 and outlets 23 are provided in parallel at the positions of the other ends facing each other in the plane direction. The air inlet 22 and the air outlet 23
Are arranged as air passages 21A adjacent to each other.
In order to reverse the direction of the flow of the air 21B, the air inlets 22 and the outlets 23 which are juxtaposed in the same direction are alternately arranged in the air passage plate 2.

【0036】同列する空気導入口22と排出口23の間
を、ガスゲートで分離する。対向的に位置する空気導入
口22と空気排出口23を一組にして、入口と出口を連
通する空気通路21を設ける。空気導入口22と排出口
23を連結する空気通路21も同様に空気流れ方向につ
いて互いに交互になっている。
A gas gate separates the air inlet 22 and the outlet 23 which are arranged in the same row. A pair of an air inlet 22 and an air outlet 23 located opposite to each other is provided as a set, and an air passage 21 communicating the inlet and the outlet is provided. Similarly, the air passages 21 connecting the air inlet 22 and the outlet 23 alternate with each other in the air flow direction.

【0037】一つの空気通路は、一本(図示)、または
一本以上の溝24によって構成される。空気が、一定の
割合でそれぞれの空気導入口22を通して空気通路21
内に配流される。反応の余剰な空気は、その空気通路2
1に連結する空気排出口23から排出される。
One air passage is constituted by one (shown) or one or more grooves 24. Air flows at a constant rate through each air inlet 22 through the air passages 21.
Is distributed within. Excess air from the reaction is passed through the air passage 2
Air is discharged from the air outlet 23 connected to the air outlet 1.

【0038】冷媒通路板3は、図3および図6に示され
るように冷媒が供給される冷媒通路31が形成されてお
り、前記冷媒通路3が、前記冷媒通路板に穿設された溝
34によって構成され、図中上下方向において互いに隣
り合う冷媒通路31A、31Bの流れの方向が逆であ
る。
As shown in FIGS. 3 and 6, the refrigerant passage plate 3 is provided with a refrigerant passage 31 to which a refrigerant is supplied, and the refrigerant passage 3 is formed in a groove 34 formed in the refrigerant passage plate. The directions of the flows of the refrigerant passages 31A and 31B adjacent to each other in the vertical direction in the drawing are opposite.

【0039】冷媒導入口32と冷媒排出口33の設置に
ついては、燃料と空気通路板と同様に、冷媒通路板3に
おいて、一端の同方向位置に冷媒導入口32と冷媒排出
口33を交互に設ける。同時に面方向において対向する
他端の位置に同数の冷媒導入口32と排出口33を設け
る。
With respect to the installation of the refrigerant inlet 32 and the refrigerant outlet 33, the refrigerant inlet 32 and the refrigerant outlet 33 are alternately arranged at one end in the same direction on the refrigerant passage plate 3 as in the fuel and air passage plates. Provide. At the same time, the same number of refrigerant inlets 32 and outlets 33 are provided at the other end positions facing each other in the plane direction.

【0040】対向的に位置する冷媒導入口32と冷媒排
出口33を連結する冷媒の通路31は、冷媒の流れ方向
について互いに交互になっている。冷媒通路31は、一
本(図示)、または一本以上の溝34によって構成され
る。冷媒は、一定の割合でそれぞれの冷媒導入口32を
通して前記冷媒通路31を経て冷媒出口33から排出す
る。前記冷媒通路31における冷媒の流れ方向は、積層
方向にて空気通路中の空気の流れ方向と一致させる。
The refrigerant passages 31 connecting the refrigerant inlets 32 and the refrigerant outlets 33 located opposite to each other are alternately arranged in the flow direction of the refrigerant. The refrigerant passage 31 is constituted by one (shown) or one or more grooves 34. The refrigerant is discharged from the refrigerant outlet 33 through the refrigerant passage 31 through the respective refrigerant inlets 32 at a fixed rate. The flow direction of the refrigerant in the refrigerant passage 31 is made to coincide with the flow direction of the air in the air passage in the laminating direction.

【0041】本第1実施形態における図1ないし図3
は、それぞれに燃料通路板1、空気通路板2と冷媒通路
板3の一つの構造設計例を示すもので、本第1実施形態
においては、燃料、空気と冷媒が、上下の一端および他
端において4分割した形で導入され、各通路に全体流量
4分の1の燃料、空気または冷媒が隣接する通路のもの
と反対方向で流れる構造である。
FIGS. 1 to 3 in the first embodiment.
1 shows one structural design example of the fuel passage plate 1, the air passage plate 2 and the refrigerant passage plate 3, respectively. In the first embodiment, the fuel, the air and the refrigerant are separated from one another at the upper and lower ends and the other end. In this structure, fuel, air or refrigerant at a quarter of the total flow rate flows into each passage in a direction opposite to that of the adjacent passage.

【0042】本第1実施形態の各通路は、一本の溝で構
成され、クランク状に直角に5段折り返しとなっている
が、溝の本数と折り返し段数は、必要に応じて設定する
ことができる。
Each of the passages of the first embodiment is formed of a single groove, and is folded five steps at right angles in a crank shape. However, the number of grooves and the number of folded steps may be set as necessary. Can be.

【0043】上記構成より成る第1実施形態の固体高分
子電解質型燃料電池は、前記燃料通路11における燃料
中の水素の分圧、または前記空気通路21における空気
中の酸素分圧は、その通路11、21の入口から出口に
かけて反応に従って低減する。
In the solid polymer electrolyte fuel cell of the first embodiment having the above structure, the partial pressure of hydrogen in the fuel in the fuel passage 11 or the partial pressure of oxygen in the air in the air passage 21 is determined by the It decreases according to the reaction from the inlet to the outlet of 11,21.

【0044】一方、空気中の湿度が反応と共に上昇す
る。互いに隣接する通路11、21における燃料、また
は空気は、流れ方向が互いに反対となっているため、分
圧、湿度の勾配の方向も反対となっている。
On the other hand, the humidity in the air rises with the reaction. Since the flow directions of the fuel and air in the passages 11 and 21 adjacent to each other are opposite to each other, the directions of the partial pressure and the gradient of the humidity are also opposite.

【0045】図7は、前記流体通路11、12に沿う燃
料または空気の分圧勾配を概念的に表している。図7に
示されるように、各反応進行点において図1ないし図6
中における上下方向において隣接する通路11A(黒丸
−図7中破線)、11B(白丸−図7中実線)、21A
(黒丸−図7中破線)、21B(白丸−図7中実線)に
おける燃料中の水素分圧、または空気中の酸素分圧の差
が、多孔質の前記電極53、54、55、56を介する
隣接通路間の水素、酸素の相互拡散を促進する。その結
果、最終的にセル面において水素、酸素の分圧分布の均
一化を図ることが出来る。
FIG. 7 conceptually shows a partial pressure gradient of fuel or air along the fluid passages 11 and 12. As shown in FIG. 7, at each reaction progress point, FIGS.
Passages 11A (black circles-dashed lines in FIG. 7), 11B (white circles-solid lines in FIG. 7), 21A adjacent in the vertical direction in the inside
The difference between the partial pressure of hydrogen in the fuel or the partial pressure of oxygen in the air at (black circles—dashed lines in FIG. 7) and 21B (solid circles in FIG. 7) causes the porous electrodes 53, 54, 55, 56 to Promotes the interdiffusion of hydrogen and oxygen between adjacent passages. As a result, the partial pressure distributions of hydrogen and oxygen can be finally made uniform on the cell surface.

【0046】前記冷媒通路板3において、図8に示され
るように同様に隣り合う冷媒通路31A(黒丸−図8中
破線)、31B(白丸−図8中実線)の入口32から出
口33にかけて流れ方向に従って冷媒の温度勾配ができ
る。しかし、各通路31における温度勾配は、隣接する
通路間の温度差による熱伝達によって緩和され、均一化
される。
In the refrigerant passage plate 3, as shown in FIG. 8, the refrigerant flows from the inlet 32 to the outlet 33 of the adjacent refrigerant passages 31 A (black circles—dashed lines in FIG. 8) and 31 B (white circles—solid lines in FIG. 8). A temperature gradient of the refrigerant is generated according to the direction. However, the temperature gradient in each passage 31 is reduced and uniformized by heat transfer due to the temperature difference between adjacent passages.

【0047】その結果、最終的にセル面における温度分
布が均一になる方向に向かう。図8は、単独通路におけ
る温度勾配と上記上下方向において隣接する通路間の熱
伝達によって緩和された温度の分布を概念的に表され
る。
As a result, the temperature distribution eventually becomes uniform in the cell surface. FIG. 8 conceptually shows a temperature distribution in a single passage and a distribution of temperature reduced by heat transfer between the vertically adjacent passages.

【0048】上記作用を奏する第1実施形態の固体高分
子電解質型燃料電池は、前記各通路板1、2、3に形成
されている前記供給流体の流れの方向が逆の隣り合う流
体通路11、21、31から対向する多孔質体である前
記電極53、54、55、56内に拡散する供給流体の
物理的特性の和が、どの部位においても同様になるの
で、セル面における供給流体の温度分布を均一にし、触
媒、イオン交換膜における温度分布を均一にして、セル
面における電池の内部抵抗、電流密度の分布を均一にす
るという効果を奏する。
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the first embodiment having the above operation, the fluid passages 11 formed in the passage plates 1, 2, and 3 in which the flow directions of the supply fluids are opposite to each other are provided. , 21, and 31, the sum of the physical characteristics of the supply fluids diffused into the electrodes 53, 54, 55, and 56, which are porous bodies facing each other, is the same at any part, and therefore, the supply fluid supply This has the effect of making the temperature distribution uniform, making the temperature distribution in the catalyst and the ion exchange membrane uniform, and making the distribution of the internal resistance and current density of the battery on the cell surface uniform.

【0049】すなわち第1実施形態の固体高分子電解質
型燃料電池は、前記隣り合う流体通路11、21、31
が、前記各通路板1、2、3に互いに平行に延在形成さ
れ、前記供給流体が導入される導入口12、22、32
と余剰の前記供給流体が排出される排出口13、23、
33の配置関係が互いに逆になっているので、例えば一
方の流体通路のある部位11A、21A、31Aが前記
導入口22に近い場合は隣り合う他方の流体通路の近接
する部位11B、21B、31Bは排出口に近いので,
隣り合う流体通路から対向する多孔質の前記電極内に拡
散する供給流体の物理的特性が、一方の流体通路のある
部位において大きい場合は他方の流体通路の近接する部
位においては小さいため、隣り合う流体通路から対向す
る電極内に拡散する供給流体の物理的特性の和が、どの
部位においても同様になるという効果を奏する。
That is, in the solid polymer electrolyte fuel cell of the first embodiment, the adjacent fluid passages 11, 21, 31
Are formed in the respective passage plates 1, 2, 3 so as to extend in parallel with each other, and the introduction ports 12, 22, 32 into which the supply fluid is introduced.
And outlets 13, 23 from which the excess supply fluid is discharged,
Since the arrangement relationship of 33 is opposite to each other, for example, when one of the fluid passages 11A, 21A, 31A is close to the inlet 22, the adjacent fluid passages 11B, 21B, 31B are adjacent to each other. Is close to the outlet,
When the physical properties of the supply fluid that diffuses from the adjacent fluid passages into the opposed porous electrode are large in a portion of one fluid passage and small in a portion adjacent to the other fluid passage, they are adjacent to each other. This has the effect that the sum of the physical properties of the supply fluid diffusing from the fluid passage into the opposing electrode is the same at any location.

【0050】また第1実施形態の固体高分子電解質型燃
料電池は、前記隣り合う流体通路11、21、31の前
記導入口12、22、32と前記排出口13、23、3
3が、互いに近接して配設されるとともに、前記各通路
板1、2、3の中心に対して対称な位置関係の一端と他
端に並置されているので、隣り合う流体通路11、2
1、31から対向する前記電極53、54、55、56
内に拡散する供給流体の物理的特性が一方の流体通路の
ある部位において大きい場合は他方の流体通路の近接す
る部位においては小さいため、隣り合う流体通路から対
向する電極内に拡散する供給流体の物理的特性の和が、
どの部位においても同一になるという効果を奏する。
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the first embodiment, the inlets 12, 22, 32 and the outlets 13, 23, 3 of the adjacent fluid passages 11, 21, 31 are provided.
3 are disposed adjacent to each other and are juxtaposed at one end and the other end in a symmetrical positional relationship with respect to the center of each of the passage plates 1, 2, 3.
The electrodes 53, 54, 55, 56 facing from 1, 31
If the physical properties of the supply fluid that diffuses into the fluid passage are large at one portion of one fluid passage, it is small at the portion adjacent to the other fluid passage. The sum of the physical properties is
This has the effect of being the same at any site.

【0051】さらに本第1実施形態の固体高分子電解質
型燃料電池は、前記燃料通路板1に穿設された前記溝に
よって構成される前記隣り合う燃料通路11A、11B
から対向する前記電極53、54内に拡散する前記燃料
の圧力の和、温度の和および湿度の和が、どの部位にお
いても同様になるので、セル面における燃料の温度分布
を均一にして、セル面における電池の内部抵抗、電流密
度の分布を均一にするという効果を奏する。
Further, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the first embodiment, the adjacent fuel passages 11A and 11B formed by the grooves formed in the fuel passage plate 1 are provided.
Since the sum of the pressure, the sum of the temperature, and the sum of the humidity of the fuel diffused into the electrodes 53, 54 opposed to each other are the same in any part, the temperature distribution of the fuel on the cell surface is made uniform, This has the effect of making the distribution of the internal resistance and current density of the battery uniform on the surface.

【0052】また第1実施形態の固体高分子電解質型燃
料電池は、前記空気通路板2に穿設された前記溝24に
よって構成された前記隣り合う空気通路21A、21B
から対向する前記電極55、56内に拡散する前記空気
の圧力の和、温度の和および湿度の和が、どの部位にお
いても同様になるので、セル面における空気の温度分布
を均一にして、セル面における電池の内部抵抗、電流密
度の分布を均一にするという効果を奏する。
Further, in the solid polymer electrolyte fuel cell of the first embodiment, the adjacent air passages 21A, 21B formed by the grooves 24 formed in the air passage plate 2 are provided.
Since the sum of the pressure, the sum of the temperature, and the sum of the humidity of the air diffused into the electrodes 55 and 56 facing each other are the same in any part, the temperature distribution of the air on the cell surface is made uniform, This has the effect of making the distribution of the internal resistance and current density of the battery uniform on the surface.

【0053】さらに第1実施形態の固体高分子電解質型
燃料電池は、前記冷媒通路板3に穿設された前記溝34
によって構成された前記隣り合う冷媒通路31A、31
Bから前記セル面に拡散する前記冷媒の温度の和が、ど
の部位においても同様になるので、セル面における冷媒
の温度分布を均一にし、セル面における電池の内部抵
抗、電流密度の分布を均一にするという効果を奏する。
Further, in the solid polymer electrolyte fuel cell of the first embodiment, the groove 34 formed in the refrigerant passage plate 3 is provided.
The adjacent refrigerant passages 31A, 31 constituted by
Since the sum of the temperatures of the refrigerant diffused from B to the cell surface becomes the same at any portion, the temperature distribution of the refrigerant on the cell surface is made uniform, and the internal resistance and current density distribution of the battery on the cell surface are made uniform. This has the effect of

【0054】(第2実施形態)本第2実施形態の固体高
分子電解質型燃料電池は、図9ないし図11に示される
ように供給流体が導入される導入口12、22、32と
余剰の前記供給流体が排出される排出口13、23、3
3との間を連絡する流体通路11、21、31を形成す
る溝14、24、34が複数穿設されている点が、前記
第1実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説
明する。
(Second Embodiment) As shown in FIGS. 9 to 11, the solid polymer electrolyte fuel cell of the second embodiment has inlets 12, 22, and 32 for supplying a supply fluid and an excess Outlets 13, 23, 3 from which the supply fluid is discharged
The difference from the first embodiment is that a plurality of grooves 14, 24, 34 forming the fluid passages 11, 21, 31 communicating with the third embodiment are different from the first embodiment. Will be described.

【0055】すなわち図9ないし図11に示されるよう
に、燃料、空気および冷媒の前記導入口12、22、3
2および燃料、空気および冷媒の前記排出口13、2
3、33の1個に対して連通させて2本の溝14、2
4、34が互いに平行にクランク状に延在形成され、前
記流体通路11、21、31を構成するものである。
That is, as shown in FIGS. 9 to 11, the fuel, air and refrigerant inlets 12, 22, 3
2 and said outlets 13, 2 for fuel, air and refrigerant
The two grooves 14, 2 are communicated with one of the three
Numerals 4 and 34 extend in a crank shape in parallel with each other, and constitute the fluid passages 11, 21, and 31.

【0056】図12および図13は、本第2実施形態に
おける図9ないし図11に示される燃料通路板1、空気
通路板2と冷媒通路板3を用いて積層構成された燃料電
池積層体であるスタックにおいて、前記燃料通路11、
空気通路21および冷媒通路31の出入口12、22、
32、13、23、33と各マニホールド15、25、
35の連絡関係および集電端子102に近接する一方の
端部のエンドプレート101の各配管(燃料、空気、冷
媒)マニホールド15、25、35の各出入口152、
153、252、253、352、353が示される。
FIGS. 12 and 13 show a fuel cell stack according to the second embodiment, which is formed by stacking the fuel passage plate 1, the air passage plate 2 and the refrigerant passage plate 3 shown in FIGS. In one stack, the fuel passage 11,
Doors 12, 22 of the air passage 21 and the refrigerant passage 31,
32, 13, 23, 33 and each manifold 15, 25,
35, and each inlet / outlet 152 of each pipe (fuel, air, refrigerant) manifold 15, 25, 35 of the end plate 101 at one end close to the current collecting terminal 102.
153, 252, 253, 352, 353 are shown.

【0057】したがって本第2実施形態においては、燃
料、空気と冷媒が、上下の一端および他端において2分
割した形で導入され、2本の溝14、24、34によっ
て構成される各通路に全体流量の2分の1の燃料、空気
または冷媒が、隣り合う通路11、12、31において
反対方向に流れる。各通路11、12、31を構成する
2本の溝24には、燃料、空気と冷媒が同方向に流れ
る。
Therefore, in the second embodiment, fuel, air, and refrigerant are introduced in two parts at the upper and lower ends and the other end, and are introduced into each passage defined by the two grooves 14, 24, and 34. One half of the total flow, fuel, air or refrigerant, flows in opposite directions in adjacent passages 11, 12, 31. Fuel, air, and refrigerant flow in the same direction in the two grooves 24 forming the passages 11, 12, 31.

【0058】上記作用を奏する第2実施形態の固体高分
子電解質型燃料電池は、前記各通路板1、2、3に形成
されている前記供給流体の流れの方向が逆の隣り合う流
体通路11、21、31から対向する多孔質体である前
記電極53、54、55、56内に拡散する供給流体の
物理的特性の和が、どの部位においても同様になるの
で、セル面における供給流体の温度分布をほぼ均一に
し、触媒、イオン交換膜における温度分布をほぼ均一に
して、セル面における電池の内部抵抗、電流密度の分布
をほぼ均一にするという効果を奏する。
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the second embodiment having the above operation, the fluid passages 11 formed in the passage plates 1, 2, and 3 are adjacent to each other in the direction of the flow of the supply fluid. , 21, and 31, the sum of the physical characteristics of the supply fluids diffused into the electrodes 53, 54, 55, and 56, which are porous bodies facing each other, is the same at any part, and therefore, the supply fluid supply This has the effect of making the temperature distribution substantially uniform, making the temperature distribution in the catalyst and the ion exchange membrane almost uniform, and making the distribution of the internal resistance and current density of the battery on the cell surface almost uniform.

【0059】また第2実施形態の固体高分子電解質型燃
料電池は、燃料、空気と冷媒が、上下の一端および他端
において2分割した形で導入して、2本の溝14、2
4、34の前記流体通路11、21、31によって供給
されるので、前記第1実施形態に比べて、出入口の数を
少なくすることが出来るため、構造上の簡略化を可能に
するという効果を奏する。
In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the second embodiment, the fuel, air and refrigerant are introduced in two parts at the upper and lower ends and the other end.
Since the fluid is supplied by the fluid passages 4, 21, and 31, the number of entrances and exits can be reduced as compared with the first embodiment, so that the structure can be simplified. Play.

【0060】上述の実施形態は、説明のために例示した
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。
The above-described embodiments have been described by way of example only, and the present invention is not limited to these embodiments. Those skilled in the art will recognize from the claims, the detailed description of the invention, and the drawings. Modifications and additions are possible without departing from the technical idea of the present invention.

【0061】上述の実施形態においては、燃料、空気ま
たは冷媒の導入口と排出口の個数、またそれぞれに対応
する導入口と排出口を連結する通路の本数は、説明の簡
便のために一例として例示したが、燃料と空気の量的設
定状態に応じて増減することが出来るとともに、一般
に、電流密度が大の場合でそれに従って流量も大の場合
においては本数が多ければ多いほど良いと考えるられ
る。
In the above embodiment, the number of inlets and outlets of fuel, air or refrigerant, and the number of passages connecting the corresponding inlets and outlets are described by way of example for simplicity of explanation. Although illustrated, it can be increased or decreased according to the quantitative setting state of the fuel and air, and in general, it is considered that the larger the number is, the better the current density is when the current density is large and the flow rate is large accordingly. .

【0062】上述の実施形態においては、一例として図
12および図13に示されるように流体導入口および流
体排出口を同一面に配置した例について説明したが、本
発明としてはそれらに限定されるものでは無く、必要に
応じて前記流体導入口および流体排出口を異なった面に
配置することが出来る。
In the above-described embodiment, an example in which the fluid inlet and the fluid outlet are arranged on the same surface as shown in FIGS. 12 and 13 has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto. Instead, the fluid inlet and the fluid outlet can be arranged on different planes as needed.

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

【図1】本発明の第1実施形態における燃料通路板およ
び燃料通路の流れの方向を示す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing a flow direction of a fuel passage plate and a fuel passage in a first embodiment of the present invention.

【図2】本第1実施形態における空気通路板および空気
通路の流れの方向を示す正面図である。
FIG. 2 is a front view showing an air passage plate and a flow direction of the air passage in the first embodiment.

【図3】本第1実施形態における冷媒通路板および冷媒
通路の流れの方向を示す正面図である。
FIG. 3 is a front view showing the direction of flow of the refrigerant passage plate and the refrigerant passage in the first embodiment.

【図4】本第1実施形態における隣り合う燃料通路の流
れの方向を説明するための断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a flow direction of adjacent fuel passages in the first embodiment.

【図5】本第1実施形態における隣り合う空気通路の流
れの方向を説明するための断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a flow direction of adjacent air passages in the first embodiment.

【図6】本第1実施形態における隣り合う冷媒通路の流
れの方向を説明するための断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the flow direction of adjacent refrigerant passages in the first embodiment.

【図7】本第1実施形態における燃料通路および空気通
路の流れに沿った燃料および空気分圧の分布を示す線図
である。
FIG. 7 is a diagram showing a distribution of fuel and air partial pressure along a flow of a fuel passage and an air passage in the first embodiment.

【図8】本第1実施形態における冷媒通路の流れに沿っ
た冷媒温度の分布を示す線図である。
FIG. 8 is a diagram showing a distribution of a refrigerant temperature along a flow of a refrigerant passage in the first embodiment.

【図9】本発明の第2実施形態における燃料通路板およ
び燃料通路の流れの方向を示す正面図である。
FIG. 9 is a front view showing the direction of flow of a fuel passage plate and a fuel passage in a second embodiment of the present invention.

【図10】本第2実施形態における空気通路板および空
気通路の流れの方向を示す正面図である。
FIG. 10 is a front view showing a flow direction of an air passage plate and an air passage in the second embodiment.

【図11】本第2実施形態における冷媒通路板および冷
媒通路の流れの方向を示す正面図である。
FIG. 11 is a front view showing the direction of flow of a refrigerant passage plate and a refrigerant passage in the second embodiment.

【図12】本第2実施形態における燃料電池積層体であ
るスタックのマニホールドと各通路の出入口の関係を示
す一部欠截斜視図である。
FIG. 12 is a partially cutaway perspective view showing a relationship between a manifold of a fuel cell stack according to a second embodiment and entrances and exits of respective passages.

【図13】本第2実施形態におけるスタックの各マニホ
ールドの出入口を示す正面図である。
FIG. 13 is a front view showing entrances and exits of each manifold of the stack according to the second embodiment.

【図14】従来における冷媒通路板および冷媒通路を示
す正面図である。
FIG. 14 is a front view showing a conventional refrigerant passage plate and a refrigerant passage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2、3 各通路板 11、21、31 流体通路 12、22、32 導入口 13、23、33 排出口 11A、11B、21A、21B、31A、31B 隣
り合う流体通路 53、54、55、56 電極
1, 2, 3 Each passage plate 11, 21, 31 Fluid passage 12, 22, 32 Inlet 13, 23, 33 Outlet 11A, 11B, 21A, 21B, 31A, 31B Adjacent fluid passages 53, 54, 55, 56 electrodes

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料、空気および冷媒等の流体が供給さ
れる流体通路が形成されている各通路板を備えた固体高
分子電解質型燃料電池において、 各通路板に形成されている隣り合う流体通路の流れの方
向を逆にするとともに、前記隣り合う流体通路から対向
する電極内に拡散する供給流体の物理的特性の和が、ど
の部位においても同様になるように構成されていること
を特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
1. A solid polymer electrolyte fuel cell provided with a passage plate in which a fluid passage to which a fluid such as fuel, air, and a refrigerant is supplied is provided. The flow direction of the passage is reversed, and the sum of the physical characteristics of the supply fluids diffused from the adjacent fluid passages into the opposing electrodes is configured to be the same at any portion. Polymer electrolyte fuel cell.
【請求項2】 請求項1において、 前記隣り合う流体通路が、前記各通路板に互いに平行に
延在形成され、前記供給流体が導入される導入口と余剰
の前記供給流体が排出される排出口の配置関係が互いに
逆になっていることを特徴とする固体高分子電解質型燃
料電池。
2. The flow passage according to claim 1, wherein the adjacent fluid passages are formed in the respective passage plates so as to extend in parallel with each other, and an introduction port through which the supply fluid is introduced and a discharge through which excess supply fluid is discharged. A solid polymer electrolyte fuel cell, wherein the arrangement of outlets is reversed.
【請求項3】 請求項2において、 前記隣り合う流体通路の前記導入口と前記排出口が、互
いに近接して配設されるとともに、前記各通路板の中心
に対して対称な位置関係の一端と他端に並置されている
ことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
3. The one end according to claim 2, wherein the inlet and the outlet of the adjacent fluid passages are arranged close to each other and symmetrical with respect to the center of each passage plate. And a solid polymer electrolyte fuel cell which is juxtaposed at the other end.
【請求項4】 請求項3において、 前記通路板が、燃料が供給される燃料通路が形成されて
いる燃料通路板であり、 前記燃料通路が、前記燃料通路板に穿設された溝によっ
て構成され、 前記隣り合う燃料通路から対向する前記電極内に拡散す
る前記燃料の圧力の和、温度の和および湿度の和が、ど
の部位においても同様になるように構成されていること
を特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
4. The fuel passage plate according to claim 3, wherein the passage plate is a fuel passage plate in which a fuel passage to which fuel is supplied is formed, and the fuel passage is constituted by a groove formed in the fuel passage plate. Wherein the sum of the pressure, the sum of the temperature, and the sum of the humidity of the fuel diffused from the adjacent fuel passages into the opposing electrodes are the same at any part. Solid polymer electrolyte fuel cell.
【請求項5】 請求項3において、 前記通路板が、空気が供給される空気通路が形成されて
いる空気通路板であり、 前記空気通路が、前記空気通路板に穿設された溝によっ
て構成され、 前記隣り合う空気通路から対向する前記電極内に拡散す
る前記空気の圧力の和、温度の和および湿度の和が、ど
の部位においても同様になるように構成されていること
を特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
5. The air passage plate according to claim 3, wherein the passage plate is an air passage plate provided with an air passage to which air is supplied, and the air passage is constituted by a groove formed in the air passage plate. Wherein the sum of the pressure, the sum of the temperature, and the sum of the humidity of the air diffused from the adjacent air passages into the opposing electrodes are the same at any part. Solid polymer electrolyte fuel cell.
【請求項6】 請求項3において、 前記通路板が、冷媒が供給される冷媒通路が形成されて
いる冷媒通路板であり、 前記冷媒通路が、前記冷媒通路板に穿設された溝によっ
て構成され、 前記隣り合う冷媒通路から対向する前記電極内に拡散す
る前記冷媒の温度の和が、どの部位においても同様にな
るように構成されていることを特徴とする固体高分子電
解質型燃料電池。
6. The refrigerant passage plate according to claim 3, wherein the passage plate is a refrigerant passage plate in which a refrigerant passage to which a refrigerant is supplied is formed, and the refrigerant passage is formed by a groove formed in the refrigerant passage plate. The solid polymer electrolyte fuel cell is characterized in that the sum of the temperatures of the refrigerant diffusing into the opposing electrodes from the adjacent refrigerant passages is the same at any part.
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