JP2002117870A - Field plate for fuel cell - Google Patents

Field plate for fuel cell

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JP2002117870A
JP2002117870A JP2000308999A JP2000308999A JP2002117870A JP 2002117870 A JP2002117870 A JP 2002117870A JP 2000308999 A JP2000308999 A JP 2000308999A JP 2000308999 A JP2000308999 A JP 2000308999A JP 2002117870 A JP2002117870 A JP 2002117870A
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JP
Japan
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gas
field plate
flow path
gas supply
line
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JP2000308999A
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Japanese (ja)
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Katsuya Shirai
克弥 白井
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field plate which can supply fuel gas and oxygen gas uniformly, while removing reaction generating water positively and preventing a large pressure loss of the supply gas and a breakage of a field plate by flow path resistance. SOLUTION: The gas flow path is formed in a space of an approximately square shape enclosed by a side-wall 11 of a field plate 1. A gas supply opening 12 is made in one side of the diagonal of the square concerned, and a gas exhaust opening 13 is made in the other side (this diagonal line is hereafter called as an axis of line symmetry). The gas supply opening 12 and the gas exhaust opening 13 are formed in a coaxial to the axis of line symmetry. Two or more protrusions 14, which divide the gas flow in order, are arranged by line symmetry to the axis of line symmetry, and the gas flow path is specified, in the space enclosed by the side-wall 11. The gas flow path domain which forms line symmetry shape to the axis of the line symmetry corresponding to the electrochemical activity domain of the electrode, is formed, by the gas flow path, the gas supply opening 12, and the gas exhaust opening 13.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質型燃
料電池に用いるフィールドプレートに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field plate used for a solid polymer electrolyte fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、燃料ガス(主に水素が用い
られる)と酸素から化合物(水)を生成する電気化学反
応によって発生する電気エネルギーと熱エネルギーのう
ち、電気エネルギーを利用するものであり、固体高分子
電解質型燃料電池(PEFC)とは、プロトン伝導性の
固体高分子電解質膜を用いた燃料電池である。プロトン
伝導膜を挟んで負極となる燃料電極及び正極となる酸素
電極の両電極を配置し、燃料電極側に水素ガス等の燃料
ガスを供給し、酸素電極側に空気又は酸素ガスを供給し
て電気化学反応を起こさせることにより電力を取り出す
ことができる。
2. Description of the Related Art A fuel cell utilizes electric energy among electric energy and heat energy generated by an electrochemical reaction of generating a compound (water) from a fuel gas (mainly hydrogen) and oxygen. A solid polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is a fuel cell using a proton-conductive solid polymer electrolyte membrane. A fuel electrode serving as a negative electrode and an oxygen electrode serving as a positive electrode are arranged with the proton conductive membrane interposed therebetween, a fuel gas such as hydrogen gas is supplied to the fuel electrode side, and air or oxygen gas is supplied to the oxygen electrode side. Electric power can be extracted by causing an electrochemical reaction.

【0003】固体高分子電解質型燃料電池は、燃料電極
側に燃料ガスを供給するためのフィールドプレートを有
し、酸素電極側に酸素ガスを供給するためのフィールド
プレートを有する。フィールドプレートを介して供給さ
れた燃料ガスと酸素ガスの電気化学反応の過程で酸素電
極では水が生成される。このため、生成された水が、フ
ィールドプレートに形成された酸素ガスの流路を塞ぎ、
酸素ガスの出力の低下や不安定化などの原因となる。
A solid polymer electrolyte fuel cell has a field plate for supplying a fuel gas to a fuel electrode side and a field plate for supplying an oxygen gas to an oxygen electrode side. Water is generated at the oxygen electrode during the electrochemical reaction between the fuel gas and the oxygen gas supplied via the field plate. For this reason, the generated water blocks the flow path of oxygen gas formed in the field plate,
This may cause a decrease in output of oxygen gas or instability.

【0004】このような反応生成水による出力低下を防
ぐために、従来より、フィールドプレートについて反応
生成水を除去する様々な流路形状が提案されている。例
えば、米国特許4769297号明細書には、フィール
ドプレート上に複数の突起を形成してガス流路を格子状
に形成するものが記載されている。また、特公平7−3
788号公報には、複数の直線状ガス流路を互いに平行
になるよう形成したものが記載されている。また、特開
平10−106594号公報には、格子状の流路と直線
状のガス流路を組合せたものが記載されている。また、
米国特許4988583号明細書や特開平11−283
639号公報には、1本の蛇行するガス流路を形成した
ものが記載されている。
[0004] In order to prevent such a decrease in output due to the reaction water, various flow path shapes for removing the reaction water from the field plate have been proposed. For example, U.S. Pat. No. 4,769,297 describes a method in which a plurality of protrusions are formed on a field plate to form gas channels in a lattice shape. 7-3
Japanese Patent Application Publication No. 788 describes that a plurality of linear gas flow paths are formed so as to be parallel to each other. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-106594 describes a combination of a lattice-shaped flow path and a linear gas flow path. Also,
U.S. Pat. No. 4,988,583 and JP-A-11-283
Japanese Patent No. 639 describes that one single meandering gas flow path is formed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】これらの流路形状には
それぞれ長所と短所がある。例えば、米国特許4769
297号明細書に記載されたような格子状の流路形状で
は、反応生成水が流路を塞ぐほど溜まることは起こりに
くいが、積極的に反応生成水を除去することはできな
い。また、燃料ガス及び酸素ガスを拡散させることがで
きないため、電極面内で特性のばらつきが生じたり、長
時間使用時に出力の低下や変動が発生したりする。
Each of these channel shapes has advantages and disadvantages. For example, US Pat.
In the grid-like flow path shape described in the specification of Japanese Patent No. 297, it is difficult for reaction product water to accumulate so as to close the flow channel, but it is not possible to positively remove the reaction product water. In addition, since the fuel gas and the oxygen gas cannot be diffused, the characteristics may vary in the electrode surface, and the output may decrease or fluctuate during long-term use.

【0006】また、特開平10−106594号公報に
記載されたような直線状の流路や直線状の流路と格子状
の流路を組合せた形態では、燃料ガスや酸素ガスの均一
な供給及び反応生成水の除去が困難である。
[0006] Further, in a form described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-106594, in which a straight flow path or a combination of a straight flow path and a lattice flow path is used, a uniform supply of fuel gas or oxygen gas is provided. And it is difficult to remove the reaction product water.

【0007】米国特許4988583号明細書に記載さ
れたようなガス供給口からガス排出口までを1本の蛇行
するガス流路でつなぐ形態のものでは、燃料ガスや酸素
ガスの均一な供給及び反応生成水の除去は容易である
が、流路抵抗により供給ガスの圧力損失が増大し、ガス
の供給系に大きな負担がかかる。また、供給ガスの圧力
によってフィールドプレートの破損が発生しやすくな
る。
In the configuration described in US Pat. No. 4,988,583, in which a gas supply port and a gas discharge port are connected by one meandering gas flow path, uniform supply and reaction of fuel gas and oxygen gas are performed. Although the generated water can be easily removed, the pressure loss of the supply gas increases due to the flow path resistance, and a heavy load is applied to the gas supply system. Further, the pressure of the supplied gas easily causes the field plate to be damaged.

【0008】そこで、本発明は、流路抵抗による供給ガ
スの大きな圧力損失やフィールドプレートの破損を防止
しつつ、反応生成水を積極的に除去するとともに、燃料
ガスや酸素ガスを均一に供給することができるフィール
ドプレートを提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention actively removes the reaction water and uniformly supplies fuel gas and oxygen gas while preventing a large pressure loss of the supply gas and breakage of the field plate due to flow path resistance. It is intended to provide a field plate that can be used.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、固体電解質膜を挟持する一対の電極の一
方に接触し、接触する電極の電気化学的活性領域に対応
した形状であって、接触する電極に面する側に、ガスを
供給するガス供給口、供給されたガスを排出するガス排
出口、及び該ガス供給口と該ガス排出口とに連通したガ
ス流路とが形成されたガス流路領域を有する燃料電極用
フィールドプレートにおいて、該ガス流路領域の外形が
線対称形状であって、線対称軸上に該ガス供給口と該ガ
ス排出口とを同軸配列し、該ガス供給口から線対称軸方
向に供給されるガス流を順次分流する複数の凸部を該ガ
ス流路領域に配列し、該複数の凸部により該ガス流路を
画成した燃料電池用フィールドプレートを提供してい
る。この燃料電池用フィールドプレートでは、燃料ガス
または酸素ガスが、ガス供給口からガス流路へ供給さ
れ、ガス流路において凸部により順次分流され、最後に
ガス排出口より排出される。ガス供給口、ガス排出口、
ガス流路により形成されるガス流路領域の外形は線対称
形状であり、線対称軸上にガス供給口とガス排出口が同
軸配列されるので、燃料ガスおよび酸素ガスは、ガス流
路領域全体にほぼ均一に流れる。ガス流路領域は接触す
る電極の電気化学的活性領域に対応するので、電極の電
気化学的活性領域全体においてほぼ均一に電気化学反応
が生じる。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method of contacting one of a pair of electrodes sandwiching a solid electrolyte membrane with a shape corresponding to an electrochemically active region of the contacting electrode. There is a gas supply port for supplying gas, a gas discharge port for discharging the supplied gas, and a gas flow path communicating with the gas supply port and the gas discharge port on the side facing the contacting electrode. In the fuel electrode field plate having the formed gas passage region, the outer shape of the gas passage region has a line-symmetrical shape, and the gas supply port and the gas outlet are coaxially arranged on a line-symmetric axis. A fuel cell in which a plurality of convex portions for sequentially dividing a gas flow supplied in a direction of a line of symmetry from the gas supply port are arranged in the gas passage region, and the plurality of convex portions define the gas passage; We provide field plates for In this fuel cell field plate, fuel gas or oxygen gas is supplied from a gas supply port to a gas flow path, is sequentially divided by a convex portion in the gas flow path, and is finally discharged from a gas discharge port. Gas inlet, gas outlet,
The outer shape of the gas flow path region formed by the gas flow path is a line symmetric shape, and the gas supply port and the gas discharge port are coaxially arranged on the line symmetric axis. It flows almost uniformly throughout. Since the gas flow area corresponds to the electrochemically active area of the contacting electrode, the electrochemical reaction occurs almost uniformly in the entire electrochemically active area of the electrode.

【0010】また、該凸部の配列パターンは、該線対称
軸に対して線対称であるのが好ましい。このような燃料
電池用フィールドプレートでは、燃料ガスまたは酸素ガ
スが、ガス流路において凸部により線対称に順次分流さ
れるので、ガス流の偏りが生じない。
[0010] It is preferable that the arrangement pattern of the projections is line-symmetric with respect to the axis of line symmetry. In such a fuel cell field plate, since the fuel gas or the oxygen gas is sequentially divided in a gas flow path by the convex portions in a line-symmetric manner, the gas flow does not become uneven.

【0011】また、該凸部は四角柱形状をなしてもよい
し、円柱形状をなしてもよいし、半球形状をなしてもよ
い。
Further, the projection may have a quadrangular prism shape, a cylindrical shape, or a hemispherical shape.

【0012】また、該ガス流路領域の外形はn角形をな
し(nは4以上の偶数)、該ガス供給口と該ガス排出口
とは、該n角形の対角線上に位置するのが好ましい。こ
のような燃料電池用フィールドプレートでは、燃料ガス
および酸素ガスは、ガス供給口、即ちガス流路領域の外
形たるn角形の角部から供給されるので、当該n角形の
辺部から供給される場合に生じるような角部におけるガ
ス流のよどみが生じない。
It is preferable that the outer shape of the gas passage region is an n-sided polygon (n is an even number of 4 or more), and the gas supply port and the gas discharge port are located on a diagonal line of the n-sided polygon. . In such a fuel cell field plate, the fuel gas and the oxygen gas are supplied from the gas supply port, that is, the n-sided corner, which is the outer shape of the gas flow path region, and are supplied from the n-sided side. There is no gas flow stagnation at the corners as would occur in some cases.

【0013】また、該線対称軸上に同軸配列されたガス
供給口とガス排出口の他に、複数のガス供給口とガス排
出口が形成されるのが好ましい。このような燃料電池用
フィールドプレートでは、燃料ガスおよび酸素ガスは、
複数箇所から供給され、複数箇所から排出されるので、
ガス流路領域全体を均一に流れる。
It is preferable that a plurality of gas supply ports and a plurality of gas discharge ports are formed in addition to the gas supply port and the gas discharge port coaxially arranged on the line-symmetric axis. In such a fuel cell field plate, the fuel gas and oxygen gas are
Since it is supplied from multiple places and discharged from multiple places,
It flows uniformly throughout the gas flow path region.

【0014】さらに、該線対称軸上に配列されたガス供
給口とガス排出口の他に形成された該複数のガス供給口
とガス排出口のそれぞれは、該線対称軸に対して線対称
に配置されているのが好ましい。このような燃料電池用
フィールドプレートでは、燃料ガスまたは酸素ガスが、
ガス流路に線対称に供給され、排出されるので、ガス流
の偏りが生じない。
Further, each of the plurality of gas supply ports and gas discharge ports formed in addition to the gas supply port and the gas discharge port arranged on the line symmetric axis is line symmetric with respect to the line symmetric axis. It is preferred to be located at In such a fuel cell field plate, the fuel gas or oxygen gas is
Since the gas is supplied to and discharged from the gas flow path in a symmetrical manner, the gas flow is not biased.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態による
フィールドプレートについて図1乃至図9に基づき説明
する。図1は、固体高分子電解質型燃料電池の構成を示
したものである。図示されているように、固体高分子電
解質型燃料電池は、固体高分子電解質膜2(以下、単に
「電解質膜2」という)を燃料電極3と酸素電極4で挟
持し、更に各電極の外側にフィールドプレート1を配置
した構成となっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A field plate according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the configuration of a solid polymer electrolyte fuel cell. As shown in the figure, the solid polymer electrolyte fuel cell has a solid polymer electrolyte membrane 2 (hereinafter simply referred to as “electrolyte membrane 2”) sandwiched between a fuel electrode 3 and an oxygen electrode 4 and further outside each electrode. And the field plate 1 is arranged in the first position.

【0016】燃料電極3側のフィールドプレート1も酸
素電極4側のフィールドプレート1も共に、流路抵抗に
よる供給ガスの圧力損失を防止し、供給ガスの供給を流
路全体において均一化すべき点では共通する。そのた
め、本実施の形態においては、燃料電極3側と酸素電極
4側のフィールドプレート1を同一形状としている。以
下、酸素極4側のフィールドプレート1について説明す
る。
The point that both the field plate 1 on the fuel electrode 3 side and the field plate 1 on the oxygen electrode 4 side should prevent the pressure loss of the supply gas due to the flow path resistance and make the supply of the supply gas uniform throughout the flow path. Common. Therefore, in the present embodiment, the field plates 1 on the fuel electrode 3 side and the oxygen electrode 4 side have the same shape. Hereinafter, the field plate 1 on the oxygen electrode 4 side will be described.

【0017】フィールドプレート1の酸素電極4側の面
にはガス流路領域が形成されている。ガス流路領域は、
ガス供給口、ガス排出口、及びガス供給口とガス排出口
とに連通したガス流路を含み、ガス流路は複数の凸部1
4により画成された構造となっている。フィールドプレ
ート1は、集電体としての機能も有するため、タンタ
ル、ニオブ、カーボン等の電導性の材料により形成され
る。
A gas flow path region is formed on the surface of the field plate 1 on the oxygen electrode 4 side. The gas flow path area
A gas supply port, a gas discharge port, and a gas flow path communicating with the gas supply port and the gas discharge port;
4. Since the field plate 1 also has a function as a current collector, it is formed of a conductive material such as tantalum, niobium, and carbon.

【0018】本実施の形態では、電解質膜2としては、
ポリ水酸化フラーレン(通称、フラレノール)でできた
膜を用いている。ポリ水酸化フラーレンにより形成した
膜は、パーフルオロスルホン酸樹脂により形成されたも
のに比べて成膜性等に優れており、またプロトンの伝導
に水分子の介在を必要としないため、加湿器等が不要で
あり、更に、動作温度領域が−40°C〜160°Cと
広い等の利点がある。
In the present embodiment, as the electrolyte membrane 2,
A film made of polyhydroxylated fullerene (commonly called fullerenol) is used. Films formed from polyhydroxy fullerenes are more excellent in film-forming properties than those formed from perfluorosulfonic acid resin, and do not require the interposition of water molecules for proton conduction. Are not required, and the operating temperature range is as wide as -40 ° C to 160 ° C.

【0019】次に、本実施の形態のフィールドプレート
1の形状について詳述する。フィールドプレート1を酸
素電極4の側から見た正面図を図2に示す。
Next, the shape of the field plate 1 of the present embodiment will be described in detail. FIG. 2 shows a front view of the field plate 1 as viewed from the oxygen electrode 4 side.

【0020】フィールドプレート1には、その外周面に
沿って側壁11が形成されている。側壁11の上面は酸
素電極4と面接触する。面接触した状態でフィールドプ
レート1、側壁11、及び酸素電極4により仕切られる
内部空間が酸素ガスのガス流路領域となっている。側壁
11はガス流路領域を略正方形に画成しているが、この
略正方形の形状は酸素電極4の電気化学的活性領域に対
応させたものである。
The field plate 1 has a side wall 11 formed along its outer peripheral surface. The upper surface of the side wall 11 makes surface contact with the oxygen electrode 4. An internal space partitioned by the field plate 1, the side wall 11, and the oxygen electrode 4 in a surface-contact state is a gas flow path region for oxygen gas. The side wall 11 defines a gas flow path region in a substantially square shape, and this substantially square shape corresponds to the electrochemically active region of the oxygen electrode 4.

【0021】側壁1がなす正方形の1つの対角線上に存
する一方の角部にはガス供給口12が、他方の角部には
ガス排出口13が形成されている。ガス供給口12とガ
ス排出口13を含むガス流路領域の外形は、ガス供給口
12とガス排出口13を結ぶ線(以下、「線対称軸」と
いう)に対し線対称をなす。別言すれば、ガス供給口1
2とガス排出口13は、線対称軸上に同軸配列されてい
る。
A gas supply port 12 is formed at one corner on one diagonal of the square formed by the side wall 1, and a gas discharge port 13 is formed at the other corner. The outer shape of the gas flow path region including the gas supply port 12 and the gas discharge port 13 is line-symmetric with respect to a line connecting the gas supply port 12 and the gas discharge port 13 (hereinafter, referred to as a “line symmetric axis”). In other words, the gas supply port 1
2 and the gas outlet 13 are coaxially arranged on a line symmetry axis.

【0022】ガス供給口12は、線対称軸に沿ってガス
流路領域内にガスを供給し、ガス排出口13は、線対称
軸に沿ってガス流路領域からガスを排出する。即ち、酸
素ガスは、図2に示される矢印の方向に沿ってフィール
ドプレート1内のガス流路領域内に供給され、同じく矢
印の方向に沿って排出される。
The gas supply port 12 supplies gas into the gas passage area along the axis of symmetry, and the gas discharge port 13 exhausts gas from the gas passage area along the axis of symmetry. That is, the oxygen gas is supplied into the gas flow path region in the field plate 1 along the direction of the arrow shown in FIG. 2, and is also discharged along the direction of the arrow.

【0023】側壁11に取囲まれた領域内には、上面が
酸素電極4に接する四角柱状の凸部14が複数形成さ
れ、凸部14と側壁11によりガス流路が画成される。
凸部14は、ガス供給口12から供給されるガス流を上
流側から下流側に順次分流するよう配列されている。具
体的には、凸部14は、上記線対称軸に対して線対称を
なす配列パターンで凸設されている。複数ある凸部14
のうち、特定の凸部、例えば凸部14aと、それに近接
配列された下流側の2つの凸部、例えば凸部14b、1
4cに着目すると、これら3つの凸部14a、14b、
14cの中心を結ぶ三角形は略正三角形であり、凸部1
4b、14cを結ぶ線は、上記線対称軸に対して垂直を
なしている。
In a region surrounded by the side wall 11, a plurality of quadrangular prism-shaped protrusions 14 whose upper surfaces are in contact with the oxygen electrode 4 are formed, and the protrusions 14 and the side walls 11 define a gas flow path.
The protrusions 14 are arranged so as to sequentially divide the gas flow supplied from the gas supply port 12 from the upstream side to the downstream side. Specifically, the protrusions 14 are provided in a protruding manner in an array pattern that is line-symmetric with respect to the axis of line symmetry. Multiple convex portions 14
Among them, a specific convex portion, for example, the convex portion 14a, and two downstream convex portions, for example, the convex portions 14b, 1
4c, these three convex portions 14a, 14b,
The triangle connecting the centers of 14c is a substantially equilateral triangle, and the protrusion 1
The line connecting 4b and 14c is perpendicular to the line symmetry axis.

【0024】次に、凸部14によりガス流が順次分流す
る様子を図3に示す。ガス流の流れの方向を図中白抜き
矢印で示す。ガス供給口12から供給されたガスは、矢
印Aの方向に流れ、図3の第1段目の凸部14に衝突
して、矢印Bで示すように2方向に分流する。そして、
2方向に分流したガスは、第2段目の2つの凸部14
にそれぞれ衝突し、衝突後更に2方向に分流して矢印C
の方向へ進む。更に、矢印Cの方向へ進んだガスは、第
3段目の凸部14に衝突して、矢印Dの方向へそれぞ
れ分流する。このようにして、ガス供給口12から供給
された酸素ガスは、横方向(前記対象軸に直交する方
向)に拡散しながらガス排出口13へ向かう。横方向に
進むガス流も最終的には側壁11で反射し、再びガス排
出口13へ進む。この結果、酸素ガスは、ガス流路領域
内全体にほぼ均一に拡散することになる。
Next, the gas flow is sequentially diverted by the convex portions 14.
FIG. The direction of gas flow is outlined in the figure.
Indicated by arrows. The gas supplied from the gas supply port 12 is
3 flows in the direction of the mark A, and the first-stage convex portion 14 in FIG.1Collide with
Then, as shown by the arrow B, the flow is divided in two directions. And
The gas diverted in two directions passes through the two convex portions 14 of the second stage. 2
Respectively, and after the collision, further diverges in two directions and the arrow C
Proceed in the direction of. Further, the gas that has proceeded in the direction of arrow C
Third-stage projection 143In the direction of arrow D
And divert. Thus, the gas is supplied from the gas supply port 12.
Oxygen gas in the horizontal direction (the direction perpendicular to the target axis)
To the gas outlet 13 while diffusing toward the gas outlet 13. Sideways
The advancing gas flow is also eventually reflected by the side wall 11 and again exhausted.
Go to Exit 13. As a result, the oxygen gas is
It will spread almost uniformly throughout the interior.

【0025】以上説明したようなフィールドプレート1
を燃料電極3側と酸素電極4側に設けて構成される燃料
電池の動作を説明する。
The field plate 1 as described above
The operation of a fuel cell constituted by providing the fuel cell on the fuel electrode 3 side and the oxygen electrode 4 side will be described.

【0026】まず、酸素電極4側のフィールドプレート
1を介して酸素電極4の電気化学的活性領域に酸素ガス
が供給される。また、燃料電極3側のフィールドプレー
ト1を介して燃料電極3の電気化学的活性領域に水素ガ
スが供給される。
First, oxygen gas is supplied to the electrochemically active region of the oxygen electrode 4 via the field plate 1 on the oxygen electrode 4 side. Further, hydrogen gas is supplied to the electrochemically active region of the fuel electrode 3 through the field plate 1 on the side of the fuel electrode 3.

【0027】燃料電極3に水素ガスが供給されると、水
素がイオン化され燃料電極3に電子が放出されるととも
に、プロトン(H)が電解質膜2を介して酸素電極4
に供給される。酸素電極4においては、プロトンと酸
素、更には燃料電極3から燃料電極側のフィールドプレ
ート1と負荷を介して到達した電子が電気化学反応を起
こして水を生成する。このとき、酸素ガスおよび水素ガ
スは、それぞれのフィールドプレート1のガス流路領域
内にほぼ均一に拡散されているので、水素のイオン化と
水の生成反応はそれぞれの電極内の電気化学的活性領域
内でほぼ均一に行われることになり、効率のよい発電が
可能となる。
When hydrogen gas is supplied to the fuel electrode 3, hydrogen is ionized and electrons are emitted to the fuel electrode 3, and protons (H + ) are generated via the electrolyte membrane 2 by the oxygen electrode 4.
Supplied to In the oxygen electrode 4, protons and oxygen, and furthermore, electrons arriving from the fuel electrode 3 via the fuel electrode side field plate 1 and the load cause an electrochemical reaction to generate water. At this time, since the oxygen gas and the hydrogen gas are almost uniformly diffused in the gas flow path regions of the respective field plates 1, the ionization of hydrogen and the generation reaction of water are performed in the electrochemically active regions in the respective electrodes. In this case, the power generation is performed almost uniformly, and efficient power generation becomes possible.

【0028】また、この電気化学反応により生じる水
も、酸素電極4の全体に均一に発生するが、対向するフ
ィールドプレート1内をほぼ均一の流速で流れる酸素ガ
スにより、反応生成水を確実に除去することができる。
The water generated by this electrochemical reaction is also uniformly generated throughout the oxygen electrode 4, but the reaction product water is reliably removed by the oxygen gas flowing at a substantially uniform flow rate in the opposing field plate 1. can do.

【0029】本発明の第1の実施の形態のフィールドプ
レート1について、電気化学的に活性な電極領域面積を
46.45cmとし、酸素ガス(空気)の流量を2
5.012cm/sとしたときの流速分布を計算した
結果を図4乃至図6に示す。
The field plate 1 according to the first embodiment of the present invention has an electrochemically active electrode area of 46.45 cm 2 and a flow rate of oxygen gas (air) of 2.
FIGS. 4 to 6 show the results of calculating the flow velocity distribution at 5.012 cm 3 / s.

【0030】図4は、流速98cm/s乃至147cm
/sの領域を、図5は、流速49cm/s乃至98cm
/sの領域を、図6は、流速6cm/s乃至49cm/
sの領域をそれぞれ示したものである。
FIG. 4 shows a flow rate of 98 cm / s to 147 cm.
FIG. 5 shows a flow rate of 49 cm / s to 98 cm.
FIG. 6 shows the flow rate of 6 cm / s to 49 cm / s.
The respective regions of s are shown.

【0031】これらの図から、ガス供給口12及びガス
排出口13付近を除けば、ガスの流速はガス流路全域に
わたりほぼ均一であることがわかる。而して、本実施の
形態のフィールドプレート1によれば、燃料ガスまたは
酸素ガスを燃料電極3または酸素電極4の電気化学的活
性領域全体に均一に供給することができ、効率のよい発
電を行うことができる。また、ガス流路領域全域にわた
りガス流のよどみがなく、酸素電極4側に発生した水
を、ガス流路領域全域にわたり確実に除去することがで
きる。
From these figures, it can be seen that, except for the vicinity of the gas supply port 12 and the gas discharge port 13, the gas flow rate is substantially uniform over the entire gas flow path. Thus, according to the field plate 1 of the present embodiment, the fuel gas or the oxygen gas can be uniformly supplied to the entire electrochemically active region of the fuel electrode 3 or the oxygen electrode 4, and efficient power generation can be achieved. It can be carried out. Further, there is no stagnation of the gas flow over the entire gas flow path region, and water generated on the oxygen electrode 4 side can be reliably removed over the entire gas flow path region.

【0032】また、比較例として、格子状に流路が形成
された従来のフィールドプレート201について、電気
化学的に活性な電極面積を46.45cmとし、酸素
ガス(空気)の流量を25.012cm/sとしたと
きの流速分布を計算した。
As a comparative example, for a conventional field plate 201 in which channels are formed in a grid pattern, the electrochemically active electrode area is 46.45 cm 2, and the flow rate of oxygen gas (air) is 25.45 cm 2 . The flow velocity distribution at 012 cm 3 / s was calculated.

【0033】図7は、流速354cm/s乃至531c
m/sの領域を、図8は、流速177cm/s乃至35
4cm/sの領域を、図9は、流速0cm/s乃至17
7cm/sの領域をそれぞれ示したものである。
FIG. 7 shows a flow rate of 354 cm / s to 531 c.
FIG. 8 shows a flow rate of 177 cm / s to 35 m / s.
FIG. 9 shows a flow rate of 0 cm / s to 17 cm.
The region of 7 cm / s is shown.

【0034】これらの図から明らかなように、ガス供給
口212からガスの供給方向へ向かう位置においては、
流速が極端に速く、次に、ガス供給口212からガス供
給方向へ向かうガス流が側面に衝突する位置からガス排
出口213へ向かう位置においては、流速がある程度速
く、それ以外の位置では、流速が比較的遅い。これによ
り、格子状の流路を形成したフィールドプレート201
では燃料ガスまたは酸素ガスを均一に供給することがで
きないことがわかる。また、ガスの流速が不均一である
ことから、ガス流のよどみが生じ、酸素電極側に発生し
た化合物(水)を、流路全域にわたり確実に除去するこ
とはできない。
As is apparent from these figures, at the position facing the gas supply direction from the gas supply port 212,
The flow velocity is extremely high. Next, at a position where the gas flow from the gas supply port 212 in the gas supply direction collides with the side surface to the gas discharge port 213, the flow velocity is somewhat high. Is relatively slow. As a result, the field plate 201 in which the lattice-shaped flow path is formed
It can be seen that fuel gas or oxygen gas cannot be supplied uniformly. Further, since the gas flow velocity is not uniform, the gas flow stagnates, and the compound (water) generated on the oxygen electrode side cannot be reliably removed over the entire flow path.

【0035】さらに別の比較例として、1本の蛇行する
流路が形成された従来のフィールドプレート301につ
いて、電気化学的に活性な電極面積を46.45cm
とし、酸素ガス(空気)の流量を25.012cm
sとしたときのガス流の圧力分布を計算した。
As still another comparative example, the conventional field plate 301 in which one meandering channel is formed has an electrochemically active electrode area of 46.45 cm 2.
And the flow rate of oxygen gas (air) is 25.012 cm 3 /
The pressure distribution of the gas flow when s was calculated.

【0036】図10は、圧力2800dyne/cm
乃至3105dyne/cmの領域を、図11は、圧
力1800dyne/cm乃至2800dyne/c
の領域を、図12は、圧力1000dyne/cm
乃至1800dyne/cmの領域を、図13は、
圧力250dyne/cm乃至1000dyne/c
の領域を、図14は、圧力0dyne/cm乃至
250dyne/cmの領域をそれぞれ示す。
FIG. 10 shows a pressure of 2800 dyne / cm 2.
Or a region of 3105dyne / cm 2, 11, the pressure 1800dyne / cm 2 to 2800dyne / c
an area of m 2, FIG. 12 is a pressure 1000dyne / cm
An area of 2 to 1800dyne / cm 2, 13,
Pressure 250 dyne / cm 2 to 1000 dyne / c
an area of m 2, FIG. 14, respectively the region of the pressure 0dyne / cm 2 to 250dyne / cm 2.

【0037】これらの図から明らかなように、ガス供給
口312近傍における圧力が非常に高く、ガス排出口3
13へ向かうに従って圧力が急激に減少し、ガス供給口
312付近における圧力とガス排出口313付近におけ
る圧力との差が非常に大きい。これは、流路抵抗による
供給ガスの圧力損失が大きいことを示す。
As apparent from these figures, the pressure near the gas supply port 312 is extremely high,
13, the pressure decreases rapidly, and the difference between the pressure near the gas supply port 312 and the pressure near the gas discharge port 313 is very large. This indicates that the pressure loss of the supply gas due to the flow path resistance is large.

【0038】上記計算において、フィールドプレート1
における最大最小ガス圧差は35dyne/cmであ
り、フィールドプレート201における最大最小ガス圧
差は310dyne/cmであり、フィールドプレー
ト301における最大最小ガス圧差は3105dyne
/cmであった。最大最小ガス圧差が大きければ大き
いほど流路抵抗による供給ガスの圧力損失は大きく、ガ
スの供給系に大きな負担がかかったり、フィールドプレ
ート自体の破損を招きやすくなったりする。従って、本
発明のフィールドプレート1は、フィールドプレート2
01やフィールドプレート301と比較して、流路抵抗
による供給ガスの圧力損失が小さく、ガスの供給系に大
きな負担がかからず、フィールドプレート自体の破損も
招きにくいことがわかる。
In the above calculation, the field plate 1
Is 35 dyne / cm 2 , the maximum and minimum gas pressure difference in the field plate 201 is 310 dyne / cm 2 , and the maximum and minimum gas pressure difference in the field plate 301 is 3105 dyne.
/ Cm 2 . The larger the maximum / minimum gas pressure difference, the greater the pressure loss of the supply gas due to the flow path resistance, which imposes a heavy load on the gas supply system and tends to cause damage to the field plate itself. Therefore, the field plate 1 of the present invention is
It can be seen that the pressure loss of the supply gas due to the flow path resistance is smaller than that of the field plate 301 and the field plate 301, so that a large load is not applied to the gas supply system and the field plate itself is hardly damaged.

【0039】本発明の第2の実施の形態によるフィール
ドプレートについて図15に基づき説明する。図15
は、フィールドプレート101を酸素電極側から見た正
面図である。
A field plate according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
Is a front view of the field plate 101 as viewed from the oxygen electrode side.

【0040】フィールドプレート101には、外形を取
囲むようにして、上面が酸素電極4に接する側壁111
が形成され、側壁111に取囲まれた空間に酸素ガスを
供給するためのガス流路が形成されている。側壁111
はガス流路の外形を略正方形に画成するが、側壁111
の対向する一対の辺の一方側には、複数のガス供給口1
12、112a、112b、112c、112dが形成
され、他方の辺にはガス排出口113、113a、11
3b、113c、113dが形成されている。
The field plate 101 has a side wall 111 whose upper surface is in contact with the oxygen electrode 4 so as to surround the outer shape.
Are formed, and a gas flow path for supplying oxygen gas to a space surrounded by the side wall 111 is formed. Side wall 111
Defines the outer shape of the gas flow path to be substantially square,
A plurality of gas supply ports 1 are provided on one side of
12, 112a, 112b, 112c, 112d are formed, and gas outlets 113, 113a, 11
3b, 113c and 113d are formed.

【0041】側壁111に画成されたガス流路、ガス供
給口112、112a、112b、112c、112
d、ガス排出口113、113a、113b、113
c、113dにより、酸素電極の電気化学的活性領域に
対応した形状をなすガス流路領域が形成される。ガス流
路領域の外形は、ガス供給口112とガス排出口113
とを結ぶ線(以下、「線対称軸」という)に対し線対称
をなす。即ち、ガス供給口112a、112b、112
c、112dとガス排出口113a、113b、113
c、113dは、線対称軸に対して線対称に配列されて
いる。また、ガス供給口112,112a、112b、
112c及び112dとガス排出口113、113a、
113b、113c及び113dは、それぞれ上記線対
称軸と平行な方向に延びる軸について、同軸配列されて
いる。ガス供給口112、112a、112b、112
c、112dは、線対称軸方向に沿ってガスを供給し、
ガス排出口113、113a、113b、113c、1
13dは、線対称軸方向に沿ってガスを排出する。即
ち、酸素ガスは、図15に示される矢印の方向に沿って
フィールドプレート101内の流路に供給され、同じく
矢印の方向に沿って流路から排出される。
Gas passages defined in the side wall 111, gas supply ports 112, 112a, 112b, 112c, 112
d, gas outlets 113, 113a, 113b, 113
By c and 113d, a gas flow path region having a shape corresponding to the electrochemically active region of the oxygen electrode is formed. The outer shape of the gas flow path region includes a gas supply port 112 and a gas discharge port 113.
(Hereinafter referred to as “axis of symmetry”). That is, the gas supply ports 112a, 112b, 112
c, 112d and gas outlets 113a, 113b, 113
c and 113d are arranged in line symmetry with respect to the axis of line symmetry. In addition, gas supply ports 112, 112a, 112b,
112c and 112d and gas outlets 113, 113a,
113b, 113c and 113d are coaxially arranged with respect to an axis extending in a direction parallel to the axis of symmetry. Gas supply ports 112, 112a, 112b, 112
c, 112d supply gas along the line-symmetric axis direction,
Gas outlets 113, 113a, 113b, 113c, 1
13d discharges gas along the axis of line symmetry. That is, the oxygen gas is supplied to the flow path in the field plate 101 along the direction of the arrow shown in FIG. 15, and is also discharged from the flow path along the direction of the arrow.

【0042】また、側壁111に取囲まれた領域内に
は、上面が酸素電極に接する四角柱状の凸部114が複
数形成され、凸部114により、側壁111に取囲まれ
た空間内に、ガス流路が画成される。凸部114は、ガ
ス供給口112、112a、112b、112c、11
2dから供給されるガス流をそれぞれ順次分流するよう
配列される。また、凸部114の配列パターンは、上記
線対称軸に対して線対称をなす。凸部114のうち、凸
部114a、114b、114cに着目すると、これら
3つの凸部114a、114b、114cの中心を結ぶ
三角形は略正三角形であり、凸部114bと114cを
結ぶ線は、上記線対称軸に対して垂直をなす。
In the region surrounded by the side wall 111, a plurality of square column-shaped protrusions 114 whose upper surfaces are in contact with the oxygen electrode are formed. A gas flow path is defined. The convex portion 114 has a gas supply port 112, 112a, 112b, 112c, 11
The gas streams supplied from 2d are arranged so as to be sequentially divided. Further, the arrangement pattern of the convex portions 114 is line-symmetric with respect to the line-symmetric axis. Focusing on the protrusions 114a, 114b, 114c of the protrusions 114, the triangle connecting the centers of these three protrusions 114a, 114b, 114c is a substantially equilateral triangle, and the line connecting the protrusions 114b, 114c is Perpendicular to the axis of symmetry.

【0043】第1の実施の形態のフィールドプレート1
に形成された凸部14によりガス流が順次分流されたの
と同様に、即ち、図3に示されたのと同じようにして、
本実施の形態の凸部114によりガス流は順次分流す
る。このようにして、ガス供給口112、112a、1
12b、112c、112dから供給された燃料ガスま
たは酸素ガスは、流路内にほぼ均一に拡散される。
Field plate 1 of the first embodiment
In the same manner as the gas flow is sequentially divided by the convex portions 14 formed in the above, that is, in the same manner as shown in FIG.
The gas flow is sequentially split by the convex portion 114 of the present embodiment. Thus, the gas supply ports 112, 112a, 1
The fuel gas or oxygen gas supplied from 12b, 112c, 112d is diffused almost uniformly in the flow path.

【0044】本実施の形態のフィールドプレート101
によれば、ガス供給口112、112a、112b、1
12c、112d及びガス排出口113、113a、1
13b、113c、113dを複数形成し、これらを線
対称軸に対して線対称に配置したので、燃料ガスまたは
酸素ガスを流路内に効率よくより均一に供給することが
できる。
Field plate 101 of the present embodiment
According to the gas supply ports 112, 112a, 112b, 1
12c, 112d and gas outlets 113, 113a, 1
Since a plurality of 13b, 113c, and 113d are formed and arranged in line symmetry with respect to a line symmetry axis, fuel gas or oxygen gas can be efficiently and more uniformly supplied into the flow path.

【0045】本発明によるフィールドプレートは上述し
た実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した
範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、上記実
施の形態では凸部を四角柱状にしたが、凸部は、円柱、
半球、裁頭四角錐、裁頭円すい等、種々の形状にするこ
とができる。
The field plate according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope described in the claims. For example, in the above-described embodiment, the convex portion has a rectangular column shape.
Various shapes such as a hemisphere, a truncated square pyramid, and a truncated cone can be used.

【0046】また、フィールドプレートに形成されるガ
ス流路領域の外形は、正方形に限定されずn角形(nは
4以上の偶数)あるいは円形であっても構わない。
The outer shape of the gas flow path region formed in the field plate is not limited to a square, but may be an n-gon (n is an even number of 4 or more) or a circle.

【0047】上述した実施の形態においては、燃料とし
て水素ガスを供給したが、メタノールなどのアルコール
や他の化石燃料を液体若しくは気体の状態で供給するダ
イレクト型も採用できる。その場合には、燃料電極にお
いて、触媒により燃料材料からプロトンを得る。
In the above-described embodiment, hydrogen gas is supplied as a fuel, but a direct type in which alcohol such as methanol or other fossil fuels are supplied in a liquid or gas state can also be employed. In that case, protons are obtained from the fuel material by the catalyst at the fuel electrode.

【0048】電解質膜2の材料であるポリ水酸化フラー
レンは、図16に示したようなフラーレン分子を母体と
し、その構成炭素原子に水酸基を導入したものである
が、母体としてはフラーレン分子に限らず炭素を主成分
とする炭素質材料であればよい。この炭素質材料には、
炭素原子が、炭素−炭素間結合の種類を問わず、数個か
ら数百個結合して形成されている集合体である炭素クラ
スターや、チューブ状炭素質(通称カーボンナノチュー
ブ)が含まれていてよい。前者の炭素クラスターには、
炭素原子が多数個集合してなる、球体又は長球、又はこ
れらに類似する閉じた面構造を有する種々の炭素クラス
ター(図17)や、それらの球構造の一部が欠損し、構
造中に開放端を有する炭素クラスター(図18)、大部
分の炭素原子がSP3結合したダイヤモンド構造を持つ
炭素クラスター(図19)、さらにはこれらのクラスタ
ーどうしが種々に結合した炭素クラスター(図20)が
含まれていてよい。
The polyhydric fullerene hydroxide used as the material of the electrolyte membrane 2 has a fullerene molecule as a parent as shown in FIG. 16 and a hydroxyl group introduced into its constituent carbon atoms. However, the parent is not limited to the fullerene molecule. Any carbonaceous material containing carbon as a main component may be used. This carbonaceous material includes
Regardless of the type of carbon-carbon bond, carbon atoms are carbon clusters, which are aggregates formed by bonding several to hundreds of carbon atoms, and tubular carbonaceous materials (commonly known as carbon nanotubes). Good. The former carbon cluster includes
Various carbon clusters (Fig. 17) having a closed surface structure similar to spheres or long spheres composed of a large number of carbon atoms (Fig. 17), or a part of those sphere structures are missing, Includes carbon clusters with open ends (FIG. 18), carbon clusters with a diamond structure in which most of the carbon atoms are SP3 bonded (FIG. 19), and carbon clusters in which these clusters are variously bonded (FIG. 20). You may be.

【0049】またこの種の母体に導入する基としては水
酸基に限らず、−XH、より好ましくは−YOHで表さ
れるプロトン解離性の基であればよい。ここで、X及び
Yは2価の結合手を有する任意の原子若しくは原子団で
あり、Hは水素原子、Oは酸素原子である。具体的に
は、前記−OH以外に、硫酸水素エステル基−OSO
H、カルボキシル基−COOH、他に−SOH、−O
PO(OH)のいずれかであることが好ましい。
The group to be introduced into this kind of base is not limited to a hydroxyl group, but may be any proton-dissociable group represented by -XH, more preferably -YOH. Here, X and Y are arbitrary atoms or atomic groups having a divalent bond, H is a hydrogen atom, and O is an oxygen atom. Specifically, in addition to the -OH, a hydrogen sulfate ester group -OSO 3
H, carboxyl group -COOH, other -SO 3 H, -O
It is preferably any of PO (OH) 2 .

【0050】上記のいずれの場合でも、プロトンの伝導
に加湿が不要であり、上記実施の形態に使用される燃料
電池における効果には変わりはない。
In any of the above cases, humidification is not required for proton conduction, and the effect of the fuel cell used in the above embodiment remains unchanged.

【0051】[0051]

【発明の効果】請求項1記載のフィールドプレートによ
れば、ガス流路形成領域の外形形状が線対称であって、
線対称軸に沿ってガスを供給するガス供給口と線対称軸
に沿ってガスを排出するガス排出口とを該線対称軸上に
同軸配列し、ガス供給口から供給されるガス流を順次分
流する複数の凸部を配列することによりガス流路を形成
したので、燃料ガスまたは酸素ガスを燃料電極または酸
素電極の表面に均一に供給することができ、効率のよい
発電を行うことができる。また、ガス流のよどみを防止
することができ、酸素電極側に発生した化合物(水)を
ガス流路全域にわたり確実に除去することができる。
According to the field plate of the first aspect, the outer shape of the gas flow path forming region is line-symmetric,
A gas supply port for supplying gas along the axis of symmetry and a gas outlet for discharging gas along the axis of symmetry are coaxially arranged on the axis of symmetry, and the gas flows supplied from the gas supply ports are sequentially arranged. Since a gas flow path is formed by arranging a plurality of shunted convex portions, fuel gas or oxygen gas can be uniformly supplied to the surface of the fuel electrode or oxygen electrode, and efficient power generation can be performed. . In addition, stagnation of the gas flow can be prevented, and the compound (water) generated on the oxygen electrode side can be reliably removed over the entire gas flow path.

【0052】請求項2記載のフィールドプレートによれ
ば、凸部は線対称軸を中心として線対称に配置されるの
で、燃料ガスまたは酸素ガスを流路内に偏りなく均一に
供給することができる。
According to the field plate of the second aspect, since the projections are arranged symmetrically with respect to the axis of symmetry, the fuel gas or the oxygen gas can be uniformly supplied into the flow path without bias. .

【0053】請求項3乃至5記載のフィールドプレート
によれば、凸部は四角柱形状、円柱形状あるいは半球形
状をなすので、フィールドプレートの製造が容易であ
り、また均等にガス流を分流することができる。
According to the field plate of the third to fifth aspects, since the convex portion has a quadrangular prism shape, a cylindrical shape, or a hemispherical shape, it is easy to manufacture the field plate, and it is possible to divide the gas flow evenly. Can be.

【0054】請求項6記載のフィールドプレートによれ
ば、ガス流路領域の外形はn角形をなし(nは4以上の
偶数)、ガス供給口とガス排出口とは、当該n角形の対
角線上に位置するので、ガス供給口とガス排出口に隣接
するガス流路領域を画成する側壁は、線対称軸に直交せ
ず、ガス供給口に隣接する側壁部分はガス排出口に向か
って開いた形となり、ガス排出口に隣接する側壁部分は
ガス供給口に向かって開いた形となる。従って、ガス供
給口とガス排出口の横方向におけるガス流のよどみを防
止することができる。
According to the field plate of the sixth aspect, the outer shape of the gas flow path region has an n-gon shape (n is an even number of 4 or more), and the gas supply port and the gas discharge port are on a diagonal line of the n-gon shape. The side walls that define the gas flow passage area adjacent to the gas supply port and the gas discharge port are not orthogonal to the axis of symmetry, and the side wall portion adjacent to the gas supply port opens toward the gas discharge port. The side wall portion adjacent to the gas discharge port is open toward the gas supply port. Therefore, stagnation of the gas flow in the lateral direction of the gas supply port and the gas discharge port can be prevented.

【0055】請求項7記載のフィールドプレートによれ
ば、対称軸上に配置されたガス供給口とガス排出口の他
に、複数のガス供給口とガス排出口が形成されるので、
ガス流路領域の外形形状に係わらず、燃料ガスまたは酸
素ガスを効率よく流路内に供給し、流路内から排出する
ことができる。
According to the field plate of the present invention, a plurality of gas supply ports and gas discharge ports are formed in addition to the gas supply ports and gas discharge ports arranged on the axis of symmetry.
Regardless of the outer shape of the gas flow path region, the fuel gas or the oxygen gas can be efficiently supplied into the flow path and discharged from the flow path.

【0056】請求項8記載のフィールドプレートによれ
ば、線対称軸上に配置されたガス供給口とガス排出口の
他に形成された複数のガス供給口とガス排出口は、線対
称軸を中心として線対称に配置されるので、燃料ガスま
たは酸素ガスを流路内に効率よく均一に供給することが
できる。
According to the field plate of the present invention, a plurality of gas supply ports and gas discharge ports formed in addition to the gas supply port and the gas discharge port arranged on the line symmetric axis have the line symmetric axis. Since the fuel gas or oxygen gas is arranged symmetrically with respect to the center, the fuel gas or oxygen gas can be efficiently and uniformly supplied into the flow path.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態によるフィールドプ
レートを使用した燃料電池を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a fuel cell using a field plate according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態によるフィールドプ
レートを示す正面図。
FIG. 2 is a front view showing the field plate according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態のフィールドプレー
トの凸部によりガス流が分流する様子を示す図。
FIG. 3 is a diagram illustrating a state where a gas flow is divided by a convex portion of a field plate according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態によるフィールドプ
レートにおける流速98cm/s乃至147cm/sの
領域を示す図。
FIG. 4 is a view showing a region of a flow rate of 98 cm / s to 147 cm / s in the field plate according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施の形態によるフィールドプ
レートにおける流速49cm/s乃至98cm/sの領
域を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an area of a flow rate of 49 cm / s to 98 cm / s in the field plate according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施の形態によるフィールドプ
レートにおける流速6cm/s乃至49cm/sの領域
を示す図。
FIG. 6 is a view showing a region of a field plate having a flow velocity of 6 cm / s to 49 cm / s in the field plate according to the first embodiment of the present invention.

【図7】格子状に流路が形成されたフィールドプレート
における流速354cm/s乃至531cm/sの領域
を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a region at a flow rate of 354 cm / s to 531 cm / s in a field plate in which flow paths are formed in a grid.

【図8】格子状に流路が形成されたフィールドプレート
における流速177cm/s乃至354cm/sの領域
を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a region at a flow velocity of 177 cm / s to 354 cm / s in a field plate in which flow paths are formed in a grid.

【図9】格子状に流路が形成されたフィールドプレート
における流速0cm/s乃至177cm/sの領域を示
す図。
FIG. 9 is a diagram showing a region at a flow velocity of 0 cm / s to 177 cm / s in a field plate in which flow paths are formed in a grid pattern.

【図10】1本の蛇行する流路が形成されたフィールド
プレートにおける圧力2800dyne/cm乃至2
800dyne/cmの領域を示す図。
FIG. 10 shows a pressure of 2800 dyne / cm 2 to 2 in a field plate in which one meandering channel is formed.
Shows a region of 800dyne / cm 2.

【図11】1本の蛇行する流路が形成されたフィールド
プレートにおける圧力1800dyne/cm乃至2
800dyne/cmの領域を示す図。
FIG. 11 shows a pressure of 1800 dyne / cm 2 to 2 in a field plate in which one meandering channel is formed.
Shows a region of 800dyne / cm 2.

【図12】1本の蛇行する流路が形成されたフィールド
プレートにおける圧力1000dyne/cm乃至1
800dyne/cmの領域を示す図。
FIG. 12 shows a pressure of 1000 dyne / cm 2 to 1 in a field plate in which one meandering channel is formed.
Shows a region of 800dyne / cm 2.

【図13】1本の蛇行する流路が形成されたフィールド
プレートにおける圧力250dyne/cm乃至10
00dyne/cmの領域を示す図。
FIG. 13 shows a pressure of 250 dyne / cm 2 to 10 in a field plate in which one meandering channel is formed.
Shows a region of 00dyne / cm 2.

【図14】1本の蛇行する流路が形成されたフィールド
プレートにおける圧力0dyne/cm乃至250d
yne/cmの領域を示す図。
FIG. 14 shows a pressure of 0 dyne / cm 2 to 250 d in a field plate in which one meandering channel is formed.
The figure which shows the area | region of yne / cm < 2 >.

【図15】本発明の第2の実施の形態によるフィールド
プレートを示す正面図。
FIG. 15 is a front view showing a field plate according to a second embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第1の実施の形態によるフィールド
プレートが使用される燃料電池の固体電解質膜に使用さ
れるプロトン伝導体を構成する、フラーレンを示す分子
構造図。
FIG. 16 is a molecular structure diagram showing fullerene constituting a proton conductor used for a solid electrolyte membrane of a fuel cell using a field plate according to the first embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第1の実施の形態によるフィールド
プレートが使用される燃料電池の固体電解質膜に使用さ
れるプロトン伝導体を構成する、球体又は長球、又はこ
れらに類似する閉じた面構造を有する種々の炭素クラス
ターを示す分子構造図。
FIG. 17 shows a sphere or a long sphere, or a closed surface similar thereto, constituting a proton conductor used in a solid electrolyte membrane of a fuel cell using a field plate according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a molecular structure diagram showing various carbon clusters having a structure.

【図18】本発明の第1の実施の形態によるフィールド
プレートが使用される燃料電池の固体電解質膜に使用さ
れるプロトン伝導体を構成する、球構造の一部が欠損
し、構造中に開放端を有する炭素クラスターを示す分子
構造図。
FIG. 18 is a diagram showing a structure in which a part of a sphere structure constituting a proton conductor used for a solid electrolyte membrane of a fuel cell using a field plate according to the first embodiment of the present invention is missing and opened in the structure. Molecular structure diagram showing a carbon cluster having an end.

【図19】本発明の第1の実施の形態によるフィールド
プレートが使用される燃料電池の固体電解質膜に使用さ
れるプロトン伝導体を構成する、大部分の炭素原子がS
P3結合したダイヤモンド構造を持つ炭素クラスターを
示す分子構造図。
FIG. 19 is a diagram illustrating a proton conductor used in a solid electrolyte membrane of a fuel cell using a field plate according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a molecular structure diagram showing a carbon cluster having a P3-bonded diamond structure.

【図20】本発明の第1の実施の形態によるフィールド
プレートが使用される燃料電池の固体電解質膜に使用さ
れるプロトン伝導体を構成する、複数のクラスターどう
しが種々に結合した炭素クラスターを示す分子構造図。
FIG. 20 shows carbon clusters in which a plurality of clusters are variously combined, which constitute a proton conductor used for a solid electrolyte membrane of a fuel cell using a field plate according to the first embodiment of the present invention. Molecular structure diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、101 フィールドプレート 12、112 ガス供給口 13、113 ガス排出口 14、114 凸部 1, 101 field plate 12, 112 gas supply port 13, 113 gas discharge port 14, 114 convex portion

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体電解質膜を挟持する一対の電極の一
方に接触し、接触する電極の電気化学的活性領域に対応
した形状であって、接触する電極に面する側に、ガスを
供給するガス供給口、供給されたガスを排出するガス排
出口、及び該ガス供給口と該ガス排出口とに連通したガ
ス流路とが形成されたガス流路領域を有する燃料電極用
フィールドプレートにおいて、 該ガス流路領域の外形が線対称形状であって、線対称軸
上に該ガス供給口と該ガス排出口とを同軸配列し、該ガ
ス供給口から線対称軸方向に供給されるガス流を順次分
流する複数の凸部を該ガス流路領域に配列し、該複数の
凸部により該ガス流路を画成したことを特徴とする燃料
電池用フィールドプレート。
1. A gas which is in contact with one of a pair of electrodes sandwiching a solid electrolyte membrane and has a shape corresponding to an electrochemically active region of the contacting electrode, and supplies a gas to a side facing the contacting electrode. A gas supply port, a gas discharge port for discharging the supplied gas, and a fuel electrode field plate having a gas flow path region formed with a gas flow path communicating with the gas supply port and the gas discharge port, The gas flow path region has a line-symmetric outer shape, the gas supply port and the gas discharge port are coaxially arranged on a line-symmetric axis, and a gas flow supplied from the gas supply port in the line-symmetric axis direction. A field plate for a fuel cell, wherein a plurality of convex portions for sequentially dividing the gas are arranged in the gas flow path region, and the plurality of convex portions define the gas flow path.
【請求項2】 該凸部の配列パターンは、該線対称軸に
対して線対称であることを特徴とする請求項1記載の燃
料電池用フィールドプレート。
2. The fuel cell field plate according to claim 1, wherein the arrangement pattern of the protrusions is symmetric with respect to the axis of symmetry.
【請求項3】 該凸部は四角柱形状をなすことを特徴と
する請求項1記載の燃料電池用フィールドプレート。
3. The field plate for a fuel cell according to claim 1, wherein the projection has a quadrangular prism shape.
【請求項4】 該凸部は円柱形状をなすことを特徴とす
る請求項1記載の燃料電池用フィールドプレート。
4. The field plate for a fuel cell according to claim 1, wherein the projection has a cylindrical shape.
【請求項5】 該凸部は半球形状をなすことを特徴とす
る請求項1記載の燃料電池用フィールドプレート。
5. The field plate for a fuel cell according to claim 1, wherein the projection has a hemispherical shape.
【請求項6】 該ガス流路領域の外形はn角形をなし
(nは4以上の偶数)、該ガス供給口と該ガス排出口と
は、該n角形の対角線上に位置することを特徴とする請
求項1記載の燃料電池用フィールドプレート。
6. The gas flow path region has an n-sided outer shape (n is an even number of 4 or more), and the gas supply port and the gas outlet are located on a diagonal line of the n-sided shape. The field plate for a fuel cell according to claim 1, wherein
【請求項7】 該線対称軸上に同軸配列されたガス供給
口とガス排出口の他に、複数のガス供給口とガス排出口
が形成されたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池
用フィールドプレート。
7. The fuel according to claim 1, wherein a plurality of gas supply ports and gas discharge ports are formed in addition to the gas supply port and gas discharge port coaxially arranged on the line-symmetric axis. Field plate for batteries.
【請求項8】 該線対称軸上に配列されたガス供給口と
ガス排出口の他に形成された該複数のガス供給口とガス
排出口のそれぞれは、該線対称軸に対して線対称に配置
されていることを特徴とする請求項7記載の燃料電池用
フィールドプレート。
8. A plurality of gas supply ports and gas discharge ports formed in addition to a gas supply port and a gas discharge port arranged on the line symmetry axis are each line-symmetric with respect to the line symmetry axis. 8. The field plate for a fuel cell according to claim 7, wherein the field plate is disposed at a position corresponding to the field plate.
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