JP2003031236A - Separator for fuel cell - Google Patents
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用セパレ
ータに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell separator.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池の一形式として、特開2001
−6695号公報に示されているように、各側面に電極
を有する固体電解質膜と、同固体電解質膜の各側面側に
封止部材を介して配設された一対のセパレータを備えた
形式の燃料電池がある。当該形式の燃料電池において
は、固体電解質膜の一側面側に、一方のセパレータによ
り燃料ガスが流入する反応室が形成され、かつ、固体電
解質膜の他側面側に、他方のセパレータにより酸化剤ガ
スが流入する反応室が形成されていて、両反応室で生じ
る酸化還元反応により電力が発生するようになってい
る。2. Description of the Related Art JP-A-2001
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6695, a solid electrolyte membrane having electrodes on each side surface, and a pair of separators disposed on each side surface side of the solid electrolyte membrane via a sealing member are used. There is a fuel cell. In the fuel cell of the type, on one side surface side of the solid electrolyte membrane, a reaction chamber into which the fuel gas flows is formed by one separator, and on the other side surface side of the solid electrolyte membrane, the oxidant gas by the other separator. Is formed, and electric power is generated by a redox reaction occurring in both reaction chambers.
【0003】また、当該形式の燃料電池を構成するセパ
レータにおいては、反応室に導入される各ガスの流動を
円滑にし、かつ、反応室内を流動する間の各ガスと固体
電解質膜との接触効率を高めるため、セパレータにはそ
の一側面に、燃料ガスまたは酸化剤ガスが流通する複数
の流通溝が並列的に形成されている。In addition, in the separator constituting the fuel cell of the type, smooth flow of each gas introduced into the reaction chamber and contact efficiency between each gas and the solid electrolyte membrane while flowing in the reaction chamber. In order to increase the temperature, a plurality of flow grooves through which the fuel gas or the oxidant gas flows are formed in parallel on one side surface of the separator.
【0004】図1は、当該燃料電池を1ユニットとして
多数重合して形成された燃料電池スタックを示し、図2
は1ユニットである燃料電池の縦断面を示し、図3は当
該料電池を分解した斜視図を示している。当該燃料電池
は10は、固体電解質膜11、固体電解質膜11の各側
面に位置する電極12,13、各電極12,13の外周
に嵌合した状態のガスケット(封止部材)14,15を
介して配設されるセパレータ16,17にて構成されて
いる。FIG. 1 shows a fuel cell stack formed by polymerizing a large number of the fuel cells as one unit.
Shows a vertical cross section of the fuel cell which is one unit, and FIG. 3 shows an exploded perspective view of the fuel cell. The fuel cell 10 comprises a solid electrolyte membrane 11, electrodes 12 and 13 located on each side surface of the solid electrolyte membrane 11, and gaskets (sealing members) 14 and 15 fitted to the outer peripheries of the electrodes 12 and 13. It is composed of the separators 16 and 17 which are disposed through.
【0005】固体電解質膜11、各ガスケット14,1
5、各セパレータ16,17には、それぞれの四隅に、
方形の貫通孔11a〜11d、14a〜14d、15a
〜15d、16a〜16d、17a〜17dが形成され
ている。各貫通孔は、燃料電池を互いに重合して燃料電
池スタックに組立てる際の組付ボルトの18a〜18d
の挿通孔として機能するとともに、燃料ガスの流入路お
よび流出路、酸化剤ガスの流入路および流出路を形成す
る。例えば、各貫通孔のうち、a系統の各貫通孔は燃料
ガスである水素ガスの流入路を形成し、かつ、b系統の
各貫通孔は燃料ガスである水素ガスの流出路を形成す
る。また、各貫通孔のうち、c系統の各貫通孔は酸化剤
ガスである空気の流入路を形成し、かつ、d系統の各貫
通孔は酸化剤ガスである空気の流出路を形成する。Solid electrolyte membrane 11, gaskets 14, 1
5, each separator 16, 17, in the four corners,
Square through holes 11a to 11d, 14a to 14d, 15a
-15d, 16a-16d, 17a-17d are formed. Each of the through holes is a mounting bolt 18a to 18d when the fuel cells are polymerized with each other and assembled into a fuel cell stack.
And an inflow path and an outflow path for the fuel gas, and an inflow path and an outflow path for the oxidant gas. For example, among each through hole, each through hole of the system a forms an inflow passage of hydrogen gas which is a fuel gas, and each through hole of the system b forms an outflow passage of hydrogen gas which is a fuel gas. Further, among the through holes, each of the c-system through-holes forms an inflow path for air that is an oxidant gas, and each d-system through-hole forms an outflow path for air that is an oxidant gas.
【0006】また、各セパレータ16,17において
は、これらの一側面に複数のガス流通溝16e,17e
が並列的に形成され、かつ、これらの他側面に複数のガ
ス流通溝16f,17fが並列的に形成されている。一
方のセパレータ16の一側面に形成されているガス流通
溝16eは、互いに並列した状態で各貫通孔16a,1
6bに連通し、他側面に形成されているガス流通溝16
fは、互いに並列した状態で各貫通孔16c,16dに
連通している。また、他方のセパレータ17の一側面に
形成されているガス流通溝17eは、互いに並列した状
態で各貫通孔17a,17bに連通し、他側面に形成さ
れているガス流通溝17fは、互いに並列した状態で各
貫通孔17c,17dに連通している。Further, in each of the separators 16 and 17, a plurality of gas flow grooves 16e and 17e are provided on one side surface of these separators.
Are formed in parallel, and a plurality of gas flow grooves 16f, 17f are formed in parallel on the other side surface. The gas flow grooves 16e formed on one side surface of one of the separators 16 are arranged in parallel with each other in the through holes 16a, 1a.
6b, a gas flow groove 16 formed on the other side surface and communicating with 6b
f communicates with the through holes 16c and 16d in parallel with each other. The gas flow grooves 17e formed on one side surface of the other separator 17 communicate with the through holes 17a and 17b in parallel with each other, and the gas flow grooves 17f formed on the other side surface are parallel to each other. In this state, the through holes 17c and 17d communicate with each other.
【0007】ところで、当該形式の燃料電池10におい
ては、各ガスケット14,15は各構成部材の接合面か
らの各ガスの漏洩を防止するために機能するものである
が、各ガスケット14,15においては、セパレータ1
6,17における各ガス流通溝16e,17eの各貫通
孔16a,16b、17a,17bに連通する部位を包
囲する部位や、セパレータ16,17における各ガス流
通溝16f,17fの各貫通孔16c,16d、17
c,17dに連通する部位を包囲する部位が、挟持力の
作用で撓み易く、このような撓みが各ガスケット14,
15に生じると、各ガス流通溝16e,17e、16
f,17fの連通部位(先端部位)からガスが漏洩する
おそれがある。By the way, in the fuel cell 10 of this type, the gaskets 14 and 15 function to prevent leakage of each gas from the joint surface of each constituent member. Is separator 1
6, 17 surrounding each part of each gas flow groove 16e, 17e communicating with each through hole 16a, 16b, 17a, 17b, each through hole 16c of each gas flow groove 16f, 17f in the separator 16,17, 16d, 17
The part surrounding the part communicating with c and 17d is easily bent by the action of the clamping force, and such a bending is caused by each gasket 14,
When generated in 15, the gas flow grooves 16e, 17e, 16
Gas may leak from the communicating portion (tip portion) of f and 17f.
【0008】このため、上記した公報に示された燃料電
池においては、各セパレータ16,17の各ガス流通溝
16e,17e、16f,17fの先端部に、中空パイ
プ等のガス透過性の部材(面圧確保部材)を嵌合して、
各ガス流通溝16e,17e、16f,17fの先端部
における各ガスケット14,15の面圧を確保して、各
ガスケット14,15の当該部位での撓みの発生を防止
し、撓みの発生に起因するガスの漏洩を防止している。Therefore, in the fuel cell disclosed in the above publication, a gas permeable member such as a hollow pipe is provided at the tip of each gas flow groove 16e, 17e, 16f, 17f of each separator 16, 17. Surface pressure securing member),
By ensuring the surface pressure of each gasket 14, 15 at the tip of each gas flow groove 16e, 17e, 16f, 17f, and preventing the occurrence of flexure at the relevant part of each gasket 14, 15 due to the occurrence of flexure It prevents the leakage of gas.
【0009】図4には、セパレータ16の各ガス流通溝
16eの先端部に、中空パイプ19a,19bを嵌合し
た例を示している。各ガス流通溝16eにおいては、そ
の先端が貫通孔16a(ガス流入孔)に臨んでいて、ガ
ス流入孔16aとの連通部位である各ガス流通溝16e
の先端部に、面圧確保部材である多数の中空パイプ19
a,19bが嵌合されている。なお、各ガス流通溝16
eの貫通孔16b(ガス流出孔)との連通部位である先
端部にも、これと同様に、面圧確保部材である多数の中
空パイプ19a,19bが嵌合されている。FIG. 4 shows an example in which hollow pipes 19a and 19b are fitted to the tip ends of the gas flow grooves 16e of the separator 16. In each of the gas flow grooves 16e, the tip thereof faces the through hole 16a (gas inflow hole), and each gas flow groove 16e is a communication site with the gas inflow hole 16a.
A large number of hollow pipes 19 that are surface pressure securing members
a and 19b are fitted together. In addition, each gas distribution groove 16
Similarly, a large number of hollow pipes 19a and 19b, which are surface pressure securing members, are also fitted to the tip end portion which is a communicating portion with the through hole 16b (gas outflow hole) of e.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】このように、上記した
公報に示された燃料電池においては、セパレータの各ガ
ス流通溝における先端部位の面圧を確保することによ
り、当該部位でのガスケットの撓みの発生を防止して、
ガスの漏洩を効果的に防止している。As described above, in the fuel cell disclosed in the above-mentioned publication, the surface pressure of the tip portion of each gas flow groove of the separator is ensured, so that the gasket bends at that portion. To prevent the occurrence of
It effectively prevents gas leakage.
【0011】しかしながら、当該燃料電池においては、
セパレータの各ガス流通溝における先端部位の面圧を確
保する手段として、セパレータの各ガス流通溝の全ての
先端部に、パイプ、多孔質体等の面圧確保部材を嵌合す
る手段を採っていることから、1枚1枚のセパレータの
各ガス流通溝の先端部に、見落とすことなく面圧確保部
材を嵌合することは非常に面倒で時間を要する作業であ
って、燃料電池、延いては、当該燃料電池を1ユニット
とする燃料電池スタックの製造コストを大幅に増大させ
ることになる。However, in the fuel cell,
As a means for securing the surface pressure of the tip portion in each gas flow groove of the separator, a means for fitting a surface pressure securing member such as a pipe or a porous body to all the tip portions of each gas flow groove of the separator is adopted. Therefore, it is very troublesome and time-consuming to fit the surface pressure securing member to the tip of each gas flow groove of each separator without overlooking it. Will significantly increase the manufacturing cost of the fuel cell stack including the fuel cell as one unit.
【0012】従って、本発明の目的は、セパレータにお
ける各ガス流通溝の先端部にガスケットの面圧を確保す
るための面圧確保部位を一体的に形成しておいて、当該
部位での面圧を確保するための、セパレータの各ガス流
通溝における先端部への面圧確保部材の嵌合作業を廃止
して、燃料電池、延いては、当該燃料電池を1ユニット
とする燃料電池スタックの製造コストの増大を抑制する
ことにある。Therefore, an object of the present invention is to integrally form a surface pressure securing portion for securing the surface pressure of the gasket at the tip of each gas flow groove in the separator, and to secure the surface pressure at that portion. To eliminate the need for fitting the surface pressure securing member to the tip of each gas flow groove of the separator, and to manufacture a fuel cell, and thus a fuel cell stack having the fuel cell as one unit. It is to suppress the increase in cost.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は燃料電池用セパ
レータに関するもので、各側面に電極を有する固体電解
質膜の各側面側に封止部材を介して配設されて、前記固
体電解質膜の一側面側に燃料ガスが流入する反応室を形
成するとともに、前記固体電解質膜の他側面側に酸化剤
ガスが流入する反応室を形成するセパレータであって、
一側面側に、貫通する燃料ガスのガス流入路およびガス
流出路に連通する燃料ガスのガス流通溝、または、貫通
する酸化剤ガスのガス流入路およびガス流出路に連通す
る酸化剤ガスの流通溝が形成されている形式の燃料電池
用セパレータを適用対象とするものである。The present invention relates to a fuel cell separator, which is disposed on each side of a solid electrolyte membrane having an electrode on each side through a sealing member to form the solid electrolyte membrane. A separator that forms a reaction chamber into which a fuel gas flows on one side surface and forms a reaction chamber into which an oxidant gas flows into the other side surface of the solid electrolyte membrane,
On one side surface, a gas flow groove for the fuel gas communicating with the gas inflow passage and the gas outflow passage of the fuel gas passing therethrough, or a flow of the oxidant gas communicating with the gas inflow passage and the gas outlet passage for the oxidant gas penetrating The present invention is applied to a fuel cell separator in which grooves are formed.
【0014】しかして、本発明に係る燃料電池用セパレ
ータは上記した形式の燃料電池用セパレータにおいて、
前記ガス流通溝と前記ガス流入路の連通部位、および、
前記ガス流通溝と前記ガス流出路の連通部位が、同ガス
流通溝の溝幅に比較して小幅の複数の小幅溝部に形成さ
れていることを特徴とするものである。Thus, the fuel cell separator according to the present invention is a fuel cell separator of the above type,
A communicating portion between the gas flow groove and the gas inflow path, and
The communicating portion between the gas flow groove and the gas outflow passage is formed in a plurality of narrow groove portions having a width smaller than the groove width of the gas flow groove.
【0015】本発明に係る燃料電池用セパレータにおい
ては、一側面に複数本のガス流通溝と多数の小幅溝部を
備え、これらのガス流通溝と小幅溝部とが対向する部位
間に、これらのガス流通溝および小幅溝部を形成する側
壁部の頂部より低くてこれらのガス流通溝の幅方向に延
びる凹部が介在している構成とすることができる。この
場合、前記各ガス流通溝および各小幅溝部間に介在する
凹部の底部は、これらのガス流通溝および小幅溝部の底
部と共通する平坦面に形成することが好ましい。In the fuel cell separator according to the present invention, a plurality of gas flow grooves and a large number of narrow groove portions are provided on one side surface, and these gas flow grooves and the narrow groove portions are provided between the portions facing each other. A configuration may be adopted in which recesses that are lower than the tops of the side wall portions that form the flow grooves and the narrow groove portions and that extend in the width direction of these gas flow grooves are interposed. In this case, it is preferable that the bottoms of the recesses interposed between the gas flow grooves and the narrow groove portions are formed on the same flat surface as the bottoms of the gas flow grooves and the narrow groove portions.
【0016】[0016]
【発明の作用・効果】本発明に係る燃料電池用セパレー
タにおいては、ガス流通溝とガス流入路の連通部位、お
よび、ガス流通溝とガス流出路の連通部位が複数の小幅
溝部に形成されていて、小幅溝部の形成部位がガスケッ
トの面圧を確保する面圧確保部位として機能する。この
ため、当該部位でのガスケットの撓みの発生は防止さ
れ、これにより、当該部位でのガスの漏洩を防止するこ
とができる。In the fuel cell separator according to the present invention, the communicating portion between the gas flow groove and the gas inflow passage and the communicating portion between the gas flow groove and the gas outflow passage are formed in a plurality of narrow groove portions. Thus, the portion where the narrow groove portion is formed functions as a surface pressure securing portion that secures the surface pressure of the gasket. Therefore, it is possible to prevent the gasket from being bent at the relevant portion, and thereby to prevent the gas from leaking at the relevant portion.
【0017】従って、当該セパレータにおいては、セパ
レータの各ガス流通溝における先端部への面圧確保部材
の嵌合作業は全く不要であって、燃料電池、延いては、
当該燃料電池を1ユニットとする燃料スタックの製造コ
ストの増大を大幅に抑制することができる。Therefore, in the separator, the work of fitting the surface pressure securing member to the tip of each gas flow groove of the separator is completely unnecessary, and the fuel cell, and by extension,
An increase in the manufacturing cost of the fuel stack including the fuel cell as one unit can be significantly suppressed.
【0018】しかして、本発明に係る燃料電池用セパレ
ータにおいては、ガス流通溝とガス流入路の連通部位に
設けた複数の小幅溝部が、ガス流入路からガス流通溝へ
のガスの導入を円滑にすべく機能し、かつ、ガス流通溝
とガス流出路の連通部位に設けた複数の小幅溝部がガス
流通溝からガス流出路へのガスの流出を円滑にすべく機
能する。この結果、ガス流通溝におけるガスの流動は均
等かつ円滑になって、ガスは固体電解質膜との接触効率
を高めて発電効率を向上させる。Therefore, in the fuel cell separator according to the present invention, the plurality of narrow groove portions provided at the communicating portion between the gas flow groove and the gas inflow passage facilitate the introduction of gas from the gas inflow passage into the gas flow groove. In addition, the plurality of narrow groove portions provided at the communicating portion between the gas circulation groove and the gas outflow passage function to smoothly outflow the gas from the gas circulation groove to the gas outflow passage. As a result, the flow of the gas in the gas flow groove becomes even and smooth, and the gas enhances the contact efficiency with the solid electrolyte membrane to improve the power generation efficiency.
【0019】本発明に係る燃料電池用セパレータにおい
ては、複数のガス流通溝と小幅溝部とが対向する部位間
に、ガス流通溝および小幅溝部を形成する側壁部の頂部
より低くてガス流通溝の幅方向に延びる凹部を備える構
成とすれば、小幅溝部の1つまたは複数が目詰まりした
場合でも、残りの小幅溝部から導入されるガスは凹部で
一旦緩衝されて、各ガス流通溝に均一に分割された状態
で流入する。この場合、当該凹部の底部を各ガス流通溝
および各小幅溝部の底部と共通する平坦面に形成するよ
うにすれば、各ガス流通溝へ導入されたガスは一層円滑
に流動する。In the fuel cell separator according to the present invention, between the portions where the plurality of gas circulation grooves and the narrow groove portion face each other, the gas circulation groove is lower than the top of the side wall portion forming the gas circulation groove and the narrow groove portion. With the configuration including the recess extending in the width direction, even if one or more of the narrow groove portions are clogged, the gas introduced from the remaining narrow groove portion is temporarily buffered by the recess portion and uniformly distributed in each gas flow groove. Inflow in a divided state. In this case, if the bottom of the recess is formed on a flat surface common to the bottoms of the gas flow grooves and the narrow groove portions, the gas introduced into the gas flow grooves flows more smoothly.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。本発明に係る燃料電池用セパレータは、図1〜
図3に示す燃料電池10の構成部材であるセパレータ1
6に対応するもので、図5および図6には、本発明の一
例に係る燃料電池用セパレータの一部が示されている。
当該セパレータ20は、燃料電池10の構成部材である
セパレータ16に替えて採用することにより燃料電池を
構成するものであり、当該セパレータ20を採用した燃
料電池は、燃料電池10と実質的に同一の構成で、同一
の機能を有するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described below with reference to the drawings. The fuel cell separator according to the present invention is shown in FIGS.
Separator 1 which is a constituent member of the fuel cell 10 shown in FIG.
5 and 6, a part of a fuel cell separator according to an example of the present invention is shown.
The separator 20 constitutes a fuel cell by adopting it instead of the separator 16 which is a constituent member of the fuel cell 10, and the fuel cell employing the separator 20 is substantially the same as the fuel cell 10. The configuration has the same function.
【0021】図5は、本発明に係るセパレータ20の要
部を示す斜視図であり、図6はその一部を拡大して示す
斜視図である。図5は、セパレータ16の要部を示す図
4に対応するものである。当該セパレータ20は、図2
〜図4に示すセパレータ16,17とは基本的には同一
の構成のもので、各側面に形成されているガス流通溝の
先端部の構造がセパレータ16とは相違する。当該セパ
レータ20においては、セパレータ16と同様に、各貫
通孔16a〜16dに対応する貫通孔が形成され、一側
面にガス流通溝16eに対応するガス流通溝が形成さ
れ、かつ、他側面にガス流通溝16fに対応するガス流
通溝が形成されている。FIG. 5 is a perspective view showing a main part of the separator 20 according to the present invention, and FIG. 6 is an enlarged perspective view showing a part thereof. FIG. 5 corresponds to FIG. 4 showing the main part of the separator 16. The separator 20 is shown in FIG.
4 has basically the same configuration as the separators 16 and 17 shown in FIG. 4, but the structure of the tip of the gas flow groove formed on each side surface is different from that of the separator 16. In the separator 20, similarly to the separator 16, through holes corresponding to the respective through holes 16a to 16d are formed, a gas circulation groove corresponding to the gas circulation groove 16e is formed on one side surface, and a gas is formed on the other side surface. A gas circulation groove corresponding to the circulation groove 16f is formed.
【0022】当該セパレータ20の一側面21には、互
いに並列する4本のガス流通溝22a,22b,22
c,22dが形成されていて、これらのガス流通溝22
a〜22dの上流側は貫通孔であるガス流入路23(燃
料ガス流入路)に連通し、かつ、これらのガス流通溝2
2a〜22dの下流側は貫通孔である図示しないガス流
出路(燃料ガス流出路)に連通している。なお、当該セ
パレータ20においては、その他側面にも、互いに並列
する4本のガス流通溝が形成されていて、これらのガス
流通溝の上流側は貫通孔であるガス流入路(酸化剤ガス
流入路)に連通し、かつ、これらのガス流通溝の下流側
は貫通孔である図示しないガス流出路(酸化剤ガス流出
路)に連通している。On one side surface 21 of the separator 20, four gas flow grooves 22a, 22b, 22 are arranged in parallel with each other.
c, 22d are formed, and these gas flow grooves 22
The upstream sides of a to 22d communicate with the gas inflow path 23 (fuel gas inflow path) which is a through hole, and these gas flow grooves 2
The downstream side of 2a to 22d communicates with a gas outflow passage (fuel gas outflow passage) (not shown) which is a through hole. In addition, in the separator 20, four gas circulation grooves that are parallel to each other are also formed on the other side surface, and the upstream side of these gas circulation grooves is a gas inflow passage (oxidant gas inflow passage) that is a through hole. ), And the downstream side of these gas flow grooves communicates with a gas outflow passage (oxidant gas outflow passage) (not shown) which is a through hole.
【0023】かかる構成の当該セパレータ20において
は、一側面21におけるガス流入路23の一側縁部、換
言すれば、ガス流通溝22a,22b,22c,22d
がガス流入路23に連通する部位に小幅溝部24aが多
数形成されており、また、小幅溝部24aの形成部位2
4と、各ガス流通溝22a,22b,22c,22dの
先端部間に、帯状の凹部25が形成されている。凹部2
5は、各ガス流通溝22a〜22d、および、各小幅溝
部24aが並列する方向の全長にわたって延びていて、
各ガス流通溝22a〜22dと各小幅溝部24a間に
介在している。各ガス流通溝22a〜22d、各小幅溝
部24a、および凹部25の底部は、互いに共通する平
坦面に形成されており、かつ、各ガス流通溝22a〜2
2d、各小幅溝部24a、および凹部25を形成する側
壁部の頂部は、当該セパレータ20の一側面21と共通
する平坦面に形成されている。かかる構成の一側面21
においては、小幅溝部24aの形成部位24が、ガスケ
ットに対する面圧確保部位として機能する。In the separator 20 having such a structure, one side edge portion of the gas inflow passage 23 on the one side surface 21, in other words, the gas circulation grooves 22a, 22b, 22c, 22d.
Is formed with a large number of small width groove portions 24a in a portion communicating with the gas inflow passage 23, and the formation portion 2 of the small width groove portion 24a is formed.
4, and a strip-shaped recess 25 is formed between the gas circulation grooves 22a, 22b, 22c, and 22d. Recess 2
5 extends over the entire length in the direction in which the gas flow grooves 22a to 22d and the narrow groove portions 24a are arranged in parallel,
It is interposed between each of the gas flow grooves 22a to 22d and each of the narrow groove portions 24a. The gas flow grooves 22a to 22d, the narrow groove portions 24a, and the bottoms of the recesses 25 are formed on a common flat surface, and the gas flow grooves 22a to 22d.
2d, the narrow groove portions 24a, and the tops of the side walls forming the recesses 25 are formed on a flat surface common to the one side surface 21 of the separator 20. One side 21 of this configuration
In the above, the formation portion 24 of the narrow groove portion 24a functions as a surface pressure ensuring portion for the gasket.
【0024】なお、当該セパレータ20においては、一
側面21におけるガス流通溝22a,22b,22c,
22dがガス流出路に連通する部位にも小幅溝部が多数
形成されており、また、小幅溝部の形成部位と各ガス流
通溝の先端部間に帯状の凹部が形成されている。これに
より、小幅溝部の形成部位がガスケットに対する面圧確
保部位として機能する。また、当該セパレータ20の他
側面に形成したガス流通溝のガス流入路およびガス流出
路に連通する部位の構造も、上記した一側面21側の構
造と同一構造に形成されている。In the separator 20, the gas flow grooves 22a, 22b, 22c on the one side surface 21,
A large number of small width groove portions are also formed in the portion where 22d communicates with the gas outflow passage, and a band-shaped recess is formed between the formation portion of the small width groove portion and the tip portion of each gas flow groove. As a result, the formation portion of the narrow groove portion functions as a surface pressure ensuring portion for the gasket. Further, the structure of the portion of the gas circulation groove formed on the other side surface of the separator 20 that communicates with the gas inflow path and the gas outflow path is also formed to have the same structure as the structure on the one side surface 21 side described above.
【0025】このように構成した燃料電池用セパレータ
20においては、ガス流通溝22a〜22dとガス流入
路23の連通部位が多数の小幅溝部24aの形成部位2
4に形成されていて、当該形成部位24がガスケットの
面圧を確保する面圧確保部位として機能する。このた
め、当該部位でのガスケットの撓みの発生は効果的に防
止され、これにより、当該部位からのガスの漏洩を防止
することができる。また、ガス流通溝22a〜22dと
ガス流出路の連通部位においても同様の面圧確保部位に
構成され、かつ、他側面に形成されているガス流通溝と
ガス流入路およびガス流出路の連通部位においても同様
の面圧確保部位に構成されている。In the fuel cell separator 20 having the above-described structure, the communicating portion between the gas flow grooves 22a to 22d and the gas inflow passage 23 is formed with a large number of narrow groove portions 24a.
4 is formed, and the formation portion 24 functions as a surface pressure securing portion that secures the surface pressure of the gasket. Therefore, it is possible to effectively prevent the gasket from being bent at the relevant portion, and thereby to prevent the gas from leaking from the relevant portion. Further, also in the communication portion between the gas flow grooves 22a to 22d and the gas outflow passage, the same surface pressure securing portion is formed, and the communication portion between the gas flow passage and the gas inflow passage and the gas outflow passage formed on the other side surface. In the same manner, the surface pressure securing portion is also formed.
【0026】従って、当該セパレータ20においては、
面圧確保部位を形成するための、各ガス流通溝における
先端部位への面圧確保部材の嵌合作業は全く不要であっ
て、燃料電池、延いては、当該燃料電池を1ユニットと
する燃料スタックの製造コストの増大を大幅に抑制する
ことができる。Therefore, in the separator 20,
It is completely unnecessary to fit the surface pressure securing member to the tip end portion of each gas flow groove for forming the surface pressure securing portion, and the fuel cell, and thus the fuel including the fuel cell as one unit, is not required. An increase in stack manufacturing cost can be significantly suppressed.
【0027】しかして、当該セパレータ20において
は、ガス流通溝22a〜22dとガス流入路23の連通
部位に設けた多数の小幅溝部24aが、ガス流入路23
から各ガス流通溝22a〜22dへのガスの導入を円滑
にすべく機能し、かつ、各ガス流通溝22a〜22dと
ガス流出路の連通部位に設けた多数の小幅溝部が各ガス
流通溝22a〜22dからガス流出路へのガスの流出を
円滑にすべく機能する。このため、各ガス流通溝22a
〜22dにおけるガスの流動は均等かつ円滑になって、
ガスは固体電解質膜との接触効率を高めて発電効率を向
上させる。In the separator 20, however, a large number of narrow groove portions 24a provided at the communicating portions of the gas flow grooves 22a to 22d and the gas inflow path 23 are provided in the gas inflow path 23.
From the gas flow grooves 22a to 22d to facilitate the introduction of gas, and a large number of narrow groove portions provided at the communicating portions of the gas flow grooves 22a to 22d and the gas outflow passage are provided in the gas flow grooves 22a. It functions to smooth the outflow of gas from the ~ 22d to the gas outflow passage. Therefore, each gas distribution groove 22a
The gas flow at ~ 22d becomes even and smooth,
The gas increases the contact efficiency with the solid electrolyte membrane and improves the power generation efficiency.
【0028】また、当該セパレータ20においては、複
数のガス流通溝22a〜22dと多数の小幅溝部24a
とが対向する部位間に、ガス流通溝22a〜22dおよ
び小幅溝部24aが並列する全長にわたって延びる凹部
25を備える構成としているため、小幅溝部24aの1
つまたは複数が目詰まりした場合でも、残りの小幅溝部
24aから導入されるガスは凹部25で一旦緩衝され
て、各ガス流通溝22a〜22dに均一に分割された状
態で流入する。この場合、凹部25の底部は各ガス流通
溝22a〜22dおよび各小幅溝部24aの底部と共通
する平坦面に形成されているため、各ガス流通溝22a
〜22dへ導入されたガスは一層円滑に流動する。Further, in the separator 20, a plurality of gas flow grooves 22a to 22d and a large number of narrow groove portions 24a are formed.
Since the gas circulation grooves 22a to 22d and the narrow groove portion 24a are provided with the recesses 25 extending over the entire length in parallel between the portions facing each other, one of the narrow groove portions 24a is formed.
Even if one or more of them are clogged, the gas introduced from the remaining narrow groove portions 24a is temporarily buffered by the recesses 25 and flows into each of the gas flow grooves 22a to 22d in a uniformly divided state. In this case, since the bottom of the recess 25 is formed on a flat surface common to the bottoms of the gas flow grooves 22a to 22d and the narrow groove portions 24a, the gas flow grooves 22a are formed.
The gas introduced into ~ 22d flows more smoothly.
【0029】このように有用な当該セパレータ20は、
各種の方法で製造することができる。図5および図6に
示すセパレータ20は、平坦状の基板20aの側面に、
スクリーン印刷法にて、平板部20b、ガス流通溝22
a〜22d、小幅溝部24a、および凹部25を形成し
ているが、インジェクション成形やプレス成形により、
これらの構成部位を一体に形成することができ、また、
小幅溝部24aを除く全ての部位を一体に形成しておい
て、小幅溝部24aをエキシマレーザー加工や切削加工
等により形成する方法を採ることもできる。The separator 20 useful in this way is
It can be manufactured by various methods. The separator 20 shown in FIGS. 5 and 6 is provided on the side surface of the flat substrate 20a,
The flat plate portion 20b and the gas distribution groove 22 are formed by the screen printing method.
a to 22d, the narrow groove portion 24a, and the recess 25 are formed, but by injection molding or press molding,
These constituent parts can be integrally formed, and
It is also possible to adopt a method in which all the portions except the narrow groove portion 24a are integrally formed and the narrow groove portion 24a is formed by excimer laser processing, cutting processing, or the like.
【0030】また、当該セパレータ20においては、各
ガス流通溝22a〜22dを区画する壁部を堤状の連続
する壁部に形成して、各ガス流通溝22a〜22dを互
いに並列する形状に形成しているが、壁部を堤状の連続
する壁部に替えて、多数の円柱または角柱を密に植設し
て、各ガス流通溝を規則的な配列形状または不規則な配
列形状に形成するようにすることもできる。In addition, in the separator 20, the wall portion for partitioning each of the gas flow grooves 22a to 22d is formed into a bank-shaped continuous wall portion, and each of the gas flow grooves 22a to 22d is formed in parallel with each other. However, replacing the wall with a continuous wall like a bank, densely implanting a large number of cylinders or prisms to form each gas flow groove in a regular array shape or an irregular array shape. You can also choose to do so.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】本発明が適用対象とするセパレータを採用した
燃料電池を1ユニットとする燃料電池スタックの斜視図
である。FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell stack including a fuel cell that employs a separator to which the present invention is applied as one unit.
【図2】同燃料電池の縦断面図である。FIG. 2 is a vertical sectional view of the fuel cell.
【図3】同燃料電池を分解した分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view showing the fuel cell in a disassembled state.
【図4】従来のセパレータの一側面側の構造を示す部分
斜視図である。FIG. 4 is a partial perspective view showing a structure on one side surface side of a conventional separator.
【図5】本発明の一例に係るセパレータの図4に対応す
る部分斜視図である。5 is a partial perspective view of a separator according to an example of the present invention, corresponding to FIG.
【図6】同セパレータの部分拡大斜視図である。FIG. 6 is a partially enlarged perspective view of the separator.
10…燃料電池、11…固体電解質膜、11a〜11d
…貫通孔、12,13…電極、14,15…ガスケッ
ト、14a〜14d、15a〜15d…貫通孔、16,
17…セパレータ、16a〜16d、17a〜17d…
貫通孔、16e,17e、16f,17f…ガス流通
溝、18a〜18d…組付ボルト、19a,19b…中
空パイプ、20…セパレータ、20a…基板、20b…
平板部、21…一側面、22a,22b,22c,22
d…ガス流通溝、23…ガス流入路、24…溝部の形成
部位(面圧確保部位)、24a…小幅溝部、25…凹
部。10 ... Fuel cell, 11 ... Solid electrolyte membrane, 11a to 11d
... Through hole, 12, 13 ... Electrode, 14, 15 ... Gasket, 14a-14d, 15a-15d ... Through hole, 16,
17 ... Separator, 16a-16d, 17a-17d ...
Through holes, 16e, 17e, 16f, 17f ... Gas flow grooves, 18a-18d ... Assembly bolts, 19a, 19b ... Hollow pipe, 20 ... Separator, 20a ... Substrate, 20b ...
Flat plate portion, 21 ... One side surface, 22a, 22b, 22c, 22
d ... Gas circulation groove, 23 ... Gas inflow passage, 24 ... Groove portion forming portion (surface pressure securing portion), 24a ... Small width groove portion, 25 ... Recessed portion.
Claims (3)
側面側に封止部材を介して配設されて、前記固体電解質
膜の一側面側に燃料ガスが流入する反応室を形成すると
ともに、前記固体電解質膜の他側面側に酸化剤ガスが流
入する反応室を形成するセパレータであって、一側面側
に、貫通する燃料ガスのガス流入路およびガス流出路に
連通する燃料ガスのガス流通溝、または、貫通する酸化
剤ガスのガス流入路およびガス流出路に連通する酸化剤
ガスのガス流通溝が形成されている燃料電池用セパレー
タにおいて、前記ガス流通溝と前記ガス流入路の連通部
位、および、前記ガス流通溝と前記ガス流出路の連通部
位が、同ガス流通溝の溝幅に比較して小幅の複数の小幅
溝部に形成されていることを特徴とする燃料電池用セパ
レータ。1. A reaction chamber, which is disposed on each side of a solid electrolyte membrane having electrodes on each side with a sealing member, to form a reaction chamber into which a fuel gas flows into one side of the solid electrolyte membrane. Together with the separator forming a reaction chamber into which the oxidant gas flows on the other side surface side of the solid electrolyte membrane, one side surface side, of the fuel gas communicating with the gas inflow path and the gas outflow path of the penetrating fuel gas In a fuel cell separator in which a gas flow groove or a gas flow groove of an oxidant gas communicating with a gas inflow path and a gas outflow path of the oxidant gas passing therethrough is formed, the gas flow groove and the gas inflow path A fuel cell separator, characterized in that the communication portion and the communication portion between the gas flow groove and the gas outflow passage are formed in a plurality of narrow groove portions having a width smaller than the groove width of the gas flow groove. .
おいて、一側面に複数本のガス流通溝と多数の小幅溝部
とが対向する部位間に、これらのガス流通溝および小幅
溝部を形成する側壁部の頂部より低くてこれらのガス流
通溝および小幅溝部の幅方向に延びる凹部が介在してい
ることを特徴とする燃料電池用セパレータ。2. The fuel cell separator according to claim 1, wherein a plurality of gas flow grooves and a large number of small width groove portions are formed on one side surface of the separator between the facing portions. A fuel cell separator, characterized in that recesses extending in the width direction of the gas flow groove and the narrow groove portion, which are lower than the top portion of the side wall portion, are interposed.
おいて、前記各ガス流通溝および各小幅溝部間に介在す
る凹部の底部は、これらのガス流通溝および小幅溝部の
底部と共通する平坦面に形成されていることを特徴とす
る燃料電池用セパレータ。3. The fuel cell separator according to claim 2, wherein the bottoms of the recesses interposed between the gas flow grooves and the narrow groove portions are flat surfaces common to the gas flow grooves and the narrow groove portions. A separator for a fuel cell, characterized in that
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