JP2004281079A

JP2004281079A - Separator, fuel cell device, and temperature regulation method of fuel cell device

Info

Publication number: JP2004281079A
Application number: JP2003066996A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Otsuka; 和彦大塚
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-10-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance efficiency of heat radiation from a power generation part by smoothly running a cooling fluid. <P>SOLUTION: Separators 31 constituting the power generation part 30 are so laminated as to interpose joint bodies 32 as power generation bodies between the separators 31, and heat radiation fins 33 are formed in side edge parts of separator body parts 31a contacting the joint bodies 32. Each radiation fin 33 is composed of: a center part 72 having a nearly oblong cross-sectional shape; and edge parts 71 each having a nearly tapered cross-sectional shape. By the radiation fins 33 each having such a structure, resistance against air running from the side face side of the generation part 30 can be reduced, and heat can be radiated while running the air having a sufficient flow rate between the respective radiation fins 33. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セパレータ、燃料電池装置及び燃料電池装置の温度調整方法に関する。さらに詳しくは、スタック構造を有する発電部に放熱フィンが設けられ、装置外部から取り込まれた空気を放熱フィンの周辺に流動させて発電部からの放熱を行うセパレータ、燃料電池装置及び燃料電池装置の温度調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、例えば水素ガスの如き燃料ガスと空気に含まれる酸素ガスの如き酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う発電素子である。燃料電池は、発電により生成される生成物が水であることから環境を汚染することがない発電素子として近年注目されている。
【０００３】
また、燃料電池は、発電セルを複数結合させることにより出力される電力量を高めることが可能である。例えば固体高分子電解質膜の両面に電極を形成してなる接合体を発電体とし、この発電体をセパレータで挟みこんで発電セルが形成される。さらに、このような発電セルが積層されたスタック構造を有する燃料電池本体を発電部とする燃料電池も開発されている。
【０００４】
燃料電池は水素と酸素の化学反応によって発電を行うため、電気化学的な反応による損失分や発電部を構成する材料の電気抵抗などによって発熱し、発電セルが積層されてなる燃料電池本体の温度が上昇する。燃料電池本体は、実質的に発電を行う発電部であり、発電部の温度上昇は安定した発電を行うためには好ましくない。例えば、固体高分子電解質膜とかかる固体高分子電解質膜を挟む電極とから構成される発電体を有する固体高分子型燃料電池においては、固体高分子電解質膜に含まれる水分量が温度上昇と共に減少し、ドライアップと呼ばれる不具合を招く場合がある。よって、固体高分子電解質膜に好適な水分を吸湿させた状態で安定した発電を行うためには、燃料電池本体とされる発電部から熱を外部へ放熱する技術が重要とされる。
【０００５】
このような問題点を改善するために各種技術開発が活発に行われており、スタック構造を有する発電部から熱を放熱するための技術として、スタック構造を有する発電部に配設された各セパレータに放熱フィンを設けることにより放熱を行う技術が知られている（例えば、特許文献１。）。また、プレート型ヒートパイプにより発電部を冷却する技術も提案されている（例えば、特許文献２，３。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１６２８４２号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１４０１７号公報
【特許文献３】
特開２０００−３５３５３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、放熱フィンから効率良く放熱させるためには、放熱フィンと、放熱フィンの周辺に存在して放熱フィンを冷却する空気との間で熱が伝達されやすい環境条件を整えることが重要となる。さらに、放熱フィンからの放熱量は、放熱フィンのサイズや形状に応じて変動し、特に発電部を小型化する際には、効率良く放熱が行われるように放熱フィンのサイズや形状を設計することも重要となる。しかしながら、特許文献１においては、発電部からの放熱を行う放熱フィンがアルミニウムなどの金属材料で形成されていることや平板形状を有していることを述べるに止まっており、さらに放熱効率を高めることを可能とする放熱フィンの詳細な形状については言及されていない。
【０００８】
特許文献２，３により開示された技術によれば、熱を発電部の外部に放熱するための伝熱部材としてヒートパイプが用いられている。このようなヒートパイプが接続されたセパレータを備える燃料電池においては、燃料電池の構造が複雑となり、燃料電池を小型化する際に支障をきたす場合がある。したがって、燃料電池から効率良く放熱して安定した発電を行うことが可能とされ、且つ燃料電池の小型化に十分対応することができる技術が求められている。
【０００９】
よって、本発明は上述の如き問題点を鑑み、発電部からの放熱効率を高めることができると共に燃料電池を小型化することが可能であるセパレータ、燃料電池装置及び燃料電池装置の温度調整方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるセパレータは、発電体と他の発電体とを電気的に導通させるように積層されるセパレータであって、発電体と接するセパレータ本体部と、セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、放熱部の縁部の少なくとも一部の厚みは、放熱部の中央部の厚みに比べて薄いことを特徴とする。本発明にかかるセパレータによれば、放熱部から熱が伝達される冷却用流体が放熱部の周辺を流動する際の流れに対する抵抗を低減することが可能となり、放熱部の間に流動される冷却用流体の流量を殆ど低減させることがない。したがって、外部から一定の流量で供給される冷却用流体に応じた放熱量を確保することができる。
【００１１】
本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部を冷却するための冷却用流体が放熱部の周辺に流動されることを特徴とする。このようなセパレータによれば、放熱部から熱を受け取った冷却用流体を排出しながら新たな冷却用流体を放熱部の周辺に流動させることが可能となり、発電を行う際に常時十分な熱容量を有する冷却用流体に放熱することができる。
【００１２】
このようなセパレータにおいては、放熱部の縁部は、発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向で隣り合うように位置する放熱部の間に冷却用流体が流れ込む入口側に臨むことを特徴とする。このようなセパレータによれば、冷却用流体を隣り合う放熱部の間に滑らかに流動させることが可能となる。したがって、隣り合う放熱部の間を狭めた場合でも冷却用流体の流量を低下させることがないため、放熱部からの放熱効率を殆ど低下させることがない。
【００１３】
また、このようなセパレータにおいては、放熱部の縁部は、発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向で隣り合うように位置する放熱部の間から冷却用流体が流れ出る出口側に臨むことを特徴とする。このようなセパレータによれば、隣り合う放熱部の間の出口側で生じる圧力損失を低減することが可能となる。よって、隣り合う放熱部の間を狭めた場合でも冷却用流体の流量を低下させることがないため放熱効率を殆ど低下させることがない。
【００１４】
本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の縁部は、放熱部がセパレータ本体部の側縁部から突設されて延在される向きに沿って延在することを特徴とする。このようなセパレータによれば、冷却用流体が流動する際の圧力損失を放熱部の全体で低減することができ、放熱部の表面全体から効率良く放熱することができる。
【００１５】
本発明にかかるセパレータにおいては、縁部の断面はテーパー形状とされることを特徴とする。このようなセパレータによれば、冷却用流体の流動が放熱部の縁部によって殆ど阻害されることなく円滑に流動される。
【００１６】
このようなセパレータにおいては、中央部の断面は矩形状とされ、縁部は中央部の表面に対して傾斜した傾斜面を備えることを特徴とする。このようなセパレータによれば、縁部から中央部に亘って冷却用流体が流動する際に冷却用流体を円滑に流動させることができ、放熱部の表面に沿って流動する冷却用流体と、隣り合う放熱部の間に流動する冷却用流体との干渉を抑制することができる。これにより、隣り合う放熱部の間に流動する冷却用流体の流量を低減させることなく、放熱効率を殆ど低下させることがない。
【００１７】
さらに、このようなセパレータにおいては、中央部の表面と傾斜面との境界は曲面とされることを特徴とする。このようなセパレータによれば、縁部と中央部を曲面によって滑らかに繋ぐことにより、冷却用流体を放熱部の表面に沿って隣り合う放熱部の間に滑らかに流動させることができる。
【００１８】
また、このようなセパレータにおいては、傾斜面と縁部の端面との境界は曲面とされることを特徴とする。このようなセパレータによれば、縁部の端面と傾斜面とを滑らかに繋ぐことにより、縁部によって冷却用流体の流動が阻害されることが殆どない。
【００１９】
さらにまた、このようなセパレータにおいては、中央部の表面と傾斜面との境界とされる曲面の曲率は、傾斜面と縁部の端面との境界とされる曲面の曲率より大きいことを特徴とする。このようなセパレータによれば、縁部の端面と縁部の主面との境界とされる曲面に沿って冷却用流体を滑らかに流動させることができる。さらに、隣り合う放熱部の間に流動する冷却用流体と、放熱部の表面に近い領域を流動する冷却用流体との干渉を抑制することもできる。
【００２０】
また、このようなセパレータにおいては、発電体とセパレータ本体部とが積層される積層方向で放熱部が配設される位置の違いに応じて、中央部の表面と傾斜面との境界とされる曲面の曲率と、傾斜面と縁部の端面との境界とされる曲面の曲率とが所要の値となるように設定されることを特徴とする。このようなセパレータによれば、積層方向に関して発電体及びセパレータ本体部の温度に応じて放熱部毎に冷却用流体の流量を調整することが可能であり、温度が上昇し易い発電体及びセパレータ本体部からの放熱量を他の発電体及びセパレータ本体部より高めておくことができる。
【００２１】
本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の縁部は、セパレータ本体部の側縁部から延在されるように設けられる放熱部の先端部であることを特徴とする。このようなセパレータによれば、放熱部が延在される向きと略直交する向きに冷却用流体が流動される際に、冷却用流体の流動が放熱部の先端部によって阻害されることが殆どなく、冷却用流体の流量を低下させることがない。
【００２２】
本発明にかかるセパレータにおいては、放熱部の表面は、放熱部を冷却するための冷却用流体の流動を阻害する抵抗を低減するように所要の表面粗さを有することを特徴とする。このようなセパレータによれば、放熱部の形状だけでなく、放熱部の表面により冷却用流体の流量を調整することができ、隣り合う放熱部の間を狭めた場合でも十分な流量を確保して放熱を行うことができる。
【００２３】
本発明にかかる燃料電池装置は、発電体と、発電体と他の発電体とを電気的に導通させるセパレータとが積層されてなる燃料電池本体を備える燃料電池装置であって、セパレータは、発電体と接するセパレータ本体部とセパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とを備え、放熱部の縁部の少なくとも一部の厚みが放熱部の中央部の厚みに比べて薄くなるように設定されていることを特徴とする。このような燃料電池装置によれば、隣り合う放熱部の間に冷却用流体が流動される際に冷却用流体の流動を妨げることなく、十分な流量を確保することができる。さらに、燃料電池装置の小型化する際に、隣り合う放熱部の間に冷却用流体を流動させるための十分なスペースを確保することが困難な場合でも、冷却用流体の干渉を抑制することにより十分な流量を維持することができる。これにより、燃料電池本体の温度上昇を抑制しながら安定して発電を行うことができる。
【００２４】
本発明にかかる燃料電池装置の温度調整方法は、発電体と、発電体と他の発電体とを電気的に導通させるセパレータとが積層されてなる燃料電池本体の温度を調整する燃料電池装置の温度調整方法であって、発電体と接するセパレータ本体部と、セパレータ本体部の側縁部に突設される放熱部とによりセパレータを構成し、放熱部の縁部の少なくとも一部の厚みを放熱部の中央部の厚みに比べて薄くなるように設定し、燃料電池本体を冷却するための冷却用流体を前記放熱部の周辺に流動させることを特徴とする。このような燃料電池装置の温度調整方法によれば、冷却用流体の流動を阻害することなく円滑に流動させることができ、発電を行う際に熱を受け取った冷却用流体を排出しながら十分な熱容量を有する冷却用流体を隣り合う放熱部の間に常時取り込むことが可能となる。よって、放熱部を介して燃料電池本体から十分に放熱することができ、温度上昇を抑制しながら安定した発電を行うことが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１乃至図９を参照しながら本発明にかかるセパレータ、燃料電池装置及び燃料電池装置の温度調整方法について説明する。図１に示すように、燃料電池装置１は、筐体１０、制御基板２０、発電部３０、冷却ファン５１、空気供給ファン５２，５３、水素パージバルブ５４、レギュレータ５５及び手動バルブ５６を備える。また、燃料電池装置１は、水素ガスを吸蔵させた水素吸蔵カートリッジ６０から供給される水素ガスを受け取り、発電を行う。
【００２６】
図１及び図２に示すように、筐体１０は略直方体形状の外形を有し、燃料電池装置１に搭載される各種機器を覆うように内部が空洞とされると共に底面が開放されている。筐体１０は排気口１１，１２及び１３、吸気口１４，１５を備え、筐体１０の上面の端部は排気口１１，１２，１３が形成された側面に向かう傾斜面とされる。図２（ａ）に示すように、排気口１１と排気口１２，１３とは筐体１０の側面に隣り合うように形成され、発電部３０を冷却するために燃料電池装置１内で流動された空気と発電部３０による発電反応後の空気とが排気口１１，１２，１３からそれぞれ排出される。排気口１１は、発電部３０を構成するセパレータに設けられた放熱部から熱を放熱させるために、燃料電池装置１から空気を排出する吐き出し口である。さらに、排気口１１は、筐体１０の側面に略矩形状に開口し、上下方向に複数形成されている。排気口１２、１３は、発電部３０が発電を行った後の排気を排出するための吐き出し口とされる。排気口１２、１３は、筐体１０の側面に矩形状に開口し、排気口１１に沿って上下方向に複数形成されている。
【００２７】
図２（ｂ）に示しように、吸気口１４，１５は、筐体１０の排気口１１及び排気口１２，１３が形成された筐体１０の側面と対面する側面に形成され、吸気口１４，１５から発電部３０を冷却するための空気と発電部３０による発電反応に供される酸素を含む空気とがそれぞれ燃料電池装置１内に取り込まれる。吸気口１４は、発電部３０を構成するセパレータに設けられた放熱部から熱を放熱させるための空気を取り込むための取り込み口であり、筐体１０の側面に略矩形状に開口し、上下方向に複数形成されている。吸気口１５は、発電部３０が発電を行う際に発電部３０に供給される空気が取り込まれるための取り込み口とされ、吸気口１４と同様に筐体１０の側面に略矩形状に開口し、吸気口１４に沿って上下方向に複数形成されている。
【００２８】
また、図１、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、筐体１０の一の端面には燃料電池装置１と外部との間で各種信号を送受信するための配線が通される接続孔１６を形成されている。切り欠き部１７は接続孔１６が形成された端面の下側の一部に形成され、外部と燃料電池装置１の内部との間で各種信号を送受信するための配線が切り欠き部１７に通される。接続孔１６及び切り欠き部１７が形成された端面の反対側に位置する端面にも接続孔１６及び切り欠き部１７と同様に配線などを通すための接続孔１８が形成されている。
【００２９】
図１に示すように、制御基板２０は発電部３０の上側に配設され、燃料電池装置１を構成する各種機器を制御するための制御回路が形成されている。制御回路の詳細については図中において詳細に示さないが、例えば冷却ファン５１、空気供給ファン５２，５３の駆動の制御、或いは水素パージバルブ５４の開閉動作の制御回路、発電部３０により出力される電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータの如き電圧変換回路を制御基板２０に搭載することができる。さらにセンサにて検知された温度や湿度などの各種環境条件を取得することにより各種機器の駆動に関する指示を制御基板２０に実装された回路に行わせることもできる。また、本例の燃料電池装置１においては燃料電池装置１内に制御基板２０が配設されるが、制御基板２０は燃料電池装置１の外部に配設されていても良く、例えば、燃料電池装置１から駆動用の電力が提供される各種電子機器に制御基板２０を配設しておくこともできる。
【００３０】
次に、図１及び図３を参照しながら、燃料電池本体とされる発電部３０の構造について説明する。図３は、発電部３０の斜視図である。
【００３１】
図１及び図３に示すように、発電部３０は略直方体形状を有し、基台５７に配設される。発電部３０は、９枚のセパレータ３１の間にそれぞれ発電体としての接合体３２が挟みこまれてなる発電セルから構成され、これら発電セルが８個直列に接続された構造を有している。このような発電セルは１素子で約０．６Ｖの電圧を出力することができるため、発電部３０の全体では４．８Ｖの電圧を出力することが可能である。発電部３０は、約２Ａの電流を流すことが可能であり出力される電力は理想的には９．６Ｗとなるが、発電反応における発熱などによって実際の出力電力は理想的な出力電力の約７割である約６．７Ｗとされる。しかしながら、接合体３２に含まれる水分量の調整や発電部３０への水素ガスの円滑な供給によりさらに出力電力を高めることができる。また、発電部３０を形成する発電セルは本例のように８素子に限定するものではなく、各種電子機器を駆動するために必要とされる出力電力に合わせて所要の数の発電セルにより発電部３０を形成することもできる。発電部３０の側面３９には各セパレータ３１に形成された開口部３４が臨み、後述するように発電部３０の側面３９の反対側の側面にも各開口部３４に対応するように開口部４０が形成されている。開口部３４と、開口部３４が臨む側面３９と反対側の側面に臨む開口部４０を介して、発電部３０に対する空気の供給、及び排出が行われる。
【００３２】
また、図１及び図３に示すように、発電部３０の側面３９に沿って、冷却ファン５１、空気供給ファン５２，５３が隣り合うように配設されている。発電部３０を構成するセパレータ３１は、セパレータ３１の間に発電体としての接合体３２を挟み込むように積層され、接合体３２を接するセパレータ本体部３１ａの側縁部には放熱フィン３３が設けられている。放熱フィン３３は、略矩形状の断面形状を有する中央部７２と、略テーパ−形状の断面形状を有する縁部７１から構成される。縁部７１はセパレータ３１と接合体３２とが積層される積層方向で隣り合う放熱フィン３３の間に空気が流動される際の入口側と出口側とにそれぞれ臨む。冷却ファン５１は、放熱フィン３３の側面側から各放熱フィン３３の間に空気を流動させ、放熱フィン３３から放熱させる。冷却ファン５１が放熱フィン３３から熱が伝達された空気を排出し、十分な熱容量を有する空気が装置外部から放熱フィン３３の間に供給されることにより、放熱フィン３３の間に空気が流動する。縁部７１の断面形状が略テーパ−形状であることから、縁部７１の断面形状が矩形状である場合に比べて空気の流動を円滑に行うことができる。なお、図３は、図１に示した発電部３０の最も上側に配設される絶縁部材を取り除いた状態を示している。
【００３３】
このように、冷却ファン５１が放熱フィン３３の間に強制的に空気を流動させることにより、放熱フィン３３からの放熱効率を殆ど低下させることなく、発電部３０の温度上昇を抑制して安定した発電を発電部３０に行わせることが可能となる。さらに、本例にかかる発電部３０が備える放熱フィン３３の縁部７１の断面形状が略テーパ−形状であることから、冷却ファン５１により放熱フィン３３の間に給排気される空気の流量を低下させることが殆どない。さらに、発電部３０が出力する出力電力により冷却ファン５１及び空気供給ファン５２，５３を駆動させる場合には、発電部３０による発電と、冷却ファン５１及び空気供給ファン５２，５３の駆動とを安定して行うことができ、冷却ファン５１の電力損失を抑制すると共に発電部３０及び各種機器が搭載された燃料電池装置１の全体を安定して駆動させることができる。
【００３４】
続いて、図４乃至図７を参照しながら発電部３０と、発電部３０を構成するセパレータ３１の構造についてさらに詳細に説明する。図４は発電部３０の分解斜視図、図５はセパレータ３１の斜視図、図６は放熱フィン３３の断面図、図７はセパレータ３１の平面図である。
【００３５】
図４に示すように、発電部３０は、セパレータ３１と接合体３２とが積層されてなる発電セル５０が複数積層されたスタック構造を有する。発電部３０を構成する発電セル５０は２枚のセパレータ３１とセパレータ３１に挟み込まれる接合体３２によって形成され、例えば、図４には直列に接続される２つの発電セル５０が示されている。
【００３６】
セパレータ３１は、表面に溝部４３が設けられたセパレータ本体部３１ａとセパレータ本体部３１ａの側縁部に設けられた放熱フィン３３から構成される。セパレータ本体部３１ａにより挟み込まれる接合体３２は、吸湿した際にイオン伝導性を有する固体高分子電解質膜３６及び固体高分子電解質膜３６を両面から挟み込む電極３７から形成される。さらに、スタック構造を形成した際にセパレータ本体部３１ａと接合体３２との間を封止する封止部材３５が接合体３２の周縁付近に配置されている。封止部材３５は、セパレータ３１ａの周縁部と接合体３２の周縁部とを十分に絶縁することができる材質を用いれば良い。固体高分子電解質膜３６としては、例えばスルホン酸系の固体高分子電解質膜を用いることができる。電極３７は、発電反応を促進するための白金の如き触媒が担持された電極を用いることもできる。
【００３７】
図５に示すように、セパレータ３１は、溝部４３が設けられたセパレータ本体部３１ａと、セパレータ本体部３１ａの側縁部に設けられた放熱フィン３３から構成される。放熱フィン３３の縁部７１は、空気の流れに対して略垂直に対面する端面７３と、放熱フィン３３の中央部７２の表面に対して傾斜した傾斜面７４とを有し、縁部７１の断面形状は略テーパー形状とされる。一方の縁部７１は、積層方向に沿って隣り合う放熱フィン３３の間に流動する空気の入口側に臨み、他方の縁部７１が空気の出口側に臨む。縁部７１の表面のうち上側と下側にそれぞれ臨む傾斜面７４は、セパレータ本体部３１ａの側縁部から放熱フィン３３の先端部まで延在されており、放熱フィン３３全体で空気に対する抵抗を低減することができる。
【００３８】
図６を参照しながら、放熱フィン３３についてさらに詳細に説明する。放熱フィン３３の中央部７２の断面形状は略矩形状とされ、中央部７２の上面及び下面はセパレータ本体部３１ａの上面及び下面に対して略平行とされる。放熱フィン３３の縁部７１の断面形状は略テーパ−形状とされ、縁部７１は、空気の流れに略垂直に対面する端面７３と、端面７３と中央部７２の上面及び下面とをそれぞれ繋ぐ傾斜面７４とを有する。端面７３と傾斜面７４とは曲面７５により繋がれ、傾斜面７４と中央部７２の上面及び下面とは曲面７６により繋がれ、端面７３から中央部７２の上面及び下面に亘って連続した放熱フィン３３の表面が形成されている。曲面７６の曲率Ｒは曲面７５の曲率ｒより大きくなるように設定されている。隣り合う放熱フィン３３の間において、空気の流れの入口側に臨む縁部７１の断面形状が略テーパー形状であることにより、断面形状が矩形状とされる場合に比べて空気の流れに対する圧力損失、すなわち空気を流れ難くする抵抗を低減することができる。すなわち、冷却ファン５１により一定の出力で空気を流動する際に、実質的に放熱フィン３３の間に流れる空気の流量を低下させることが殆どない。よって、冷却ファン５１の駆動するための電力が一定の状態で、実質的に放熱フィンの間を流れる空気の流量を一定に維持しながら、これら空気を介して放熱フィン３３から放熱を行うことが可能となり、発電部３０の温度を一定に維持しながら安定した発電を行うことができる。また、曲面７６の曲率Ｒと曲面７５の曲率ｒは、積双方向で放熱フィン３３が配設される位置の違いに応じて所要の値に設定され、積層方向で空気の流れに対する抵抗を設定することもできる。積層方向で空気に対する抵抗が異なることにより、各放熱フィン３３からの放熱量を調整することができ、発電部３０における温度勾配を低減し、発電部３０全体の温度を略均一にすることができる。また、放熱フィン３３の表面の表面粗さを調整し、放熱フィン３３の表面に沿って流れる空気に対する抵抗を低減することにより、隣り合う放熱フィン３３の間に流れる空気の流量を維持することもできる。
【００３９】
図７は、セパレータ３１の構造を示す平面図である。セパレータ本体部３１ａの両面にはそれぞれ溝部３８，４３が形成されており、発電部３０を組み上げた際に溝部４３が接合体３２の燃料極と接し、溝部３８が接合体３２の空気極と接する。また、セパレータ本体部３１ａには、溝部４３に接続された供給孔４２及び排出孔４１、溝部４３と供給孔４２とを接続する接続部４５、溝部４３と排出孔４１とを接続する接続部４６が形成されている。また、溝部３８，４３が形成されるセパレータ本体部３１ａの側縁部に放熱フィン３３が設けられている。
【００４０】
図７（ａ）に示すように、溝部４３は、燃料ガスとされる水素ガスを接合体３２に供給するための面内流路とされる。溝部４３は発電反応の効率を高めるためにセパレータ本体部３１ａの表面内を蛇行するように形成されており、水素ガスが接合体３２の燃料極全体に供給されるような形状とされる。供給孔４２は、発電部３０の外部に設けられた水素吸蔵カートリッジ６０の如き水素ガス貯蔵部から溝部４３に水素ガスを供給する際の水素ガスの流路とされる。接続部４５は溝部４３と供給孔４２とを接続し、溝部４３に水素ガスを供給する。また、接続部４６は溝部４３と排出孔４１とを接続し、溝部４３から発電反応後の水素ガスを排出する。本例にかかるセパレータ３１においては、接続部４５，４６の断面積はセパレータ３１と接合体３２とによりスタック構造を形成した際の溝部４３の断面積より小さくなるように形成され、例えば接続部４５，４６の幅が溝部４３の幅より狭くなるように形成される。さらに、接続部４５の幅を接続部４６の幅より狭くなるように形成し、溝部４３への水素ガスの入口側の幅を出口側の幅より狭くしておく。
【００４１】
供給孔４２及び排出孔４１は、スタック構造を形成した際に積層される各セパレータ３１の間で接続され、水素ガスを各セパレータ３１に供給する供給路と発電後の水素ガスを排出するための排出路を形成する。溝部４３に水が蓄積された際には、この排出路を水素パージバルブ５４により大気開放して溝部４３に蓄積された水の供給路側と排出路側とに圧力差を生じさせ、この圧力差によって水を排出することができる。さらに、スタック構造を形成した際の任意のセパレータ３１の溝部４３に水が蓄積された場合でも、水が蓄積された溝部４３内にのみ瞬間的に圧力差を生じさせることが可能であり、水を排出し発電部３０に安定して水素ガスを供給することができる。
【００４２】
図７（ｂ）に示すように、溝部３８はセパレータ本体部３１ａの溝部４３が形成された面の裏面側に形成され、酸素を含む空気を流すための流路とされる。溝部３８は、セパレータ３１の幅方向に延在するように形成されてセパレータ本体部３１ａの側面に開口する。さらに、溝部３８は、セパレータ本体部３１ａの長手方向に沿って複数形成されている。また、溝部３８がセパレータ本体部３１ａの側面にそれぞれ開口する開口部３４，４０を介して酸素を含む空気が溝部３８に供給されて、排気される。開口部３４，４０の幅は溝部３８の幅より大きめとされ、開口部３４，４０の側壁が溝部３８の側壁に対して傾斜したテーパー形状になるように開口部３４，４０をすることができる。このような開口部３４，４０によれば、溝部３８への空気の取りこみ又は溝部３８から空気を排出する際の空気に対する流路抵抗を低減することができ、溝部３８に円滑に空気を流動させることができる。また、開口部３４，４０の高さ方向に沿った開口幅が溝部３８の高さ寸法より大きめになるように開口部３４，４０を形成して、流路抵抗をさらに低減することが可能となる。
【００４３】
続いて、図８を参照しながら、放熱フィンの間を流れる空気の流動状態について説明する。図８は放熱フィン周辺における空気の流動状態を説明する図である。図８（ａ）は、略矩形状とされる断面形状を有する放熱フィン８０が一定間隔で配置され、これら放熱フィン８０の間における空気の流動状態を説明する図であり、同図（ｂ）は発電部３０を構成する放熱フィン３３の間における空気の流動状態を説明する図である。
【００４４】
図８（ａ）に示すように、セパレータ本体部８１の側縁部に設けられた放熱フィン８０の間における空気の流れは、図中矢印で示した空気の流れＡ，Ｂ，Ｃの３つに分類することができる。空気の流れＡは、放熱フィン８０にぶつかることなくそのまま放熱フィン８０の間のスペースに流れ込む空気の流れである。空気の流れＡは、放熱フィン８０からの放熱量の大部分に寄与する空気の流れである。空気の流れＢは、放熱フィン８０の端面８０ａにより流れの向きが曲げられた空気の流れであり、放熱フィン８０と平行に流動する空気の流れに対面する端面８０ａにより空気の流れが曲げられたものである。
【００４５】
空気の流れＢは、放熱フィン８０の端面８０ａによって流れが阻害されて流れが曲げられ、空気が放熱フィン８０の間のスペースに流れ込む。空気の流れＢは、空気の流れＡと干渉し、空気の流れＡに沿って流れる空気の流量が減少する。特に、放熱フィン８０の間のスペースを狭めるほど空気の流れＡ，Ｂの干渉の度合いが大きくなり、空気の流れＡに沿って流れる空気の流量が減少する割合も増大する。放熱フィン８０の間のスペースを流れる空気の流量が減少した場合、放熱フィン８０からの放熱量が減少し、発電部の温度上昇を効率良く抑制することが困難となる。
【００４６】
さらに、放熱フィン８０の間を流れる空気の出口側においては、渦状に空気が流れる空気の流れＣが発生する。空気の流れＣは、放熱フィン８０の間のスペースに比べて広いスペースに空気が流れ出る際に生じ、特に放熱フィン８０の間のスペースの幅が狭いほど生じ易い。すなわち、燃料電池装置を小型化するために放熱フィンの間のスペースを狭めるほど空気の流れＣは生じ易くなる。空気の流れＣは、放熱フィン８０の間のスペースから流れ出る空気の流れＡを妨げ、これにより空気の流れＡの流量が減少する。
【００４７】
放熱フィン８０からの放熱量は空気の流れＡによるところが大きく、空気の流れＡによる流量を十分に確保することが重要となる。空気の流れＢ，Ｃによる空気の流れＡの流量が減少することは、発電部の温度調整の範囲を狭めることに繋がる。よって、このような空気の流れＢ，Ｃを抑制することが空気の流量を制御して発電部の温度を調整するためには重要となる。
【００４８】
図８（ｂ）に示すように、本例の放熱フィン３３によれば、図８（ａ）に示す空気の流れＢ，Ｃを殆ど生じることなく、空気の流れＡによる空気の流量を十分に確保することが可能となる。既に述べたように放熱フィン３３の縁部の断面形状は略テーパー形状とされ、放熱フィン３３の縁部から中央部に亘って緩やかに放熱フィンの間のスペースが狭められている。したがって、放熱フィン３３の間のスペース、すなわち空気の流路が滑らかに狭められていることにより、空気の入口側においては、空気の流れＢに相当する空気の流れＢ’が滑らかに放熱フィンの間のスペースに流れ込んで空気の流れＡと合流する。また、空気の出口側においては放熱フィン３３の中央部７２から縁部７１に亘って空気の流路が緩やかに広がるため、空気の流れＣに相当する空気の流れＣ’は渦状の流れを殆ど生じることなく、空気は放熱フィンの間のスペースから外側に滑らかに流れ出る。
【００４９】
このように、放熱フィンの縁部の断面形状をテーパ−形状とし、さらに空気の流れに臨むそれぞれの面の境界を曲面にすることにより放熱フィンの間のスペースにおける圧力損失を低減することができ、空気を滑らかに流動させることが可能となる。したがって、放熱フィンの間のスペースに供給される空気の流量を精度良く制御することができ、これにより放熱フィンからの放熱量を調整して発電部の温度調整を精度良く行うことができる。さらに、発電部を小型化する際にも冷却ファンの出力を抑制しながら所要の流量で空気を流動させることができ、安定した発電を行うために必要とされる電力を抑制しながら、発電を行うことが可能である。したがって、燃料電池装置を小型、且つ発電を行う際の消費電力が抑制された装置とすることができる。
【００５０】
次に、図９を参照しながら、本発明にかかるセパレータの別の例について説明する。図９は、セパレータの構造を示す斜視図である。セパレータ９１は、セパレータ本体部９１ａと放熱フィン９３とから構成され、セパレータ本体部９１ａはセパレータ本体部３１ａとほぼ同様の構造を有する。セパレータ本体部９１ａの表面には燃料とされる水素ガスを発電体に供給するための溝部９８が設けられ、裏面側には発電体に空気を供給するための溝部が形成されている。
【００５１】
放熱フィン９３の縁部１０１は、空気の流れに対して略垂直に対面する端面１０３と、放熱フィン９３の中央部１０２の表面に対して傾斜した傾斜面１０４とを有し、縁部１０１の断面形状は略テーパー形状とされる。一方の縁部１０１は、スタック構造を有する発電部を構成する際に隣り合うように配設される放熱フィン９３の間に流動する空気の入口側に臨み、他方の縁部１０１が空気の出口側に臨む。縁部１０１の傾斜面１０４は、セパレータ本体部９１ａの側縁部から放熱フィン９３の先端部まで延在され、放熱フィン９３の縁部１０１の全体に形成されている。また、セパレータ本体部９１ａの側縁部と略平行に延在し、放熱フィン９３の先端部１０５の断面形状も、縁部１０１の断面形状と同様に略テーパ−形状を有する。本例にかかるセパレータ９１によれば、縁部１０１の断面形状が略テーパ−形状を有している場合に比べて、放熱フィン９３の間のスペースにおける空気の流れに対する抵抗をさらに低減することができ、放熱フィン９３の先端部１０５とされる縁部の近傍において空気の円滑に流すことが可能となる。流れに対する抵抗を低減することが可能となる。よって、燃料電池本体とされる発電部をセパレータ９１と発電体とを積層して形成した場合に、積層方向に一定の間隔を有して配設される放熱フィン９３の全体に空気を流動させた際の抵抗を低減することでき、放熱フィン９３から熱を伝えられる空気の流量を常時十分に確保することができる。すなわち、空気を一定の流量で流すことができることから、空気の流量に応じて放熱フィン９３から放熱される放熱量を調整することができ、発電部の温度調整を精度良く行うことができる。
【００５２】
また、本発明にかかる燃料電池装置の温度調整方法によれば、上述した放熱フィン３３、或いは放熱フィン９３を備えるセパレータによりスタック構造を有する発電部を構成し、空気を放熱フィンの周辺に流動させ、放熱フィンの間のスペースにおいて円滑に入れ替わる空気に対して放熱することができ、冷却ファンによって流量を調整することにより放熱量を調整することができる。したがって、発電部の温度調整を精度良く行うことができる。さらに、冷却ファンの出力を上げることなく空気の流量を一定に維持することができ、冷却ファン、及び燃料電池装置に搭載される各種機器を発電部から供給される電力によって駆動させる場合には、駆動電力の損失の低減にも繋がる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるセパレータ及び燃料電池装置によれば、空気の流動に対する抵抗を低減することができ、スタック構造を有する燃料電池本体に設けられる放熱フィンの間に円滑に空気を流動させることができる。したがって、放熱フィンの間に流れる空気の流量を精度良く制御することが可能となり、空気の流量に応じて放熱フィンからの放熱量を精度良く調整することができる。これにより、燃料電池本体とされる発電部を冷却して温度調整することができる。
【００５４】
さらに、本発明にかかるセパレータ及び燃料電池装置によれば、燃料電池装置に搭載される各種機器を駆動するための駆動電力を発電部から供給する場合には、これら機器の消費電力を低減することができ、燃料電池装置全体の発電効率を向上させることが可能となる。
【００５５】
さらにまた、本発明にかかるセパレータ及び燃料電池装置によれば、冷却ファンなどによって空気の流量を精度良く制御することができることから、空気の流量に応じて精度良く発電部の温度を調整できると共に温度の調整範囲を流量に応じて広げることが可能となる。
【００５６】
また、本発明にかかるセパレータ及び燃料電池装置によれば、燃料電池装置を小型化する際に放熱フィンの間のスペースが狭められた場合でも、放熱フィンの間のスペースに十分な流量で空気を流動させることができる。したがって、放熱フィンからの放熱量を増大させることも可能であり、放熱量の増大分に応じて、放熱フィンの小型化してさらなる燃料電池装置の小型化に繋げることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる燃料電池装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】同燃料電池を構成する筐体の構造を示す構造図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は他の側面を示す側面図、（ｃ）は端面図、（ｄ）は他の端面を示す端面図である。
【図３】同燃料電池装置を構成する発電部の概観を示す斜視図である。
【図４】同燃料電池装置を構成する発電部の一部を示す分解斜視図である。
【図５】本発明にかかるセパレータの概観を示す斜視図である。
【図６】同セパレータに設けられる放熱フィンの構造を示す断面図である。
【図７】同セパレータの構造を示す平面図であって、（ａ）はセパレータの表面側の構造を示す平面図、（ｂ）は裏面側の構造を示す平面図である。
【図８】放熱フィンの近傍を流れる空気の流れを説明する図であり、（ａ）は断面形状が矩形状である放熱フィンの近傍における空気の流れを説明する図、（ｂ）は本発明にかかるセパレータに設けられる放熱フィンの近傍における空気の流れを説明する図である。
【図９】本発明にかかるセパレータの別の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１燃料電池装置、１０筐体、１１，１２，１３排気口、１４，１５吸気口、２０制御基板、３０発電部、３１セパレータ、３１ａセパレータ本体、３２接合体、３３放熱フィン、３４，４０開口部、３５封止部材、３６固体高分子電解質膜、３７電極、３８，４３溝部、５０発電セル、５１冷却ファン、５２，５３空気供給ファン、５４水素パージバルブ、５５レギュレータ、５６手動バルブ、５７基台、６０水素吸蔵カートリッジ、８０放熱フィン、８１セパレータ本体部、９１セパレータ、９１ａセパレータ本体部、９３放熱フィン、９８セパレータ、９８溝部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a separator, a fuel cell device, and a method for adjusting the temperature of a fuel cell device. More specifically, a radiation fin is provided in a power generation unit having a stack structure, and a separator that radiates heat from the power generation unit by flowing air taken in from the outside of the device around the radiation fin, a fuel cell device, and a fuel cell device. It relates to a temperature adjustment method.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell is a power generation element that generates power by electrochemically reacting a fuel gas such as a hydrogen gas and an oxidizing gas such as an oxygen gas contained in air. 2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells have attracted attention as power generation elements that do not pollute the environment because the product generated by power generation is water.
[0003]
Further, the fuel cell can increase the amount of power output by combining a plurality of power generation cells. For example, a power-generating body is formed by forming a joined body in which electrodes are formed on both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane, and sandwiching the power-generating body with a separator. Further, a fuel cell using a fuel cell body having a stack structure in which such power generation cells are stacked as a power generation unit has also been developed.
[0004]
Since a fuel cell generates power by a chemical reaction between hydrogen and oxygen, it generates heat due to the loss due to the electrochemical reaction and the electrical resistance of the material that makes up the power generation unit, and the temperature of the fuel cell body, which is a stack of power generation cells, Rises. The fuel cell body is a power generation unit that substantially generates power, and a rise in the temperature of the power generation unit is not preferable for performing stable power generation. For example, in a polymer electrolyte fuel cell having a power generator composed of a polymer electrolyte membrane and electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane, the amount of water contained in the polymer electrolyte membrane decreases with an increase in temperature. However, a problem called dry-up may be caused. Therefore, in order to perform stable power generation in a state in which moisture is absorbed by the solid polymer electrolyte membrane, a technique of radiating heat to the outside from a power generation unit serving as a fuel cell body is important.
[0005]
Various technologies have been actively developed in order to solve such problems, and as a technology for radiating heat from the power generation unit having the stack structure, each separator disposed in the power generation unit having the stack structure is used. There is known a technology of dissipating heat by providing heat dissipating fins on a surface (for example, Patent Document 1). In addition, a technique for cooling a power generation unit using a plate-type heat pipe has been proposed (for example, Patent Documents 2 and 3).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-10-162842
[Patent Document 2]
JP-A-11-214017
[Patent Document 3]
JP 2000-353536 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to efficiently radiate heat from the radiating fins, it is important to prepare environmental conditions in which heat is easily transmitted between the radiating fins and air existing around the radiating fins and cooling the radiating fins. Furthermore, the amount of heat radiation from the heat radiation fins varies according to the size and shape of the heat radiation fins, and especially when the power generation unit is downsized, the size and shape of the heat radiation fins are designed so that heat is efficiently radiated. It is also important. However, Patent Document 1 merely states that the radiating fins that radiate heat from the power generation unit are formed of a metal material such as aluminum or have a flat plate shape, and further increase the radiation efficiency. There is no mention of the detailed shape of the radiation fins that allows this.
[0008]
According to the techniques disclosed in Patent Literatures 2 and 3, a heat pipe is used as a heat transfer member for dissipating heat to the outside of a power generation unit. In a fuel cell including such a separator to which a heat pipe is connected, the structure of the fuel cell becomes complicated, which may hinder the miniaturization of the fuel cell. Therefore, there is a need for a technology that can efficiently radiate heat from a fuel cell to perform stable power generation and that can sufficiently cope with miniaturization of the fuel cell.
[0009]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a separator, a fuel cell device, and a method for adjusting the temperature of a fuel cell device, which can increase the heat radiation efficiency from the power generation unit and reduce the size of the fuel cell. The purpose is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The separator according to the present invention is a separator that is laminated so as to electrically connect a power generator and another power generator, and is provided on a separator main body portion in contact with the power generator and on a side edge of the separator main body portion. And a thickness of at least a part of an edge portion of the heat radiating portion is smaller than a thickness of a central portion of the heat radiating portion. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the separator concerning this invention, it becomes possible to reduce the resistance with respect to the flow when the cooling fluid to which heat is transmitted from a heat radiating part flows around a heat radiating part, and the cooling fluid which flows between heat radiating parts becomes possible. The flow rate of the working fluid is hardly reduced. Therefore, it is possible to secure a heat radiation amount corresponding to the cooling fluid supplied from the outside at a constant flow rate.
[0011]
The separator according to the present invention is characterized in that a cooling fluid for cooling the heat radiating portion flows around the heat radiating portion. According to such a separator, it becomes possible to flow a new cooling fluid around the heat radiating portion while discharging the cooling fluid that has received heat from the heat radiating portion, and always have a sufficient heat capacity when performing power generation. The heat can be radiated to the cooling fluid.
[0012]
In such a separator, the edge of the heat radiating portion faces the inlet side where the cooling fluid flows between the heat radiating portions located adjacent to each other in the stacking direction in which the power generator and the separator main body are stacked. Features. According to such a separator, the cooling fluid can flow smoothly between the adjacent heat radiating portions. Therefore, even when the space between the adjacent heat radiating portions is narrowed, the flow rate of the cooling fluid does not decrease, and the heat radiation efficiency from the heat radiating portion hardly decreases.
[0013]
Further, in such a separator, the edge of the heat radiating portion faces the outlet side where the cooling fluid flows from between the heat radiating portions located adjacent to each other in the stacking direction in which the power generator and the separator main body are stacked. It is characterized by the following. According to such a separator, it is possible to reduce the pressure loss generated on the outlet side between the adjacent heat radiating portions. Therefore, even when the space between the adjacent heat radiating portions is narrowed, the flow rate of the cooling fluid is not reduced, so that the heat radiating efficiency is hardly reduced.
[0014]
The separator according to the present invention is characterized in that the edge of the heat radiating portion extends along the direction in which the heat radiating portion protrudes from the side edge of the separator body and extends. According to such a separator, the pressure loss when the cooling fluid flows can be reduced in the entire radiator, and the heat can be efficiently radiated from the entire surface of the radiator.
[0015]
In the separator according to the present invention, the cross section of the edge is tapered. According to such a separator, the flow of the cooling fluid flows smoothly without being hindered by the edge of the heat radiating portion.
[0016]
Such a separator is characterized in that the cross section at the center is rectangular and the edge has an inclined surface inclined with respect to the surface of the center. According to such a separator, when the cooling fluid flows from the edge to the center, the cooling fluid can flow smoothly, and the cooling fluid that flows along the surface of the heat radiating portion; Interference with the cooling fluid flowing between the adjacent heat radiating portions can be suppressed. Thus, the flow rate of the cooling fluid flowing between the adjacent heat radiating portions is not reduced, and the heat radiating efficiency is hardly reduced.
[0017]
Further, such a separator is characterized in that the boundary between the central surface and the inclined surface is a curved surface. According to such a separator, by smoothly connecting the edge portion and the central portion by the curved surface, the cooling fluid can flow smoothly between the adjacent heat radiating portions along the surface of the heat radiating portion.
[0018]
Further, such a separator is characterized in that the boundary between the inclined surface and the end surface of the edge is a curved surface. According to such a separator, by smoothly connecting the end surface of the edge and the inclined surface, the flow of the cooling fluid is hardly obstructed by the edge.
[0019]
Furthermore, in such a separator, the curvature of the curved surface that is the boundary between the surface of the central portion and the inclined surface is larger than the curvature of the curved surface that is the boundary between the inclined surface and the end surface of the edge. I do. According to such a separator, the cooling fluid can flow smoothly along a curved surface that is a boundary between the end surface of the edge and the main surface of the edge. Further, interference between the cooling fluid flowing between the adjacent heat radiating portions and the cooling fluid flowing in a region near the surface of the heat radiating portion can also be suppressed.
[0020]
In such a separator, the boundary between the surface of the central portion and the inclined surface is determined according to the difference in the position where the heat radiating portion is disposed in the stacking direction in which the power generator and the separator main body are stacked. The curvature of the curved surface and the curvature of the curved surface which is the boundary between the inclined surface and the end surface of the edge are set to have required values. According to such a separator, it is possible to adjust the flow rate of the cooling fluid for each radiator in accordance with the temperature of the power generator and the separator main body in the stacking direction, and the temperature of the power generator and the separator main body that are likely to rise The amount of heat radiation from the part can be higher than that of the other power generators and the separator body.
[0021]
In the separator according to the present invention, the edge of the heat radiating portion is a tip portion of the heat radiating portion provided to extend from the side edge of the separator main body. According to such a separator, when the cooling fluid flows in a direction substantially perpendicular to the direction in which the heat radiating portion extends, the flow of the cooling fluid is almost always hindered by the distal end portion of the heat radiating portion. Therefore, the flow rate of the cooling fluid is not reduced.
[0022]
The separator according to the present invention is characterized in that the surface of the heat radiating portion has a required surface roughness so as to reduce resistance that impedes the flow of the cooling fluid for cooling the heat radiating portion. According to such a separator, the flow rate of the cooling fluid can be adjusted not only by the shape of the heat dissipating part but also by the surface of the heat dissipating part, and a sufficient flow rate is secured even when the space between the adjacent heat dissipating parts is narrowed. Heat can be dissipated.
[0023]
The fuel cell device according to the present invention is a fuel cell device including a fuel cell main body in which a power generator and a separator that electrically connects the power generator to another power generator are stacked, wherein the separator is configured to generate power. A heat dissipating portion protruding from a side edge portion of the separator main body portion in contact with the body, wherein at least a part of an edge portion of the heat dissipating portion is thinner than a thickness of a central portion of the heat dissipating portion. Is set to. According to such a fuel cell device, a sufficient flow rate can be secured without obstructing the flow of the cooling fluid when the cooling fluid flows between the adjacent heat radiating portions. Further, when the size of the fuel cell device is reduced, even when it is difficult to secure a sufficient space for the cooling fluid to flow between the adjacent heat radiating portions, by suppressing the interference of the cooling fluid, A sufficient flow rate can be maintained. As a result, it is possible to stably generate power while suppressing the temperature rise of the fuel cell body.
[0024]
The temperature adjusting method for a fuel cell device according to the present invention is directed to a fuel cell device that adjusts the temperature of a fuel cell main body including a power generator and a separator that electrically connects the power generator to another power generator. In the temperature control method, a separator is constituted by a separator body in contact with a power generator, and a heat radiating portion protruding from a side edge of the separator body, and radiating at least a part of the thickness of the edge of the heat radiating portion. It is characterized in that it is set to be thinner than the thickness of the central part of the part, and a cooling fluid for cooling the fuel cell body flows around the heat radiating part. According to such a temperature control method for a fuel cell device, it is possible to smoothly flow the cooling fluid without obstructing the flow of the cooling fluid, and to sufficiently discharge the cooling fluid that has received heat during power generation. The cooling fluid having the heat capacity can be always taken in between the adjacent heat radiating portions. Therefore, heat can be sufficiently radiated from the fuel cell main body via the heat radiating portion, and stable power generation can be performed while suppressing a temperature rise.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The separator, the fuel cell device, and the method of adjusting the temperature of the fuel cell device according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the fuel cell device 1 includes a housing 10, a control board 20, a power generation unit 30, a cooling fan 51, air supply fans 52 and 53, a hydrogen purge valve 54, a regulator 55, and a manual valve 56. The fuel cell device 1 receives the hydrogen gas supplied from the hydrogen storage cartridge 60 storing the hydrogen gas, and performs power generation.
[0026]
As shown in FIGS. 1 and 2, the casing 10 has a substantially rectangular parallelepiped outer shape, has a hollow interior so as to cover various devices mounted on the fuel cell device 1, and has an open bottom surface. . The casing 10 includes exhaust ports 11, 12, and 13, and intake ports 14, 15, and an end of the upper surface of the casing 10 is an inclined surface facing a side surface on which the exhaust ports 11, 12, and 13 are formed. As shown in FIG. 2A, the exhaust port 11 and the exhaust ports 12 and 13 are formed to be adjacent to the side surface of the housing 10 and flow in the fuel cell device 1 to cool the power generation unit 30. The generated air and the air after the power generation reaction by the power generation unit 30 are discharged from the exhaust ports 11, 12, and 13, respectively. The exhaust port 11 is a discharge port that discharges air from the fuel cell device 1 to radiate heat from a radiator provided in a separator that forms the power generation unit 30. Further, the exhaust port 11 is opened in a substantially rectangular shape on the side surface of the housing 10, and a plurality of the exhaust ports 11 are formed vertically. The exhaust ports 12 and 13 are discharge ports for discharging exhaust gas after the power generation unit 30 performs power generation. The exhaust ports 12 and 13 are opened in a rectangular shape on the side surface of the housing 10, and are formed in a plurality in the vertical direction along the exhaust port 11.
[0027]
As shown in FIG. 2B, the air inlets 14 and 15 are formed on the side of the housing 10 facing the side of the housing 10 where the air outlet 11 and the air outlets 12 and 13 are formed. , 15 to cool the power generation unit 30 and air containing oxygen to be subjected to a power generation reaction by the power generation unit 30 are taken into the fuel cell device 1. The intake port 14 is an intake port for taking in air for radiating heat from a heat radiating section provided in a separator constituting the power generation unit 30, and is opened in a substantially rectangular shape on a side surface of the housing 10, and has a vertical direction. Are formed. The intake port 15 is an intake port for taking in the air supplied to the power generation unit 30 when the power generation unit 30 performs power generation, and opens in a substantially rectangular shape on the side surface of the housing 10 similarly to the intake port 14. Are formed in the vertical direction along the intake port 14.
[0028]
Also, as shown in FIGS. 1, 2C and 2D, wiring for transmitting and receiving various signals between the fuel cell device 1 and the outside is passed through one end surface of the housing 10. A connection hole 16 is formed. The notch 17 is formed in a part of the lower side of the end face where the connection hole 16 is formed. Wiring for transmitting and receiving various signals between the outside and the inside of the fuel cell device 1 passes through the notch 17. Is done. Similarly to the connection hole 16 and the cutout portion 17, a connection hole 18 for passing a wiring or the like is formed on the end face opposite to the end face where the connection hole 16 and the cutout portion 17 are formed.
[0029]
As shown in FIG. 1, the control board 20 is disposed above the power generation unit 30 and forms a control circuit for controlling various devices constituting the fuel cell device 1. Although the details of the control circuit are not shown in detail in the figure, for example, control of the driving of the cooling fan 51, the air supply fans 52 and 53, or the control circuit of the opening and closing operation of the hydrogen purge valve 54, and the voltage output by the power generation unit 30 A voltage conversion circuit such as a DC / DC converter that boosts the voltage can be mounted on the control board 20. Further, by acquiring various environmental conditions such as temperature and humidity detected by the sensor, it is possible to cause a circuit mounted on the control board 20 to issue an instruction regarding driving of various devices. Further, in the fuel cell device 1 of the present embodiment, the control board 20 is provided inside the fuel cell device 1, but the control board 20 may be provided outside the fuel cell device 1, for example, The control board 20 may be provided in various electronic devices to which electric power for driving is provided from the device 1.
[0030]
Next, the structure of the power generation unit 30 as a fuel cell main body will be described with reference to FIGS. 1 and 3. FIG. 3 is a perspective view of the power generation unit 30.
[0031]
As shown in FIGS. 1 and 3, the power generation unit 30 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and is disposed on the base 57. The power generation unit 30 is composed of power generation cells in each of which a bonded body 32 as a power generation body is sandwiched between nine separators 31, and has a structure in which eight power generation cells are connected in series. . Since such a power generation cell can output a voltage of about 0.6 V with one element, the entire power generation unit 30 can output a voltage of 4.8 V. The power generation unit 30 can pass a current of about 2 A, and the output power is ideally 9.6 W. However, the actual output power is reduced to about the ideal output power due to heat generation in the power generation reaction. It is about 6.7W, which is 70%. However, the output power can be further increased by adjusting the amount of water contained in the joined body 32 and smoothly supplying the hydrogen gas to the power generation unit 30. Further, the number of power generation cells forming the power generation unit 30 is not limited to eight as in this example, but is generated by a required number of power generation cells according to the output power required to drive various electronic devices. The part 30 can also be formed. Openings 34 formed in each separator 31 face the side surface 39 of the power generation unit 30, and openings 40 are formed on the side surface opposite to the side surface 39 of the power generation unit 30 so as to correspond to the openings 34 as described later. Is formed. Air is supplied to and discharged from the power generation unit 30 through the opening 34 and the opening 40 facing the side surface opposite to the side surface 39 facing the opening 34.
[0032]
As shown in FIGS. 1 and 3, a cooling fan 51 and air supply fans 52 and 53 are arranged along the side surface 39 of the power generation unit 30 so as to be adjacent to each other. The separators 31 constituting the power generation unit 30 are stacked so as to sandwich the bonded body 32 as a power generator between the separators 31, and the radiation fins 33 are provided on the side edges of the separator body 31 a contacting the bonded body 32. ing. The radiating fin 33 includes a central portion 72 having a substantially rectangular cross-sectional shape and an edge portion 71 having a substantially tapered cross-sectional shape. The edge 71 faces the inlet side and the outlet side when air flows between the radiation fins 33 adjacent in the stacking direction in which the separator 31 and the joined body 32 are stacked. The cooling fan 51 causes air to flow between the heat radiating fins 33 from the side surface of the heat radiating fins 33 and radiates heat from the heat radiating fins 33. The cooling fan 51 discharges the air to which the heat has been transmitted from the radiating fins 33, and air having a sufficient heat capacity is supplied between the radiating fins 33 from the outside of the device, so that the air flows between the radiating fins 33. . Since the cross-sectional shape of the edge 71 is substantially tapered, air can flow more smoothly than when the cross-sectional shape of the edge 71 is rectangular. FIG. 3 shows a state in which the uppermost insulating member of the power generation unit 30 shown in FIG. 1 has been removed.
[0033]
As described above, the cooling fan 51 forcibly flows air between the radiating fins 33, thereby suppressing a rise in the temperature of the power generation unit 30 without substantially lowering the radiating efficiency from the radiating fins 33, thereby achieving stable operation. It is possible to cause the power generation unit 30 to generate power. Furthermore, since the cross-sectional shape of the edge 71 of the radiation fin 33 provided in the power generation unit 30 according to the present example is substantially tapered, the flow rate of air supplied and exhausted between the radiation fin 33 by the cooling fan 51 is reduced. There is hardly anything to do. Further, when the cooling fan 51 and the air supply fans 52 and 53 are driven by the output power output by the power generation unit 30, the power generation by the power generation unit 30 and the driving of the cooling fan 51 and the air supply fans 52 and 53 are stabilized. The power loss of the cooling fan 51 can be suppressed, and the entire fuel cell device 1 on which the power generation unit 30 and various devices are mounted can be stably driven.
[0034]
Subsequently, the structure of the power generation unit 30 and the separator 31 forming the power generation unit 30 will be described in more detail with reference to FIGS. 4 is an exploded perspective view of the power generation unit 30, FIG. 5 is a perspective view of the separator 31, FIG. 6 is a cross-sectional view of the radiation fin 33, and FIG. 7 is a plan view of the separator 31.
[0035]
As shown in FIG. 4, the power generation unit 30 has a stack structure in which a plurality of power generation cells 50 in which a separator 31 and a joined body 32 are stacked are stacked. The power generation cell 50 constituting the power generation unit 30 is formed by two separators 31 and a joined body 32 sandwiched between the separators 31. For example, FIG. 4 shows two power generation cells 50 connected in series.
[0036]
The separator 31 is composed of a separator body 31a having a groove 43 provided on the surface thereof and a radiation fin 33 provided on a side edge of the separator body 31a. The joined body 32 sandwiched between the separator main portions 31a is formed of a solid polymer electrolyte membrane 36 having ion conductivity when absorbing moisture and electrodes 37 sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 36 from both sides. Furthermore, a sealing member 35 that seals between the separator body 31a and the joined body 32 when the stack structure is formed is arranged near the periphery of the joined body 32. The sealing member 35 may be made of a material that can sufficiently insulate the peripheral edge of the separator 31a from the peripheral edge of the joined body 32. As the solid polymer electrolyte membrane 36, for example, a sulfonic acid-based solid polymer electrolyte membrane can be used. As the electrode 37, an electrode supporting a catalyst such as platinum for promoting a power generation reaction can be used.
[0037]
As shown in FIG. 5, the separator 31 includes a separator body 31a provided with a groove 43, and a radiation fin 33 provided on a side edge of the separator body 31a. The edge 71 of the heat radiation fin 33 has an end surface 73 that faces substantially perpendicularly to the flow of air, and an inclined surface 74 that is inclined with respect to the surface of the central portion 72 of the heat radiation fin 33. The cross-sectional shape is substantially tapered. One edge 71 faces the inlet side of the air flowing between the radiation fins 33 adjacent in the stacking direction, and the other edge 71 faces the air outlet side. The inclined surface 74 facing the upper side and the lower side of the surface of the edge 71 extends from the side edge of the separator main body 31a to the tip of the radiation fin 33, and the entire radiation fin 33 reduces the resistance to air. Can be reduced.
[0038]
The radiation fin 33 will be described in more detail with reference to FIG. The cross-sectional shape of the central portion 72 of the radiation fin 33 is substantially rectangular, and the upper and lower surfaces of the central portion 72 are substantially parallel to the upper and lower surfaces of the separator body 31a. The cross-sectional shape of the edge portion 71 of the heat radiation fin 33 is substantially tapered, and the edge portion 71 connects the end surface 73 facing the flow of air substantially perpendicularly, and the upper surface and the lower surface of the end surface 73 and the central portion 72, respectively. And an inclined surface 74. The end surface 73 and the inclined surface 74 are connected by a curved surface 75, the inclined surface 74 is connected to the upper surface and the lower surface of the central portion 72 by a curved surface 76, and the radiation fin is continuous from the end surface 73 to the upper surface and the lower surface of the central portion 72. 33 surfaces are formed. The curvature R of the curved surface 76 is set to be larger than the curvature r of the curved surface 75. Since the cross-sectional shape of the edge 71 facing the air flow inlet side between the adjacent radiation fins 33 is substantially tapered, the pressure loss with respect to the flow of air is lower than when the cross-sectional shape is rectangular. That is, it is possible to reduce the resistance that makes air difficult to flow. That is, when the cooling fan 51 flows the air at a constant output, the flow rate of the air flowing between the radiation fins 33 is hardly reduced. Therefore, it is possible to radiate heat from the radiating fins 33 via the air while maintaining a constant flow rate of the air flowing between the radiating fins while the power for driving the cooling fan 51 is constant. This allows stable power generation while maintaining the temperature of the power generation unit 30 constant. Further, the curvature R of the curved surface 76 and the curvature r of the curved surface 75 are set to required values according to the difference between the positions where the heat radiation fins 33 are disposed in the product direction, and the resistance to the flow of air in the stacking direction is set. You can also. Since the resistance to air in the stacking direction is different, the amount of heat radiation from each heat radiation fin 33 can be adjusted, the temperature gradient in the power generation unit 30 can be reduced, and the temperature of the entire power generation unit 30 can be made substantially uniform. . In addition, by adjusting the surface roughness of the surface of the radiation fins 33 and reducing the resistance to the air flowing along the surface of the radiation fins 33, the flow rate of the air flowing between the adjacent radiation fins 33 can be maintained. it can.
[0039]
FIG. 7 is a plan view showing the structure of the separator 31. FIG. Grooves 38 and 43 are formed on both surfaces of the separator body 31a, respectively. When the power generation unit 30 is assembled, the groove 43 comes into contact with the fuel electrode of the joined body 32, and the groove 38 comes into contact with the air electrode of the joined body 32. . The separator main body 31a has a supply hole 42 and a discharge hole 41 connected to the groove 43, a connection 45 connecting the groove 43 and the supply hole 42, and a connection 46 connecting the groove 43 and the discharge hole 41. Is formed. Further, a radiation fin 33 is provided on a side edge of the separator body 31a where the grooves 38 and 43 are formed.
[0040]
As shown in FIG. 7A, the groove 43 is an in-plane flow path for supplying hydrogen gas, which is a fuel gas, to the joined body 32. The groove 43 is formed so as to meander in the surface of the separator main body 31a in order to increase the efficiency of the power generation reaction, and has a shape such that hydrogen gas is supplied to the entire fuel electrode of the joined body 32. The supply hole 42 serves as a hydrogen gas flow path when hydrogen gas is supplied to the groove 43 from a hydrogen gas storage unit such as a hydrogen storage cartridge 60 provided outside the power generation unit 30. The connection part 45 connects the groove 43 to the supply hole 42 and supplies hydrogen gas to the groove 43. Further, the connecting portion 46 connects the groove 43 and the discharge hole 41, and discharges the hydrogen gas after the power generation reaction from the groove 43. In the separator 31 according to the present example, the cross-sectional area of the connecting portions 45 and 46 is formed to be smaller than the cross-sectional area of the groove 43 when the stack structure is formed by the separator 31 and the joined body 32. , 46 are formed to be narrower than the width of the groove 43. Further, the width of the connecting portion 45 is formed to be smaller than the width of the connecting portion 46, and the width of the hydrogen gas into the groove 43 on the inlet side is made smaller than the width on the outlet side.
[0041]
The supply hole 42 and the discharge hole 41 are connected between the respective separators 31 that are stacked when the stack structure is formed, and are used to supply hydrogen gas to each of the separators 31 and supply a hydrogen gas to the separators 31 for discharging hydrogen gas. Form a discharge path. When water accumulates in the groove 43, the discharge path is opened to the atmosphere by the hydrogen purge valve 54 to generate a pressure difference between the supply path side and the discharge path side of the water accumulated in the groove 43. Can be discharged. Further, even when water is accumulated in the groove 43 of any separator 31 when the stack structure is formed, a pressure difference can be instantaneously generated only in the groove 43 in which the water is accumulated. And hydrogen gas can be stably supplied to the power generation unit 30.
[0042]
As shown in FIG. 7B, the groove 38 is formed on the back side of the surface of the separator body 31a on which the groove 43 is formed, and serves as a flow path for flowing air containing oxygen. The groove 38 is formed so as to extend in the width direction of the separator 31 and opens on the side surface of the separator main body 31a. Further, a plurality of grooves 38 are formed along the longitudinal direction of the separator main body 31a. In addition, air containing oxygen is supplied to the groove 38 through the openings 34 and 40 in which the groove 38 opens on the side surface of the separator main body 31a, and is exhausted. The width of the openings 34 and 40 is set to be larger than the width of the groove 38, and the openings 34 and 40 can be formed so that the side walls of the openings 34 and 40 have a tapered shape inclined with respect to the side wall of the groove 38. . According to such openings 34 and 40, it is possible to reduce the flow path resistance to air when air is taken into or discharged from the groove 38, and the air flows smoothly into the groove 38. be able to. Further, the openings 34, 40 are formed so that the opening widths along the height direction of the openings 34, 40 are larger than the height dimension of the groove 38, so that the flow path resistance can be further reduced. Become.
[0043]
Subsequently, the flow state of the air flowing between the radiation fins will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram for explaining a flow state of air around the radiation fins. FIG. 8A is a view for explaining a flow state of air between the heat dissipating fins 80 in which the heat dissipating fins 80 having a substantially rectangular cross section are arranged at regular intervals, and FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating a flow state of air between radiation fins 33 constituting the power generation unit 30.
[0044]
As shown in FIG. 8A, the air flows between the radiation fins 80 provided on the side edges of the separator body 81 are three air flows A, B, and C indicated by arrows in the figure. Can be classified. The air flow A is a flow of air flowing into the space between the heat radiation fins 80 without hitting the heat radiation fins 80. The air flow A is an air flow that contributes most of the heat radiation from the heat radiation fins 80. The air flow B is an air flow whose flow direction is bent by the end face 80a of the radiation fin 80, and the air flow is bent by the end face 80a facing the flow of air flowing in parallel with the radiation fin 80. Things.
[0045]
The flow B of the air is obstructed by the end face 80 a of the radiation fin 80, the flow is bent, and the air flows into the space between the radiation fins 80. The air flow B interferes with the air flow A, and the flow rate of the air flowing along the air flow A decreases. In particular, as the space between the radiation fins 80 becomes narrower, the degree of interference between the air flows A and B increases, and the rate at which the flow rate of the air flowing along the air flow A decreases also increases. When the flow rate of the air flowing through the space between the radiation fins 80 decreases, the amount of heat radiation from the radiation fins 80 decreases, and it is difficult to efficiently suppress the temperature rise of the power generation unit.
[0046]
Further, on the outlet side of the air flowing between the radiation fins 80, an air flow C in which the air flows in a vortex shape is generated. The air flow C is generated when the air flows out into a wider space than the space between the heat radiation fins 80, and is particularly likely to occur as the space between the heat radiation fins 80 becomes narrower. That is, as the space between the radiation fins is reduced in order to reduce the size of the fuel cell device, the air flow C is more likely to occur. The air flow C obstructs the air flow A flowing out of the space between the radiation fins 80, thereby reducing the flow rate of the air flow A.
[0047]
The amount of heat radiation from the radiation fins 80 largely depends on the flow A of air, and it is important to ensure a sufficient flow rate due to the flow A of air. A decrease in the flow rate of the air flow A due to the air flows B and C leads to a reduction in the temperature adjustment range of the power generation unit. Therefore, it is important to control the air flows B and C to control the flow rate of the air and adjust the temperature of the power generation unit.
[0048]
As shown in FIG. 8B, according to the radiation fin 33 of the present example, the flow rate of the air due to the air flow A can be sufficiently increased without generating the air flows B and C shown in FIG. It is possible to secure. As described above, the cross-sectional shape of the edge of the heat radiation fin 33 is substantially tapered, and the space between the heat radiation fin 33 is gradually narrowed from the edge to the center of the heat radiation fin 33. Therefore, the space between the radiation fins 33, that is, the flow path of the air is smoothly narrowed, so that the air flow B ′ corresponding to the air flow B smoothly flows on the inlet side of the air. It flows into the space between and merges with the flow A of air. On the outlet side of the air, the air flow path gently expands from the central portion 72 to the edge portion 71 of the radiating fin 33, so that the air flow C ′ corresponding to the air flow C is almost a vortex flow. The air flows smoothly out of the space between the radiating fins without being generated.
[0049]
As described above, the pressure loss in the space between the radiating fins can be reduced by making the cross-sectional shape of the edge of the radiating fins into a tapered shape, and further forming the boundary between the surfaces facing the air flow into a curved surface. Thus, the air can flow smoothly. Therefore, the flow rate of the air supplied to the space between the radiating fins can be controlled with high precision, whereby the amount of heat radiated from the radiating fins can be adjusted to accurately control the temperature of the power generation unit. Furthermore, even when the power generation unit is downsized, it is possible to make the air flow at a required flow rate while suppressing the output of the cooling fan, and to suppress the power required for performing stable power generation while generating power. It is possible to do. Therefore, the fuel cell device can be a small-sized device with reduced power consumption when generating power.
[0050]
Next, another example of the separator according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a perspective view showing the structure of the separator. The separator 91 is composed of a separator body 91a and a radiation fin 93, and the separator body 91a has substantially the same structure as the separator body 31a. A groove 98 for supplying hydrogen gas as fuel to the power generator is provided on the front surface of the separator main body 91a, and a groove for supplying air to the power generator is formed on the rear surface side.
[0051]
The edge 101 of the heat radiation fin 93 has an end face 103 that faces substantially perpendicularly to the flow of air, and an inclined surface 104 that is inclined with respect to the surface of the central part 102 of the heat radiation fin 93. The cross-sectional shape is substantially tapered. One of the edges 101 faces the inlet side of the air flowing between the radiation fins 93 which are arranged so as to be adjacent to each other when forming a power generation unit having a stack structure, and the other edge 101 is an air outlet. Face to the side. The inclined surface 104 of the edge 101 extends from the side edge of the separator main body 91 a to the tip of the radiation fin 93, and is formed on the entire edge 101 of the radiation fin 93. Further, the cross-sectional shape of the distal end portion 105 of the heat radiation fin 93 extends substantially parallel to the side edge portion of the separator main body portion 91a, and has a substantially tapered shape similarly to the cross-sectional shape of the edge portion 101. According to the separator 91 according to this example, the resistance to the flow of air in the space between the radiation fins 93 can be further reduced as compared with the case where the cross-sectional shape of the edge portion 101 has a substantially tapered shape. As a result, air can flow smoothly in the vicinity of the edge portion of the heat radiation fin 93 which is the tip portion 105. It is possible to reduce the resistance to the flow. Therefore, when the power generation unit serving as the fuel cell main body is formed by laminating the separator 91 and the power generator, air is caused to flow through the entire radiating fins 93 arranged at a constant interval in the stacking direction. In this case, it is possible to reduce the resistance at the time of the heat radiation, and to always sufficiently secure the flow rate of the air that can transfer the heat from the radiation fins 93. That is, since the air can flow at a constant flow rate, the amount of heat radiated from the radiating fins 93 can be adjusted according to the flow rate of the air, and the temperature of the power generation unit can be accurately adjusted.
[0052]
Further, according to the method for adjusting the temperature of the fuel cell device according to the present invention, a power generation unit having a stack structure is constituted by the above-described heat dissipating fins 33 or the separator having the heat dissipating fins 93, and the air is caused to flow around the heat dissipating fins. In addition, heat can be radiated to the air that is smoothly replaced in the space between the radiating fins, and the amount of heat radiated can be adjusted by adjusting the flow rate by the cooling fan. Therefore, the temperature of the power generation unit can be accurately adjusted. Furthermore, when the flow rate of air can be kept constant without increasing the output of the cooling fan, and when the cooling fan and various devices mounted on the fuel cell device are driven by the power supplied from the power generation unit, This also leads to a reduction in drive power loss.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the separator and the fuel cell device of the present invention, the resistance to the flow of air can be reduced, and the air can smoothly flow between the radiation fins provided in the fuel cell body having the stack structure. Can be fluidized. Therefore, the flow rate of the air flowing between the radiation fins can be accurately controlled, and the amount of heat radiation from the radiation fins can be accurately adjusted according to the flow rate of the air. Thus, the temperature of the power generation unit, which is the fuel cell body, can be adjusted by cooling.
[0054]
Further, according to the separator and the fuel cell device of the present invention, when driving power for driving various devices mounted on the fuel cell device is supplied from the power generation unit, the power consumption of these devices can be reduced. It is possible to improve the power generation efficiency of the entire fuel cell device.
[0055]
Furthermore, according to the separator and the fuel cell device of the present invention, since the flow rate of air can be accurately controlled by a cooling fan or the like, the temperature of the power generation unit can be accurately adjusted according to the flow rate of air, and the temperature can be controlled. Can be extended according to the flow rate.
[0056]
Further, according to the separator and the fuel cell device of the present invention, even when the space between the radiation fins is reduced when the fuel cell device is downsized, air is supplied at a sufficient flow rate to the space between the radiation fins. Can be fluidized. Therefore, the amount of heat radiation from the heat radiation fins can be increased, and the heat radiation fins can be reduced in size according to the increase in the amount of heat radiation, leading to further downsizing of the fuel cell device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a fuel cell device according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are structural views showing a structure of a casing constituting the fuel cell, wherein FIG. 2A is a side view, FIG. 2B is a side view showing another side, FIG. 2C is an end view, and FIG. () Is an end view showing another end face.
FIG. 3 is a perspective view showing an overview of a power generation unit constituting the fuel cell device.
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a part of a power generation unit constituting the fuel cell device.
FIG. 5 is a perspective view showing an overview of a separator according to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure of a radiation fin provided on the separator.
FIGS. 7A and 7B are plan views showing the structure of the separator, wherein FIG. 7A is a plan view showing the structure on the front side of the separator, and FIG. 7B is a plan view showing the structure on the back side.
8A and 8B are diagrams illustrating the flow of air flowing in the vicinity of the radiation fin, FIG. 8A is a diagram illustrating the flow of air in the vicinity of the radiation fin having a rectangular cross section, and FIG. FIG. 4 is a view for explaining the flow of air in the vicinity of a radiation fin provided on the separator according to the first embodiment.
FIG. 9 is a perspective view showing another example of the separator according to the present invention.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 fuel cell device, 10 housing, 11, 12, 13 exhaust port, 14, 15 intake port, 20 control board, 30 power generation unit, 31 separator, 31a separator main body, 32 joined body, 33 radiation fin, 34, 40 opening Part, 35 sealing member, 36 solid polymer electrolyte membrane, 37 electrodes, 38, 43 groove, 50 power generation cell, 51 cooling fan, 52, 53 air supply fan, 54 hydrogen purge valve, 55 regulator, 56 manual valve, 57 units Table, 60 hydrogen storage cartridge, 80 radiation fins, 81 separator body, 91 separator, 91a separator body, 93 radiation fin, 98 separator, 98 groove

Claims

A separator laminated so as to electrically connect the power generator and another power generator,
A separator body contacting the power generator,
A heat radiating portion protruding from a side edge of the separator main body,
A separator, wherein the thickness of at least a part of an edge of the heat radiating portion is smaller than the thickness of a central portion of the heat radiating portion.

The separator according to claim 1, wherein a cooling fluid for cooling the heat radiating portion flows around the heat radiating portion.

An edge of the heat radiating portion faces an inlet side where the cooling fluid flows between the heat radiating portions located adjacent to each other in a stacking direction in which the power generator and the separator main body are stacked. The separator according to claim 2, wherein

An edge of the heat radiating portion faces an outlet side from which the cooling fluid flows out between the heat radiating portions located so as to be adjacent to each other in the stacking direction in which the power generator and the separator main body are stacked. The separator according to claim 2, wherein

2. The separator according to claim 1, wherein an edge of the heat radiating portion extends along a direction in which the heat radiating portion protrudes from a side edge of the separator main body and extends.

The separator according to claim 1, wherein a cross section of the edge has a tapered shape.

7. The separator according to claim 6, wherein a cross section of the central portion has a rectangular shape, and the edge has an inclined surface inclined with respect to a surface of the central portion.

The separator according to claim 7, wherein a boundary between the surface of the central portion and the inclined surface is a curved surface.

The separator according to claim 7, wherein a boundary between the inclined surface and an end surface of the edge is a curved surface.

The curvature of a curved surface that is a boundary between the surface of the central portion and the inclined surface is larger than a curvature of a curved surface that is a boundary between the inclined surface and an end surface of the edge. Separator.

The curvature of a curved surface that is a boundary between the surface of the central portion and the inclined surface according to a difference in a position where the heat radiating portion is disposed in a stacking direction in which the power generator and the separator body are stacked. 8. The separator according to claim 7, wherein a curvature of a curved surface which is a boundary between the inclined surface and the end surface of the edge is set to a required value.

The separator according to claim 1, wherein an edge of the heat radiating portion is a tip of the heat radiating portion provided to extend from a side edge of the separator body.

2. The separator according to claim 1, wherein the surface of the heat radiator has a required surface roughness so as to reduce a resistance that hinders a flow of a cooling fluid for cooling the heat radiator. 3.

A fuel cell device comprising a fuel cell main body in which a power generator and a separator that electrically connects the power generator and another power generator are stacked,
The separator includes a separator body in contact with the power generator and a heat radiating portion protruding from a side edge of the separator body.
A fuel cell device, wherein the thickness of at least a part of the edge of the heat radiating portion is set to be smaller than the thickness of the central portion of the heat radiating portion.

A temperature adjusting method for a fuel cell device, which adjusts the temperature of a fuel cell main body in which a power generator and a separator that electrically connects the power generator and another power generator are stacked,
The separator body is configured by a separator body in contact with the power generator and a radiator protruding from a side edge of the separator body.
The thickness of at least a part of the edge of the heat radiating portion is set to be smaller than the thickness of the central portion of the heat radiating portion,
A method for adjusting the temperature of a fuel cell device, comprising: causing a cooling fluid for cooling the fuel cell body to flow around the radiator.